DE102009043080A1

DE102009043080A1 - Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen und Detektionssystem

Info

Publication number: DE102009043080A1
Application number: DE200910043080
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Müller; Wolfgang Legner; Andre Dr. Freiling; Kurt-Volker Dipl.-Ing. Hechtenberg
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-26
Also published as: DE102009043080B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen mit folgenden Verfahrensschritten: Erfassen von Bildern eines zu überwachenden Messraumes (30) durch wenigstens einen optischen Sensor (10) in einem ersten Betriebsmodus und Generieren von Bilddaten, Auswerten der Bilddatenn verschiedener Bilder, Umschalten des optischen Sensors (10) in einen zweiten Betriebsmodus, falls durch das Auswerten der Bilddaten eine Gefahrensituation detektiert wird, Erfassen von Bildern des dem zweiten Betriebsmodus und optisches Darstellen der Bilder mittels einer Anzeigeeinrichtung (60). Ferner betrifft die Erfindung ein Detektorsystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen mittels Auswertung von Bilddaten. Ferner betrifft die Erfindung ein Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen.
Bekannte Brandmelder reagieren auf Änderungen in der Umgebung des Brandmelders, wie beispielsweise entstehender Rauch, ein Anstieg der Temperatur, Bildung von Flammen und Entstehen von Gasen. Zur Detektion dieser Änderungen werden verschiedene Sensoren eingesetzt. Üblicherweise werden für die Rauchdetektion photoelektrische Streulichtsensoren und für die Gasdetektion Gassensoren eingesetzt. Herkömmliche Streulichtsensoren arbeiten nach dem Streulichtverfahren, das darauf basiert, dass klare Luft praktisch kein Licht reflektiert, aber beim Vorhandensein von Rauchpartikeln in der Luft und somit in dem Messraum des Sensors ein von einer Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl an den Rauchpartikeln gestreut wird und das Streulicht auf einen lichtempfindlichen Sensor (Photodiode) fällt, der bei klarer Luft nicht von dem Lichtstrahl beleuchtet wird. In einem Brandmeldesystem werden von einem oder mehreren Sensoren erfasste Signale ausgewertet und bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Alarm ausgelöst. Allerdings besteht auch bei modernen Brandmeldesystemen das Problem, dass Störeinflüsse in der Umgebung der Sensoren häufig zu Fehlalarmen führen können.
Brandschutzsysteme in Flugzeugen umfassen beispielsweise photoelektrische Brandmelder sowie Feuerlöscheinrichtungen. Da gerade in Flugzeugen ein auf dem Boden als harmlos eingestufter Brand verheerende Folgen haben kann, sind für während eines Fluges entstehende Brände hohe Sicherheitsmassnahmen gefordert. Hierzu müssen beispielsweise Feuerbekämpfungsmassnahmen ergriffen werden, wobei meist Feuerunterdrückungsmittel, wie beispielsweise gasförmige Flammenlöschmittel, in den betroffenen Bereich eingebracht werden. Darüber hinaus muss der Pilot so schnell wie möglich landen und das Flugzeug evakuieren. Gerade bei sehr großen und modernen Flugzeugen können bis zu 800 Passagiere in dem Flugzeug sein, so dass es unter Umständen schwierig ist, alle Passagiere unverletzt zu evakuieren. Gerade bei einem Fehlalarm verursachen solche Evakuierungsmassnahmen sehr hohe Kosten und führen zu einem Vertrauensverlust in die Flugzeugtechnik.
Um gerade denjenigen Bereiche eines Flugzeugs, in welchen keine Beleuchtung und/oder keine Passagiere vorhanden sind, also beispielsweise der Frachtraum, besser überwachen zu können, ob tatsächlich eine Gefahrensituation oder ein Fehlalarm vorliegt, soll eine Vebesserung geschaffen werden.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Anzahl von Fehlalarmen im Zusammenhang mit Brandereignissen, insbesondere in einem Flugzeug, zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Detektorsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft insbesondere für diejenigen Situationen eine Lösung, bei denen das Innere von elektronischen Baueinheiten oder der Frachtraum eines Flugzeuges brandschutzmäßig überwacht werden soll und insbesondere dann, wenn keine sich bewegende Objekte oder Personen und/oder kein variierendes Tageslicht in dem zu überwachenden Bereich vorhanden sind.
