EP2272054A1 - Detektionsvorrichtung sowie verfahren zur detektion von bränden und/oder von brandmerkmalen - Google Patents

Detektionsvorrichtung sowie verfahren zur detektion von bränden und/oder von brandmerkmalen

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EP2272054A1
EP2272054A1 EP08874014A EP08874014A EP2272054A1 EP 2272054 A1 EP2272054 A1 EP 2272054A1 EP 08874014 A EP08874014 A EP 08874014A EP 08874014 A EP08874014 A EP 08874014A EP 2272054 A1 EP2272054 A1 EP 2272054A1
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EP
European Patent Office
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detection device
fire
area
field
detection
Prior art date
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EP08874014A
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English (en)
French (fr)
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EP2272054B1 (de
Inventor
Thomas Hanses
Ralph Bergmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP2272054B1 publication Critical patent/EP2272054B1/de
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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
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/194—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems
    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19617—Surveillance camera constructional details
    • G08B13/19626—Surveillance camera constructional details optical details, e.g. lenses, mirrors or multiple lenses
    • G08B13/19628—Surveillance camera constructional details optical details, e.g. lenses, mirrors or multiple lenses of wide angled cameras and camera groups, e.g. omni-directional cameras, fish eye, single units having multiple cameras achieving a wide angle view

Definitions

  • the invention relates to a detection device for detecting fires and / or fire features in a surveillance area with an imaging sensor element, which is designed to output image data, with an optical device which is connected upstream of the sensor element, wherein sensor element and
  • Optics together form a camera device for monitoring the monitoring area, and with an evaluation device, which is designed for detecting the fires or fire characteristics in the monitoring area by evaluating the image data.
  • the invention further relates to a method for detecting fires and / or fire characteristics.
  • Fire alarm systems include fire alarms as sensor devices for the detection of fire, smoke, flames or other fire characteristics and are used both in public buildings, such as schools or museums, as well as in private buildings.
  • the majority of fire alarms can roughly be divided into two groups, with a first group of so-called point fire alarms, which are used eg in offices or children's rooms, so in smaller rooms.
  • the point fire detectors are usually installed on the ceiling and detect a fire or spreading smoke by optical, thermal or chemical detection at exactly one point. These fire detectors have the advantage that the rising smoke that collects under the ceiling is detected very quickly.
  • a disadvantage of these fire detectors that in larger rooms, such as warehouses, several fire detectors must be used, otherwise not the entire area can be covered.
  • Document DE 10 246 056 A1 discloses a smoke detector comprising an image sensor and a light source. This smoke detector is used, for example, as a ceiling smoke detector and is designed so that the focus point of the image sensor is adjusted about 10 cm below the housing of the smoke detector.
  • a light source can additionally be activated, which illuminates the focus point. Due to the near focus point, this smoke detector blurs background images as compared to images from the nearest vicinity of the focus point.
  • the document DE 100 114 11 A1 which is probably the closest prior art, also relates to a fire detector which uses a video camera or an infrared camera as an image sensor, wherein the image sensor is set so that a large camera field of view and a lifelike representation of the observed scene is delivered.
  • the fire detection takes place via an object analysis, whereby individual
  • Objects of the scene are automatically analyzed, in particular with regard to whether these objects are obscured by smoke, heat or fire, by comparing the currently recorded objects with stored objects.
  • the detection device is suitable and / or designed for detecting fires and / or fire characteristics, in particular fire signs, in a monitoring area and can also be referred to as a fire detector or fire sensor.
  • the detection device is optionally part of a fire alarm system.
  • the detection of fires and / or fire characteristics via primary features, such as optical emissions, especially flames or embers, in a visible and / or a close
  • the detection device is sensitive to optical emissions in the near infrared range, ie between 900 nanometers and 3000 nanometers and / or in the far infrared range greater than 3000 nanometers.
  • the detection device may optionally also register secondary fire characteristics, such as smoke or smoke, optical distortions due to high heat, heat streaks, or the like.
  • An imaging sensor element is part of the detection device, which is used to output image data, that is, for example, of two-dimensional matrix fields
  • the sensor element can be designed, for example, as a CMOS, CCD, UV, VIS, NIR, IR and / or FIR image sensor.
  • the detection device has an optical device, which is connected upstream of the sensor element.
  • sensor element and optical device together form a camera device which is suitable for monitoring the monitoring area and / or arranged and / or formed.
  • the camera device is signal-connected to an evaluation device, wherein the evaluation device may be combined locally with the camera device or remote therefrom, for example in a monitoring center.
  • the evaluation device is for detecting the fires or fire characteristics in the - A -
  • the evaluation is preferably carried out by means of digital image processing algorithms, in modified embodiments, analogous image processing steps can also be implemented additionally or alternatively.
  • the field of view of the camera device which can be represented conically, for example starting from the camera device, has a maximum viewing angle at least in a plane coplanar with the direction of observation of the camera device, ie in a plane in which the observation vector of the camera device is located of at least 120 °, preferably of at least 150 ° and in particular of at least 180 °.
  • an optical device which allows the camera device a very wide field of view, with the advantage that a fire detection can continue to be performed with a point fire detector and still a wide range is reliably observed.
  • the previously existing restriction of image sensor-supported fire detectors is thus overcome in terms of the size of the surveillance area.
  • the maximum viewing angle of at least 120 °, preferably at least 150 ° and in particular at least 180 ° is defined for each coplanar plane to the direction of observation of the camera device.
