СИСТЕМА И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ГАЗА
SYSTEM AND METHOD FOR GAS DETECTION

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и способам обнаружения газа, в частности, к системам обнаружения утечек газа и способам обнаружения утечек газа из оборудования.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
6
В различных отраслях промышленности нежелательные утечки газа из оборудования, например, из оборудования в системах энергораспределения, нежелательны по многим причинам, например, из-за требований техники безопасности, требований по охране окружающей среды, эксплуатационных требований и по иным причинам подобного рода. Из экологических соображений природоохранное законодательство во многих странах мира налагает все более строгие ограничения в отношении протечек и загрязнения воздушной среды взрывоопасными и парниковыми газами. Таким образом, желательно иметь возможность обнаружения утечки газа и выявления точного места его утечки с тем, чтобы для устранения такой утечки можно было задействовать подходящий протокол проведения ремонтно-восстановительных работ. Например, в случае применения такого газа, как SF, который используется в электрооборудовании, утечка этого газа не только приносит экологический вред, но может также привести к нарушению нормального функционирования оборудования. Проблема выявления утечек возникает тогда, когда утечка газа (например, бесцветного газа) происходит на фоне окружающей среды, поскольку такие утечки невидимы для человеческого глаза. Эти утечки часто остаются незамеченными, что приводит к нежелательным последствиям.
Один из способов обнаружения утечек газа, в частности, на больших безопасных расстояниях заключается в изменении фона окружающей среды. Например, в таких отраслях промышленности, как энергетика, химическая и фармацевтическая промышленность, применяется метод формирования оптического изображения газа (OGI). Метод OGI позволяет использовать камеру газообнаружения, работающую на специально подобранной длине волны с тем, чтобы можно было визуализировать утечки газа. С помощью этого способа можно легко детектировать утечки газа и предпринимать необходимые шаги по ремонту оборудования, в котором выявлены такие утечки.
Некоторые камеры газообнаружения, реализуемые в настоящее время на рынке, снабжены средствами выявления утечек газа, в которых используется технология так называемого «пассивного» обнаружения газа. Эта технология предусматривает использование охлаждаемого детектора и охлаждаемого полосового пропускающего фильтра для обнаружения камерой указанных утечек.
6
В некоторых камерах, таких как камеры, тип которых описан в документе US 5,001,345, используется метод формирования изображений с подсветкой лазером инфракрасного диапазона для визуализации газовых шлейфов. В этом документе предшествующего уровня техники используется постоянно включенный лазер, испускающий фотоны на тестируемый объект (например, трубу), на который подается предварительно нагретый эталонный газ, такой как SF. После этого для обнаружения утечек газа сравниваются изображения с узкополосных и широкополосных фильтров.
В некоторых других камерах, таких как камеры, тип которых описан в документе US 2015/0369730, применяются технологии активной подсветки и пассивного обнаружения газа с тем, чтобы можно было визуализировать и детектировать утечки газа. Однако заявитель отметил сложность выявления утечек газа в этих системах, когда фотоны, испускаемые фоном, и фотоны, проходящие через скопление газа, очень схожи друг с другом. Более того, эти так называемые обычные активные/пассивные системы очень медленно обрабатывают данные и требуют, чтобы камера была абсолютно неподвижной, так как ее смещение влияет на точность детектирования.
В этой связи цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы удовлетворить указанную потребность/потребности, и/или в том, чтобы можно было лучше выявлять утечки газа и/или выявлять утечки газа иным образом.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система обнаружения или обеспечения обнаружения заданного газа в наблюдаемой области, причем эта система включает:
инфракрасную камеру (ИК-камеру) в сборе, выполненную с возможностью получения инфракрасных изображений (ИК-изображений) наблюдаемой области с заданной частотой смены кадров;
устройство подсветки, выполненное с возможностью испускания фотонов с заданной длиной волны в наблюдаемую область, причем устройство подсветки выдает стробирующие импульсы с заданной частотой стробирования, переключаясь между включенным состоянием, в котором фотоны с заданной длиной волны испускаются в наблюдаемую область, и выключенным состоянием, в котором фотоны заданной длины волны не испускаются в наблюдаемую область, причем частота стробирования устройства подсветки соотносится с заданной частотой смены кадров ИК-камеры в сборе, благодаря чему ИК-камера в сборе получает активные ИК-изображения, когда устройство подсветки находится во включенном состоянии, и пассивные ИК-изображения, когда устройство подсветки находится в выключенном состоянии, что происходит поочередно с заданной частотой смены кадров;
устройство обработки данных, причем устройство обработки данных содержит:
устройство для хранения данных, выполненное с возможностью сохранения, по меньшей мере, одного предшествующего ИК-изображения, полученного ИК-камерой в сборе, причем предшествующее ИК-изображение представляет собой или активное ИК-изображение, или пассивное ИК-изображение; и
по меньшей мере, один процессор, выполненный с возможностью сравнения, по меньшей мере, одного текущего ИК-изображения, полученного ИК-камерой в сборе, по меньшей мере, с одним предшествующим ИК-изображением, сохраненным с устройстве хранения данных, и генерирования выходного сигнала по факту указанного сравнения, причем текущее ИК-изображение представляет собой или пассивное ИК-изображение, или активной ИК-изображение; и дисплей, выполненный с возможностью отображения выходного изображения на основании, по меньшей мере, выходного сигнала, сгенерированного узлом обработки данных, для обеспечения обнаружения конкретного заданного газа в процессе работы.
Система может быть выполнена с возможностью обеспечения стробирования по времени, выполняемого устройством подсветки с переключением между включенным состоянием и выключенным состоянием.
Следует понимать, что один или несколько процессоров могут быть выполнены с возможностью сравнения активных и пассивных ИК-изображений.
Одна или обе такие характеристики, как заданная частота стробирования и заданная частота смены кадров, могут быть выбраны таким образом, чтобы ИК-камера в сборе могла получать, по меньшей мере, одно активное изображение в течение каждого отрезка времени, когда устройство подсветки находится во включенном состоянии, и, по меньшей мере, одно пассивное изображение в течение каждого отрезка времени, когда устройство подсветки находится в выключенном состоянии.
Заданная частота смены кадров камеры в сборе может представлять собой величину, кратную частоте стробирования устройства подсветки. Таким образом, камера в сборе может получать множество активных и пассивных ИК-изображений в каждом цикле стробирования частоты стробирования. Под каждым циклом стробирования может пониматься каждый интервал времени, в течение которого устройство подсветки находится во включенном и выключенном состояниях.
Следует отметить, что фраза «частота стробирования устройства подсветки соотносится с заданной частотой смены кадров ИК-камеры в сборе» может пониматься таким образом, что частота стробирования устройства подсветки взаимосвязана с заданной частотой смены кадров ИК-камеры в сборе. Таким образом, получение ИК-изображений во время выдачи устройством подсветки стробирующих импульсов эффективно калибруется, что позволяет повысить чувствительность системы согласно описанию, представленному в настоящем документе.
В одном из примеров осуществления настоящего изобретения заданная частота смены кадров ИК-камеры в сборе может представлять собой величину, четно кратную частоте стробирования. Таким образом, как было указано выше, в течение определенного цикла стробирования, выполняемого устройством подсветки, одно и то же количество активных ИК-изображений сравнивается с таким же количеством пассивных ИК-изображений. Например, заданная частота смены кадров может, по меньшей мере, в два или четыре раза превышать заданную частоту стробирования. Таким образом, ИК-камера в сборе может получить одно или два активных ИК-изображений в то время, когда устройство подсветки находится во включенном состоянии. Аналогичным образом камера в сборе может получить одно или два пассивных ИК-изображений в то время, когда устройство подсветки находится в выключенном состоянии. Эти два состояния непрерывно чередуются друг с другом во время функционирования системы. Таким образом, устройство обработки данных может быть выполнен с возможностью сравнения одного и того же количества активных и пассивных ИК-изображений в цикле стробирования. Следует отметить, что устройство обработки данных может быть выполнен с возможностью сравнения активных и пассивных ИК-изображений в каждом цикле стробирования, который выполняется устройством подсветки.
