EP1550093B1 - Rauchmelder - Google Patents

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Publication number
EP1550093B1
EP1550093B1 EP03769187A EP03769187A EP1550093B1 EP 1550093 B1 EP1550093 B1 EP 1550093B1 EP 03769187 A EP03769187 A EP 03769187A EP 03769187 A EP03769187 A EP 03769187A EP 1550093 B1 EP1550093 B1 EP 1550093B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
smoke alarm
smoke
image sensor
image
light source
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03769187A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1550093A1 (de
Inventor
Ulrich Oppelt
Bernd Siber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1550093A1 publication Critical patent/EP1550093A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1550093B1 publication Critical patent/EP1550093B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING 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
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to a smoke detector according to the preamble of the independent claim.
  • a smoke detector which is realized by a video camera or an infrared camera. It can be provided that a light source is provided in a suitable wavelength range for the image sensor, since the particle size of smoke particles is detected by light scattering of these smoke particles, which forms a corona around the defined light source.
  • the document US 2002080040 discloses a smoke detector with an imager, an optic and a light source, wherein the imager, the optics and the light source are configured such that smoke particles located in the field of view of the imager are detected by light scattering.
  • the smoke detector according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the image sensor, which is housed in the smoke detector is configured to monitor a very close range around the smoke detector and the light source is controlled such that the light source at one for the Image sensor insufficient ambient light can be activated.
  • the smoke detector is configured such that the smoke detector detects the strength of the ambient light based on a signal of the image sensor. This makes it possible, based on the evaluation of the signal from the image sensor already to control the light source in an insufficient ambient light.
  • the evaluation of the signal from the image recorder is performed by a processor having conventional algorithms for image analysis.
  • an additional ambient light sensor for example a photodiode, to be present for measuring the intensity of the ambient light.
  • the light source is then driven.
  • the imager is configured to observe smoke at a distance of 5 to 20 cm.
  • the 5 to 20 cm define what is considered here as a close distance. This makes it possible in particular to replace the function of a conventional scattered light smoke detector by the smoke detector according to the invention, which also senses only to the next environment.
  • the image sensor is arranged in a labyrinth.
  • a labyrinth conventionally a light source and a photodiode are arranged to detect stray light of smoke.
  • an imager is used to directly capture the image of the intruding air or smoke.
  • the light source is then used for lighting.
  • the light source may preferably be a light emitting diode. This is a favorable embodiment, which is also available, for example, as a white light-emitting diode.
  • the smoke detector can be flush mounted in a wall or ceiling for practical and aesthetic reasons. This allows it to not protrude into the room and thus does not hinder movement in the room. Furthermore, this allows an inconspicuous installation in rooms where a smoke detector should not be as visible as possible.
  • the image recorder may preferably be designed as a miniature camera. Such are inexpensive, for example, in CMOS technology.
  • the image sensor can advantageously be mounted in such a way that its field of vision is directed downwards or obliquely to the side out of a detector cover. This allows optimal observation of the next environment.
  • the optics are adjusted so that the focus point is focused about 10 cm below the cover. This is the distance where smoke can be expected in case of fire and where no objects are expected due to the ceiling. Due to the near focus, the visible background is blurred. In case of fire ascending smoke, however, is sharply displayed in the vicinity of the image sensor by the corresponding setting of the optics.
  • the image of fire smoke will differ significantly from the background due to the sharpness of the brightness distribution, the swath movement and the contouring. With the help of suitable image processing routines it is possible to discriminate between smoke and background.
  • a scattered light smoke detector which measures the intensity of scattered light from a specifically controlled light source
  • the detection of smoke is based on characteristics in the image. Filters or geometrical measuring chambers are used to hide the effects of ambient light sources, they are automatically used to visualize the smoke. The arrangement is therefore completely independent of extraneous light.
  • the extremely high information content of an image recorder also makes it possible to derive additional information from the image signal. Insects, spiders and moths, which are located on the cover surface of the detector, can be classified on the basis of their size and structure, and thus be distinguished from smoke.
  • Objects that are placed in the sharper measuring range of the detector are sharply displayed and show a significantly different structure than smoke and can thus be hidden, and it can be a fault report on the now limited functional area. Dustiness and contamination of the cover show significant differences compared to a reference image without contamination, so that creeping contamination is detected. Completely masking the detector or stroking paint also results in significant image changes and may lead to a failure message.