  • the same maximum viewing angle prevails in each plane or that the maximum viewing angle varies as a function of a twisting angle about the direction of observation of the camera device, but is within the specified ranges.
  • the maximum viewing angle over all planes is average in the specified ranges.
  • the field of view is axially symmetrical or at least approximately axially symmetrical with respect to the direction of observation of the camera device.
  • the cone formed by the field of view has the vector of the center line
  • a central and / or central or any other area of the field of view optically and / or Programmtechnisch hidden and / or can be faded out.
  • this supplement of the invention it is considered that in certain areas of the field of view normal movements are to be expected, which could hinder the detection of fires and / or fire characteristics.
  • the conical field of view of the camera means, e.g. central and / or central, preferably also conical blind field with a viewing angle of at least 30 °, preferably hidden by at least 60 °, in particular of at least 90 °.
  • the detection device thus has a resulting field of view, which ranges from 30 ° or 60 ° or 90 ° to 120 ° or 150 ° or 180 °.
  • This embodiment is particularly advantageous if - as will be explained in more detail below - the detection device is to be mounted on a ceiling and / or mounted, is deactivated by the hidden area of the bottom area and the resulting field of view is limited to ceiling areas where usually accumulate or accumulate during a fire, smoke or heat. As a possible further advantage disturbing movements are hidden in the ground-level area.
  • the depth of field range of the camera device begins at a distance of at least 1 m, preferably at least 1.5 m. It is particularly preferred that the depth of field extends to a range of at least 5 m, preferably at least 10 m and in particular at least 15 m.
  • This form of training has the advantage that not only signs of fire, in particular smoke, can be detected directly at the detection device, but also at some distance from the detection device, and consequently a fire is reliably detected even with a fire source remote from the camera device.
  • the range of depth of field can be adjusted for example by the use of a correctly positioned aperture in the camera device.
  • the evaluation takes place via an analysis of abstract image features, such as texture features, color values, intensities or other image information in the image data.
  • abstract image features such as texture features, color values, intensities or other image information in the image data.
  • large area of Depth of field ensures that a sufficient number or quantity of such image information is captured to ensure a safe evaluation.
  • inventive expression that only a wall, a table or a uniform floor is detected, the image does not contain enough information to allow fire detection.
  • the viewing area of the camera device also detects the corners of a room and all objects located therein.
  • the camera device has an autofocus and / or a motor-adjustable focus.
  • the camera device scans between a near field and a far field, so that camera device near smoke developments, for example in an area with a distance less than 1 m, in particular less than 10 cm in addition be monitored.
  • the detection device assumes a dual function by both the
  • the optical device is designed as a fisheye, a prism, a lens or lens system, a reflective system and / or a diffractive system, e.g. made of glass or plastic.
  • a so-called OmniView camera with a 360 ° field of vision, can be used.
  • Optics device optionally distorted image data without equalization, so distorted, are evaluated by the evaluation.
  • the step of equalization is only necessary if a recognizable image is required for the human eye or understanding.
  • the abstract image information such as texture, intensity, color, etc., is used for
  • the detection device implements another function, wherein the evaluation device is complementary to the detection and / or Evaluation of object movements in the surveillance area, for example in the sense of a burglar alarm or an alarm system, is formed.
  • the evaluation on object movements in the monitoring area can be based on the same image data as the fire detection, so that no hardware-technical additions are necessary, but only an additional image processing algorithm of the
  • the detection device is designed as a ceiling system, which is mounted on a ceiling, wherein the observation direction of the camera device is preferably aligned perpendicular or substantially perpendicular to the ceiling and / or to the ground.
  • the detection device has, for example, mounting options or a housing which is designed for ceiling mounting.
  • the field of view of the camera device is annular, wherein the annular formation surrounds the observation direction, so that a region near the ceiling is detected by the camera device over 360 ° in the direction of rotation.
  • the detection device is designed as a multi-criteria detector, wherein, in addition to the camera device, one or more further sensor devices for fire detection are integrated.
  • the sensor device can be designed, for example, as an optical sensor, in particular according to the scattered light principle, a thermal sensor, in particular a temperature sensor, and / or as a chemical sensor, in particular a carbon monoxide or dioxide sensor.
  • the detection device comprises an embedded system, in particular in a common housing with the camera device, and / or via a field bus, in particular a two-wire field bus, a two-wire line or via a four-wire system. Line connected with respect to the data transmission and the power supply and / or connectable.
  • the camera device and / or the evaluation device and / or the detection device can automatically switch between a power-saving sleep state and a monitor state.
  • the camera equipment can operate at a low refresh rate of less than 15 Hertz.
  • the evaluation device is activated, for example, only at the relevant measuring times, the image data evaluated, optionally stored and then deactivated again, for example by a sleep mode (sleep mode) is turned on.
  • Another object of the invention relates to a method for detecting fires and / or fires in a surveillance area, wherein a
  • Detection device receives a detection device rotating, in particular annular, near-ceiling portion of the monitoring area and detects an evaluation by evaluating image data of the recorded portion of the fires or fire characteristics.
  • Figure 1 is a block diagram of a detection device as a first
  • Figure 2 is a schematic representation of the assembly and the field of view of
  • Figure 3 is a schematic representation of the assembly and the field of view of
  • the detection device 1 shows a highly schematic representation of a detection device 1 as an exemplary embodiment of the invention.
  • the detection device 1 comprises a
  • Sensor element 2 which is designed for example as a CCD chip, CMOS chip, UV, VIS, NIR, FIR camera or the like and allows a spatially resolved detection of an image and converts it into image data.
