氣體多光譜成像探測系統(tǒng)的設(shè)計及方法研究.pdf

1、化工園區(qū)危險氣體的泄漏直接威脅人類健康安全，近年來危險氣體泄漏事件層出不窮，造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，因此對化工園區(qū)的泄漏危險氣體進行實時探測勢在必行。基于目標(biāo)氣體的紅外成像探測方法具有探測距離遠(yuǎn)、動態(tài)直觀的優(yōu)點，在近年來得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展，其中氣體多光譜成像設(shè)備基于被動式紅外成像機理，可同時實現(xiàn)對多種泄漏危險氣體的成像探測。然而該設(shè)備的靈敏度還有待提高，一方面是設(shè)備關(guān)鍵組件的選用比較局限;另一方面是設(shè)備圖像處理方法的實時性和有效性

2、不夠好。
　　結(jié)合以上氣體多光譜成像探測中存在的不足，并依托于國家重點研發(fā)計劃課題“化工園區(qū)綜合監(jiān)測預(yù)警技術(shù)及裝備研發(fā)”（課題編號:2016YFC080150），本文的研究內(nèi)容是設(shè)計一種基于多光譜效應(yīng)的泄漏氣體探測系統(tǒng)，相比于當(dāng)前同種類型的探測系統(tǒng)，它的創(chuàng)新之處在于采用非制冷型紅外熱成像機芯，以多個長波通型濾光片作為光信號通道開發(fā)探測設(shè)備，進行多光譜信號快速疊加，提取目標(biāo)氣體云團，將設(shè)備搭載于無人機，實現(xiàn)對化工園區(qū)泄漏危險氣體的近

3、空遠(yuǎn)距離成像探測。
　　本文首先研究氣體紅外成像的機理，闡述了被動式紅外成像的條件、氣體分子光譜吸收特性，分析大氣對紅外波傳輸?shù)挠绊懠按髿獯翱诘膬?yōu)越性。建立含目標(biāo)氣體的輻射傳輸模型，從微觀上分析目標(biāo)氣體成像的影響因子，并以化工園區(qū)危險氣體的泄漏為背景，論證了多光譜成像探測的可行性，為探測系統(tǒng)的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　隨后研究氣體紅外圖像處理方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計探測系統(tǒng)的圖像處理方法流程。其中，分析了雙邊濾波在對隨機噪聲濾除中存在

4、的不足，采用一種基于小波分解與雙邊濾波的方法，用于圖像去噪;采用一種基于灰度級的改進FCM（模糊C均值聚類）圖像分割方法來提取目標(biāo)氣體云團，以此提高探測系統(tǒng)的成像效果和實時性。
　　最后，依據(jù)氣體紅外成像機理，設(shè)計探測系統(tǒng)多光譜成像模塊、無人機通信模塊的關(guān)鍵組件，包括對光學(xué)組件、熱成像機芯、系統(tǒng)控制平臺和無線圖像傳輸系統(tǒng)進行研究設(shè)計，并將圖像處理算法寫入系統(tǒng)控制平臺。經(jīng)過對系統(tǒng)性能測試，驗證了本文設(shè)計的氣體多光譜成像探測系統(tǒng)可對低