Eine Hauptidee der Erfindung liegt darin, eine oder mehrere optische Sensoren einzusetzen, die in wenigstens zwei Betriebsmodi betrieben werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der „optischer Sensor” auch als Bildsensor, Kameramodul oder Lichtdetektor bezeichnet werden. Vorzugsweise wird für den optischen Sensor ein kostengünstiges Kameramodul verwendet, das eingerichtet ist, um in wenigstens den zwei nachfolgend genauer erläutertenden Betriebsmodi arbeiten zu können.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erzeugt der optische Sensor in beiden Betriebsmodi zeitlich aufeinanderfolgende Bilder des zu überwachenden Messraumes. In dem ersten Modus werden automatisch aus direkt aufeinanderfolgenden bzw. zeitlich weiter auseinanderliegenden Bildern Differenzbilder erzeugt und evtl. detektierbare Differenzen automatisch quantifiziert. In dem zweiten Betriebsmodus arbeitet der optische Sensor vorzugsweise als konventioneller Bildsensor, wobei vorzugsweise Echtzeitbilder des zu überwachenden Messraum erzeugt und mittels einer Anzeigeeinheit optisch dargestellt werden können. Der Wechsel der Betriebsmodi erfolgt durch ein Umschalten des optischen Sensors, wobei das Umschalten vorzugsweise automatisch durch einen Mikroprozessor erfolgt. Dieses Vorgehensweise ermöglicht es, nachdem mittels des optischen Sensors in dem ersten Betriebsmodus eine Gefahrensituation automatisch detektiert worden ist, in dem zweiten Betriebsmodus eine direkte visuelle Überprüfung vorzunehmen und den automatisch generierten Alarm damit zu verifizieren bzw. zu falsifizieren. Dieser letzte Schritt wird vorzugsweise durch den Piloten durch direkte Betrachtung der in dem zweiten Betriebsmodus auf die Anzeigeeinheit übertragenden Bilder vorgenommen.
Der erste Betriebsmodus kann auch als Differenzbild-Modus und der zweite Betriebsmodus als Echtzeitbild-Modus oder Normalbild-Modus bezeichnet werden. In dem Echtzeitbild-Modus erfasst der optische Sensor vorzugsweise aktuelle Bilder von dem zu überwachenden Messraum. Beispielsweise werden Bilder von Installationen innerhalb einer elektrischen Einrichtung oder eines Frachtraumes, das heißt eine Vielzahl von Informationen erfasst, die zunächst nicht relevant sind. Vorzugsweise sind in dem Messraum keine sich bewegenden Teile oder Objekte vorhanden, so dass die erfassten Bilder identisch sind. Eine Differenz aufeinanderfolgender Bilder auf einer Pixelbasis ergibt „Null”-Bilder, dass heißt schwarze Bilder. Somit wird ein Alarm dann ausgelöst, wenn in dem Messraum eine Änderung der Umgebungseinflüsse passiert ist, wie beispielsweise Rauchbildung oder Lichtemission. Da Rauch oder Flammen über die Zeit variieren, ergibt die Auswertung der erfassten Bilder Differenzbilder mit Differenzbildweiten, die bei Überschreitung eines Grenzwertes einen Alarm auslösen. Sobald ein solcher Alarm ausgelöst wurde, wird der optische Sensor in den Echtzeitbild-Modus umgeschaltet. Anhand der optischen Darstellung der erfassten Bilder, vorzugsweise auf einem Monitor, kann dann eine visuelle Überprüfung stattfinden, ob tatsächlich eine Gefahrensituation oder ein Fehlalarm vorliegt. Auf diese Weise kann mit dem optischen Sensor zugleich der Messraum auf eine Gefahrensituation überwacht und die detektierte potenzielle Gefahrensituation auf einen Fehlalarm hin überprüft werden.
