1 南京城市职业学院智能工程学院，江苏南京 211200
2 南京信息工程大学 江苏省气象探测与信息处理重点实验室
3 南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心，江苏南京 210044
针对气体泄漏声波信号降噪的问题，提出一种集合小波包分析(WPA)与变分模态分解(VMD)相结合的降噪方法。通过小波包变换对信号的噪声进行预处理；利用 VMD对去除噪声的信号进行分解，得到所有的本征模函数(IMF)分量，并根据相关系数准则判断有效 IMF；最后提取有效成分并进行信号重构。对本文方法进行验证，结果表明，本文方法能够有效剔除气体泄漏信号中包含的各种噪声，降噪后信噪比为 15.485 1，均方根误差为 0.028，为后续信号分析减少了干扰，也为气体泄漏声波信号的特征提取与分析提供了新的思路。
降噪 气体泄漏 小波包分析 变分模态分解 预处理 noise reduction gas leakage wavelet packet analysis Variational Mode Decomposition pretreatment 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1031
1 北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，北京 102206
3 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
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。
工业气体泄漏 红外光谱成像 非制冷IRFPA 差分光谱滤波 图像处理 industrial gas leakage infrared spectral imaging uncooled IRFPA differential spectral filtering image processing 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210714
中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
被动傅里叶变换红外(FTIR)扫描遥测成像系统采集的红外高光谱图像具有空间、 光谱等维度信息, 可被用于大气环境中有毒有害气体的识别、 定量及可视化。 该系统具有光谱分辨率高、 非接触式及远距离探测等优点, 然而其单帧图像的像元数量少且部分存在气体吸收或发射特征, 无法直接用于红外高光谱图像的目标检测。 提出了基于多帧背景的泄漏气体自适应匹配滤波(AMF)检测方法, 以短时间内、 同一区域的多帧红外高光谱图像为基础, 筛选出无目标气体特征的背景光谱并计算探测区域的背景最大似然估计, 应用于后续帧的目标气体泄漏检测。 红外高光谱图像来自于SF6气体的遥测实验, 共扫描四帧(120像元/帧), 去除前三帧内含有目标气体特征的像元光谱, 剩余背景光谱被用于计算背景的最大似然估计, 第四帧红外高光谱图像逐像元对SF6气体进行的AMF检测, 并与非线性最小二乘法反演的SF6柱浓度图像比对, 结果表明AMF检测高值与柱浓度高值有较强的相关性。 为验证多帧背景在不同空间检测方法下的性能, 分别对该帧数据进行了基于正交子空间的自适应子空间检测(ASD)、 基于混合空间的自适应余弦检测(ACE)及基于斜子空间的最大似然比检测(OGLRT), 并分别与SF6柱浓度图像比对, 结果表明多帧背景适用于不同空间的检测方法。 此外, 为验证存在目标气体吸收特征的非背景光谱对背景空间的影响, 向背景空间中加入多条含有SF6气体吸收特征的光谱, 通过ROC曲线检验, 结果表明背景空间中混入目标气体特征会降低AMF方法的检测性能。 AMF检测值的假彩色图像也能应用于被动FTIR扫描遥测成像系统, 相较于柱浓度假彩色图像, 泄漏源及扩散趋势更为明显。 基于红外高光谱图像的检测方法依赖于整体背景的统计特性, 相较于单像元光谱波段的反演算法, 极大地降低了背景的依赖性。 多帧背景下的AMF泄漏气体检测方法能很好地应用于被动FTIR扫描遥测成像系统上并满足在线监测要求。
傅里叶变换红外光谱技术 扫描遥测 气体泄漏 自适应检测 FTIR Scanning remote sensing Gas leakage Adaptive detection 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3307
1 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 北京智慧共享技术服务有限公司, 北京 100125
3 中国石油集团安全环保技术研究院有限公司, 北京 102206
