EP1550093A1 - Rauchmelder - Google Patents

Rauchmelder

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Publication number
EP1550093A1
EP1550093A1 EP03769187A EP03769187A EP1550093A1 EP 1550093 A1 EP1550093 A1 EP 1550093A1 EP 03769187 A EP03769187 A EP 03769187A EP 03769187 A EP03769187 A EP 03769187A EP 1550093 A1 EP1550093 A1 EP 1550093A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
smoke detector
smoke
image
image sensor
detector according
Prior art date
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Granted
Application number
EP03769187A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1550093B1 (de
Inventor
Ulrich Oppelt
Bernd Siber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1550093A1 publication Critical patent/EP1550093A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1550093B1 publication Critical patent/EP1550093B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions
    • G08B17/125—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions by using a video camera to detect fire or smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to a smoke detector according to the type of the independent claim.
  • a smoke detector is obtained which is implemented by a video camera or an infrared camera. It can be provided that a light source is provided in a suitable wavelength range for the image pickup, since the particle size of smoke particles is caused by light scattering from them
  • Smoke particles are detected, a corona being formed around the defined light source.
  • the smoke detector according to the invention with the features of the independent patent claim has the advantage over the fact that the image pick-up, which is housed in the smoke detector, is configured to monitor a very close area around the smoke detector and the light source can be controlled in such a way that the light source can be used by one for the Image sensor insufficient ambient light can be activated.
  • the smoke detector is configured in such a way that the smoke detector detects the strength of the ambient light on the basis of a signal from the image pickup. This makes it possible to control the light source in the event of insufficient ambient light on the basis of the evaluation of the signal from the image pickup.
  • Evaluation of the signal from the image pickup is carried out by a processor which has conventional algorithms for image evaluation.
  • an additional ambient light sensor for example a photodiode, to be present for measuring the light intensity of the ambient light.
  • the light source is then controlled as a function of this signal.
  • the image recorder is configured to observe smoke at a distance of 5 to 20 cm.
  • the 5 to 20 cm define what is considered a close distance here. This makes it possible, in particular, to replace the function of a conventional scattered-light smoke detector with the smoke detector according to the invention, which likewise only senses the immediate surroundings.
  • the image pickup is arranged in a labyrinth.
  • a light source and a photodiode are conventionally arranged in the labyrinth in order to detect scattered light from smoke.
  • An image recorder is now used to directly capture the image of the air or smoke entering.
  • the light source is then used for lighting.
  • the light source can preferably be a light emitting diode. This is a cheap embodiment, which is also available, for example, as a white light-emitting diode.
  • the smoke detector can be installed flush in a wall or in a ceiling. This ensures that it does not protrude into the room and thus does not hinder movements in the room. Furthermore, this enables an inconspicuous installation in rooms in which a smoke detector should preferably not be visible.
  • the image sensor can preferably be designed as a miniature camera. Such are available inexpensively, for example, in CMOS technology.
  • the image sensor can advantageously be attached in such a way that its field of vision is directed downwards or obliquely to the side out of a detector cover. This enables an optimal observation of the next environment.
  • the optics are adjusted so that the focus is focused about 10 cm below the cover. This is the distance where smoke is to be expected in the event of a fire and where no objects are expected due to the proximity to the ceiling. Due to the close focus point, the visible background is blurred. In the event of smoke rising in the fire, however, the appropriate setting of the optics shows the image in the vicinity of the image sensor. The depiction of fire smoke will differ significantly from the background due to the sharpness of the image, the brightness distribution, the swath movement and the contour formation. Suitable image processing routines can be used to discriminate between smoke and the background.
  • a scattered-light smoke detector which measures the intensity of scattered light from a specifically controlled light source
  • the detection of smoke takes place here via features in the image. Filters or geometric measuring chambers for masking out the effects of surrounding light sources are not required, they are automatically used to make the smoke visible. The arrangement is therefore completely independent of extraneous light.
