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Title:
METHODS AND SYSTEMS FOR ANALYSING SEALING IN FLUID DEPOSITS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/049569
Kind Code:
A1
Abstract:
Methods and systems for analysing sealing in fluid deposits, that include the following steps: a) injecting a tracer gas into the deposit at a predetermined pressure and temperature; b) capturing external images of the deposit using an IR camera in a predetermined zone of the spectral band in which said tracer gas is optically active; c) locating unintended holes in the deposit using gas leaks detected by displaying said images or images obtained from them. The systems include an IR camera fitted with a filter for capturing images of the outside of the deposit and a computer connected to it provided with a software program for displaying the images captured by the camera or processed images based on them. The invention also relates to a computer program for performing the method.

Inventors:
DE CASTRO GONZALEZ ANTONIO J (ES)
LOPEZ MARTINEZ FERNANDO (ES)
SANCHEZ TIRADO JOAQUIN (ES)
ARANDA GALLEGO JOSE MANUEL (ES)
MELENDEZ SANCHEZ JUAN (ES)
Application Number:
PCT/ES2009/070473
Publication Date:
May 06, 2010
Filing Date:
October 29, 2009
Export Citation:
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Assignee:
EADS CONSTR AERONAUTICAS SA (ES)
DE CASTRO GONZALEZ ANTONIO J (ES)
LOPEZ MARTINEZ FERNANDO (ES)
SANCHEZ TIRADO JOAQUIN (ES)
ARANDA GALLEGO JOSE MANUEL (ES)
MELENDEZ SANCHEZ JUAN (ES)
International Classes:
G01M3/22; G01M3/38
Domestic Patent References:
WO2005001409A22005-01-06
Foreign References:
US20060090546A12006-05-04
US20050211949A12005-09-29
JPH06323944A1994-11-25
Attorney, Agent or Firm:
ELZABURU, ALBERTO DE (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito destinado al almacenamiento de fluidos, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) introducir en el depósito un gas traza a una presión y temperatura predeterminadas; b) tomar imágenes exteriores del depósito mediante una cámara IR en una franja predeterminada de Ia banda espectral en Ia que dicho gas traza es ópticamente activo; c) localizar poros ó defectos de fabricación del depósito a partir de las fugas de gas detectadas mediante Ia visualización de dichas imágenes ó de imágenes obtenidas a partir de ellas.

2.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicho paso c) comprende una o más de las siguientes etapas: d ) detección de las fugas de gas de mayor tamaño mediante Ia visualización directa de las imágenes tomadas por Ia cámara IR; c2) detección de las fugas de gas de menor tamaño mediante Ia visualización de imágenes obtenidas sometiendo las imágenes tomadas por Ia cámara IR a un proceso en el que se optimiza su contraste; c3) detección de fugas de gas muy pequeñas o intermitentes mediante Ia visualización de las imágenes obtenidas sometiendo las imágenes tomadas por Ia cámara IR a un proceso de comparación que permite identificar variaciones temporales en las mismas.

3.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según Ia reivindicación 2, caracterizado porque el proceso de optimización del contraste de Ia etapa c2) es un proceso de control de ganancia seleccionado entre los de tipo lineal, logarítmico, exponencial, potencia de 2, raíz cuadrada, potencia de 3 y 1/3 y los de método "Rango Dinámico completo", "RD determinado", "90% del RD" y "RD de un porcentaje determinado".

4.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado porque el proceso de comparación de imágenes de Ia etapa c3) incluye Ia selección de Ia separación temporal entre las imágenes comparadas y del escalado de fondo de Ia imagen resultante de Ia comparación.

5.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizado porque dicho paso a) comprende una etapa de adecuación del depósito como fuente IR.

6.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, caracterizado porque:

- se utiliza Ia capacidad de absorción IR del gas traza;

- se introduce el gas traza en el depósito a una temperatura inferior a Ia temperatura ambiente;

- se adecúa el depósito como fuente IR calentándolo a una temperatura superior a Ia temperatura ambiente.

7.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, caracterizado porque:

- se utiliza Ia capacidad de emisión IR del gas traza; - se introduce el gas traza en el depósito a una temperatura superior a Ia temperatura ambiente;

- se adecúa el depósito como fuente IR enfriándolo a una temperatura inferior a Ia temperatura ambiente.

8.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7 caracterizado porque dicho depósito es un depósito de combustible de un avión.

9.- Método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 1 -8, caracterizado porque dicho gas traza es CO2.

10.- Sistema para analizar Ia estanqueidad de un depósito destinado al almacenamiento de fluidos mediante Ia detección de fugas de un gas traza introducido en dicho depósito, caracterizado porque comprende: a) una cámara IR dotada de un filtro para Ia toma de imágenes del exterior del depósito en una franja predeterminada de Ia banda espectral en Ia que dicho gas traza es ópticamente activo; b) un computador conectado a dicha cámara IR provisto de un "software" para localizar poros o defectos de fabricación del depósito mediante Ia visualización de las imágenes tomadas por Ia cámara o imágenes obtenidas mediante uno o más de los siguientes procesos: b1 ) un proceso de optimización de su contraste; b2) un proceso de comparación que permite identificar variaciones entre imágenes tomadas en momentos temporales distintos.

11.- Sistema para analizar Ia estanqueidad de un depósito según Ia reivindicación 10, caracterizado porque dicho depósito es un depósito de combustible de un avión.

12.- Sistema para analizar Ia estanqueidad de un depósito según cualquiera de las reivindicaciones 10-11 , caracterizado porque dicho gas traza es CO2.