  • the sensor element 2 is preceded by an optical device 3 which, as a beam-shaping system, makes it possible to image a section of a monitoring area onto the sensor element 2.
  • the optical device 3 can be designed, for example, as a fisheye (fish eye), a specially ground lens, a prism, a diffractive element or optical system or a reflective optical system, for example in the form of a mirrored torus.
  • the optical device makes it possible for the sensor element to cover a field of view 4 which extends conically or frusto-conically or, in other embodiments, hemispherically or more than hemispherically approximately axially symmetrically about an observation direction 5.
  • the opening angle of the field of view 4 of the camera device 6 formed by the optical device 3 and the sensor element 2 is described by a maximum viewing angle alpha, which is measured in a plane which is coplanar with the vector of the observation direction 5, so that the vector of the observation direction 5 in FIG this level lies.
  • the maximum viewing angle alpha is at least 120 °, preferably at least 150 ° and in particular at least 180 °.
  • a region 7 that circulates the detection device 1 is likewise detected by the camera device 6.
  • the image data recorded with the sensor element 2 are forwarded, for example, as video data to an evaluation device 8, which is equipped with a fire detection module 9 for the detection of fires and / or fires on the basis of the image data.
  • a fire detection module 9 for the detection of fires and / or fires on the basis of the image data.
  • abstract image information such as texture, intensity, color are evaluated, whereas preferred no object recognition or segmentation is performed.
  • the evaluation device also includes a motion detection module 10, which detects object movements in the field of view 4 on the basis of the same image data and triggers a signal according to predefinable rules.
  • the evaluation device 8 has a signal output 11, via which a signal, in particular a fire alarm signal or a break-in signal, can be output.
  • the evaluation device 8 can be an integral part of the detection device 1, e.g. be in a common housing, alternatively, the image data via a wired or wireless connection to an evaluation center, where the
  • Evaluation device 8 is arranged.
  • the optical device 3 can optionally have an autofocus and / or a static or variable aperture, which can be set either manually or automatically.
  • the depth of field extends, for example, from a range of greater than 1 m to infinity.
  • FIG. 2 shows, in a highly schematic representation, the detection device 1 in a mounted state on a ceiling 12 of a room.
  • the detection device 1 can also be installed sunk.
  • the detection device 1 is formed as a point-shaped detector, which in the embodiment in Figure 2 has a field of view with a maximum viewing angle of 180 °. In the direction of rotation around the camera, that is, perpendicular to the paper plane, the field of view is 360 °. With this embodiment of the field of view, the detection device 1 as a point-shaped detector completely monitor a larger space, especially detect in the corner regions of the room.
  • the viewing angle alpha can also be greater than 180 °, so that the area 7 near the ceiling is detected at least in sections.
  • Distortions in the picture are preferably not compensated or equalized, since the evaluation device 8 is designed to work on the distorted image data. In particular, it is sufficient for the detection of fire signs and / or object movements when the surveillance area is sufficiently sharply displayed. An object recognition is not or not absolutely necessary. Only the abstract image information such as texture, intensity, color, etc. can be evaluated for a large volume of space.
  • the observation direction 5 of the detection device 1 is directed perpendicular to the ground, so that in particular in the
  • FIG. 3 shows a modified embodiment of the detection device 1 in Figure 1, wherein mechanically or programmatically a central or central
  • Blind area 14 is covered or hidden in the field of view 4 and thereby becomes an unmonitored area.

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Abstract

Brandmeldeanlagen umfassen Brandmelder als Sensoreinrichtungen zur Detektion von Bränden,Rauch, Flammen oder anderen Brandmerkmalen und werden sowohl in öffentlichen Gebäuden, wie zum Beispiel Schulen oder Museen, als auch in privaten Gebäuden eingesetzt. Es wird eine Detektionsvorrichtung (1) zur Detektion von Bränden und/oder von Brandmerkmalen in einem Überwachungsbereich mit einem bildgebenden Sensorelement (2), welches zur Ausgabe von Bilddaten ausgebildet ist, mit einer Optikeinrichtung (3), welche dem Sensorelement (2) vorgeschaltet ist, wobei Sensorelement (2) und Optikeinrichtung (3) zusammen eine Kameraeinrichtung (6) zur Überwachung des Überwachungsbereichs bilden, und mit einer Auswerteeinrichtung (8), welche zur Detektion der Brände bzw. Brandmerkmale in dem Überwachungsbereich durch Auswertung der Bilddaten ausgebildet ist, vorgeschlagen, wobei die Optikeinrichtung (3) so angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass das Sichtfeld (4) der Kameraeinrichtung in mindestens einer zu der Beobachtungsrichtung (5) der Kameraeinrichtung (6) koplanaren Ebene einen maximalen Sichtwinkel alpha von mindestens 120°, vorzugsweise von mindestens 150° und insbesondere von mindestens 180°aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Detektionsvorrichtung sowie Verfahren zur Detektion von Bränden und/oder von
Brandmerkmalen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Bränden und/oder von Brandmerkmalen in einem Überwachungsbereich mit einem bildgebenden Sensorelement, welches zur Ausgabe von Bilddaten ausgebildet ist, mit einer Optikeinrichtung, welche dem Sensorelement vorgeschaltet ist, wobei Sensorelement und
Optikeinrichtung zusammen eine Kameraeinrichtung zur Überwachung des Überwachungsbereichs bilden, und mit einer Auswerteeinrichtung, welche zur Detektion der Brände bzw. Brandmerkmale in dem Überwachungsbereich durch Auswertung der Bilddaten ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft im Weiteren ein Verfahren zur Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen.
