EP1548677B1 - Verfahren und Einrichtung zur Branderkennung - Google Patents

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EP1548677B1
EP1548677B1 EP04450236A EP04450236A EP1548677B1 EP 1548677 B1 EP1548677 B1 EP 1548677B1 EP 04450236 A EP04450236 A EP 04450236A EP 04450236 A EP04450236 A EP 04450236A EP 1548677 B1 EP1548677 B1 EP 1548677B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fire
images
alarm
processing
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP04450236A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1548677A1 (de
Inventor
Erich Tentschert
Peter Wolfram
Hubert Schinkinger
Hannes Oberndorfer
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.)
WAGNER AUSTRIA GmbH
Original Assignee
Wagner Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wagner Austria GmbH filed Critical Wagner Austria GmbH
Publication of EP1548677A1 publication Critical patent/EP1548677A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1548677B1 publication Critical patent/EP1548677B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR 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

Definitions

  • the invention relates to a method for fire detection, in particular for the detection of magnesium fires, wherein the danger zone with at least one camera images are recorded with a certain resolution and a certain repetition frequency, the images are processed and resulting in processing values are compared with predefined reference values, and if the reference values are exceeded, an alarm is triggered.
  • the invention further relates to a device for fire detection, in particular for the detection of magnesium fires, with at least one camera for capturing images of the danger zone with a specific resolution and a specific refresh rate, a memory for storing images, a device for processing the images, and a Device for triggering an alarm.
  • Fire detectors which are based on the optical or chemical detection of smoke, have the disadvantage that an alarm triggering or firefighting is possible relatively late. In contrast, fire detectors which detect the resulting flames have a shorter reaction time. However, such fire detectors are not so reliable because on the one hand extraneous light influences trigger false alarms and on the other hand certain flames can not be detected as such.
  • the US 5,937,077 A describes a method for fire detection, wherein images are taken with a camera in the infrared range, and to eliminate error sources only a very narrow infrared wavelength range is further processed by 1140 nm. The images are further processed to identify possible sources of fire and compared with images characteristic of flames and evaluated accordingly. If the rating exceeds a certain threshold, the alarm will be triggered.
  • the US 2002/0030608 A1 describes a device for fire detection, especially in the cargo holds of aircraft, with images taken in the infrared range with cameras. From the analyzed images histograms are created and searched for contiguous areas of pixels with specific brightness values. From certain changes in the histogram and the number of pixels of the contiguous areas can be deduced fire flocks.
  • Another device for detecting smoke or fire in rooms is from the US 2002/0135490 A1 in which an image of the room is recorded and compared with a reference image.
  • a light source for illuminating the room and as electro-optical device, for example, a video camera is used.
  • the images are captured both in gray values and in color.
  • the successive recorded images are compared with each other and when the changes are exceeded above a certain threshold, an alarm signal is generated.
  • the US 2003/0141980 A1 shows a method for detecting smoke and fire, in which digital bids are recorded and compared.
  • the fire detection algorithm filters out movements in the frequency range between 1.25 and 4 Hz and detects the changes that are characteristic of the flickering of a flame.
  • the WO 01/97193 A2 describes a method and apparatus for fire detection of the type specified in which a number of captured images are analyzed over time and the data is fed to a Fourier transform, and a particular frequency range characteristic of the flickering of a flame is analyzed accordingly becomes. In this case, the computational effort and thus the time required for a reliable detection of the flame is relatively high.
  • the WO 01/24131 A2 shows another fire detection algorithm, which is particularly focused on the detection of flames, such as occur in the combustion of gasoline.
  • the temporal course of images is analyzed accordingly, which takes a relatively long time.
  • the shows DE 295 02 831 U1 a fire detection and control system, in which a certain danger area is optically detected and the recorded image is compared with stored images corresponding to fire or smoke.
  • this system is very prone to false alarms.
  • the object of the present invention is therefore to provide an above-mentioned method by which, as quickly and reliably as possible, the fire or its cause, e.g. a spark or an arc can be detected.
  • the effort should be as low as possible, so that a fast response is possible by the required low computing power. Disadvantages of known methods should be avoided or reduced.
  • Another object of the present invention is to provide an above-mentioned device for fire detection, in particular for the detection of magnesium fires or their cause, which is as simple and inexpensive as possible and allows reliable and rapid detection of a fire.
  • the first object according to the invention is achieved by a method mentioned above, wherein the camera captures and stores a background image representing a fire-free situation, furthermore excluding those pixels from further processing in which the pixels of the background image have a predefined brightness value (MaskLevel). Furthermore, to determine a luminance histogram from the current image, the number of pixels are determined as a function of brightness ranges, and the number of pixels in all brightness ranges above a predefined brightness value (VerifyLevel), which can be put on fire, are summed. and finally the Alarm is triggered if this sum exceeds the predefined reference value (FireLevel).
