[发明专利]与未冷却热成像相机兼容的光学气体成像系统和方法

说明书

热成像系统可以包括红外相机模块、用户接口、处理器和存储器。存储器可以包括指令，以使得处理器在检测到来自用户接口的致动时执行方法。该方法可以包括执行非均匀性校正，以降低或消除来自红外图像数据的固定模式噪声，该红外图像数据来自红外相机模块。该方法可以包括多次捕获红外图像，以及经由稳定化过程配准所捕获的图像。配准的非均匀性校正图像可以用于执行气体成像过程。处理器可以被配置为将红外图像数据的多个区域中的每一个中的表观背景温度与目标气体温度进行比较。处理器可以确定这样的区域是否缺乏足够的对比度来可靠地观察目标气体。

相关事项

本申请要求2018年5月25日提交的美国临时专利申请号62/676，700的权益。该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

红外成像相机在多种情形中使用。例如，红外成像相机经常在维护检查期间用于热检查装备。除了其他类型的装备之外，示例装备还可以包括旋转机械、电气面板或多排断路器。红外检查可以检测诸如过热的机械或电气部件的装备热点，从而有助于确保在更显著的问题发展之前及时修理或更换过热的装备。

取决于相机的配置，红外成像相机也可以生成相同对象的可见光图像。相机可以以协调的方式显示红外图像和可见光图像，例如，以帮助操作员解释由热成像相机生成的热成像。

可见光和/或红外成像已经应用于气体成像领域，其中用户将检查目标场景中目标气体的存在，例如，执行泄漏检测和补救（LDAR）过程。各种方法包括主动气体成像技术，诸如通过利用一个或多个特定波长的光主动地照射目标场景，或者通过被动气体成像技术。

由于气体云可以在总体红外图像上具有的经常小的改变，因此光学气体成像系统可能难以在现场中有效地使用。这样的改变可能太小，无法在典型的相机操作期间观察到。附加地，在热相机中没有足够高的信噪比的情况下，噪声（例如，由于传感器/电子器件漂移、热波动、部件自加热或其他因素）可能使由于气体所致的图像中的细微改变模糊，从而使得气体识别非常困难。此外，气体云对红外图像的影响将取决于大小（例如，路径厚度）和气体云的密度，此二者贯穿气体云不一定是恒定的。因此，在气体云随时间改变形状时，来自气体云的衰减或增强的程度和形状将在场景内变化。图像中这样的改变可以由相机运动或场景内的运动合成，使得这样的系统难以操作。这些困难可能是有问题的，因为它们中的任何一个都可能引起相机显示可能使场景内的气体模糊的伪像，从而使得用户难以观察。

此外，气体选择性地吸收/发射在特定波长的红外辐射，并且可以在某些条件之下例如通过使用对吸收/发射波长（例如，红外波长）敏感的相机使得通常不可见的气体可见。各种因素有助于例如在光学气体成像期间气体是否将经由红外成像而可见，所述各种因素包括气体与场景背景的表观温度之间的温差。例如在泄漏检测检查期间，该温差经常对光学气体成像相机的实际效果具有显著影响。然而，取决于环境条件和相机操作员对观察位置的选择，表观温差可能变化很大，这经常需要对相机操作员进行高水平的训练，以确保正确的查看位置，并且经常导致操作员与在不同时间取得的气体成像或LDAR调查之间的不一致结果。

用于气体成像的红外相机经常使用低温冷却的传感器阵列、特殊的光谱滤波器和/或其他光学器件来提供光谱分离，以便实现充足的信噪比来在噪声和其他图像杂波之中观察场景中的气体。未冷却红外传感器阵列具有其宽带IR响应，并且鉴于气体的典型窄IR吸收带，经常具有低或不充足的信噪比和/或气体信号相对于背景场景对比度（例如，杂波）在不需要这些特殊的光谱方法的情况下进行有效的光学气体成像。

附加地，未冷却红外传感器阵列经常受制于固定模式的噪声，例如，由于传感器阵列中像素到像素的非均匀性和/或与相机自加热和/或环境温度中的改变相关联的改变的杂散IR，这可以使场景杂乱并且提供假数据和/或使观察场景中气体的能力模糊。

发明内容