CN101248465A - 相机影像火灾监测器及系统 - Google Patents

Abstract

可对被监视区域内投射光束的变化作出反应的宽范围相机影像系统。所述变化是该区域内存在烟雾的指示。除了提供被监视区域的可视图像外，还可利用分析软件来评估被监视的一个或多个区域的烟雾程度。

Description

相机影像火灾监测器及系统

技术领域

本发明涉及基于相机影像的火灾监测系统。更具体地，本发明涉及将预定辐射能量射束引入被监视区域来准确确定烟雾存在性的系统。

背景技术

利用相机影像来监视区域的多种不同火灾监测系统已经被人们所熟知。在已知系统中，来自一个或多个相机的信号可被处理，用于评估相机视场内的火焰。

许多已知的系统在夜间检测烟雾时存在明显问题。它们需要被监视区域内的灯保持开通状态，或在该区域提供附加照明，这样相机可以检测到变化。由此带来的主要问题是火灾监测系统必须具有在建筑物停电状态下正常工作的能力。因此，至少一些灯具需要电池备份。被监视区域的高功率灯具使得电池备份非常昂贵。这些系统常常不能在夜间没有足够照明的条件下正常工作来检测烟雾。在白天和夜间任何时间都可检测到火焰。然而，在没有需要电池备份的附加照明的条件下不能容易地检测焖烧的火。因此，这些系统不能通过主管部门的审批而成为烟雾检测系统。

作为替换，还知道烟雾检测器的投射光束。利用这些检测器，向监视区域投射光束。评估射出光束的特性来确定烟雾的存在。尽管投射光束的烟雾检测器对于其使用目的是有用的，但对于实现烟雾检测这种单一功能而言，显得成本过高。

一直需要这样的系统，能够结合使用相机来提供火灾监测功能并也可用于地区或区域的安保(security)监视。这种多功能系统应当比两套分离系统具有更高的成本效益。另外，这种集成系统可在弱照明条件下或黑暗区域提供低成本烟雾检测的可能。

附图说明

图1示出根据本发明的相机配置。

图1A是根据本发明的烟雾/火焰区域监视系统的框图。

图2示出根据本发明的可选相机配置。

图3示出根据本发明的另一可选相机配置。

图4示出根据本发明的另一可选相机配置。

具体实施方式

尽管本发明可以具有多种不同形式，但附图只示出其特定实例，并将在此详细描述，应理解的是，本公开仅作为发明原理的示例，并无意将本发明限制在所示出的具体实例。

实施本发明的系统包括可调节的辐射能量源，可见光或红外线。辐射能量可由一个或多个相机检测到，这些相机还提供安保功能。利用可调节源使得这种系统可在白天或夜间检测烟雾。

可使用低功耗调节的光源，因为它们不提供全部的照明功能。只是被监视区域的相对小的部分需要照亮。光源发出的一个或多个光束近旁的一个或多个相机检测到该一个或多个光束。可以监视一个或多个相机的输出随时间的变化，这种变化可能是烟雾的指示。

相机对调节光源发出的光束做出响应。例如，控制系统可以监视相机输出随时间的变化，该变化是烟雾状态的指示。例如，在黑暗区域中(夜间)，上述一个或多个光束可被用来检测烟雾。当明火出现时，在该区域以及一个或多个相机的一个或多个视场内，将提供替换的照明源，可对其分析，用于火焰的指示。

警报系统也可激发局部灯光以提供照亮的视场(可多个)。相机信号不仅可被分析而用于烟雾和明火存在性的指示，而且照亮区域的图像也可由保安人员观察。这些图像也可被传送到当地消防部门。

在一个公开的系统中，相机观察其上安装有调节光源的间隔表面。该光源是低功耗的，仅提供足够能使得与周围相对比的能量。

在优选实例中，投射明暗区域的空间间隔图案，以提供对比。该图案可简单地是由光环围绕的黑色中心。可替换地，可对相机呈现更复杂的图案。

处理相机输出的信号，来确定烟雾状态的存在。光线只需能被相机观察到，所以如果相机可观察红外线，光线可以是红外线。还可以处理输出信号来检测明火的存在。

在另一公开的系统中，相机观察有光线图像投射到其上的间隔表面的照明。这种光线图像可仅是光点或光线图案。

在公开的系统中，光源可以实现成激光器，其将光束投射到间隔表面上。该表面的所得照明由相机获得，并被处理以确定烟雾状态的存在。此类系统的优点在于激光器可直接安装在相机上，因此激光器可跟随相机的小角度变化，且照亮的图像相对于相机视窗不变化。