Brandmeldeanlagen umfassen Brandmelder als Sensoreinrichtungen zur Detektion von Bränden, Rauch, Flammen oder anderen Brandmerkmalen und werden sowohl in öffentlichen Gebäuden, wie zum Beispiel Schulen oder Museen, als auch in privaten Gebäuden eingesetzt. Die Mehrzahl der Brandmelder kann man grob in zwei Gruppen einteilen, wobei eine erste Gruppe sogenannte punktförmige Brandmelder betrifft, welche z.B. in Büroräumen oder Kinderzimmern, also in kleineren Räumen verwendet werden. Die punktförmigen Brandmelder werden üblicherweise an der Decke installiert und erfassen einen Brand oder sich ausbreitenden Rauch durch optische, thermische oder chemische Detektion an genau einem Punkt. Diese Brandmelder haben den Vorteil, dass der aufsteigende Rauch, der sich unter der Decke sammelt, sehr schnell erkannt wird. Nachteilig ist bei diesen Brandmeldern, dass bei größeren Räumen, wie zum Beispiel Lagerhallen, mehrere Brandmelder eingesetzt werden müssen, da ansonsten nicht der gesamte Bereich abgedeckt werden kann.
Eine Alternative hierzu bieten eine zweite Gruppe von Brandmeldern, welche als Video- Branderkennungsvorrichtungen ausgebildet sind, wobei Videoüberwachungsanlagen eingesetzt werden, die ein Videobild eines Überwachungsbereichs über handelsübliche Überwachungskameras aufnehmen und in einer Überwachungszentrale auf Brände oder Brandmerkmale auswerten.
Die Druckschrift DE 10 246 056 Al offenbart einen Rauchmelder, welcher einen Bildaufnehmer und eine Lichtquelle umfasst. Dieser Rauchmelder wird beispielsweise als Deckenrauchmelder eingesetzt und ist ausgebildet, so dass der Schärfepunkt des Bildaufnehmers etwa 10 cm unterhalb des Gehäuses des Rauchmelders einjustiert wird.
Bei unzureichender Beleuchtung kann ergänzend eine Lichtquelle aktiviert werden, die den Schärfepunkt beleuchtet. Aufgrund des nahen Schärfepunkts sind bei diesem Rauchmelder Hintergrundbilder im Vergleich zu Bildern aus der nächsten Umgebung des Schärfepunkts verschwommen.
Die Druckschrift DE 100 114 11 Al, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft ebenfalls einen Brandmelder, welcher eine Videokamera oder eine Infrarotkamera als Bildaufnehmer verwendet, wobei der Bildaufnehmer so eingestellt ist, dass ein großes Kamerasichtfeld und eine lebensechte Darstellung der beobachteten Szene geliefert wird. Die Branddetektion erfolgt über eine Objektanalyse, wobei einzelne
Objekte der Szene automatisch analysiert werden, insbesondere im Hinblick, ob diese Objekte durch Rauch, Wärmeschlieren oder Feuer verdeckt werden, und zwar indem die aktuell aufgenommenen Objekte mit abgespeicherten Objekten verglichen werden.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wird eine Detektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung ist zur Detektion von Bränden und/oder von Brandmerkmalen, insbesondere Brandanzeichen, in einem Überwachungsbereich geeignet und/oder ausgebildet und kann auch als Brandmelder oder Brandsensor bezeichnet werden. Die Detektionsvorrichtung ist optional Bestandteil einer Brandmeldeanlage. Bevorzugt erfolgt die Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen über primäre Merkmale, wie zum Beispiel optische Emissionen, insbesondere Flammen oder Glut, in einem sichtbaren und/oder einem nahen
Infrarotbereich, insbesondere bei Wellenlängen bis zu 900 Nanometer. Bei abgewandelten Ausführungsformen ist die Detektionsvorrichtung sensitiv für optische Emissionen im nahen Infrarotbereich, also zwischen 900 Nanometer und 3000 Nanometer und/oder im fernen Infrarotbereich größer 3000 Nanometer. Alternativ oder ergänzend zu den primären Brandmerkmalen kann die Detektionsvorrichtung optional auch sekundäre Brandmerkmale registrieren, wie zum Beispiel Qualm bzw. Rauch, optische Verzerrungen aufgrund starker Hitze, Hitzeschlieren oder dergleichen.
Ein bildgebendes Sensorelement ist Bestandteil der Detektionsvorrichtung, welches zur Ausgabe von Bilddaten, also zum Beispiel von zweidimensionalen Matrixfeldern mit
Pixelinformationen ausgebildet ist. Das Sensorelement kann beispielsweise als ein CMOS-, CCD-, UV-, VIS-, NIR-, IR- und/oder FIR-Bildsensor ausgebildet sein. Auch eine Realisierung als zweidimensionales Sensorfeld, zum Beispiel als Thermo-Pile-Array, ist denkbar.
Zur Realisierung einer optischen Abbildung des Umgebungsbereichs oder Abschnitten davon weist die Detektionsvorrichtung eine Optikeinrichtung auf, welche dem Sensorelement vorgeschaltet ist. Somit bilden Sensorelement und Optikeinrichtung zusammen eine Kameraeinrichtung, welche zur Überwachung des Überwachungsbereichs geeignet und/oder angeordnet und/oder ausgebildet ist.