  • the image sensor requires a certain ambient brightness, and it is largely independent of the actual brightness level due to the control behavior. On A deliberate blinding of the image sensor (override), the signal processing can respond with a fault message.
  • a deliberately controlled light source is operated at scattered light smoke detectors. In the case of darkness, this light source is sufficient to illuminate smoke, so that the image sensor receives a corresponding image.
  • the detection of smoke is now considered one of the most reliable methods for early fire detection.
  • For smoke detection predominantly punctiform detectors, which operate on the scattered light principle used. These detectors use one Measuring chamber with labyrinth-shaped smoke inlets, to exclude the influence of ambient light when measuring the very small measuring signals.
  • the basic structure of a labyrinth as a measuring chamber has the disadvantage that small insects or dust that has penetrated into the measuring chamber can occur as a deceptive factor.
  • the measuring chamber must be a certain distance from the ceiling as a mounting location, so that smoke can penetrate into the measuring chamber. This leads to devices that are visibly attached to the ceiling, which is often undesirable in environments with aesthetic demands.
  • CMOS imagers are available that provide digital image information that can be further processed by an image processing processor. Both the imager and the processor are available in miniaturized form, so that such an arrangement is readily accommodated in a detector housing.
  • Such an image sensor can be controlled in wide ranges of its exposure time, so that it can operate under very different brightness conditions.
  • imagers which also have an extreme dynamic range of over 120 dB brightness information and thus can work in very high contrast environments.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the smoke detector according to the invention.
  • the smoke detector has as optics an objective 101, which adjusts a focus for an image recorder 102.
  • the focus is set to 10 cm here. This makes background images blurry compared to images from this immediate environment.
  • the image recorder 102 transmits the image signal to a media processor 103, for example to an analog input, wherein the media processor 103 then performs the analog-to-digital conversion with its own analog-to-digital converter.
  • the media processor 103 it is possible for the media processor 103 to receive the image signal via a digital input and thus be able to continue processing immediately.
  • the image processing is performed by the media processor 103 by means of a memory 104, using typical image evaluation algorithms.
  • the media processor 103 searches for smoke images, but also for slow changes, whereby the media processor 103 uses reference images for this purpose. These slow changes indicate increasing pollution and can therefore lead to a fault message. Insects or other objects that reach the detection area of the image recorder 102 can also be recognized by the image evaluation by the processor 103. With such a fault message or with a smoke message, this message is sent via an output module 105. This message can then be transmitted directly to signaling devices such as a siren or to a person, or it can be transmitted to a central office, which then initiates actions depending on the message.
  • signaling devices such as a siren or to a person, or it can be transmitted to a central office, which then initiates actions depending on the message.
  • FIG. 2 shows a first configuration of the smoke detector according to the invention.
  • the smoke detector is housed flush in a ceiling 208.
  • a transparent cover 204 protects the interior of the smoke detector.
  • the cover 204 is transparent, so that observation by the smoke detector of the next environment is possible. If necessary, this cover 204 may also be dispensed with.
  • an optic 201 for adjusting the focus area 206 is provided. Behind the optics 201, the imager 202 is arranged to record the images in the focus area 206.
  • the image signal is transmitted to an electronic signal processor 203, typically the media processor 103. There then takes place the evaluation of the image signal.
  • the electronics 203 is further connected via an output to a LED 205 for illumination.
  • the LED is activated by the electronics 203 in order to provide sufficient illumination in the observation field, that is to say the focus area 206.
  • white light is used here.
  • the imager 202 is then configured to accept infrared.
  • the imager 202 and the optic 201 are arranged obliquely, this oblique arrangement having to do purely with practical reasons of the individual arrangement.
  • FIG. 3 shows a second configuration of the smoke detector according to the invention.
  • the smoke detector is flush mounted in a ceiling 306 with a transparent cover 305.
  • an optic 301 with the image pickup 302 is directed vertically downwards, in which case an LED 304 is arranged obliquely for illumination.
  • the image sensor 302 is in turn connected to electronics with signal processing 303, which performs the image evaluation and the LED 304 drives.
  • the LED 304 is driven in response to the ambient light 307 by the electronics 303.
