一种水面油膜的热红外成像测量系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及浮油监测技术领域，尤其涉及一种水面油膜的热红外成像测量系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着石油的应用遍及社会经济生活的各个方面，随之而来石油污染也是当代环境保护中面临的重大问题。基于石油在短期内不会自然降解的特性，如任其泄漏到环境中，将对环境和生态平衡产生重大危害和影响。
[0003]目前，对水面浮油的监测一直受到世界各国的高度重视，主要的监测方法包括可见光遥感、激光焚光遥感、紫外遥感、红外遥感、微波遥感等遥感方法，分为卫星遥感和机载遥感；另外还有，多传感器阵列方法，水质取样分析方法。
[0004]然而，受自身工作原理的限制，上述监测方法分别存在以下不足。其中，可见光遥感依赖太阳辐射，只能在白天工作；激光荧光遥感体积较大，部署和操作复杂，价格昂贵；紫外遥感紫外波段电磁波长短，绕射能力差，探测高度有限；红外遥感技术相对成熟，但对油膜厚度探测能力有限，对乳化油无探测能力；微波遥感空间分辨率较低，且容易受到风速等环境因素干扰；多传感器阵列方法需要在水中部署大量传感器，操作复杂，成本高，不适合大面积测量；水质取样分析方法局限性更大，而且操作麻烦、分析时间长。
[0005]有鉴于此，亟待针对现有浮油监测技术进行优化设计，以有效克服上述缺陷。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明要解决的技术问题是解决现有技术中操作复杂、成本高以及外界因素影响检测精度等问题。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水面油膜的热红外成像测量系统，所述系统包括依次设置的红外热像仪、滤光片单元、偏振片单元和反射振镜；所述红外热像仪用于采集当前水面的热红外信息；所述滤光片单元具有多块不同波段的滤光片，且多块所述滤光片可调节至分别与所述红外热像仪的镜头对中；所述偏振片单元具有多块不同偏振角度的偏振片，且多块所述偏振片可调节至分别与所述红外热像仪的镜头对中；所述反射振镜可调节工作角度。
[0010]优选地，所述滤光片单元包括:滤光片轮，多块所述滤光片间隔设置在所述滤光片轮的转动中心的同心圆上；和第一驱动装置，驱动所述滤光片轮转动。
[0011]优选地，所述滤光片为带通滤光片，每块所述滤光片的带宽为10-20nm。
[0012]优选地，所述偏振片单元包括:偏振片轮，多块所述偏振片间隔设置在所述偏振片轮的转动中心的同心圆上；和第二驱动装置，驱动所述偏振片轮转动。
[0013]优选地，还包括设置在所述反射振镜背面的黑体辐射源。
[0014]优选地，还包括第三驱动装置，驱动所述反射振镜转动。
[0015]优选地，所述反射振镜为二维反射振镜。
[0016]优选地，所述热像仪的探测器为焦平面非制冷型探测器，像素数为320*256，波长为8-14 μ m ;所述滤光片与所述偏振片的直径相同。
[0017]本发明还提供了一种水面油膜的热红外成像测量方法，包括下述步骤:
[0018]S1.对应每块与红外热像仪对中的滤光片，多块偏振片分别调节至与所述红外热像仪对中，以便所述红外热像仪通过每块所述滤光片将所有不同角度的偏振信息扫一遍；其中，对应每块与所述红外热像仪对中的所述偏振片，反射振镜扫一遍工作角度，以将不同位置水面的红外辐射通过所述偏振片和滤光片引入所述红外热像仪，采集该波段的热红外图像；
[0019]S2.根据所述热红外图像获得浮油种类的定性和油膜厚度的定量测量结果。
[0020]优选地，步骤SI前执行:
[0021]S0.反转所述反射振镜，采集所述反射振镜背面设置的黑体辐射源透过当前所述滤光片和偏振片后的热红外图像，以作为当前红外辐射测量基准。
[0022](三)有益效果
[0023]本发明的上述技术方案具有如下优点:
[0024]首先，在红外热像仪的采集路径上依次设置有滤光片、偏振片和反射振镜，滤光片单元具有多块可分别与镜头对中的不同波段滤光片，偏振片单元具有多块可分别与镜头对中的不同偏振角度的偏振片；如此设置，可以同时获得不同角度的偏振光信息、不同波长的红外辐射信息，获取的信息量非常丰富，为提升测量精度提供了可靠的保障。