Die Kameraeinrichtung ist mit einer Auswerteeinrichtung signaltechnisch verbunden, wobei die Auswerteeinrichtung lokal mit der Kameraeinrichtung zusammengefasst oder entfernt davon, zum Beispiel in einer Überwachungszentrale, positioniert sein kann. Die Auswerteeinrichtung ist zur Detektion der Brände bzw. Brandmerkmale in dem - A -
Überwachungsbereich durch Auswertung der Bilddaten ausgebildet. Die Auswertung erfolgt dabei bevorzugt durch digitale Bildverarbeitungsalgorithmen, bei abgewandelten Ausführungsformen können auch ergänzend oder alternativ analoge Bildverarbeitungsschritte implementiert sein.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Sichtfeld der Kameraeinrichtung, welches beispielsweise ausgehend von der Kameraeinrichtung kegelartig darstellbar ist, mindestens in einer zu der Beobachtungsrichtung der Kameraeinrichtung koplanaren Ebene, also in einer Ebene, in der der Beobachtungsvektor der Kameraeinrichtung liegt, einen maximalen Sichtwinkel von mindestens 120°, vorzugsweise von mindestens 150° und insbesondere von mindestens 180° aufweist.
Durch diese Weiterbildung wird eine Optikeinrichtung definiert, die der Kameraeinrichtung ein sehr weites Sichtfeld ermöglicht, mit dem Vorteil, dass eine Branderkennung weiterhin mit einem punktförmigen Brandmelder durchgeführt werden kann und trotzdem ein weiter Bereich verlässlich observiert wird. Mit dieser Weiterbildung wird somit die bisher vorhandene Beschränkung von bildsensorgestützten Brandmeldern hinsichtlich der Größe des Überwachungsbereichs überwunden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der maximale Sichtwinkel von mindestens 120°, vorzugsweise mindestens von 150° und insbesondere von mindestens 180° für jede zu der Beobachtungsrichtung der Kameraeinrichtung koplanare Ebene definiert. Hierbei ist es möglich, dass in jeder Ebene der gleiche maximale Sichtwinkel vorherrscht oder dass der maximale Sichtwinkel in Abhängigkeit eines Verdrehwinkels um die Beobachtungsrichtung der Kameraeinrichtung variiert, sich jedoch in den spezifizierten Bereichen befindet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der maximale Sichtwinkel über alle Ebenen durchschnittlich in den spezifizierten Bereichen. Bei einer möglichen Ausbildung der Erfindung ist das Sichtfeld axialsymmetrisch oder zumindest annähernd axialsymmetrisch zu der Beobachtungsrichtung der Kameraeinrichtung. Der durch das Sichtfeld gebildete Kegel weist als Mittellinie den Vektor der
Beobachtungsrichtung der Kameraeinrichtung auf. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Installation der Kameraeinrichtung in dem Überwachungsbereich.
Bei einer möglichen Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zentraler und/oder mittiger oder ein anderer beliebiger Bereich des Sichtfelds optisch und/oder programmtechnisch ausgeblendet und/oder ausblendbar ist. Bei dieser Ergänzung der Erfindung wird berücksichtigt, dass in bestimmten Bereichen des Sichtfelds normale Bewegungen zu erwarten sind, die eine Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen behindern könnten. Durch Ausblendung des zentralen und/oder mittigen Bereichs des Sichtfelds werden diese Störfaktoren eliminiert und die
Auswertung in der Auswerteeinrichtung vereinfacht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird aus dem kegelförmigen Sichtfeld der Kameraeinrichtung ein z.B. zentrales und/oder mittiges, bevorzugt ebenfalls kegelförmiges Blindfeld mit einem Sichtwinkel von mindestens 30°, vorzugsweise von mindestens 60°, insbesondere von mindestens 90° ausgeblendet. Die Detektionsvorrichtung hat somit ein resultierendes Sichtfeld, welches von 30° bzw. 60° bzw. 90° bis zu 120° bzw. 150° bzw. 180° reicht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn - wie nachfolgend noch ausführlich dargelegt wird - die Detektionsvorrichtung an einer Decke montiert werden soll und/oder montiert ist, wobei durch den ausgeblendeten Bereich der Bodenbereich deaktiviert ist und das resultierende Sichtfeld sich auf deckennahe Bereiche beschränkt, in denen sich üblicherweise bei einem Brand, Rauch oder Hitzeentwicklungen sammeln bzw. stauen. Als möglicher weiterer Vorteil werden Störbewegungen im bodennahen Bereich ausgeblendet.
Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung beginnt der Bereich der Schärfentiefe der Kameraeinrichtung bei einem Abstand von mindestens 1 m, vorzugsweise von mindestens 1 ,5 m. Es ist besonders bevorzugt, dass die Schärfentiefe bis zu einem Bereich von mindestens 5 m bevorzugt von mindestens 10 m und insbesondere von mindestens 15 m reicht. Diese Ausbildungsform hat den Vorteil, dass nicht nur Brandanzeichen, insbesondere Rauch, unmittelbar bei der Detektionsvorrichtung, sondern auch in einiger Entfernung zur Detektionsvorrichtung detektiert werden kann und folglich ein Brand auch mit einem von der Kameraeinrichtung entfernten Brandherd sicher erkannt wird. Der Bereich der Schärfentiefe kann beispielsweise durch den Einsatz einer korrekt positionierten Blende in der Kameraeinrichtung eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Auswertung über eine Analyse von abstrakten Bildmerkmalen, wie Texturmerkmalen, Farbwerten, Intensitäten oder anderen Bildinformationen in den Bilddaten. Bei dem bevorzugten, großen Bereich der Schärfentiefe ist sichergestellt, dass eine ausreichende Anzahl oder Menge derartiger Bildinformationen erfasst werden, um eine sichere Auswertung zu gewährleisten. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Ausprägung vermieden werden, dass lediglich eine Wand, ein Tisch oder ein gleichförmiger Fußboden erfasst wird, dessen Bild nicht genügend Informationen enthält, um eine Branderkennung zu erlauben.