  • the arrangement is now directed vertically downwards, which allows easy assembly and manufacture of the smoke detector according to the invention.
  • an LED 304 it is also possible to use several LEDs.
  • a brightness sensor for example a photodiode.
  • the arrangement of the optics 301 and the image sensor 302 is pivotable. This is e.g. Scanning possible. This can then be accomplished by an electric motor.
  • FIG. 4 shows in a flow chart the sequence of the image evaluation in the processor 103 or the electronics 203 or 303.
  • the video or image sequence 404 is first supplied to a change detection 405, which includes the recorded image or video sequence a reference image 402 compares. This can be used to determine whether or not there is a change.
  • Texture analysis 406 examines structures of areas in the image. With the structure, for example, a distinction can be made between the surface texture of objects introduced into the viewing area or the structure of the diffuse background or the structure of smoke. It also helps detect edges and hard structures, object contours of objects or insects. With the help of edges one obtains the border of objects and can draw with the object classification 407 conclusions on the kind of the object. If there is a change, the change can then be identified.
  • insects or other objects can be identified, which occur directly in the focus area of the image sensor.
  • the motion analysis 408 in conjunction with object classification distinguishes between motions of, for example, insects or the movement of passing smoke to perform fire detection.
  • a message 410 may be issued. Furthermore, an update of the reference data 401 is performed after the fire detection 409. If, for example, the environment changes due to a permanently introduced object in the focus area, then this must be taken into account in the further observation in order to continue to ensure the detection of smoke by the basic function of the smoke detector.
  • FIG. 5 shows an image evaluation by a change in the spatial frequency, specifically in a diagram. Due to the occurrence of smoke, existing edges in the image are softened and thus the high local frequencies are lost.
  • FIG. 6 shows the image evaluation with use of brightness distribution in the image. To illustrate the effect of smoke, a histogram of a structure with only 2 brightness values is shown here.
  • FIG. 7 shows the superposition of the structure with smoke.
  • the smoke is superimposed on the image structure and adds gray scale components. This leads to a significant reduction in the frequency of the two previously existing brightness values, by the gray values of the smoke also shift the brightness values on the x-axis and the previously very steep flanks in the histogram are getting worse. This demonstrates how easy the smoke detection can be done through image analysis.
  • a fault message will result.
  • This can be passed on directly to a signaling device, which is optical or acoustic, or forwarded to a central, in order to initiate appropriate actions.

Abstract

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

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Rauchmelder nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10011411 A1 ist ein Rauchmelder bekannt, der durch eine Videokamera oder eine Infrarotkamera realisiert ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle in einem geeigneten Wellenlängenbereich für den Bildaufnehmer vorgesehen ist, da die Partikelgröße von Rauchteilchen durch Lichtstreuung an diesen Rauchpartikeln erkannt wird, wobei sich dabei eine Corona um die definierte Lichtquelle bildet.
  • Das Dokument US 2002080040 offenbart einen Rauchmelder mit einem Bildaufnehmer, einer Optik und einer Lichtquelle, wobei der Bildaufnehmer, die Optik und die Lichtquelle derart konfiguriert sind, dass sich in dem Sichtfeld des Bildaufnehmers befindende Rauchteilchen durch Lichtstreuung erkannt werden.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Rauchmelder mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass der Bildaufnehmer, der im Rauchmelder untergebracht ist, zur Überwachung eines sehr nahen Bereichs um den Rauchmelder konfiguriert ist und die Lichtquelle derart ansteuerbar ist, dass die Lichtquelle bei einem für den Bildaufnehmer unzureichenden Umgebungslicht aktivierbar ist.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruchs angegebenen Rauchmelders möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der Rauchmelder derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder anhand eines Signals des Bildaufnehmers die Stärke des Umgebungslichts erkennt. Damit ist es möglich, anhand der Auswertung des Signals vom Bildaufnehmer bereits die Lichtquelle bei unzureichendem Umgebungslicht anzusteuern. Die Auswertung des Signals vom Bildaufnehmer wird durch einen Prozessor durchgeführt, der übliche Algorithmen zur Bildauswertung aufweist.
