本文關(guān)鍵詞：氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測理論及方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氣體泄漏紅外成像檢測技術(shù)是氣體泄漏檢測的有效手段之一,具有遙測成像、快速定位及檢測范圍較大等顯著優(yōu)勢。氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測技術(shù)具有更顯著的遠(yuǎn)距離探測能力,可檢測的光譜范圍大,可檢測的氣體種類多,系統(tǒng)不需要反射背景和輻射照明等特點(diǎn),得到國內(nèi)外越來越廣泛的關(guān)注。然而,現(xiàn)有氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)產(chǎn)品大多是制冷型紅外焦平面系統(tǒng),且成像波段范圍一般局限于中波或長波紅外波段,單一系統(tǒng)對于常見的氣體泄漏檢測難以有效覆蓋。另外,目前對于采用不同技術(shù)手段,但具有相同應(yīng)用目的的氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的性能評價(jià)方法并不統(tǒng)一,且存在不同的缺陷,不僅無法實(shí)現(xiàn)對氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)全面準(zhǔn)確的性能評價(jià),而且不同評價(jià)指標(biāo)之間不具可比性,嚴(yán)重限制了氣體泄漏紅外成像檢測技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展。因此,研究具有低成本、寬波段響應(yīng)和相對較高靈敏度的氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)及其性能評價(jià)方法等理論和關(guān)鍵技術(shù)具有十分重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文在總結(jié)分析氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測技術(shù)的國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測理論及方法進(jìn)行了深入研究,取得了一些具有創(chuàng)新性的研究成果:(1)深入研究了氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測理論。研究了氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像的輻射傳輸模型,并對層輻射傳輸模型進(jìn)行了簡化;建立了氣體等效黑體溫差模型,仿真分析了背景溫度、氣體溫度和氣體濃度等對檢測系統(tǒng)的影響。利用計(jì)算流體力學(xué)軟件仿真分析了氣體單點(diǎn)探測模式和紅外成像探測模式的特點(diǎn),驗(yàn)證了氣體泄漏紅外成像檢測模式在檢測速度和準(zhǔn)確定位等方面的優(yōu)勢。(2)提出并研制完成了基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng),對所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,并提出了解決方案;在寬波段非制冷焦平面探測器組件、寬波段紅外光學(xué)系統(tǒng)、子波段濾光片轉(zhuǎn)輪以及圖像處理電路等的研制基礎(chǔ)上,首次研制完成了基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄漏紅外成像檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了寬波段紅外成像以及寬波段窄光譜成像,實(shí)現(xiàn)了典型氣體的寬波段紅外成像檢測。(3)研究提出基于各向異性擴(kuò)散和雙邊濾波的氣體泄漏紅外圖像增強(qiáng)方法。針對氣體泄漏檢測的定點(diǎn)監(jiān)控和掃描搜索兩種應(yīng)用模式,分別研究提出了側(cè)重于氣體目標(biāo)突出顯示,提高人眼判讀能力的基于各向異性擴(kuò)散的氣體紅外圖像增強(qiáng)算法和側(cè)重于對氣體云團(tuán)微弱痕跡的細(xì)節(jié)增強(qiáng)顯示,提高對泄漏源的定位能力的基于雙邊濾波的氣體紅外圖像增強(qiáng)算法。兩種增強(qiáng)算法的研究和應(yīng)用,為改善人眼對氣體紅外圖像的觀察效果和等效提高氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的靈敏度提供了重要的技術(shù)手段。(4)首次研究提出了氣體泄漏紅外成像檢測的最小可分辨氣體濃度MRGC性能評價(jià)模型;研制成氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的MRGC性能測試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的MRGC評價(jià)指標(biāo)的測量,為氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的性能評價(jià)提供了全新的技術(shù)手段;研究提出了氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的MRGC等效測試方法,可通過常規(guī)的熱成像系統(tǒng)MRTD測試系統(tǒng)和氣體紅外光譜數(shù)據(jù)庫,完成MRGC的等效測量,簡化了MRGC的測量系統(tǒng)和方法。本文在北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國家863計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下,對氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測的理論和方法進(jìn)行了有效研究,在氣體泄漏紅外成像檢測的氣體等效黑體溫差模型和技術(shù)優(yōu)勢分析、寬波段氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、氣體紅外圖像增強(qiáng)方法以及檢測系統(tǒng)的最小可分辨氣體濃度性能評價(jià)方法等多個(gè)方面取得了一定的研究成果,極大的推動(dòng)了氣體泄漏紅外成像檢測理論、技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展,研究課題具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
