FI74827C - Foerfarande foer tredimensionell oevervakning av ett foeremaols temperatur. - Google Patents

Description

74827

MENETELMÄ KOHTEEN LÄMPÖTILAN KOLMIULOTTEISEKSI VALVOMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä kohteen ja/tai kohdetilan lämpötilan kolmiulotteiseksi valvomiseksi, jota kohdetta 5 havainnoimaan on järjestetty ainakin kaksi infrapuna-alueella toimivaa kuvauslaitetta, kuten lämpökameraa tai, vastaava järjestely, joiden kuvauslaitteiden näkökenttään kohde sisältyy ja että kuvauslaitteet on sovitettu välin päähän toisistaan ja kiinteään kulmaan toisiinsa nähden, 10 joiden kuvauslaitteiden vastaanottamat kuvat tilasta digitoidaan, lämpötilaltaan riittävästi poikkeavat kohdealueet paikannetaan kuvauslaitteiden kuvatasoissa ja näiden kohdealueiden kuvakoordinaattien ja ennaltamäärättyjen vakioiden avulla lasketaan kohdealueen koordinaatit kolmiulotteisessa 15 kohdetilassa.

Tietyn kohteen tai kohdetilan lämpötilamuutosten valvominen edellyttää sekä jatkuvaa lämpötilajakautuman kolmiulotteista seurantaa että mahdollisuutta ulkoisilla toimenpiteillä 20 vaikuttaa lämpötilajakautumaan ja sen muutoksiin. Esimerkkitapauksena voidaan mainita palontorjuntatehtävä. Kriit-tisten lämpötilaerojen varhaisella paikallistamisella voi-: daan mahdollisten vahinkojen suuruutta ja laajuutta vähen tää oleellisesti nykyisiin vastaaviin järjestelmiin verrat-25 tuna.

Paloilmoitusi ait os on tilanvalvontajärjestelmä, jossa pistemäisillä lämpö- tai savuilmaisimilla saatu viesti välitetään ensin keskuskojeeseen ja siitä edelleen paikalliseen 30 valmomoon tai aluehälytyskeskukseen. Joissain järjestelmä vaihtoehdoissa pistemäisten ilmaisinten sijasta voidaan käyttää liekki-ilmaisimia, eräänlaisia valvottavaa tilaa ulkopuolelta valvovia silmiä, jotka toimivat joko ultravio-···. letti- tai infrapunasäteilyn ilmaisijoina.

35 2 74827 Lämpö- ja savuilmaisimien haittana on, että ne tarkkailevät juuri sitä kohtaa missä ne ovat. Erityisesti korkeissa tiloissa hitaasti kehittyvä palo saattaa jatkua kauan ennenkuin palon vaikutus saavuttaa ilmaisimen kohden. Johdotus-5 kustannusten säästämiseksi ilmaisimet on lisäksi kytketty ryhmiksi, jotka kattavat suurimmillaan jopa 1 600 m^ tilan, mistä tulevaa hälytystä ei voida sen tarkemmin paikallistaa. Myöskään liekki-ilmaisimen virittänyttä säteilylähdettä ei voida paikallistaa muuten kuin, että säteilylähde on 10 jossain ilmaisimen näkökentässä.

Ennestään tunnetaan erilaisia menetelmiä kohdetilan kolmiulotteiseksi valvomiseksi kuvauslaitteiden avulla mm. brittiläisestä hakemusjulkaisusta GB 2 099 255 A ja saksalai-15 sesta hakemusjulkaisusta DE-A 2 402 204.

Brittiläisessä julkaisussa liikkuvan kohteen sijainti koh-detilassa määritetään vähintään kahden kameren avulla. Kunkin kameran kuvatasolta tunnistetaan kohteen sijainti ja 20 näiden kohteen kuvakoordinaattien avulla lasketaan kohteen sijainti kohdetilassa. Laskentamenetelmän lähtökohtana on linssin kuvausyhtälö. Kummankin kameran optiikan polttovälit tunnetaan. Ennen kuvausta on määritelty kohdekoordinaa-tisto, joihin nähden kameroiden optiikan pääakselin kulmat 25 on määritetty ja kameroiden etäisyydet kohdekoordinaatiston origosta.

Saksalaisessa julkaisussa kohteen sijainti kohdekoordinaa-tistossa määritetään kolmen kameran avulla, jotka on sijoi-30 tettu samaan tasoon 90* kulmaan toisiinsa nähden. Kameroiden etäisyydet kohdekoordinaatiston origosta tunnetaan. *. Kohteen sijainti kunkin kameren kuvatasolla ilmaistaan ja kohteen poikkeama eli kulma kunkin kameran pääakseliin (kohdekoordinaatiston akseleihin) nähden määritetään. Koh-..’ 35 teen koordinaatit lasketaan määrättyjen geometristen yhtä- **; löiden avulla, joihin em. kulmat ja vakiot sijoitetaan.

