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热像仪探测泄漏气体的信噪比建模与测试

罗秀丽 唐璟 王岭雪 蔡毅 薛唯 张小水 王书潜

罗秀丽, 唐璟, 王岭雪, 蔡毅, 薛唯, 张小水, 王书潜. 热像仪探测泄漏气体的信噪比建模与测试[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1204003-1204003(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1204003
引用本文: 罗秀丽, 唐璟, 王岭雪, 蔡毅, 薛唯, 张小水, 王书潜. 热像仪探测泄漏气体的信噪比建模与测试[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1204003-1204003(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1204003
Luo Xiuli, Tang Jing, Wang Lingxue, Cai Yi, Xue Wei, Zhang Xiaoshui, Wang Shuqian. Modeling and test of signal to noise ratio of leaking gas thermal imager[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(12): 1204003-1204003(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1204003
Citation: Luo Xiuli, Tang Jing, Wang Lingxue, Cai Yi, Xue Wei, Zhang Xiaoshui, Wang Shuqian. Modeling and test of signal to noise ratio of leaking gas thermal imager[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(12): 1204003-1204003(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1204003

热像仪探测泄漏气体的信噪比建模与测试

doi: 10.3788/IRLA201645.1204003
基金项目: 

国家自然科学基金(61471044)

详细信息
    作者简介:

    罗秀丽(1989-),女,博士生,主要从事红外成像、红外成像系统性能建模方面的研究。Email:xiuliluo_tdcq@163.com

    通讯作者: 王岭雪(1973-),女,副教授,博士,主要从事红外成像、图像处理和红外光谱方面的研究。Email:neobull@bit.edu.cn
  • 中图分类号: TN215