[0025]其次，测量时，将测量系统悬置于水中油膜上方，针对每块滤光片，各偏振片依次与其对正，即在当前滤光片下，各偏振片依次介入热红外信息的采集，从而实现热像仪通过每个带通滤光片将所有不同角度的偏振信息扫一遍，拍下特定波段的热红外图像；也就是说，不同波段滤光片和不同偏振角度的偏振片相结合得到特定波段和偏振信息的红外图像，从而实现浮油种类的定性和油膜厚度的定量测量。
[0026]再次，针对每块偏振片，反射振镜依次调节工作角度，也就是说，对应每块与红外热像仪对中的偏振片，反射振镜扫一遍工作角度，以将不同位置水面的红外辐射通过偏振片和滤光片引入所述红外热像仪，采集该滤光波段及偏振角度下的热红外图像；由此，根据所述热红外图像获得浮油种类的定性和油膜厚度的定量测量结果。
[0027]本发明可以同时得到水面多个不同波段、多个不同偏振角度的红外图像信息，与现有技术相比，应用本发明进行水面油膜的测量，不受外界太阳辐射、风速等时间和环境因素的干扰，体积小巧、可以快速、准确的实现水面浮油的定性和定量测量，具有较好的可操作性，且制造成本及使用成本可控；并可广泛应用在河道、湖泊、海洋浮油检测、工厂排放检测、环境保护领域。
[0028]在本发明的优选方案中，其反射振镜背面增设有黑体辐射源，并作为系统标定基础。各滤光片依次参与热红外信息的采集后，反转该反射振镜，采集黑体辐射源透过当前滤光片和偏振片后的热红外图像，以作为当前辐射基准；然后，红外热像仪采集当前水面透过滤光片和偏振片后的热红外图像，与黑体比较校正后，得到当前水面的热红外信息。如此设置，每次测量前可以实时标定系统，可以完全规避克服探测器温漂造成的误差。
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例一所述水面油膜的热红外成像测量系统的整体结构示意图；
[0030]图2是本发明实施例二所述水面油膜的热红外成像测量系统的整体结构示意图。
[0031]图中:
[0032]红外热像仪1、滤光片单元2、滤光片21、偏振片单元3、偏振片31、反射振镜4、第一驱动装置5、第二驱动装置6、第一减速器7、第二减速器8、第三驱动装置9、黑体辐射源10、驱动装置11、分动减速器12。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0034]在本发明的描述中，除非另有说明，“多块”的含义是两块或两块以上；术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。因此，不能理解为对本发明的限制。
[0035]实施例一
[0036]请参见图1，该图示出了本实施例所述水面油膜的热红外成像测量系统的整体结构示意图。该系统，沿热红外信息的采集路径依次设置有红外热像仪1、滤光片单元2、偏振片单元3和反射振镜4。
[0037]其中，红外热像仪I用于采集当前水面的热红外信息，以据此获得浮油种类的定性和油膜厚度的定量测量结果。该红外热像仪I的探测器可以采用焦平面非制冷型探测器，像素数为320*256，波长为8-14 μπι，优选能够电动调焦，以提升可操作性。测量时，将测量系统悬于水中油膜A上方80-120cm即可进行测量操作。
[0038]其中，滤光片单元2具有多块不同波段的滤光片21，且多块滤光片21可调节至分别与红外热像仪I的镜头对中，从而通过每个滤光片21获得不同波段下的红外辐射信息。这里，滤光片21可以选用带通滤光片，能够严格控制透射光的起止波长范围；针对油膜特性，每块滤光片21的带宽优选为10-20nm，以满足高性能的要求。
[0039]其中，偏振片单元3具有多块不同偏振角度的偏振片31，且多块偏振片31也可调节至分别与红外热像仪I的镜头对中，相应地，通过每个偏振片31将阻止不同偏振角度下的反射光进入镜头，获得不同偏振角度下的红外辐射信息，可最大限度地减弱反射光对油膜成像清晰度的影响。与滤光片单元2的多块不同波段滤光片21相适配的，针对每块滤光片21，各偏振片31依次与其对正，即在当前滤光片21下，各偏振片31依次介入热红外信息的采集，从而实现热像仪通过每个带通滤光片21将所有不同角度的偏振信息扫一遍，拍下特定波段的热红外图像；也就是说，不同波段滤光片21和不同偏振角度的偏振片31相结合得到特定波段和偏振信息的红外图像，从而为提高浮油种类的定性和油膜厚度的定量测量精度提供了可靠的保障。
[0040]其中，反射振镜4可调节工作角度，以扩展红外热像仪I的可视角度。与滤光片单元2和偏振