3 74827

Epäkohtana edellä mainituissa julkaisuissa julkituoduissa menetelmissä ja -laitteissa on mm. niiden jäykkyys; ne sijoitetaan tiettyä tilaa valvomaan eikä niitä tämän jälkeen voi siirtää. Erityisesti kun käytetään useampia kameroita 5 todelliseen kolmiulotteiseen mittaamiseen, on kamerat si joitettu määrättyihin kulmiin (45*, 90°) toisiinsa nähden. Tällöin vältytään raskaalta laskennalta koordinaattimuutok-sissa. Kun erityisesti kamerat ovat toisiinsa nähden suorasta kulmasta poikkeavassa asennossa, kohteen paikantami-10 sen virhemahdollisuudet kasvavat voimakkaasti; kameroiden pääakselin kulmat kohdekoordinaatiston akseleihin nähden tulisi määrittää erittäin tarkasti kuten myös kameroiden etäisyydet kohdekoordinaatiston origosta. Kameroiden asennuksen ja suuntauksen tarkkuus rajoittaa koko järjestelmän 15 tarkkuuden varsin vaatimattomaksi, mikäli tätä ei tehdä erittäin huolellisesti. Lisävirhettä aiheuttavat kameraop-tiikan puutteet. Laadukas optiikka ja tarkat asennukset merkitsevät suuria kustannuksia.

20 Kummallakaan edellämainituista menetelmistä ei voida ottaa huomioon kappaleen lämpötilan eikä muitakaan kappaleen olotilassa tapahtuvia muutoksia. Merkittävimpinä puutteina on pidettävä sitä, ettei niillä voida yksityiskohtaisesti seurata kohteessa tapahtuvia lämpötilan muutoksia, sitä, ettei 25 lämpötilamuutoksia voida yksityiskohtaisesti paikallistaa, ja sitä, ettei lämpötilamuutosten ja torjuntatoimenpiteiden välille voida saada aikaan välitöntä takaisinkytkentää.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla mm. edellä mainitut 30 ongelmat voidaan useissa tapauksissa ratkaista. Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa .

35 4 74827

Keksinnön mukainen mittausmenetelmä on tosiaikainen ja palaute saadaan havaintohetkellä. Menetelmän avulla voidaan havaita kolmiulotteisesti kohteen tai kohdetilassa olevien yhden tai useamman kohteen pintalämpötilanjakautuma ja pal-5 jastaa säteilylähteen sijainti kohdekoordinaatistossa kolmiulotteisesti. Mitattava kohde tai kohdetila saa olla suuri eikä mittauspisteiden lukumäärää tarvitse rajoittaa. Menetelmä ei edellytä kohteen fyysistä koskettamista eikä myöskään mittauspisteiden aktivoimista eikä näkyvöittämis-10 tä. Mittausalueena on koko vapaasti näkyvä alue. Menetelmää toteuttava mittausjärjestelmä voidaan tarvittaessa siirtää, virittää helposti uudestaan ja se on hyvin pitkälle automatisoitavissa. Mittausjärjestelmä sopii kytkettäväksi mihin tahansa muihin kohdetilaan yksityiskohtaisesti kohdistetta-15 viin toimenpiteisiin.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on lisäksi eräitä välillisesti hyödyllisiä ominaisuuksia. Ensinnäkin, palontorjunta! ehtävissä palonalun varhaisella havaitsemisella voidaan 20 estää sekä itse palosta että sammutustoimista aiheutuvat, yleensä totaaliset, vahingot ja rajoittaa vahingot suppealle alueelle. Toiseksi, paloalueen paikantamisella ja leviämisen jatkuvalle seurannalla voidaan tilasta poistuvia ihmisiä ohjata edullisimmille ulosmenoreiteille sekä tarvit-25 taessa tarkistaa ohjeita. Tämä tulee kyseeseen etenkin silloin, kun mittausjärjestelmä liittyy kokonaisvaltaiseen ti-lanvalvontaa. Kolmanneksi, keksinnön mukaista järjestelmää voidaan käyttää muihinkin kuin palontorjuntatehtäviin, kuten automatisoitujen teollisuusprosessien säätämiseen si 1-30 loin, kun säätämistä voidaan ohjata kohteen lämpötilajakautumasta ja sen sijoittumisesta saatavan kolmiulotteisen tiedon perusteella. Lisäksi menetelmää voidaan soveltaa tilojen vartiointiin.