Modeling and test of signal to noise ratio of leaking gas thermal imager

  • 摘要: 建立了能够定量预测热像仪探测泄漏气体能力的信噪比(SNR)与气体浓度(C)模型SNR-C,利用该模型对制冷热像仪GasFindIRTM在SNR=1时对应的甲烷气体浓度进行预测,预测数据与实际测试数据吻合。搭建了SNR-C室内测试装置,测试了非制冷热像仪Photon320在以298、303、308、313和318 K面源黑体为背景时探测乙烯气体的SNR-C曲线。数据分析发现,Photon 320在SNR5时,实测与预测乙烯浓度在各黑体背景温度下均比较接近。在SNR=5时,模型预测的乙烯气体浓度分别为3146、987、570、394和298 ppm,该变化规律与实际测量结果一致。建立的SNR-C模型能预测热像仪探测气体的能力,而搭建的测试装置能定量测量热像仪探测泄漏气体时信噪比与气体浓度之间的变化关系,可用于热像仪探测泄漏气体的室内性能测试。
  • [1] Kasai N, Tsuchiya C, Fukuda T, et al. Propane gas leak detection by infrared absorption using carbon infrared emitter and infrared camera[J]. NDT E International, 2011, 44(1):57-60.
    [2] Sandsten J, Edner H, Svanberg S. Gas visualization of industrial hydrocarbon emissions[J]. Optics Express, 2004, 12(7):1443-1451.
    [3] Lagueux P, Vallires A, Villemaire A, et al. Chemical agent standoff detection and identification with a hyperspectral imaging infrared sensor[C]//SPIE Europe Security+Defence. International Society for Optics and Photonics, 2009, 7486:74860C.
    [4] Benson R, Madding R, Lucier R, et al. Standoff passive optical leak detection of volatile organic compounds using a cooled InSb based infrared imager[C]//AWMA 99th Annual Meeting, 2006:131.
    [5] Gross W, Hierl T, Scheuerpflug H, et al. Localization of methane distributions by spectrally tuned infrared imaging[C]//Photonics East (ISAM, VVDC, IEMB). International Society for Optics and Photonics, 1999:234-240.
    [6] Malm H, Gamfeldt A, von Wrtemberg R M, et al. High image quality type-Ⅱ superlattice detector for 3.3m detection of volatile organic compounds[J]. Infrared Physics Technology, 2015, 70:34-39.
    [7] Niklaus F, Vieider C, Jakobsen H. MEMS-based uncooled infrared bolometer arrays:a review[C]//Photonics Asia 2007. International Society for Optics and Photonics, 2007, 6836:68360D.
    [8] Naranjo E, Baliga S, Bernascolle P. IR gas imaging in an industrial setting[C]//SPIE Defense, Security, and Sensing. International Society for Optics and Photonics, 2010, 7661:76610K.
    [9] Li Jiakun, Dun Xiong, Jing Minglei. et al. Design of wide-band gas leak infrared imaging detection system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6):1966-1971. (in Chinese)李家琨, 顿雄, 金明磊, 等. 宽波段气体泄漏红外成像检测系统设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(6):1966-1971.
    [10] Fang Hui, Lei Shuyu. A passive gas imaging system:China, 201110247808.6[P]. 2011-8-24. (in Chinese)方辉,雷述宇. 一种被动式气体成像系统:中国, CN 201110247808.6[P]. 2011-8-24.
    [11] Wang Lingxue, Xue Wei, Cai Yi, et al. A method of differential gas leak infrared imaging filtered by archimedes spiral filter:China, 201310309389.3[P]. 2013-10-16. (in Chinese)王岭雪, 薛唯, 蔡毅, 等. 阿基米德螺旋线推扫滤光差分气体泄漏红外成像方法:中国, 201310309389.3[P]. 2013-10-16.
    [12] Long Y, Wang L, Li J, et al. Detectivity of gas leakage based on electromagnetic radiation transfer[C]//SPIE Defense, Security, and Sensing. International Society for Optics and Photonics, 2011, 8013:80130D.
    [13] Benson R, Panek J A, Drayton P. Direct measurement of minimum detectable vapor concentrations using infrared optical imaging systems[C]//Proceeding of Air and Waste Management Association(AWMA) 99th Annual Conference and Exhibition, 2006.
    [14] Li J, Jin W, Wang X, et al. MRGC performance evaluation model of gas leak infrared imaging detection system[J]. Optics Express, 2014, 22(107):A1701-A1712.
    [15] Rodrguez-Conejo M A, Melndez J. Hyperspectral quantitative imaging of gas sources in the mid-infrared[J]. Applied Optics, 2015, 54(2):141-149.
    [16] Golowich S E, Manolakis D G. Performance limits of LWIR gaseous plume quantification[C]//SPIE Defense, Security, and Sensing. International Society for Optics and Photonics, 2011, 8048:80481F.
    [17] Holst G C. Testing and Evaluation of Infrared Imaging Systems[M]. US:SPIE, 2008:63-68.
    [18] Vollmer M, Mllmann K P. Infrared Thermal Imaging:Fundamentals, Research and Applications[M]. NY:John Wiley Sons, 2010.
    [19] Bai Tingzhu, Jin Weiqi. The Principle and Technology of photoelectric Imaging[M]. Beijing:Beijing Institute of Technology Press. 2006. (in Chinese)白廷柱, 金伟其. 光电成像原理与技术[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2006.
    [20] Zhang Cheng, Li Chunming. Research on NETD test of infrared imaging systems[J]. Journal of Dali University, 2009, 8(4):37-39. (in Chinese)张成, 李春明. 红外热成像系统噪声等效温差测试研究[J]. 大理学院学报, 2009, 8(4):37-39.
  • [1] 雷萍, 邢晖, 王娟锋, 王冰, 黄丽刚, 王金锁.  天基红外预警系统扫描相机预警探测能力研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20210977-1-20210977-6. doi: 10.3788/IRLA20210977
    [2] 吕相银, 陈宗胜, 李志刚, 时家明.  环境辐射对热像仪测温的影响 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210159-1-20210159-7. doi: 10.3788/IRLA20210159
    [3] 李春来, 刘成玉, 金健, 徐睿, 吕刚, 谢嘉楠, 袁立银, 刘世界, 王建宇.  红外高光谱遥感成像的技术发展与气体探测应用(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210866-1-20210866-13. doi: 10.3788/IRLA20210866
    [4] 周凯, 李道京, 王烨菲, 姚园, 乔明.  衍射光学系统红外光谱目标探测性能 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20200371-1-20200371-8. doi: 10.3788/IRLA20200371
    [5] 沙启蒙, 王卫杰, 刘通, 刘政良, 邱松, 任元.  涡旋光平衡探测系统转速测量精度与信噪比分析(特邀) . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20210616-1-20210616-9. doi: 10.3788/IRLA20210616
    [6] 刘秉义, 李瑞琦, 杨倩, 孔晓娟.  蓝绿光星载海洋激光雷达全球探测深度估算 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 106006-0106006(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0106006
    [7] 左维康, 朱亚丹, 邱敏, 刘继桥, 陈卫标.  APD探测器的性能对激光雷达反演CO2浓度误差影响研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 406002-0406002(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0406002
    [8] 游兴海, 张彬.  光学元件质量对红外光学系统信噪比的影响 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 320004-0320004(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0320004
    [9] 李帅, 徐抒岩, 刘栋斌, 张航.  高信噪比云与气溶胶探测仪成像系统设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1111006-1111006(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1111006
    [10] 谭亚运, 张合, 张祥金, 查冰婷.  水下单光束扫描探测系统光路参数优化设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 612001-0612001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0612001
    [11] 邓潘, 张天舒, 陈卫, 刘建国, 刘洋.  大气探测激光雷达噪声比例因子及信噪比的估算 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 81-86. doi: 10.3788/IRLA201645.S130003
    [12] 代虎, 颜昌翔, 吴从均.  气溶胶偏振探测仪检偏器方位角优化 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1243-1248.
    [13] 孙成明, 袁艳, 赵飞.  空间目标天基成像探测信噪比分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1654-1659.
    [14] 范哲, 张春熹, 牛燕雄, 孙绪印, 罗娜, 潘建业.  光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2103-2107.
    [15] 张己化, 范如玉, 赵宁, 蔡雷, 白鑫.  强背景下光电系统空间目标探测能力 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 212-216.
    [16] 苏晓锋, 潘胜达, 龚学艺, 杨育周, 陈凡胜.  红外面阵探测器DTDI技术的性能分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1025-1031.
    [17] 刘可辉, 王晓蕊, 张卫国.  红外点目标成像信噪比建模分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2143-2147.
    [18] 徐显文, 洪光烈, 张琨锋, 胡以华, 舒嵘.  月面成像合成孔径激光雷达性能分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 621-625.
    [19] 杜磊, 赵剡.  激波辐射对红外成像探测影响的抑制方法研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 562-568.
    [20] 葛卫龙, 华良洪, 张晓晖.  距离选通水下激光成像系统信噪比分析与计算 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2022-2026.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-11
  • 修回日期:  2016-05-20
  • 刊出日期:  2016-12-25

