工业气体泄漏红外成像检测及差分光谱滤波检测方法研究

以石油天然气为代表的工业气体已深入到人们生活和生产过程中,工业气体泄漏成为当前工业生产、交通运输等领域发生重大灾害的现象之一,同时甲烷排放也成为我国“碳排放”达标战略目标的主要指标,快速有效的气体泄漏检测技术和仪器成为当今国内外研究的重点。随着近年来非制冷红外焦平面探测器性能的提高,其低成本、长寿命和高可靠性能满足工业气体泄漏红外成像检测昼夜连续工作的应用需要,并发展出多种气体泄漏红外成像检测模式。在分析不同工业气体泄漏红外成像检测模式的基础上,设计并研制了基于差分光谱滤波的工业气体泄漏红外成像检测实验系统,分析提出了五个需要重点研究的视频图像处理方法,给出了相关的处理模型或典型处理示例。试验结果表明该成像检测模式具有较高的灵敏度,是一种有效的气体泄漏红外成像检测技术。     

红外焦平面阵列响应度非均匀性的校正算法

本文分析了红外焦平面阵列探测器的响应度非均匀性对成像系统灵敏度的影响和单个探测单元的积分时间响应非线性对成像质量的影响。提出了一种基于场景的运动扫描平均值校正与积分时间校正相结合的红外焦平面阵列响应度非均匀性的校正算法。从而使得系统不仅能够得到均匀性良好的响应度,而且还能使响应度不会受到积分时间改变的影响,进一步扩展了红外焦平面探测器的实际应用范围。     

InGaAs焦平面探测器成像组件的设计与实现

针对InGaAs短波红外成像在军事装备、安全防范和工业检测等领域中的应用,提出了一种基于FPGA技术架构的InGaAs焦平面探测器组件的设计方案.讨论了InGaAs焦平面探测器的时序驱动、TEC温控、非均匀性校正、图像增强和自动曝光等关键技术的实现方法.经试验验证,依据该方案研制出的InGaAs焦平面探测器成像组件灵敏度高、对比度好、透雾效果明显.     

基于SOPC的红外探测器设计

红外焦平面阵列探测器具有灵敏感度高、探测性能强、能够获得物体更多的表面信息以及更高的帧速率等优点,正成为红外热成像技术中的主流器件.而非制冷红外焦平面阵列探测器由于其体积小,重量轻,成本低,更是被大量产品采用[2].在实际应用中,由于材料,工艺方面的原因,会导致红外探测器输出的原始信号出现非均匀性和盲点等问题[1],严重影响了成像质量,因此在图像输出之前需要对原始信号进行相应的处理.本文先讨论红外成像主要面对的问题及处理方法,再给出一个红外热像仪的设计.     

红外成像技术中的9个问题

讨论了与红外成像技术密切相关的9个问题:红外/热成像仪工作波段的选择、三代红外/热成像技术的一般性区别、5种扫描成像模式的比较、国外第二代红外成像技术的特点、长波红外扫描型与中波红外凝视型焦平面探测器综合性能的比较、制冷和非制冷热成像技术的比较、非制冷红外焦平面探测器技术的比较、探测元尺寸与探测器规模、红外成像技术发展"代"的双重含义。     

锑化铟红外焦平面探测器发展现状

近年来,红外探测器技术发展迅速,在国防、气象、红外遥感和航空航天等众多领域应用广泛。作为中波红外波段最重要的探测器之一,锑化铟(InSb)红外焦平面探测器具有量子效率极高、暗电流小、器件响应线性度高、稳定性好、灵敏度极高等特点,因此备受人们的关注和重视。InSb焦平面探测器性价比高,优势十分突出,其快速发展在很大程度上提高了红外整机性能,同时还覆盖了导弹精确制导、卫星预警探测、机载搜索侦察、红外成像及消防、医疗、电力检测、工业测温等军民两用领域。梳理了国外发达国家在InSb红外焦平面探测器方面的研究情况,分析了其发展方向并对发展前景及趋势进行了展望。     

快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计

红外焦平面成像技术是一种通过摄取景物热辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的技术,广泛应用于侦察、制导、空间探测等方面.针对红外制导小体积、快速启动的应用要求,设计了快速启动红外焦平面成像制导系统.对应用于系统的折反式红外镜头、快速启动型红外焦平面探测器、低噪声成像电路等进行了设计,设计结果满足制导条件下的红外成像要求.     

氧化钒非制冷红外焦平面探测器芯片工艺研究

非制冷红外探测器具有成本低廉、无需制冷等优异特点,在红外探测和红外成像领域占有极其重要的地位.从氧化钒非制冷焦平面探测器的牺牲层、支撑层、氧化钒等制备工艺进行了研究,为国内非制冷焦平面探测器工程化研究奠定了坚实的技术基础.     

