一種水面油膜的熱紅外成像測(cè)量系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及浮油監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水面油膜的熱紅外成像測(cè)量系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油的應(yīng)用遍及社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)方面，隨之而來(lái)石油污染也是當(dāng)代環(huán)境保護(hù)中面臨的重大問(wèn)題?；谑驮诙唐趦?nèi)不會(huì)自然降解的特性，如任其泄漏到環(huán)境中，將對(duì)環(huán)境和生態(tài)平衡產(chǎn)生重大危害和影響。
[0003]目前，對(duì)水面浮油的監(jiān)測(cè)一直受到世界各國(guó)的高度重視，主要的監(jiān)測(cè)方法包括可見(jiàn)光遙感、激光焚光遙感、紫外遙感、紅外遙感、微波遙感等遙感方法，分為衛(wèi)星遙感和機(jī)載遙感；另外還有，多傳感器陣列方法，水質(zhì)取樣分析方法。
[0004]然而，受自身工作原理的限制，上述監(jiān)測(cè)方法分別存在以下不足。其中，可見(jiàn)光遙感依賴太陽(yáng)輻射，只能在白天工作；激光熒光遙感體積較大，部署和操作復(fù)雜，價(jià)格昂貴；紫外遙感紫外波段電磁波長(zhǎng)短，繞射能力差，探測(cè)高度有限；紅外遙感技術(shù)相對(duì)成熟，但對(duì)油膜厚度探測(cè)能力有限，對(duì)乳化油無(wú)探測(cè)能力；微波遙感空間分辨率較低，且容易受到風(fēng)速等環(huán)境因素干擾；多傳感器陣列方法需要在水中部署大量傳感器，操作復(fù)雜，成本高，不適合大面積測(cè)量；水質(zhì)取樣分析方法局限性更大，而且操作麻煩、分析時(shí)間長(zhǎng)。
[0005]有鑒于此，亟待針對(duì)現(xiàn)有浮油監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以有效克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)有技術(shù)中操作復(fù)雜、成本高以及外界因素影響檢測(cè)精度等問(wèn)題。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種水面油膜的熱紅外成像測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次設(shè)置的紅外熱像儀、濾光片單元、偏振片單元和反射振鏡；所述紅外熱像儀用于采集當(dāng)前水面的熱紅外信息；所述濾光片單元具有多塊不同波段的濾光片，且多塊所述濾光片可調(diào)節(jié)至分別與所述紅外熱像儀的鏡頭對(duì)中；所述偏振片單元具有多塊不同偏振角度的偏振片，且多塊所述偏振片可調(diào)節(jié)至分別與所述紅外熱像儀的鏡頭對(duì)中；所述反射振鏡可調(diào)節(jié)工作角度。
[0010]優(yōu)選地，所述濾光片單元包括:濾光片輪，多塊所述濾光片間隔設(shè)置在所述濾光片輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的同心圓上；和第一驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)所述濾光片輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]優(yōu)選地，所述濾光片為帶通濾光片，每塊所述濾光片的帶寬為10-20nm。
[0012]優(yōu)選地，所述偏振片單元包括:偏振片輪，多塊所述偏振片間隔設(shè)置在所述偏振片輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的同心圓上；和第二驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)所述偏振片輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]優(yōu)選地，還包括設(shè)置在所述反射振鏡背面的黑體輻射源。
[0014]優(yōu)選地，還包括第三驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)所述反射振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015]優(yōu)選地，所述反射振鏡為二維反射振鏡。
[0016]優(yōu)選地，所述熱像儀的探測(cè)器為焦平面非制冷型探測(cè)器，像素?cái)?shù)為320*256，波長(zhǎng)為8-14 μ m ;所述濾光片與所述偏振片的直徑相同。
[0017]本發(fā)明還提供了一種水面油膜的熱紅外成像測(cè)量方法，包括下述步驟:
[0018]S1.對(duì)應(yīng)每塊與紅外熱像儀對(duì)中的濾光片，多塊偏振片分別調(diào)節(jié)至與所述紅外熱像儀對(duì)中，以便所述紅外熱像儀通過(guò)每塊所述濾光片將所有不同角度的偏振信息掃一遍；其中，對(duì)應(yīng)每塊與所述紅外熱像儀對(duì)中的所述偏振片，反射振鏡掃一遍工作角度，以將不同位置水面的紅外輻射通過(guò)所述偏振片和濾光片引入所述紅外熱像儀，采集該波段的熱紅外圖像；
[0019]S2.根據(jù)所述熱紅外圖像獲得浮油種類的定性和油膜厚度的定量測(cè)量結(jié)果。
[0020]優(yōu)選地，步驟SI前執(zhí)行:
[0021]S0.反轉(zhuǎn)所述反射振鏡，采集所述反射振鏡背面設(shè)置的黑體輻射源透過(guò)當(dāng)前所述濾光片和偏振片后的熱紅外圖像，以作為當(dāng)前紅外輻射測(cè)量基準(zhǔn)。
[0022](三)有益效果
[0023]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024]首先，在紅外熱像儀的采集路徑上依次設(shè)置有濾光片、偏振片和反射振鏡，濾光片單元具有多塊可分別與鏡頭對(duì)中的不同波段濾光片，偏振片單元具有多塊可分別與鏡頭對(duì)中的不同偏振角度的偏振片；如此設(shè)置，可以同時(shí)獲得不同角度的偏振光信息、不同波長(zhǎng)的紅外輻射信息，獲取的信息量非常豐富，為提升測(cè)量精度提供了可靠的保障。