【關(guān)鍵詞】：紅外成像 氣體泄漏檢測 寬波段響應(yīng) 圖像增強(qiáng) 性能評價(jià)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN219
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-35
• 1.1 研究背景與意義12-15
• 1.2 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測技術(shù)國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀15-31
• 1.2.1 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測技術(shù)簡介15-17
• 1.2.2 國外研究發(fā)展現(xiàn)狀17-29
• 1.2.3 國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀29-31
• 1.3 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測技術(shù)研究狀態(tài)分析31-33
• 1.4 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排33-35
• 第2章 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測理論研究35-56
• 2.1 引言35
• 2.2 氣體泄漏紅外成像的輻射傳輸模型35-39
• 2.2.1 氣體分子的振動(dòng)與紅外吸收35-36
• 2.2.2 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像的層輻射傳輸模型36-37
• 2.2.3 層輻射傳輸模型的簡化37-39
• 2.3 氣體等效黑體溫差模型39-46
• 2.3.1 紅外焦平面探測器響應(yīng)模型39-41
• 2.3.2 氣體等效黑體溫差GEBTD模型建立41-42
• 2.3.3 GEBTD模型仿真分析42-46
• 2.4 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像檢測的模擬分析46-54
• 2.4.1 氣體擴(kuò)散模擬的數(shù)學(xué)模型及其模擬工具46-48
• 2.4.2 典型模擬分析場景的設(shè)計(jì)48-49
• 2.4.3 單點(diǎn)探測器探測模式的模擬49-51
• 2.4.4 氣體泄漏被動(dòng)式紅外成像探測模式的模擬51-53
• 2.4.5 兩種探測模式的對比分析與討論53-54
• 2.5 本章小結(jié)54-56
• 第3章 寬波段氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)56-72
• 3.1 引言56-57
• 3.2 總體設(shè)計(jì)方案57-58
• 3.3 關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)現(xiàn)58-69
• 3.3.1 寬波段非制冷焦平面探測器組件58-60
• 3.3.2 寬波段紅外光學(xué)系統(tǒng)60-63
• 3.3.3 子波段濾光片及其切換裝置63-66
• 3.3.4 視頻處理及系統(tǒng)控制電路66-69
• 3.4 寬波段氣體泄漏紅外成像檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)69-70
• 3.5 本章小結(jié)70-72
• 第4章 基于各向異性擴(kuò)散和雙邊濾波的氣體泄漏紅外圖像增強(qiáng)算法72-89
• 4.1 引言72-73
• 4.2 基于各向異性擴(kuò)散的氣體泄漏紅外圖像增強(qiáng)算法73-81
• 4.2.1 P-M方程和FAB方程73-74
• 4.2.2 各向異性擴(kuò)散方程的求解74-76
• 4.2.3 各向異性擴(kuò)散特性分析76-77
• 4.2.4 圖像幀間差分及積分的應(yīng)用77
• 4.2.5 K均值聚類分析77-78
• 4.2.6 算法結(jié)構(gòu)與處理流程78-79
• 4.2.7 算法處理結(jié)果79-81
• 4.3 基于雙邊濾波的氣體泄漏紅外圖像增強(qiáng)算法81-88
• 4.3.1 雙邊濾波算法82-83
• 4.3.2 BF&GLCE方法83-84
• 4.3.3 BF&GLCE方法的特點(diǎn)84-87
• 4.3.4 BF&GLCE方法的增強(qiáng)結(jié)果87-88
• 4.4 本章小結(jié)88-89
• 第5章 氣體泄漏紅外成像檢測系統(tǒng)的MRGC性能評價(jià)方法89-103
• 5.1 引言89
• 5.2 MRGC性能評價(jià)方法89-96
• 5.2.1 MRGC的定義及測量方法90-92
• 5.2.2 MRGC測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)92-93
• 5.2.3 乙烯MRGC的測量及結(jié)果分析93-96
• 5.3 MRGC等效測試評價(jià)方法96-101
• 5.3.1 MRTD模型分析96-97
• 5.3.2 MRGC模型建立97-98
• 5.3.3 MRGC等效測試評價(jià)方法的定義98-99
• 5.3.4 MRGC等效測試評價(jià)的模擬分析99-100
• 5.3.5 MRGC等效測試評價(jià)結(jié)果與實(shí)測結(jié)果比較100-101
• 5.4 本章小結(jié)101-103
• 結(jié)論與展望103-108
• 主要研究工作總結(jié)103-105
• 論文創(chuàng)新性成果105
• 進(jìn)一步研究工作展望105-108
• 參考文獻(xiàn)108-118
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單118-120
• 致謝120-122
• 作者簡介122

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