35 5 74827

Seuraavassa keksintöä ja sen taustaa selvitetään yksityiskohtaisesti oheisten piirustusten avulla, joissa Kuvio 1 esittää geometristä mallia, johon keksinnön mukainen menetelmä perustuu ja 5 Kuvio 2 esiittää havainnollisesesti kohdepisteen paikantamista vähintään kahden tasokuvauksen perusteella; Kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista menetelmää soveltavaa mittausjärjestelmää lohkokaaviona;

Kuvio 4 esittää kuvien prosessointiyksikköä lohkokaaviona; 10 Kuvio 5 esittää havainnollisesti tukipisteiden käyttöä suuntakertoimien määritykseen.

Keksinnön mukainen menetelmä kohteen ja/tai kohdetilan lämpötilan kolmiulotteiseksi valvomiseksi perustuu projektii-15 visten, kaksiulotteisten tasokuvausten käyttöön. Kun jokin yksityiskohta havaitaan ja paikallistetaan vähintään kahdella kuvalla, sen sijainti voidaan määrittää kohdetilassa kolmiulotteisina koordinaatteina. Tarkastellaan kuviota 1. Siinä kohdepiste P kuvautuu kuvatasolle pisteenä P'. Kohde-20 pisteen P ja kuvapisteen P' välinen yhteys määräytyy projekti ivi sen kuvautumisen kautta ns. taaksepäin leikkauksena .

Yleinen kuvautumisyhtälö taaksepäin leikkauksessa voidaan 25 esittää muodossa: ( x-xq ) __ anCX-Xp) + β2χ(Υ-Υρ) + ajj^Z-Zp) (z-zq) a23(X-Xo) + β23(Υ-Υο) + a33^_z0^ (1) < 30 (y-yp ) ^ 812(χ-χθ) + a22^Y_Yo) + a32(Z-Zg) (z-zo) a^3(X-Xq ) + a23(Y“Yo ) + a33(z~zo) 35 74827 jossa x, y, z = kuvapisteen kuvakoordinaatit, x0> YO» z0 = kameran projektiokeskuksen kuvakoodinaatit , X, Y, Z = kohdepisteen kohdekoordinaatit, 5 Xo» Yo» Zo = kameran projektiokeskuksen kohdekoordi- naat it, all***a33 = kamera- ja kohdekoordinaatistojen välisen koordinaatistomuunnoksen ortogonaa li sen kiertomatriisin alkiot eli suuntakertoimet.

10

Kun merkitään z-zq = c eli itseisarvoltaan kameran projektiokeskuksen ja kuvatason etäisyys toisistaan ("polttoväli") ja sijoitetaan lauseke yhtälöihin (1) saadaan: 15 x = xQ + c , 8h(X-Xq) + a2l(V-Vo) + ^Ι^Ζ-Ζρ) a13(X-Xo) + θ23(γ_γθ) + a33(Z-Zq) (2) y = y + c al2(X-xo) + a22 ^ Y~Y0) + β32(Ζ-Ζ0) c ° a13 (X-Xq ) + a23 (γ_γ0 ) + 033 (Z-Zg ) 20

Suuntakertoimet an·--033 sisältävät tuntemattomat | Cp ja Cv , jotka ovat kohde- ja kamerakoordinaatistojen väliset suuntakulmat. Tällöin kunkin kuvan tuntemattomien ratkaisussa tulee kysymykseen vähintään seuraavien tuntemattomien 25 määrittäminen: # * y » «v (3) xo, yo» z0 = c ^ x0* Y0» zo 30

Tuntemattomia on yhteensä 9 kappaletta. Koska kustakin en-naltamäärätystä tukipisteestä saadaan kaksi havaintoyhtälöä (2), tarvitaan yhden kuvan tuntemattomien ratkaisemiseen vähintään viisi tukipistettä, joilla tunnetaan X, Y ja 7. 35 On myös huomattava, että tukipisteiden tulee olla toisis- 74827 7 taan sillä tavoin riippumattomia, etteivät ne ole samalla tasolla, jotta ratkaisu olisi yksiselitteinen.

Kuvauseäteet eivät koskaan ole täysin suoria, vaan ne tai-5 puvat väliaineessa (ilmakehä, linssi, vesi tms.). Nämä virheet voidaan ottaa huomioon laajentamalla matemaattistamal-lia ns. lisäparametrein. Mikäli lisäparametrejä voidaan käsitellä systemaattisina virhelähteinä, ne voidaan ratkaista kuvakohtaisesti. Yleisimmin käytetyt mallit lisäparamet-10 reille korjaavat linssien piirtovirheet ja kuvakoordinaa-tiston virheet.

