用于氣體羽狀流檢測(cè)的差分紅外線成像儀的制作方法
【專利摘要】設(shè)備、系統(tǒng)和方法自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流。系統(tǒng)包括用于分離電磁輻射光束和將分離的光束輸送至至少兩個(gè)檢測(cè)器的設(shè)備，其可操作地連接至第一帶通濾光器和第二帶通濾光器，所述第二帶通濾光器通過(guò)的電磁輻射的波長(zhǎng)在量級(jí)上相似但偏離于第一帶通濾光器通過(guò)的波長(zhǎng)。系統(tǒng)還包括分析系統(tǒng)，其被配置成分析來(lái)自至少兩個(gè)檢測(cè)器的圖像；處理器；和非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器執(zhí)行功能。示例性功能包括比較來(lái)自至少兩個(gè)檢測(cè)器的對(duì)象的多個(gè)確定性特征、多個(gè)概率性特征或兩者，和確定比較圖像之間的差異是否代表化學(xué)羽狀流。
【專利說(shuō)明】用于氣體羽狀流檢測(cè)的差分紅外線成像儀
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/467,816——2011年3月25日提交，發(fā)明名稱為 Apparatus and Systems for Identifying Hydrocarbon Gas Emissions and MethodsRelated Thereto (鑒別烴氣體排放物的設(shè)備和系統(tǒng)以及與其相關(guān)的方法）——和美國(guó)臨
時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/509，909-2011年7月20日提交，發(fā)明名稱為Autonomous Detection for
Chemical Plumes (化學(xué)羽狀流的自主檢測(cè))，二者均通過(guò)引用以其整體并入本文；和美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/540，391——2011年9月28日提交，發(fā)明名稱為Differential Infrared
Imager for Gas Plume Detection (用于氣體羽狀流檢測(cè)的差分紅外線成像儀）-的優(yōu)
先權(quán)，其每ー篇均通過(guò)引用以其整體并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明技術(shù)涉及鑒別化學(xué)排放物的設(shè)備和系統(tǒng)。更具體而言，本公開(kāi)內(nèi)容涉及自控設(shè)備和系統(tǒng)，其掃描和鑒別設(shè)施中的化學(xué)排放物。
[0004]發(fā)明背景
[0005]本部分意圖介紹本領(lǐng)域的各個(gè)方面，其可與本發(fā)明技術(shù)的示例性實(shí)施方式相關(guān)。相信該論述有助于提供架構(gòu)，以促進(jìn)更好地理解本發(fā)明技術(shù)的具體方面。因此，應(yīng)該理解，本部分應(yīng)該從這個(gè)角度閱讀，而不一定作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0006]烴的應(yīng)用是當(dāng)前文明的ー個(gè)基本方面。用于生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和應(yīng)用烴的設(shè)施持續(xù)在世界各地被建立。這些エ廠的效率變得越來(lái)越重要，因?yàn)榧词馆^小的烴損失也會(huì)増加成本或給監(jiān)管機(jī)構(gòu)造成問(wèn)題。
[0007]烴可在出售前損失或被應(yīng)用，這是由于エ藝限制、導(dǎo)致燃燒的エ藝干擾、泄露、以及部分烴用于為エ藝供應(yīng)燃料。雖然這些問(wèn)題中的大部分可通過(guò)設(shè)計(jì)被直接改善，但泄露可提供挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兛砂l(fā)生于任何數(shù)量的不同エ藝裝置類型上。例如，泄露可源于管子凸緣、閥、閥桿、取樣系統(tǒng)和任何數(shù)量的其它位置。隨著裝置的使用和老化，泄露變得越來(lái)越有可能。
[0008]エ廠狀況在它們形成時(shí)可增加泄露的可能性或加劇泄露。例如，用于產(chǎn)生液化天然氣（LNG)的エ廠利用高壓和低溫，其均可增加泄露的可能性。世界上LNG液化工廠的數(shù)目正在迅速地增長(zhǎng)。隨著這些エ廠老化，產(chǎn)生烴泄露的可能性越來(lái)越大。
[0009]早期檢測(cè)和泄露補(bǔ)救可用于防止任意數(shù)目的問(wèn)題，諸如成本増加和監(jiān)管問(wèn)題。泄露可由操作員檢測(cè)，例如通過(guò)看到釋放、聞到烴或聽(tīng)到由釋放導(dǎo)致的噪音。然而，大部分烴蒸氣是裸眼不可見(jiàn)的。而且，在エ廠中常常存在高水平的裝置擁塞，這會(huì)使泄漏點(diǎn)處于另一件裝置的后面。另外，烴可具有極少氣味，因而通過(guò)嗅覺(jué)可能檢測(cè)不到。通過(guò)聲音檢測(cè)小的泄露是不可能的，因?yàn)榉浅８咚降沫h(huán)境噪音使泄露不太可能被聽(tīng)到。
[0010]泄露檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)被安裝于許多烴設(shè)施中。這些系統(tǒng)可包括可燃?xì)怏w檢測(cè)器，其監(jiān)測(cè)具體位置處烴蒸氣的濃度或爆炸下限（LEL)，提供區(qū)域中某一點(diǎn)處烴水平的測(cè)量。然后，點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)的陣列可用于追蹤該區(qū)域中的蒸氣釋放。然而，點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)可能檢測(cè)不到小的釋放一諸如來(lái)自小的泄露或新泄露、烴的釋放量等。
[0011]其它泄露檢測(cè)系統(tǒng)已被用于檢測(cè)穿過(guò)工廠環(huán)境的管線中的烴，例如，通過(guò)引導(dǎo)區(qū)域一個(gè)邊緣處的光源朝向區(qū)域另一邊緣處的光譜檢測(cè)器。雖然這樣的系統(tǒng)可用于監(jiān)測(cè)對(duì)監(jiān)管問(wèn)題的依從性，但它們不一定鑒別沿著管線的釋放位置。而且，它們可能根本檢測(cè)不到小的釋放，理由與點(diǎn)檢測(cè)器一樣，例如烴可能太稀而不能檢測(cè)，或者可能被風(fēng)吹離檢測(cè)管線。
[0012]因此，根據(jù)泄露的位置和相對(duì)于常規(guī)氣體檢測(cè)器的氣體釋放方向，在一定的時(shí)間內(nèi)可能維持檢測(cè)不到泄露。這可使得蒸氣云產(chǎn)生，引起工廠環(huán)境中的問(wèn)題。
[0013]已經(jīng)發(fā)展了系統(tǒng)，以利用可直接顯示烴羽狀流圖像的高光譜照相機(jī)通過(guò)成像區(qū)域檢測(cè)釋放。例如，Hackwell, J. A.等，“LWIR/MWIR Hyperspectral Sensor for Airborneand Ground-based Remote Sensing,，’Proceedings of the SPIE, Imaging SpectroscopyII，M. R. Descour, and J. M. Mooney, Eds.，Vol. 2819，pp. 102-107 (1996)，其公開(kāi)了紅外線成像攝譜儀，其首次在1995年10月被用作空中傳感器。該儀器被命名為空間上增強(qiáng)的寬帶陣列攝譜儀系統(tǒng)（SEBASS)。SEBASS系統(tǒng)意圖探索高光譜紅外線傳感器在遠(yuǎn)距離鑒別常常用于提供化學(xué)指紋的2至14微米光譜區(qū)中的固體、液體、氣體和化學(xué)蒸氣中的有用性。該儀器是現(xiàn)有非成像攝譜儀的延伸，所述現(xiàn)有非成像攝譜儀應(yīng)用兩個(gè)球面棱鏡在2. 0和5. 2微米之間（MWIR)和7. 8和13. 4微米之間（LWIR)發(fā)現(xiàn)的大氣透射窗中同時(shí)操作。SEBASS系統(tǒng)在1996年三月用于基于塔的收集（tower-based collection)。