Устройство подсветки и инфракрасная камера в сборе могут быть синхронизированы таким образом, чтобы активные изображения получались тогда, когда устройство подсветки находится во включенном состоянии, а пассивные изображения получались тогда, когда устройство подсветки находится в выключенном состоянии, что происходит поочередно в непрерывном режиме. Таким образом, устройство обработки данных эффективно обеспечивает получение требуемых активных и пассивных ИК-изображений в течение определенного цикла стробирования.
Хотя выше было указано, что устройство обработки данных выполнен с возможностью сравнения, по меньшей мере, одного активного и одного пассивного ИК-изображения, следует понимать, что устройство обработки данных может быть выполнен с возможностью сравнения более одного активного и более одного пассивного ИК-изображения.
Система может включать затвор, который представляет собой затвор одного из таких типов, как электронный затвор, механический затвор и электромеханический затвор, выполненный с возможностью обеспечения стробирования, выполняемого устройством подсветки.
Устройство обработки данных может быть выполнен с возможностью сравнения, по меньшей мере, одного текущего кадра и, по меньшей мере, одного предшествующего кадра путем определения разницы/различий между, по меньшей мере, одним текущим кадром и, по меньшей мере, одним предшествующим кадром; при этом выходной сигнал будет соответствовать ИК-изображению, отражающему разницу/различия между, по меньшей мере, одним текущим ИК-изображением и, по меньшей мере, одним предшествующим ИК-изображением.
Процессор может быть выполнен с возможностью сравнения, по меньшей мере, одного текущего ИК-изображения или кадра и, по меньшей мере, одного предшествующего ИК-изображения или кадра путем вычитания одного из другого. Таким образом, выходной сигнал отражает различия между текущим кадром и предшествующим кадром. Следует понимать, что в некоторых примерах осуществления настоящего изобретения для сравнения кадров процессор может использовать иные способы, например, другие стандартные методы обработки изображений.
Инфракрасная камера в сборе может включать одноканальный узкополосный фильтр, настроенный на длину волны, по существу соответствующую или почти соответствующую длине волны поглощения конкретного заданного газа, выбранного для обнаружения.
Инфракрасная камера в сборе может представлять собой инфракрасную видеокамеру в сборе, выполненную с возможностью получения инфракрасных видеоизображений. Эти изображения могут получаться в непрерывном режиме.
ИК-камера в сборе может включать:
детектор, содержащий матрицу инфракрасных фотодетекторов на квантовых ямах, выполненных с возможностью генерирования электрических сигналов по факту приема фотонов;
объектив, характеризующийся определенным полем обзора, причем объектив выполнен с возможностью захвата фотонов, поступающих из наблюдаемой области, и проецирования этих фотонов на детектор; и
охлаждающий двигатель, выполненный с возможностью регулирования температуры детектора и оптического фильтра таким образом, чтобы она соответствовала или по существу соответствовала заданным значениям;
при этом ИК-камера в сборе выполнена с возможностью генерирования ИК-изображений наблюдаемой области на основании электрических сигналов, генерируемых детектором.
Заданная длина волны фотонов, испускаемых устройством подсветки, может соответствовать или по существу соответствовать длине волны поглощения конкретного заданного газа, выбранного для обнаружения.
Детектор и объектив могут быть выбраны с учетом длины волны поглощения конкретного заданного газа, выбранного для обнаружения.
Детектор может включать в себя двумерную матрицу инфракрасных фотодетекторов на квантовых ямах. Инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах могут иметь рабочую поверхность, и они могут быть выполнены с возможностью генерирования электрических сигналов в виде фототока по факту облучения указанной рабочей поверхности. Инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах могут обладать квантовой эффективностью, зависящей от конкретного газа, выбранного для обнаружения.
Инфракрасная камера в сборе может быть выполнена с возможностью преобразования фототока, поступающего с детектора, в цифровые сигналы, отражающие ИК-изображения наблюдаемой области.
Инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах могут характеризоваться наличием слоев арсенида галлия и галлиево-алюминиевого арсенида. Объектив может быть изготовлен из германия или из германия и кремния в определенном сочетании.
Указанный фильтр может быть выполнен за одно целое с детектором.
Охлаждающий двигатель может быть выполнен с возможностью охлаждения детектора и поддержания температуры детектора в пределах 60-75 градусов Кельвина. Охлаждающий двигатель может быть выполнен с возможностью охлаждения оптического фильтра и поддержания температуры оптического фильтра в пределах 85-95 градусов Кельвина.
Охлаждающий двигатель может быть выполнен с возможностью поддержания температуры детектора в пределах 62-70 градусов Кельвина. Охлаждающий двигатель может быть выполнен с возможностью поддержания температуры оптического фильтра в пределах около 90 градусов Кельвина.
Система может включать в себя камеру видимого света в сборе, выполненную с возможностью получения изображений наблюдаемой области в видимом свете. Инфракрасная камера в сборе и камера видимого света в сборе могут характеризоваться по существу одинаковым или схожим полем обзора.
Камера видимого света в сборе может представлять собой видеокамеру видимого света в сборе, выполненную с возможностью получения видеоизображений в видимом свете.
Устройство обработки данных может быть выполнен с возможностью объединения сгенерированного выходного сигнала с выходным сигналом камеры видимого света в сборе с целью генерирования комбинированного сигнала, отражающего ИК-изображение наблюдаемой области, наложенное на видимое изображение наблюдаемой области. Комбинированный сигнал может соответствовать выходному изображению, отображаемому на дисплее.
Устройство обработки данных может быть выполнен с возможностью:
приема электрического сигнала с детектора;
генерирования ИК-изображения на основании электрического сигнала, принятого с детектора; и
очистки сгенерированного ИК-изображения путем выполнения одной или нескольких таких операций, как удаление, замена или коррекция пикселей сгенерированного ИК-изображения, которые не соответствуют заданным характеристикам, для получения очищенного ИК-изображения.
Устройство подсветки может быть выбрано из группы устройств, включающих в себя излучатель инфракрасной подсветки и лазер. Излучатель инфракрасной подсветки может быть представлен в виде комбинации электрических нитей накала, а лазер может быть представлен в виде квантово-каскадного лазера. Заданная длина волны, на которой устройство подсветки испускает фотоны, может зависеть от заданного газа, подлежащего обнаружению.
Система может быть снабжена корпусом. Корпус может задавать термоизолированный отсек, заключающий в себе все или большинство компонентов ИК-камеры в сборе. Система может включать в себя подходящий узел охлаждения, предназначенный для охлаждения, по меньшей мере, тех компонентов, которые располагаются в корпусе.
Система может включать в себя модуль взаимодействия с пользователем, содержащий подходящие исполнительные органы, расположенные на одной или нескольких рабочих поверхностях корпуса, причем срабатывание этих исполнительных органов инициирует генерирование соответствующих командных сигналов, управляющих системой.
Дисплей может располагаться в корпусе, причем этот корпус содержит окуляр, совмещенный с дисплеем с тем, чтобы пользователи могли смотреть через него на дисплей. Согласно описанию, представленному в настоящем документе, окуляр может представлять собой двойной окуляр, дающий возможность пользователю смотреть на дисплей обоими глазами в процессе работы. Как будет указано ниже, дисплей может быть представлен в виде жидкокристаллического дисплея (LCD- или ЖК-дисплея), светодиодного дисплея (LED-дисплея), дисплея на органических светодиодах (OLED-дисплея) или иного устройства подобного рода.
Система может включать в себя подзаряжаемый источник питания, предназначенный для подачи питания на электрические или электронные компоненты системы.
