一種二氧化硫氣體成像遙測裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及氣體監(jiān)測技術(shù)領域，特別是涉及一種二氧化硫氣體成像遙測方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化硫是大氣主要污染物之一，以煤和石油為燃料的火力發(fā)電廠、工業(yè)鍋爐、垃圾焚燒、生火取暖、柴油發(fā)動機、金屬冶煉廠、造紙廠等固定污染源都會排放大量的二氧化硫，對環(huán)境造成極大危害，因此二氧化硫被環(huán)保部列為重點監(jiān)測的大氣污染物。基于光學遙測的方法是非常重要的一類固定污染源二氧化硫排放監(jiān)測方法，如傅里葉變換方法、差分吸收激光雷達方法、紫外差分吸收光譜方法等。上述方法都是非成像的方法，測量的是設備光軸方向上的二氧化硫濃度，難以準確空間定位。成像型傅里葉變換光譜成像儀雖然可以成像，但是每次測量需要進行時間掃描，無法實現(xiàn)動態(tài)測量。傅里葉變換紅外探測方法還會因受到空氣中水汽的干擾而測量準確度下降。另外，傅里葉變換光譜儀成本很高，難以廣泛推廣使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的第一個目的是針對現(xiàn)有的二氧化硫氣體遙測方法無法同時實現(xiàn)準確定位和動態(tài)測量的問題，開發(fā)出一種可視化動態(tài)二氧化硫氣體排放遙測方法，可準確定位固定污染源排放二氧化硫煙羽的位置和濃度分布。
[0004]本實用新型的第二個目的是解決現(xiàn)有的二氧化硫氣體遙測裝置容易受到空氣中水汽的干擾導致測量準確度低的問題，同時儀器成本較低，可以廣泛推廣使用。
[0005]本實用新型的實現(xiàn)方法如下:
[0006]為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型提供的一種二氧化硫成像遙測裝置，包含可見光相機、第一紫外相機、第二紫外相機、紫外光譜儀、顯示器和計算機，其中可見光相機、第一紫外相機和第二紫外相機組成的紫外-可見多光譜相機。紫外-可見多光譜相機對目標區(qū)域成像，紫外光譜儀對視場中心區(qū)域進行連續(xù)光譜采集，計算機對紫外-可見多光譜相機和紫外光譜儀進行控制，對采集數(shù)據(jù)進行梳理并將結(jié)果顯示在顯示屏上。
[0007]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種二氧化硫氣體成像遙測方法，將紫外-可見多光譜成像與紫外差分吸收光譜探測相結(jié)合，可見光成像準確定位污染源污染物排放區(qū)域，紫外成像與可見光成像視場相同，采用差分成像方法確定含有二氧化硫氣體的區(qū)域，紫外差分吸收光譜測量圖像中確定區(qū)域的二氧化硫含量，并結(jié)合紫外差分成像結(jié)果反演出整個成像范圍的二氧化硫含量。
[0008]本實用新型所采用的測試方法是:首先通過由可見光相機、第一紫外相機和第二紫外相機組成的紫外-可見多光譜相機對目標區(qū)域成像，紫外光譜儀對視場中心區(qū)域進行連續(xù)光譜采集；然后根據(jù)紫外-可見多光譜相機采集的圖像計算出的差分圖像中心區(qū)域的亮度值，并根據(jù)紫外光譜儀采集的光譜結(jié)合差分吸收光譜算法計算出該位置的二氧化硫濃度；將上述的亮度值與二氧化硫濃度值進行比對，通過線性插值法反演出整個圖像區(qū)域的二氧化硫濃度值分布；最后將計算得出的二氧化硫濃度賦予不同的顏色，并將處理后的偽彩色圖融合進可見光圖像中，融合后的圖像在顯示器上顯示。
[0009]所述的可見光相機為可見光譜段的彩色相機或全色相機。
[0010]所述的紫外相機至少為兩個，兩個紫外相機的響應光譜譜段相鄰，一個譜段內(nèi)具有較強的二氧化硫吸收，另一個譜段內(nèi)吸收盡量少，兩個譜段盡量接近，兩個譜段范圍內(nèi)盡量沒有其他氣體吸收。優(yōu)選的，第一個紫外相機的響應中心波長為300nm，半高全寬為10nm，第二個紫外相機的響應中心波長為320nm，半高全寬為10nm。