[0014]SEBASS系統(tǒng)允許在環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)諸如羽狀流的成像和鑒別。然而，其不用于自主鑒別化學(xué)釋放。在沒(méi)有自主監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的情況下，圖像必需由人進(jìn)行手動(dòng)檢查，使得快速鑒別存在問(wèn)題。而且，系統(tǒng)本身的復(fù)雜性會(huì)使連續(xù)自主應(yīng)用存在問(wèn)題。
[0015]在名稱為“TheThird Generation LDAR(LDAR3)Lower Fugitive Emissionsat a Lower Cost”（介紹于國(guó)家石化與煉油協(xié)會(huì)2006年環(huán)境會(huì)議（2006EnvironmentalConference of the National Petrochemical&Refiners Association),2006年9月 18-19日），Zeng等的介紹中，公開(kāi)了用于泄露鑒別的自控系統(tǒng)，其應(yīng)用照相機(jī)鑒別工廠中特定區(qū)域中的泄露。任何泄露均可由處理紅外線（IR)視頻圖像的軟件自主識(shí)別。在圖像中，背景和噪音干擾被最小化，并且揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC)羽狀流有可能利用算法被分離。基于比較許多排列的幀的瞬時(shí)快速傅立葉變換（FFT)計(jì)算，算法確定圖像是否包含化學(xué)羽狀流。由于在大氣中的閃爍特性，化學(xué)羽狀流可產(chǎn)生高頻率，在處理后的圖像中產(chǎn)生高密度像素。羽狀流指數(shù)（PI)基于處理后的VOC羽狀流圖像中像素的數(shù)目和密度而計(jì)算。如果PI大于實(shí)驗(yàn)上確定的閾值，則可觸發(fā)操作（action)，諸如警報(bào)或視頻捕獲，用于確認(rèn)。
[0016]雖然LDAR3系統(tǒng)描述了應(yīng)用頻率域來(lái)排列視頻圖像和去除照相機(jī)抖動(dòng)的方法，但其并未充分解決復(fù)雜的干擾，諸如移動(dòng)裝置、人、車輛或蒸汽，其可導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)。因此，需要更精確的羽狀流鑒別技術(shù)。
[0017]發(fā)明概述
[0018]提供了自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。設(shè)備包括透鏡；光束分束器；第一檢測(cè)器；第二檢測(cè)器；第一帶通濾光器，其使由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射波長(zhǎng)通過(guò)和阻止該范圍之外的頻率；和第二帶通濾光器，其使在量級(jí)上相似但偏離于第一帶通濾光器通過(guò)的波長(zhǎng)的電磁輻射波長(zhǎng)通過(guò)和阻止該范圍之外的頻率。
[0019]系統(tǒng)包括設(shè)備；分析系統(tǒng)，其被配置成分析來(lái)自第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器的圖像；處理器；和非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器執(zhí)行功能。示例性功能包括:(a)鑒別來(lái)自第一檢測(cè)器的圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征；(b)鑒別來(lái)自第二檢測(cè)器的圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征；(C)比較(i)來(lái)自第一檢測(cè)器的多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者與(ii)來(lái)自第二檢測(cè)器的多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者；和(d)確定比較圖像之間的差異是否代表化學(xué)羽狀流。
[0020]自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法包括如下步驟:(a)將電磁輻射光束分成至少兩束，所述至少兩束被引導(dǎo)至相應(yīng)的至少兩個(gè)檢測(cè)器，(b)至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射的波長(zhǎng)處從第一檢測(cè)器獲得第一多個(gè)圖像；(c)在量級(jí)上相似但偏離于第一檢測(cè)器的波長(zhǎng)的電磁輻射波長(zhǎng)處從第二檢測(cè)器獲得第二多個(gè)圖像；(d)比較第一多個(gè)圖像與第二多個(gè)圖像，以鑒別確定性特征的差異、概率性特征的變化或兩者；和(e)至少部分基于所述差異識(shí)別化學(xué)羽狀流。
附圖簡(jiǎn)介
[0021]通過(guò)參考以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)勢(shì)被更好地理解:
[0022]圖1是常規(guī)紅外線照相機(jī)的示意圖。
[0023]圖2是用于差分紅外線成像儀的示例性設(shè)備的示意圖。
[0024]圖3是由于黑體福射用于丙燒和背景場(chǎng)景(background scene)的示例性紅外線光譜圖。
[0025]發(fā)明詳述
[0026]在下面詳細(xì)描述部分中，描述了本發(fā)明技術(shù)的【具體實(shí)施方式】。然而，就以下描述是針對(duì)本發(fā)明技術(shù)的【具體實(shí)施方式】或具體應(yīng)用而言，這意圖是僅以示例為目的和僅僅提供對(duì)示例性實(shí)施方式的描述。因此，技術(shù)不限于下面描述的【具體實(shí)施方式】，相反，其包括屬于所附權(quán)利要求的實(shí)際精神和范圍內(nèi)的所有替代方案、改變和等同物。
[0027]首先，為了方便指代，提出本申請(qǐng)中應(yīng)用的某些術(shù)語(yǔ)以及其在該上下文中應(yīng)用的含義。在本文所用術(shù)語(yǔ)未在下文中限定的情況下，其應(yīng)該被給予相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)給予該術(shù)語(yǔ)的最寬泛的定義，如在至少一個(gè)印刷出版物或授權(quán)專利中所反映的。而且，本發(fā)明技術(shù)不受下面所示術(shù)語(yǔ)的應(yīng)用的限制，因?yàn)橛糜谙嗤蝾愃颇康牡乃械韧?、同義詞、新發(fā)展和術(shù)語(yǔ)或技術(shù)均被認(rèn)為在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0028]如本文中所使用的，“照相機(jī)”是可在各種光譜域，包括但不限于可見(jiàn)光、紅外線和紫外線中，獲得一系列二維圖像或幀(諸如視頻或系列靜像)的裝置。在一實(shí)施方式中，照相機(jī)形成紅外線光譜中區(qū)域諸如約2至14微米之間的二維圖像。在另一實(shí)例中，照相機(jī)形成紫外線光譜中區(qū)域諸如約350nm至400nm之間的二維圖像。任意數(shù)目的其它照相機(jī)均可用于本發(fā)明系統(tǒng)中，這取決于期望的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)可基于可從設(shè)施中的泄露釋放的可能的化學(xué)種類而被選擇。在其它實(shí)施方式中，照相機(jī)可利用一個(gè)或多個(gè)光束分束器，以形成區(qū)域的多個(gè)二維圖像。這些圖像可針對(duì)不同的紅外線光譜被形成。