Система может включать в себя лазерный указатель, помогающий пользователю ориентировать систему относительно наблюдаемой области.
Частота смены кадров ИК-камеры в сборе может варьироваться в диапазоне от 15 Гц до 60 Гц. Устройство подсветки может выдавать стробирующие импульсы на согласующейся частоте (частоте стробирования) в диапазоне от 15 Гц до 60 Гц. Однако следует отметить, что устройство подсветки может выдавать стробирующие импульсы на других частотах стробирования, что зависит от конкретного примера осуществления заявленного изобретения, рассматриваемого в настоящем документе.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ обнаружения конкретного заданного газа в наблюдаемой области или обеспечения обнаружения конкретного заданного газа, причем этот способ предусматривает:
испускание фотонов с заданной длиной волны в направлении наблюдаемой области в режиме стробирования с заданной частотой стробирования таким образом, чтобы фотоны с заданной длиной волны испускались в сторону наблюдаемой области и фотоны с заданной длиной волны не испускались в сторону наблюдаемой области, что происходит в чередующемся порядке в соответствии с заданной частотой стробирования;
получение ИК-изображений, поступающих из наблюдаемой области, с заданной частотой смены кадров, причем заданная частота смены кадров соотносится с заданной частотой стробирования таким образом, что активные ИК-изображения получаются тогда, когда фотоны с заданной длиной волны испускаются в сторону наблюдаемой области, а пассивные ИК-изображения получаются тогда, когда фотоны с заданной длиной волны не испускаются в сторону наблюдаемой области, что происходит в чередующемся порядке с заданной частотой смены кадров;
сохранение, по меньшей мере, одного предшествующего ИК-изображения, полученного из наблюдаемой области, причем, по меньшей мере, одно предшествующее ИК-изображение представляет собой или активное ИК-изображение, или пассивное ИК-изображение;
сравнение, по меньшей мере, одного захваченного текущего ИК-изображения, по меньшей мере, с одним сохраненным предшествующим ИК-изображением, причем, по меньшей мере, одно предшествующее ИК-изображение представляет собой или пассивное ИК-изображение, или активное ИК-изображение;
генерирование выходного сигнала с учетом указанного сравнения; и
отображение на дисплее выходного изображения, по меньшей мере, на основании сгенерированного выходного сигнала для обеспечения обнаружения конкретного заданного газа.
Предложенный способ может предусматривать стадию испускания фотонов в течение заданного периода времени в направлении наблюдаемой области с одновременным получением активного ИК-изображения наблюдаемой области и прекращения испускания фотонов на определенный период времени в направлении наблюдаемой области с одновременным получением пассивного ИК-изображения наблюдаемой области, причем активное и пассивное изображения получаются при заданной частоте смены кадров, а заданные периоды времени, в течение которых фотоны испускаются и не испускаются, зависят от заданной частоты стробирования.
Предложенный способ может предусматривать испускание фотонов с заданной длиной волны в направлении наблюдаемой области в течение заданного периода времени с одновременным получением активного ИК-изображения наблюдаемой области и не испускание фотонов с заданной длиной волны в направлении наблюдаемой области в течение заданного периода времени с одновременным получением пассивного ИК-изображения наблюдаемой области, причем активное и пассивное изображения получаются при заданной частоте смены кадров, а заданные периоды времени, в течение которых фотоны испускаются или не испускаются в направлении наблюдаемой области, зависят от заданной частоты стробирования.
Следует иметь в виду, что предложенный способ может предусматривать испускание фотонов путем регулирования испускания фотонов устройством подсветки согласно описанию, представленному выше, в режиме стробирования с заданной частотой стробирования.
Предложенный способ может предусматривать сравнение, по меньшей мере, одного текущего кадра и, по меньшей мере, одного предшествующего кадра путем определения разницы/различий между, по меньшей мере, одним текущим кадром и, по меньшей мере, одним предшествующим кадром, причем выходной сигнал будет соответствовать ИК-изображению, отражающему разницу/различия между, по меньшей мере, одним текущим ИК-изображением и, по меньшей мере, одним предшествующим ИК-изображением.
Предложенный способ может предусматривать сравнение текущего кадра с предшествующим кадром путем вычитания одного из другого, причем разницу между текущим кадром и предшествующим кадром отражает выходной сигнал.
Предложенный способ может предусматривать получение инфракрасных видеоизображений.
Предложенный способ может предусматривать:
получение изображений наблюдаемой области в видимом свете;
объединение сгенерированного выходного сигнала с сигналом, отражающим полученное изображение в видимом свете с целью генерирования комбинированного сигнала, отражающего ИК-изображение наблюдаемой области, наложенное на изображение наблюдаемой области в видимом свете; и
отображение комбинированного сигнала на дисплее.
Предложенный способ может предусматривать получение видеоизображений в видимом свете.
Предложенный способ может предусматривать:
испускание фотонов с заданной длиной волны в направлении наблюдаемой области;
захват фотонов, поступающих из наблюдаемой области, объективом с определенным полем обзора;
проецирование объективом захваченных фотонов на детектор;
фильтрацию фотонов, спроецированных объективом, с помощью оптического фильтра, что обеспечивает возможность попадания на детектор только тех спроецированных фотонов, которые характеризуются заданной длиной волны;
генерирование электрических сигналов с учетом отфильтрованных фотонов с заданной длиной волны, принимаемых детектором; и
генерирование ИК-изображения наблюдаемой области на основании электрических сигналов, принятых с детектора, что позволяет обнаруживать газ в процессе работы.
Предложенный способ может предусматривать регулирование температуры детектора и оптического фильтра, которая должна соответствовать или по существу соответствовать заданным значениям.
Заданная длина волны, соотносимая со стадиями испускания фотонов, фильтрации фотонов и генерирования электрических сигналов, может соответствовать или по существу соответствовать длине волны поглощения конкретного заданного газа, выбранного для обнаружения.
Предложенный способ может предусматривать:
генерирование электрических сигналов в виде фототока по факту облучения указанной рабочей поверхности детектора;
преобразование фототока в цифровые сигналы; и
генерирование ИК-изображений наблюдаемой области на основании цифровых сигналов.
Предложенный способ может предусматривать охлаждение детектора и поддержание температуры детектора в пределах 60-75 градусов Кельвина. Предложенный способ может предусматривать охлаждение оптического фильтра и поддержание температуры оптического фильтра в пределах 85-95 градусов Кельвина.
Заданная частота смены кадров может представлять собой величину, кратную заданной частоте стробировании. Заданная частота смены кадров может примерно в два или четыре раза превышать частоту стробирования. Предложенный способ может предусматривать сравнение более одного активного и более одного пассивного ИК-изображения.
Предложенный способ может предусматривать синхронизацию стадий испускания фотонов и получения ИК-изображений. Таким образом, активные ИК-изображения получаются тогда, когда фотоны с заданной длиной волны испускаются в сторону наблюдаемой области, а пассивные ИК-изображения получаются тогда, когда фотоны с заданной длиной волны не испускаются в сторону наблюдаемой области. В этой связи специалистам в данной области техники должно быть понятно, что аспекты, описанные выше в отношении первого аспекта настоящего изобретения, применимы соответствующим образом ко второму и третьему аспектам изобретения, описанного в настоящем документе.
Предложенный способ может предусматривать поддержание температуры детектора на уровне около 62 или 70 градусов Кельвина и подержание температуры оптического фильтра на уровне около 90 градусов Кельвина.
Предложенный способ может предусматривать:
генерирование видимого видеоизображения наблюдаемой области при прямой передаче;
обработку сгенерированных выходных сигналов, отражающих, по меньшей мере, одно выходное ИК-изображение; и
наложение обработанного, по меньшей мере, одного выходного ИК-изображения, соответствующего обработанным выходным сигналам, на сгенерированное видимое видеоизображение прямой передачи и/или ИК-изображение наблюдаемой области, вследствие чего формируется наложенное ИК-видеоизображение наблюдаемой области.