Vorteilhafterweise wird für den optischen Sensor eine Kamera beziehungsweise ein Kameramodul verwendet. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von optischen Sensoren eingesetzt. Die von dem optischen Sensor erfassten Bilder ermöglichen es Bilddaten zu generieren, wobei insbesondere Pixeldaten, wie Helligkeitswerte und/oder Graustufenwerte, ermittelt werden. Ferner kann eine Zeiterfassungseinheit bzw. Taktgeber vorgegeben sein, so dass die aufeinanderfolgenden Bilder in bestimmten Zeitintervallen aufgenommen werden. All diese ermittelten Daten können dann in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Beispielsweise können als Bilder Halbbilder verwendet werden und die Bilddaten dieser Halbbilder, insbesondere die Graustufenwerte, in einem Analog-/Digital-Wandler digitalisiert und in einer Bildspeichereinheit gespeichert werden. Von dem direkt danach oder später erfassten Halbbild werden wiederum Bilddaten digitalisiert und auf einer Pixelbasis basierend von dem ersten Halbbild durch Differenzbildung verglichen beziehungsweise ausgewertet. Als Ergebnis wird ein erstes Differenzbild erhalten. Dieses oder ein zu einem anderen Zeitpunkt ermitteltes Differenzbild kann in einem Digital-/Analog-Wandler verarbeitet und als Videosignal verarbeitet werden, das dann mittels einer Anzeigeeinheit, insbesondere einem Videomonitor, dargestellt werden kann. Mittels einer Umschalteinrichtung kann zwischen dem Differenzbild-Modus und dem Echtzeitbild-Modus umgeschaltet werden. In dem Differenzbild-Modus können die Differenzbilder und die daraus gewonnenen Daten überwacht werden, beispielsweise indem die Graustufenwerte zu einem Ist-Wert aufsummiert werden und dieser Ist-Wert mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Für den Fall, dass der Ist-Wert größer als der Grenzwert ist, kann ein Alarm ausgelöst werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum erfasst und die Echtzeitbilder mittels der Anzeigeeinheit optisch dargestellt. Auf diese Weise kann eine Person, insbesondere der Pilot eines Flugzeugs, eine visuelle Überprüfung vornehmen, ob der ausgelöste Alarm einen Fehlalarm darstellt oder ob tatsächlich eine Gefahrensituation vorliegt.
Für den Fall, dass ein dunkler oder wenig beleuchteter Messraum überwacht wird, wird vorteilhafterweise der Messraum in dem zweiten Betriebsmodus beleuchtet. Dadurch kann der Messraum in dem zweiten Betriebsmodus besser visuell überpüft werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vor, während oder nach dem Umschalten des optischen Sensors in den zweiten Betriebsmodus ein Alarm, insbesondere ein optischer und/oder akustischer Alarm, ausgelöst. Auf diese Weise kann die für eine visuelle Überwachung vorgesehene Person darauf hingewiesen werden, dass eine visuelle Überprüfung erforderlich ist.
Vorteilhafterweise werden Bilddaten bestimmter Bildbereiche verglichen und/oder als Bilder Halbbilder ermittelt. Auf diese Weise kann das zu überprüfende Datenvolumen und die hierfür erforderliche Zeit verkürzt werden. Als Bilddaten werden vorzugsweise Pixeldaten, insbesondere Helligkeits- und/oder Graustufenwerte, ermittelt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zur Bildauswertung Bilddaten verschiedener Bilder mit einem Differenzbildverfahren verglichen, bei dem Differenzen zwischen verschiedenen, insbesondere aufeinanderfolgenden, Bildern und deren Bilddaten gebildet werden, um mittels jeweils zweier Bilder ein Differenzbild zu ermitteln. Vorteilhafterweise werden aufeinanderfolgende Bilder verwendet. Es können aber auch zeitlich weiter auseinander liegende Bilder voneinander abgezogen werden.
Vorteilhafterweise werden die Bilddaten, insbesondere die Graustufenwerte, der Differenzbilder aufsummiert und der Summenwert mit dem Grenzwert verglichen. Bei Überschreiten des Grenzwertes kann ein Alarm ausgelöst werden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Bilddaten mittels eines Analog-/Digital-Wandlers digitalisiert und in einer Bildspeichereinheit gespeichert. Weiterhin können die Differenzbilddaten mittels eines Digital-/Analog-Wandlers in ein Videosignal umgewandelt werden. Dieses Videosignal kann dann in dem zweiten Betriebsmodus mittels der Anzeigeeinheit dargestellt werden.
Um die Fehlalarmrate weiter zu reduzieren, kann es in einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass bei einem Vergleich der Bilddaten eine Überprüfung auf Störeinflüsse, insbesondere Bewegungen von Objekten oder Personen, erfolgt. Auf diese Weise können Störeinflüsse erfasst und erkannt werden und sodann nicht als Gefahrensituation bewertet werden. Vorteilhafterweise werden zur Überprüfung auf Störeinflüsse von den Bilddaten der Differenzbilder Differenzen gebildet. Ferner kann die Überprüfung auf Störeinflüsse mittels einer Frequenzanalyse, insbesondere mittels Fourier-Transformations-Verfahren und/oder Tiefpassfilterungsverfahren, erfolgen. Auf diese Weise lässt sich der störende Einfluss von Artifakten gut vermeiden.