13.- Un programa de ordenador adaptado para ejecutar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

Description:
MÉTODOS Y SISTEMAS PARA REALIZAR ANÁLISIS DE ESTANQUEIDAD EN DEPÓSITOS DE FLUIDOS

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a métodos y sistemas para realizar análisis de estanqueidad en depósitos de fluidos y más en particular en tanques de combustibles de aviones.

ANTECEDENTES

Cuando se quieren conseguir depósitos con garantía de estanqueidad, es necesario controlar e identificar las posibles fugas que se puedan producir por defectos de fabricación o poros en los materiales utilizados, especialmente si se tratan de depósitos de combustible en aviones, por Io que es esencial contar con métodos apropiados para Ia detección de posibles poros o fisuras en los depósitos.

En Ia técnica conocida, el procedimiento utilizado para analizar Ia estanqueidad de los depósitos de combustible de aviones consiste en aplicar, en primer término, presión al aire contenido en los mismos y analizar posteriormente eventuales pérdidas de presión que se pueden producir por Ia existencia de poros y fisuras y, en segundo término, aplicar al depósito un recubrimiento de una composición apropiada (por ejemplo, agua jabonosa) para detectar los puntos de fuga.

En ese aspecto específico, como en muchos otros, Ia industria demanda métodos mejorados y Ia presente invención está orientada a Ia satisfacción de esa demanda aplicando técnicas basadas en imagen espectral infrarroja (IR) como las consideradas en las siguientes siguientes publicaciones. - S. Briz, de Castro AJ. , López F., and Scháfer K., "Remote Sensing of

Ozone by Open-Path FTIR Spectroscopy. Analysis and Validation of Different Analysis Techniques" Proc. of Chemical Industry and Environment IV. VoI. 2. A. Macías & J. Umbría Eds.,2003, pp 313-323, España.

- J. M. Aranda, S. Briz, J. Meléndez, A. J. de Castro, F. López, "Fíame analysis by IR thermography and IR hyperspectral imaging". Proc. of Quantitative Infrared Thermography V-QIRT2000, 337-342. (2000)

- S. Briz, AJ. de Castro , F. López " Modérate resolution study of the ground-based passive emission of ozone" Applied Optics, 39, 1980-1988 (2000)

- AJ. de Castro, J. Meneses, S. Briz, F. López "Non dispersive infrared monitoring of NO emissions in exhaust gases of vehicles" Rev. Sci. Instrum., 70, 3156-3159 (1999)

- J. Meneses, S. Briz, AJ. de Castro, J. Meléndez and F. López. "New spectral selection system for infrared imaging of carbón monoxide in combustión environments". Combustión Diagnostics. M. Tacke Ed. SPIE Proc. 3106, 105 (1997)

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de Ia presente invención es proporcionar métodos y sistemas para Ia detección de fallos de estanqueidad en depósitos de almacenamiento de fluidos que puedan ponerse en práctica tanto en su lugar de fabricación como en el de su uso.

Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar métodos y sistemas no intrusivos para Ia detección de fallos de estanqueidad en depósitos de almacenamiento de fluidos y, particularmente, en depósitos de combustible de aviones.

Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar métodos y sistemas para Ia detección en tiempo real de fallos de estanqueidad en depósitos de almacenamiento de fluidos y, particularmente, en depósitos de combustible de aviones. En un primer aspecto, esos y otros objetos se consiguen con un método de análisis de Ia estanqueidad de un depósito destinado al almacenamiento de fluidos, que comprende los siguientes pasos: a) introducir en el depósito un gas traza a una presión y temperatura predeterminadas; b) tomar imágenes exteriores del depósito mediante una cámara IR en una franja predeterminada de Ia banda espectral en Ia que dicho gas traza es ópticamente activo; c) localizar poros o defectos de fabricación del depósito a partir de las fugas de gas detectadas mediante Ia visualización de dichas imágenes ó de imágenes obtenidas a partir de ellas.

En un segundo aspecto, esos y otros objetos se consiguen con un sistema para Ia detección de fallos de estanqueidad en depósitos de almacenamiento de fluidos mediante Ia detección de fugas de un gas traza introducido en dicho depósito, que comprende: a) una cámara IR dotada de un filtro para Ia toma de imágenes del exterior del depósito en una franja predeterminada de Ia banda espectral en Ia que dicho gas traza es ópticamente activo; b) un computador conectado a dicha cámara IR provisto de un "software" que permite localizar poros o defectos de fabricación del depósito mediante Ia visualización de las imágenes tomadas por Ia cámara o imágenes obtenidas a partir de ellas mediante uno o más de los siguientes procesos: b1 ) un proceso de optimización de su contraste; b2) un proceso de comparación que permite identificar variaciones entre imágenes tomadas en momentos temporales distintos.

En los métodos y sistemas según Ia presente invención se puede utilizar tanto Ia capacidad de absorción IR como Ia capacidad de emisión IR del gas traza fijando, en cada caso, las temperaturas correspondientes para el gas traza introducido en el depósito y para adecuar el depósito como fuente IR.

En una realización preferente de Ia presente invención Ia detección de fugas se lleva a cabo en etapas dirigidas específicamente a Ia localización de fugas grandes, fugas pequeñas y fugas muy pequeñas o intermitentes, utilizando, respectivamente, las imágenes tomadas por Ia cámara IR, imágenes obtenidas aplicando a las imágenes tomadas por Ia cámara IR un proceso de optimización de contraste e imágenes obtenidas mediante un procesado temporal de las imágenes anteriores. Se consigue con ello optimizar el proceso de detección de las fugas utilizando medios específicos para cada tipo de fuga.