Vorzugsweise werden durch den Sichtbereich der Kameraeinrichtung auch die Ecken eines Raumes und alle Gegenstände, die sich darin befinden, erfasst.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Kameraeinrichtung über einen Autofokus und/oder einen motorisch einstellbaren Fokus verfügt. Prinzipiell ist es möglich, dass - wenn ein motorisch einstellbarer Fokus verfügbar ist - die Kameraeinrichtung zwischen einem Nahfeld und einem Fernfeld scannt, so dass auch kameraeinrichtungsnahe Rauchentwicklungen, zum Beispiel in einem Bereich mit einem Abstand kleiner als 1 m, insbesondere kleiner als 10 cm zusätzlich überwacht werden. In dieser Ausprägung nimmt die Detektionsvorrichtung eine Doppelfunktion ein, indem sowohl die
Eigenschaften und Vorteile eines punktförmigen Brandmelders als auch eines weiträumig detektierenden Brandmelders genutzt werden.
In einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist die Optikeinrichtung als ein Fischauge, ein Prisma, eine Linse oder Linsensystem, ein reflektives System und/oder ein diffraktives System, z.B. aus Glas oder Kunststoff, ausgebildet. Beispielsweise kann eine so genannte Omni- View-Kamera, mit einem umlaufenden Sichtfeld von 360° Einsatz finden.
Um den Auswertungsaufwand zu verringern ist es bevorzugt, dass die durch die
Optikeinrichtung gegebenenfalls verzerrten Bilddaten ohne Entzerrung, also verzerrt, von der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Der Schritt der Entzerrung ist prinzipiell nur notwendig, wenn für das menschliche Auge bzw. Verständnis ein erkennbares Bild benötigt wird. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind jedoch lediglich die abstrakten Bildinformationen, wie zum Beispiel Textur, Intensität, Farbe, etc. zur
Detektion notwendig, so dass eine Entzerrung nur eine unnötige Erhöhung des Arbeitsaufwandes darstellen würde.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung setzt die Detektionsvorrichtung eine weitere Funktion um, wobei die Auswerteeinrichtung ergänzend zur Detektion und/oder Auswertung von Objektbewegungen in dem Überwachungsbereich, zum Beispiel im Sinne eines Einbruchsalarms oder einer Alarmanlage, ausgebildet ist. Die Auswertung auf Objektbewegungen in dem Überwachungsbereich kann auf den gleichen Bilddaten beruhen wie die Branddetektion, so dass keine hardwaretechnische Ergänzungen notwendig sind, sondern nur ein zusätzlicher Bildverarbeitungsalgorithmus von der
Auswerteeinrichtung durchgeführt werden muss.
Bei einer besonders bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Detektionsvorrichtung als Deckensystem, welches an einer Decke montiert wird, ausgebildet, wobei die Beobachtungsrichtung der Kameraeinrichtung vorzugsweise senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Decke und/oder zu dem Boden ausgerichtet ist. Die Detektionsvorrichtung weist beispielsweise Befestigungsmöglichkeiten oder ein Gehäuse auf, welches für eine Deckenmontage ausgelegt ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sichtfeld der Kameraeinrichtung ringförmig ausgebildet, wobei die ringförmige Ausbildung die Beobachtungsrichtung umläuft, so dass ein deckennaher Bereich von der Kameraeinrichtung über 360° in Umlaufrichtung erfasst wird.
Optional ist die Detektionsvorrichtung als ein Multikriterienmelder ausgebildet, wobei neben der Kameraeinrichtung eine oder mehrere weitere Sensoreinrichtungen zur Branddetektion integriert sind. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise als ein optischer Sensor, insbesondere nach dem Streulichtprinzip, ein thermischer Sensor, insbesondere ein Temperaturfühler, und/oder als ein chemischer Sensor, insbesondere ein Kohlenmonoxid- oder -dioxid-Sensor, ausgebildet sein.
Bei weiteren Ausbildungen der Erfindung ist es möglich, dass die Detektionsvorrichtung als Auswerteeinrichtung ein eingebettetes System, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Kameraeinrichtung umfasst und/oder über einen Feldbus, insbesondere einen Zweidraht-Feldbus, eine Zweidraht-Leitung bzw. über eine Vierdraht-Leitung hinsichtlich der Datenübertragung und der Energieversorgung verbunden und/oder verbindbar ist.