Die Erfindung besteht weiterhin in einem Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, welches in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein optischer Sensor eingerichtet ist, um Bilder eines zu überwachenden Messraumes aufzunehmen, und die Auswerteeinheit aus den Bildern Bilddaten generiert und diese auf eine Gefahrensituation hin auswertet und wobei in dem zweiten Betriebsmodus der optische Sensor eingerichtet ist, um Bilder des Messraumes aufzunehmen und mittels einer Anzeigeeinrichtung optisch darzustellen, wobei eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, um das Detektorsystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt zu schalten.
Dieses Detektorsystem macht sich die oben zu dem Verfahren genannten Vorteile zu Nutze.
Das Detektorsystem kann für zahlreiche Detektoreinrichtungen eingesetzt werden, so dass ein verschiedene Gefahrensituation erkennendes System geschaffen wird. So können Gassensoren, IR- und/oder UV-Detektoren, Wärmesensoren und/oder Streulichtsensoren oder Ähnliches in das Detektorsystem integriert werden. Auf diese Weise wird ein Multikriterien-Detektorsystem geschaffen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der optische Sensor eingerichtet, um in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum zu erfassen. Vorteilhafterweise ist eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Messraumes in dem zweiten Betriebsmodus vorgesehen. Ferner kann ein Analog-/Digital-Wandler zur Digitalisierung der Bilddaten und/oder ein Digital-/Analog-Wandler zur Umwandlung der Bilddaten in ein Videosignal vorgesehen sein. Des Weiteren kann eine Zeiterfassungseinheit bzw. Taktgeber zur Bestimmung des Zeitpunkts der Aufnahme der Bilder und des dazwischenliegenden Zeitintervalls vorgesehen sein.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann wenigstens eines der nachfolgend genannten Merkmale vorgesehen sein:
Eine erste Bildspeichereinheit ist zum Speichern der Bilddaten der von dem optischen Sensor aufgenommenen Bilder vorgesehen. Zum Speichern der Differenzbilddaten ist eine zweite Bildspeichereinheit, die aus einer Differenz von Bilddaten ermittelt sind, vorgesehen. Es ist eine erste Bilddifferenzeinheit vorgesehen, mittels der Differenzen der Bilddaten ermittelt werden. Eine zweite Bilddifferenzeinheit, mittels der Differenzen der Differenzbilddaten ermittelt werden, ist vorhanden. Schließlich kann eine erste Bilddatenauswerteeinheit vorgesehen sein, die die Bilddaten der Bilder aufsummiert und den Summenwert mit einem Grenzwert vergleicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Detektors mit einem optischen Sensor und einem Messraum;
2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, und
3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Detektion von Rauch und/oder Flammen.
1 zeigt einen Detektor für das weiter unten beschriebene Verfahren und System zur Detektion von Rauch und/oder Flammen. Der Detektor umfasst einen optischen Sensor 10, zwei Lichtquellen 20 und einen Messraum 30, in welchem Installationen 32, beispielsweise Elektroinstallationen, vorhanden sind. Es kann auch nur eine Lichtquelle 20 vorgesehen sein. Bei dem Messraum 30 handelt es sich vorliegend um einen Bereich in einem Flugzeug. Bei dem optischen Sensor 10 handelt es sich vorzugsweise um ein Kameramodul, das eingerichtet ist um in den zwei nachfolgend genauer erläuterten Betriebsmodi arbeiten zu können.
In einem ersten Betriebsmodus arbeitet der optische Sensor 10 mit dem photoelektrischen Effekt und dem Streulichtverfahren. Bei dem Streulichtverfahren werden die von den Lichtquellen 20 ausgestrahlten Lichtstrahlen für den Fall, dass keine Rauchpartikel in der Luft vorhanden sind, nicht durch die Luft reflektiert. In diesem Zustand wird der optische Sensor 10 Bilder von dem Messraum 30 mit den Installationen 32 aufnehmen, wobei aufeinanderfolgende Bilder identisch sind. Eine Differenz zweier Bilder ergibt somit ein „Null”-Bild. Sobald Rauchpartikel 34 in dem Messraum 30 vorhanden sind, werden die auf die Rauchpartikel 34 auftreffenden Lichtstrahlen an den Rauchpartikeln gestreut und teilweise derart reflektiert, dass Lichtstrahlen auf den lichtempfindlichen Sensor 10 auftreffen (siehe 1).