En otra realización preferente de Ia presente invención se utilizan, para Ia detección de fugas pequeñas, imágenes obtenidas aplicando a las imágenes tomadas por Ia cámara IR un proceso de optimización de su contraste consistente en un proceso de control de ganancia seleccionado entre los de tipo lineal, logarítmico, exponencial, potencia de 2, raíz cuadrada, potencia de 3 y 1/3 y con los métodos típicos de organización del rango dinámico (RD): "RD completo" y "porcentaje seleccionare del RD". Se facilita con ello que el usuario del sistema disponga de imágenes apropiadas para detectar fugas en cada zona del depósito atendiendo al nivel de resolución requerido.

En otra realización preferente de Ia presente invención se utilizan, para Ia detección de fugas intermitentes y fugas muy pequeñas, imágenes obtenidas mediante procesos de comparación de imágenes de momentos temporales distintos en los que puede seleccionar Ia separación temporal entre las imágenes comparadas y el escalado de fondo de Ia imagen resultante de Ia comparación. Se facilita con ello que el usuario del sistema disponga de imágenes apropiadas para Ia detección de ese tipo de fugas.

En otra realización preferente, el depósito de fluidos es un depósito de combustible de una avión y el gas traza es CO2. Se consigue con ello un método y un sistema de análisis de Ia estanqueidad aplicable en un entorno como el de una planta de montaje de aviones ya que el CO2 es un gas inocuo dado que su posible emisión al ambiente por las eventuales fugas del depósito no afecta a su concentración habitual más de Io que Io hacen otras actividades habituales en dicha planta. Por su parte, no se produce ninguna contaminación visual ya que el CO2 es un gas transparente en el espectro visible, por Io que no afecta en ninguna medida a otros métodos que se desarrollen en fábrica que utilicen dicha banda espectral y, a su vez, el CO2 es un gas inerte que no mancha ni contamina ninguna superficie o intersticio por contacto directo. Una de las características fundamentales del sistema objeto de Ia presente invención es el de ser un sistema de imagen, incluso de visión, ya que permite detectar fenómenos mediante el proceso de Ia imagen y tomar decisiones en base a parámetros cuantitativos sobre los mismos. La otra característica fundamental es Ia de que dicha imagen tiene una propiedad espectral: no trabaja como un sistema de imagen estándar en Ia banda proporcionada por el fabricante de Ia cámara sino que recoge sólo señal en Ia banda espectral que optimiza el contraste que puede ser cambiada en función de variables relevantes al efecto como el gas traza utilizado, Ia temperatura, el escenario IR sobre el que se trabaja. Ese es su carácter espectral: una longitud de onda característica de optimización del contraste para optimizar Ia detección de Ia fuga, sobre todo de las muy pequeñas. Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1a muestra una foto de un sector de tanque de combustible de un avión y Ia Figura 1 b Ia imagen IR correspondiente tras un filtrado óptico.

Las Figuras 2a y 2b muestran Ia imagen IR procesada con, respectivamente, "stretching" logarítmico y "stretching" exponencial. Las Figuras 3a y 3b muestran respectivamente Ia imagen IR procesada con, respectivamente, "stretching" lineal en modo "Rango dinámico determinado", y "stretching" lineal en modo "90% del RD".

Las Figuras 4a y 4b muestran dos imágenes de una secuencia en las que se aprecia el efecto de una fuga. La Figura 5 muestra un diagrama de bloques del "software" utilizado en Ia presente invención.

La Figura 6 muestra desplegada Ia ventana principal de Ia interfaz de dicho "software".

La Figura 7 muestra desplegada Ia pestaña "Histograma de Ia aplicación" de Ia interfaz de dicho "software". DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Método

Describiremos en primer lugar una realización preferente de un método según Ia invención para el análisis de Ia estanqueidad de un depósito de combustible de un avión, utilizando Ia capacidad de absorción IR del gas traza. El método comprende los siguientes pasos: a) Se llena el depósito con CO2 como gas traza a una presión y temperaturas predeterminadas en función del tipo de depósito y las condiciones ambientales. Estas variables pueden ser utilizadas para optimizar Ia detección, en función de las condiciones y el tipo de fuga. b) Al efecto de aumentar el contraste y optimizar Ia detección se utiliza el propio depósito como fuente IR activa, para ello se procede a calentarlo mediante el uso de una fuente térmica, tal como un calentador de aire ó una lámpara IR, hasta alcanzar una temperatura óptima para el contraste que, si bien puede variar en función de Ia temperatura del entorno ó el ambiente lumínico, se encuentra en condiciones normales entre 3O 0 C y 5O 0 C. En Ia zona seleccionada para el análisis de Ia estanqueidad se controla Ia temperatura mediante el uso de un pirómetro IR. c) A continuación se procede a Ia inspección de Ia zona deseada del depósito utilizando una cámara IR a Ia que se ha modificado el rango espectral de detección, para optimizar el contraste gas-fondo en Ia banda espectral en Ia que el CO2 es ópticamente activo.

Simultáneamente a Ia toma de imágenes, y para fugas muy pequeñas, es aconsejable "barrer" el CO2 ambiente, por ejemplo utilizando una pistola estándar conectada a una botella de un gas transparente al IR, como por ejemplo N2 seco, cuyo chorro es dirigido en Ia dirección del camino óptico de Ia medida, evacuando así una parte importante del CO2 ambiente, Io que evitaría el enmascaramiento de Ia presencia de gas traza proveniente de Ia fuga, y por tanto su detección en las zonas de inspección. Además, el movimiento del gas traza provocado por el nitrógeno favorece Ia detección del gas traza, tanto en visión directa como con el procesado temporal propuesto. La eliminación de Ia interferencia del CO2 atmosférico también se puede conseguir cubriendo y sellando el área a inspeccionar con un plástico transparente a Ia radiación característica del gas traza, para poder crear una atmósfera de nitrógeno con Io que se pueden ver con mayor claridad las fugas de CO2.