基于热成像的气体泄漏检测技术以其检测效率高、直观可视等优点,已成为石油天然气泄漏检测的重要手段,但常规的气体泄漏热成像检测方法需要检测人员从视频图像中主观地判断泄漏气体痕迹,容易发生漏检、误检。研究了一种基于尺度不变特征变换(SIFT)和支持向量机(SVM)的泄漏气体云团热成像检测算法,采用帧间差分法从红外图像序列中筛选目标区域;分别提取泄漏气体和干扰物的SIFT特征;使用SVM对候选区域进行目标判别,提取泄漏气体云团目标。针对真实复杂场景中包含乙烯、甲烷等的气体泄漏图像和运动人员、漂动树木、野草等干扰图像,建立了1000个典型目标图像数据库,通过图像检测仿真,可得所提算法对距10~150 m处的泄漏气体云团的分类准确率可达92.5%。结果表明,采用该检测方法可自动排除其他运动物体的干扰,有效检测出泄漏气体云团。
成像系统 热成像 气体泄漏检测 气体云团 尺度不变特征变换 支持向量机
国网上海市电力公司电力科学研究院, 上海 200437
本文阐述了 SF6气体泄漏红外成像技术原理, 总结了检测工作相关的技术标准, 结合技术原理对检测工作中的影响因素进行了重点分析, 并提出了相应对策, 通过技术比较分析了 SF6气体泄漏红外成像的技术特点, 据此提出了技术应用的策略, 以更好地开展 SF6气体泄漏红外成像检测, 提高开关、互感器、套管、变压器等 SF6气体绝缘设备缺陷巡检质量。
气体泄漏 红外成像 绝缘 SF6 SF6, leakage, infrared, imaging, insulation
北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
目前针对气体泄漏热成像检测系统性能的相关评价技术还不够成熟，相应评价指标的测试系统及其测量方法尚无系统的研究报道。而常规热成像系统的性能评价方法难以直接用于评价气体泄漏热成像检测系统对泄漏气体的探测能力，本文结合泄漏气体特性及各测试系统的特点，设计了一种可测量多类性能指标的气体泄漏热成像检测系统性能的测试评价系统，并以乙烯和甲烷气体为检测目标在实验室环境中分别对 NECL、MRGC和 MDGC三种评价指标进行了实验测量，结果表明了测试评价系统的可行性和实用性。
气体泄漏热成像检测 性能评价 测试系统 gas leak thermography, performance evaluation, tes
根据气体探测系统灵敏度的要求, 基于甲烷气体红外吸收光谱特性, 结合工艺经验确定了滤波器的技术指标.采用“拆分技术”对气体滤波器进行膜系结构设计, 降低了膜层产生的应力.通过电子束加热蒸发沉积薄膜, 根据测试结果逆向分析, 优化工艺参数.所研制的滤波器在7.669 μm波长处峰值透过率达到85.14%, 通带半宽度为59 nm, 覆盖了甲烷气体吸收区域, 截止区达到了OD3, 很好地抑制了背景噪声.
光学薄膜 窄带滤波器 拆分技术 气体泄漏 探测与识别 灵敏度 Optical thin film Narrow-band filter Splitting technique Gas leaks Detection and recognition Sensitivity 光子学报
2017, 46(10): 1023003
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 北京交通大学理学院发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
气体泄漏红外成像探测具有高效率、远距离等显著优势。为了进一步增强观察人员对气体泄漏红外图像的细节感知, 等效提高系统探测极限, 提出一种基于双边滤波的气体泄漏红外图像动态压缩及增强方法, 以气体泄漏红外图像特点为依据, 对双边滤波和压缩合并过程进行控制, 实现了气体泄漏红外图像细节的有效增强。实验表明, 在实现从高位宽原始数据到低位宽输出显示数据压缩的同时, 气体泄漏痕迹信息得到显著增强, 且整幅图像具有较好的对比度, “光晕”现象得到有效抑制。
成像系统 红外成像 气体泄漏探测 图像压缩与增强 双边滤波
1 电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 昆明物理研究所, 云南昆明 650223
气体泄漏红外成像检测技术以其高效率、大范围、动态直观等显著优势成为气体检测领域的研究热点之一。比较了气体泄漏主动/被动红外成像检测技术的优缺点及其典型技术, 重点介绍了国内外较为成熟的具有代表性的气体泄漏被动红外成像系统, 特别是被市场广泛接受的应用性产品的技术特点及其采用的气体红外图像处理方法等关键技术。鉴于国内在技术成熟度和市场占有率等方面的不足, 全面分析了气体泄漏红外成像检测技术进一步发展的技术方向及存在的问题。
气体泄漏 红外成像检测 发展现状 gas leak infrared imaging detection development status