Somit werden mit dem optischen Sensor 10 verschiedene Bilder im normalen Zustand und in einer potenziellen Gefahrensituation erfasst. Von diesen erfassten Bildern werden durch Umwandlung in elektrische Signale Bilddaten generiert, die dann mittels einer weiter unten erläutertenden Auswerteeinheit 50 ausgewertet werden können. Eine Differenz eines Bildes des Normalzustandes und eines Bildes einer potenziellen Gefahrensituation ermöglicht einen Vergleich, beispielsweise durch Bildung eines Differenzbildes, wodurch dann die ermittelten Differenzdaten mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden können. Wenn der ermittelte Differenzwert den Grenzwert überschreitet, wird eine potentielle Gefahrensituation detektiert und der optische Sensor 10 in einen zweiten Betriebsmodus umgeschaltet.
In dem zweiten Betriebsmodus, der auch als Echtzeitbild-Modus bezeichnet werden kann, werden mittels des optischen Sensors 10 Bilder des zu überwachenden Messraumes 30 erfasst. In diesem Echtzeitbild-Modus arbeitet der optische Sensor 10 als Kameramodul beziehungsweise Bildsensor. Der Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus (und umgekehrt) erfolgt durch ein automatisches Umschalten des optischen Sensors 10 mittels eines Mikroprozessors 40. Sodann können in dem zweiten Betriebsmodus die erfassten Bilder mittels einer Anzeigeeinrichtung 60, wie beispielsweise einem Monitor, optisch dargestellt werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, nachdem mittels des optischen Sensors 10 in dem ersten Betriebsmodus eine Gefahrensituation detektiert worden ist, dass dann in dem zweiten Betriebsmodus eine Überprüfung vorgenommen werden kann, ob tatsächlich eine Gefahrensituation vorhanden ist oder ob es sich um einen Fehlalarm handelt. Diese Überprüfung kann visuell, beispielsweise durch den Piloten, mittels einer Betrachtung der in dem zweiten Betriebsmodus auf die Anzeigeeinrichtung 60 übertragenen Bilder erfolgen.
Beispielsweise werden zwei Bilder zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasst, die zugehörigen Bilddaten digitalisiert und zur Auswertung mittels mathematischer Operationen an die Auswerteeinheit 50 übermittelt. Ein erstes Bild kann beispielsweise lediglich den Hintergrund bei normalem Tageslicht mit den Installationen 32 im Hintergrund darstellen. Bei dem zweiten Bild kann beispielsweise eine Flamme eines beginnenden Brandes in dem Messraum 30 vorhanden sein. Die beiden Bilder stellen alphanummerische Informationen zur Verfügung und sind mit einem Zeitstempel versehen. Die beiden Bilder können in Form von Matrizen M1 und M2, dass heißt in Form von Zahlenwerten, die den Helligkeitswert oder den Graustufenwert in jedem Pixel wiedergeben, dargestellt werden. Aus den beiden Matrizen M1 und M2 kann dann eine Differenz M3 = M1 – M2 gebildet werden. Diese Differenzbilddaten stellen ein sogenanntes Differenzbild dar. Jeder Pixelwert wird durch eine natürliche Zahl in dem Bereich von 0 bis 255 erfasst. Nach der Differenzbildung können negative Zahlen zustande kommen, welche dann durch Addieren des Wertes 255 bearbeitet werden. Um die Fehlerquote gering zu halten, kann eine verbesserte Differenzmatrix M4 gebildet werden, bei der von jedem Pixelwert der Matrix M3 der quadratische Mittelwert jedes Pixelwertes gebildet wird. Auf diese Weise können die bei der Differenz von M1 und M2 gewonnenen relevanten Werte M3 besser unterscheidbar von den übrigen nicht relevanten Werten gemacht werden. Nachfolgend sind die zugehörigen mathematischen Operationen dargestellt:
Um die mittels der quadratischen Mittelwertbildung offengelegten Unterschiede zu verstärken, können die beiden nachfolgenden Matrixoperationen M5 und M6 durchgeführt werden:
Bei der ersten Operation (M5) handelt es sich um eine Grenzwertfilterung jedes Matrixelementes. Bei dieser Grenzwertfilterung wird die Helligkeit des Pixelwertes mit der geringsten Helligkeit auf Null gesetzt und die Helligkeitswerte der übrigen Pixelwerte oberhalb des Grenzwertes bleiben unberührt.