[0029]“化學(xué)種類”是可在泄露中作為蒸氣或作為液體而釋放的任何化合物?？衫帽疚乃鱿到y(tǒng)和技術(shù)檢測(cè)的化學(xué)種類的實(shí)例包括烴和其它化學(xué)種類。可檢測(cè)的化學(xué)種類包括但不限于在LNG工廠或其它設(shè)施中的云中釋放的烴蒸氣或在水體頂部形成浮油的油。可被檢測(cè)的非烴種類包括但不限于作為蒸氣在煉油廠中釋放的氟化氫氣體、作為蒸氣在水處理工廠中釋放的氯或任意數(shù)目的其它液體或氣體?；瘜W(xué)種類也可被有意添加到處理流中，以增強(qiáng)利用本文所述技術(shù)對(duì)羽狀流的檢測(cè)。
[0030]“電磁輻射”或EM輻射包括來(lái)自來(lái)源的攜帶能量的電磁波或光子。EM輻射常常通過(guò)其與物質(zhì)的相互作用被分類成光譜范圍。如本文中所使用的，可見(jiàn)光或可見(jiàn)光譜包括可由人眼檢測(cè)的光，例如從大約400納米(nm)至大約700nm。紫外(UV)光或UV光譜包括波長(zhǎng)在大約190nm至大約400nm的光。在UV和可見(jiàn)光譜范圍中，化學(xué)物質(zhì)可通過(guò)電子躍遷吸收能量，其中電子從較低軌道被推進(jìn)到較高軌道。紅外(IR)光或IR光譜包括波長(zhǎng)比可見(jiàn)光譜長(zhǎng)但通常低于微波區(qū)域的光。
[0031]例如，IR光譜可包括波長(zhǎng)在約0.7和14微米(μ m)長(zhǎng)度之間的光。在大約10 μ m至大約14μm(遠(yuǎn)IR)處該連續(xù)區(qū)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)端處，化學(xué)物質(zhì)可通過(guò)旋轉(zhuǎn)躍遷吸收能量。在大約2.5μm?至大約10μπ?(中紅外線)的中間波長(zhǎng)范圍處，化學(xué)物質(zhì)可通過(guò)振動(dòng)躍遷吸收能量。在大約0.7μπι至2.5μπι(近-1R)的波長(zhǎng)范圍較低端處，化學(xué)物質(zhì)可通過(guò)振動(dòng)躍遷和通過(guò)與可見(jiàn)光和UV光類似的過(guò)程，例如通過(guò)電子躍遷，吸收能量。利用相對(duì)簡(jiǎn)單的檢測(cè)器諸如電荷偶聯(lián)裝置(CCD)，照相機(jī)圖像可在可見(jiàn)光譜、IR光譜或UV光譜中由電磁輻射形成。
[0032]如本文中所使用的，“設(shè)施”是切實(shí)的(有形的)物理裝置，通過(guò)該裝置，烴流體從油藏中產(chǎn)生、被注入到油藏中、被加工或運(yùn)輸。在其最廣泛的意義上，術(shù)語(yǔ)設(shè)施適用于可沿油藏與其輸送出口之間的流動(dòng)路徑存在的任意裝置。設(shè)施可包括生產(chǎn)井、注入井、井管、井口裝置、集油管線、總管、泵、壓縮機(jī)、分離器、表面流動(dòng)管線、蒸汽產(chǎn)生工廠、加工工廠和輸送出口。設(shè)施的實(shí)例包括油田、聚合工廠、煉油廠、LNG工廠、LNG油輪和再氣化工廠，除了其它的以外。
[0033]“烴”是有機(jī)化合物，主要包括元素氫和碳，盡管氮、硫、氧、金屬或任意數(shù)目的其它元素也可以少量存在。如本文中所使用的，烴通常指在天然氣、油或化學(xué)加工設(shè)施諸如煉油廠或化學(xué)工廠中發(fā)現(xiàn)的成分。
[0034]如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)〃天然氣〃指獲自原油井(伴生氣)和/或獲自地下含氣地層(非伴生氣)的多成分氣體。天然氣的組成和壓力可顯著變化。典型的天然氣流含有甲烷(CH4)作為主要成分，即，大于50mol%的天然氣流是甲烷。天然氣流還可含有乙烷(C2H6)、較高分子量的烴(例如,C3-C2tl烴)、一種或多種酸性氣體(例如，硫化氫)或其任意組合。天然氣還可含有較小量的污染物，諸如水、氮?dú)狻⒘蚧F、蠟、原油或其任意組合。
[0035]當(dāng)涉及物質(zhì)的數(shù)量或含量或其具體特性使用時(shí)，“基本上”是指足以提供該物質(zhì)或特性意圖提供的作用的量。在一些情況中，可允許的確切偏差程度取決于具體上下文。
[0036]提供了自主鑒別空氣中或水面上化學(xué)羽狀流的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。本文所述技術(shù)提高在烴工廠中化學(xué)羽狀流的檢測(cè)，這可有助于降低在延長(zhǎng)時(shí)間段中泄露仍未被檢測(cè)到的可能性。
[0037]在一些實(shí)施方式中，應(yīng)用紅外線成像照相機(jī)，因?yàn)樵S多烴種類在IR光譜中的波長(zhǎng)處吸收。專門設(shè)計(jì)的紅外線(IR)照相機(jī)可“看到”人眼看不到的某些氣體。常規(guī)氣體檢測(cè)IR照相機(jī)是商業(yè)上可得的，例如，GF320和GF306——由FLIR Systems, Inc.制造，和EYE-C-GAS——由Opgal制造。圖1是常規(guī)IR照相機(jī)工作原理的簡(jiǎn)化示圖。照相機(jī)I包括透鏡2，以通過(guò)濾光器3將圖像聚焦在傳感器4上。
[0038]與常規(guī)IR照相機(jī)不同，本文所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)包括光學(xué)裝置，至少一個(gè)分束器，其提供幾乎一致的圖像，即，電磁輻射光束，給兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器，即，傳感器。光學(xué)裝置包括常規(guī)照相機(jī)光學(xué)裝置，諸如透鏡、快門等。優(yōu)選地，常規(guī)透鏡被用于將圖像聚焦于分束器上。
[0039]分束器是任意的分束器:其可從透鏡接收?qǐng)D像，即，電磁輻射或電磁輻射光束，并將電磁福射光束分成兩個(gè)或更多個(gè)光束。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，分束器將電磁福射光束，即圖像，分成兩個(gè)或更多個(gè)光束、或三個(gè)或更多個(gè)光束、或四個(gè)或更多個(gè)光束、或五個(gè)或更多個(gè)光束。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，分束器用作棱鏡，其將電磁輻射光束折射成其組分波長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)光束可以在可見(jiàn)光譜中產(chǎn)生，以將檢測(cè)的羽狀流加入(infuse)到可見(jiàn)圖像中，易于人觀察。
[0040]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，光束分束器由商業(yè)上可得的材料構(gòu)造，所述商業(yè)上可得的材料具有大約50%的透射率和50%的反射率?？蛇x地，分束器對(duì)于一個(gè)檢測(cè)器可具有更高的透射率。例如，60%或70%或80%或更高的透射率可給予一個(gè)檢測(cè)器，而剩余的檢測(cè)器分別接收40%或30%或20%。在可選實(shí)施方式中，分束器具有:(a)在窄的頻譜窗中高(例如，大于80%或大于90%或接近100%)的透射率，(b)在另一頻譜窗中高(例如，大于80%或大于90%或接近100%)的反射率，或(c) (a)和(b)的組合。