  • the extremely high information content of an image sensor also allows additional information to be derived from the image signal. Insects, spiders, moths, which are located on the cover surface of the detector, can be classified on the basis of their image size and structure and can thus be distinguished from smoke. Objects in the sharper measuring range of the
  • Ladders, cabinets, or stacks of boxes are shown sharply and show a clearly different structure than smoke and can therefore be hidden, and a fault message can be generated via the now restricted functional area. Dust and soiling of the cover plate show significant differences compared to a reference image without soiling
  • Imager receives a corresponding image.
  • FIG. 1 shows a first block diagram of the smoke detector according to the invention
  • FIG. 2 shows a first configuration of the smoke according to the invention
  • FIG. 3 shows a second configuration of the smoke detector according to the invention
  • FIG. 4 shows a flow diagram about the evaluation of the images
  • FIG. 5 an image evaluation by changing the spatial frequency
  • FIG. 6 is an image evaluation of the brightness distribution as a histogram of a structure with only two brightness values
  • FIG. 7 shows a histogram of a structure with only two brightness values, the structure being overlaid with smoke.
  • Point-shaped detectors which work according to the scattered light principle, are mainly used for smoke detection. These detectors use one Measuring chamber with labyrinthine smoke inlets to exclude the influence of ambient light when measuring the very small measurement signals.
  • the basic structure of a labyrinth as a measuring chamber has the disadvantage that small insects or dust that has penetrated into the measuring chamber can occur as a size of deception.
  • the measuring chamber must be a certain distance from the
  • CMOS image recorders are available which emit digital image information which can be further processed by an image processing processor. Both the image recorder and the processor are available in miniaturized form, so that such an arrangement can be easily accommodated in a detector housing.
  • Such an image sensor can be controlled over a wide range of its exposure time, so that it can work under a wide variety of brightness conditions.
  • Types of image recorders are known which moreover have an extreme dynamic range of more than 120 dB of brightness information and can therefore also work in environments with a very high contrast range.
  • FIG. 1 shows the smoke detector according to the invention in a block diagram.
  • the smoke detector has a lens 101 as optics, which sets a focus for an image sensor 102. Typically the focus is set to 10 cm. This means that background images are blurred compared to images from this immediate environment.
  • the image pickup 102 transmits the image signal to one
  • Media processor 103 for example to an analog input, the media processor 103 then carrying out the analog-to-digital conversion with its own analog-to-digital converter. Alternatively, it is possible that the media processor 103 receives the image signal via a digital input and can thus process it immediately.
  • the media processor 103 carries out the image evaluation by means of a memory 104, typical image evaluation algorithms being used.
  • the media processor 103 searches for smoke images, but also for slow changes, with the media processor 103 using reference images for this purpose. These slow changes indicate increasing contamination and can therefore lead to a fault message. Also insects or other objects that are in the detection range of the
  • Image sensor 102 can be recognized by the image evaluation by the processor 103. In the event of such a fault message or a smoke message, this message is sent via an output module 105. This message can then be transmitted directly to signaling means such as a siren or a person, or it can be transmitted to a control center, which is then dependent on the message
  • FIG. 2 shows a first configuration of the smoke detector according to the invention.
  • the smoke detector is housed in a flush-mounted ceiling 208.
  • a transparent cover 204 protects the interior of the smoke detector.
  • the cover 204 is transparent, so that observation by the smoke detector in the immediate vicinity is possible.
  • This cover 204 can optionally also be dispensed with.
  • optics 201 are provided for setting the focus area 206.
  • the image sensor 202 is arranged behind the optics 201 in order to record the images in the focus area 206.
  • the image signal is transmitted to an electronic signal processor 203, typically the media processor 103. The evaluation of the image signal then takes place there.
  • Electronics 203 is also connected via an output to an LED for lighting 205.
  • the electronics 203 activate the LED in order to provide sufficient illumination in the observation field, that is to say the focus area 206.
  • White light is usually used for this.
  • the LED 205 is then configured accordingly for infrared recording.
  • the image pickup 202 and the optics 201 are arranged obliquely, this oblique arrangement having to do purely with practical reasons of the individual arrangement.
  • FIG. 3 shows a second configuration of the smoke detector according to the invention.
  • the smoke detector is housed in a flush-mounted ceiling 306 with a transparent cover 305.
  • an optical system 301 with the image sensor 302 is directed vertically downwards, in which case an LED 304 for illumination is arranged obliquely.