Bei der zweiten Operation (M6) wird die Helligkeit der über dem Grenzwert liegenden Pixelwerte auf ihr jeweiliges Maximum, dass heißt den Wert 255, gesetzt. Die Unterschiede in den Bilddaten der beiden Bilder werden dann durch sehr helle Pixel dargestellt, wohingegen die übrigen Pixel Schwarz erscheinen und für die nicht-relevante Hintergrundinformation, dass heißt die Installationen 32, stehen.
Anschließend kann das Ausmaß, in welchem die beiden Bilder sich unterscheiden dadurch quantifiziert werden, indem die Zahl der hellen Pixel gezählt wird und durch die Gesamtanzahl der Pixel geteilt wird. Auf diese Weise wird die Bildinformation des Differenzbildes auf einen Differenzwert S6 transformiert:
2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Detektion von Rauch und/oder Flammen. Mittels eines optischen Sensors 10, insbesondere in Form eines Kameramoduls, werden Bilder des zu überwachenden Messraumes 30 in einem ersten Betriebsmodus erfasst und durch Umwandlung in elektrische Signale Bilddaten der einzelnen Bilder generiert.
Hierzu ist eine Zeiterfassungseinheit 110, eine Adressverwaltungseinheit 120, eine erste Bildspeichereinheit 130, eine erste Bilddifferenzeinheit 140, eine erste Bilddatenauswerteeinheit 150 und ein Grenzwertvergleicher 160 als eine Auswerteeinheit 50 vorgesehen. Neben dieser Auswerteeinheit 50 ist ferner ein Mikrocontroller 40, eine Anzeigeeinrichtung 60, ein Analog-/Digital-Wandler 80, ein Digital-/Analog-Wandler 90 und eine Umschalteinrichtung 70 vorhanden.
Mittels des Analog-/Digital-Wandlers 80 werden die von dem optischen Sensor 10 erfassten Bilddaten in elektrische Signale und somit in Bilddaten umgewandelt, wobei die Zeiterfassungseinheit 110 die Zeitpunkte, in welchem die Bilder aufgenommen werden, und das jeweils dazwischenliegende Zeitintervall erfasst. Die Adressverwaltungseinheit 120 generiert Adressen zur weiteren Verwendung für spätere Signale und um jedes erfasste Bild genau bezeichnen zu können. Als Bilddaten werden vorzugsweise die Graustufenwerte herangezogen. Ferner können als Bilder Halbbilder verwendet werden. Die erfassten Bilder werden in der ersten Bildspeichereinheit 130 gespeichert.
Mittels der ersten Bilddifferenzeinheit 140 werden die Bilddaten aufeinanderfolgend erfasster Bilder durch Differenzbildung voneinander subtrahiert. Auf diese Weise wird aus jeweils zwei erfassten Bildern (beispielsweise oben genannte Matrizen M1 und M2) ein Differenzbild gebildet. Beispielsweise wird die oben erläuterte Matrix M3 ermittelt. Ferner können die Werte M4, M5 und/oder M6 mittels der Bilddifferenzeinheit 140 oder einer anderen Einheit der Auswerteeinheit 50, beispielsweise der ersten Bilddatenauswerteeinheit, ermittelt werden. Darauf basierend wird dann mittels der Bilddatenauswerteeinheit 150 eine Integration der Graustufenwerte zur Ermittlung des Ist-Wertes S6 (siehe oben) durchgeführt. Anschließend kann der ermittelte Ist-Wert S6 mit einem vorgegebenen Grenzwert mittels des Grenzwertvergleichers 160 ermittelt werden. Falls der Grenzwert überschritten ist, wird ein Signal an den Mikrocontroller 40 abgegeben, der einen Alarm auslöst.
Zusätzlich zu der Auslösung eines Alarmes, beispielsweise eines akustischen und/oder optischen Alarmes, gibt der Mikrocontroller 40 ein Umschaltsignal an die Umschalteinrichtung 70 ab, wodurch der optische Sensor 10 in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird. In diesem zweiten Betriebsmodus, der oben auch als Echtzeitbild-Modus bezeichnet ist, werden Bilder des Messraumes 30 mittels des optischen Sensors 10 erfasst. Durch Übermittlung der Bilder in dem zweiten Betriebsmodus an die Anzeigeeinrichtung 60 können die Bilder optisch dargestellt werden und so auf einfache Weise durch einen Piloten oder eine andere Person überprüft werden. In dem zweiten Betriebsmodus werden vorzugsweise die ermittelten Differenzbilder optisch dargestellt. Hierzu werden die mittels des Analog-/Digital-Wandlers 80 und der Bilddifferenzeinheit 140 ermittelten Differenzbilddaten mittels des Digital-/Analog-Wandlers 90 in ein Videosignal umgewandelt, dass dann mittels der Anzeigeeinrichtung 60 optisch dargestellt wird.