En Ia realización concreta que estamos describiendo, Ia toma de imágenes se realiza mediante una cámara IR provista de un filtro óptico IR, que se acopla a Ia lente mediante un portafiltros interno diseñado a tal efecto y anodizado para evitar reflejos internos, centrado y con el ancho de banda optimizados para Ia detección del gas traza, siempre en el entorno del centro de Ia banda de absorción del CO2. Ambos, centrado y ancho se determinan cuidadosamente para una detección optimizada mediante Ia figura de mérito desarrollada específicamente denominada: Diferencia relativa de Radiancia espectral detectada. En esencia, esta figura evalúa para unas condiciones dadas de trabajo y de depósito, Ia diferencia de señales ópticas (radiancia) que se detectaría, por un detector IR, en presencia y ausencia de gas de fuga en un entorno dado, normalizada a Ia señal de fondo IR en el campo de visión del sistema. Se define en esencia como (|ΔL| / L) y no tiene unidades. Optimizar el sistema significa aumentar el valor de dicha función para los parámetros que se pueden modificar libremente como son el ancho de banda del filtro y su centrado que son los que van a optimizar Ia detección, en particular ante pequeñas fugas.

La selección del gas traza y Ia determinación de Ia franja de Ia banda espectral en Ia que se deben tomar las imágenes IR es un aspecto importante de Ia presente invención. Hay que tener en cuenta al respecto que se trata de realizar análisis de estanqueidad de depósitos de fluidos y, particularmente, de depósitos de combustible de aviones en sus plantas de fabricación, es decir, en unos lugares en los que se llevan a cabo otras actividades y donde existen unas determinadas condiciones ambientales.

En principio cualquier gas de molécula polar sería apropiado para Ia presente invención en Ia medida que tiene una firma infrarroja que puede ser detectada unívocamente. Ahora bien, teniendo en cuenta las condiciones ambientales de una planta de ensamblaje de aviones se ha seleccionado el CO2. Otro gas que podría ser apropiado para ese tipo de condiciones ambientales, aunque tiene algunas desventajas como un enorme efecto invernadero (Io que limitaría su aplicación a casos especiales) es el hexafluoruro de azufre, para el que se debería seleccionar una banda espectral diferente en el IR térmico.

La cámara IR se monta en un trípode móvil para garantizar Ia estabilidad, el posicionamiento preciso y Ia flexibilidad para su movimiento durante Ia toma de imágenes y se ubica en una distancia en torno a 50 cm del sector a inspeccionar, que se encuadra seleccionando Ia altura y ángulo adecuados, aunque esta distancia puede cambiar si se cambia Ia óptica o las dimensiones de Ia zona que se desea inspeccionar. d) Detectar Ia posición del poro o defecto que produce las fugas del CO2 traza mediante Ia visualización de las imágenes IR tomadas por dicha cámara IR y/o de imágenes derivadas de ellas aplicándoles unos determinados procesos. La detección de fugas se realiza conforme a un procedimiento de descubrimiento de fugas que vaya de las mayores a las menores. Esto significa que se inicia con modos rápidos y cómodos para Ia detección de fugas grandes, barriendo Ia mayor parte del depósito a analizar, hasta modos más lentos y costosos para detectar las más pequeñas, que se circunscribirán a zonas más restringidas del mismo, donde Ia experiencia y el análisis previo hacen más probable Ia pequeña fuga (válvulas, juntas, "bondings",...).

Por Io tanto, el análisis de cada depósito se realizará siguiendo en el orden especificado, los modos citados más adelante, de forma que se pasaría de un modo al siguiente sólo si no se detectan fugas mediante el mismo y, si además, se ha detectado Ia existencia de fugas por los procedimientos globales, no discriminatorios. Para ello se utiliza el procedimiento clásico de Ia medida de Ia velocidad de caída de Ia presión total en el tanque presurizado, señalado anteriormente (midiendo Ia velocidad de caída de Ia presión global).

Un primer modo de detección y localización de las fugas de mayor tamaño, siguiendo el método objeto de Ia presente invención, es Ia visualización directa de Ia imagen IR que suministra Ia cámara IR gracias al filtrado óptico espectral realizado. La ventaja radica en Ia rapidez del análisis. Ese filtrado consiste en seleccionar un intervalo espectral del rango de trabajo de Ia cámara IR en el que el gas traza seleccionado (CO2) es ópticamente activo con el fin de aumentar Ia relación señal-fondo y optimizar Ia detección del gas traza. Gracias a ello se permite Ia detección de muchas de las fugas por visión directa de Ia imagen IR. Además las características de filtrado pueden optimizarse, "sintonizando" el filtro, tanto en centrado como en ancho de banda, en función de las condiciones de medida, distancia, temperatura ambiente, temperatura del gas y del fondo de escena, tamaño de Ia fuga ú otros parámetros relevantes. En Ia Figura 1 a puede verse una foto de una zona de un tanque de combustible situado en el ala de un avión con una tubería de llenado y en Ia Figura 1 b Ia imagen IR correspondiente obtenida tras el filtrado óptico IR seleccionado para optimizar Ia detección del gas traza (CO2). En primera aproximación y suponiendo que Ia temperatura del gas expulsado por Ia fuga es del orden de Ia ambiente, Ia variación del nivel digital de un píxel es proporcional a Ia variación de Ia radiancia del punto correspondiente del fondo de Ia escena multiplicado por Ia transmitancia del camino óptico. Por ello Ia presencia extra de gas en el camino óptico debido a Ia fuga modificará Ia radiancia, disminuyendo (si el gas escapa a temperatura inferior o del orden de Ia ambiente) el nivel digital del píxel afectado, respecto del resto. Ello proporciona un contraste en Ia imagen entre los píxeles afectados por Ia fuga y los que no Io están Io que, apoyado en Ia agudeza visual del operador, es en muchos casos suficiente para detectar Ia fuga directamente.