  • Alternativ ist es möglich, dass ein zusätzlicher Umgebungslichtsensor, beispielsweise eine Fotodiode, zur Messung der Lichtstärke des Umgebungslichts vorhanden ist. In Abhängigkeit von diesem Signal wird dann die Lichtquelle angesteuert.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Bildaufnehmer zur Beobachtung von Rauch in einem Abstand von 5 bis 20 cm konfiguriert ist. Die 5 bis 20 cm definieren, was hier als naher Abstand betrachtet wird. Damit ist es insbesondere möglich, die Funktion eines herkömmlichen Streulichtrauchmelders durch den erfindungsgemäßen Rauchmelder zu ersetzen, der ebenfalls nur auf die nächste Umgebung sensiert.
  • Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass der Bildaufnehmer in einem Labyrinth angeordnet ist. Hier wird die Verwandtschaft zum Streulichtrauchmelder offenbar. Im Labyrinth sind herkömmlicherweise eine Lichtquelle und eine Fotodiode angeordnet, um Streulicht an Rauch zu detektieren. Nunmehr wird ein Bildaufnehmer verwendet, um direkt das Bild der eindringenden Luft oder Rauch zu erfassen. Die Lichtquelle wird dann zur Beleuchtung verwendet. Die Lichtquelle kann vorzugsweise eine Leuchtdiode sein. Dies ist eine günstige Ausführungsform, die beispielsweise auch als weiße Leuchtdiode verfügbar ist.
  • Der Rauchmelder kann aus praktischen und ästhetischen Gründen bündig in einer Wand oder in einer Decke untergebracht sein. Dies ermöglicht, dass er nicht in den Raum hinein ragt und damit Bewegungen im Raum nicht behindert. Weiterhin ermöglicht dies einen unauffälligen Einbau in Räumen, in denen ein Rauchmelder möglichst nicht sichtbar sein soll.
  • Der Bildaufnehmer kann vorzugsweise als eine Miniaturkamera ausgebildet sein. Solche sind beispielsweise in CMOS-Technologie preisgünstig vorhanden.
  • Der Bildaufnehmer kann dabei vorteilhafterweise derart angebracht sein, dass sein Sichtfeld nach unten oder schräg zur Seite aus einer Melderabdeckung heraus gerichtet ist. Dies ermöglicht eine optimale Beobachtung des nächsten Umfeldes. Die Optik wird dabei so eingestellt, dass der Schärfepunkt etwa 10 cm unterhalb der Abdeckung fokussiert ist. Dies ist der Abstand, wo im Brandfall mit Rauch zu rechnen ist und wo aufgrund der Deckennähe keine Gegenstände erwartet werden. Aufgrund des nahen Schärfepunktes wird der sichtbare Hintergrund unscharf dargestellt. Bei Brand aufsteigender Rauch wird jedoch in der Nähe des Bildaufnehmers durch die entsprechende Einstellung der Optik scharf dargestellt. Die Abbildung von Brandrauch wird sich gegenüber dem Hintergrund aufgrund der Abbildungsschärfe der Helligkeitsverteilung, der Schwadenbewegung und der Konturbildung signifikant unterscheiden. Mit Hilfe geeigneter Bildverarbeitungsroutinen kann zwischen Rauch und Hintergrund diskriminiert werden.