  • the image pickup 302 is in turn connected to an electronic system with signal processing 303, which carries out the image evaluation and controls the LED 304.
  • the LED 304 is controlled by the electronics 303 depending on the ambient light 307.
  • the arrangement is now directed vertically downwards, which simplifies assembly and manufacture of the invention
  • Smoke detector enables. Instead of one LED 304, it is also possible to use several LEDs. Instead of upgrading the image signal of the image pickup 302 for brightness monitoring, it is also possible to provide a brightness sensor, for example a photodiode. Alternatively, it is also possible for the arrangement comprising the optics 301 and the image pickup 302 to be pivotable. This is e.g. scanning possible. This can then be accomplished by an electric motor.
  • FIG. 4 shows in a flowchart the sequence of image evaluation in processor 103 or electronics 203 or 303.
  • the video or image sequence 404 is first fed to a change detection 405, which also includes the captured image or video sequence a reference image 402. It can be used to determine whether there is a change or not.
  • Texture analysis 406 examines structures of areas in the image. The structure can be used, for example, to distinguish between the surface structure of objects that are introduced into the viewing area or the structure of the diffuse background or the structure of smoke. It also helps to identify object contours and insects by recognizing edges and hard structures. The edges of objects are obtained with the help of edges and the object classification 407 allows conclusions to be drawn about the type of object. If there is a change, the change can then be identified.
  • the motion analysis 408 in connection with the object classification differentiates between movements of, for example, insects or the movement of the smoke flowing past in order to carry out a fire detection.
  • a message 410 may be issued. Furthermore, the reference data 401 is updated after the fire detection 409. If, for example, the environment changes due to a permanently inserted object in the focus area, then this is in the further area
  • Figure 6 shows the image evaluation using brightness distribution in the image. A histogram of a structure with only 2 brightness values is shown here to illustrate the effect of smoke.
  • Figure 7 shows the superposition of the structure with smoke.
  • the smoke overlays the image structure and adds gray value components. This leads to a significant reduction in the frequency of the two previously exclusively available brightness values; the gray values of the smoke also shift the brightness values on the x- The axis and the previously very steep flanks in the histogram are blurred. This demonstrates how easily smoke detection can be carried out by image evaluation.
  • a malfunction message will result. This, in turn, can be passed on directly to a signaling device that is optical or acoustic, or can be forwarded to a control center in order to initiate appropriate actions.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Rauchmelder vorgeschlagen, der einen Bildaufnehmer (202) und eine Lichtquelle (205) aufweist, wobei der Bildaufnehmer (202) Rauch in einem nahen Abstand aufnehmen kann und die Lichtquelle (205) bei unzureichendem Umgebungslicht für den Bildaufnehmer (202) aktivierbar ist.

Description

Rauchmelder
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rauchmelder nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10011411 AI ist ein Rauchmelder bekamit, der durch eine Videokamera oder eine Infrarotkamera realisiert ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle in einem geeigneten Wellenlängenbereich für den Bildaufhehmer vorgesehen ist, da die Partikelgröße von Rauchteilchen durch Lichtstreuung an diesen
Rauchpartikeln erkannt wird, wobei sich dabei eine Corona um die definierte Lichtquelle bildet.
Vorteile der Erfindung
Der erfϊndungsgemäße Rauchmelder mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass der Bildaufhehmer, der im Rauchmelder untergebracht ist, zur Überwachung eines sehr nahen Bereichs um den Rauchmelder konfiguriert ist und die Lichtquelle derart ansteuerbar ist, dass die Lichtquelle bei einem für den Bildaufnehmer unzureichenden Umgebungslicht aktivierbar ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruchs angegebenen Rauchmelders möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass der Rauchmelder derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder anhand eines Signals des Bildaufhehmers die Stärke des Umgebungslichts erkennt. Damit ist es möglich, anhand der Auswertung des Signals vom Bildaufhehmer bereits die Lichtquelle bei unzureichendem Umgebungslicht anzusteuern. Die
Auswertung des Signals vom Bildaufhehmer wird durch einen Prozessor durchgeführt, der übliche Algorithmen zur Bildauswertung aufweist.