Стадия обработки сгенерированных выходных сигналов, отражающих, по меньшей мере, одно выходное изображение, может предусматривать цветное кодирование различий между сравниваемыми активными и пассивными кадрами, причем обработанное выходное ИК-изображение представляет собой цветокодированное изображение, накладываемое на сгенерированное видеоизображение прямой передачи. Более того, следует отметить, что стадия обработки сгенерированных выходных сигналов, отражающих, по меньшей мере, одно выходное изображение, может предусматривать цветное кодирование различий между сравниваемыми активными и пассивными кадрами, причем обработанное выходное ИК-изображение представляет собой цветное кодированное изображение, накладываемое на инфракрасное видеоизображение.
Предложенный способ может предусматривать очистку сгенерированного ИК-изображения путем выполнения одной или нескольких таких операций, как удаление, замена и корректировка пикселей сгенерированного изображения, которые не соответствуют заданным характеристикам, для формирования очищенного ИК-изображения.
Предложенный способ может предусматривать регулирование устройства подсветки, выбранного из группы устройств, включающих в себя излучатель инфракрасной подсветки и лазер для испускания в сторону наблюдаемой области фотонов на длине волны, по существу соответствующей или почти соответствующей длине волны поглощения конкретного заданного газа, выбранного для обнаружения.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, в котором хранится одна или несколько исполняемых компьютером программ, которые при их исполнении на одном или нескольких процессорах инициируют выполнение одним или несколькими процессорами способа, описанного в настоящем документе.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлено схематическое изображение системы согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения, которая предназначена для обеспечения обнаружения заданного газа;
На фиг. 2 приведен пример, иллюстрирующий части системы, показанной на фиг. 1, в процессе их использования в целях обеспечения обнаружения заданного газа;
На фиг. 3 приведен пример, иллюстрирующий протокол подсветки и получения или захвата ИК-изображения, применяемый в системе согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 4 представлены части системы, показанной на фиг. 1, в процессе их использования в целях обеспечения обнаружения заданного газа, где можно видеть, в частности, поток фотонов, принимаемый инфракрасной камерой в сборе;
На фиг. 5 приведен еще один пример, иллюстрирующий части системы, показанной на фиг. 1, в процессе их использования в целях обеспечения обнаружения заданного газа, который также иллюстрирует поток фотонов, испускаемый или излучаемый устройством подсветки, и поток фотонов, принимаемый инфракрасной камерой в сборе;
На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая алгоритм реализации способа, обеспечивающего обнаружение газа, согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения; и
На фиг. 7 представлено схематическое изображение машины, выполненной для примера в виде компьютерной системы, в которой может исполняться набор команд, инициирующих реализацию машиной одной или нескольких описанных методик.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В разъяснительных целях в последующем описании представлено множество конкретных деталей, чтобы обеспечить более глубокое понимание одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники очевидно, что на практике заявленное изобретение может быть реализовано и без этих конкретных деталей.
На фиг. 1-4 чертежей система, предназначенная для обеспечения обнаружения заданного газа, обозначена, в общем, позицией 10. В частности, система 10 предназначена для формирования изображений наблюдаемой области с помощью камеры, а также для формирования изображений заданного газа с заданной длиной волны поглощения в наблюдаемой области. Таким образом, как показано на фиг. 2, система 10 может быть выполнена с возможностью выявления того факта, что в наблюдаемой области имеет место утечка G газа, или что такой утечки нет. В частности, утечки G взрывоопасного газа могут выявляться, например, в таком оборудовании, как трубы Р в электроустановках высокого напряжения, до того, как вследствие таких утечек может быть причинен серьезный вред окружающей среде и/или людям, причем выявить такие утечки или получить их изображение очень сложно, если они происходят на фоне В, например, на фоне окружающей среды.
В этой связи система 10 может представлять собой систему 10 камеры в сборе, или же она может альтернативно и синонимично называться системой 10 формирования изображений, предназначенной для генерирования изображений газа с конкретной заданной длиной волны в наблюдаемой области. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения система 10 заключена в ручную и/или устанавливаемую на штативе камеру, снабженную корпусом, в котором размещены различные компоненты системы 10, описанные ниже. В альтернативном варианте различные компоненты системы 10 могут быть рассредоточены, например, территориально. В последнем случае территориально рассредоточенные компоненты системы 10 могут быть соединены с возможностью сообщения друг с другом сообразно обстоятельствам, обеспечивая выполнение своих функциональных возможностей, описанных в настоящем документе. Тем не менее, в последующем описании система 10 представлена в виде устройства, содержащего различные компоненты системы 10, заключенные в корпус.
В частности, как показано на фиг. 1, система 10 содержит инфракрасную камеру (ИК-камеру) 12 в сборе, выполненную с возможностью получения инфракрасных изображений (ИК-изображений) наблюдаемой области 14 с заданной частотой смены кадров. При этом также предполагается, что термин «получение изображений» содержит прием изображений или получение электрических сигналов, отражающих ИК-изображения наблюдаемой области. Частота смены кадров устройства 12 может представлять собой частоту, с которой устройство 12 получает или захватывает ИК-изображения или ИК-кадры.
В одном из примеров осуществления настоящего изобретения частота смены кадров устройства 12 лежит в пределах от 7,5 Гц до 30 Гц. В других примерах осуществления настоящего изобретения частота смены кадров устройства 12 обычно лежит в диапазоне 15-60 Гц. Под частотой смены кадров может пониматься частота, с которой кадры или изображения захватываются устройством 12.
Инфракрасная камера 12 в сборе представляет собой инфракрасную видеокамеру 12, выполненную с возможностью получения инфракрасных видеоизображений, что может выполняться в покадровом режиме, в котором каждый полученный кадр представляет собой изображение.
В одном из примеров осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что для получения ИК-изображений наблюдаемой области 14 устройство 12 содержит детектор 16, включающий в себя матрицу инфракрасных фотодетекторов на квантовых ямах (не показаны), выполненных с возможностью генерирования электрических сигналов по факту приема фотонов. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения детектор 16 содержит двумерную матрицу инфракрасных фотодетекторов на квантовых ямах. Инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах имеют рабочие поверхности и выполнены с возможностью генерирования электрических сигналов в виде фототока по факту облучения своих рабочих поверхностей. Инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах могут обладать квантовой эффективностью, зависящей от конкретного газа, выбранного для обнаружения.
Инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах могут характеризоваться наличием слоев арсенида галлия и галлиево-алюминиевого арсенида.
С детектором 16 может быть связан объектив 18, который соединен с детектором 16 посредством одноканального узкополосного оптического фильтра 20, настроенного на длину волны, по существу соответствующую длине волны поглощения газа, выбранного для обнаружения. Объектив 18 выполнен с возможностью захвата фотонов, поступающих из наблюдаемой области 14, и проецирования этих фотонов на детектор 16 через фильтр 20. Объектив 18 может быть изготовлен из германия или из германия и кремния в определенном сочетании. Следует отметить, что объектив 18 располагается на наружной поверхности корпуса, в который заключена система 10 в случае, если она выполнена в виде цельной камеры.
В этой связи детектор 16 и объектив 18 выбираются, исходя из длины волны поглощения газа, подлежащего обнаружению. В частности, детектор 16 и объектив 18 подогнаны под длину волны поглощения газа, подлежащего обнаружению.
Устройство 12 дополнительно содержит охлаждающий двигатель 23, выполненный с возможностью регулирования температуры детектора 16 и оптического фильтра 20 таким образом, чтобы она соответствовала или по существу соответствовала заданным значениям; например, лежала в диапазоне 60-75 градусов Кельвина и/или в диапазоне 62-70 градусов Кельвина для детектора и составляла 85 и 95 градусов Кельвина, в частности, 90 градусов Кельвина для фильтра 20. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения фильтр 20 выполнен заодно с детектором 16.
