[发明专利]基于波长带的无源红外气体成像

说明书

根据一个或多个实施例，本文公开的系统和方法用于对场景中的气体成像，所述场景具有背景并且可能存在气体。在一个实施例中，方法和适于执行方法的系统包括：基于气体的预定吸收光谱、估计的气体温度和估计的背景温度，控制热成像系统来捕获表示气体的温度的气体IR图像和表示背景的温度的背景IR图像；以及基于气体图像和背景IR图像，产生气体吸收路径长度图像，所述气体吸收路径长度图像表示来自背景的辐射通过气体的路径的长度。该系统和方法可以包括基于气体吸收路径长度图像产生气体可视化图像，以显示使场景中的气体存在可视化的输出图像。

技术领域

本公开总体上涉及对气体成像和可视化，特别涉及使用红外成像系统和方法对气体进行成像和可视化。

背景技术

场景的热或红外(IR)图像对于监测、检查和/或维护目的来说通常是有用的，例如，对监测工厂的气体泄漏来说是有用的。通常，提供诸如热像(thermography)装置或红外IR相机形式的热成像装置以捕获表示从观察的场景发射的红外辐射的红外(IR)图像数据值。在捕获到红外图像之后，可以例如在热成像装置或连接到热成像装置的计算装置(例如，平板计算机、智能电话、膝上型计算机或台式计算机)中对捕获的红外图像进行处理、显示和/或保存。

热成像装置(例如，红外相机)可用于例如从逸散性气体排放或气体泄漏检测例如气体云或气柱形式的气体存在，并用于产生该气体存在的视觉表示作为气体红外图像。该气体红外图像可用于对气体存在或气体泄漏进行可视化，例如，作为在相机的取景器上、在集成或分开的显示器上或在外部计算装置上呈现的图像上的烟雾或云，从而使用户看到通过红外相机观测并成像的场景中的气体存在。这种技术的变型称为无源红外气体成像，并且基于使用来自场景的辐射而无需任何附加照明来检测气体。

然而，常规系统的问题在于，热成像装置的灵敏度可能太低以致无法检测低于某一气体颗粒浓度的气体，或者换句话说，产生的气体红外图像中的气体信息与噪声/干扰之间的对比度太低以致无法识别气体。另一个问题是，各种物理性质(例如，观察到的场景背景中的变化的温度和发射率、噪声、其他气体、气溶胶颗粒和移动的气体云)进一步降低了灵敏度。

在常规技术中，特别是使用致冷的热成像装置的常规技术中，气体成像可以基于不同波长带中的红外辐射的吸收或透射的差异。问题是，特别是对于非致冷的热成像装置来说，当基于选择的波长带中的红外辐射的吸收或透射的差异进行气体成像时，由于成像装置部件(例如，滤光器、光学系统、波导和检测器本身)的高噪声影响而不能使波长带变窄。这意味着，系统的物理特性(例如，噪声或热干扰)可能会随波长而显著变化，并将更难以补偿。

需要解决常规系统的问题，以借助用于成像例如宽范围的气体的减小的复杂度、尺寸、重量、制造成本和/或整体功耗来提高气体成像中的气体检测灵敏度，但不需要导致高的成本和重量增加的硬件重构。

发明内容

公开的方法、系统和计算机程序产品的各种技术和实施例用于在对场景中的气体成像，所述场景具有背景并且可能存在气体。在各种实施例中，通过基于气体的预定吸收光谱、估计的气体温度和估计的背景温度控制热成像系统来捕获表示气体的温度的气体IR图像和表示背景的温度的背景IR图像从而进行气体成像。然后，基于气体图像和背景IR图像产生气体吸收路径长度图像，所述气体吸收路径长度图像表示来自背景的辐射通过气体的路径的长度。

在进一步的变型中，根据一个或多个实施例，该方法、系统和计算机程序产品还包括以下的选择：

-基于气体吸收路径长度图像，产生气体可视化图像。

-对于气体IR图像的捕获，控制热成像系统来捕获高吸收波长带A中的辐射，所述高吸收波长带A被确定为包括在预定吸收光谱中对于气体具有高辐射吸收的波长；和/或

-对于背景IR图像的捕获，控制热成像系统来捕获低吸收波长带B中的辐射，所述低吸收波长带B被确定为包括在预定吸收光谱中对于气体具有低辐射吸收的波长。