Un segundo modo de detección y localización de fugas siguiendo el método objeto de Ia presente invención, indicado para fugas más pequeñas conforme a Io señalado antes, es un procesado de las imágenes IR que suministra Ia cámara IR en el que se efectúa un control automático de ganancia que permite optimizar Ia visualización de Ia secuencia de imágenes, facilitando Ia detección de posibles fugas. Como se ha señalado, Ia detección de Ia presencia del gas traza se debe a Ia absorción de parte de Ia energía proveniente de Ia fuente IR, de manera que para fugas pequeñas Ia diferencia de niveles no será muy elevada. Es por ello que se deben visualizar de forma apropiada las imágenes proporcionadas por el dispositivo de imagen IR.

Entre los métodos de control automático de ganancia disponibles hay que elegir el apropiado para cada caso. En este sentido se muestran seguidamente los resultados obtenidos con distintos métodos de "stretching" a Ia misma imagen de Ia Figura 1 a.

En Ia Figura 2a se muestra Ia imagen IR con "stretching" logarítmico. Se puede apreciar que aparecen representadas con mayor nitidez las zonas oscuras de Ia imagen original, mientras que en las zonas claras se pierde detalle.

En Ia Figura 2b se muestra Ia imagen IR con "stretching" exponencial, y se puede apreciar que ocurre Io contrario ya que se potencian las zonas claras de Ia escena frente a las oscuras.

En Ia Figura 3a se muestra Ia imagen IR a Ia que Ie ha sido aplicado "stretching" lineal en modo "RD determinado", especificando los valores mínimo y máximo del rango de visualización. Se puede observar que se visualizan con mayor nivel de detalle las zonas oscuras de Ia imagen, y que el contraste en ciertas zonas ha aumentado con respecto de Ia imagen original. Se puede apreciar un ligero movimiento en Ia secuencia debido a Ia fuga. En Ia figura 3b se muestra Ia imagen IR a Ia que Ie ha sido aplicado

"stretching" lineal en modo "90% del Rango Dinámico". Nuevamente, Ia visualización de Ia fuga es muy débil, aunque más apreciable que en Ia imagen

IR sin control automático de ganancia.

Esos distintos métodos de ganancia automática pueden aplicarse a una zona seleccionada de Ia imagen si ello resulta de interés.

Un tercer modo de detección y localización de fugas, indicado para fugas que no han podido ser detectadas por los procedimientos anteriores, siguiendo el método objeto de Ia presente invención, consiste en un procesado temporal que se basa en Ia detección de variaciones temporales en Ia imagen de referencia causadas por el gas traza cuando se difunde en Ia atmósfera al salir por una fisura o poro del tanque de combustible. Es muy efectivo para Ia detección de fugas en situaciones muy desfavorables: cuando los poros son pequeños o las fugas son intermitentes. En este método son relevantes un primer parámetro ajustable dinámicamente que permite resaltar Ia variación temporal de Ia imagen procesada frente a Ia imagen de referencia y un segundo parámetro ajustable dinámicamente que permite elegir Ia separación temporal entre Ia imagen referencia y Ia que se va a procesar

En las Figuras 4a y 4b se muestran dos imágenes de una secuencia en las que se aprecia el efecto de una fuga. La zona de Ia imagen donde aparece el gas traza se ve más oscura ya que dicho gas absorbe Ia radiación IR. En ambas imágenes se puede observar el efecto de un escape de gas traza a través de una fisura. La diferente apariencia de ambas imágenes se deba a Ia selección en tiempo real de diferentes parámetros de procesado y "stretching", con el fin de optimizar Ia visualización de Ia fuga. La segunda imagen, debido al mayor contraste, permite detectar de manera mucho más clara Ia fuga, así como localizar su origen. Por su parte, Ia visualización de una secuencia completa de imágenes facilita Ia detección de las fugas ya que el movimiento del gas traza se distingue claramente sobre el fondo estático de Ia secuencia.

Un aspecto importante de todos los modos de operación es determinar un buen nivel de cero del sistema, previo al proceso de detección de fugas. El nivel de "cero" sería el nivel digital que proporcionaría un píxel que, perteneciendo a Ia escena del depósito a analizar, no esté afectado por fugas y que se encuentre en las condiciones ambientales y distancia medias, para ello basta con enfocar sobre una zona en que se sepa que no hay fuga. Este nivel servirá para obtener los parámetros en que se debe centrar inicialmente Ia cámara para obtener el mayor rango dinámico posible. El nivel de cero se debe repetir cada cierto tiempo y sobre todo si se observan cambios en las condiciones ambientales, de observación, de fondo, etc.

Sistema

Describiremos seguidamente una realización preferente del sistema objeto de Ia presente invención para el análisis de Ia estanqueidad de un depósito de combustible de un avión, utilizando Ia capacidad de absorción IR del gas traza introducido en el depósito. El sistema comprende: - Una cámara IR en Ia banda del IR medio (3-5 mieras) como Ia descrita anteriormente optimizada espectralmente para Ia detección de CO2 mediante un filtro.

- Un ordenador portátil con una unidad central de proceso y unos dispositivos periféricos dimensionados apropiadamente.