[0041]每一檢測(cè)器均具有相應(yīng)的濾光器，諸如帶通濾光器，其使某一范圍內(nèi)的電磁福射波長(zhǎng)通過(guò)和阻止“通過(guò)”范圍外的波長(zhǎng)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，每一濾光器均具有窄的透射窗口，諸如大約Iym或大約0.5 μπι或大約0.1 μ m。優(yōu)選地，當(dāng)前的系統(tǒng)利用一個(gè)濾光器，其具有窄的透射窗口，該窗口 “看到”化學(xué)羽狀流，即，從化學(xué)種類發(fā)射的電磁輻射，和第二濾光器，其具有窄的透射窗口，該透射窗口類似于但“偏離于”第一濾光器的透射窗口。換言之，在光譜儀上，第二濾光器的透射窗口被移至第一濾光器的左邊或右邊，其僅包括背景電磁輻射，即，遠(yuǎn)離由化學(xué)種類反射的電磁輻射。“偏離”量根據(jù)應(yīng)用、裝置和檢測(cè)的化學(xué)種類而變化。優(yōu)選地，“偏離”足以使檢測(cè)器能夠區(qū)分背景和化學(xué)種類。
[0042]例如，在雙檢測(cè)器系統(tǒng)中，光束A通過(guò)帶通濾光器A，以在檢測(cè)器上形成圖像。光束B(niǎo)通過(guò)帶通濾光器B。濾光器B也具有窄的透射窗口。然而，該窗口被移至濾光器A窗口的左邊或右邊。圖3是丙烷的示例性紅外線光譜圖，顯示與IR光譜有關(guān)的帶通。圖3顯示帶通濾光器B被移至帶通濾光器A的右邊，但其也可被移至左邊。
[0043]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，為檢測(cè)烴蒸氣，至少一個(gè)濾光器具有波長(zhǎng)在大約3.3和大約3.4 μ m之間的窄透射窗口，這相應(yīng)于大部分烴化合物的IR吸收帶。
[0044]發(fā)送至每一檢測(cè)器的圖像可以是單個(gè)圖像、一系列靜像或視頻圖像。優(yōu)選地，使發(fā)送至兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器的圖像重合，以便圖像在空間排列上逐像素地匹配、在時(shí)間排列上逐像素地匹配或兩者?？臻g上、時(shí)間上或兩者的圖像同步與常規(guī)濾光輪設(shè)備相比能夠?qū)崿F(xiàn)提聞的分析能力。
[0045]檢測(cè)器是常規(guī)檢測(cè)器，即，傳感器，其檢測(cè)電磁輻射。檢測(cè)器可以為任意構(gòu)造。檢測(cè)器可從分束器直接接收電磁福射光束或從引導(dǎo)光束的任選的反射鏡接收電磁福射光束。優(yōu)選地，檢測(cè)器是相同的，以參與(add)到圖像處理和分析中。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，檢測(cè)器被冷卻，并可通過(guò)單個(gè)冷卻器冷卻。用于檢測(cè)烴種類的示例性檢測(cè)器是冷卻的中波IR檢測(cè)器。
[0046]在具有兩個(gè)檢測(cè)器的示例性系統(tǒng)中，分束器產(chǎn)生兩個(gè)圖像一圖像A和圖像B，圖像可被過(guò)濾，以便一個(gè)檢測(cè)器可具有背景和氣體羽狀流——圖像A，和第二檢測(cè)器可具有同樣的背景，但沒(méi)有氣體羽狀流。在該實(shí)施方式中，從圖像A減去圖像B產(chǎn)生差分圖像，S卩，“圖像C”，其僅包含氣體羽狀流。
[0047]不受理論限制，認(rèn)為兩個(gè)檢測(cè)器中背景圖像的強(qiáng)度，由于背景黑體輻射、光學(xué)組件的透射或帶通濾光器波長(zhǎng)中的輕微變化，可能輕微變化，這些差異可以相對(duì)小和相對(duì)恒定。優(yōu)選地，這些輕微差異可被考慮作為從圖像A中減去圖像B時(shí)的信號(hào)處理的部分。
[0048]系統(tǒng)通常增強(qiáng)氣體檢測(cè)能力，而且尤其適于自主氣體羽狀流檢測(cè)。通過(guò)當(dāng)前的IR氣體檢測(cè)相機(jī)，場(chǎng)景中的對(duì)象移動(dòng)，諸如人行走、車輛行駛、鳥(niǎo)飛行、蒸汽羽狀流等，以及背景的變化，諸如由于云移動(dòng)、太陽(yáng)的角度、照相機(jī)抖動(dòng)等造成的周圍環(huán)境熱能量水平變化，使得在手動(dòng)操作常規(guī)IR照相機(jī)時(shí)難以觀察小的氣體羽狀流。如果這樣的常規(guī)IR照相機(jī)可與自主泄露檢測(cè)系統(tǒng)一起應(yīng)用，則它們可要求非常成熟的算法，以區(qū)分羽狀流與場(chǎng)景中的其它變化和對(duì)羽狀流檢測(cè)的其它干擾。
[0049]與常規(guī)IR照相機(jī)相比，具有至少兩個(gè)檢測(cè)器的當(dāng)前實(shí)施方式顯示，圖像A和圖像B中移動(dòng)的對(duì)象和背景強(qiáng)度變化具有相同的空間和時(shí)間分辨率。將圖像B從圖像A中減去消除了這些干擾，并以適于自主檢測(cè)的高幀速率提供目標(biāo)羽狀流的圖像。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)大大地簡(jiǎn)化了羽狀流識(shí)別算法和明顯降低錯(cuò)誤報(bào)警率。
[0050]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，產(chǎn)生差分圖像，例如上述圖像C，所需的信號(hào)處理以及對(duì)強(qiáng)度或重合的任意必要調(diào)整可在DIR照相機(jī)的固件中進(jìn)行，從而簡(jiǎn)化整體系統(tǒng)和顯著減少部署自控泄露監(jiān)控系統(tǒng)所需的資源。
[0051]一些常規(guī)IR照相機(jī)應(yīng)用逐幀差分化并試圖實(shí)現(xiàn)差分圖像。例如，F(xiàn)LIR是指高靈敏度模式，和Opgal是指增強(qiáng)模式，其試圖使化學(xué)羽狀流對(duì)于人眼更可見(jiàn)。然而，在逐幀差分化方法中，引入了時(shí)間和空間差異，這使得場(chǎng)景不穩(wěn)定和不適于自主檢測(cè)。
[0052]例如，通過(guò)照相機(jī)輕微移動(dòng)引入的空間差異產(chǎn)生抖動(dòng)圖像。背景強(qiáng)度的變化也會(huì)在這些幀差分化模式中被放大，產(chǎn)生類似地不穩(wěn)定視頻。由于場(chǎng)景中快速移動(dòng)的對(duì)象產(chǎn)生的時(shí)間差異而遇到類似的困難。這些困難不能通過(guò)當(dāng)前的成像裝置諸如基于FTIR的高光譜成像儀、基于掃描的多光譜成像儀或基于濾光輪的多帶成像儀解決。
[0053]與上述常規(guī)逐幀差分化不同，本發(fā)明的系統(tǒng)克服這些問(wèn)題，因?yàn)閳D像A和圖像B在空間和時(shí)間上均被同步。因此，本發(fā)明技術(shù)適于自主系統(tǒng)和手動(dòng)操作的IR照相機(jī)。
[0054]圖2是自主氣體檢測(cè)的示例性系統(tǒng)和響應(yīng)方案的示意圖。參考圖2，系統(tǒng)10包括透鏡11、光束分束器12、第一濾光器13、第二濾光器14、第一檢測(cè)器15、第二檢測(cè)器16和反射鏡17。
[0055]在第一和第二檢測(cè)器中觀察到的背景20代表場(chǎng)景中固體或液體對(duì)象的復(fù)合熱IR輻射。與大部分烴氣體的窄吸收帶不同，該熱輻射代表中波IR光譜中的寬帶，類似于黑體輻射(不嚴(yán)格地表示為重疊在圖3中丙烷光譜上的大帶)。因?yàn)榈谝缓偷诙V光器13和14窄，它們對(duì)于由背景表示的寬帶基本上是相同的。然而，它們對(duì)于烴具有高度選擇性，其中第一檢測(cè)器15觀察氣體羽狀流25，而第二檢測(cè)器16看不到羽狀流。
[0056]在可選的實(shí)施方式中，光束B(niǎo)的第二濾光器和第二檢測(cè)器可具有單獨(dú)的冷卻器，并且可代替反射鏡相對(duì)于光束A以90度角被排列，從而排除反光鏡。同樣，第二檢測(cè)器可以是未冷卻的檢測(cè)器，因?yàn)闄z測(cè)器不用于氣體檢測(cè)并且靈敏度要求較低。
[0057]不受理論限制，利用具有類似量級(jí)、但在波長(zhǎng)上偏離的兩個(gè)濾光器的益處提供類似量的能量給兩個(gè)檢測(cè)器中的每一個(gè)。如果檢測(cè)器之一不被過(guò)濾，則其可接收明顯較大的IR能量，諸如比過(guò)濾的檢測(cè)器大大約10-50倍。
