氣體多光譜成像探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及方法研究.pdf

1、化工園區(qū)危險(xiǎn)氣體的泄漏直接威脅人類健康安全，近年來(lái)危險(xiǎn)氣體泄漏事件層出不窮，造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)化工園區(qū)的泄漏危險(xiǎn)氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)勢(shì)在必行?；谀繕?biāo)氣體的紅外成像探測(cè)方法具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、動(dòng)態(tài)直觀的優(yōu)點(diǎn)，在近年來(lái)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(dòng)式紅外成像機(jī)理，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種泄漏危險(xiǎn)氣體的成像探測(cè)。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(shí)時(shí)性和有效性

2、不夠好。
　　結(jié)合以上氣體多光譜成像探測(cè)中存在的不足，并依托于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“化工園區(qū)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)及裝備研發(fā)”（課題編號(hào):2016YFC080150），本文的研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一種基于多光譜效應(yīng)的泄漏氣體探測(cè)系統(tǒng)，相比于當(dāng)前同種類型的探測(cè)系統(tǒng)，它的創(chuàng)新之處在于采用非制冷型紅外熱成像機(jī)芯，以多個(gè)長(zhǎng)波通型濾光片作為光信號(hào)通道開(kāi)發(fā)探測(cè)設(shè)備，進(jìn)行多光譜信號(hào)快速疊加，提取目標(biāo)氣體云團(tuán)，將設(shè)備搭載于無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工園區(qū)泄漏危險(xiǎn)氣體的近

3、空遠(yuǎn)距離成像探測(cè)。
　　本文首先研究氣體紅外成像的機(jī)理，闡述了被動(dòng)式紅外成像的條件、氣體分子光譜吸收特性，分析大氣對(duì)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(xiǎn)氣體的泄漏為背景，論證了多光譜成像探測(cè)的可行性，為探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)探測(cè)系統(tǒng)的圖像處理方法流程。其中，分析了雙邊濾波在對(duì)隨機(jī)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(jí)的改進(jìn)FCM（模糊C均值聚類）圖像分割方法來(lái)提取目標(biāo)氣體云團(tuán)，以此提高探測(cè)系統(tǒng)的成像效果和實(shí)時(shí)性。
　　最后，依據(jù)氣體紅外成像機(jī)理，設(shè)計(jì)探測(cè)系統(tǒng)多光譜成像模塊、無(wú)人機(jī)通信模塊的關(guān)鍵組件，包括對(duì)光學(xué)組件、熱成像機(jī)芯、系統(tǒng)控制平臺(tái)和無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并將圖像處理算法寫入系統(tǒng)控制平臺(tái)。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的氣體多光譜成像探測(cè)系統(tǒng)可對(duì)低