Alternativ ist es möglich, dass ein zusätzlicher Umgebungslichtsensor, beispielsweise eine Fotodiode, zur Messung der Lichtstärke des Umgebungslichts vorhanden ist. In
Abhängigkeit von diesem Signal wird dann die Lichtquelle angesteuert.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Bildaufnehmer zur Beobachtung von Rauch in einem Abstand von 5 bis 20 cm konfiguriert ist. Die 5 bis 20 cm definieren, was hier als naher Abstand betrachtet wird. Damit ist es insbesondere möglich, die Funktion eines herkömmlichen Streulichtrauchmelders durch den erfϊndungsgemäßen Rauchmelder zu ersetzen, der ebenfalls nur auf die nächste Umgebung sensiert.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass der Bildaufhehmer in einem Labyrinth angeordnet ist. Hier wird die Verwandtschaft zum Streulichtrauchmelder offenbar. Im Labyrinth sind herkömmlicherweise eine Lichtquelle und eine Fotodiode angeordnet, um Streulicht an Rauch zu detektieren. Nunmehr wird ein Bildaufhehmer verwendet, um direkt das Bild der eindringenden Luft oder Rauch zu erfassen. Die Lichtquelle wird dann zur Beleuchtung verwendet. Die Lichtquelle kann vorzugsweise eine Leuchtdiode sein. Dies ist eine günstige Ausführungsform, die beispielsweise auch als weiße Leuchtdiode verfügbar ist.
Der Rauchmelder kann aus praktischen und ästhetischen Gründen bündig in einer Wand oder in einer Decke untergebracht sein. Dies ermöglicht, dass er nicht in den Raum hinein ragt und damit Bewegungen im Raum nicht behindert. Weiterhin ermöglicht dies einen unauffälligen Einbau in Räumen, in denen ein Rauchmelder möglichst nicht sichtbar sein soll.
Der Bildaufnehmer kann vorzugsweise als eine Miniaturkamera ausgebildet sein. Solche sind beispielsweise in CMOS-Technologie preisgünstig vorhanden. Der Bildaufhehmer kann dabei vorteilhafterweise derart angebracht sein, dass sein Sichtfeld nach unten oder schräg zur Seite aus einer Melderabdeckung heraus gerichtet ist. Dies ermöglicht eine optimale Beobachtung des nächsten Umfeldes. Die Optik wird dabei so eingestellt, dass der Schärfepunkt etwa 10 cm unterhalb der Abdeckung fokussiert ist. Dies ist der Abstand, wo im Brandfall mit Rauch zu rechnen ist und wo aufgrund der Deckennähe keine Gegenstände erwartet werden. Aufgrund des nahen Schärfepunktes wird der sichtbare Hintergrund unscharf dargestellt. Bei Brand aufsteigender Rauch wird jedoch in der Nähe des Bildaufnehmers durch die entsprechende Einstellung der Optik scharf dargestellt. Die Abbildung von Brandrauch wird sich gegenüber dem Hintergrund aufgrund der Abbildungsschärfe der Helligkeitsverteilung, der Schwadenbewegung und der Konturbildung signifikant unterscheiden. Mit Hilfe geeigneter Bildverarbeitungsroutinen kann zwischen Rauch und Hintergrund diskriminiert werden.
