气体透镜滤波器系统和方法技术方案

提供了过滤红外光谱辐射的系统和方法，其可以与用于红外成像系统的紧凑光学系统集成。该光学系统包括配置为接收和透射来自场景的红外(IR)辐射的客观透镜元件，其中来自场景的IR辐射包括与气体的吸收光谱或透射光谱相对应的特定波长范围。光学系统还包括光谱透镜元件，其被配置为接收透射通过客观透镜元件的IR辐射，其中光谱透镜元件包括设置在光谱透镜元件的第一表面上的第一干涉滤波器。干涉滤波器被配置为将透射通过客观透镜元件的IR辐射过滤到包括特定波长范围的较窄波长带。滤到包括特定波长范围的较窄波长带。滤到包括特定波长范围的较窄波长带。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体透镜滤波器系统和方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年12月20日提交且题为“气体透镜滤波器系统和方法(GAS LENS FILTER SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请第62/783,086号的优先权和权益，在此通过引用将该美国临时专利申请整体并入本文。
[0003]本申请涉及2017年8月31日提交且题为“基于波长带的无源红外气体成像(WAVELENGTH BAND BASED PASSIVE INFRARED GAS IMAGING)”的美国专利申请号15/692,805，在此通过引用将该美国专利申请整体并入本文。
[0004]美国专利申请第15/692,805号是2016年3月2日提交且题为“基于波长带的无源红外气体成像(WAVELENGTH BAND BASED PASSIVE IFRRARED GAS IMAGING)”的国际专利申请第PCT/EP2016/054449号的延续，在此通过引用将该国际专利申请整体并入本文。
[0005]2016年3月2日提交的国际专利申请第PCT/EP2016/054449号要求2015年3月2日提交且题为“基于波长带的无源红外气体成像(WAVELENGTH BAND BASED PASSIVE INFRARED GAS IMAGING)”的美国临时专利申请第62/127,247号的优先权和权益，在此通过引用将该美国临时专利申请整体并入本文。


[0006]本公开大体上涉及对气体进行成像和可视化，特别地涉及使用红外成像系统和方法对气体进行成像和可视化。

技术介绍

[0007]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。
[0008]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使气体存在或气体泄漏可视化，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。
[0009]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。
[0010]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，滤波器、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。
[0011]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。

技术实现思路

[0012]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。
[0013]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：
[0014]‑
基于气体吸收路径长度图像，产生气体可视化图像。
[0015]‑
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
[0016]‑
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。
[0017]‑
将高吸收波长带A确定为包括来自气体的吸收光谱的吸收波长带G；和/或
[0018]‑
将低吸收波长带B确定为至少部分重叠所述高吸收波长带A。
[0019]‑
基于从环境空气温度传感器获取的测量的环境空气温度，估计气体温度T
G
；和/或
[0020]‑
基于先前捕获的气体IR图像估计气体温度T
G
。
[0021]‑
基于先前捕获的背景IR图像估计背景温度T
B
。
[0022]‑
还基于气体与背景差值关系产生气体吸收路径长度图像。
[0023]‑
确定所述高吸收波长带A还包括：
[0024]‑
基于气体的吸收光谱确定吸收波长带G，其中所述吸收波长带G被确定为包括吸收光谱的至少局部最小值；以及
[0025]‑
将所述高吸收波长带A确定成包括吸收波长带G并可能包括预定波长裕量。
[0026]‑
预定波长裕量是以下波长裕量中的选择：
[0027]‑
应用到所述吸收波长带G的较低端点的第一波长裕量G_裕量1；和/或
[0028]‑
应用到所述吸收波长带G的较高端点的第二波长裕量G_裕量2。
[0029]‑
确定低吸收波长带B还包括：
[0030]‑
将所述低吸收波长带B确定成具有比高吸收波长带A大的宽度，可能在预定波长裕量内。
[0031]‑
预定波长裕量是以下裕量的选择：
[0032]‑
低于高吸收波长带A的较低端点的第一波长裕量A_裕量1；和/或
[0033]‑
高于高吸收波长带A的较高端点的第二波长裕量A_裕量2。
[0034]‑
确定低吸收波长带B还包括：
[0035]‑
获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，所述装置包括：光学系统，所述光学系统包括：客观透镜元件，所述客观透镜元件被配置为接收和透射来自场景的红外(IR)辐射，其中，来自场景的IR辐射包括与气体的吸收/发射光谱或透射光谱相对应的特定波长范围；和光谱透镜元件，所述光谱透镜元件被配置为接收透射通过所述客观透镜元件的IR辐射，其中，所述光谱透镜元件包括设置在所述光谱透镜元件的第一表面上的第一干涉滤波器，所述第一干涉滤波器被配置为将透射通过所述客观透镜元件的IR辐射过滤到包括所述特定波长范围的较窄波长带。2.根据权利要求1所述的装置，还包括：检测器，所述检测器被配置为基于所述较窄波长带中的IR辐射捕获场景的IR图像，其中，所述光谱透镜元件设置在所述客观透镜元件和所述检测器之间。3.根据权利要求2所述的装置，还包括：存储器；和通信地耦接到所述存储器和所述光学系统的处理器，所述处理器被配置为基于由所述检测器捕获的IR图像生成场景的气体吸收路径长度图像。4.根据权利要求1所述的装置，其中：所述光谱透镜元件包括弯月透镜，该弯月透镜包括朝向所述客观透镜元件取向的凹面以及与所述凹面相对的凸面。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：设置在所述客观透镜元件和所述光谱透镜元件之间的快门，该快门被配置为选择性地定位在所述装置的检测器前，以阻止来自场景的IR辐射到达所述检测器。6.根据权利要求1所述的装置，还包括：设置在所述装置的光谱透镜元件和检测器之间的保护窗，其中，所述保护窗包括配置为过滤透射通过所述第一干涉滤波器的IR辐射的第二干涉滤波器。7.根据权利要求1所述的装置，还包括：设置在所述装置的光谱透镜元件和检测器之间的主观透镜元件，其中，所述主观透镜元件和/或所述客观透镜元件包括抗反射涂层。8.根据权利要求1所述的装置，其中：所述第一干涉滤波器包括短波长通(SP)干涉滤波器或长波长通(LP)干涉滤波器。9.根据权利要求1所述的装置，其中：所述较窄波长带包括第一较窄波长带；所述光谱透镜元件包括在与所述第一表面相对的第二表面上的第二干涉滤波器；并且所述第二干涉滤波器被配置为将透射通过所述客观透镜元件的IR辐射过滤到包括所述特定波长范围的第二较窄波长带。10.根据权利要求9所述的装置，其中：所述第一干涉滤波器包括设置在所述光谱透镜元件的第一表面上并被配置为提供所述第一较窄波长带的LP干涉滤波器或SP干涉滤波器。11.根据权利要求9所述的装置，其中：所述第二干涉滤波器包括设置在所述光谱透镜元件的第二表面上并被配置为提供所
述第二较...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：菲力尔系统公司，
类型：发明
国别省市：