[0058]在一個(gè)或多個(gè)可選實(shí)施方式中，自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)包括兩個(gè)檢測(cè)器，但僅一個(gè)檢測(cè)器將具有濾光器。優(yōu)選地，第二檢測(cè)器不被冷卻。在這些實(shí)施方式中，由每一檢測(cè)器鑒別的背景場(chǎng)景中的差異被處理，以減小錯(cuò)誤報(bào)警的可能性。
[0059]許多分析技術(shù)可被用于確定是否檢測(cè)到化學(xué)種類。例如，當(dāng)“差分”圖像如上所述產(chǎn)生時(shí)，圖像A和圖像B之間的任何差異均可以被認(rèn)為是“正”讀數(shù)，即，指示化學(xué)種類。對(duì)差分圖像的分析可以如確定“圖像C”是否指示圖像A和圖像B之間的任意差異一樣簡(jiǎn)單。
[0060]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，可以應(yīng)用另外的分析技術(shù)。用于進(jìn)行圖像分析的系統(tǒng)組件和方法描述在本文中，并進(jìn)一步描述在2011年7月20日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/509，909和2011年3月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/467，816中，其每一篇均通過(guò)引用以其整體被并入本文。
[0061]這樣的分析技術(shù)應(yīng)用軟件算法來(lái)分析圖像，以區(qū)分化學(xué)羽狀流與場(chǎng)景中的其它特征，從而降低錯(cuò)誤報(bào)警的可能性。軟件算法區(qū)分烴蒸氣與其它周圍環(huán)境因子，諸如水流、蒸氣羽狀流、爐排氣(furnace off gas)、車輛、人、野生動(dòng)植物等?；瘜W(xué)羽狀流可由確定性特征、統(tǒng)計(jì)學(xué)特征和輔助特征或其任意組合來(lái)鑒別。圖像可以是灰度圖像，其中應(yīng)用對(duì)比度差異來(lái)鑒別特征。
[0062]如本文中所使用的，確定性特征包括化學(xué)羽狀流的各種特征，諸如幾何特征，例如化學(xué)羽狀流的尺寸和形狀等，和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，諸如運(yùn)動(dòng)約束等。統(tǒng)計(jì)學(xué)特征包括聯(lián)合的時(shí)間特征，諸如一幀中化學(xué)羽狀流圖像與前幀中化學(xué)羽狀流圖像重疊。輔助特征包括特征諸如化學(xué)羽狀流運(yùn)動(dòng)與預(yù)期風(fēng)向的比較、與工廠可見(jiàn)視頻圖像的比較等。
[0063]在一些實(shí)施方式中，照相機(jī)被安裝在頭部(poll)上，并可在系統(tǒng)的控制下移動(dòng)，諸如搖攝和傾斜。若干照相機(jī)可圍繞工廠外周被布置，以得到對(duì)設(shè)施100%的覆蓋。該自主檢測(cè)系統(tǒng)可提供在連續(xù)基礎(chǔ)上執(zhí)行的工廠監(jiān)控。在一些實(shí)施方式中，可保持低的整體系統(tǒng)成本，同時(shí)保持低的錯(cuò)誤報(bào)警率并仍能檢測(cè)小的或早期的烴泄露，例如，在環(huán)境條件下150米距離處具有大約20%LEL的羽狀流。
[0064]檢測(cè)系統(tǒng)可用于存在烴或其它可檢測(cè)化學(xué)種類的任意設(shè)施。這樣的設(shè)施的實(shí)例包括LNG工廠、油和氣井口操作、海上平臺(tái)、運(yùn)輸管道、船、卡車、煉油廠和化學(xué)工廠。如所述，化學(xué)羽狀流可以是水面上的烴或浮油，諸如海上平臺(tái)、油輪、卸油平臺(tái)等周圍的水面。
[0065]如果對(duì)泄露和化學(xué)羽狀流進(jìn)行陽(yáng)性鑒別，則系統(tǒng)可定位泄露并激活警報(bào)，警告操作員派遣響應(yīng)小組至泄露的地點(diǎn)。響應(yīng)小組可確認(rèn)泄露存在并實(shí)行修理。在一些實(shí)施方式中，烴泄露可顯示為假彩色圖像，以便操作員更容易分析。而且，系統(tǒng)可具有縮放能力，以在進(jìn)行泄露檢查時(shí)以手動(dòng)模式協(xié)助操作員。
[0066]系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)施每天24小時(shí)、每周7天和每年365天，即，具有最小停歇時(shí)間。停歇時(shí)間可主要是由于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)維護(hù)，并可通過(guò)冗余得到補(bǔ)償，例如，將其它照相機(jī)引導(dǎo)到照相機(jī)正在保養(yǎng)的區(qū)域。[0067]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可被配置成在寬溫度范圍內(nèi)工作，所述寬溫度范圍包括寒冷和溫暖的溫度，諸如酷熱的熱帶或沙漠環(huán)境或寒冷的北極環(huán)境。而且，系統(tǒng)可適于在白天或夜晚和在大約負(fù)10°C至50°C范圍的溫度下工作。系統(tǒng)還可被配置成在其它環(huán)境干擾下操作，諸如在霧、雨或沙暴中。在各個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)可檢測(cè)烴，諸如甲烷、乙烷或丙烷等。系統(tǒng)還可被配置成檢測(cè)其它可以成像的化學(xué)種類。
[0068]照相機(jī)可安裝在桿上，并且，如所述，具有自主搖攝和傾斜能力以及360度覆蓋。在一些實(shí)施方式中，照相機(jī)可能夠在自動(dòng)和手動(dòng)模式下被操作。因此，在報(bào)警的情況下，操作員可能夠控制照相機(jī)，以進(jìn)一步進(jìn)行觀察。
[0069]本系統(tǒng)可利用環(huán)境能量進(jìn)行檢測(cè)，但也可應(yīng)用人工照射源。在一些實(shí)施方式中，電磁輻射源，例如光源，可以用于照射環(huán)境。例如，IR激光器可以用于照射感興趣區(qū)域，以進(jìn)行泄露確認(rèn)。光源在羽狀流和背景之間的對(duì)比度可能不足以區(qū)分化學(xué)種類的狀況下可以是有用的。利用與本系統(tǒng)連通的光源控制，光源可以被提供動(dòng)力、激活或移動(dòng)。
[0070]自主檢測(cè)系統(tǒng)不限于檢測(cè)化學(xué)羽狀流，而且可以提供其它功能性。例如，在實(shí)施方式中，自主檢測(cè)系統(tǒng)可以用于監(jiān)測(cè)特定裝置，諸如爐、反應(yīng)器、壓縮機(jī)等，尋找問(wèn)題，諸如熱點(diǎn)、分布不均、熱馬達(dá)等。而且，為安全目的，自主檢測(cè)系統(tǒng)可提供圍欄-管線(fence-line)監(jiān)測(cè)，并監(jiān)測(cè)環(huán)境中從裝置逃逸的排放物。
[0071]對(duì)羽狀流的檢測(cè)和確認(rèn)可以通過(guò)由氣象監(jiān)測(cè)器收集的氣象學(xué)測(cè)量結(jié)果而得到加強(qiáng)。氣象監(jiān)測(cè)器可收集關(guān)于環(huán)境狀況諸如風(fēng)速、溫度、降水、大氣霧霾等的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)然后可用于實(shí)施方式中，以確認(rèn)檢測(cè)的羽狀流與收集的數(shù)據(jù)一致。
[0072]可分析確定性特征。這可包括空間特征和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征等。例如，分析可確定幾何特征，包括化學(xué)羽狀流的形狀或化學(xué)羽狀流的尺寸。分析還可確定形狀約束，諸如輪廓的縱橫比、分散度(例如，羽狀流的厚度，作為距離的函數(shù))、凸度和梯度方向直方圖(HOG)等。這些特征充當(dāng)約束并提供對(duì)可能對(duì)象的預(yù)篩選。