  • Im Gegensatz zu einem Streulichtrauchmelder, der die Intensität von Streulicht einer gezielt angesteuerten Lichtquelle misst, erfolgt hier die Erkennung auf Rauch über Merkmale im Bild. Filter oder geometrische Messkammern zur Ausblendung von Effekten umgebender Lichtquellen werden nicht benötigt, sie werden automatisch zur Sichtbarmachung des Rauches genutzt. Die Anordnung ist deshalb vollkommen unabhängig von Fremdlicht. Der extrem hohe Informationsgehalt eines Bildaufnehmers erlaubt darüber hinaus, aus dem Bildsignal Zusatzinformationen abzuleiten. Insekten, Spinnen, Falter, die sich auf der Abdeckoberfläche des Melders befinden, können aufgrund ihrer Abbildungsgröße und ihrer Struktur klassifiziert werden und damit von Rauch unterschieden werden. Gegenstände, die in den schärferen Messbereich des Melders gebracht werden, z.B. Leitern, Schränke oder Kistenstapel, werden scharf abgebildet und zeigen eine deutlich andere Struktur als Rauch und können somit ausgeblendet werden, und es kann eine Störungsmeldung über den nunmehr eingeschränkten Funktionsbereich erzeugt werden. Verstaubung und Verschmutzung der Abdeckscheibe zeigen gegenüber einem Referenzbild ohne Verschmutzung signifikante Unterschiede, so dass eine schleichende Verschmutzung erkannt wird. Ein vollständiges Abdecken des Melders oder Überstreichen mit Farbe führt ebenfalls zu signifikanten Bildänderungen und kann zu einer Störungsmeldung führen. Zur Funktion benötigt der Bildaufnehmer eine gewisse Umgebungshelligkeit, wobei er aufgrund des Regelverhaltens von der tatsächlichen Helligkeitsstärke weitgehend unabhängig ist. Auf ein bewusstes Blenden des Bildaufnehmers (Übersteuerung) kann die Signalverarbeitung mit einer Störungsmeldung reagieren. Für den Fall der totalen Dunkelheit oder zu wenig Licht für die Funktion des Bildaufnehmers, z.B. bei Betrieb in Kellern oder in der Nacht, wird bei Streulichtrauchmeldern eine gezielt gesteuerte Lichtquelle betrieben. Im Fall der Dunkelheit reicht diese Lichtquelle aus, Brandrauch zu beleuchten, so dass der Bildaufnehmer ein entsprechendes Bild erhält.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 ein erstes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Rauchmelders,
    • Figur 2 eine erste Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchs"
    • Figur 3 eine zweite Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchmelders,
    • Figur 4 ein Flussdiagramm über die Auswertung der Bilder,
    • Figur 5 eine Bildauswertung durch Änderung in der Ortsfrequenz,
    • Figur 6 eine Bildauswertung der Helligkeitsverteilung als ein Histogramm einer Struktur mit nur zwei Helligkeitswerten,
    • Figur 7 ein Histogramm einer Struktur mit nur zwei Helligkeitswerten, wobei eine Überlagerung der Struktur mit Rauch vorliegt.
    Beschreibung
  • Die Detektion von Rauch gilt heute als eines der zuverlässigsten Verfahren zur Brandfrüherkennung. Zur Rauchdetektion werden überwiegend punktförmige Melder, die nach dem Streulichtprinzip arbeiten, eingesetzt. Diese Melder benutzen eine Messkammer mit labyrinthförmigen Raucheintrittsöffnungen, um den Einfluss des Umgebungslichts bei der Messung der sehr kleinen Messsignale auszuschließen. Der prinzipielle Aufbau eines Labyrinths als Messkammer weist dabei den Nachteil auf, dass kleine Insekten oder aber in die Messkammer eingedrungener Staub als Täuschungsgröße auftreten können. Darüber hinaus muss die Messkammer einen gewissen Abstand von der Decke als Anbringungsort haben, damit Rauch in die Messkammer eindringen kann. Dies führt zu Geräten, die sichtbar an der Decke angebracht sind, was in Umgebungen mit ästhetischem Anspruch oftmals nicht gewünscht ist. Es sind jedoch auch Freilichtmelder bekannt, die eine offene Anordnung der Strahlengänge unter Verzicht auf eine umgebende Messkammer aufweisen. Man erhält damit ein Gerät, das sich unauffällig in die Umgebung integriert, womit die Forderung nach einem ästhetischen Anspruch, insbesondere in repräsentativen Umgebungen, erfüllt ist. Der Vorteil des deckenbündigen Einbaus wird erkauft mit dem nunmehr ungestörten Einfluss von Umgebungslicht aufgrund des Wegfalls der optischen Messkammer. Der Einfluss von Licht wird durch elektrische Filterung, die zwischen dem Fremdlicht und dem selbst ausgesendeten Licht zur Messung der Rauchstreuung unterscheidet, unterdrückt. Die elektronische Filterung bedeutet jedoch einen relativ hohen elektronischen Aufwand, und für eine hohe Wirkung des Filters muss für einen Brandmelder relativ viel Energie aufgebracht werden. Weiterhin ist Überwachung der Oberfläche eines solchen Melders gegen starke Verschmutzung oder Überstreichen mit Farbe nicht ohne zusätzliche Verfahren möglich.