  • the method according to the invention is characterized in that areas are detected by detecting the background image in a fire-free state, which due to their brightness could trigger false alarms and be excluded from further processing. These areas may be, for example, light sources within the danger area covered by the camera, reflections or the like. Due to the relatively simple evaluation of the pixels of the current image in the form of a luminance histogram and the counting of those pixels which exceed a predefined brightness value, and finally the comparison with a predefined reference value, a relatively low processing effort is involved, so that a rapid detection of a Fire, especially magnesium fire, already in the state of formation, ie in the formation of a spark or arc, is possible. Previous methods usually process a series of recorded images and therefore have a corresponding delay of the reaction.
  • images are recorded with the camera in the infrared range, preferably in the wavelength range below 850 nm.
  • the filtering of the visible light with a wavelength above 850 nm can be carried out with corresponding optical filters, which are connected upstream of the camera, or also by means of electronic filters, which are tuned to the selected frequency range.
  • additional areas can be defined within the captured image and hidden mechanically or electronically. In this way, predefined regions of the danger zone can be excluded from the fire detection, so that the probability of false alarms can be further reduced.
  • a background image representing a fire-free situation is recorded and stored at cyclic intervals. This can take into account changing situations. The frequency of recording and storing such background images must be adapted to the respective circumstances.
  • the amount of the excess of the stored reference value is detected and the alarm is carried out as a function of this level.
  • a gradation of the alarm depending on the number of those pixels with a brightness value above the defined brightness value, which can be close to fire, take place. For example, in the case of a particularly high number of pixels, which are highly likely to indicate the occurrence of a fire, the fire brigade of a corresponding point in the factory will be notified immediately or even a suitable extinguishing system will be activated automatically, whereas if the reference value is slightly exceeded, only an advance warning will be given can be done.
  • the refresh rate is at least 10 Hz in order to achieve a quick reaction to any flame or sparking.
  • an extinguishing device can be activated substantially simultaneously with or shortly after the alarm.
  • the alarm is triggered when, in addition to or in addition to the above-mentioned alerting, at least one further fire detection device, for example a smoke detection device, emits an alarm signal.
  • at least one further fire detection device for example a smoke detection device
  • multiple fire alarm procedures can be combined with each other and their alarm signals linked accordingly, for example, logically “AND” or “OR” linked.
  • the resulting values of multiple cameras can be linked together and the alarm triggered depending on the values of all the cameras.
  • an alarm can already take place when the sum of the number of pixels in a camera exceeds a predefined reference value in all brightness ranges above a predefined brightness value, or if all of these cameras fulfill this condition.
  • the second object according to the invention is achieved by an above-mentioned device for detecting fires, in particular for detecting magnesium fires, the memory being designed to store a background image representing a fireless situation, and the device for processing the images to identify those pixels of the background image which a predetermined brightness value, is formed, and further means for excluding these pixels of the current images of the processing is provided.
  • a device for detecting fires in particular for detecting magnesium fires
  • the memory being designed to store a background image representing a fireless situation
  • Such a device is characterized by a relatively simple construction and allows a rapid detection of a fire, especially magnesium fire, already during the formation of sparks or arcs.
  • the at least one camera can be wirelessly connected to the processing device. This increases flexibility and possibly also safety.
  • screens can be provided to hide certain areas of the danger area covered by the camera, which can be designed in different ways.
  • the at least one camera is assigned an infrared filter, which preferably transmits the wavelength range ⁇ 850 nm.
  • the means for processing the images and the means for excluding the pixels of the current images from the processing are preferably constituted by a computer.
  • the computer may be formed by a computer, a microprocessor or a microcontroller.
  • a device for logging the time profile of the processed images is provided according to a further feature of the invention. Logging can be done on a disk or on paper.
  • a plurality of cameras are provided, all of which are connected to the processing device are connected so that the alarm is triggered depending on the images of all cameras.
  • a logical "AND" connection of all camera signals can take place, so that an alarm is triggered only when all cameras detect images that indicate a fire.
  • a logical "OR” connection of the camera signals may take place, so that the alarm is already triggered when a camera already delivers a signal that indicates fire.
  • weightings of the individual camera signals can be made, which are adapted to the particular circumstances.
  • a further fire detection device for example an aspiratory fire detection device may be provided, which is connected to the processing device, so that the alarm can also be triggered as a function of the at least one further fire detection device.
  • the signals of a plurality of fire detection devices can be linked.
  • At least one deletion device is provided, which is connected to the device for triggering the alarm.
  • the extinguishing device can be activated substantially at the same time or shortly after the triggering of an alarm, and the fire can be extinguished shortly after its creation.
  • Fig. 1 1 shows a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention for fire detection, in particular for the detection of magnesium fires, wherein with at least one camera 1 images of a region of interest, in which a fire may arise can be recorded.
  • a processing machine 10 which processes a workpiece 11, in particular a workpiece made of magnesium or a magnesium alloy.
  • step 100 the signal of each camera 1 is stored and, according to block 101, luminance histograms are created.
  • block 102 is used to quantify the number of pixels which can be indicative of fire and exceed a predefined reference value n R , and depending on this, issue a corresponding alarm.
