DE102008006146A1 - Device for obscuration measurement in monitoring area at road in tunnel, has evaluation unit for selecting light-sensitive pixel element of matrix image sensor, where light source lies in receiving area of element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sichttrübungsmessung in einem Überwachungsbereich mit einem matrixförmigen Bildsensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 10.The The invention relates to a device and a method for measuring visibility in a surveillance area with a matrix-shaped image sensor according to the preamble of claim 1 and 10, respectively.
Nach
einigen schweren Unfällen mit Bränden und damit
verbundener Rauchentwicklung in europäischen Straßentunneln
müssen diese mit verbesserten Sicherheitseinrichtungen
versehen werden. Eine
Zur Raucherkennung im Brandfall wird in bekannten Systemen das gesamte Bild der Kamera auf seinen Bildkontrast ausgewertet und bei Unterschreiten eines bestimmten Kontrastwertes ein Alarm ausgelöst. Derartige Bildauswertungen erkennen zwar Rauch im Tunnel, aber die dabei realisierbare Fehlalarmrate ist für die Praxis nicht niedrig genug. Grund sind die Schwierigkeiten, die hohen Kontrastunterschiede des normalen Betriebs, etwa durch Lichtschwankungen, Verschmutzung der optischen Grenzflächen, Änderung der Szenerie durch verschiedenartige Fahrzeuge, Wasserfahnen und dergleichen von Kontrastabschwächung durch Rauch zu unterscheiden. Deshalb lassen sich derzeit kaum bessere Fehlalarmquoten als ein Fehlalarm je zwei Monate und Kamera erreichen. Bedenkt man die Zahl an Kameras pro Tunnel und den hohen Auf wand, den ein Fehlalarm auslöst, so läge eine akzeptable Fehlalarmrate dagegen bei einem Fehlalarm pro Messstelle und einigen Jahrzehnten.to Smoke detection in case of fire in known systems the entire Image of the camera evaluated on its image contrast and falls below a specific contrast value triggers an alarm. such Image evaluations recognize smoke in the tunnel, but the realizable False alarm rate is not low enough in practice. Reason are the difficulties, the high contrast differences of the normal Operation, such as light fluctuations, contamination of the optical interfaces, change the scenery by various vehicles, water flags and like to differentiate from contrast attenuation by smoke. Therefore, there are currently hardly any better false-alarm rates than one False alarm every two months and camera reach. Considering the number on cameras per tunnel and the high overhead that a false alarm triggers, on the other hand, an acceptable false alarm rate would be one False alarm per measuring point and a few decades.
In einem typischen Straßentunnel muss nicht nur die Rauchentwicklung durch Brände, sondern auch die Sichttrübung (Extinktionskoeffizient) an sich überwacht werden, um die Qualität der Luft im Tunnel beispielsweise durch Ansteuerung einer Belüftungsanlage zu erhalten. Für diese Aufgabe werden herkömmlich Transmissiometer oder Streulichtmessgeräte eingesetzt, da die aufgrund von Fahrzeugemissionen und Abriebpartikeln gestiegenen Extinktionskoeffizienten zu geringe Kontrastunterschiede im Bild verursachen, welche mittels Auswertung des Bildkontrasts und/oder der Strukturschärfe nicht zu erkennen sind.In a typical road tunnel does not just have to smoke by fires, but also the visibility turbidity (extinction coefficient) to be monitored in order to improve the quality of Air in the tunnel, for example by controlling a ventilation system to obtain. For this task become conventional Transmissiometer or scattered light meters used, since the increased due to vehicle emissions and abrasion particles Extinction coefficients cause too little contrast differences in the image, which by means of evaluation of the image contrast and / or the structure sharpness are not recognizable.
Aus
der
Andere Branderkennungssysteme basieren auf Temperatursensoren oder beispielsweise auf Lichtleitern, deren lichtleitende Eigenschaften sich temperaturabhängig ändern.Other Fire detection systems are based on temperature sensors or for example on light guides, the light-conducting properties of which change with temperature.