[0073]運(yùn)動(dòng)學(xué)或運(yùn)動(dòng)特征可以是分析的部分，諸如確定羽狀流不斷移動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)受限于受到約束的區(qū)域，如通過(guò)源于泄露的羽狀流所預(yù)期的。運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可包括羽狀流的尺寸約束，諸如通過(guò)一系列圖像的最小和最大尺寸。運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可用于過(guò)濾出大部分剛體干擾。
[0074]可分析羽狀流的概率性特征。例如，概率性特征可包括化學(xué)羽狀流的空間圖形、化學(xué)羽狀流的瞬時(shí)圖形或任意數(shù)目的其它特征。分析可包括聯(lián)合空間和時(shí)間分析，諸如快速動(dòng)態(tài)紋理算法。在概率性分析中，統(tǒng)計(jì)學(xué)模型——由兩種類型的方程式來(lái)描述，例如演化方程和觀測(cè)方程，其分別模擬固有狀態(tài)隨時(shí)間演變的方式和固有狀態(tài)投射于圖像像素的方式——可以擬合片段化的像素?cái)?shù)據(jù)。參數(shù)可由矩陣來(lái)估算。也可應(yīng)用其它概率性分析技術(shù)，諸如主成分分析(PCA)。在PCA中，確定引起羽狀流變化的變量，諸如風(fēng)速和風(fēng)向與羽狀流中所示變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。
[0075]對(duì)于人眼可見(jiàn)的圖像可與利用非可見(jiàn)圖像，諸如IR光譜中的圖像，鑒別的羽狀流進(jìn)行比較。例如，可見(jiàn)圖像可以用于區(qū)分有機(jī)蒸氣羽狀流和水蒸汽。通常，有機(jī)羽狀流在非可見(jiàn)圖像中可以是暗的，并且在可見(jiàn)圖像中不太可見(jiàn)。相反，蒸汽羽狀流由于放出的熱而在非可見(jiàn)圖像中可以是亮的，并且在可見(jiàn)圖像中可見(jiàn)。除了提高檢測(cè)之外，可見(jiàn)圖像還可以用于定位工廠環(huán)境中的泄露，例如，通過(guò)比較紅外線光譜中照相機(jī)的重合圖像與可見(jiàn)光譜中照相機(jī)的重疊圖像。[0076]通過(guò)利用來(lái)自氣象監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)，氣體羽狀流檢測(cè)也可得到提高或確認(rèn)。例如，計(jì)算的羽狀流運(yùn)動(dòng)可與風(fēng)向進(jìn)行比較，諸如在PCA算法中。如果羽狀流的運(yùn)動(dòng)與風(fēng)向不一致，則羽狀流鑒別可能是不正確的。
[0077]一些改變可用于實(shí)施方式中，以提高自主檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性、使用簡(jiǎn)易性或?qū)嵤┖?jiǎn)易性。在實(shí)施方式中，泄露建模結(jié)果、泄露檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、照相機(jī)和透鏡特性以及算法要求可以組合，以形成部署參考圖表(deployment reference chart),用于設(shè)置自主檢測(cè)系統(tǒng)。
[0078]檢測(cè)可靠性還可通過(guò)利用各種烴流中的化學(xué)標(biāo)記得以提高?；瘜W(xué)標(biāo)記可以是被添加以增加特定波長(zhǎng)處的吸收或發(fā)射的物質(zhì)。這樣的標(biāo)記可使其它檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更有用。例如，熒光化學(xué)制品可以非常少的量加入到烴流中，諸如百萬(wàn)分之幾份，因?yàn)檫@些化合物常常具有高量子產(chǎn)率，量子產(chǎn)率是發(fā)射的光子數(shù)除以吸收的光子數(shù)。因?yàn)榘l(fā)射光的波長(zhǎng)可能不與天然源重疊，所以從熒光鑒別羽狀流可以是直接的。
[0079]自主檢測(cè)系統(tǒng)不限于可安裝在桿上的照相機(jī)。在實(shí)施方式中，照相機(jī)可以是可安裝在桿上、連接至自主移動(dòng)平臺(tái)、放置于常規(guī)定位的塔上或從纜或氣囊懸浮。自主檢測(cè)系統(tǒng)還可被整合成移動(dòng)機(jī)器人，其可以是自主的或由操作人員操縱。
[0080]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)可包括多個(gè)檢測(cè)器，其中具有與帶通濾光器連接的檢測(cè)器亞組。例如，自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)可包括:透鏡；至少一個(gè)光束分束器，其被配置成從透鏡接收光束和將光束分成第一光束和第二光束；第一檢測(cè)器，其被配置成從分束器接收至少部分第一光束；和第二檢測(cè)器，其被配置成從分束器接收至少部分第二光束。系統(tǒng)可包括第一帶通濾光器，其沿第一檢測(cè)器和至少一個(gè)光束分束器之一之間的第一光束的路徑被布置，所述第一帶通濾光器使由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射的波長(zhǎng)(例如，至少部分第一光束)通過(guò)并阻止該范圍之外的頻率。第二檢測(cè)器可接收第二光束。在該配置中，從第一光束檢測(cè)的圖像可以與從第二光束檢測(cè)的圖像疊合或組合，以突出某些波長(zhǎng)。
[0081]在下面段落中進(jìn)一步描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式:
[0082]1.自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，包括:透鏡；至少一個(gè)光束分束器，其被配置成從透鏡接收光束和將光束分成第一光束和第二光束；第一檢測(cè)器，其被配置成從分束器接收至少部分第一光束；
[0083]第二檢測(cè)器，其被配置成從分束器接收至少部分第二光束；第一帶通濾光器，其沿第一檢測(cè)器和至少一個(gè)光束分束器之一之間的第一光束的路徑被布置，所述第一帶通濾光器使由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射的波長(zhǎng)(例如，至少部分第一光束)通過(guò)并阻止該范圍之外的頻率；和第二帶通濾光器，其沿第二檢測(cè)器和至少一個(gè)光束分束器之一之間的第二光束的路徑被布置，所述第二帶通濾光器使偏離于由第一帶通濾光器通過(guò)的波長(zhǎng)的電磁輻射波長(zhǎng)(并且，可以與通向第一檢測(cè)器的能量的量級(jí)類似)通過(guò)并阻止該范圍之外的頻率。
[0084]2.段落I的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括:分析系統(tǒng)，其被配置成分析來(lái)自第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器的圖像。
[0085]3.段落2的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括:處理器；和非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器以:(a)鑒別來(lái)自第一檢測(cè)器的圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征；(b)鑒別來(lái)自第二檢測(cè)器的圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征；(C)比較(i)來(lái)自第一檢測(cè)器的多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者與(ii)來(lái)自第二檢測(cè)器的多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者；和(d)確定比較圖像之間的差異是否代表化學(xué)羽狀流。