  • n R If the number of pixels is below the reference value n R , no message is given in block 103, if the number of pixels is in a high range above the reference value n R , according to block 104, for example, an automatic alerting of the fire brigade or the automatic activation of a deletion device. If the number of pixels which are above the predefined reference value n R lies in a middle range, then, for example, according to block 105, only a local alarm or pre-alarm occurs, so that corresponding steps can be set on-site. In addition, logging of the logging may occur according to block 106.
  • Fig. 2 shows an example of a background image in which certain pixels that exceed a predefined brightness value (MaskLevel) are identified and excluded from further processing (hatched).
  • a predefined brightness value MoskLevel
  • individual points in the background image which have a particularly high brightness and thus could simulate the presence of a flame or a spark, can be excluded from further processing and thus the risk of a false message can be minimized.
  • Fig. 3 shows an example of a luminance histogram (see block 101 in FIG Fig. 1 ) of a current image, where the brightness is divided from 0% (black) to 100% (white) into individual areas. In the example shown, the areas are divided into 5% sections of the brightness. In practice, a much finer subdivision will take place.
  • the luminance histogram now shows the number of pixels depending on the respective brightness range.
  • the fire detection method according to the invention now selects all values of the luminance histogram which exceed a defined brightness value (VerifyLevel). L V are, for example, 75%, and could indicate fire. Now a quantification takes place (see block 102 in Fig.
  • FIG. 4 a block diagram of an embodiment of the inventive device for fire detection with at least one camera 1, which is connected to a device 2 for processing the images.
  • This connection between the at least one camera 1 and the processing device 2 can also be wireless.
  • the memory 3 is designed for storing a background image representing a fire-free situation, and the device 2 for processing the images for recognizing those pixels of the background image which exceed a predefined brightness value, and means for excluding these pixels of the current images from the Processing provided.
  • apertures 5 for masking certain areas and filters 6, for example an infrared filter, may be arranged upstream of each camera 1.
  • a device 7 for logging the time course of the processed images may also be provided.
  • the memory 3 or a separate memory also contains the brightness values (mask level) predefined before activation of the device, the predefined brightness values (VerifyLevel L V ), which can be based on fire, and the predefined reference values (Fire level n R ) stored. These reference values are determined and saved individually before activation.
  • the signals of all cameras 1 are supplied to the processing device 2. After quantification, a corresponding signaling is sent to the device 4 for triggering an alarm. According to arrow VA only a pre-alarm, according to arrow A is a normal alarm.
  • At least one further fire detection device 8 for example a smoke detection device, may be provided, which is also connected to the device 4 for triggering an alarm.
  • a further fire detection device 8 for example a smoke detection device, may be provided, which is also connected to the device 4 for triggering an alarm.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden, wobei vom Gefahrenbereich mit zumindest einer Kamera Bilder mit einer bestimmten Auflösung und einer bestimmten Wiederholfrequenz aufgenommen werden, die Bilder verarbeitet werden und bei der Verarbeitung resultierende Werte mit vordefinierten Referenzwerten verglichen werden, und bei Überschreitung der Referenzwerte ein Alarm ausgelöst wird.
  • Die Erfindung betrifft weiters eine Einrichtung zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden, mit zumindest einer Kamera zur Aufnahme von Bildern vom Gefahrenbereich mit einer bestimmten Auflösung und einer bestimmten Wiederholfrequenz, einem Speicher zum Speichern von Bildern, einer Einrichtung zur Verarbeitung der Bilder, und einer Einrichtung zur Auslösung eines Alarms.
  • Zur Branderkennung sind verschiedene Systeme bekannt, welche meist auf der optischen Erfassung des bei einem Brand entstehenden Rauchs oder der durch das Feuer hervorgerufenen Lichtstrahlung basiert. Brandmelder, welche auf der optischen oder chemischen Detektion von Rauch beruhen, haben den Nachteil, dass eine Alarmauslösung bzw. Brandbekämpfung erst relativ spät möglich wird. Demgegenüber weisen Brandmelder, welche die entstehenden Flammen detektieren, eine kürzere Reaktionszeit auf. Allerdings sind derartige Brandmelder nicht so zuverlässig, da einerseits Fremdlichteinflüsse Fehlalarme auslösen und andererseits bestimmte Flammen nicht als solche detektiert werden können.
  • Die US 5 937 077 A beschreibt ein Verfahren zur Branderkennung, wobei mit einer Kamera Bilder im Infrarotbereich aufgenommen werden, und zur Ausschaltung von Fehlerquellen nur ein sehr schmaler Infrarotwellenlängenbereich um 1140 nm weiter verarbeitet wird. Die Bilder werden zur Erkennung möglicher Brandherde weiter verarbeitet und mit für Flammen charakteristischen Bildern verglichen und entsprechend bewertet. Wenn die Bewertung einen gewissen Schwellwert überschreitet, erfolgt die Auslösung eines Alarmes.
  • Die US 2002/0030608 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Branderkennung, insbesondere in Frachträumen von Flugzeugen, wobei mit Kameras Bilder im Infrarotbereich aufgenommen werden. Von den analysierten Bildern werden Histogramme erstellt und nach zusammenhängenden Bereichen von Pixeln mit bestimmten Helligkeitswerten gesucht. Aus bestimmten Veränderungen des Histogramms und der Anzahl der Pixel der zusammenhängenden Bereiche kann auf Feuerherde rückgeschlossen werden.
