[发明专利]一种基于多光谱图像的机动车尾气HC浓度分布检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于多光谱图像的机动车尾气HC浓度分布检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：根据被测车道的路况，将车道划分为两类：无绿化带车道和有绿化带车道，分别建立红外热像仪能获取的辐射亮度的数学模型；

步骤二：依据所建立的辐射亮度数学模型，确定所述辐射亮度数学模型中需要的各项参数值；

步骤三：根据美国太平洋西北国家实验室PNNL测定的物质吸收谱，比较机动车尾气除HC外的成分的吸收光谱与HC的吸收光谱，找到两个波段，其中一波段仅有HC会造成气体对辐射的吸收现象，另一波段HC与尾气除HC外的成分的吸收率均接近于0；

步骤四：在被监测车道布置相机所需要的位置，使机动车尾气可能的位置均处于相机的视场之内，两枚滤光片的中心波长分别位于该两波段中，由红外热像仪分别透过两枚滤光片拍摄包含机动车尾气区域的图像，经数据传输线将图像传输至计算机；

步骤五：由计算机接收图像，比较透过两枚滤光片得到的两幅图像辐射亮度之间的差异，实现对尾气中HC位置的侦测，根据步骤一建立的数学模型与相关物理公式计算HC浓度值，获取HC浓度的分布；

对于无绿化带车道，红外热像仪获取的存在机动车尾气羽流处的辐射亮度数学模型如下：

I_sky(λ)＝τ_pτ_atmB(T_b，λ)(1-ε_al)+τ_pB(T_al，λ)ε_al+B(T_p，λ)(1-τ_p)

对于无绿化带车道，红外热像仪获取的不存在机动车尾气羽流处的纯背景辐射亮度数学模型如下：

I_sky(λ)＝τ_atmB(T_b，λ)(1-ε_al)+B(T_al，λ)ε_al

对于有绿化带车道，红外热像仪获取的存在机动车尾气羽流处的辐射亮度数学模型如下：

I_veg(λ)＝τ_pB(T_b，λ)+B(T_p，λ)(1-τ_p)

对于有绿化带车道，红外热像仪获取的不存在机动车尾气羽流处的纯背景辐射亮度数学模型如下：

I_veg(λ)＝B(T_b，λ)

其中，T_b、T_p、T_al：背景、尾气羽流与镀锌平板的温度；

τ_atm、τ_p：大气与尾气羽流的辐射透射率；

ε_al：镀锌平板的辐射发射率；

B(T，λ)是普朗克黑体辐射亮度，其计算公式如下：

其中，C₁、C₂：第一、第二辐射常数；

T：黑体的温度；

λ：辐射的波长。

2.根据权利要求1所述的基于多光谱图像的机动车尾气HC浓度分布检测方法，其特征在于：所述步骤一中，建立的红外热像仪能获取的辐射亮度数学模型是将背景辐射近似为黑体辐射，背景与热像仪之间空气的吸收效应忽略，背景辐射分两类：在无绿化带车道的背景辐射指由镀锌平板反射至热像仪的天空辐射，镀锌平板为一与地水平面夹角为45°且镀锌面朝向热像仪的平板；在有绿化带车道的背景辐射指热像仪视线方向上车道侧绿化带植物的辐射。

3.根据权利要求1所述的基于多光谱图像的机动车尾气HC浓度分布检测方法，其特征在于：所述步骤二中，通过预先实验测量确定所述辐射亮度数学模型中需要的各项参数值，所述各项参数值包括：尾气羽流的温度与宽度、镀锌平板的温度、背景的平均温度，其中背景的平均温度分两类：在无绿化带车道的背景的平均温度指被镀锌平板反射的天空大气背景的平均温度，在有绿化带车道的背景的平均温度指热像仪视线方向上车道侧绿化带植物的平均温度；通过查询相关研究机构实验结果确定其值的参数包括：美国太平洋西北国家实验室PNNL提供的机动车尾气中包含的各种化学物质的化学吸收系数，镀锌平板的辐射发射率以及大气透射率。