[0086]4.段落I至3任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中第一帶通濾光器僅允許電磁福射通過(guò)。
[0087]5.段落I至4任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中電磁輻射的波長(zhǎng)在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
[0088]6.段落I至4任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng),其中電磁輻射的波長(zhǎng)在約
3.1 μ m 和 3.6 μ m 之間。
[0089]7.段落I至4任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中電磁輻射的波長(zhǎng)在紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
[0090]8.段落I至4任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中電磁輻射的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
[0091]9.段落3至8任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中確定性特征包括化學(xué)羽狀流的幾何特征。
[0092]10.段落9的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中幾何特征包括化學(xué)羽狀流的尺寸、化學(xué)羽狀流的形狀、化學(xué)羽狀流的邊緣或其任意組合。
[0093]11.段落3至10任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中概率性特征包括化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。
[0094]12.段落11的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)學(xué)特征包括化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)、化學(xué)羽狀流的尺寸變化、化學(xué)羽狀流的形狀、或化學(xué)羽狀流的位置或其任意組合。
[0095]13.段落3至12任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中概率性特征包括化學(xué)羽狀流的空間圖形或化學(xué)羽狀流的瞬時(shí)圖形或兩者。
[0096]14.段落2至13任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括分布式控制系統(tǒng)，其被配置成接收來(lái)自分析系統(tǒng)的警報(bào)信號(hào)。
[0097]15.段落2至14任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括人機(jī)界面，其被配置成在一定的位置瞄準(zhǔn)透鏡。
[0098]16.段落2至15任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括氣象測(cè)量系統(tǒng)，其被配置成收集關(guān)于氣象狀況的數(shù)據(jù)。
[0099]17.段落16的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中氣象狀況包括濕度測(cè)量、溫度測(cè)量、日射測(cè)量或其任意組合。
[0100]18.段落I至17任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中化學(xué)種類包括烴。
[0101]19.段落I至18任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中化學(xué)種類包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯或其任意組合。
[0102]20.段落I至19任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中化學(xué)種類是在水體表面上形成羽狀流的液態(tài)烴。
[0103]21.自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，其包括如下步驟:將電磁輻射光束分成至少兩個(gè)光束，所述至少兩個(gè)光束被引導(dǎo)至相應(yīng)的至少兩個(gè)檢測(cè)器；至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射的波長(zhǎng)處從第一檢測(cè)器獲得第一多個(gè)圖像；在偏離于所述第一檢測(cè)器的波長(zhǎng)的電磁輻射波長(zhǎng)處從第二檢測(cè)器獲得第二多個(gè)圖像；比較所述第一多個(gè)圖像與所述第二多個(gè)圖像，以鑒別確定性特征的差異、概率性特征的變化或兩者；和至少部分基于所述差異識(shí)別化學(xué)羽狀流。
[0104]22.段落21的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，還包括如下步驟:至少在選擇以被化學(xué)種類吸收的電磁輻射的波長(zhǎng)處用照射源照射區(qū)域；和從樣品空間獲得來(lái)自檢測(cè)器的多個(gè)圖像。
[0105]23.段落21或22的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，還包括如下步驟:如果在來(lái)自檢測(cè)相機(jī)的多個(gè)圖像中識(shí)別出化學(xué)羽狀流，則發(fā)送信息至遠(yuǎn)程位置。
[0106]24.段落21至23任意之一的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，其中分析多個(gè)圖像包括將第一和第二多個(gè)圖像簡(jiǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括來(lái)自所述第一和第二多個(gè)圖像的幀的幀-與-幀比較的數(shù)字表。
[0107]25.段落24的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，還包括如下步驟:訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以從數(shù)字表識(shí)別化學(xué)羽狀流。
[0108]雖然本發(fā)明技術(shù)可容易接受各種改動(dòng)和可選形式，但上述實(shí)施方式僅通過(guò)舉例方式顯示。然而，還應(yīng)該理解所述技術(shù)不意圖限于本文所公開(kāi)的【具體實(shí)施方式】。實(shí)際上，本發(fā)明技術(shù)包括落入所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有替代方案、改動(dòng)和等同物。
【權(quán)利要求】
1.自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，包括： 透鏡， 至少一個(gè)光束分束器， 第一檢測(cè)器， 第二檢測(cè)器， 第一帶通濾光器，其使由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射波長(zhǎng)通過(guò)，和阻止該范圍之外的頻率，和 第二帶通濾光器，其使在量級(jí)上相似但偏離于所述第一帶通濾光器通過(guò)的波長(zhǎng)的電磁輻射波長(zhǎng)通過(guò)和阻止該范圍之外的頻率。