Im Gegensatz zu einem Streulichtrauchmelder, der die Intensität von Streulicht einer gezielt angesteuerten Lichtquelle misst, erfolgt hier die Erkennung auf Rauch über Merkmale im Bild. Filter oder geometrische Messkammern zur Ausblendung von Effekten umgebender Lichtquellen werden nicht benötigt, sie werden automatisch zur Sichtbarmachung des Rauches genutzt. Die Anordnung ist deshalb vollkommen unabhängig von Fremdlicht. Der extrem hohe Informationsgehalt eines Bildaufnehmers erlaubt darüber hinaus, aus dem Bildsignal Zusatzinformationen abzuleiten. Insekten, Spinnen, Falter, die sich auf der Abdeckoberfläche des Melders befinden, können aufgrund ihrer Abbildungsgröße und ihrer Struktur klassifiziert werden und damit von Rauch unterschieden werden. Gegenstände, die in den schärferen Messbereich des
Melders gebracht werden, z.B. Leitern, Schränke oder Kistenstapel, werden scharf abgebildet und zeigen eine deutlich andere Struktur als Rauch und können somit ausgeblendet werden, und es kann eine Störungsmeldung über den nunmehr eingeschränkten Funktionsbereich erzeugt werden. Verstaubung und Verschmutzung der Abdeckscheibe zeigen gegenüber einem Referenzbild ohne Verschmutzung signifikante
Unterschiede, so dass eine schleichende Verschmutzung erkannt wird. Ein vollständiges Abdecken des Melders oder Überstreichen mit Farbe führt ebenfalls zu signifikanten Bildänderungen und kann zu einer Störungsmeldung fuhren. Zur Funktion benötigt der Bildaufhehmer eine gewisse Umgebungshelligkeit, wobei er aufgrund des Regelverhaltens von der tatsächlichen Helligkeitsstärke weitgehend unabhängig ist. Auf ein bewusstes Blenden des Bildaufnehmers (Übersteuerung) kann die Signalverarbeitung mit einer Störungsmeldung reagieren. Für den Fall der totalen Dunkelheit oder zu wenig Licht für die Funktion des Bildaufhehmers, z.B. bei Betrieb in Kellern oder in der Nacht, wird bei Streulichtrauchmeldern eine gezielt gesteuerte Lichtquelle betrieben. Im Fall der Dunkelheit reicht diese Lichtquelle aus, Brandrauch zu beleuchten, so dass der
Bildaufhehmer ein entsprechendes Bild erhält.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Rauchmelders,
Figur 2 eine erste Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchs,,
Figur 3 eine zweite Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchmelders,
Figur 4 ein Flussdiagramm über die Auswertung der Bilder,
Figur 5 eine Bildauswertung durch Änderung in der Ortsfrequenz,
Figur 6 eine Bildauswertung der Helligkeitsverteilung als ein Histogramm einer Struktur mit nur zwei Helligkeitswerten,
Figur 7 ein Histogramm einer Struktur mit nur zwei Helligkeitswerten, wobei eine Überlagerung der Struktur mit Rauch vorliegt.
Beschreibung
Die Detektion von Rauch gilt heute als eines der zuverlässigsten Verfahren zur Brandfrüherkennung. Zur Rauchdetektion werden überwiegend punktformige Melder, die nach dem Streulichtprinzip arbeiten, eingesetzt. Diese Melder benutzen eine Messkammer mit labyrinthförmigen Raucheintrittsöffnungen, um den Einfluss des Umgebungslichts bei der Messung der sehr kleinen Messsignale auszuschließen. Der prinzipielle Aufbau eines Labyrinths als Messkammer weist dabei den Nachteil auf, dass kleine Insekten oder aber in die Messkammer eingedrungener Staub als Täuschungsgröße auftreten können. Darüber hinaus muss die Messkammer einen gewissen Abstand von der
Decke als Anbringungsort haben, damit Rauch in die Messkammer eindringen kann. Dies führt zu Geräten, die sichtbar an der Decke angebracht sind, was in Umgebungen mit ästhetischem Anspruch oftmals nicht gewünscht ist. Es sind jedoch auch Freilichtmelder bekannt, die eine offene Anordnung der Strahlengänge unter Verzicht auf eine umgebende Messkammer aufweisen. Man erhält damit ein Gerät, das sich unauffällig in die Umgebung integriert, womit die Forderung nach einem ästhetischen Anspruch, insbesondere in repräsentativen Umgebungen, erfüllt ist. Der Vorteil des deckenbündigen Einbaus wird erkauft mit dem nunmehr ungestörten Einfluss von Umgebungslicht aufgrund des Wegfalls der optischen Messkammer. Der Einfluss von Licht wird durch elektrische Filterung, die zwischen dem Fremdlicht und dem selbst ausgesendeten Licht zur Messung der Rauchstreuung unterscheidet, unterdrückt. Die elektronische Filterung bedeutet jedoch einen relativ hohen elektronischen Aufwand, und für eine hohe Wirkung des Filters muss für einen Brandmelder relativ viel Energie aufgebracht werden. Weiterhin ist Überwachung der Oberfläche eines solchen Melders gegen starke Verschmutzung oder Überstreichen mit Farbe nicht ohne zusätzliche Verfahren möglich.