Laajennetun mallin käyttö on harkittava aina tapauskohtaisesti. Käytäntö on osoittanut, että silloin, kun lisäpara-15 metrin vaikutus on vähintään 1/5 kuvakoordinaatin mittaustarkkuudesta, lisäparametriä on syytä käyttää. Lisäparametrien käyttö edellyttää myös tukipisteiden kohdekoordinaateilta vastaavaa mittaustarkkuutta. Jokainen lisäparametri edellyttää osaltaan uusia tukipisteitä ja havaintoyhtälöitä 20 (2).

Projektiivinen kuvaus käänteisenä, kuvio 2, siis kuvalta kohteeseen, ei ole kohdepisteen P suhteen yksiselitteinen. Kohdepisteen paikantamiseen käytetään vähintään kahta taso-25 kuvausta. Paikantaminen suorit et aaan projektiivisista kuvauksista rekonstruoitujen kuvaussuorien O^P^ (i=l, 2, 3...) avulla ns. eteenpäinleikkauksena.

Eteenpäinleikkauksessa käytetään kuvautumisyhtälöiden (1) 30 käänteisiä muotoja. Koska kohdepisteiden määrittämisellä tulee voida määrittää kulloinkin kolme koordinaattiarvoa, on kohdepiste havaittava aina vähintään kahdella kuvalla i ja j· 35 8 74827

Yleinen kuvautumisyhtälö voidaan esittää muodossa: X-Xp __ an(x-x0) + a22(y-yp) + β13(ζ-ζρ) Z-Zo a31(x-x0) + B32(y-yo) + a33(z-z0) 5 (4) « Y-Yp _ a21(x~XQ) + Q22(y-yQ^ + a23(z~z0) w Z-Z0 a3l(x“xo) + a32(y-yo) + a33(z-zo)> jossa 10 x ja y ovat uuden pisteen havaitut kamerakoodinaatit kuvilla i ja j, ja X, Y, Z ovat uuden pisteen laskettavat kohdekoordinaatit.

Muut suureet eli suuntakertoimet βη···®33 on ratkaistu ku-15 vakohtaisesti taaksepäin leikkauksen yhteydessä.

Sijoittamalla havainnot ja ratkaistut tuntemattomat yhtälöihin (4) saadaan: 20 | X-X0i = (Z-Z0i) * lii Y-Y0i = (Z-Z0i) - Ii2 (5) ' x~xoj = (z-zoj) · Ijl Y-Y0j = (Z-Z0J) - Ij2 25 Yhtälöiesä on merkitty yhtälöiden (4) oikea puoli kuvittain vakioille: In, Ii2* Ijl Ja I j 2 * T’am®n jälkeen kohdekoordi-naatit X, Y, Z voidaan ratkaista yhtälöistä (5) vaiheittain esimerkiksi seuraavasti: 30 a) X=X0i + (Z-Zoi) · In = Xoj + (Z-Zqj) * Ijl b) x0i + z · in - z0i »in = xoj + z · iji - z0j · iji c) z = X0j ~ Xoi ~ Zpj · Ijl + Zoi ‘ lii lii - 1jl 35 jolloin on ratkaistu Ζ, ja jatketaan esimerkiksi 9 74827 d) X = (Z-Z0i) · Iϋ - X0i ja e) Y = (Z-Z0i) * Ij2 - Yoi» jolloin on ratkaistu myös X ja Y.

5 Mikäli käytetään lisäparametreillä laajennettua mallia, tehdään ennen kohdekoordinaattien X, Y ja Z ratkaisemista kuvahavaintoihin yj_; xj ja yj vastaavat korjaukset kuin taaksepäin leikkauksen yhteydessä.

10 Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuvauslaitteet, kuten lämpökamerat, asetetaan kulmaan toisiinsa nähden tarkkailemaan haluttua kohdetta, erityisesti kohdetilaa; tähän koh-detilaan järjestetään tukipisteitä, joiden kohdekoordinaa-tit X^, Υ^,Ζ^; k = 1, 2, 3,... mitataan ja kuvauskohtaiset 13 kuvakoordinaatit x^, Yki» xkj> Ykj määritetään vastaavilta kuvauslaitteilta i, j, jonka jälkeen tukipisteet ovat poistettavissa kohdetilasta; tukipisteiden kuva- ja kohdekoor-dinaatti arvojen avulla lasketaan projektiivisen taaksepäin leikkauksen suuntakertoimet 8^...833, jonka jälkeen ha-20 vaittujen lämpötilaltaan riittävästi muuttuneiden kohdepisteiden tuntemattomat kohdekoordinaatit X, Y, Z on tosiaikaisesti ratkaistavissa kuvauslaitteilta havaittavien kuva-koordinaattien x, y avulla käyttäen hyväksi projektiivista eteenpäinleikkausta.