- Un "software" que, como se muestra en Ia Figura 5, consta de tres módulos principales:

- Un módulo 11 de adquisición de imágenes con un sub-módulo 13 de adquisición de imágenes IR procedentes de Ia cámara IR y un sub-módulo 15 de adquisición de imágenes desde un fichero.

- Un módulo 21 de procesado de imágenes.

- Un módulo 31 de almacenamiento de imágenes.

En Ia realización preferente que estamos describiendo dicho ""software"" ha sido desarrollado bajo Ia plataforma "LABVIEW" de National Instruments, pero como bien comprenderá el experto en Ia materia podría haber sido desarrollado sobre cualquier otra.

El "software" permite un primer modo de funcionamiento en tiempo real en el que se adquieren, se procesan y se visualizan las imágenes IR en tiempo real y un segundo modo en el que se aplican las funciones mencionadas a secuencias de imágenes IR almacenadas previamente.

El "software" tiene una interfaz visual que permite modificar en tiempo real los parámetros de adquisición, visualización, procesado y almacenamiento.

Asimismo existen numerosos indicadores que muestran información relevante.

La interfaz del "software" consta de varias ventanas y pestañas, en las que se agrupan los controles e indicadores relativos a cada funcionalidad del mismo.

En Ia Figura 6 se muestra desplegada Ia ventana principal 41 de Ia aplicación que permite el control de Ia adquisición, visualización, procesado y almacenamiento de imágenes en fichero. La otra ventana 43 de Información general recoge parámetros adicionales de configuración del "software". La ventana principal contiene dos pantallas de visualización donde se muestran las imágenes IR originales y las imágenes procesadas y tres pestañas: - Procesado 51 (desplegada en Ia Figura 6): Permite seleccionar los parámetros de adquisición y procesado.

- Histograma 53: Permite visualizar el histograma de Ia imagen IR original y procesada, y seleccionar los parámetros de corrección de los píxeles erróneos. - Grabación 55: Contiene los parámetros de almacenamiento de Ia secuencia original y/o procesada en formatos estándar, tanto sin comprimir (FITS o similar) como comprimidos (AVI, MPEG, ó similar).

La ventana principal también contiene varios botones de control: INICIAR/PARAR, STOP, Ayuda. Contiene asimismo botones indicadores Saturación y ONLINE para facilitar su manejo. Así por ejemplo, el indicador Saturación que aparece en el modo de adquisición de cámara IR se activa si el nivel de gris de algún píxel de Ia imagen supera el valor máximo seleccionado en el control Valor máximo recibido, en Ia ventana de Información general. Módulo 11 de adquisición de imágenes El módulo 11 de adquisición de imágenes genera una secuencia de imágenes IR en un formato apropiado para el procesado. Dicha secuencia puede proceder de un fichero almacenado previamente o ser adquirido directamente de una cámara IR conectada en tiempo real. Este módulo difiere ligeramente en ambos modos de adquisición y sus funciones principales se explican seguidamente. En ambos casos se debe establecer Ia velocidad de procesado y visualización deseada, y se proporciona a Ia salida un flujo de imágenes a Ia tasa especificada y en un formato adecuado para los siguientes módulos.

Dado que el principal objetivo de sistema es Ia detección de fugas mediante Ia visualización del gas traza, una de las capacidades del sistema objeto de esta invención es Ia de variar Ia velocidad de visualización para optimizar esa tarea. Si el escape de gas a través de una fisura se produce lentamente, las variaciones observadas en Ia imagen serán pequeñas, y será preferible reducir el número de imágenes procesadas por segundo para poder apreciar Ia variación en Ia secuencia y ayudar a Ia detección visual de Ia fuga. Por el contrario, si se producen variaciones rápidas en Ia secuencia, será necesario aumentar Ia tasa de adquisición para facilitar Ia detección. De este modo, Ia velocidad del sistema se puede ajustar en función de Ia velocidad de salida y del movimiento del gas traza a través de Ia fuga, optimizando Ia visualización de cambios por parte del observador.

Por Io tanto, un parámetro importante del "software" que se debe seleccionar adecuadamente es Ia velocidad de adquisición de Ia cámara en imágenes o "frames" por segundo (fps). El "software" permite seleccionar una tasa fps de imágenes por segundo arbitraria, de modo que se pueda utilizar con cualquier cámara, sin limitar su velocidad de adquisición. La velocidad final del sistema puede ser definida específicamente dependiendo del tipo de fuga esperado, para Io que Ia cámara debe contar con las prestaciones adecuadas en Io referente a velocidad de adquisición. En ese caso, el número de imágenes procesadas por segundo que entrega el "software", será función de varios parámetros:

- La velocidad de suministro de imágenes de Ia cámara, que es característica de Ia propia cámara y no puede ser superada. Por Io que éste es un parámetro a tener en cuenta al adquirir Ia cámara.

- El procesador utilizado para Ia ejecución del programa y su carga computacional.

- La tasa de imágenes por segundo deseada, que puede ser seleccionada por el usuario en función del tipo de fuga y velocidad de salida del gas, como se ha señalado anteriormente, así como de las condiciones de observación y luminosidad IR de Ia escena. Si bien el usuario puede seleccionar una tasa de adquisición arbitrariamente alta, si ésta supera el límite impuesto por alguno de los parámetros anteriores, Ia tasa efectiva de salida disminuirá. El usuario puede detectar esta situación observando el indicador FPS salida, que indica Ia tasa real de procesado. Si ésta no alcanza Ia velocidad seleccionada en el control FPS, puede ser conveniente reducir ésta última.