[0011]所述的可見光相機、紫外相機并排放置，焦距和視場角相同，光軸平行，在對遠處目標成像時視場范圍相同。
[0012]其中可見光成像至少覆蓋380nm?780nm光譜范圍，紫外成像至少覆蓋290nm?330nm光譜范圍，紫外差分吸收光譜測量至少覆蓋280?330nm光譜范圍。
[0013]其中紫外差分成像至少包含兩個光譜通道，一個通道內(nèi)二氧化硫有強吸收，一個通道內(nèi)吸收很弱，將兩個通道的圖像相減得到含有二氧化硫的信號。
[0014]其中紫外差分吸收光譜測量利用二氧化硫在280?320nm光譜范圍內(nèi)的特征吸收，采用覆蓋該光譜范圍、光譜分辨率優(yōu)于0.5nm的光譜儀采集吸收光譜數(shù)據(jù)，計算出二氧化硫的濃度。
[0015]兩個紫外相機獲取的圖像進行差分計算得到與二氧化硫濃度分布相關的圖像。
[0016]所述的紫外光譜儀工作光譜范圍至少覆蓋280nm?320nm，光譜分辨率優(yōu)于0.5nm。
[0017]所述紫外光譜儀前端有前置長焦距望遠鏡，長焦距望遠鏡與所述多光譜相機的光軸平行，視場為多光譜相機中心視場的有限區(qū)域，通過標定可確定在多光譜相機視場中的具體位置和范圍。
[0018]所述的紫外光譜儀采集長焦距望遠鏡視場區(qū)域的光譜，利用紫外差分吸收光譜分析方法計算該區(qū)域的二氧化硫濃度。
[0019]所述的計算機控制界面中分別有可見光相機的成像界面，第一紫外相機的成像界面，第二紫外相機的成像界面，紫外光譜儀測得的光譜曲線窗口，處理后圖像窗口。其中處理后圖像窗口顯示的數(shù)據(jù)為第一和第二紫外相機采集圖像差分處理后的圖像進行偽彩色處理后融合進可見光圖像的圖像。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是實現(xiàn)可視化動態(tài)二氧化硫氣體排放遙測，可準確定位固定污染源排放二氧化硫煙羽的位置和濃度分布，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法同時實現(xiàn)準確定位和動態(tài)測量的問題，而且采用紫外探測方法不受水汽干擾，成本更低，可大范圍推廣。
【附圖說明】
[0021]圖1為一種二氧化硫氣體成像遙測方法原理框圖；
[0022]圖2為紫外相機工作光譜范圍示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0024]如圖1所示，一種二氧化硫成像遙測裝置，包含可見光相機1、第一紫外相機2、第二紫外相機3、紫外光譜儀4、顯示器5和計算機6?？梢姽庀鄼C1、第一紫外相機2和第二紫外相機3具有相同的視場，并且光軸平行，對同一目標物成像。
[0025]在本實施例中，可見光相機1、第一紫外相機2和第二紫外相機3組成紫外-可見多光譜相機。優(yōu)選的是可見光相機1為可見光譜段的彩色相機或全色相機，焦距為50mm，對角線視場角為30° ;第一紫外相機2和第二紫外相機3的對角線視場角均為30°。
[0026]如圖2所示，第一紫外相機的透過率中心波長為300nm，半高全寬為10nm，第二紫外相機3的透過率中心波長為320nm，半高全寬為10nm，除透過率不同外，第一紫外相機2和第二紫外相機3的其它參數(shù)完全相同，視場均與可見光相機1重合。
[0027]在本實施例中，紫外光譜儀4選擇高分辨率紫外光纖光譜儀，工作光譜范圍在200nm?400nm，光譜分辨率為0.3nm。對采集的光譜利用紫外差分吸收光譜分析方法計算二氧化硫濃度。
[0028]紫外光譜儀4前端采用一個焦距為300mm的紫外望遠鏡，紫外望遠鏡的光軸可見光相機1的光軸平行，在紫外望遠鏡的焦面處連接一口徑為200 μ m的紫外光纖，光纖的另一端與紫外光譜儀4連接，用于將紫外望遠鏡收集的目標的光束導入紫外光譜儀4。紫外望遠鏡的視場為可見光相機1中心視場的有限區(qū)域，通過標定可確定在可見光相機1視場中的具體位置和范圍。
[0029]在本實施例中，顯示屏5和計算機6選用便攜式計算機，利用計算機6對可見光相機1、第一紫外相機2、第二紫外相機3和紫外光譜儀4進行同步控制，并對采集圖像和光譜數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果在顯示屏5上實時顯示。