在另一公开的系统中，相机观察间隔表面的照明情况，其中光源也位于该表面附近。光线不在整个监视区域投射。因此，可以按更复杂的图案来投射它。

可替换地，光源可只照亮已在被照亮表面上存在的图案。该图案可为由白环围绕的黑色中心圆。白环被照亮并提供白天和夜间均可见的与黑色中心的对比。

在上述实例中，相机发送图像信息给处理器。处理器执行本地可得的软件来评估有关烟雾存在的图像信息。

在本发明的下一实例中，光源从间隔开的位置向相机投射光束。相机可监视光源，所以系统可以在所有时间确定光源在工作。另外，区域中的烟雾将使光束照亮。

相机查看到照明的变化，如果光源是激光器，照明将显示为一条线。如果使用红外光源，在此区域的人将不能看到此光束。

相机将图像信息发送到处理器来评估：处理器软件将确定所接收的画面帧的变化，并确定是否存在烟雾状态。该处理包括数字信号处理。

在上述实施例中，处理器寻找形成于图像帧中的亮线。调节这种亮线使得可利用防火系统识别。当这种线出现时，指出在该区域中有烟雾，该区域从光束(激光束)中散射光线，使光束在相机中可见。

处理器可进一步分析亮光束的特性来确定烟雾状态。这些特性可以包括：强度的变化、线长度的变化、沿光线不平均光强、频率和时间等。

在本发明的另一方面，处理器使画面中心与被照亮目标对准。被照亮目标的部分可能是黑色。可以检测黑到灰的变化或照亮的颜色或照亮的强度。区域中的烟雾将导致光从被照亮目标的散射，以致于相机不能如没有烟雾那样清楚地看到图像，该图像也不呈现为黑。

目标中的黑色是重要的，因为它们在白天和夜间都呈现黑色。亮到黑的对比也是烟雾检测器重要的监视部分。另外，如果还存在其他环境光，由于烟雾，对比的变化更加剧烈。系统可如此配备，使得在确定警报状态的源时对环境光线等级作出调整。

环境光线在烟雾中会散射。因此，较之没有环境光线，目标中区域在烟雾等级上将变化更大。可以引入补偿，使得在区域的亮和暗条件下保持相似的烟雾检测水平。

图1示出了根据本发明的示例性相机的配置图10。在此示出的相机Ci具有视场Vi，该Vi沿着被监视区域R的一部分延伸。调节光源12安装于相机Ci的视场Vi之中。光源12可按空间、时间或频率调节，对此没有限制。在优选系统中，光源12投射具有亮和暗区域(透光和挡光)的图案，因此观察光源提供光对比。该图案可为简单的周围包围亮环的黑色中心。可替换地，也可有通过相机来观察的详细图案。如下面详细描述的，相机Ci通过有线或无线介质传送大量图像信息至烟雾或火焰监测系统来用于分析。

图1A是根据本发明分析系统20的方框图。如图1A所示，多个相机C1、C2、…、Cn可安装于被监视区域R内。这些相机各分别具有在被监视区域R内的视场V1、V2、…、Vn。应当理解，各个相机的这些视场可以但不是必须相互重叠。

被实现为各种技术的视频摄像机的相机C1、C2、…、Cn可通过无线或有线方式连接到以24一般示出的烟雾/火焰区域监视系统。系统24包括相机接口26。

接口26可包括一个或多个无线通信天线28，用于从一个或多个相机Ci接收无线信号。另外，接口26可包括电路，通过硬连线K2、…、Kn接收例如视频信号，对此没有限制。

系统24还包括一个或多个可编程处理器30a，在烟雾/火焰分析软件30b的控制下工作。如上所述，从如图1中Ci相机接收的视频信号承载了关于调节光源12的信息。

本领域人员可以理解，来自相机Ci的图像可由分析软件30b来分析，以确定来自调节光源12的光线变化是否指示存在烟雾。在此情况下，软件30b可传送警报指示标记给由安保人员监视的区域保安系统34。

本领域人员可以理解，相机C1、C2、…、Cn也连接到安保系统34。相机图像可以通过安保显示屏36呈现给操作员。另外，系统24可转发警报指示标记给警报系统显示屏38。最后，处理器30a可连接到区域照明控制系统40。

响应于存在烟雾或火焰的判定，系统24可发信号给照明控制系统40来照明部分或全部区域R，利用相机C1、C2、…、Cn通过显示屏36将照亮的图像呈现给安保人员。另外，考虑到区域R出现的更高亮度，软件30b可继续分析来自不同摄像机C1、C2、…、Cn的区域图像信息。