Mit dem Ziel, den Energiebedarf des Multikriteriensensors weiter zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass die Kameraeinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung und/oder die Detektionsvorrichtung automatisch zwischen einem energiesparenden Ruhezustand und einem Überwachungszustand wechseln kann. Es erscheint beispielsweise ausreichend, dass die Kameraeinrichtung mit einer niedrigen Bildwiederholrate von weniger als 15 Hertz arbeiten kann. Die Auswertungseinrichtung wird beispielsweise nur zu den relevanten Messzeiten aktiviert, die Bilddaten ausgewertet, gegebenenfalls abgespeichert und danach wieder deaktiviert, z.B. indem ein Schlafmodus (Sleep-Mode) eingeschaltet wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen in einem Überwachungsbereich, wobei eine
Detektionsvorrichtung, vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie sie soeben beschrieben wurde, einen die Detektionsvorrichtung umlaufenden, insbesondere ringförmigen, deckennahen Abschnitt des Überwachungsbereichs aufnimmt und eine Auswerteeinrichtung durch Auswertung von Bilddaten des aufgenommenen Abschnitts die Brände bzw. Brandmerkmale detektiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Blockdarstellung einer Detektionsvorrichtung als ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 in einer schematische Darstellung die Montage und das Sichtfeld der
Detektionsvorrichtung in Figur 1 bei einer ersten möglichen
Ausführungsform;
Figur 3 in einer schematischen Darstellung die Montage sowie das Sichtfeld der
Detektionsvorrichtung in der Figur 1 in einer zweiten möglichen Ausführungsform.
Gleiche oder einander entsprechende Teile bzw. Größen sind jeweils mit den gleichen oder einander entsprechenden Bezugszeichen versehen. Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Detektionsvorrichtung 1 als ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Die Detektionsvorrichtung 1 umfasst ein
Sensorelement 2, welches beispielsweise als ein CCD-Chip, CMOS-Chip, UV-, VIS-, NIR-, FIR-Kamera oder dergleichen ausgebildet ist und eine räumlich aufgelöste Erfassung eines Abbildes ermöglicht und dieses in Bilddaten wandelt.
Dem Sensorelement 2 ist eine Optikeinrichtung 3 vorgeschaltet, welches als strahlformendes System die Abbildung eines Abschnitts eines Überwachungsbereichs auf das Sensorelement 2 ermöglicht. Die Optikeinrichtung 3 kann beispielsweise als ein Fisheye (Fischauge), eine speziell geschliffene Linse, ein Prisma, ein diffraktives Element bzw. Optiksystem oder ein reflektives Optiksystem, zum Beispiel in Form eines verspiegelten Torus, ausgebildet sein. Wie nachfolgend noch anhand der Figuren 2 und 3 dargelegt wird, ermöglicht die Optikeinrichtung, dass das Sensorelement ein Sichtfeld 4 abdeckt, welches sich kegelartig oder kegelstumpfartig oder bei anderen Ausführungsbeispielen hemisphärisch oder mehr als hemisphärisch in etwa axial symmetrisch um eine Beobachtungsrichtung 5 erstreckt.
Der Öffnungswinkel des Sichtfeldes 4 der durch die Optikeinrichtung 3 und dem Sensorelement 2 gebildeten Kameraeinrichtung 6 wird durch einen maximalen Sichtwinkel alpha beschrieben, der in einer Ebene gemessen wird, welche koplanar zu dem Vektor der Beobachtungsrichtung 5 ist, so dass der Vektor der Beobachtungsrichtung 5 in dieser Ebene liegt. Der maximale Sichtwinkel alpha beträgt mindestens 120°, vorzugsweise mindestens 150° und insbesondere mindestens 180°. Bei einem maximale Sichtwinkel alpha von größer als 180° wird ein die Detektionsvorrichtung 1 umlaufender Bereich 7 ebenfalls von der Kameraeinrichtung 6 erfasst.
Die mit dem Sensorelement 2 aufgenommenen Bilddaten werden beispielsweise als Videodaten an eine Auswerteeinrichtung 8 weitergeleitet, welche mit einem Branddetektionsmodul 9 zur Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen auf Basis der Bilddaten ausgestattet ist. Bei der Auswertung werden nur abstrakte Bildinformationen, wie z.B. Textur, Intensität, Farbe ausgewertet, wohingegen bevorzugt keine Objekterkennung oder -segmentierung durchgeführt wird. Optional umfasst die Auswerteeinrichtung auch ein Bewegungsdetektionsmodul 10, welches auf Basis der gleichen Bilddaten Objektbewegungen in dem Sichtfeld 4 detektiert und nach vorgebbaren Regeln ein Signal auslöst.
Die Auswerteeinrichtung 8 weist einen Signalausgang 11 auf, über den ein Signal, insbesondere ein Brandmeldesignal oder ein Einbruchssignal, ausgegeben werden kann. Die Auswerteeinrichtung 8 kann integraler Bestandteil der Detektionsvorrichtung 1, z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse sein, alternativ werden die Bilddaten über eine kabelgebundene oder kabellose Verbindung zu einer Auswertezentrale geleitet, in der die
Auswerteeinrichtung 8 angeordnet ist.
Zur Einstellung der Schärfentiefe kann die Optikeinrichtung 3 optional über einen Autofokus und/oder über eine statische oder variable Blende, welche entweder manuell oder automatisch einstellbar ist, verfügen. Der Schärfentiefenbereich erstreckt sich beispielsweise von einem Bereich von größer als 1 m bis unendlich.
Die Figur 2 zeigt in einer stark schematischen Darstellung die Detektionsvorrichtung 1 in einem montierten Zustand an einer Decke 12 eines Raums. Optional kann die Detektionsvorrichtung 1 auch versenkt eingebaut sein. Die Detektionsvorrichtung 1 ist als ein punktförmiger Melder ausgebildet, welcher bei dem Ausführungsbeispiel in der Figur 2 ein Sichtfeld mit einem maximalen Sichtwinkel von 180° besitzt. In Umlaufrichtung um die Kamera, das heißt, senkrecht zu der Papierebene beträgt das Sichtfeld 360°. Mit dieser Ausgestaltung des Sichtfeldes kann die Detektionsvorrichtung 1 auch als punktförmiger Melder einen größeren Raum vollständig überwachen, insbesondere auch in den Eckbereichen des Raums detektieren. Der Sichtwinkel alpha kann auch größer als 180° ausgebildet sein, so dass der deckennahe Bereich 7 zumindest abschnittsweise erfasst wird.