[0030]本實用新型一種二氧化硫氣體成像遙測裝置的遙測方法，其測試步驟為:(1)打開計算機6，軟件界面中分別有可見光相機1、第一紫外相機2和第二紫外相機3的成像界面，紫外光譜儀測4得的光譜曲線窗口，以及處理后圖像窗口。其中處理后圖像窗口顯示的數(shù)據(jù)為兩個紫外相機采集圖像差分處理后，再進行偽彩色處理，最后與可見光圖像融合的圖像；
[0031](2)調(diào)整設備的光軸方向，使被測的污染物排放口及排放污染物煙羽圖像顯示在可見光圖像的中心區(qū)域，可見光相機1成像界面的中心有一個用紅色圓圈標出的區(qū)域，表示紫外光譜儀4采集的是該區(qū)域內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，微調(diào)設備指向，使圓圈在煙羽的大致中心位置；
[0032](3)紫外光譜儀4采集的數(shù)據(jù)包含了圖像中圓圈位置的光譜，利用該光譜結(jié)合差分吸收光譜算法計算出該位置的二氧化硫濃度，再根據(jù)兩個紫外相機采集的圖像計算出的差分圖像圓圈區(qū)域的亮度值與紫外光譜儀4采集光譜計算出的二氧化硫濃度值進行比對，反演出整個圖像區(qū)域的二氧化硫濃度值分布，反演方法是線性插值法；
[0033](4)將計算的二氧化硫濃度賦予不同的顏色，如低濃度為藍色，高濃度為紅色，將處理后的偽彩色圖融合進可見光圖像中，融合后的圖像在顯示屏5上實時顯示。
[0034]以上所述，僅為本實用新型的實施例，并不用以限制本實用新型，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本實用新型技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種二氧化硫氣體成像遙測裝置，其特征在于，該裝置由可見光相機(1)、第一紫外相機(2)、第二紫外相機(3)、紫外光譜儀(4)、顯示器(5)和計算機(6)組成，其中可見光相機(1)、第一紫外相機(2)和第二紫外相機(3)組成的紫外-可見多光譜相機，計算機(6)對可見光相機(1)、第一紫外相機(2)、第二紫外相機(3)、和紫外光譜儀(4)進行同步控制。 所述可見光相機(1)為可見光譜段的彩色相機或全色相機，焦距為50mm，對角線視場角為30° ; 所述可見光相機(1)、第一紫外相機(2)和第二紫外相機(3)具有相同的視場，并且光軸平行，對同一目標物成像； 所述第一紫外相機(2)和第二紫外相機(3)的對角線視場角均為30° ;第一紫外相機(2)的響應中心波長為300nm，半高全寬為10nm，第二紫外相機(3)響應中心波長為320nm，半高全寬為10nm ； 所述紫外光譜儀(4)為高分辨率紫外光纖光譜儀，工作光譜范圍在200nm?400nm，光譜分辨率為0.3nm ; 所述紫外光譜儀(4)前端采用一個焦距為300mm的紫外望遠鏡，紫外望遠鏡的光軸可見光相機(1)的光軸平行，在紫外望遠鏡的焦面處連接一口徑為200 μπι的紫外光纖，光纖的另一端與紫外光譜儀(4)連接，用于將紫外望遠鏡收集到的光束傳導到紫外光譜儀(4)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種二氧化硫氣體成像遙測裝置，包含紫外-可見多光譜相機、紫外光譜儀、顯示器和計算機。通過紫外-可見多光譜相機對目標區(qū)域成像，紫外光譜儀對視場中心區(qū)域進行連續(xù)光譜采集，通過計算機對采集的圖像和光譜數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果在顯示屏上實時顯示。該裝置將紫外-可見多光譜成像與紫外差分吸收光譜探測相結(jié)合，實現(xiàn)了可視化動態(tài)二氧化硫氣體排放遙測，可準確定位固定污染源排放二氧化硫煙羽的位置和濃度分布，采用紫外探測方法，不受水汽干擾，成本較低。
【IPC分類】G01N21/33, G01N21/84
【公開號】CN205067360
【申請?zhí)枴緾N201520551156
【發(fā)明人】王新全
【申請人】青島市光電工程技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年7月27日