图2到图4示出可用于系统20的替换相机/光源的配置。

图2示出配置10-1，其中相机Cj具有视场Vj，Vj包括墙壁或其他表面的部分S。调节光源44连接到相机Cj的机壳上。

调节光源44投射一束可见光或红外光46到在视场Vj中部分S的区域S1上。区域S1的图像可以是入射光的一部分，也可是光线图案。相机Cj可将照亮区域S1的图像按无线方式或通过线缆Kj传送到系统24。由软件30b分析时，S1的照亮图像的变化可提供指出视场Vj内存在烟雾的指示。

配置10-1的优点在于光源44直接耦合到相机Cj。因此，视场Vj和光束的入射位置S1之间的未对准的概率可减小到最低。

图3示出相机/光源的替换配置10-2。如图3所示，相机C1的视场V1朝向墙或表面的S1。调节光源48投射光束50到视场V1内的位置S2。例如，光源48能够照亮已在被照亮表面上存在的图案。该图案可具有由白环围绕的黑色中心。白色环被照亮，并提供相对于黑色中心的对比，这种对比在白天和夜间均可被看到。

相机C1能够依次将照明S2的特性的图像传送到系统24。软件30b能够依次分析一个或多个这种图像，以确定在视场V1中预定程度的烟雾的存在。

图4示出了根据本发明的另一种相机配置10-3。相机Cm具有视场Vm，并按无线方式或通过有线介质如Km耦合至系统24来传送图像。视场Vm朝向并交叉墙或表面的区域S”。

位于视场Vm之中的光源54经过视场Vm大致朝向相机Cm投射光束56。光束56的来自相机Cm的图像将根据相应视场Vm中烟雾的存在而变化。

系统10-3的优点之一是相机能够监视光源以确保其在所有时间工作。另外，区域中的烟雾将使得光束照亮。相机Cm能够检测到照明中的变化，如果该光源是激光器，该照明将显示为一条线。如果使用红外光源，区域内的人员将不能看到光束56。可通过软件30b来执行处理，以根据光束56可见度的变化确定Vm区域内烟雾的存在。

总之，如图4，处理器30a能够检测在画面帧内出现的亮线。可调节该亮线与防火系统相关联。当该线出现时，表明区域内存在烟雾，该区域从光束(激光束)中散射光，使得其对于相机Cm可见。

处理器30a能够分析照亮光束的特性来确定烟雾状况。这些特性可包括：强度变化、线长度变化、沿线光线的不平均、光线与光源坐标交叉的投影、等等。这些特性可进一步包括强度、频率和时间。

应该理解，相机配置10、10-1、…、10-3只是示例，并且有其他配置也在本发明的精神和范围之内。进而可以理解，所有这些配置结合分析软件30b可对于火焰F的存在作出反应，如图4最佳示出的，火焰F可出现在视场Vm之内。

从上述可知，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可有各种变化和改型。可理解的是，此处图示的装置并不意味着或暗示着限制。权利要求书覆盖所有这类落在权利要求范围内的修改。

Claims (46)

1.一种装置，包括：

至少一个预定频率的辐射能量源，该源按预定频率投射射束；

光电转换器，具有二维辐射能量输入端口用来接收来自所述射束的辐射能量，所述转换器包括具有视场的相机；

耦合到所述转换器的控制电路，该控制电路相关于至少一个预先存储的表示来评估来自所述转换器的电信号，以确定报警状态的存在，并且其中所述转换器包括相机，该相机具有视场。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述相机提供输出，所述输出包括视场内区域的人类可观察图像。

3.如权利要求2所述的装置，包括软件，该软件至少部分地确定报警状态的存在。

4.如权利要求1所述的装置，包括表面，所述射束至少部分地射入该表面，从而在空间上调节该射束。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述射束在空间上被调节。

6.如权利要求2所述的装置，其中所投射的射束在所述视场内呈现出空间调节。

7.如权利要求6所述的装置，包括烟雾检测软件，该软件分析所述视场内的调节射束的特性。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述射束或者在照射到被选表面之前跨观察区域投射时被空间调节，或者被投射到局部表面，其中该局部表面位于预定观察区域。

9.如权利要求8所述的装置，包括烟雾检测软件，所述软件分析所述观察区域内的调节射束的特性。

10.一种系统，包括：

相机，具有预定视场和指示入射辐射能量的电输出；

辐射能量源，具有投射到所述视场的输出射束；

监视器，用来呈现与所述视场相关联的图像的影像表示；

至少耦合到相机的控制电路，该控制电路响应所检测的投射到所述视场的辐射能量的变化，至少部分地判定该视场内烟雾情况的存在。

11.如权利要求10所述的系统，其包括关于烟雾的评估软件。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述源投射间隔开的第一和第二光束。