  • Erfindungsgemäß wird daher ein Rauchmelder mit einem Bildaufnehmer und einer Lichtquelle vorgeschlagen, die diese Nachteile vermeidet. Aufgrund der Halbleiterentwicklung sind CMOS-Bildaufnehmer verfügbar, die eine digitale Bildinformation abgegeben, die von einem Bildverarbeitungsprozessor weiterverarbeitet werden kann. Sowohl der Bildaufnehmer, als auch der Prozessor sind in miniaturisierter Form verfügbar, so dass eine solche Anordnung ohne Weiteres in ein Meldergehäuse unterzubringen ist. Ein solcher Bildaufnehmer ist in weiten Bereichen seiner Belichtungszeit steuerbar, so dass er unter unterschiedlichsten Helligkeitsbedingungen arbeiten kann. Es sind Typen von Bildaufnehmern bekannt, die darüber hinaus über einen extremen Dynamikbereich von über 120 dB der Helligkeitsinformation verfügen und somit auch in Umgebungen mit sehr hohem Kontrastumfang arbeiten können.
  • Die prinzipiellen Vorteile der Erfindung sind daher
    • Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht
    • Erkennen der Verschmutzung und Verstaubung aus dem Bildinhalt
    • Unterscheidung zwischen Insekten, Gegenständen und Rauch mittels der Bildauswertung
    • Detektion von Rauch in einem sinnvollen Abstand von der Decke durch Wahl eines geeigneten Schärfepunktes
    • Erkennen von Abdeckungen oder Überstreichen mit Farbe
    • Selbstüberwachung durch Überwachung des Bildsignals auf erwartete Bildinhalte
    • Nutzung des hohen Informationsgehalts eines Bildaufnehmers
    • Nutzung der signalverarbeitenden Verfahren der Bildanalyse.
  • Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild den erfindungsgemäßen Rauchmelder. Der Rauchmelder weist als Optik ein Objektiv 101 auf, das einen Focus für einen Bildaufnehmer 102 einstellt. Typischerweise wird hier der Focus auf 10 cm eingestellt. Damit sind Hintergrundbilder im Vergleich zu Bildern aus dieser nächsten Umgebung verschwommen. Der Bildaufnehmer 102 überträgt das Bildsignal an einen Mediaprozessor 103, beispielsweise an einen Analogeingang, wobei der Mediaprozessor 103 dann mit einem eigenen Analogdigitalwandler die Analogdigitalwandlung durchführt. Alternativ ist es möglich, dass der Mediaprozessor 103 das Bildsignal über einen Digitaleingang empfängt und somit gleich weiter verarbeiten kann. Die Bildauswertung führt der Mediaprozessor 103 mittels eines Speichers 104 durch, wobei typische Bildauswerteralgorithmen verwendet werden. Der Mediaprozessor 103 sucht dabei nach Rauchbildern, aber auch nach langsamen Veränderungen, wobei der Mediaprozessor 103 dazu Referenzbilder verwendet. Diese langsamen Veränderungen weisen auf eine zunehmende Verschmutzung hin und können somit zu einer Störmeldung führen. Auch Insekten oder andere Gegenstände, die in den Detektionsbereich des Bildaufnehmers 102 gelangen, können durch die Bildauswertung durch den Prozessor 103 erkannt werden. Bei einer solchen Störmeldung oder bei einer Rauchmeldung wird über einen Ausgabebaustein 105 diese Meldung abgesetzt. Diese Meldung kann dann direkt zu Signalmitteln wie einer Sirene oder einer Leute übertragen werden, oder sie kann zu einer Zentrale übertragen werden, die dann in Abhängigkeit von der Meldung Aktionen veranlasst.