Bei dem in 3 gezeigten Blockschaltbild für eine zweite Ausführungsform ist zusätzlich zu der ersten Ausführungsform gemäß 2 eine zweite Bildspeichereinheit 132, eine zweite Bilddifferenzeinheit 142 und eine zweite Bilddatenauswerteeinheit 152 vorgesehen. Die übrigen Bestandteile des Blockschaltbildes gemäß 3 entsprechen denjenigen der 2, so dass diesbezüglich auf obige Ausführungen verwiesen werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform werden die erfassten Bilder zusätzlich in der zweiten Bildspeichereinheit 132 zur späteren weiteren Verwendung der Differenzbilder „zweiter Stufe” gespeichert. Insbesondere dienen die genannten zweiten Einheiten 132, 142 und 152 dazu, die Bilddaten auf Störeinflüsse, insbesondere Bewegungen und Artifakte zu überprüfen. Auf diese Weise können Artifakte eliminiert oder reduziert werden. Derartige Artifakte können von Erschütterungen des optischen Sensors 10 oder des zu überwachenden Messraumes 30 herrühren. Weiterhin können die Differenzbilder „zweiter Stufe” vergleichsweise langsame Veränderungen, wie sich bewegender Rauch oder Staub, von schnelleren Veränderungen, wie beispielsweise Flammen, differenziert werden. Die in der zweiten Bildspeichereinheit 132 gespeicherten Differenzbilder können mittels der zweiten Bilddifferenzeinheit 142 durch Differenzbildung miteinander verglichen werden und mittels der zweiten Bilddatenauswerteeinheit 152 ausgewertet werden. Die Einheiten 132, 142 und 152 haben somit die Funktionen der Einheiten 130, 140 und 150 und arbeiten die gleichen Verfahrensschritte ab, jedoch nicht bezüglich der Einzelbilder an sich, sondern bezüglich der bereits aus jeweils zwei Einzelbildern gewonnenen Differenzbilder. Anders ausgedrückt dienen die Einheiten 132, 142 und 152 also zur Verarbeitung der Differenzbilder. Vorzugsweise werden mittels der Einheiten 132, 142 und 152 die entsprechenden mathematischen Operationen wie oben zu den Einheiten 130, 140 und 150 erläutert durchgeführt.
Schließlich ist der Mikrocontroller 40 eingerichtet, um mit allen genannten Einheiten direkt oder indirekt und auch mit anderen Bestandteilen der in einem Flugzeug vorhandenen Kommunikationsinfrastruktur zu kommunizieren. Beispielsweise kann der Mikrocontroller 40 den Grenzwert aus bereits ermittelten Werten berechnen und/oder aktualisieren.
