DE102014219829A1 - Rauchdetektionsvorrichtung, Verfahren zur Detektion von Rauch sowie Computerprogramm - Google Patents

Rauchdetektionsvorrichtung, Verfahren zur Detektion von Rauch sowie Computerprogramm Download PDF

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Abstract

Neben automatisierten Brandmeldern, welche über Temperaturmessung, Streulichtmessung und andere Messmethoden Merkmale eines Brandes detektieren und darauf basierend einen Alarm ausgeben, sind mittlerweile eine Vielzahl von videobasierten Brandmeldern bekannt geworden, welche mittels Bildverarbeitung einen Brand über aussagekräftige Brandmerkmale wie zum Beispiel optische Emissionen oder Rauchemissionen erkennen und melden können. Es wird eine Rauchdetektionsvorrichtung 1 zur Detektion von Rauch 10 eines Brands 9 in einem Überwachungsbereich U, mit einer Kameraschnittstelle 5 zur Übernahme von einer Bildfolge 3 mit mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern 4, wobei die Einzelbilder 4 den Überwachungsbereich U zeigen, mit einem Differenzmodul 6 zur Eliminierung eines Szenenhintergrunds 8 des Überwachungsbereichs U in den Einzelbildern 4 und zur Erzeugung von hintergrundbereinigten Zwischenbildern 13, und mit einem Auswertemodul 14 vorgeschlagen, wobei das Auswertemodul 14 eine Bewegungsschätzung zur Bestimmung einer Bewegung von Rauchabschnitten des Rauchs 10 in dem Überwachungsbereich U auf Basis der hintergrundbereinigten Zwischenbilder 13 durchführt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Rauchdetektionsvorrichtung zur Detektion von Rauch eines Brands in einem Überwachungsbereich, mit einer Kameraschnittstelle zur Übernahme von einer Bildfolge mit mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern, wobei die Einzelbilder den Überwachungsbereich zeigen, mit einem Differenzmodul zur Eliminierung eines Szenenhintergrunds des Überwachungsbereichs in den Einzelbildern und zur Erzeugung von hintergrundbereinigten Zwischenbildern. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion von Rauch sowie ein Computerprogramm.
  • Neben automatisierten Brandmeldern, welche über Temperaturmessung, Streulichtmessung und andere Messmethoden Merkmale eines Brandes detektieren und darauf basierend einen Alarm ausgeben, sind mittlerweile eine Vielzahl von videobasierten Brandmeldern bekannt geworden, welche mittels Bildverarbeitung einen Brand über aussagekräftige Brandmerkmale wie zum Beispiel optische Emissionen oder Rauchemissionen erkennen und melden können.
  • Bei den videobasierten Brandmeldern beschäftigt sich eine Auswertungsart mit der Detektion von Rauchemissionen des Brandes. Hierbei wurde zum Beispiel in der Druckschrift US 7,804,522 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, festgestellt, dass gerade die Erfassung von dünnem oder transparentem Rauch schwierig ist, da in dem zugehörigen Videobild der Rauch nicht undurchsichtig ist und dadurch einen Hintergrund nicht vollständig abdeckt.
  • So ist es für einen videobasierten Brandmelder schwierig zu unterscheiden, ob in einem Videobild eine Trübung, eine Messungenauigkeit oder eine transparente Rauchemission vorliegt. Zur Verbesserung der Detektionsfähigkeit des videobasierten Brandmelders wird in der genannten Druckschrift vorgeschlagen, von einem aktuellen Videobild einen Hintergrund abzuziehen, wobei der Hintergrund beispielsweise über mehrere Bilder hinweg ermittelt wurde. In dem resultierenden Bild ist die Rauchemission besser zu erkennen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Im Rahmen der Erfindung wird eine Rauchdetektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Detektion von Rauch mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit eine Rauchdetektionsvorrichtung zur Detektion von Rauch eines Brandes in einem Überwachungsbereich. Der Rauch wird durch Rauchemissionen, insbesondere Verbrennungsprodukte des Brandes, gebildet. Bei dem Überwachungsbereich kann es sich um einen geschlossenen Überwachungsbereich, wie zum Beispiel eine Halle handeln, alternativ kann der Überwachungsbereich auch als ein Freibereich ausgebildet sein. Die Rauchdetektionsvorrichtung ist ausgebildet, Rauch, insbesondere Rauchabschnitte, zu detektieren und dadurch mittelbar den Brand erkennen zu können. Die Rauchdetektionsvorrichtung kann zum Beispiel als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, wie zum Beispiel ein Computer, ein Mikrocontroller, etc. ausgebildet sein. Optional ergänzend ist die Rauchdetektionsvorrichtung ausgebildet einen Brandalarm auf Basis der Rauchdetektion auszugeben. Insbesondere ist die Rauchdetektionsvorrichtung als ein automatischer Brandmelder ausgebildet.