Erfindungsgemäß wird daher ein Rauchmelder mit einem Bildaufhehmer und einer Lichtquelle vorgeschlagen, die diese Nachteile vermeidet. Aufgrund der Halbleiterentwicklung sind CMOS-Bildaufhehmer verfügbar, die eine digitale Bildinformation abgegeben, die von einem Bildverarbeitungsprozessor weiterverarbeitet werden kann. Sowohl der Bildaufnehmer, als auch der Prozessor sind in miniaturisierter Form verfügbar, so dass eine solche Anordnung ohne Weiteres in ein Meldergehäuse unterzubringen ist. Ein solcher Bildaufnehmer ist in weiten Bereichen seiner Belichtungszeit steuerbar, so dass er unter unterschiedlichsten Helligkeitsbedingungen arbeiten kann. Es sind Typen von Bildaufhehmern bekannt, die darüber hinaus über einen extremen Dynamikbereich von über 120 dB der Helligkeitsinformation verfügen und somit auch in Umgebungen mit sehr hohem Kontrastumfang arbeiten können.
Die prinzipiellen Vorteile der Erfindung sind daher -Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht -Erkennen der Verschmutzung und Verstaubung aus dem Bildinhalt
-Unterscheidung zwischen Insekten, Gegenständen und Rauch mittels der
Bildauswertung
-Detektion von Rauch in einem sinnvollen Abstand von der Decke durch Wahl eines geeigneten Schärfepunktes
-Erkennen von Abdeckungen oder Überstreichen mit Farbe
-Selbstüberwachung durch Überwachung des Bildsignals auf erwartete Bildinhalte
-Nutzung des hohen Informationsgehalts eines Bildaufhehmers
-Nutzung der signalverarbeitenden Verfahren der Bildanalyse.
Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild den erfϊndungsgemäßen Rauchmelder. Der Rauchmelder weist als Optik ein Objektiv 101 auf, das einen Focus für einen Bildaufnehmer 102 einstellt. Typischerweise wird hier der Focus auf 10 cm eingestellt. Damit sind Hintergrundbilder im Vergleich zu Bildern aus dieser nächsten Umgebung verschwommen. Der Bildaufhehmer 102 überträgt das Bildsignal an einen
Mediaprozessor 103, beispielsweise an einen Analogeingang, wobei der Mediaprozessor 103 dann mit einem eigenen Analogdigitalwandler die Analogdigitalwandlung durchführt. Alternativ ist es möglich, dass der Mediaprozessor 103 das Bildsignal über einen Digitaleingang empfangt und somit gleich weiter verarbeiten kann. Die Bildauswertung führt der Mediaprozessor 103 mittels eines Speichers 104 durch, wobei typische Bildauswerteralgorithmen verwendet werden. Der Mediaprozessor 103 sucht dabei nach Rauchbildern, aber auch nach langsamen Veränderungen, wobei der Mediaprozessor 103 dazu Referenzbilder verwendet. Diese langsamen Veränderungen weisen auf eine zunehmende Verschmutzung hin und können somit zu einer Störmeldung führen. Auch Insekten oder andere Gegenstände, die in den Detektionsbereich des
Bildaufnehmers 102 gelangen, können durch die Bildauswertung durch den Prozessor 103 erkannt werden. Bei einer solchen Störmeldung oder bei einer Rauchmeldung wird über einen Ausgabebaustein 105 diese Meldung abgesetzt. Diese Meldung kann dann direkt zu Signalmitteln wie einer Sirene oder einer Leute übertragen werden, oder sie kann zu einer Zentrale übertragen werden, die dann in Abhängigkeit von der Meldung
Aktionen veranlasst.