Следует понимать, что ИК-камера 12 в сборе выполнена с возможностью генерирования инфракрасных изображений наблюдаемой области 14 на основании электрических сигналов, генерируемых детектором 16. В частности, ИК-камера 12 в сборе выполнена с возможностью преобразования фототока, поступающего с детектора 16, в цифровые сигналы, отражающие инфракрасные изображения наблюдаемой области.
Система 10 предпочтительно содержит устройство 22 подсветки, выполненное с возможностью испускания фотонов с заданной длиной волны в направлении наблюдаемой области 16. Устройство 22 может испускать фотоны с заданной длиной волны, подобранной под длину волны газа, подлежащего обнаружению.
Устройство 22 может быть снабжено соответствующим источником, испускающим фотоны. Устройство 22 или указанный источник может быть выполнен в виде излучателя инфракрасной подсветки, такого как подходящая для использования лампа; электрическая нить накала, выполненная с возможностью испускания фотонов; лазер, такой как квантово-каскадный лазер, выполненный с возможностью испускания фотонов; или иное устройство подобного рода. В этой связи все фразы типа «испускание фотонов в направлении наблюдаемой области 14», «подсветка наблюдаемой области 14», «излучение света в направлении наблюдаемой области» или иные фразы подобного рода, используемые применительно к устройству 12 подсветки, относятся к одному и тому же принципу подачи фотонов в сторону наблюдаемой области 12.
Следует отметить, что корпус, в который заключена система 10, выполнен с возможностью размещения в нем устройства 22 подсветки таким образом, чтобы оно направляло или испускало фотоны в сторону наблюдаемой области 14, которая находится в поле обзора устройства 12. Длина волны фотонов, испускаемых устройством 22 подсветки, соответствует, в частности, согласуется с длиной волны поглощения газа, подлежащего обнаружению.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения устройство 22 представляет собой устройство, отдельное от остальных компонентов системы 10.
Одной из важных особенностей системы 10 является то, что устройство 22 подсветки выполнено с возможностью выдачи стробирующих импульсов с частотой, соотносимой с частотой смены кадров ИК-камеры 12 в сборе. Устройство 22 подсветки может выдавать стробирующие импульсы в регулируемом режиме. Термины «стробирование» и «выдача стробирующих импульсов» означают, что устройство 22 подсветки переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием, причем во включенном состоянии оно испускает фотоны в сторону наблюдаемой области 14, а в выключенном состоянии оно прекращает испускать фотоны в сторону наблюдаемой области 14, что происходит в чередующемся порядке. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения периоды его нахождения во включенном и выключенном состояниях могут быть одинаковыми.
Устройство 22 может выдавать стробирующие импульсы с частотой, соотносимой с частотой смены кадров, с которой ИК-камера 12 в сборе получает изображения/кадры, когда устройство 22 подсветки переведено во включенное состояние, а также когда устройство 22 подсветки переведено в выключенное состояние, что выполняется попеременно. Иначе говоря, камера 12 в сборе может характеризоваться частотой смены кадров, с которой она получает изображения, и которая соответствует частоте, с которой устройство 22 подсветки выдает стробирующие импульсы, вследствие чего камера 12 в сборе получает изображения, когда устройство 22 подсветки переведено во включенное состояние, а также когда устройство 22 подсветки переведено в выключенное состояние, что выполняется в чередующемся режиме.
Камера 12 в сборе и устройство 22 подсветки могут быть откалиброваны таким образом, что устройство 12 захватывает последовательные кадры, как при переключении устройства 22 во включенное состояние, так и при его переключении в выключенное состояние, что выполняется в чередующемся режиме. Как лучше всего показано на фиг. 3, устройство 22 подсветки переключается во времени между включенным и выключенным состояниями в соответствии с частотой смены кадров, с которой происходит захват/получение кадров или ИК-изображений (кадров 1-7). Кадры 1-7 представлены исключительно в иллюстративных целях, а на практике подобным образом может захватываться множество кадров, что хорошо понятно специалистам в данной области техники. Кадры 1-7 захватываются попеременно, т.е. пассивные кадры/изображения Р1-Р4 захватываются камерой 12 в сборе, когда устройство 22 подсветки находится в выключенном состоянии, иначе говоря, когда оно не испускает фотоны в сторону наблюдаемой области 14; а активные кадры/изображения А1-А3 захватываются камерой 12 в сборе, когда устройство 22 подсветки находится во включенном состоянии, иначе говоря, когда оно испускает фотоны в сторону наблюдаемой области 14. Таким образом, обеспечивается возможность переключения системы 10 между активным режимом работы и пассивным режимом работы.
Следовательно, можно сказать, что устройство 22 и устройство 12 могут быть откалиброваны надлежащим образом для предотвращения сценариев, в которых последовательные кадры, захватываемые устройством 12, могут представлять собой два идущих один за другим активных или пассивных кадра. Иначе говоря, устройство 22 и устройство 12 могут быть синхронизированы друг с другом. В частности, могут быть синхронизированы между собой частота стробирования устройства 22 и частота смены кадров устройства 12. Следует отметить, что устройство 12 или устройство 22 может быть выполнено таким образом, чтобы активные и пассивные изображения могли последовательно захватываться в попеременном режиме.
Выдача стробирующих импульсов устройством 22 подсветки согласно описанию, представленному в настоящем документе, эффективно увеличивает отношение «сигнал (газ)-шум (фон)» системы 10, что повышает ее чувствительность. В этой связи пользователь системы 10 может использовать ее в более широком диапазоне сред, например, когда фоном служит небо, труба и прочее. Это, несомненно, является очевидным преимуществом в сравнении с обычными активными/пассивными системами обнаружения, которые не обязательно характеризуются высокими отношениями «сигнал-шум», позволяющими обнаруживать искомые газы на определенном фоне.
Кроме того, выдача стробирующих импульсов устройством 22 подсветки осуществляется относительно быстро, и поэтому камере не хватает времени, чтобы сильно сместиться при смене кадров, что устраняет требование, предъявляемое к обычным активным/пассивным системам, которое заключается в том, что для повышения точности камера должна быть абсолютно неподвижной.
Устройство 22 подсветки содержит источник, представленный в виде излучателя инфракрасной подсветки, такого как электрическая нить накала, который выполнен с возможностью испускания фотонов, и лазер, такой как квантово-каскадный лазер, выполненный с возможностью испускания фотонов, или иное устройство подобного рода. В этой связи все фразы типа «испускание фотонов в направлении наблюдаемой области 14», «подсветка наблюдаемой области 14», «излучение света в направлении наблюдаемой области» или иные фразы подобного рода, используемые применительно к устройству 12 подсветки, относятся к одному и тому же принципу подачи фотонов в сторону наблюдаемой области 12.
В одном из примеров осуществления настоящего изобретения, в котором включенное состояние и выключенное состояние устройства 22 подсветки считается одним рабочим циклом, камера 12 в сборе может характеризоваться частотой смены кадров, которая примерно в два раза превышает частоту стробирования устройства 22 подсветки, что позволяет получать два изображения в течение одного рабочего цикла (между включенным и выключенным состояниями) устройства 22. В этой связи предусмотрено, что когда частота стробирования лежит в диапазоне 5-30 Гц, частота смены кадров камеры 12 в сборе примерно в два раза превышает частоту стробирования и, соответственно, лежит в диапазоне 10-60 Гц, что позволяет захватывать как активные, так и пассивные изображения в попеременном режиме. Однако следует отметить, что указанное соотношение не обязательно должно быть именно таким, так как частота смены кадров и частота стробирования могут быть синхронизированы в других соотношениях, чтобы камера 12 в сборе обеспечивала последовательное получение активных и пассивных изображений в попеременном режиме согласно описанию, представленному в настоящем документе и проиллюстрированному на фиг. 3, с соответствующей частотой смены кадров.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения устройство 12 может характеризоваться частотой смены кадров, в четыре раза превышающей частоту стробирования, например, с получением при этом четырех изображений в течение одного рабочего цикла устройства 22, т.е. двух активных и двух пассивных изображений.
Специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что устройство 22 может выдавать стробирующие импульсы или управлять стробированием самыми разными способами. Например, устройство 22 может быть снабжено электронными средствами управления для осуществления стробирования путем перевода источника/устройства 22 во включенное и выключенное состояния в соответствии с заданной частотой стробирования. В альтернативном варианте система 10 может быть снабжена подходящим механическим/электромеханическим затвором, выполненным с возможностью блокирования светового излучения, испускаемого устройством 22 подсветки/источником, или направления устройства 22 подсветки/источник в сторону от наблюдаемой области 14 для достижения требуемого эффекта стробирования, описанного в настоящем документе, при заданной частоте стробирования. Как было указано выше, затвор может представлять собой затвор с электронным, механическим или электромеханическим управлением.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения стробирование может достигаться за счет направления источника в сторону наблюдаемой области 14 и от нее. В этой связи устройство 22 может быть выполнено с возможностью направления фотонов в сторону наблюдаемой области 14 путем нацеливания источника фотонов в сторону наблюдаемой области 14 и от нее. В этой связи под выдачей устройством 22 подсветки стробирующих импульсов может пониматься испускание и прекращение испускания фотонов в направлении наблюдаемой области 14 в попеременном режиме с использованием любых средств, что понятно специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
Система 10 дополнительно содержит узел 24 обработки данных. Узел 24 обработки данных может включать в себя один или несколько процессоров, например, один или несколько центральных процессоров, микроконтроллеров, микропроцессоров, программируемых логических матриц типа FPGA, специализированных заказных интегральных схем (ASIC) или прочих устройств подобного рода, а также сопутствующие запускающие устройства, электронные компоненты и иных элементы подобного рода для выполнения функций, описанных в настоящем документе. Узел 24 может включать в себя одно или несколько запоминающих устройств/блоков памяти, таких как энергозависимое и/или энергонезависимое запоминающее устройство, например, флеш-память, оперативное запоминающее устройство (RAM), память процессоров или иные запоминающие устройства, выполненные с возможностью хранения данных, включая набор исполняемых компьютером команд для управления работой системы 10. Узел 24 может управлять всеми данными и/или операциями по обработке сигналов системы 10. В этой связи узел 24 может содержать энергонезависимый машиночитаемый носитель данных для хранения исполняемых компьютером команд, которые при их исполнении одним или несколькими процессорами инициируют управление ими компонентами системы 10 и/или обработку данных для выдачи результатов согласно описанию, представленному в настоящем документе.
В этой связи, хотя это и не проиллюстрировано на фигурах, специалистам в данной области техники понятно, что система 10 может содержать различные стандартные компоненты, такие как запускающие устройства, электрические схемы и иные электронные компоненты, предназначенные для выполнения функций, описанных в настоящем документе. Более того, следует отметить, что различные компоненты системы 10 могут быть коммуникативно связаны друг с другом и/или узлом 24 посредством подходящих проводных соединений, что должно быть совершенно понятно.
Более того, следует иметь в виду, что различные компоненты в составе системы 10, хотя они и описаны как отдельные компоненты, могут делить ресурсы и/или функциональные возможности с другими компонентами, и/или они могут быть рассредоточены по всей системе 10, но в соответствующих случаях описаны как отдельные компоненты, что должно быть хорошо понятно специалистам в данной области техники. Например, узел 24 обработки данных может быть выполнен с возможностью управления выдачей стробирующих импульсов устройством 22 подсветки заданным образом.
Кроме того, узел 24 обработки данных может быть выполнен с возможностью приема фототока с детектора 16, например, с помощью одного или нескольких аналогов цифровых компонентов и его обработки для генерирования цифровых сигналов, отражающих ИК-изображения с заданной частотой смены кадров. В последнем случае устройство 12 может являться частью устройства 12. Однако следует понимать, что устройство 12 может альтернативно содержать один или несколько отдельных специальных процессоров для генерирования изображений и/или сигналов, отражающих эти изображения, и их передачи на процессор 24 для последующей обработки, хотя для удобства изложения упоминается узел 24.
В любом случае устройство для хранения данных (не показано) узла 24 обычно выполнено с возможностью сохранения, по меньшей мере, одного предшествующего кадра, полученного с помощью ИК-камеры 12 в сборе, например, кадра 1 (пассивного кадра Р1), полученного камерой 12 в сборе и сохраненного в устройстве для хранения данных в качестве предшествующего кадра на временной основе (например, в момент t-1). Следует понимать, что для удобства изложения и наглядности под термином «кадр» можно пониматься «изображение», захваченное устройством 12.
Узел 24 обработки данных выполнен с возможностью сравнения, по меньшей мере, одного текущего кадра, полученного на временной основе (например, в момент t), с предшествующим кадром, сохраненным в устройстве для хранения данных, и генерирования выходного сигнала с учетом указанного сравнения. Например, текущий кадр 2 может сравниваться с сохраненным кадром 1; или, иначе говоря, активный кадр или изображение А1 сравнивается с пассивным кадром или изображением Р1 и так далее в непрерывном режиме. В процессе работы может быть сохранено и соотнесено с жесткой временной последовательностью множество кадров. Следует понимать, что под текущим кадром/изображением может пониматься рассматриваемый кадр/изображение, а под предшествующим кадром/изображением может пониматься кадр/изображение, полученное устройством непосредственно перед текущим кадром/изображением.
Следует отметить, что узел 24 обработки данных выполнен с возможностью сравнения текущего и предшествующего кадров путем определения разницы между сравниваемыми изображениями, причем на указанную разницу между сравниваемыми изображениями указывает выходной сигнал. В этой связи узел 24 обработки данных может применять традиционные методики обработки изображений. Выходной сигнал может соответствовать обработанному выходному изображению, которое отражает разницу между сравниваемыми текущим и предшествующим инфракрасными сигналами. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения выходной сигнал может соответствовать обработанному цветокодированному ИК-изображению или иному цветному изображению с пикселями, цвет которых задан на основании сравнения. Цветовые пиксели в обработанном выходном изображении могут соответствовать потоку, который поглощается обнаруживаемым газом.
В этой связи следует отметить, что под термином «сигнал», который используется в контексте настоящего изобретения в привязке к изображениям, могут пониматься электрические сигналы, соответствующие и/или отражающие изображения, что хорошо понятно специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Например, выходной сигнал, сгенерированный узлом 24 обработки данных, может представлять собой выходное ИК-изображение и/или иное обработанное изображение, такое как цветокодированное изображение, как это понимается на известном уровне техники. Иначе говоря, выходные сигналы, генерируемые узлом 24 обработки данных, могут отражать выходные ИК-изображения и/или иные обработанные изображения.
Специалистам в данной области техники понятно, что узел 24 может сравнивать более одного активного и более одного пассивного изображения; например, в случае, когда устройство 12 захватывает два активных и два пассивных изображения в течение одного рабочего цикла, для генерирования выходного сигнала устройство 12 может сравнивать два текущих активных/пассивных ИК-изображения с двумя предшествующими активными/пассивными ИК-изображениями.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения устройство 12 может захватывать изображения (активные и пассивные) наблюдаемой области в течение контрольного периода или сеанса, причем в течение контрольного периода или сеанса осуществляется сбор и сохранение всех активных и пассивных кадров. Узел 24 выполнен с возможностью сравнения текущего и предшествующего кадров в той временной последовательности, в которой они были получены. Это может осуществляться в режиме офлайн/частично или полностью в режиме реального времени.