  • Eine weitere Vorrichtung zur Detektion von Rauch oder Feuer in Räumen ist aus der US 2002/0135490 A1 bekannt, wobei ein Bild des Raumes aufgenommen und mit einem Referenzbild verglichen wird. Dabei wird eine Lichtquelle zum Ausleuchten des Raumes und als elektrooptische Einrichtung beispielsweise eine Videokamera eingesetzt. Die Bilder werden sowohl in Grauwerten als auch farbig erfasst. Die aufeinanderfolgend aufgenommen Bilder werden miteinander verglichen und bei Überschreitung der Änderungen über einen bestimmten Schwellenwert ein Alarmsignal erzeugt.
  • Die US 2003/0141980 A1 zeigt ein Verfahren zur Detektion von Rauch und Feuer, bei dem Digitalbider aufgenommen und miteinander verglichen werden. Für die Rauch- und Feuererkennung sind zwei unterschiedliche Algorithmen vorgesehen. Der Algorithmus zur Detektion von Feuer filtert Bewegungen im Frequenzbereich zwischen 1,25 und 4 Hz heraus und detektiert die für das Flackern einer Flamme charakteristischen Veränderungen.
  • Die WO 01/97193 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Branderkennung der angegebenen Art, bei dem eine Anzahl von aufgenommenen Bildern im zeitlichen Verlauf analysiert wird und die Daten einer Fourier-Transformation zugeführt werden, und ein bestimmter Frequenzbereich, der für das Flackern einer Flamme charakteristisch ist, entsprechend analysiert wird. Dabei ist der Rechenaufwand und somit die erforderliche Zeit für eine zuverlässige Erfassung der Flamme relativ hoch.
  • Die WO 01/24131 A2 zeigt einen weiteren Branderkennungsalgorithmus, der insbesondere auf die Erkennung von Flammen, wie sie bei der Verbrennung von Benzin auftreten, abgestellt ist. Auch dabei werden zeitliche Verläufe von Bildern entsprechend analysiert, wofür relativ viel Zeit benötigt wird.
  • Schließlich zeigt die DE 295 02 831 U1 ein Feuermelde- und Bekämpfungssystem, bei dem ein bestimmter Gefahrenbereich optisch erfasst wird und das aufgenommene Bild mit gespeicherten Bildern, welche Feuer oder Rauch entsprechen, verglichen wird. Dieses System ist jedoch sehr anfällig auf Fehlalarme.
  • Die bekannten Branderkennungsverfahren und Einrichtungen weisen daher eine relativ hohe Fehlerwahrscheinlichkeit und eine relativ hohe Reaktionszeit auf. Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen kann es durch die leicht entzündlichen Späne und Stäube zu besonders gefährlichen Explosionen und Bränden kommen. Dies ist einer der Hauptgründe, dass Magnesium trotz der besseren Eigenschaften zu Aluminium, wie dem leichteren Gewicht, der besseren Korrosionsbeständigkeit und der leichteren Bearbeitbarkeit, beispielsweise in der Autoindustrie, noch nicht häufig eingesetzt wird. Darüber hinaus lässt sich ein Magnesiumbrand wegen der hohen Verbrennungstemperaturen im Bereich von 3000°C nicht mit Wasser oder wasserhaltigen Löschmitteln bekämpfen. Der möglichst frühen Branderkennung kommt daher insbesondere bei der Verarbeitung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen besonders hohe Bedeutung zu.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines oben genannten Verfahrens, durch welches möglichst rasch und zuverlässig der Brand bzw. dessen Ursache, wie z.B. ein Funkenflug oder ein Lichtbogen, erkannt werden kann. Der Aufwand soll möglichst gering sein, so dass durch die erforderliche niedrige Rechenleistung eine rasche Reaktion möglich ist. Nachteile bekannter Verfahren sollen vermieden bzw. reduziert werden.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer oben erwähnten Einrichtung zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden bzw. deren Ursache, welche möglichst einfach und kostengünstig aufgebaut ist und eine zuverlässige und rasche Erkennung eines Brandes ermöglicht.