Angesichts dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige und einfache Sichttrübungsmessung anzugeben, die auch geringe Partikel- und Rauchemissionen erkennen kann.in view of In this prior art it is the object of the invention to provide a reliable and to provide simple visual haze measurement, which is also low Can detect particle and smoke emissions.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Sichttrübungsmessung gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Indem Pixel des Bildsensors selektiert werden, welche die aktive(n) Beleuchtung(en) abbilden, entstehen effektiv ein oder mehrere Transmissiometer, bestehend aus der aktiven Beleuchtung und den selektierten Pixeln. Damit wird es möglich, die Transmissionsmessung kamerabasiert vorzunehmen, so dass etwa eine ohnehin vorhandene Videoüber wachung mit zusätzlicher Funktionalität ausgenutzt werden kann, oder die für die Transmissionsmessung genutzten Bilder können umgekehrt für weitere Auswertungen zur Verfügung gestellt werden. Durch die Transmissionsauswertung wird die Fehlalarmrate erheblich reduziert, wobei weniger als ein Fehlalarm je 20 Jahre und Messstelle möglich wird.These The object is achieved by a device for measuring visibility according to claim 1 and a corresponding method solved according to claim 10. By pixels be selected by the image sensor which shows the active illumination (s) effectively create one or more transmissiometers, consisting of the active illumination and the selected pixels. This makes it possible, the transmission measurement camera-based make so that about an already existing video surveillance be exploited with additional functionality can, or the images used for the transmission measurement can be reversed for further evaluations Will be provided. Through the transmission evaluation the false alarm rate is significantly reduced, with less than one False alarm every 20 years and measuring point becomes possible.
Wird mehr als eine Beleuchtung in der Vorrichtung eingesetzt, so sind die Beleuchtungen vorteilhafterweise in unterschiedlichem Abstand zu der Lichtempfangseinrichtung installiert. Dadurch entsteht je Beleuchtung ein Transmissiometer mit jeweils anderer Messstrecke, wobei jeder Beleuchtung die entsprechenden selektierten Pixel zuzuordnen sind. Durch Vergleich der Messwerte jedes dieser Transmissiometer wird es möglich, die Sichttrübung durch Rauch oder Fahrzeugemissionen zwischen den einzelnen Beleuchtungen zu ermitteln, um so eine Aussage über die räumliche Verteilung der sichttrübenden Stoffe entlang des Tunnels zu bekommen.Becomes more than one lighting used in the device, so are the illuminations advantageously at different distances installed to the light receiving device. This ever arises Illumination of a transmissiometer, each with a different measuring section, wherein each illumination to be assigned to the corresponding selected pixels. By comparing the readings of each of these transmissiometers it is possible the visibility through smoke or To determine vehicle emissions between the individual illuminations such a statement about the spatial distribution to get the visibly opaque substances along the tunnel.
Vorteilhafterweise ist die Auswertungseinheit dafür ausgebildet, aus Bilddaten des Bildsensors ein Maß für eine Rauchbelastung zu ermitteln. Damit werden die beiden Aufgaben, nämlich eine aus technischer Sicht sehr zuverlässige und schnelle Sichttrübungsmessung zur Ermittlung des durch Fahrzeugemissionen ansteigenden Extinktionskoeffizienten und Raucherkennung im Brandfall etwa mittels auf Kontrastunterschieden basierender Bildauswertung in einem einzigen Sensor integriert, so dass der apparative Aufwand ohne Einbuße an Zuverlässigkeit, Genauigkeit oder Funktionalität mit entsprechender Verringerung des finanziellen und organisatorischen Aufwands erheblich reduziert ist.Advantageously, the evaluation unit is designed to determine a measure of a smoke load from image data of the image sensor. Thus, the two tasks, namely a tech nischer view very reliable and fast visual cloud measurement to determine the increasing by vehicle emissions extinction coefficient and smoke detection in case of fire about integrated by contrast differences based image analysis in a single sensor, so that the equipment required without loss of reliability, accuracy or functionality with a corresponding reduction in financial and organizational Expenditure is considerably reduced.
Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das Maß aus einer Kontrastabschwächung der Bilddaten, einem Vergleich mit einem Referenzbild bei freier Sicht oder einem Helligkeitsabfall zu ermitteln, und insbesondere eine Plausibilitätsprüfung zwischen dem auf dem beleuchteten selektierten Pixel beruhenden Extinktionskoeffizienten und dem auf den Bilddaten beruhenden Maß vorzunehmen. Die Zuverlässigkeit der beiden Messungen erhöht sich also durch Plausibilitätsvergleiche. Die beiden Verfahren Bildauswertung auf dem Gesamtbild und Transmissionsmessung durch den selektieren Pixel können gemeinsam zu einer weiteren Reduktion der Fehlalarmrate herangezogen werden.The Evaluation unit is preferably designed to, the Measure from a contrast attenuation of the image data, a comparison with a reference image in free view or a Determine brightness drop, and in particular a plausibility check between the one based on the illuminated selected pixel Extinction coefficient and based on the image data measure. The reliability of the two measurements increases so through plausibility comparisons. The two procedures Image evaluation on the overall picture and transmission measurement by The select pixels can be shared with another Reduction of the false alarm rate are used.
Bevorzugt ist die Auswertungseinheit dafür ausgebildet, mittels des Bildsensors ein erstes Bild für die Sichttrübungsmessung und ein zweites Bild mit gegenüber dem ersten Bild veränderten Aufnahmeparameter, wie Helligkeit, Blende oder weitere, für die Ermittlung des Maßes aufzunehmen, wobei insbesondere das erste und zweite Bild zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgen, das erste Bild eine für Gesamtbildauswertungen geeignete Helligkeit und das zweite Bild eine geringere Helligkeit als das erste Bild aufweist. Damit werden die Bilder für die jeweilige Messung optimal angepasst.Prefers is the evaluation unit designed for this purpose by means of Image sensor a first image for visibility measurement and a second image changed with respect to the first image Recording parameters, such as brightness, aperture or more, for the Determining the measure to include, in particular the first and second image follow each other in time, the first picture a brightness suitable for overall picture evaluations and the second image has a lower brightness than the first image. This optimizes the images for the respective measurement customized.
Vorteilhafterweise ist ein Lichtquellen-Empfangselement vorgesehen, das in der Nähe jeder Lichtquelle angeordnet ist, um die von der jeweiligen Lichtquelle ausgesandte Lichtintensität zu überprüfen. Damit ist jederzeit sichergestellt, dass die aktive Beleuchtung noch intakt ist. Ein etwaiger Intensitätsabfall kann in der Auswertungseinheit für die selektierten Pixel und die Bildauswertung berücksichtigt werden. Somit sind Schwankungen oder Ausfall der aktiven Beleuchtung als Quellen für einen Fehlalarm ausgeschaltet und die Wahrscheinlichkeit für einen Fehlalarm weiter reduziert.advantageously, a light source receiving element is provided nearby Each light source is arranged to match that of the respective light source Check emitted light intensity. This ensures at all times that the active lighting still intact. A possible drop in intensity may occur in the evaluation unit for the selected pixels and the Image analysis are taken into account. Thus, fluctuations or failure of active lighting as sources for one False alarm off and the probability of a false alarm further reduced.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle dafür ausgebildet, zeitlich variables Licht auszusenden, insbesondere moduliertes Licht oder eine Blinksequenz. Damit können Gleichlichtschwankungen im Messsignal unterdrückt werden. Die Auswertungseinheit ist anhand der bekannten zeitlichen Variation in der Lage, die aktive Beleuchtung von Störern zu unterscheiden.In Another preferred embodiment is the light source designed to emit light that is variable in time, in particular modulated light or a flashing sequence. This can be DC light fluctuations be suppressed in the measurement signal. The evaluation unit is based on the known temporal variation capable of active lighting to distinguish from disturbers.