热像仪探测泄漏气体的信噪比建模与测试

doi: 10.3788/IRLA201645.1204003
    作者简介:

    罗秀丽(1989-),女,博士生,主要从事红外成像、红外成像系统性能建模方面的研究。Email:xiuliluo_tdcq@163.com

    通讯作者: 王岭雪(1973-),女,副教授,博士,主要从事红外成像、图像处理和红外光谱方面的研究。Email:neobull@bit.edu.cn
基金项目:

国家自然科学基金(61471044)

  • 中图分类号: TN215

摘要: 建立了能够定量预测热像仪探测泄漏气体能力的信噪比(SNR)与气体浓度(C)模型SNR-C,利用该模型对制冷热像仪GasFindIRTM在SNR=1时对应的甲烷气体浓度进行预测,预测数据与实际测试数据吻合。搭建了SNR-C室内测试装置,测试了非制冷热像仪Photon320在以298、303、308、313和318 K面源黑体为背景时探测乙烯气体的SNR-C曲线。数据分析发现,Photon 320在SNR5时,实测与预测乙烯浓度在各黑体背景温度下均比较接近。在SNR=5时,模型预测的乙烯气体浓度分别为3146、987、570、394和298 ppm,该变化规律与实际测量结果一致。建立的SNR-C模型能预测热像仪探测气体的能力,而搭建的测试装置能定量测量热像仪探测泄漏气体时信噪比与气体浓度之间的变化关系,可用于热像仪探测泄漏气体的室内性能测试。

English Abstract

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