23

On huomattava, ettei keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitse määrittää kuvauslaitteita tai niiden sijaintia ennen kuvauksen suorittamista, ei kohde- ja kamerakoordinaatiston välisiä suuntakulmia eikä kameroiden polttoväliä. Lisäksi 30 käytetyt tukipisteet poistetaan kohdetilasta yleensä heti, kun niiden sijainti on määritetty ja/tai kun suuntakertoimet on laskettu, jolloin ne eivät häiritse kohdetilan valvontaa millään tavalle. Kun kuvauslaitteiden suuntakertoimet on määritetty, jokainen riittävästi muuttunut tai muu-35 ten taustasta riittävästi erottuva lämpösätei 1ykohde, joka on kuvauslaitteiden yhteisessä näkökentässä eli kohdetilas-sa, voidaan paikantaa.

10 74827

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kerran määritettyjä suun-takertoimia βΐΐ···β33 käytetään jatkuvasti kohdepisteiden tuntemattomia kohdekoordinaatteja X, Y, Z ratkaistaessa kuvauslaitteelta havaittavien kuvakoordinaaattien x, y avulla 5 niin kauan kuin kuvauslaitteet ovat kiinteässä kulmassa toistensa suhteen ja tarkkai levät kohdetilaa. Näin menetellen kohdepisteiden koordinaattien määrittäminen nopeutuu huomattavasti; suuntakertoimien laskeminen vie eniten aikaa maäritysproseduurissa.

10

Eräs edullinen keksinnön mukaisen menetelmän toteutusesi-merkki on sellainen, jossa kuvauslaitteet kytketään välin päähän kiinteästi toisiinsa ja kiinteään kulmaan toisiinsa nähden, jolloin niiden yhteinen näkökenttä eli kohdetila on 15 määrätty ja tätä tilaa voidaan tarkkailla jatkuvasti. Tämä merkitsee sitä, että kuvauslaitteet yhdessä eli kohdet il ansa kanssa muodostavat suljetun järjestelmän. Se ei ole riippuvainen ulkoisista tekijöistä. Näin ollen mittausjärjestelmä voidaan rakentaa liikutettavalle alustalle (auto, 20 junavaunu, laiva yms.) ja se voi valvoa ympäristöään tämän liikutettavan alustan ulkopuolella kuvauslaitteiden yhteisen näkökentän puitteissa. Suuntakertoimet voidaan määrittää etukäteen halutuissa olosuhteissa, jonka jälkeen mittausjärjestelmää voidaan käyttää kentällä.

25

Yleiset kuvautumisyhtälöt (1) taaksepäinleikkauksessa ja (4) eteenpäin leikkauksessa voidaan esittää yleisesti muun-nosmatriisina: 30 X X0 an a12 a13 x

(6) Y = Y0 + a2i a22 a23 · Y

2 ij ^oij a31 a32 a33 ij c ij 35 74827 jossa

Xi,Yi,Zi s kohdekoordinaatit eli kohdepisteiden koor-

Xj,Yj,Zj dinaatit kohdetilan XYZ-koordinaatistossa; X0i, ^oi» Z0i = vakiot, jotka edustavat kunkin kuvauslait-5 X0j, Yoj> Z0j teen i, j projektiopistettä 0^0j; all***a33 = kuvien projektiiviset suuntakertoimet; c^, cj = kuvauslaitevakiot; Χχ, yi = kuvapisteiden koordinaatit kunkinkuvaus-

Xj, yj laitteen i, j kuvatasolla; 10 i, j = kuvauslaitteet! ja j.

Muunnosmatriisin avulla voidaan ratkaista kaikki tarvittavat suureet niin kuin edellä yhtälöiden (1) ja (4) yhteydessä on esitetty.