2.權(quán)利要求1所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括： 分析系統(tǒng)，其被配置成分析來(lái)自所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器的圖像。
3.權(quán)利要求2所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括： 處理器；和 非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)所述處理器以： (a)鑒別來(lái)自所述第一檢測(cè)器的圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征； (b)鑒別來(lái)自所述第二檢測(cè)器的圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征； (C)比較（i)來(lái)自所述第一檢測(cè)器的多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者與（ii)來(lái)自所述第二檢測(cè)器的多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者；和(d)確定所述比較圖像之間的差異是否代表化學(xué)羽狀流。
4.權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述第一帶通濾光器僅允許電磁輻射通過(guò)。
5.權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射的波長(zhǎng)在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
6.權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射的波長(zhǎng)在約3. I ii m和3. 6 ii m之間。
7.權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射的波長(zhǎng)在紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求3至8任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中確定性特征包括所述化學(xué)羽狀流的幾何特征。
10.權(quán)利要求9所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述幾何特征包括所述化學(xué)羽狀流的尺寸、所述化學(xué)羽狀流的形狀、所述化學(xué)羽狀流的邊緣或其任意組合。
11.權(quán)利要求3至10任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中概率性特征包括所述化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。
12.權(quán)利要求11所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)學(xué)特征包括所述化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)、所述化學(xué)羽狀流的尺寸變化、所述化學(xué)羽狀流的形狀或所述化學(xué)羽狀流的位置或其任意組合。
13.權(quán)利要求3至12任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中概率性特征包括所述化學(xué)羽狀流的空間圖形或所述化學(xué)羽狀流的瞬時(shí)圖形或兩者。
14.權(quán)利要求2至13任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括分布式控制系統(tǒng)，其被配置成接收來(lái)自分析系統(tǒng)的警報(bào)信號(hào)。
15.權(quán)利要求2至14任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括人機(jī)界面，其被配置成在一定的位置瞄準(zhǔn)所述透鏡。
16.權(quán)利要求2至15任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，還包括氣象測(cè)量系統(tǒng)，其被配置成收集關(guān)于氣象狀況的數(shù)據(jù)。
17.權(quán)利要求16所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述氣象狀況包括濕度測(cè)量、溫度測(cè)量、日射測(cè)量或其任意組合。
18.權(quán)利要求1至17任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類包括烴。
19.權(quán)利要求1至18任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯或其任意組合。
20.權(quán)利要求1至19任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類是在水體表面上形成羽狀流的液態(tài)烴。
21.自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，包括如下步驟： 將電磁輻射光束分成至少兩個(gè)光束，所述至少兩個(gè)光束被引導(dǎo)至相應(yīng)的至少兩個(gè)檢測(cè)器， 至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁輻射的波長(zhǎng)處從第一檢測(cè)器獲得第一多個(gè)圖像； 在偏離于所述第一檢測(cè)器的波長(zhǎng)的電磁輻射波長(zhǎng)處從第二檢測(cè)器獲得第二多個(gè)圖像； 比較所述第一多個(gè)圖像與所述第二多個(gè)圖像，以鑒別確定性特征的差異、概率性特征的變化或兩者；和 至少部分基于所述差異識(shí)別化學(xué)羽狀流。
22.權(quán)利要求16所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，還包括如下步驟： 至少在選擇以被化學(xué)種類吸收的電磁輻射的波長(zhǎng)處用照射源照射區(qū)域；和 從樣品空間獲得來(lái)自檢測(cè)器的多個(gè)圖像。
23.權(quán)利要求21或22所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，還包括如下步驟：如果在來(lái)自檢測(cè)相機(jī)的多個(gè)圖像中識(shí)別出化學(xué)羽狀流，則發(fā)送信息至遠(yuǎn)程位置。
24.權(quán)利要求21至23任一項(xiàng)所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，其中分析多個(gè)圖像包括將所述第一和第二多個(gè)圖像簡(jiǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括來(lái)自所述第一和第二多個(gè)圖像的幀的幀-與-幀比較的數(shù)字表。
25.權(quán)利要求24所述的自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，還包括如下步驟：訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以從所述數(shù)字表識(shí)別所述化學(xué)羽狀流。
【文檔編號(hào)】H01L25/00GK103503135SQ201280014671
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】J·M·撤本, Y·曾, J·莫里斯, Y·阮 申請(qǐng)人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>