Figur 2 zeigt eine erste Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchmelders. Der Rauchmelder ist im Unterputz in einer Decke 208 untergebracht. Eine transparente Abdeckung 204 schützt das Innenleben des Rauchmelders. Die Abdeckung 204 ist transparent, so dass eine Beobachtung durch den Rauchmelder der nächsten Umgebung möglich ist. Auf diese Abdeckung 204 kann ggf. auch verzichtet werden. Wiederum ist eine Optik 201 zur Einstellung des Schärfebereichs 206 vorgesehen. Hinter der Optik 201 ist der Bildaufnehmer 202 angeordnet, um die Bilder im Schärfebereich 206 aufzunehmen. Das Bildsignal wird zu einer elektronischen Signalverarbeitung 203, typischerweise der Mediaprozessor 103, übertragen. Dort findet dann die Auswertung des Bildsignals statt. Die Elektronik 203 ist weiterhin über einen Ausgangs mit einer LED zur Beleuchtung 205 verbunden. Bei einem zu schwachen Umgebungslicht 207 wird die LED durch die Elektronik 203 aktiviert, um im Beobachtungsfeld, also dem Schärfebereich 206, eine ausreichende Beleuchtung bereitzustellen. Dafür wird hier üblicherweise weißes Licht verwendet. Es ist jedoch möglich, die LED 205 auch als eine Infrarot-LED auszubilden, um im unsichtbaren Infrarotbereich die Beleuchtung durchzuführen. Der Bildaufnehmer 202 ist dann entsprechend zur Infrarotaufnahme konfiguriert. Hier ist der Bildaufhehmer 202 und die Optik 201 schräg angeordnet, wobei diese schräge Anordnung rein mit praktischen Gründen der individuellen Anordnung zu tun hat.
Figur 3 zeigte eine zweite Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchmelders. Wiederum ist der Rauchmelder im Unterputz in einer Decke 306 mit einer transparenten Abdeckung 305 untergebracht. Nun ist jedoch eine Optik 301 mit dem Bildaufnehmer 302 senkrecht nach unten gerichtete, wobei dann eine LED 304 zur Beleuchtung schräg angeordnet ist. Der Bildaufhehmer 302 ist wiederum mit einer Elektronik mit Signalverarbeitung 303 verbunden, die die Bildauswertung durchführt und die LED 304 ansteuert. Wiederum wird die LED 304 in Abhängigkeit vom Umgebungslicht 307 durch die Elektronik 303 angesteuert. Die Anordnung ist nunmehr senkrecht nach unten gerichtet, was einer einfachen Montage und Fertigung des erfindungsgemäßen
Rauchmelders ermöglicht. Anstatt einer LED 304 ist es auch möglich, mehrere LEDs einzusetzen. Anstatt das Bildsignal des Bildaufhehmers 302 zur Helligkeitsüberwachung aufzuwerten, ist es auch möglich, einen Helligkeitssensor, beispielsweise eine Fotodiode, vorzusehen. Alternativ ist es weiterhin möglich, dass die Anordnung aus der Optik 301 und des Bildaufhehmers 302 schwenkbar ist. Damit ist z.B. ein Scanning möglich. Dies kann dann durch einen elektrischen Motor bewerkstelligt werden.
Figur 4 zeigt in einem Flussdiagramm den Ablauf der Bildauswertung im Prozessor 103 bzw. der Elektronik 203 bzw. 303. Die Video- oder Bildsequenz 404 wird zunächst einer Änderungsdetektion 405 zugeführt, die das aufgenommene Bild oder Videosequenz mit einem Referenzbild 402 vergleicht. Damit kann festgestellt werden, ob eine Änderung vorliegt, oder nicht. Die Texturanalyse 406 prüft Strukturen von Bereichen im Bild. Mit der Struktur kann beispielsweise zwischen der Oberflächenstruktur von Gegenständen, die in den Sichtbereich eingebracht werden, oder der Struktur des diffusen Hintergrunds oder der Struktur von Rauch unterschieden werden. Sie hilft auch durch die Erkennung von Kanten und harten Strukturen, Objektkonturen von Gegenständen oder Insekten zu ermitteln. Mit Hilfe von Kanten erhält man die Umrandung von Objekten und kann mit der Objektklassfikation 407 Rückschlüsse auf die Art des Objektes ziehen. Liegt eine Änderung vor, kann die Änderung dann identifiziert werden. Ist es beispielsweise eine schleichende Änderung, so ist der Verdacht auf eine Verschmutzung gegeben. Auch können so Insekten oder andere Gegenstände identifiziert werden, die direkt im Schärfebereich des Bildaufhehmers auftreten. Die Bewegungsanalyse 408 in Verbindung mit der Objektklassifikation unterscheidet zwischen Bewegungen von beispielsweise Insekten oder der Bewegung des vorbeiströmenden Rauches, um eine Branddetektion durchzuführen.