13

Kuvio 3 esittää mittausjärjestelmää, jossa sovelletaan kek-sinnönmukaista menetelmää. Havainnoitava kohdetila l sijaitsee kolmiulotteisessa XYZ-koordinaatistossa. Kohde muodostuu havaittavista pisteistä tai pinta-alkioista P(X, Y, 20 Z). Mittaus tehdään kuvaamalla kohdetilaa välin päässä toi sistaan olevilla kuvauslaitteilla 2 ja 3 kuten lämpökame-roi11a. Kuvauslaitteet on kytketty tietojenkäsittelyjärjestelmään 4. Tietojenkäsittelyjärjestelmä 4 koostuu esimerkiksi kuvausosasta 3, kuvien prosessointiosasta 6, logiik-23 kaosasta 7 ja toimenpideosasta 8. Kuvausosan 3 avulla valvotaan kuvauksen suorittamista, mahdollista mittauspisteiden näkyvöittämistä ja huolehditaan kuvien siirrosta eteenpäin. Se sisältää esim. tarvittavat ajastimet ja A/D-muuntimet. Kuvien prosessointiosassa 6 tulkitaan kuvat: etsi- 30 tään kummaltakin kuvalta kohteen pinta-alkioiden lämpötiloissa tapahtuvat muutokset ja kuvakoordinaatit P'(x, y) ja lasketaan muuttuneiden pinta-alkioiden P(X, Y, Z) kohde-koordinaatit, tallennetaan välituloksia, suodatetaan oleellinen tieto ja suoritetaan ehkä ajallista seurantaa tulos-35 ten välillä. Lopullinen tulos syötetään logiikkaosa1 le 7, 12 74827 jossa tehdään päätöksiä toimenpiteistä. Logiikkaosan päätöksentekoon voidaan kytkeä mukaan myös muita kuin kuvauksen avulla hankittuja tilatietojaj^Toimenpideosa 8 huolehtii tarvittavista kohdetilaan kohdistuvista toimenpiteistä 5 11 kuten esim. palonalun tukahduttaminen kuvaustilaan koh distuvista toimenpiteistä 12 kuten esim. kuvauslaitteen suuntaaminen sekä muista toimenpiteistä kuten kohdetilasta poistavien ja siinä tapahtuvien muiden kuin sammutustöiden opastaminen.

10

Edellä esitetyssä menetelmässä käytettävien kuvauslaitteiden tulee olla sellaisia, että niiden avulla voidaan kohteesta heijastuva tai sen aikaansaama u11ravi oletti-, infrapuna- tai muu vastaava lämpötilamuutoksista aiheutuva ja/ 15 tai sitä ennakoiva säteily ilmaista kaksiulotteisena kuvana. Kuvauslaitteet voivat olla lämpökameroita (aallonpituusalue esim. 1...13 un), tai infrapuna-alueella herkkiä videokameroita. Myös tavanomaista videokameraa voidaan käyttää yhdessä lämpökameran tai vastaavan kanssa.

20

Kuviossa 4 on esitetty eräs ratkaisu kuvien prosessointiyksiköksi 6. Yksikön tuloliitännän A, B kautta tuodaan digitoitu kuvasignaali kummaltakin kuvauslaitteelta 2, 3 ensimmäiseen kuvamuistiin 15a, 15b. Ensimmäinen ja toinen kuva-25 muisti 15a, 15b ja 16a, 16b on yhdistetty lämpötilaltaan muuttuneiden kuva-alueiden, kuten kuvapisteiden tai niistä muodostuneiden kuva-alueiden, tunnistimeen 17a, 17b, johon myös lämpötilan kynnysarvo asetetaan. Tunnistin 17a, 17b on liitetty muutoskohdan kuvakoordinaattien x, y määrittely-30 piiriin 18a, 18b. Toisen kuvamuistin täydennyspiirin 19a, 19b kautta voidaan tarvittaessa uudistaa toisen kuvamuistin 16a, 16b sisältö kuvauslaitteelta 2, 3.

Digitoitu kuvasignaali luetaan ensimmäiseen kuvamuistiin 35 15a, 15b ja tästä edelleen muuttuneiden kuva-alueiden tun nistimeen 17a, 17b, johon myös toisesta kuvamuistista 16a, 13 74827 16b jo aikaisemmin lähetetty kuvainformaatio tai sitä vastaava tieto luetaan. Kun tietty kuva-alue tunnistetaan muuttuneeksi tunnistimessa 17a, 17b, tarkistetaan, ylittääkö muuttunut kuvainformaatio, kuten kuva-alueen intensi-5 teetti, joka vastaa tiettyä lämpötilaa, asetetun kynnysarvon, ja mikäli ylittää, muutoskohdan koordinaatit x, y lasketaan määri ttelypi i ri1lä 18 a, 18b.