  • Die erste erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein oben erwähntes Verfahren gelöst, wobei mit der Kamera ein, eine brandfreie Situation repräsentierendes Hintergrundbild aufgenommen und gespeichert wird, weiters jene Pixel von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden, bei welchen die Pixel des Hintergrundbildes einen vordefinierten Helligkeitswert (MaskLevel) überschreiten, weiters zur Bildung eines Luminanz-Histogramms aus dem aktuellen Bild die Anzahl der Pixel in Abhängigkeit von Helligskeitsbereichen ermittelt werden, weiters die Anzahl der Pixel in allen Helligkeitsbereichen über einem vordefinierten Helligkeitswert (VerifyLevel), welche auf Feuer schließen lassen können, summiert werden, und schließlich der Alarm ausgelöst wird, wenn diese Summe den vordefinierten Referenzwert (FireLevel) überschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Erfassung des Hintergrundbildes in einem brandfreien Zustand Bereiche erkannt werden, welche aufgrund ihrer Helligkeit Fehlalarme auslösen könnten und von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden. Diese Bereiche können beispielsweise Lichtquellen innerhalb des von der Kamera erfassten Gefahrenbereichs, Reflexionen od. dgl. sein. Durch die relativ einfache Auswertung der Pixel des aktuellen Bildes in Form eines Luminanz-Histogramms und das Zählen jener Pixel, welche einen vordefinierten Helligkeitswert überschreiten, und schließlich das Vergleichen mit einem vordefinierten Referenzwert, ist ein relativ niedriger Verarbeitungsaufwand verbunden, so dass eine rasche Erkennung eines Brandes, insbesondere Magnesiumbrandes, bereits im Zustand der Entstehung, d.h. bei der Bildung eines Funkens oder Lichtbogens, möglich ist. Bisherige Verfahren verarbeiten meist eine Reihe von aufgenommenen Bildern und weisen deshalb eine entsprechende Verzögerung der Reaktion auf. Der vordefinierte Helligkeitswert (MaskLevel), ab welchem Pixel des Hintergrundbildes von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden, der definierte Helligkeitswert (VerifyLevel), ab welchem ein Pixel als möglicher Hinweis auf Feuer identifiziert wird, sowie der vordefinierte Referenzwert (FireLevel) der Anzahl an Pixel, ab welchem Alarm ausgelöst wird, bezogen auf die Gesamtanzahl der Pixel, wird entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen ausgewählt und festgelegt.
  • Vorteilhafterweise werden mit der Kamera Bilder im Infrarotbereich, vorzugsweise im Wellenlängenbereich unterhalb 850 nm aufgenommen. Das Filtern des sichtbaren Lichts mit einer Wellenlänge oberhalb 850 nm kann mit entsprechenden optischen Filtern, welche der Kamera vorgeschaltet werden, oder auch mittels elektronischer Filter, welche auf den gewählten Frequenzbereich abgestimmt sind, durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus können weitere Bereiche innerhalb des erfassten Bildes festgelegt und mechanisch oder elektronisch ausgeblendet werden. Auf diese Weise können fix vorgegebene Regionen des Gefahrenbereichs von der Branderkennung ausgeschlossen werden, so dass die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen weiter reduziert werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass in zyklischen Abständen ein, eine brandfreie Situation repräsentierendes Hintergrundbild aufgenommen und abgespeichert wird. Dadurch kann auf sich verändernde Situationen Rücksicht genommen werden. Die Häufigkeit der Aufnahme und des Speicherns derartiger Hintergrundbilder muss an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Höhe der Überschreitung des gespeicherten Referenzwertes erfasst und die Alarmierung in Abhängigkeit dieser Höhe durchgeführt wird. Somit kann eine Abstufung der Alarmierung in Abhängigkeit der Anzahl jener Pixel mit einem Helligkeitswert über dem definierten Helligkeitswert, welche auf Feuer schließen lassen können, erfolgen. Beispielsweise kann bei einer besonders hohen Anzahl von Pixeln, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit auf das Entstehen eines Brandes hinweisen, sofort eine Alarmierung der Feuerwehr einer entsprechenden Stelle im Werk erfolgen oder sogar eine geeignete Löschanlage automatisch aktiviert werden, wohingegen bei geringer Überschreitung des Referenzwerts nur eine Vorwarnung erfolgen kann.
  • Um eine rasche Reaktion auf allfällige Flammen- oder Funkenbildung zu erzielen, beträgt die Bildwiederholfrequenz mindestens 10 Hz.
  • Wie bereits oben erwähnt, kann im Wesentlichen gleichzeitig mit bzw. kurz nach der Alarmierung auch eine Löscheinrichtung aktiviert werden.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Alarm dann ausgelöst wird, wenn zusätzlich oder alternativ zur oben erwähnten Alarmierung zumindest eine weitere Branderkennungseinrichtung, beispielsweise eine Raucherkennungseinrichtung, ein Alarmsignal abgibt. Somit können mehrere Brandmeldeverfahren miteinander kombiniert und deren Alarmsignale entsprechend verknüpft, beispielsweise logisch "UND" bzw. "ODER" verknüpft, werden.
  • Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des vorliegenden Verfahrens und zur Reduktion der Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen, können die resultierenden Werte mehrerer Kameras miteinander verknüpft werden und der Alarm in Abhängigkeit der Werte aller Kameras ausgelöst werden. Dabei kann eine Alarmierung bereits dann stattfinden, wenn bei einer Kamera die Summe der Anzahl der Pixel in allen Helligkeitsbereichen über einem vordefinierten Helligkeitswert einen vordefinierten Referenzwert überschreitet, oder wenn bei allen Kameras diese Bedingung erfüllt ist.