  • Figur 2 zeigt eine erste Konfiguration des erfindungsgemäßen Rauchmelders. Der Rauchmelder ist im Unterputz in einer Decke 208 untergebracht. Eine transparente Abdeckung 204 schützt das Innenleben des Rauchmelders. Die Abdeckung 204 ist transparent, so dass eine Beobachtung durch den Rauchmelder der nächsten Umgebung möglich ist. Auf diese Abdeckung 204 kann ggf. auch verzichtet werden. Wiederum ist eine Optik 201 zur Einstellung des Schärfebereichs 206 vorgesehen. Hinter der Optik 201 ist der Bildaufnehmer 202 angeordnet, um die Bilder im Schärfebereich 206 aufzunehmen. Das Bildsignal wird zu einer elektronischen Signalverarbeitung 203, typischerweise der Mediaprozessor 103, übertragen. Dort findet dann die Auswertung des Bildsignals statt. Die Elektronik 203 ist weiterhin über einen Ausgangs mit einer LED zur Beleuchtung 205 verbunden. Bei einem zu schwachen Umgebungslicht 207 wird die LED durch die Elektronik 203 aktiviert, um im Beobachtungsfeld, also dem Schärfebereich 206, eine ausreichende Beleuchtung bereitzustellen. Dafür wird hier üblicherweise weißes Licht verwendet. Es ist jedoch möglich, die LED 205 auch als eine Infrarot-LED auszubilden, um im unsichtbaren Infrarotbereich die Beleuchtung durchzuführen. Der Bildaufnehmer 202 ist dann entsprechend zur Infrarotaufnahme konfiguriert. Hier ist der Bildaufnehmer 202 und die Optik 201 schräg angeordnet, wobei diese schräge Anordnung rein mit praktischen Gründen der individuellen Anordnung zu tun hat.
  • Figur 3 zeigte eine zweite Konfiguration des erfmdungsgemäßen Rauchmelders. Wiederum ist der Rauchmelder im Unterputz in einer Decke 306 mit einer transparenten Abdeckung 305 untergebracht. Nun ist jedoch eine Optik 301 mit dem Bildaufnehmer 302 senkrecht nach unten gerichtete, wobei dann eine LED 304 zur Beleuchtung schräg angeordnet ist. Der Bildaufnehmer 302 ist wiederum mit einer Elektronik mit Signalverarbeitung 303 verbunden, die die Bildauswertung durchführt und die LED 304 ansteuert. Wiederum wird die LED 304 in Abhängigkeit vom Umgebungslicht 307 durch die Elektronik 303 angesteuert. Die Anordnung ist nunmehr senkrecht nach unten gerichtet, was einer einfachen Montage und Fertigung des erfindungsgemäßen Rauchmelders ermöglicht. Anstatt einer LED 304 ist es auch möglich, mehrere LEDs einzusetzen. Anstatt das Bildsignal des Bildaufnehmers 302 zur Helligkeitsüberwachung aufzuwerten, ist es auch möglich, einen Helligkeitssensor, beispielsweise eine Fotodiode, vorzusehen. Alternativ ist es weiterhin möglich, dass die Anordnung aus der Optik 301 und des Bildaufnehmers 302 schwenkbar ist. Damit ist z.B. ein Scanning möglich. Dies kann dann durch einen elektrischen Motor bewerkstelligt werden.
  • Figur 4 zeigt in einem Flussdiagramm den Ablauf der Bildauswertung im Prozessor 103 bzw. der Elektronik 203 bzw. 303. Die Video- oder Bildsequenz 404 wird zunächst einer Änderungsdetektion 405 zugeführt, die das aufgenommene Bild oder Videosequenz mit einem Referenzbild 402 vergleicht. Damit kann festgestellt werden, ob eine Änderung vorliegt, oder nicht. Die Texturanalyse 406 prüft Strukturen von Bereichen im Bild. Mit der Struktur kann beispielsweise zwischen der Oberflächenstrulctur von Gegenständen, die in den Sichtbereich eingebracht werden, oder der Struktur des diffusen Hintergrunds oder der Struktur von Rauch unterschieden werden. Sie hilft auch durch die Erkennung von Kanten und harten Strukturen, Objektkonturen von Gegenständen oder Insekten zu ermitteln. Mit Hilfe von Kanten erhält man die Umrandung von Objekten und kann mit der Objektklassfikation 407 Rückschlüsse auf die Art des Objektes ziehen. Liegt eine Änderung vor, kann die Änderung dann identifiziert werden. Ist es beispielsweise eine schleichende Änderung, so ist der Verdacht auf eine Verschmutzung gegeben. Auch können so Insekten oder andere Gegenstände identifiziert werden, die direkt im Schärfebereich des Bildaufnehmers auftreten. Die Bewegungsanalyse 408 in Verbindung mit der Objektklassifikation unterscheidet zwischen Bewegungen von beispielsweise Insekten oder der Bewegung des vorbeiströmenden Rauches, um eine Branddetektion durchzuführen.