  • Die Rauchdetektionsvorrichtung weist eine Kameraschnittstelle auf, welche zur Übernahme von einer Bilderfolge mit mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern ausgebildet ist. Die Kameraschnittstelle kann kabellos oder kabelgebunden sein. Es ist auch möglich, dass die Kameraschnittstelle als eine Netzwerkschnittstelle ausgebildet ist. Die Bildfolge wird von einer Überwachungskamera bereitgestellt, welche auf den Überwachungsbereich gerichtet ist. Optional bildet die Überwachungskamera einen Teil der Rauchdetektionsvorrichtung. Die zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbilder zeigen besonders bevorzugt den gleichen Abschnitt des Überwachungsbereichs. Somit ist das Sichtfeld der Überwachungskamera in dem Überwachungsbereich bevorzugt konstant ausgebildet. Der zeitliche Abstand zwischen den mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern liegt beispielsweise zwischen 20 Millisekunden und 300 Millisekunden. Beispielsweise kann eine Standardkamera mit einer Bildfrequenz von 30 Hertz oder 60 Hertz als Überwachungskamera verwendet werden.
  • Die Rauchdetektionsvorrichtung weist ein Differenzmodul auf, welches zur Eliminierung eines Szenenhintergrunds, insbesondere eines statischen Szenenhintergrunds, des Überwachungsbereichs in den Einzelbildern und zur Erzeugung von hintergrundbereinigten Zwischenbildern ausgebildet ist. In dem Überwachungsbereich sind stationäre und optional ergänzend quasi-stationäre Objekte angeordnet. Die stationären Objekte haben eine Verweildauer von mehr als 1 Tag in dem Überwachungsbereich. Die quasi-stationären Objekte haben z.B. eine Verweildauer von mehr als 10 Minuten, jedoch vorzugsweise weniger als 1 Tag in dem Überwachungsbereich. Bei den stationären Objekten kann es sich beispielsweise um Bäume, Häuser, Wege, einen Untergrund, einen Berg, etc. handeln. Bei den quasi-stationären Objekten kann es sich um Autos, Möbel, abgestellte Gegenstände etc. handeln. Die Gesamtheit dieser stationären und optional ergänzend quasi-stationären Objekte bildet den Szenenhintergrund des Überwachungsbereichs. Insbesondere ist der Szenenhintergrund konstant über die zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbilder.
  • Das Differenzmodul ist ausgebildet, den Szenenhintergrund in den Einzelbildern zu eliminieren, wobei insbesondere Verfahren der digitalen Bildverarbeitung umgesetzt werden. Zum Beispiel werden durch das Differenzmodul Bildpunkte der Einzelbilder, die dem Szenenhintergrund entsprechen, auf einen konstanten Wert, wie zum Beispiel 0, gesetzt. Statt einem konstanten Wert kann auch ein vorbestimmter Wertebereich oder ein sehr kleiner Wert benutzt werden. Durch das Differenzmodul wird erreicht, dass bewegte Objekte, wie zum Beispiel Rauch in dem Überwachungsbereich, deutlich herausgearbeitet werden. Insbesondere kann durch das Differenzmodul transparenter Rauch, also Rauch, durch den in der Abbildung in den Einzelbildern Szenenhintergrund erkennbar oder noch erkennbar ist, signifikant herausgearbeitet werden.
  • Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Rauchdetektionsvorrichtung ein Auswertemodul aufweist, wobei das Auswertemodul eine Bewegungsschätzung zur Bestimmung einer Bewegung von mindestens einem Rauchabschnitt des Rauchs in dem Überwachungsbereich auf Basis der hintergrundbereinigten Zwischenbilder durchführt und/oder entsprechend programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist. Das Auswertemodul ist insbesondere als ein Softwaremodul realisiert. Insbesondere wird durch das Auswertemodul eine Bewegung des Rauchabschnitts des Rauchs in dem Überwachungsbereich zwischen den zwei hintergrundbereinigten Zwischenbildern bestimmt. Optional werden durch die Bewegungsschätzung die Bewegung von weiteren oder anderen bewegten Objekten abgeschätzt, wobei diese weiteren Ergebnisse nachfolgend als nicht-Rauch verworfen werden
  • Bei dem Rauchabschnitt kann es sich um einen einzigen Pixelabschnitt des Rauchs in den Einzelbildern oder Zwischenbildern oder um einen räumlich ausgedehnten Teilbereich des Rauchs handeln. In einem optionalen kontinuierlichen Betrieb der Rauchdetektionsvorrichtung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bestimmung der Bewegung des Rauchabschnitts in dem Überwachungsbereich über weitere Einzelbilder oder Zwischenbilder fortgeführt wird.
  • Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Kombination der Verwendung des Differenzmoduls mit der Verwendung des Auswertemoduls eine besonders aussagekräftige Auswertung für transparenten Rauch geschaffen wird. Während durch das Differenzmodul der transparente Rauch herausgearbeitet wird, wird durch das Auswertemodul geprüft, welche Bewegung der Rauch oder Rauchabschnitte des Rauchs zwischen den hintergrundbereinigten Zwischenbildern und gegebenenfalls weiteren Zwischenbildern durchführt. Nachdem Rauch im Vergleich zur Umgebung üblicherweise eine höhere Temperatur aufweist, steigt der Rauch in vertikale und/oder lotrechte Richtung auf. Es wurde festgestellt, dass sich Rauch mit einer typischen Geschwindigkeit von ca. 0,5 Meter pro Sekunde als Steiggeschwindigkeit bewegt. Diese Bewegung des Rauchs, insbesondere die Bewegungsgeschwindigkeit oder Steiggeschwindigkeit und die Richtung, ist charakteristisch für den Rauch und bildet ein signifikantes Merkmal zur Detektion des Rauchs. Damit ermöglicht es das Auswertemodul, gerade diese signifikanten Merkmale aus den Zwischenbildern herauszuarbeiten und dadurch eine belastbare Grundlage für die Detektion von Rauch zu bilden.
  • Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewegungsschätzung als ein Block-Matching-Verfahren ausgebildet. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewegungsschätzung als die Bestimmung eines optischen Flussfeldes ausgebildet. Unter dem optischen Flussfeld wird ein Vektorfeld der in die Bildebene der Einzelbilder oder Zwischenbilder projizierten Geschwindigkeitsvektoren von sichtbaren Punkten, insbesondere von Rauchabschnitten, des Überwachungsbereichs im Bezugssystem der Abbildungsoptik der Überwachungskamera verstanden. Auf einen Pixelabschnitt des Rauchs als Rauchabschnitt in den Einzelbildern oder Zwischenbildern oder auf einen räumlich ausgedehnten Teilbereich des Rauchs als Rauchabschnitt bezogen, umfasst das optische Flussfeld einen Vektor, der die Geschwindigkeit und die Richtung des Pixelabschnitts oder räumlich ausgedehnten Teilbereichs des Rauchs angibt, die dieser Bereich zwischen den zwei Einzelbildern oder Zwischenbildern zurückgelegt hat. Die Berechnung des optischen Flusses in Einzelbildern oder Zwischenbildern ist dem Fachmann bekannt und wird vielfach in der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt, sodass mittels der Berechnung des optischen Flusses die Rauchdetektionsvorrichtung sehr zuverlässig umgesetzt werden kann.
  • Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung umfasst die Rauchdetektionsvorrichtung ein Hintergrundmodul zur Erstellung eines Hintergrundmodells des Überwachungsbereichs. Das Hintergrundmodell entspricht dem Szenenhintergrund und ist beispielsweise in dem gleichen Format wie die Einzelbilder ausgebildet. Das Differenzmodul nutzt das Hintergrundmodell und wendet dieses auf die Einzelbilder an, um die hintergrundbereinigten Zwischenbilder zu erzeugen.
  • Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Hintergrundmodul zur gleitenden und/oder akkumulierenden Erstellung des Hintergrundmodells aus einer Vielzahl von Einzelbildern ausgebildet ist.
  • So ist es beispielsweise möglich, dass das Hintergrundmodell aus früheren Einzelbildern gemittelt wird, wobei vorgesehen sein kann, dass Einzelbilder mit einem älteren Zeitstempel eine geringere Gewichtung bei der Mittelung als Einzelbilder mit einem neueren Zeitstempel aufweisen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Hintergrundmodell manuell aus Einzelbildern zusammengestellt wird.
  • Bei möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ist die Anwendung des Hintergrundmodells auf die Einzelbilder als eine Subtraktion des Hintergrundmodells von dem jeweiligen Einzelbild ausgebildet. Somit wird der Szenenhintergrund von dem abgebildeten Überwachungsbereich abgezogen. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die aktuellen Einzelbilder durch das Hintergrundmodell insbesondere pixelweise dividiert werden, um die hintergrundbereinigten Einzelbilder zu erstellen.
  • Bei einer möglichen alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Differenzmodul ausgebildet, die hintergrundbereinigten Zwischenbilder zu erzeugen, indem jeweils Differenzbilder zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern erstellt werden. Insbesondere wird eines der Einzelbilder von dem anderen der Einzelbilder abgezogen, um damit das hintergrundbereinigte Zwischenbild zu erzeugen. Zeitlich betrachtet können die Zwischenbilder somit in der Bilderfolge zwischen den Einzelbildern einsortiert werden, wobei das jeweilige Zwischenbild die Differenz zwischen dem vorlaufenden, insbesondere unmittelbar vorlaufenden Einzelbild und dem nachlaufenden, insbesondere unmittelbar nachlaufenden Einzelbild als Bildinhalt hat. Nachdem die zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbilder jeweils den gleichen Szenenhintergrund zeigen, wird dieser bei der Erzeugung des Differenzbilds eliminiert und es verbleiben als Bildinhalte die Unterschiede in den Bildbereichen die den Rauch zeigen.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Rauchdetektionsvorrichtung ein Detektionsmodul zur Detektion von Rauch des Brandes auf Basis der Bewegungsschätzung. Umfasst die Bewegungsschätzung beispielsweise die Bestimmung des optischen Flussfeldes, so ist der Rauch durch eine charakteristische Ansammlung von Flussvektoren, welche vertikal oder im Wesentlichen vertikal beziehungsweise lotrecht oder im Wesentlichen lotrecht ausgerichtet sind, und eine vorbestimmte Länge oder einen vorbestimmten Längenbereich haben, als Merkmal detektierbar, da der Rauch meist in einem zusammenhängenden Bereich angeordnet ist, vertikal nach oben steigt und eine einheitliche Steiggeschwindigkeit oder einen einheitlichen Steiggeschwindigkeitsbereich als natürliche Bewegung aufweist. Andere bewegte Objekte, die diese natürliche Bewegung von Rauch nicht aufweisen werden als nicht-Rauch verworfen.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass das Detektionsmodul eine Rauchwahrscheinlichkeit auf Basis der Bewegungsschätzung bestimmt und beispielsweise bei dem Überschreiten einer vorgebbaren Wahrscheinlichkeit Rauch detektiert. Optional ergänzend kann vorgesehen sein, dass weitere Parameter wie zum Beispiel die Größe der Fläche in den Zwischenbildern mit ausreichender Rauchwahrscheinlichkeit und/oder die zeitliche Länge der detektierten Rauchwahrscheinlichkeit in die Berechnung einfließen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Rauch in einem Überwachungsbereich, vorzugsweise mit der zuvor beschriebenen Rauchdetektionsvorrichtung. Bei dem Verfahren werden Einzelbilder von dem Überwachungsbereich aufgenommen. Nachfolgend wird in den Einzelbildern ein Szenenhintergrund insbesondere aus statischen und optional ergänzend quasi statischen Objekten entfernt, um hintergrundbereinigte Zwischenbilder zu erzeugen. In einem nachfolgenden Schritt wird eine Bewegung von Rauchabschnitten des Rauchs in den Zwischenbildern abgeschätzt, um den Rauch zu detektieren.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, vorzugsweise auf einer Rauchdetektionsvorrichtung oder auf einer Datenverarbeitungsanlage.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Rauchdetektionsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2a, b zwei unterschiedliche Darstellungen von optischen Flussfeldern der Rauchdetektionsvorrichtung zur weiteren Beschreibung der Funktionsweise beziehungsweise des Verfahrens.
  • Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Rauchdetektionsvorrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Rauchdetektionsvorrichtung 1 ist als ein automatischer Brandmelder ausgebildet und kann beispielsweise als ein Computer oder eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung mit einem Computerprogramm zur Umsetzung der einzelnen Module realisiert sein.
  • Zudem ist in der 1 eine Überwachungskamera 2 gezeigt, welche mit dem Sichtfeld auf einen Überwachungsbereich U gerichtet ist, so dass der Überwachungsbereich U von der Überwachungskamera 2 abgebildet wird. Die Überwachungskamera 2 kann beispielsweise als eine Schwarz-Weiß-Kamera oder als eine Farbkamera ausgebildet sein. Die Überwachungskamera 2 kann optional einen integralen Teil der Rauchdetektionsvorrichtung 1 bilden.
  • Die Überwachungskamera 2 stellt über einen Kameraausgang eine Bildfolge 3 von einer Vielzahl von Einzelbildern 4, welche zeitlich aufeinanderfolgen, zur Verfügung. Beispielsweise werden die Einzelbilder 4 mit einer festen Frequenz von z.B. 30 Hertz zur Verfügung gestellt. Die Bildfolge 3 beziehungsweise die Einzelbilder 4 werden über eine Kameraschnittstelle 5 der Rauchdetektionsvorrichtung 1 übertragen.
  • Die Rauchdetektionsvorrichtung 1 weist ein Differenzmodul 6 auf, welches zur Bildverarbeitung der Einzelbilder 4 ausgebildet ist. Beispielhaft sind in der Rauchdetektionsvorrichtung 1 zwei Einzelbilder 4 dargestellt, welche den Überwachungsbereich U zeigen. In dem Überwachungsbereich U ist zum einen ein stationäres Objekt 7, in diesem Beispiel ein Haus, dargestellt, welches gemeinsam mit anderen stationären Objekten sowie der gesamten Umgebung des Überwachungsbereichs U einen Szenenhintergrund 8 bildet. Ferner ist stark schematisiert ein Brand 9 mit einer Rauchfackel als Rauch 10 dargestellt.
  • Das Differenzmodul 6 ist ausgebildet, in den Einzelbildern 4 den Szenenhintergrund 8 zu eliminieren. Zur Umsetzung weist die Rauchdetektionsvorrichtung 1 zum Beispiel ein Modellmodul 11 auf, welches den Hintergrund 8 als Hintergrundmodell 12 modelliert. Die Erstellung des Hintergrundmodells 12 kann beispielsweise durch eine Mittelung von einer Mehrzahl der Einzelbilder 4 erfolgen. Um ein aktuelles Hintergrundmodell 12 zu erhalten, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei der Mittelung aktuelle Einzelbilder 4 stärker gewichtet werden als ältere Einzelbilder. Auf diese Weise ist es zum Beispiel auch möglich, schleichende Veränderungen, wie zum Beispiel Helligkeitsänderungen, durch Tag-Nacht-Wechsel oder Änderungen durch Wetterwechsel zu berücksichtigen.