El "software" también puede adquirir imágenes procedentes de ficheros sin comprimir que, en Ia realización preferente que estamos describiendo son de formatos FITS y ABMOV. El formato FITS o FTS {"Flexible Image Transpon System') es el formato seleccionado para el almacenamiento de imágenes IR para su posterior procesado. Se trata de un formato estándar de almacenamiento de imágenes sin compresión, con una cabecera que incluye información de Ia imagen IR, y permite además añadir campos opcionales con datos específicos de Ia medida, el día, los parámetros de procesado empleados, etc. El formato ABMOV es el formato de almacenamiento de imágenes no comprimido utilizado por Ia cámara IR que se ha utilizado, y que puede ser diferente para otra cámara.

En este modo de funcionamiento, a diferencia del modo adquisición de cámara, aparece el control de "salto de imagen", que permite procesar una imagen de tantas como indica el control, con el fin de acelerar el procesado y detectar más fácilmente variaciones lentas en Ia secuencia. El valor por defecto de este control es 2.

Módulo 21 de procesado de imágenes

Este módulo recibe a Ia entrada Ia secuencia de imágenes que genera el módulo 11 de adquisición, y proporciona a su salida Ia secuencia de imágenes procesadas en formato FITS para su posterior almacenamiento por el módulo 31.

En el módulo de procesado se lleva a cabo una serie de operaciones, con el fin de optimizar Ia visualización de Ia secuencia y facilitar Ia detección de fugas. A continuación se resumen las más relevantes. Control automático de ganancia y eliminación de píxeles anómalos

El "software" permite Ia visualización simultánea de Ia secuencia original y procesada. Para poder ver en detalle ciertas regiones y, de este modo, poder discernir con mayor facilidad los reflejos y posibles elementos ocultos (por ejemplo, localizados en zonas muy oscuras o muy brillantes) de posibles fugas, se aplica una función conocida como control automático de ganancia, "stretching" ó adecuación del rango dinámico.

Además, el "software" permite Ia adecuación del RD a una "región de interés" (RDI) dentro de Ia imagen, seleccionada a instancias del usuario cuando sospecha de Ia existencia de pequeña fuga en una determinada zona, muy inferior al área total visualizada.

El "stretching" tiene como objetivo destacar o diferenciar con mayor claridad ciertas regiones de Ia imagen. El "software" permite aplicar el control automático de ganancia a Ia imagen completa o a una zona de interés seleccionada por el usuario. Los controles de selección de los parámetros de "stretching" aparecen en Ia pestaña Procesado 51 de Ia ventana principal 41.

Los tipos de "stretching" que permite aplicar el "software" que estamos describiendo son: lineal, logarítmico, exponencial, potencia de 2, raíz cuadrada, potencia de 3 y 1/3. El uso de uno u otro tipo viene determinado por Ia región del rango dinámico que se desea visualizar con mayor detalle. Por ejemplo, Ia función logaritmo potencia los valores bajos de nivel digital frente a los altos, permitiendo un análisis minucioso de las zonas oscuras de Ia imagen. Por el contrario, Ia función exponencial permite discriminar con mayor nitidez en las regiones claras de Ia imagen. El "stretching" lineal pondera de igual manera valores altos y bajos de nivel digital sin alterar Ia imagen de entrada.

Los métodos de "stretching" que permite aplicar el "software" que estamos describiendo son "RD completo", "Porcentaje seleccionable del RD". El método de "stretching" determina Ia región del rango dinámico al que se va a aplicar el control de ganancia automática. Dado que de Ia cámara se obtienen imágenes con una resolución mayor que Ia que es posible visualizar, el método de "stretching" permite seleccionar Ia manera de adecuar a Ia pantalla de visualización el rango dinámico de Ia imagen obtenida de cámara, resaltando determinadas zonas de Ia imagen.

El método "RD completo" permite Ia visualización de Ia imagen en todo su rango dinámico, entre sus valores máximo y mínimo. Se trata de un método dinámico que no permite al usuario especificar ningún parámetro relativo a Ia visualización. Dado que los valores extremos de Ia imagen son utilizados para determinar el rango dinámico completo de Ia imagen, Ia presencia de píxeles anómalos con valores extremos puede afectar negativamente Ia visualización. En este modo, los controles Max y Mín están deshabilitados e indican los valores extremos de los píxeles de Ia imagen, Io cual puede ser de utilidad para detectar Ia presencia de píxeles anómalos. El método "RD determinado" es similar al "RD completo", excepto porque permite al usuario definir los valores mínimo y máximo del rango dinámico de visualización. Se puede utilizar este método para aumentar el contraste de determinadas regiones de Ia imagen.

El método "90% RD" elimina de manera dinámica el 5% inferior y superior del rango dinámico de Ia imagen, visualizándose por tanto el rango desde el 5 hasta el 95% de los valores. Este método es más robusto que "RD completo" ya que no es sensible a errores puntuales en Ia imagen. Se recomienda utilizar este método si se detecta Ia presencia de píxeles anómalos mediante observación del histograma de Ia imagen o de los indicadores de valor máximo y mínimo. Al igual que "RD completo", se trata de un método dinámico que no permite Ia selección de los valores extremos de Ia visualización, sino que los muestra en los indicadores Mín y Max.

El método "porcentaje dado del RD" es similar al anterior salvo por Ia posibilidad de seleccionar el rango dinámico porcentual de visualización. En este caso, en los controles Mín % y Max % se especifica el porcentaje de píxeles de valor digital más bajo y alto respectivamente, que no se visualizará.

El "software" permite Ia aplicación de control automático de ganancia tanto a Ia imagen original como Ia procesada de manera independiente, siendo posible seleccionar distintos tipos y métodos de "stretching" para visualizar ambas secuencias, ya que por Io general tendrán características diferentes. El método utilizado por defecto es "RD completo", tanto para Ia imagen original como para Ia procesada.