宽波段气体泄漏红外成像检测系统设计

有毒有害气体的泄漏不仅污染环境,而且威胁人民生命财产安全,世界各国都非常重视快速有效的气体泄漏检测技术的研究和仪器开发。针对这一问题,提出了宽波段气体泄漏红外成像检测系统设计方案,主要包括宽波段红外光学镜头尧子波段滤光片及切换装置尧宽波段非制冷焦平面探测器尧视频处理及系统控制电路等组成部分,充分利用非制冷探测器的无光谱选择特性,结合热图像非均匀性校正和数字细节增强处理算法,实现了对不同种类气体泄漏的高灵敏度检测,提供了适合人眼判断的气体泄漏视频图像显示结果。整个系统具有可检测气体种类多尧检测范围大速度快尧气体泄漏痕迹明显增强尧系统便携性突出尧成本相对较低等特点。     

星载长波红外焦平面成像系统

随着国产红外焦平面技术的发展,使用长波红外焦平面器件采用推扫方式对地观测的成像系统成为现实。文中介绍的星载长波红外焦平面成像系统是一个工作波段在8.0~12.5μm之间的对地观测相机,该相机采用两条256×1的长波红外焦平面探测器,60 K的深低温斯特林制冷机和同轴两反RC主光学系统的技术方案,通过设置合理的探测器冷屏、并采用-26°C的低温光学系统以及高性能的信息获取和处理电路,系统获得了较好的温度灵敏度,利用该相机获取了外景长波红外图像,这是我国利用国产的红外焦平面器件获取的截止波长大于12.5μm的红外图像。     

采用双阈值的非制冷IRFPA盲元迭代检测算法

盲元是影响非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)成像质量的因素之一.在对非制冷红外焦平面阵列中盲元的响应特性分析的基础上,提出一种基于双阈值快速迭代盲元检测算法.该算法基于双参考辐射源,采集辐射源两个不同温度下的成像图像,当非制冷IRFPA器件工作在线性区时,正常像元的灰度响应会随外界温度而发生变化,且该变化呈近似线性关系...     

基于FPGA的红外图像实时非均匀性校正

红外焦平面阵列是当今红外成像技术发展的主要方向,它灵敏度高,探测能力强,但也有其非均匀性较差的缺点。非均匀性校正技术对于红外焦平面阵列的应用起着关键的作用,两点校正算法作为一种实用、高效的校正算法被广泛的应用,它流程简单固定,非常适合用FPGA实现。文章介绍了利用FPGA硬件实现焦平面探测器非均匀性的两点校正算法,并对非均匀性漂移的现象采取了实时修正,部分弥补了两点校正算法的不足,达到了预期效果,满足系统要求。     

一种新的直线型Sagnac光纤干涉仪管道泄漏检测系统及其定位技术

研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位。利用法拉第旋转镜将传统Sagnac干涉仪的环形结构改为直线型结构,使其适用于各种复杂管道的布放。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在泄漏点距法拉第旋转镜为4.020 km处进行了泄漏有无及定位的研究。实验结果表明,该系统很好地检测到泄漏源的有无,又较准确地确定了泄漏源位置且最大定位误差小于118 m。     

基于U2-Net和VGG16的天然气泄露检测

目前在深度学习领域很少以天然气泄露图像为数据进行研究,本文使用甲烷红外图像训练的卷积神经网络(VGG16)来实现泄露检测。另外,针对泄露的甲烷气体与背景图像存在相似性的问题,使用U²-Net图像分割网络代替背景建模方法来提取泄露气体区域。通过迁移VGG16网络模型结构和卷积层参数,在卷积层和激励层之间加入BN层以提高训练速度,将最后一层池化层替换为基于最大池化算法的动态自适应池化方法以提高检测精度。将改进的VGG16神经网络对分割的红外图像进行训练并与其他卷积神经网络进行对比,使用准确率,精准率,召回率和F1-score来对模型进行综合评价,其表现效果最好。与现有的检测方法进行对比,所提出的检测方法准确率更高。该检测方法能够实现高精度泄漏检测,满足天然气泄露检测准确性的要求,且模型具有较好的泛化能力和鲁棒性。     

基于神经网络的红外焦平面非均匀性自适应校正算法

由于材料、工艺等原因,红外焦平面阵列(IRFPA)各单元普遍存在响应不一致的现象,从而导致IRFPA都存在非均匀性.非均匀性校正(NUC)是红外图像处理系统中的重要环节.本文在研究了传统的基于神经网络的NUC算法的基础上,提出了一种改进的基于神经网络的非均匀性自适应校正算法,并对比了传统的基于神经网络的算法和本文算法的校正效果和收敛速度,实验表明本文提出的算法校正效果好,收敛速度快.     

载波对分布式光纤泄漏检测系统的影响研究

为了实时进行管道泄漏检测与定位,采用了能够长距离、动态检测泄漏信号的干涉式分布式光纤传感技术。分析了该干涉仪的泄漏检测原理、泄漏源定位方法,并通过实验研究了载波对传感器性能的影响。由实验结果可知,当1阶贝塞尔函数达到极值时,传感器性能最佳;而贝塞尔函数远离极值点时,无法实现信号检测。结果表明,选取较佳的载波参量,该传感器能够准确地确定泄漏源位置,且定位误差为0.99%。     

非制冷红外焦平面阵列进展

非制冷红外成像技术已广泛应用于军事和民用领域,一直是人们关注的焦点之一,其核心部件是非制冷红外焦平面阵列(IRFPA:Infrared Focal Plane Array)。综述了几种具有代表性的非制冷IRFPA的探测原理、发展历史和现状。它们是:热敏电阻型、热释电型、热电堆型、二极管型、热-电容型非制冷IRFPA和应用光力学效应的非制冷IRFPA、基于法布里-珀罗微腔阵列的非制冷IRFPA。     

New real-time image processing system for IRFPA

Infraredfocal plane array(IRFPA) is a kind of infra-red detector array whichis sensitive toinfraredradiationandintegrated with signal processing circuits .The IRF-PAi maging systemhas advantages of si mple configura-tion,high reliability,high sensitivity …