  • Die zweite erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine oben genannte Einrichtung zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden, gelöst, wobei der Speicher zum Speichern eines eine brandfreie Situation repräsentierenden Hintergrundbildes ausgebildet ist, und die Einrichtung zur Verarbeitung der Bilder zur Erkennung jener Pixel des Hintergrundbildes, welcher einen vordefinierten Helligkeitswert überschreiten, ausgebildet ist, und weiters eine Einrichtung zum Ausschließen dieser Pixel der aktuellen Bilder von der Verarbeitung vorgesehen ist. Eine derartige Einrichtung ist durch einen relativ einfachen Aufbau charakterisiert und ermöglicht eine rasche Erkennung eines Brandes, insbesondere Magnesiumbrandes, bereits während der Bildung von Funken oder Lichtbögen.
  • Die zumindest eine Kamera kann drahtlos mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden sein. Dadurch wird die Flexibilität und allenfalls auch die Sicherheit erhöht.
  • Weiters können Blenden zum Ausblenden bestimmter Bereiche des von der Kamera erfassten Gefahrenbereichs vorgesehen sein, welche verschiedenartig ausgebildet sein können.
  • Zur Erfassung der Bilder im Infrarotbereich ist der zumindest einen Kamera ein Infrarotfilter zugeordnet, der vorzugsweise den Wellenlängenbereich < 850 nm durchlässt.
  • Ebenso ist es möglich, den Infrarotbereich mit Hilfe eines elektronischen Filters insbesondere eines entsprechenden Bandpassfilters zu selektieren.
  • Die Einrichtung zur Verarbeitung der Bilder und die Einrichtung zum Ausschließen der Pixel der aktuellen Bilder von der Bearbeitung ist vorzugsweise durch einen Rechner gebildet. Je nach erforderlicher Rechenleistung kann der Rechner durch einen Computer, einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller gebildet sein.
  • Für Dokumentationszwecke ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Einrichtung zur Protokollierung des zeitlichen Verlaufs der verarbeiteten Bilder vorgesehen. Die Protokollierung kann auf einem Datenträger oder auf Papier erfolgen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind mehrere Kameras vorgesehen, welche alle mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden sind, so dass der Alarm in Abhängigkeit der Bilder aller Kameras auslösbar ist. Dabei kann eine logische "UND"-Verknüpfung aller Kamerasignale erfolgen, so dass ein Alarm nur dann ausgelöst wird, wenn alle Kameras Bilder detektieren, welche auf Brand schließen. Alternativ dazu kann auch eine logische "ODER"-Verknüpfung der Kamerasignale stattfinden, so dass der Alarm schon dann ausgelöst wird, wenn bereits eine Kamera ein Signal liefert, welches auf Brand schließen lässt. Zusätzlich können auch Gewichtungen der einzelnen Kamerasignale vorgenommen werden, welche an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
  • Weiters kann eine weitere Branderkennungsvorrichtung, beispielsweise eine aspiratorische Branderkennungsvorrichtung vorgesehen sein, welche mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, so dass der Alarm auch in Abhängigkeit der zumindest einen weiteren Branderkennungsvorrichtung auslösbar ist. Somit kann, wie oben bereits erwähnt, eine Verknüpfung der Signale mehrerer Branderkennungsvorrichtungen erfolgen.
  • Vorteilhafterweise ist zumindest eine Löscheinrichtung vorgesehen, welche mit der Einrichtung zur Auslösung des Alarmes verbunden ist. Dadurch kann im Wesentlichen gleichzeitig bzw. kurz nach dem Auslösen eines Alarmes die Löscheinrichtung aktiviert und der Brand bereits kurz nach seiner Entstehung gelöscht werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigen, näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • Fig. 2 ein Hintergrundbild, bei welchem die Pixel, welche einen vordefinierten Helligkeitswert überschreiten, markiert sind;
    • Fig 3 ein Luminanz-Histogramm eines aktuellen Bildes; und Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Branderkennung.
  • Fig. 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden, wobei mit zumindest einer Kamera 1 Bilder eines interessierenden Bereichs, in dem ein Brand entstehen kann, aufgenommen werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Bearbeitungsmaschine 10, welche ein Werkstück 11 insbesondere ein Werkstück aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung bearbeitet. Entsprechend Schritt 100 wird das Signal jeder Kamera 1 gespeichert, und gemäß Block 101 Luminanz-Histogramme erstellt. Nach Auswertung des Luminanz-Histogramms in Block 101 erfolgt gemäß Block 102 eine Quantifizierung der Anzahl der Pixeln, welche auf Feuer schließen lassen können und einen vordefinierten Referenzwert nR überschreiten, und davon abhängig, eine entsprechende Alarmierung. Liegt die Anzahl der Pixeln unter dem Referenzwert nR, erfolgt gemäß Block 103 keine Meldung, liegt die Anzahl der Pixeln in einem hohen Bereich über dem Referenzwert nR, erfolgt gemäß Block 104 beispielsweise eine automatische Alarmierung der Feuerwehr oder die automatische Aktivierung einer Löscheinrichtung. Liegt die Anzahl der Pixeln, welche über dem vordefinierten Referenzwert nR liegen, in einem mittleren Bereich, so erfolgt beispielsweise gemäß Block 105 nur ein lokaler Alarm oder Voralarm, so dass entsprechende Schritte vor Ort gesetzt werden können. Zusätzlich kann entsprechend Block 106 eine Protokollierung der Aufzeichnung erfolgen.
  • Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Hintergrundbildes, bei dem bestimmte Pixeln, welche einen vordefinierten Helligkeitswert (MaskLevel) überschreiten, identifiziert werden und von einer weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden (schraffiert dargestellt). Somit können einzelne Punkte im Hintergrundbild, welche eine besonders hohe Helligkeit aufweisen und somit das Vorhandensein einer Flamme oder eines Funkens vortäuschen könnten, von einer weiteren Verarbeitung ausgeschlossen und somit das Risiko einer Fehlmeldung minimiert werden.
  • Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Luminanz-Histogramms (s. Block 101 in Fig. 1) eines aktuellen Bildes, wobei die Helligkeit von 0 % (schwarz) bis 100 % (weiß) in einzelne Bereiche unterteilt ist. Im dargestellten Beispiel sind die Bereiche in 5%-Abschnitten der Helligkeit unterteilt. In der Praxis wird eine wesentlich feinere Unterteilung stattfinden. Das Luminanz-Histogramm zeigt nun die Anzahl der Pixel in Abhängigkeit des jeweiligen Helligkeitsbereichs. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Branderkennung selektiert nunmehr alle Werte des Luminanz-Histogramms, welche über einem definierten Helligkeitswert (VerifyLevel) LV liegen, der beispielsweise 75 % beträgt, und auf Feuer schließen lassen könnte. Nun erfolgt eine Quantifizierung (s. Block 102 in Fig. 1) der Anzahl n1, n2, n3, n4 der Pixel in allen Helligkeitsbereichen über diesem vordefinierten Helligkeitswert LV. Die Pixel werden entsprechend summiert (n1+n2+n3+n4) und mit einem vordefinierten Referenzwert (FireLevel) nR verglichen. Bei Überschreitung des vordefinierten Referenzwerts nR wird Alarm ausgelöst. Dabei kann eine Abstufung der Alarmierung in der Art erfolgen, dass bei Überschreitung eines vordefinierten Referenzwerts nR1 lediglich ein Voralarm ausgelöst wird, und bei Überschreitung eines höher gelegenen vordefinierten Referenzwerts nR2 ein Hauptalarm, allenfalls mit Aktivierung einer Löscheinrichtung, vorgenommen wird. Unterhalb des Referenzwerts nR1 erfolgt keine Alarmierung (entsprechend Block 103 in Fig. 1).
  • Schließlich zeigt Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Branderkennung mit zumindest einer Kamera 1, welche mit einer Einrichtung 2 zur Verarbeitung der Bilder verbunden ist. Diese Verbindung zwischen der zumindest einen Kamera 1 und der Verarbeitungseinrichtung 2 kann auch drahtlos erfolgen. Weiters ist ein Speicher 3 zum Speichern von Bildern und eine Einrichtung 4 zur Auslösung eines Alarms vorhanden. Erfindungsgemäß ist der Speicher 3 zum Speichern eines eine brandfreie Situation repräsentierenden Hintergrundbildes ausgebildet, und die Einrichtung 2 zur Verarbeitung der Bilder zur Erkennung jener Pixel des Hintergrundbildes, welcher einen vordefinierten Helligkeitswert überschreiten, ausgebildet, und eine Einrichtung zum Ausschließen dieser Pixel der aktuellen Bilder von der Verarbeitung vorgesehen. Weiters können Blenden 5 zum Ausblenden bestimmter Bereiche und Filter 6, beispielsweise ein Infrarotfilter, jeder Kamera 1 vorgeordnet sein. Eine Einrichtung 7 zur Protokollierung des zeitlichen Verlaufs der verarbeiteten Bilder kann ebenfalls vorgesehen sein. Im Speicher 3 bzw. einem gesonderten Speicher (nicht dargestellt) werden auch die vor dem Aktivieren der Einrichtung vordefinierten Helligkeitswerte (MaskLevel), die vordefinierten Helligkeitswerte (VerifyLevel LV), welche auf Feuer schließen lassen können, und die vordefinierten Referenzwerte (FireLevel nR) abgespeichert. Diese Referenzwerte werden vor der Aktivierung individuell ermittelt und gespeichert. Die Signale aller Kameras 1 werden der Verarbeitungseinrichtung 2 zugeführt. Nach der Quantifizierung erfolgt eine entsprechende Signalisierung an die Einrichtung 4 zur Auslösung eines Alarms. Gemäß Pfeil VA erfolgt lediglich eine Voralarmierung, gemäß Pfeil A erfolgt eine normale Alarmierung. Zusätzlich kann zumindest eine weitere Branderkennungsvorrichtung 8, beispielsweise eine Raucherkennungsvorrichtung, vorgesehen sein, welche ebenfalls mit der Einrichtung 4 zur Auslösung eines Alarms verbunden ist. Somit kann die Auslösung eines Alarms in Abhängigkeit sowohl aller Signale aller Kameras 1 als auch der zusätzlichen Branderkennungsvorrichtungen 8 erfolgen.