Resulta conveniente combinar el control automático de ganancia con Ia eliminación de píxeles anómalos para optimizar Ia visualización de una determinada secuencia. Para ello, puede ser interesante observar el histograma de Ia imagen original y procesada, en el que se representa Ia frecuencia de los niveles digitales a Io largo del rango dinámico, es decir, el número de píxeles de cada nivel digital de Ia imagen. El histograma de una imagen proporciona, por tanto, una idea intuitiva de su rango de valores, y permite seleccionar adecuadamente el tipo y método de "stretching" más apropiados. La corrección de píxeles anómalos tiene como objetivo eliminar el efecto de aquellos píxeles que, tras el procesado y debido a las operaciones matemáticas aplicadas a Ia imagen, toman valores extremos anómalos que distorsionan el rango dinámico de Ia imagen, afectando gravemente Ia visualización.

Para detectar Ia existencia de estos píxeles anómalos se debe observar el histograma de Ia imagen procesada y ver si los niveles digitales se distribuyen en todo el rango dinámico presentando Ia forma de una distribución gaussiana o si por el contrario existen valores extremos. Por otro lado, también es posible detectar dichos píxeles anómalos observando el valor máximo y mínimo de Ia imagen en los indicadores Max y Mín del cuadro de control automático de ganancia en modo "RD completo" o "RD determinado". En Ia Figura 7 se muestra Ia pestaña 53 Histograma de Ia aplicación, que permite visualizar el histograma tanto de Ia imagen IR original como de Ia procesada. Además, en esta pestaña se deben seleccionar los parámetros de eliminación de los píxeles erróneos.

Como ya se ha dicho una manera alternativa de evitar el efecto producido por estos píxeles de valores extremos consiste en aplicar el control automático de ganancia especificando los valores máximo y mínimo de Ia visualización, o el porcentaje de píxeles eliminados en los extremos. Además, es posible seleccionar una región de interés en Ia zona que se desea visualizar evitando dicho píxel anómalo. Procesado temporal

En Ia imagen IR original, el valor de cada píxel es proporcional a Ia radiancia detectada. El algoritmo propuesto se basa en realizar una transformación para obtener una imagen donde el valor de cada píxel sea proporcional a Ia variación de Ia radiancia detectada de ese píxel en los instantes anterior y posterior.

En este sentido, un aspecto importante de Ia presente invención radica en Ia utilización de las propiedades de los sistemas de visión basadas en su sinergia con el operador. El sistema objeto de Ia invención convierte Ia detección de fugas de combustible de un depósito en Ia detección de ligeras variaciones de Ia escena. De esta forma Ia detección de algo estático: poro o defecto, se convierte en algo dinámico: gases moviéndose en su entorno, facilitando de forma importante su detección mediante el sistema cámara IR - operador. Con ello se potencia Ia capacidad del usuario, en función de su propio entrenamiento y experiencia, para generar habilidades que Ie permitan, para cada tipo de fuga, del fondo IR y demás condiciones operativas, tomar Ia decisión acerca de cuál es el valor más adecuado de los parámetros mencionados para Ia detección de una pequeña fuga en una situación dada. Módulo 31 de almacenamiento

Este último módulo de Ia aplicación permite el almacenamiento en memoria de las secuencias originales o procesadas para su posterior visualización o reprocesado. La aplicación ofrece diferentes opciones de almacenamiento dependiendo del modo de operación, las cuáles se describen a continuación.

En el modo de adquisición de cámara IR se permite almacenar en formato FITS tanto Ia imagen original como Ia procesada. Existe una serie de parámetros que se deben seleccionar adecuadamente antes de comenzar Ia grabación. La aplicación permite iniciar Ia grabación en cualquier instante, y se puede configurar de diversas maneras en función del tipo de fuga. Es posible generar una sola secuencia continua de Ia longitud especificada, o por el contrario una serie de secuencias separadas por un intervalo de espera, Io cuál permitirá detectar fugas intermitentes sin necesidad de almacenar un número excesivamente elevado de imágenes.

En el modo de adquisición desde fichero se permite el almacenamiento de Ia secuencia procesada en los formatos FITS, AVI o ambos de manera simultánea.

Entre las características ventajosas del método y sistema objeto de Ia presente invención cabe indicar las siguientes.

• Detección y localización a distancia. Es una medida no intrusiva que permite por métodos ópticos detectar y localizar donde se produce una fuga.

• Versatilidad en Ia resolución espacial. Detección simultánea con un único sistema sensor en una amplia zona del espacio. Dependiendo de Ia óptica elegida se puede se puede conseguir desde barrer una zona amplia con baja resolución hasta una zona pequeña con gran resolución. • Respuesta temporal instantánea. La detección se produce en tiempo real y, además, es posible realizar un estudio posterior de verificación y control a partir del procesado de las imágenes previamente almacenadas.

• Sistema completo transportable. El sistema de imagen IR propuesto consta de una cámara IR de altas prestaciones, así como un "software" instalable en un ordenador portátil que permite el control, adquisición y procesado en tiempo real de las imágenes procedentes de Ia cámara IR. Este sistema permite su traslado y utilización fuera de fábrica.

• Es un "sistema de visión" flexible y adaptativo que posee Ia capacidad de incorporar a Ia toma de decisiones, el entrenamiento y experiencia del usuario, para generar habilidades que Ie permitan optimizar Ia detección para cada tipo de fuga y en función del fondo IR y demás condiciones operativas.

Aunque Ia presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.