  • Das Differenzmodul 6 wendet das Hintergrundmodell 12 auf die Einzelbilder 4 an, welche zur aktuellen Bearbeitung vorliegen. Das Anwenden kann beispielsweise durch eine Subtraktion erfolgen, sodass der Szenenhintergrund 8 zum Beispiel pixelweise von den Einzelbildern 4 abgezogen wird. Alternativ hierzu können auch übereinstimmende Pixel oder Pixelwerte auf einen vorgebbaren Wert gesetzt werden.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung erzeugt das Differenzmodul 6 Differenzbilder von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern 4 als die hintergrundbereinigten Zwischenbilder 13. Hierbei subtrahiert das Differenzmodul 6 die zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbilder voneinander, um für dieses Paar an Einzelbildern 4 ein Differenzbild als hintergrundbereinigtes Zwischenbild 13 zu erhalten. Bei dieser Ausgestaltung kann somit auf das Modellmodul 11 verzichtet werden.
  • Als Ergebnis gibt das Differenzmodul 6 hintergrundbereinigte Zwischenbilder 13 aus, welche als Hauptbildinhalt nur noch den Rauch 10 zeigen. Dieser ist jedoch nur schlecht erkennbar, da zum Beispiel für den Fall eines transparenten Rauchs 10 nur schwache Schlieren in den hintergrundbereinigten Zwischenbildern 13 verbleiben.
  • Die hintergrundbereinigten Zwischenbildern 13 werden an ein Auswertemodul 14 übergeben, welches eine Bewegungsschätzung zur Bestimmung einer Bewegung des Rauchs 10, insbesondere von Rauchabschnitten, also Teilabschnitten des Rauchs 10, in dem Überwachungsbereich U auf Basis der hintergrundbereinigten Zwischenbilder 13 durchführt. Beispielsweise wird die Bewegungsschätzung durch Berechnung eines optischen Flussfeldes 18 zwischen den hintergrundbereinigten Zwischenbildern 13 umgesetzt. Bei der Berechnung des optischen Flusses oder des optischen Flussfeldes werden Vektoren erzeugt, welche die Positionsänderung und die Geschwindigkeit und/oder Länge der Positionsänderung zwischen den zwei zeitlich aufeinanderfolgenden hintergrundbereinigten Zwischenbildern 13 umfasst. In der 1 ist das optische Flussfeld 18 kodiert dargestellt, wobei Vektoren des optischen Flussfelds 18, welche eine Richtung und Länge haben, die der natürlichen Bewegung von Rauch 10 entspricht, dunkel eingefärbt sind.
  • In einem Detektionsmodul 15 wird das optische Flussfeld 18 oder der optische Fluss zur Detektion von Rauch 10 des Brandes 9 bewertet. Dabei wird als Grundlage herangezogen, dass sich der Rauch 10 in der natürlichen Bewegung in lotrechte und/oder vertikale Richtung mit einer Steiggeschwindigkeit von ca. 0,5 Meter pro Sekunde bewegt. Somit ist ein dunkler Bereich wie dieser in der kodierten Darstellung des optischen Flussfelds 18 gezeigt ist, ein Merkmal für den Rauch 10.
  • Die Rauchdetektionsvorrichtung 1 weist eine Ausgangsschnittstelle 17 auf, welche einen Alarm aus dem Detektionsmodul 15 zum Beispiel an eine Alarmeinrichtung 19, eine Einsatzzentrale oder dergleichen überträgt.