Die Lichtquelle weist bevorzugt eines oder mehrere der folgenden Elemente auf: eine Halbleiterlichtquelle, einen Laser, eine Halogenlampe, eine Gasentladungslampe, einen Reflektor oder einen Reflektorstreifen. Je nach Messstrecke kann somit eine gewünschte räumliche Ausdehnung der aktiven Beleuchtung und eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht werden. Ist die Lichtquelle ein passives Element, also ein angestrahlter Reflektor oder ein Reflektorstreifen, so kann die eigentliche Beleuchtung nahe bei der Kamera oder sogar in diese integriert sein. Das macht die Wartung und Installation einfacher.The Light source preferably has one or more of the following elements on: a semiconductor light source, a laser, a halogen lamp, a gas discharge lamp, a reflector or a reflector strip. Depending on the test section can thus be a desired spatial Extension of active lighting and a desired Intensity distribution can be achieved. Is the light source a passive element, ie an illuminated reflector or a reflector strip, so the actual lighting can be close to the camera or even be integrated into this. This makes maintenance and installation easier.
Bevorzugt sind Staubschutzeinrichtungen, insbesondere Tuben vorgesehen, um die Vorrichtung und den Bildsensor vor Verschmutzung zu schützen, und/oder es ist eine Detektionseinrichtung für die Erkennung von Verunreinigungen oder Defekten einer Frontscheibe der Vorrichtung und/oder des Bildsensors vorgesehen. Damit lässt sich eine Beeinträchtigung der Frontscheibe durch Verschmutzungen als weitere Fehler quelle ausschließen oder zumindest einschränken, und dadurch werden die Zuverlässigkeit und die Wartungsintervalle erhöht.Prefers Dust protection devices, in particular tubes are provided to protect the device and the image sensor from contamination, and / or it is a detection device for the detection of Impurities or defects of a windscreen of the device and / or the image sensor. This can be a Impairment of the windshield due to contamination exclude or at least limit, as another source of error, and thereby the reliability and the maintenance intervals elevated.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben. Umgekehrt sind auch den Verfahrensansprüchen analoge Ausgestaltungen für die Vorrichtung denkbar.The inventive method can be similar to Be further developed and shows similar benefits. Such advantageous features are exemplary, but not exhaustive in the subsequent claims to the independent claims described. Conversely, the method claims are also analogous configurations for the device conceivable.
Insbesondere ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, wenn die Lichtquellen an Stellen im Überwachungsbereich angeordnet werden, in welchen während des Betriebs die jeweilige Sichtlinie zwischen Lichtquelle und Bildsensor nicht unterbrochen wird, insbesondere bei einem Verfahren zur Raucherkennung in Tunneln an der Decke oder einer Wand oberhalb der zu erwartenden Höhe von Fahrzeugen. Damit kann jederzeit während des Betriebs die Transmission und damit der Extinktionskoeffizient gemessen werden. Die aktive Beleuchtung nutzt damit einen Teil des Bildsensors, der für die eigentliche Bildauswertung ohnehin weniger interessant wäre, weil er Wand- oder Deckenbereiche aufnimmt.Especially it is advantageous in the method according to the invention, when the light sources are in places in the surveillance area be arranged, in which during operation the respective line of sight between light source and image sensor not interrupted especially in a method of detecting smoke in tunnels on the ceiling or a wall above the expected height of Vehicles. This can at any time during operation the Transmission and thus the extinction coefficient are measured. The active illumination thus uses a part of the image sensor, the anyway less interesting for the actual image evaluation would be because it takes up wall or ceiling areas.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Signale des Bildsensors vorverarbeitet werden, insbesondere tiefpassgefiltert oder mit zunehmender Betriebsdauer weiter verstärkt werden, um Alterungsprozesse und/oder schleichende Verschmutzungen auszugleichen. Damit wird wiederum die Zuverlässigkeit gesteigert und die Fehlalarmquote gesenkt sowie die Wartungsbedürftigkeit herabgesetzt.Farther is preferred if the signals of the image sensor are preprocessed, in particular low-pass filtered or with increasing operating time be further reinforced to aging processes and / or compensate for creeping pollution. This will turn increased reliability and reduced the false alarm rate and the need for maintenance lowered.
