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小菲课堂|看透OGI成像仪的奥秘,高分辨率并不一定适合你......

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发表于:2021/9/16 11:31:03
#0楼
  像素并不一定越高越好
  在几乎所有类型的成像产品中,一个很重要的因素就是分辨率。很多人觉得,分辨率越高,成像效果越好,但在某些石油和天然气成像应用场合,选择并不是黑白分明,非此即彼。在选择光学气体成像(OGI)热像仪时,选择较低分辨率成像仪可能实现的性能更佳,效果更好。今天,小菲就来告诉你这是为什么!
附件 微信截图_20210916112132.jpg

  
规格并不说明全部问题

  石油和天然气运营商使用的许多设备都是在仅关注规格的情况下购买的,其中分辨率被认为是最重要的规格之一(即便不是最重要的)。虽然这种购买方法效率高,极具成本效益,但也很危险,因为FLIR OGI热成像仪的用户可能更关注那些在具体应用环境中对设备性能并不重要的规格。
  所谓的高规格就是:在字面上看起来很吸引人的规格,而功能则完全不同。功能取决于具体的环境,最主要的是应用领域和预算。
  分辨率是本次讨论的核心。供应商可能会声称“我们的成像仪分辨率为X,而我们的竞争产品成像仪分辨率则较低。分辨率越高越好,所以我们的产品更具吸引力。” 这种说法是有道理的,它很容易理解,而且几乎被普遍接受。此外,在选择红外(IR)成像仪(非OGI)时,分辨率历来是需要考虑的重要规格。但更高的分辨率并不总是正确的选择。
  
选择成像仪的重要参数

  OGI成像仪在红外波段工作。因此,很容易陷入过于简单化的选择,因为在大多数红外应用中,为成像仪增加像素会使其表现“更好”,因为您会获得更小的光斑大小比(可测量面积)以获得更精确的测量,并改善图像质量(通过更高分辨率)。
  但是,有效的光学气体成像(OGI)取决于红外分辨率和气体灵敏度。灵敏度是通过噪音等效浓度长度(NECL)来衡量的,该标准衡量热像仪经过一段特定长度的路径能检测到的在热像仪固有机器噪音之上的气体量大小。
  想要更好地理解这两个特性如何相互作用,以下几个因素是关键,当然它们本身就是购买成像仪时的重要考量参数:
  ★ 像素大小
  ★ 像素间距
  ★ 热灵敏度
  ★ 气体吸收性
  NO.1 像素大小
  对于OGI来说,分辨率和NECL不是线性的。事实上,它们是反向关系。如前所述,在非OGI红外成像仪应用中,分辨率越高,成像仪的辐射测量诊断能力越强(即通过解读到达成像仪的红外信号强度,测量目标的表面温度)。随着像素变小,而要测量的对象保持相同的大小,您就会在待测目标上获得更多像素,提高测量的准确性。
  在同一个管线中,考虑温度测量与OGI:
附件 微信截图_20210916112155.jpg

  在图1中可以看出,当分辨率较高/像素较小时,单个像素中出现更多的“白色”。如果您对该像素(即颜色)的所有区域进行平均,像素中的白色越多,温度(强度)读数就越准确。这是一个高分辨率具有优势的情况。
附件 微信截图_20210916112214.jpg

  在OGI应用中,一般希望有更高的分辨率,以寻求更大的泄漏定义(允许标识出更多泄漏细节)或试图定义小的泄漏点。
  NO.2 像素间距
  相反,在气体检测中,用户通常不关心像素与视野中物体相比的“大小”。气体检测更关心的是到达一个像素的能量数值;您会希望有尽可能多的能量到达该像素。
  当您向焦平面阵列(FPA)添加更多分辨率(更多像素)时,每个像素的大小(以微米为单位测量,称为“像素间距”,或从一个像素中心到下一个像素中心的空间)通常会变小,以使整个检测器的大小更小。这减少了每个像素所能收集的“能量”数值,使成像仪不太灵敏。一般来说,这两个参数表现相反(如分辨率上升,灵敏度下降)。因此,对于OGI来说,较大像素间距更为理想,因为相比之下它的单个像素能捕获更多的能量。
  例如,在FLIR制冷型OGI成像仪中,FLIR GFx320成像仪的像素间距为30μm,而FLIR GF620成像仪的像素间距为15μm,使得GFx320比GF620(15mK与20mK)略微敏感。就NECL而言,GF620检测到的甲烷NECL大约是GFx320检测到的两倍。虽然GF620的灵敏度仍然足以满足灵敏度水平的最严格要求,但并不是所有高分辨率OGI成像仪均属于此类情况。
  就“小泄漏”而言,GF620的高分辨率(640×480与320×240相比;见图2)可以提供一些优势。首先,您可以更清楚地看到泄漏的定义,并有可能了解泄漏的更多细节。您可以将此更高的分辨率因素与成像仪的数字缩放功能相结合,以查看到更清晰的图像,进而查看到更小的泄漏点。
  NO.3 热灵敏度
  热灵敏度或噪音等效温差(NETD)描述了使用成像仪所能看到的最小温差。这个数字越低,表示红外系统的热灵敏度越好,这一测量通常是在30°C的工业标准温度下进行的。
  如果要测量的目标通常表现出很大的温度差异,可能不需要低NETD的成像仪。然而,对于更细微的应用,如检测湿度问题,建议提高灵敏度。在许多情况下,OGI只关注“是否有气体存在/泄漏?” 使得NETD的重要性没有像素间距大。
  NO.4 气体吸收性
  在红外成像仪的光谱范围内,如果气体不吸收能量(无论是否过滤),成像仪都将无法看到气体。换句话说,如果要成像的气体不吸收成像仪光谱范围内的能量,那么红外成像仪的分辨率将不会影响成像仪看到气体的能力。
附件 微信截图_20210916112322.jpg

  此外,FLIR获得专利的高灵敏度模式(HSM)得到了更多像素的支持,这可能有助于检测较小的泄漏。这一基本的OGI属性因气体的不同而不同。吸收率可以用气体的响应系数(RF)来描述;数值越高,气体的成像效果越好。例如,对于制冷型成像仪而言,丙烷的RF值比甲烷高(约为三倍),因为在使用FLIR OGI红外成像仪观察碳氢化合物和VOCs泄漏时,丙烷在过滤红外光谱区域吸收更多的能量,如(图3)。
  
OGI成像仪的意义

  虽然高分辨率成像可能不是所有OGI应用中最重要的因素,但它在其他方面可能非常有益。
  不论是出于常规维护还是遵从法规之目的,负责泄漏检测和维修(LDAR)或负责健康和安全监察(HSE)的员工,可能会经常被要求使用OGI成像仪来寻找需要维修的气体泄漏。利用FLIR成像仪,这些用户能够找到微小的泄漏点,并对已发现的泄漏点进行定性,同时在整个过程中保证人员安全。
  无论您的分辨率和NECL需求如何,FLIR都可提供相对应的OGI成像仪,以满足需求,包括专门用于检测碳氢化合物和VOCs气体的GFx320.GF320、GF300、G300a和GF620。
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