Kun kummankin kuvauslaitteen 2, 3 kuvatasolla muutoskohta 10 x, y on määritetty, nämä kuvakoordinaatit syötetään laskentayksikköön 20 tai vastaavaan tietojenkäsittely-yksikköön. Yhtälö (4) ratkaistaan kohdekoordinaattien suhteen, jonka jälkeen kohdepisteen lasketut koordinaatit X, Y, Z syötetään lähtöliitännän C kautta logiikkaosaan 8.

15

Ennen varsinaista mittausta on laskettava suuntakertoimet, kuten edellä on todettu. Tämä tapahtuu tukipisteiden määrityksen avulla, jota toimenpidettä on kuviossa 3 esitetty lohkolla 21. Suuntakertoimet lasketaan laskentayksikössä 20 20 esim. yhtälön (1) tai (2) tai matriisin (6) avulla.

Tukipisteiden mittausta on havainnollistettu kuviossa 5. Kuvauslaitteita ja niiden kuvaussuuntia (tai pääakseleita) on esitetty nuolilla 22, 23. Kohdekoordinaatistossa XYZ on 25 valvottava kohde 24, joka ympäristöineen sisältyy kummankin kuvauslaitteen näkökenttään eli kohdetilaan. Tukipisteet 25 on merkitty tässä tapauksessa selvästi taustasta erottuvina kohdetilan eri puolille edullisimmin siten, että valvottava kohde sisältyy tukipisteiden rajoittamaan ti-30 laan. Tukipisteitä 25 on kuvioon 5 merkitty yhdeksän kappaletta. Pisteiden kuvakoordinaatit x^, y^ mitataan kuvilta käyttäen järjestelmän omaa mittausjärjestelmää. Tukipisteiden kohdekoordinaatit Χ^,Υ^,Ζ^; k = l, 2,...9 mitataan esim. geodeettisesti elektronisella täky metrillä ja koodinaat-35 tien arvot syötetään esim. näppäimistön avulla laskentayk- 14 74827 sikölle 20. Tämän jälkeen laskentayksikön avulla muunnos-matriisia (6) käyttäen lasketaan suuntakertoimet 8^...833. Tukipisteiden kohdekoordinaatit voidaan syöttää myös suoraan laskentayksikölle laitteistoon kytkettävältä takymet-5 riitä.

Tukipisteinä voidaan käyttää mittamerkkejä, kuten kuviossa 5 on esitetty, erityisiä valolähteitä tai -pistettä, joka pyyhkii kohdetta ja/tai kohdetilaa. Lämpökameroiden tilalla 10 voidaan käyttää tällöin esim. tavanomaisia näkyvän valon aallonpituuksilla toimivia videokameroita. Mikäli taas läm-pökameroita käytetään mittamerkkien on erotuttava ympäristöstään ainakin lämpötilansa suhteen, mutta myös edullisesti oltava selvästi havaittavia, jolloin paikantaminen muil-15 la apuvälineillä on helppoa.

Kun suuntakertoimet on laskettu tukipisteiden avulla, koh- detila on määritelty ja tukipisteet eli niiden merkinnät tai jäljet niistä voidaan poistaa. Tämän jälkeen ne eivät 20 mitenkään rajoita kohteen mittaamista kohdetilassa. On selvää, että edellä esitetty tukipisteiden mittaus voidaan suorittaa tyhjässä kohdetilassa eli ilman mitään varsinaista mitattavaa kohdetta. Kun laitteisto on "oppinut" nämä tukipisteet, se pystyy määrittämään kaikki muutkin pisteet 25 siinä kohdetilassa, jonka kumpikin kamera näkee.

Edellä kuvioissa 3 ja 4 keksinnön mukaista menetelmää so veltavan mittausjärjestelmän rakenne saattaa poiketa huomattavasti eri sovelluksissa ja ympäristöissä. Rakenteeseen 30 vaikuttavat myös käyttäjän soveltama muu tietojenkäsittely, laitteistolta vaadittu automaatioastesekä toimenpiteiden 11, 12 ja 14 luonne.

35 15 74827

Kuvauslaitteet ilmaisevat kohteen lämpötilajakautuman kukin omasta perspektiivistään nähtynä. Yhdistämällä pinta-alkioiden perspektiiviset kuvaukset ratkaistaan näiden alkioiden sijoittuminen kohdetilaan kuten edellä on todettu.