В других примерах осуществления настоящего изобретения устройство 12 может захватывать изображения (активные и пассивные) наблюдаемой области в течение контрольного периода или сеанса, причем в течение контрольного периода или сеанса текущий кадр захватывается и сохраняется как предшествующий кадр, а узел 24 выполнен с возможностью сравнения следующего кадра (который считается текущим кадром) с сохраненным предшествующим кадром. Затем сохраненный предшествующий кадр отбрасывается, например, удаляется из устройства для хранения данных, после чего кадр, который был принят в качестве предшествующего кадра, сохраняется как предшествующий кадр. Это может быть сделано в течение контрольного периода. Такой вариант осуществления может реализовываться по существу в режиме реального времени.
Путем сравнения активных и пассивных изображений выходной сигнал отражает поток, который поглощается газом, подлежащим обнаружению. Таким образом, выходной сигнал может отображаться самыми разными способами согласно описанию, представленному в настоящем документе. В этой связи в части, касающейся потока, поглощаемого скоплением газа на активных и пассивных изображениях, следует обратиться к фиг. 4 и 5 чертежей.
На фиг. 4 представлено изображение, иллюстрирующее выполнение системой 10 операции по получению пассивного изображения, где:
0
Величина θ обозначает поток фотонов окружающей среды, определяемый природными условиями.
4
0
Величина θ обозначает отраженный поток θ фотонов, проходящий через скопление газа, причем скопление газа поглотит некоторую часть потока.
5
0
Величина θ обозначает отраженный поток θ фотонов, НЕ проходящий через скопление G газа.
0
Если величина θ отражается одинаково в каждой точке, то:
4
5
4
5
0
• величина θ будет равна величине θ при отсутствии скопления G газа. При наличии скопления G газа величина θ будет меньше величины θ из-за скопления G газа, поглотившего некоторую часть отраженного потока θ..
5
4
• Поток, поглощенный газом = θ-θ
На фиг. 5 представлено изображение, иллюстрирующее выполнение системой 10 операции по получению активного изображения, где:
1
Величина θ обозначает поток фотонов, испускаемых устройством подсветки, который определяется устройством подсветки.
2
1
Величина θ обозначает отраженный поток θ фотонов, проходящий через скопление G газа, причем скопление G газа поглотит некоторую часть потока.
3
1
Величина θ обозначает отраженный поток θ, НЕ проходящий через скопление G газа.
1
Если величина θ отражается одинаково в каждой точке, то:
2
3
2
3
1
• величина θ будет равна величине θ при отсутствии скопления газа. При наличии скопления газа величина θ будет меньше величины θ из-за поглощения газом некоторой части отраженного потока θ.
3
2
• Поток, поглощенный газом = θ-θ
4
5
4
2
5
3
Из вышесказанного вытекает, что при захвате пассивного изображения, т.е. когда устройство 22 подсветки находится в выключенном состоянии, ИК-детектор 16 примет только θ и θ. Однако при захвате активного изображения, когда устройство 22 подсветки находится во включенном состоянии, ИК-детектор 16 примет (θ+θ) и (θ+θ).
В любом случае, как это показано на фиг. 1, система 10 также содержит дисплей 26, выполненный с возможностью отображения выходного изображения на основании, по меньшей мере, выходного сигнала, сгенерированного узлом 24 обработки данных, с целью обеспечения обнаружения конкретного заданного газа в процессе работы.
Дисплеем 26 может служить традиционный светодиодный дисплей (LED-дисплей), жидкокристаллический дисплей (LCD- или ЖК-дисплей), дисплей на органических светодиодах (OLED-дисплей) или иной дисплей подобного рода.
В одном из примеров осуществления настоящего изобретения система 10 содержит камеру 28 видимого света в сборе, выполненную с возможностью получения изображений наблюдаемой области 14 в видимом свете. Следует иметь в виду, что ИК-камера 12 в сборе и камера 28 видимого света в сборе характеризуются одинаковым или схожим полем обзора. Камера 28 видимого света в сборе обычно представляет собой обычную видеокамеру видимого света в сборе, выполненную с возможностью получения видеоизображений в видимом свете. В этой связи узел 24 обработки данных выполнен с возможностью объединения выходного сигнала, сгенерированного так, как это было описано выше при указанном сравнении, с выходным сигналом камеры видимого света в сборе для генерирования комбинированного сигнала, отражающего поглощенный поток согласно описанию, представленному в настоящем документе, наложенный на видимое изображение наблюдаемой области. Это может быть сделано с использованием традиционных методик обработки изображений, широко применяемых в области техники, к которой относится настоящее изобретение; и, таким образом, пользователь может без труда заметить утечку газа, при наличии таковой, на ИК-изображении, наложенном на изображение в видимом свете.
Узел 24 может быть выполнен с возможностью применения методик обработки изображений для устранения любых ошибок, возникающих в работе системы 10 при переключении между включенным и выключенным состоянием в режиме стробирования. Эти методики обработки изображений могут быть хорошо известны специалистам в области техники, связанной с обработкой изображений.
Обработка данных, описанная выше, обычно осуществляется в потоковом режиме и по существу в режиме реального времени/почти реального времени, причем выходные сигналы, непрерывно генерируемые по факту выдачи результатов сравнения последовательных активных и пассивных кадров, непрерывно накладываются на видимые изображения. Следует иметь в виду, что видимые изображения, генерируемые узлом 24, могут представлять собой видеоизображения с заданной частотой смены кадров, которая может, например, соответствовать частоте смены кадров ИК-камеры 12 в сборе.
Система 10 также содержит некоторые дополнительные компоненты, такие как лазерный указатель 30 в виде светодиодного указателя (LED-указателя), выполненного с возможностью генерирования светового пучка, который может избирательно использоваться для ориентирования камеры относительно наблюдаемой области 14.
Система 10 дополнительно содержит источник 32 питания в виде подзаряжаемого переносного аккумулятора, располагаемого в корпусе, который предназначен для подачи питания на систему 10, а также модуль 34 ввода-вывода, который обеспечивает возможность передачи данных системы 10 на другие вычислительные и прочие устройства и из таких устройств. Модуль 34 ввода-вывода может быть снабжен соответствующими портами, такими как порты последовательной шины, штепсельные разъемы и прочие порты подобного рода.
Более того, система 10 может включать в себя модуль 36 взаимодействия с пользователем, который снабжен одной или несколькими кнопками, ручками настройки, сенсорными экранами, модулями распознавания голоса и прочими элементами подобного рода, выполненными с возможностью приема команд пользователя и их передачи в узел 24 обработки данных с целью управления системой 10 соответствующим образом. Модуль 36 может располагаться на наружной поверхности корпуса системы 10 обычным образом в виде обычных записывающих видеокамер, снабженных органами управления для управления стандартными функциями, такими как панорамирование, изменение масштаба и пр. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения модуль 36 дает пользователю возможность изменять параметры системы 10.
Обратимся теперь к фиг. 6, где алгоритм реализации способа согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения обозначен, в общем, позицией 40. Для обеспечения понимания способ 40 раскрыт в привязке к системе 10 согласно описанию, представленному выше, но специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение, должно быть понятно, что способ 40 может быть реализован и с использованием других систем, не показанных на чертежах, для обеспечения функциональных возможностей, предусмотренных в настоящем документе.
Способ 40 обычно представляет собой способ, обеспечивающий обнаружение газа согласно описанию, представленному выше, например, в электроустановках. В этой связи способ 40 может предусматривать выполнение предшествующих стадий, таких как стадия выбора системы 10, согласующейся с детектируемым газом, и стадия направления системы 10 в сторону наблюдаемой области. Как было указано выше, различные компоненты системы 10 могут выбираться таким образом, чтобы они были пригодны для использования при обнаружении конкретного газа.