  • In den 2a, b ist beispielhaft eine Auswertung des optischen Flussfeldes 18 gezeigt, wobei Bildpunkte mit Vektoren, die der natürlichen Bewegung des Rauchs 10 entsprechen in diesem Beispiel hell eingefärbt sind. In der 2a ist ein optisches Flussfeld 18, welches auf Basis von nicht-hintergrundbereinigten Einzelbilder 4 erstellt wurde. In der 2b ist für die gleichen Einzelbilder 4 ein optisches Flussfeld 18 auf Basis von hintergrundbereinigten Zwischenbilder 13 berechnet worden. Die Hintergrundbereinigung erfolgte beispielhaft mit dem Tool OpenCV Background Subtraction. Bei einem Vergleich der beiden Darstellungen erkennt man, dass das optische Flussfeld 18, das auf Basis der hintergrundbereinigten Bilder 13 berechnet wurde, deutlich stärker zu erkennen ist als das optische Flussfeld 18, das nur auf Basis der nicht-hintergrundbereinigten Einzelbilder 4 umgesetzt wurde.
  • Somit ist das Zusammenspiel der Hintergrundbereinigung mit der Berechnung des optischen Flussfeldes eine vorteilhafte Auswertung von Einzelbildern 4 einer Bildfolge 3, welche deren Vorzüge besonders gut ausspielen kann, wenn der Rauch 10 als ein transparenter und/oder durchsichtiger Rauch ausgebildet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7804522 [0003]

Claims (10)

  1. Rauchdetektionsvorrichtung (1) zur Detektion von Rauch (10) eines Brands (9) in einem Überwachungsbereich (U), mit einer Kameraschnittstelle (5) zur Übernahme von einer Bildfolge (3) mit mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern (4), wobei die Einzelbilder (4) den Überwachungsbereich (U) zeigen, mit einem Differenzmodul (6) zur Eliminierung eines Szenenhintergrunds (8) des Überwachungsbereichs (U) in den Einzelbildern (4) und zur Erzeugung von hintergrundbereinigten Zwischenbildern (13), gekennzeichnet durch ein Auswertemodul (14), wobei das Auswertemodul (14) eine Bewegungsschätzung zur Bestimmung einer Bewegung von Rauchabschnitten des Rauchs (10) in dem Überwachungsbereich (U) auf Basis der hintergrundbereinigten Zwischenbilder (13) durchführt.
  2. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemodul (14) zur Bestimmung eines optischen Flussfeldes (18) als Bewegungsschätzung zur Bestimmung der Bewegung ausgebildet ist.
  3. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Hintergrundmodul (11) zur Erstellung eines Hintergrundmodells (12) des Überwachungsbereichs (U), wobei das Differenzmodul (6) das Hintergrundmodell (12) auf die Einzelbilder (4) zur Erzeugung der hintergrundbereinigten Zwischenbilder (13) anwendet.
  4. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hintergrundmodul (11) zur gleitenden und/oder akkumulierenden Erstellung des Hintergrundmodells (12) aus einer Vielzahl von Einzelbildern (4) ausgebildet ist.
  5. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung des Hintergrundmodells (12) auf die Einzelbilder (4) als eine Subtraktion des Hintergrundmodells (12) von dem Einzelbild (4) oder als eine Division des Einzelbilds (4) durch das Hintergrundmodell (12) ausgebildet ist.
  6. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzmodul (6) zur Eliminierung des Szenenhintergrunds (8) des Überwachungsbereichs (U) in den Einzelbildern (4) ausgebildet ist, indem als hintergrundbereinigte Zwischenbilder (13) Differenzbilder von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern (4) erstellt werden.
  7. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Detektionsmodul (15) zur Detektion von Rauch (10) des Brandes auf Basis der Bewegungsschätzung.
  8. Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (15) eine Rauchwahrscheinlichkeit auf Basis der Bewegungsschätzung bestimmt.
  9. Verfahren zur Detektion von Rauch, vorzugsweise mit der Rauchdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Einzelbilder (4) von einem Überwachungsbereich (U) aufgenommen werden, wobei nachfolgend ein Szenenhintergrund (8) in den Einzelbildern (4) entfernt wird, um hintergrundbereinigte Zwischenbilder (13) zu erzeugen und wobei eine Bewegung von Rauchabschnitten des Rauchs (10) in den hintergrundbereinigten Zwischenbildern (13) abgeschätzt wird.
  10. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach Anspruch 9 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder auf der Rauchdetektionsvorrichtung (1) von jedem Beliebigen der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt wird.
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