5 Oleellista lämpötilajakauman ratkaisemiseksi on, että lämpötila havaitaan vähintään pinta-alkiota kohden yhdestä kuvauksesta, ja alkion sijainti vähintään kahdesta eri perspektiivin omaavasta kuvauksesta. Jälkimmäisessä tapauksessa toinen kuvauslaite voidaan korvata kohdetilan rajapintaku-10 vauksella, mikäli rajapinta pysyy muuttumattomana. Vastaavasti kohdetilaa havainnoivia kuvauslaitteita voi olla useampiakin kuin kaksi, mikäli se koko kohdetilan hallitsemiseksi on tarpeen. Mikäli kohdetilassa tapahtuvat lämpöti-lanmuutokset ovat hitaita, voidaan vähimmäisvaatimukset 15 perspektiivisten kuvausten suhteen täyttää myös siirtämällä yhtä kuvauslaitetta useampaan perspektiiviseen kuvaustilanteeseen .

20

Claims (6)

16 74827

1. Menetelmä kohteen ja/tai kohdetilan lämpötilan kolmiulotteiseksi valvomiseksi, jota kohdetta havainnoimaan on 5 järjestetty ainakin kaksi infrapuna-alueella toimivaa kuvauslaitetta, kuten lämpökameraa, tai vastaava järjestely, joiden kuvauslaitteiden näkökenttään kohde sisältyy ja että kuvauslaitteet on sovitettu välin päähän toisistaan ja kiinteään kulmaan toisiinsa nähden, joiden kuvauslaitteiden 10 vastaanottamat kuvat tilasta digitoidaan, lämpötilaltaan riittävästi poikkeavat kohdealueet paikannetaan kuvauslaitteiden kuvatasoissa ja näiden kohdealueiden kuvakoordi-naattien ja ennaltamäärättyjen vakioiden avulle lasketaan kohdealueen koordinaatit kolmiulotteisessa kohdetilassa, 15 tunnettu siitä, että tähän kohteeseen ja/tai kohde-tilaan järjestetään tukipisteitä, joiden kohdekoordinaatit (X|<, Y |<, Z (<; k = .1, 2, 3...) mitataan ja ku vauskohtaiset kuvakoordinaatit (x|<i* Yki» xkj» Ykj) määritetään vastaavilta kuvauslaitteilta, jonka jälkeen tukipisteet ovat poi-20 stettavissa kohdetilasta; tukipisteiden kuva- ja kohdekoor-dinaatti arvojen avulla lasketaan projektiivisen taaksepäin leikkauksen suuntakertoimet (···a33)· jonka jälkeen kohteessa ja/tai kohdetilassa havaittujen lämpötilaltaan riittävästi muuttuneiden kohdepisteiden tuntemattomat kohde-25 koordinaatit (X, Y, Z) on tosiaikaisesti ratkaistavissa kuvauslaitteilta havaittavien kuvakoordinaattien (x, y) avulla käyttäen hyväksi projektiivista eteenpäinleikkausta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-30 t u siitä, että kerran määritettyjä suuntakertoimia (a^***a33) käytetään jatkuvasti kohdepisteiden tuntemattomia kohdekoordinaatteja (X, Y, Z) ratkaistaessa kuvauslaitteelta havaittavien kuvakoordinaattien (x, y) avulle niin kauan kuin kuvauslaitteet ovat kiinteässä kulmassa toisten-35 sa suhteen ja tarkkailevat haluttua kohdetilaa. 74827

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n-n e t t u siitä, että kohteen koordinaatit ratkaistaan muunnosmatriisin avulla:

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, t u n n e t t u siitä, että tukipisteet valitaan niin, että ne kattavat kameroiden hallitseman kolmiulotteisen tilan.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että tukipisteiden määrä on enemmän kuin 5 eli enemmän kuin pienin vaadittu määrä suuntakertoimien laskemiseksi .

5. X0 an a12 a13 x (6) Y = Y0 + a2i a22 a23 · y 1 ij zo ij a31 a32 a33 ij c ij jossa 10 Χΐ,Υ^,Ζι = kohdekoordinaatit eli kohdepisteiden koor- Xj,Yj,Zj dinaatit kohdetilan XYZ-koordinaatistossa; X0i, Yoi> zoi = vakiot, jotka edustavat kunkin kuvauslait-Xoj * Y0j * zoj teen i, j projektiopistettä 0^,0j; all,,,a33 = kuvien projektiiviset suuntakertoimet; 15 en cj = kuvauslaitevakiot; Xi, yi = kuvapisteiden koordinaatit kunkin kuvaus- xj, yj laitteen i, j kuvatasolla; i, j = kuvauslaitteet i ja j.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että tukipisteinä käytetään näkyviä mittamerkkejä tai vastaavia, ja kuvauslaitteina niiden kuvauskohtaisten koordinaattien määrittämisessä näkyvällä aallonpituusalueella toimivia kuvauslaitteita ku- 35 ten videokameroita. 18 74827