  • In Abhängigkeit von der Branddetektion 409 wird ggf. eine Meldung 410 abgegeben. Weiterhin wird nach der Branddetektion 409 ein Update der Referenzdaten 401 durchgeführt. Ändert sich beispielsweise die Umgebung durch einen dauerhaft eingebrachten Gegenstand im Schärfebereich, dann ist dieser bei der weiteren Beobachtung zu berücksichtigen, um die Grundfunktion des Rauchmelders das Erkennen von Rauch weiterhin zu gewährleisten.
  • In Figur 5 wird eine Bildauswertung durch Änderung in der Ortsfrequenz dargestellt, und zwar in einem Diagramm. Durch das Auftreten von Rauch werden im Bild vorhandene Kanten verschliffen und damit gehen die hohen Ortfrequenzen verloren.
  • Figur 6 zeigt die Bildauswertung mit Nutzung Helligkeitsverteilung im Bild. Hier wird zur Verdeutlichung des Effekts durch Rauch ein Histogramm einer Struktur mit nur 2 Helligkeitswerten gezeigt.
  • Figur 7 zeigt die Überlagerung der Struktur mit Rauch. Der Rauch überlagert sich der Bildstruktur und fügt Grauwertanteile hinzu. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Häufigkeit der beiden vorher alleinig vorhandenen Helligkeitswerte, durch die Grauwerte des Rauches verschieben sich darüber hinaus die Helligkeitswerte auf der x-Achse und die vorher sehr steilen Flanken im Histogramm verschleifen sich. Dies demonstriert, wie einfach die Rauchdetektion durch die Bildauswertung durchgeführt werden kann.
  • Bei Störung oder bei Einbringen von Gegenständen, die der Rauchmelder selbst als funktionsstörend empfindet, wie beispielsweise einen großen Gegenstand, der zu einem Verdecken des Rauchmelders führt, so dass der Schärfebereich nicht mehr erfassbar ist, haben eine Störungsmeldung zur Folge. Diese kann wiederum direkt ein Signalmittel, das optischer oder akustischer Art ist, weitergegeben werden, oder an eine Zentral weitergeleitet werden, um entsprechende Aktionen zu veranlassen.

Claims (11)

  1. Rauchmelder mit einem Bildaufnehmer (102, 202, 302), einer Optik (101, 201, 301), einer Elektronik (103, 203, 303) und einer Lichtquelle (205, 304), dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (101, 201, 301) einen Focus für den Bildaufnehmer (102, 202, 302) derart einstellt, dass aufgrund eines in der Nähe von Bildaufnehmer eingestellten Schärfepunktes (206) ein sichtbarer Hintergrund unscharf dargestellt wird, so dass der Rauchmelder mit dem Bildaufnehmer (102, 202, 302) Rauch in einem nahen Abstand aufnimmt und dass die Elektronik (103, 203, 303) die Lichtquelle (205, 304) derart ansteuert, dass die Lichtquelle (205, 304) bei einem für den Bildaufnehmer (102, 202, 302) unzureichenden Umgebungslicht aktiviert wird.
  2. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder anhand eines Signals des Bildaufnehmers (102, 202, 302) die Stärke des Umgebungslichts erkennt.
  3. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder einen Umgebungslichtsensor zur Messung der Stärke des Umgebungslichts aufweist.
  4. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (102, 202, 302) zur Beobachtung in einem Abstand von 5-20 cm konfiguriert ist.
  5. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (102, 202, 302) in einem Labyrinth angeordnet ist.
  6. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (205, 304) eine Leuchtdiode ist.
  7. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder bündig in einer Wand (208, 306) oder einer Decke untergebracht ist.
  8. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer als Miniaturkamera ausgebildet ist.
  9. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (102, 202, 302) derart angebracht ist, dass sein Sichtfeld nach unten oder schräg zur Seite aus einer Melderabdeckung (204, 305) heraus gerichtet ist.
  10. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (101, 201, 301) auf den Schärfepunkt (206) etwa 10 cm unterhalb der Abdeckung (204, 305) focussiert ist.
  11. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchmelder derart konfiguriert ist, dass der Rauchmelder mit dem Bildaufnehmer (102, 202, 302) einem Referenzbild für spätere Vergleiche zu vorgegebenen Zeitpunkten erzeugt.
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