Bei Überschreitung einer Schwelle des Extinktionskoeffizienten und/oder des Maßes wird vorteilhafterweise eine Belüftungsanlage aktiviert, ein Alarm ausgelöst oder eine Evakuierungsmaßnahme angestoßen. Da erfindungsgemäß alles von einer leichten Erhöhung der Partikel im Tunnel bis zu einer Brandkatastrophe erkannt werden kann, wird auf diese Weise mit der geeigneten Maßnahme reagiert.When exceeded a threshold of the extinction coefficient and / or the measure Advantageously, a ventilation system is activated, an alarm is triggered or an evacuation measure triggered. Since according to the invention everything from a slight increase the particles in the tunnel are detected until a fire catastrophe can, in this way, with the appropriate measure responding.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:The Invention will also be described below with regard to further features and Advantages exemplary by means of embodiments and with reference to the accompanying drawings closer explained. The illustrations of the drawing show in:
An
den Bildaufnehmer
Die
Steuerung
Eine
entsprechende drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle
Die
Vorrichtung ist also zu einer Transmissionsmessung ebenso in der
Lage wie zu einer Rauchauswertung durch Bildauswertungen, etwa mittels Erkennung
von Kontrastschwankungen. Dabei sind auch Kombinationen von der
Erfindung umfasst: Der Einsatz als Transmissiometer, der Einsatz
als Transmissiometer zur Sichttrübungsmessung mit zusätzlicher
Raucherkennung und auch eine gegenseitige Plausibilitätsprüfung
beider Messungen zur weiter verbesserten Vermeidung von Fehlalarmen.
Die Pixel
Derselbe
Bildaufnehmer
Diese Bilder für die beiden unterschiedlichen Messungen können zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgen, es ist aber auch möglich, die beiden Messungen in voneinander unterschiedlichen Zeitabständen vorzunehmen.These Pictures for the two different measurements can it is also possible to perform the two measurements in mutually different time intervals.
Die
selektierten Pixel
Eine
solche Modulation oder Variation der Lichtstärke der Lichtquelle
Der
Lichtempfänger
Um
die Verschmutzung der optischen Wege zu begrenzen, also vor allem
der Frontscheibe der Kamera
Sämtliche Signale können tiefpassgefiltert werden, um sehr langsame Änderungen durch langsame Verschmutzung oder Alterung der Bauelemente auszugleichen. Möglich ist auch, Verstärkungsfaktoren der Signale entsprechend anzupassen.All Signals can be low-pass filtered to very slow changes due to slow contamination or aging of the components. It is also possible to amplify the signals adjust accordingly.
Als
Lichtquelle
In
Erfindungsgemäß kann somit ein Messsystem, nämlich das zusätzliche Transmissiometer, im Tunnel eingespart und dennoch eine sehr geringe Fehlalarmrate für Raucherkennung im Tunnel mittels Bildauswertung erreicht werden. Diese Lösung ist kostengünstig, und die Messeinrichtung kann etwas entfernt vom erhitzten Bereich liegen und ist daher in der Lage, den Brandherd anfänglich zu visualisieren, um geeignete Gegenmaßnahmen zu planen. Dabei ist das visualisierende System, etwa für zusätzliche Überwachungsaufgaben durch Bedienpersonal oder zu Dokumentationszwecken, mit dem branderkennenden System identisch. Obwohl die konkreten Ausführungsformen sich auf die Montage in einem Tunnel beziehen, kann die Erfindung auch in Räumen, Montagehallen, an freiliegenden Straßen oder in anderen Umgebungen eingesetzt werden.According to the invention thus a measuring system, namely the additional Transmissiometer, saved in the tunnel and still a very low false alarm rate achieved for smoke detection in the tunnel by means of image analysis become. This solution is inexpensive, and the Measuring device may be slightly away from the heated area and is therefore able to start the fire Visualize to plan appropriate countermeasures. It is the visualizing system, for example for additional monitoring tasks by operating personnel or for documentation purposes, with the brand recognition System identical. Although the specific embodiments refer to the assembly in a tunnel, the invention also in rooms, assembly halls, on exposed roads or in other environments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 10011411 C2 [0005] - DE 10011411 C2 [0005]
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Owner name: SICK AG, DE Free format text: FORMER OWNER: SICK MAIHAK GMBH, 79183 WALDKIRCH, DE Effective date: 20120716 |