Способ 40 может предусматривать выполнение предшествующих стадий калибровки/синхронизации камеры 12 в сборе и устройства 22 подсветки описанным в настоящем документе способом.
Затем способ 40 предусматривает испускание фотонов (стадия 42) с заданной длиной волны в направлении наблюдаемой области в режиме стробирования с заданной частотой стробирования. Эта стадия может выполняться посредством регулирования устройства 22 подсветки согласно описанию, представленному выше, с использованием подходящего затвора и/или иных средств.
Способ 40 предусматривает одновременно с выполнением стадии 42 получение ИК-изображений (стадия 44) наблюдаемой области с частотой смены кадров, соотносящейся с частотой стробирования, с помощью камеры 12 в сборе согласно описанию, представленному выше. Таким образом, активные изображения захватываются тогда, когда устройство 22 подсветки находится во включенном состоянии, а пассивные изображения захватываются тогда, когда устройство 22 подсветки находится в выключенном состоянии, что последовательно выполняется в чередующемся режиме, который означает, что активное изображение захватывается после пассивного изображения и наоборот, как это показано на фиг. 3.
Затем способ 40 предусматривает сохранение (стадия 46), по меньшей мере, предшествующего кадра, поступившего из наблюдаемой области 14, в устройстве или средствах для хранения данных. Затем способ 40 предусматривает сравнение (стадия 48), по меньшей мере, одного полученного текущего кадра, по меньшей мере, с одним сохраненным предшествующим кадром с помощью узла 24 обработки данных, как это описано выше, для генерирования выходного сигнала (стадия 50) с учетом указанного сравнения. Иначе говоря, способ 40 предусматривает сравнение активных и пассивных ИК-кадров. Эти сравниваемые активные и пассивные кадры захватываются и сравниваются на временной основе, причем текущий активный/пассивный ИК-кадр сравнивается с предшествующим пассивным/активным ИК-кадром, захваченным ранее.
Стадия сравнения может предусматривать определение различий между текущим и предшествующим кадрами и, таким образом, определения объема потока, поглощенного целевым газом согласно описанию, представленному выше. Это может быть реализовано путем вычитания текущего кадра из предшествующего кадра или наоборот, причем выходной сигнал отражает различия между текущим кадром и предшествующим кадром и, таким образом, указывает на объем потока, поглощенный газом, подлежащим обнаружению.
Затем способ 40 предусматривает отображение (стадия 52) выходного изображения на дисплее 26 на основании, по меньшей мере, сгенерированного выходного сигнала для обеспечения обнаружения конкретного заданного газа. В частности, как было указано выше, стадия 52 может предусматривать наложение ИК-изображения или иного обработанного изображения, такого как цветокодированное изображение, которое отражает сгенерированный на стадии 50 выходной сигнал, на полученное в видимом свете видеоизображение с тем, чтобы по этому наложению можно было определить наличие газа в наблюдаемой области 14. Таким образом, выходной сигнал может представлять собой обработанное изображение с пикселями, соответствующими потоку, поглощенному детектируемым газом, которым придан цвет, облегчающий визуализацию утечки газа, если таковая имеет место, в процессе работы.
Способ 40 может повторяться до тех пор, пока не будет завершено обследование наблюдаемой области 14. Иначе говоря, способ 40 может повторяться до тех пор, пока не будет завершен контрольный сеанс.
Следует иметь в виду, что система 10 может содержать множество накопительных устройств, в которых сохраняются изображения и видеоизображения наблюдаемой области 14. Эти изображения и видеоизображения могут отображаться или воспроизводиться или передаваться на другие устройства для последующего отображения или воспроизведения.
Система 10 может включать в себя устройство, предназначенное для передачи выходного изображения на другое устройство или систему в режиме реального времени (потоковой передачи видеоданных).
Система 10 может характеризоваться наличием средств, управление которыми осуществляется дистанционно, например, с помощью подходящего контролера и приемника, связанного с системой 10, причем приемник выполнен с возможностью приема сигналов, отражающих управляющие сигналы, поступающие с контроллера (например, беспроводным образом с удаленного контроллера), что позволяет управлять работой системы 10.
На фиг. 7 представлено схематическое изображение машины в одном из примеров осуществления компьютерной системы 100, в которой может исполняться набор команд, инициирующих реализацию машиной любой одной или нескольких методик, описанных в настоящем документе. В других вариантах осуществления настоящего изобретения машина функционирует как автономное устройство, или же она может быть соединена (например, по сети) с другими машинами. В примере осуществления с сетевым соединением машина может функционировать на мощностях сервера или клиентской машины в сетевой среде «клиент/сервер», или же в качестве одноранговой машины в равноранговой (или распределенной) сетевой среде. Машиной может служить персональный компьютер (PC), планшетный PC, телевизионная абонентская приставка (STB), карманный персональный компьютер (PDA), сотовый телефон, веб-устройство, сетевой маршрутизатор, свитч или мост или любая иная машина, выполненная с возможностью исполнения (последовательно или иным образом) набора команд, задающих действия, которые должны быть выполнены такой машиной. Кроме того, хотя для наглядности показана всего одна машина, термин «машина» должен также рассматриваться как включающий в себя любую совокупность машин, в том числе виртуальных машин, которые по отдельности или все вместе исполняют набор (или множество наборов) команд с целью реализации одной или нескольких методик, описанных в настоящем документе.
В любом случае пример реализации компьютерной системы 100 содержит такие элементы, как процессор 102 (например, центральный процессор (CPU), графический процессор (GPU) или оба указанных процессора), основную память 104 и статическую память 106, которые сообщаются друг с другом посредством шины 108. Компьютерная система 100 может дополнительно включать в себя видеодисплей 110 (например, жидкокристаллический дисплей (LCD- или ЖК-дисплей) или электронно-лучевую трубку (CRT)). Компьютерная система 100 также содержит буквенно-цифровое устройство 112 ввода (например, клавиатуру), устройство 114 для навигации по интерфейсу пользователя (UI) (например, мышь или сенсорную панель), дисковод 116, устройство 118 генерирования сигналов (например, динамик) и устройство 120 сопряжения с сетью.
Дисковод 16 содержит машиночитаемый носитель 122, в котором хранится один или несколько наборов команд и структур данных (например, программные средства 124), реализуемых или используемых любой одной или несколькими указанными методиками или функциями, описанными в настоящем документе. Программные средства 124 во время их исполнения компьютерной системой 100 могут находиться - полностью или, по меньшей мере, частично в основной памяти 104 и/или в процессоре 102, причем основная память 104 и процессор 102 также представляют собой машиночитаемые носители.
Программные средства 124 могут также передаваться или приниматься по сети 126 через устройство 120 сопряжения с сетью, которое использует любой протокол из ряда общеизвестных протоколов передачи данных (например, HTTP).
Хотя в одном из примеров осуществления настоящего изобретения машиночитаемый носитель 122 данных проиллюстрирован в виде единого носителя, термин «машиночитаемый носитель» может относиться как к единому носителю, так и к множеству носителей (например, централизованной или распределенной базе данных и/или сопутствующим серверам и буферной памяти), в которых хранится один или несколько наборов команд. Термин «машиночитаемый носитель» может также рассматриваться как включающий в себя любой носитель данных, который выполнен с возможностью сохранения, кодирования или переноса набора команд для их исполнения компьютером, и который инициирует реализацию компьютером одного или нескольких методов согласно настоящему изобретению, или который выполнен с возможностью сохранения, кодирования или переноса структур данных, которые используются таким набором данных или соотносятся с таким набором данных. Соответственно, термин «машиночитаемый носитель» может рассматриваться как включающий в себя, помимо прочего, твердотельные блоки памяти, оптические и магнитные носители и сигналы несущей.