Bezugszeichenliste

10: optischer Sensor
20: Lichtquelle
30: Messraum
32: Installationen
34: Rauchpartikel
40: Mikrokontroller
50: Auswerteeinheit
60: Anzeigeinrichtung
70: Umschalteinrichtung
80: Analog-/Digital-Wandler
90: Digital-/Analog-Wandler
110: Zeiterfassungseinheit
120: Adressverwaltungseinheit
130: erste Bildspeichereinheit
132: zweite Bildspeichereinheit
140: erste Bilddifferenzeinheit
142: zweite Bilddifferenzeinheit
150: erste Bilddatenauswerteeinheit
152: zweite Bilddatenauswerteeinheit
160: Grenzwertvergleicher

Claims

Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen mit folgenden Verfahrensschritten: – Erfassen von Bildern eines zu überwachenden Messraumes (30) durch wenigstens einem optischen Sensor (10) in einem ersten Betriebsmodus und Generieren von Bilddaten, – Auswerten der Bilddaten verschiedener Bilder, – Umschalten des optischen Sensors (10) in einen zweiten Betriebsmodus, falls durch das Auswerten der Bilddaten eine Gefahrensituation detektiert wird, – Erfassen von Bildern des Messraumes (30) durch den optischen Sensor (10) in dem zweiten Betriebsmodus und – Optische Darstellung der Bilder mittels einer Anzeigeeinrichtung (60).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum (30) erfasst werden und die Echtzeitbilder mittels der Anzeigeeinrichtung (60) optisch dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum (30) in dem zweiten Betriebsmodus beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach dem Umschalten des optischen Sensors (10) in den zweiten Betriebsmodus ein Alarm, insbesondere ein optischer und/oder akustischer Alarm, ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bilddaten bestimmter Bildbereiche verglichen und/oder als Bilder Halbbilder ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bilddaten Pixeldaten, insbesondere Helligkeits- und/oder Graustufenwerte, ermittelt werden und mit einem Grenzwert verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auswerten Bilddaten verschiedener Bilder mit einem Differenzbildverfahren verglichen werden, bei dem Differenzen zwischen verschiedenen, insbesondere aufeinanderfolgenden, Bildern und deren Bilddaten gebildet werden, um mittels jeweils zweier Bilder ein Differenzbild zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten, insbesondere die Graustufenwerte, der Differenzbilder aufsummiert werden und der Summenwert mit dem Grenzwert verglichen und bei Überschreiten des Grenzwertes ein Alarm ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten mittels eines Analog-/Digital-Wandlers (80) digitalisiert und in einer Bildspeichereinheit (130) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzbilddaten mittels eines Digital-/Analog-Wandlers (90) in ein Videosignal umgewandelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Videosignal in dem zweiten Betriebsmodus mittels der Anzeigeeinrichtung (60) dargestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Vergleich der Bilddaten eine Überprüfung auf Störeinflüsse, insbesondere Bewegungen, erfolgt.
Verfahren nach Anspruche 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung auf Störeinflüsse Differenzen von Bilddaten der Differenzbildern gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung auf Störeinflüsse mittels Frequenzanalyse, insbesondere mittels Fourier-Transformations-Verfahren und/oder Tiefpassfilterungsverfahren, erfolgt.
Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, welches in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein optischer Sensor (10) eingerichtet ist, um Bilder eines zu überwachenden Messraumes (30) aufzunehmen, und eine Auswerteeinheit (50) aus den Bildern Bilddaten generiert und diese auf eine Gefahrensituation hin auswertet und wobei in dem zweiten Betriebsmodus der optische Sensor (10) eingerichtet ist, um Bilder des Messraumes (30) aufzunehmen und mittels einer Anzeigeeinrichtung (60) optisch darzustellen, wobei eine Umschalteinrichtung (70) vorgesehen ist, um das Detektorsystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt zu schalten.
Detektorsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (10) eingerichtet ist, um in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum (30) zu erfassen und/oder dass eine Lichtquelle (20) zur Beleuchtung des Messraumes (30) in dem zweiten Betriebsmodus vorgesehen ist und/oder dass ein Analog-/Digital-Wandler (80) zur Digitalisierung der Bilddaten vorgesehen ist und/oder dass eine Zeiterfassungseinheit (110) zur Bestimmung des Zeitpunkts der Aufnahme von Bildern durch den optischen Sensor (10) und des dazwischenliegenden Zeitintervalls vorgesehen ist und/oder dass ein Digital-/Analog-Wandler (90) zur Umwandlung der Bilddaten in ein Videosignal vorgesehen ist.
Detektorsystem nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bildspeichereinheit (130) zum Speichern der Bilddaten der von dem optischen Sensor (10) aufgenommenen Bilder vorgesehen ist und/oder dass eine zweite Bildspeichereinheit (132) zum Speichern der Differenzbilddaten, die aus einer Differenz von Bilddaten ermittelt sind, vorgesehen ist und/oder dass eine erste Bilddifferenzeinheit (140) vorgesehen ist, mittels der Differenzen der Bilddaten ermittelt werden und/oder dass eine zweite Bilddifferenzeinheit (142) vorgesehen ist, mittels der Differenzen der Differenzbilddaten ermittelt werden und/oder dass eine erste Bilddatenauswerteeinheit (150) vorgesehen ist, die die Bilddaten der Bilder aufsummiert und den Summenwert mit einem Grenzwert vergleicht und/oder dass eine zweite Bilddatenauswerteeinheit (152) vorgesehen ist, die die Bilddaten der Differenzbilder aufsummiert und den Summenwert mit einem Grenzwert vergleicht.