[0025]其次，測(cè)量時(shí)，將測(cè)量系統(tǒng)懸置于水中油膜上方，針對(duì)每塊濾光片，各偏振片依次與其對(duì)正，即在當(dāng)前濾光片下，各偏振片依次介入熱紅外信息的采集，從而實(shí)現(xiàn)熱像儀通過(guò)每個(gè)帶通濾光片將所有不同角度的偏振信息掃一遍，拍下特定波段的熱紅外圖像；也就是說(shuō)，不同波段濾光片和不同偏振角度的偏振片相結(jié)合得到特定波段和偏振信息的紅外圖像，從而實(shí)現(xiàn)浮油種類的定性和油膜厚度的定量測(cè)量。
[0026]再次，針對(duì)每塊偏振片，反射振鏡依次調(diào)節(jié)工作角度，也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)每塊與紅外熱像儀對(duì)中的偏振片，反射振鏡掃一遍工作角度，以將不同位置水面的紅外輻射通過(guò)偏振片和濾光片引入所述紅外熱像儀，采集該濾光波段及偏振角度下的熱紅外圖像；由此，根據(jù)所述熱紅外圖像獲得浮油種類的定性和油膜厚度的定量測(cè)量結(jié)果。
[0027]本發(fā)明可以同時(shí)得到水面多個(gè)不同波段、多個(gè)不同偏振角度的紅外圖像信息，與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行水面油膜的測(cè)量，不受外界太陽(yáng)輻射、風(fēng)速等時(shí)間和環(huán)境因素的干擾，體積小巧、可以快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)水面浮油的定性和定量測(cè)量，具有較好的可操作性，且制造成本及使用成本可控；并可廣泛應(yīng)用在河道、湖泊、海洋浮油檢測(cè)、工廠排放檢測(cè)、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。
[0028]在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，其反射振鏡背面增設(shè)有黑體輻射源，并作為系統(tǒng)標(biāo)定基礎(chǔ)。各濾光片依次參與熱紅外信息的采集后，反轉(zhuǎn)該反射振鏡，采集黑體輻射源透過(guò)當(dāng)前濾光片和偏振片后的熱紅外圖像，以作為當(dāng)前輻射基準(zhǔn)；然后，紅外熱像儀采集當(dāng)前水面透過(guò)濾光片和偏振片后的熱紅外圖像，與黑體比較校正后，得到當(dāng)前水面的熱紅外信息。如此設(shè)置，每次測(cè)量前可以實(shí)時(shí)標(biāo)定系統(tǒng)，可以完全規(guī)避克服探測(cè)器溫漂造成的誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一所述水面油膜的熱紅外成像測(cè)量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二所述水面油膜的熱紅外成像測(cè)量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:
[0032]紅外熱像儀1、濾光片單元2、濾光片21、偏振片單元3、偏振片31、反射振鏡4、第一驅(qū)動(dòng)裝置5、第二驅(qū)動(dòng)裝置6、第一減速器7、第二減速器8、第三驅(qū)動(dòng)裝置9、黑體輻射源10、驅(qū)動(dòng)裝置11、分動(dòng)減速器12。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0034]在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多塊”的含義是兩塊或兩塊以上；術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。因此，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0035]實(shí)施例一
[0036]請(qǐng)參見(jiàn)圖1，該圖示出了本實(shí)施例所述水面油膜的熱紅外成像測(cè)量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)，沿?zé)峒t外信息的采集路徑依次設(shè)置有紅外熱像儀1、濾光片單元2、偏振片單元3和反射振鏡4。
[0037]其中，紅外熱像儀I用于采集當(dāng)前水面的熱紅外信息，以據(jù)此獲得浮油種類的定性和油膜厚度的定量測(cè)量結(jié)果。該紅外熱像儀I的探測(cè)器可以采用焦平面非制冷型探測(cè)器，像素?cái)?shù)為320*256，波長(zhǎng)為8-14 μπι，優(yōu)選能夠電動(dòng)調(diào)焦，以提升可操作性。測(cè)量時(shí)，將測(cè)量系統(tǒng)懸于水中油膜A上方80-120cm即可進(jìn)行測(cè)量操作。
[0038]其中，濾光片單元2具有多塊不同波段的濾光片21，且多塊濾光片21可調(diào)節(jié)至分別與紅外熱像儀I的鏡頭對(duì)中，從而通過(guò)每個(gè)濾光片21獲得不同波段下的紅外輻射信息。這里，濾光片21可以選用帶通濾光片，能夠嚴(yán)格控制透射光的起止波長(zhǎng)范圍；針對(duì)油膜特性，每塊濾光片21的帶寬優(yōu)選為10-20nm，以滿足高性能的要求。
[0039]其中，偏振片單元3具有多塊不同偏振角度的偏振片31，且多塊偏振片31也可調(diào)節(jié)至分別與紅外熱像儀I的鏡頭對(duì)中，相應(yīng)地，通過(guò)每個(gè)偏振片31將阻止不同偏振角度下的反射光進(jìn)入鏡頭，獲得不同偏振角度下的紅外輻射信息，可最大限度地減弱反射光對(duì)油膜成像清晰度的影響。與濾光片單元2的多塊不同波段濾光片21相適配的，針對(duì)每塊濾光片21，各偏振片31依次與其對(duì)正，即在當(dāng)前濾光片21下，各偏振片31依次介入熱紅外信息的采集，從而實(shí)現(xiàn)熱像儀通過(guò)每個(gè)帶通濾光片21將所有不同角度的偏振信息掃一遍，拍下特定波段的熱紅外圖像；也就是說(shuō)，不同波段濾光片21和不同偏振角度的偏振片31相結(jié)合得到特定波段和偏振信息的紅外圖像，從而為提高浮油種類的定性和油膜厚度的定量測(cè)量精度提供了可靠的保障。
[0040]其中，反射振鏡4可調(diào)節(jié)工作角度，以擴(kuò)展紅外熱像儀I的可視角度。與濾光片單元2和偏振