In Abhängigkeit von der Branddetektion 409 wird ggf. eine Meldung 410 abgegeben. Weiterhin wird nach der Branddetektion 409 ein Update der Referenzdaten 401 durchgeführt. Ändert sich beispielsweise die Umgebung durch einen dauerhaft eingebrachten Gegenstand im Schärfebereich, dann ist dieser bei der weiteren
Beobachtung zu berücksichtigen, um die Grundfunktion des Rauchmelders das Erkennen von Rauch weiterhin zu gewährleisten.
In Figur 5 wird eine Bildauswertung durch Änderung in der Ortsfrequenz dargestellt, und zwar in einem Diagramm. Durch das Auftreten von Rauch werden im Bild vorhandene
Kanten verschliffen und damit gehen die hohen Ortfrequenzen verloren.
Figur 6 zeigt die Bildauswertung mit Nutzung Helligkeitsverteilung im Bild. Hier wird zur Verdeutlichung des Effekts durch Rauch ein Histogramm einer Struktur mit nur 2 Helligkeitswerten gezeigt.
Figur 7 zeigt die Überlagerung der Struktur mit Rauch. Der Rauch überlagert sich der Bildstruktur und fügt Grauwertanteile hinzu. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Häufigkeit der beiden vorher alleinig vorhandenen Helligkeitswerte, durch die Grauwerte des Rauches verschieben sich darüber hinaus die Helligkeitswerte auf der x- Achse und die vorher sehr steilen Flanken im Histogramm verschleifen sich. Dies demonstriert, wie einfach die Rauchdetektion durch die Bildauswertung durchgeführt werden kann.
Bei Störung oder bei Einbringen von Gegenständen, die der Rauchmelder selbst als funktionsstörend empfindet, wie beispielsweise einen großen Gegenstand, der zu einem Verdecken des Rauchmelders führt, so dass der Schärfebereich nicht mehr erfassbar ist, haben eine Störungsmeldung zur Folge. Diese kann wiederum direkt ein Signalmittel, das optischer oder akustischer Art ist, weitergegeben werden, oder an eine Zentral weitergeleitet werden, um entsprechende Aktionen zu veranlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Rauchmelder mit einem Bildaufnehmer ( 102, 202, 302) und einer Lichtquelle (205, 304) dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufhehmer (102, 202, 302) derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder mit dem Bildaufnehmer (102, 202, 302) Rauch in einem nahen Abstand aufnimmt und dass die Lichtquelle (205, 304) derart ansteuerbar ist, dass die Lichtquelle (205, 304) bei einem für den Bildaufhehmer
(102, 202, 302) unzureichenden Umgebungslicht aktivierbar ist.
2. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder anhand eines Signals des Bildaufnehmers (102, 202, 302) die Stärke des Umgebungslichts erkennt.
3. Rauchmelder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder einen Umgebungslichtsensor zur Messung der Stärke des Umgebungslichts aufweist.
4. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (102, 202, 302) zur Beobachtung in einem Abstand von 5-20 cm konfiguriert ist.
5. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (102, 202, 302) in einem Labyrinth angeordnet ist.
6. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (205, 304) eine Leuchtdiode ist.
7. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder bündig in einer Wand (208, 306) oder einer Decke untergebracht ist.
8. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer als Miniaturkamera ausgebildet ist.
9. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufhehmer (102, 202, 302) derart angebracht ist, dass sein Sichtfeld nach unten oder schräg zur Seite aus einer Melderabdeckung (204, 305) heraus gerichtet ist.
10. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bildaufhehmer (102, 202, 302) eine Optik (101, 201, 301) vorhanden ist, die auf einen Schärfepunkt (206) etwa 10 cm auf der Abdeckung (204, 305) focussiert ist.
11. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder mit dem Bildaufnehmer (102, 202, 302) einem Referenzbild für spätere Vergleiche zu vorgegebenen Zeitpunkten erzeugt.
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