13.如权利要求11所述的系统，其中所述评估软件把当前光描述和预定烟雾描述相比较。

14.如权利要求11所述的系统，其中所述评估软件评估所接收的光描述的变化率。

15.如权利要求10所述的系统，其中所述监视器通过通信网络耦合到所述相机。

16.如权利要求10所述的系统，其中具有电路根据环境光等级来调整所述射束的强度参数。

17.如权利要求10所述的系统，其中所述射束入射到所述视场内的被选表面上。

18.如权利要求10所述的系统，包括用于在空间上调节所述光束的结构。

19.如权利要求10所述的系统，包括电路，执行时域调节射束或频率调节射束的至少之一。

20.一种用于监视空间的环境状态的系统，包括：

具有观察区域的相机；

在所述相机的观察区域发射光的光源；

按强度或色彩的至少之一来调节所述光源；

所述相机输出第一信号，该第一信号包括关于从所述光源接收的光的信息；

处理器，该处理器从所述相机接收第一信号，并分析该第一信号中指示所述环境状态存在的变化，该处理器输出第二信号到指示器，该第二信号至少是影像、声音或震动之一；

其中，当在被监视空间内存在所述环境状态时，所述指示器由所述第二信号激活。

21.如权利要求20所述的系统，其中来自所述光源的光的减弱指出所述环境状态的存在。

22.如权利要求21所述的系统，其中所述环境状态至少是烟雾或尘埃之一。

23.如权利要求20所述的系统，其中按强度调节所述光源，并且该强度根据与空间中环境光的预定关系变化。

24.如权利要求20所述的系统，其中空间中环境光线的存在根据光敏装置的信号来确定，该光敏装置从该空间接收光线。

25.如权利要求24所述的系统，其中所述光敏装置是光电二极管或所述相机中的至少之一。

26.如权利要求20所述的系统，其中光源通过电缆供电，该电缆通过电路连接于电池备份。

27.如权利要求20所述的系统，其中所述相机对所述光源发出的光线的频率敏感。

28.如权利要求20所述的系统，其中所发射光的强度沿所述光源的表面改变。

29.如权利要求20所述的系统，其中按所述第一信号所表示的所述光源的图像或围绕所述光源的区域的图像的至少之一的清晰度的下降，是所述环境状态的指示。

30.如权利要求20所述的系统，其中如所述第一信号表示的所述光源的色彩或围绕所述光源的区域的色彩的至少之一，是所述环境状态的指示。

31.如权利要求20所述的系统，其中所述光源的色彩或围绕所述光源的区域的色彩的至少之一改变。

32.一种包括多个光源的系统。

33.如权利要求20所述的系统，其中使用调节来确定所述光源是否正常工作。

34.如权利要求20所述的系统，其中所述指示器与所述处理器间隔开，并通过预定的介质接收所述第二信号。

35.如权利要求34所述的系统，其中所述介质包括有线介质或无线介质的至少之一。

36.一种用于监视空间内的环境状态的系统，包括：

相机；

光源，该光源向被监视空间中的观察区域内的表面发射光线；

所述光源被调节；

所述相机输出第一信号，该第一信号包括关于从所述表面接收的光的信息；

处理器，该处理器从所述相机接收所述第一信号，并分析该第一信号中指示所述状态的变化，并且输出至少是影像、声音或震动之一的第二信号到指示器；

其中，当检测到该被监视空间内的所述环境状态时，所述指示器由所述第二信号激活。

37.如权利要求36所述的系统，其中所述光源至少包括LED、激光器或白炽灯之一。

38.如权利要求36所述的系统，其中从所述表面接收到的光的减弱指示所述环境状态。

39.如权利要求38所述的系统，其中所述环境状态是烟雾或尘埃的至少之一。

40.如权利要求36所述的系统，其中按强度调节所述光源，且该强度根据与空间中环境光的预定关系变化。

41.如权利要求36所述的系统，其包括响应于空间中的环境光的光敏装置。

42.如权利要求41所述的系统，其中所述光敏装置包括光电二极管或所述相机中的至少之一。

43.如权利要求36所述的系统，其中所述相机对所述光源发出的频率敏感。

44.如权利要求36所述的系统，其中所发射光线的强度沿着所述光源的表面变化。

45.一种用于监视空间中环境状态的系统，包括：

具有观察区域的相机；

光源，该光源位于所述相机的所述观察区域内，并通过空间投射辐射能量射束。

所述相机输出第一信号，该第一信号包括关于所接受的辐射能量的信息；

处理器，从所述相机接所述第一信号，并分析该第一信号中指示所述环境状态的变化，该处理器输出至少是影像、声音或震动之一的第二信号到指示器；

当在空间内检测到所述环境状态时，所述指示器由所述第二信号激活。

46.如权利要求45所述的系统，其中所述光源包括激光器。

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