Aufgrund des großen Sichtwinkels alpha der Objekteinrichtung 2 kommt es zu
Verzerrungen bei der Abbildung. Bevorzugt werden diese Verzerrungen jedoch nicht kompensiert oder entzerrt, da die Auswerteeinrichtung 8 ausgebildet ist, auf den verzerrten Bilddaten zu arbeiten. Insbesondere ist es zur Detektion von Brandanzeichen und/oder Objektbewegungen ausreichend, wenn der Überwachungsbereich ausreichend scharf abgebildet ist. Eine Objekterkennung ist nicht oder nicht unbedingt notwendig. Lediglich die abstrakten Bildinformationen wie zum Beispiel Textur, Intensität, Farbe, usw. können für ein großes Raumvolumen ausgewertet werden.
Wie sich in der Darstellung ergibt ist die Beobachtungsrichtung 5 der Detektionsvorrichtung 1 senkrecht auf den Boden gerichtet, so dass insbesondere im
Randbereich des Sichtfeldes 4 deckennahe Bereiche 13 überwacht werden, in denen sich üblicherweise Rauch oder ähnliche Emissionen bei einem Brand sammeln.
Die Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Detektionsvorrichtung 1 in Figur 1 , wobei mechanisch oder programmtechnisch ein mittiger oder zentraler
Blindbereich 14 in dem Sichtfeld 4 abgedeckt oder ausgeblendet und dadurch zu einem nicht überwachten Bereich wird. Durch die Abdeckung bzw. Ausblendung des Blindbereichs 14 werden nur Bilddaten aus deckennahen Bereichen 13 ausgewertet. Dies hat den Vorteil, dass eventuelle Störgrößen (zum Beispiel Bewegungen im Bodenbereich) nicht beobachtet werden und der Detektionsbereich sich nur auf den Bereich 13 konzentriert, in dem eine Ansammlung von Rauch oder anderen Brandmerkmalen zu erwarten sind.

Claims

Ansprüche
1. Detektionsvorrichtung (1) zur Detektion von Bränden und/oder von Brandmerkmalen in einem Überwachungsbereich
mit einem bildgebenden Sensorelement (2), welches zur Ausgabe von Bilddaten ausgebildet ist,
mit einer Optikeinrichtung (3), welche dem Sensorelement (2) vorgeschaltet ist,
wobei Sensorelement (2) und Optikeinrichtung (3) zusammen eine Kameraeinrichtung (6) zur Überwachung des Überwachungsbereichs bilden,
und mit einer Auswerteeinrichtung (8), welche zur Detektion der Brände bzw. Brandmerkmale in dem Überwachungsbereich durch Auswertung der Bilddaten ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Optikeinrichtung (3) angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass das Sichtfeld (4) der Kameraeinrichtung in mindestens einer zu der Beobachtungsrichtung (5) der Kameraeinrichtung (6) koplanaren Ebene einen maximalen Sichtwinkel (alpha) von mindestens 120°, vorzugsweise von mindestens 150° und insbesondere von mindestens 180° aufweist.
2. Detektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sichtfeld (4) in allen zu der Beobachtungsrichtung (5) der Kameraeinrichtung (6) koplanaren Ebenen einen maximalen Sichtwinkel (alpha) von mindestens 120°, vorzugsweise von mindestens 150° und insbesondere von mindestens 180° aufweist.
3. Detektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sichtfeld (4) axialsymmetrisch zu der Beobachtungsrichtung (5) der Kameraeinrichtung (6) angeordnet ist.
4. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler und/oder mittiger Bereich (14) des Sichtfelds optisch und/oder programmtechnisch ausgeblendet ist.
5. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgeblendete Bereich (14) einen Sichtwinkel von mindestens
30°, vorzugsweise mindestens 60° und insbesondere von mindestens 90° oder 110° aufweist.
6. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Schärfentiefe der Kameraeinrichtung (6) bei einem
Abstand von mindestens 1 m, vorzugsweise mindestens 1,5 m beginnt.
7. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraeinrichtung (6) über einen Autofocus und/oder einen motorisch einstellbaren Fokus verfügt.
8. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung (3) als ein Fischauge, ein Prisma, eine Linse oder Linsensystem, ein reflektives System und/oder ein diffraktives System ausgebildet ist.
9. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Optikeinrichtung (3) verzerrten Bilddaten ohne Entzerrung von der Auswerteeinrichtung (8) ausgewertet werden.
10. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) zur Detektion und/oder Auswertung von Objektbewegungen in dem Überwachungsbereich ausgebildet ist.
11. Detektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet als Deckensystem, wobei die Beobachtungsrichtung (5) der Kameraeinrichtung senkrecht und/oder im Wesentlichen zur Decke und/oder dem Boden ausgerichtet ist.
12. Detektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (1) in der Decke versenkbar montierbar und/oder montiert ist.
13. Verfahren zur Detektion von Bränden und/oder Brandmerkmalen in einem Überwachungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionsvorrichtung (1), vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen die Detektionsvorrichtung (1) umlaufenden, deckennahen Bereich (13) des Überwachungsbereichs aufnimmt und eine Auswerteeinrichtung durch Auswertung der Bilddaten des aufgenommenen Bereichs Brände bzw. Brandmerkmale detektiert.
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