  • Die oben genannten Referenzwerte werden an die jeweiligen Bedingungen individuell angepasst, so dass eine möglichst sichere und rasche Branderkennung, insbesondere von Magnesiumbränden, möglich wird.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden, wobei vom Gefahrenbereich mit zumindest einer Kamera Bilder mit einer bestimmten Auflösung und einer bestimmten Wiederholfrequenz aufgenommen werden, die Bilder verarbeitet werden und bei der Verarbeitung resultierende Werte mit vordefinierten Referenzwerten verglichen werden, und bei Überschreitung der Referenzwerte ein Alarm ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kamera ein, eine brandfreie Situation repräsentierendes Hintergrundbild aufgenommen und gespeichert wird, dass jene Pixel von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden, bei welchen die Pixel des Hintergrundbildes einen vordefinierten Helligkeitswert (MaskLevel) überschreiten, dass zur Bildung eines Luminanz-Histogramms aus dem aktuellen Bild die Anzahl der Pixel in Abhängigkeit von Helligkeitsbereichen ermittelt werden, dass die Anzahl der Pixel in allen Helligkeitsbereichen über einem vordefinierten Helligkeitswert (VerifyLevel), welche auf Feuer schließen lassen können, summiert werden, und dass der Alarm ausgelöst wird, wenn diese Summe den vordefinierten Referenzwert (FireLevel) überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kamera Bilder im Infrarotbereich, vorzugsweise im Wellenlängenbereich unterhalb 850 nm, aufgenommen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche innerhalb des erfassten Bildes festgelegt und mechanisch oder elektronisch ausgeblendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in zyklischen Abständen ein, eine brandfreie Situation repräsentierendes Hintergrundbild aufgenommen und abgespeichert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Überschreitung des vordefinierten Referenzwertes (FireLevel) erfasst und die Alarmierung in Abhängigkeit dieser Höhe durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholfrequenz mindestens 10 Hz beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen gleichzeitig mit bzw. kurz nach der Alarmierung eine Löscheinrichtung aktiviert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Alarm ausgelöst wird, wenn zusätzlich oder alternativ dazu zumindest eine weitere Branderkennungseinrichtung, beispielsweise eine Raucherkennungseinrichtung, ein Alarmsignal abgibt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierenden Werte mehrerer Kameras miteinander verknüpft werden und der Alarm in Abhängigkeit der resultierenden Werte aller Kameras ausgelöst wird.
  10. Einrichtung zur Branderkennung, insbesondere zur Erkennung von Magnesiumbränden, mit zumindest einer Kamera (1) zur Aufnahme von Bildern vom Gefahrenbereich mit einer bestimmten Auflösung und einer bestimmten Wiederholfrequenz, einem Speicher (3) zum Speichern von Bildern, einer Einrichtung (2) zur Verarbeitung der Bilder, und einer Einrichtung (4) zur Auslösung eines Alarmes, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (3) zum Speichern eines, eine brandfreie Situation repräsentierendes Hintergrundbildes ausgebildet ist, und dass die Einrichtung (2) zur Verarbeitung der Bilder zur Erkennung jener Pixel des Hintergrundbildes, welche einen vordefinierten Helligkeitswert (MaskLevel) überschreiten, ausgebildet ist, und dass eine Einrichtung zum Ausschließen dieser Pixel der aktuellen Bilder von der Verarbeitung vorgesehen ist.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kamera (1) drahtlos mit der Verarbeitungseinrichtung (2) verbunden ist.
  12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Blenden (5) zum Ausblenden bestimmter Bereiche vorgesehen sind.
  13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest einen Kamera (1) ein Infrarotfilter (6), zugeordnet ist, der vorzugsweise den Wellenlängenbereich < 850 nm durchlässt.
  14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest einen Kamera (1) ein elektronisches Filter zugeordnet ist, welches vorzugsweise den Wellenlängenbereich < 850 nm durchlässt.
  15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zur Verarbeitung der Bilder und die Einrichtung zum Ausschließen der Pixel der aktuellen Bilder von der Verarbeitung durch einen Rechner gebildet ist.
  16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (7) zur Protokollierung des zeitlichen Verlaufs der verarbeiteten Bilder vorgesehen ist.
  17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kameras (1) vorgesehen sind, welche mit der Verarbeitungseinrichtung (2) verbunden sind, so dass der Alarm in Abhängigkeit der Bilder aller Kameras (1) auslösbar ist.
  18. Einrichtung nach Anspruch 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Branderkennungsvorrichtung (8) beispielsweise eine Raucherkennungsvorrichtung vorgesehen ist, welche mit der Verarbeitungseinrichtung (2) verbunden ist, so dass der Alarm auch in Abhängigkeit der zumindest einen weiteren Branderkennungsvorrichtung (8) auslösbar ist.
  19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Löscheinrichtung (9) vorgesehen ist, welche mit der Einrichtung (4) zur Auslösung des Alarmes verbunden ist.
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