ITCH20080006A1

ITCH20080006A1 - ALARM DEVICE FOR THREE-DIMENSIONAL DISTANCE DETECTION OF INTRUSIVE EVENTS AND COMPUTERIZED METHOD OF MANAGING THE DEVICE

Info

Publication number: ITCH20080006A1
Authority: IT
Inventors: Paolo Uccello
Original assignee: Paolo Uccello
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-12

Description

2. DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE 2. DESCRIPTION OF THE INVENTION

2.1 Titolo 2.1 Title

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Patent application for industrial invention entitled:

“DISPOSITIVO DI ALLARME PER IL RILEVAMENTO DISTANZIOMETRICO TRIDIMENSIONALE DI EVENTI INTRUSIVI E METODO INFORMATIZZATO DI GESTIONE DI DETTO DISPOSITIVO” "ALARM DEVICE FOR THREE-DIMENSIONAL DISTANCE DETECTION OF INTRUSIVE EVENTS AND COMPUTERIZED MANAGEMENT METHOD OF SAID DEVICE"

2.2 Riassunto 2.2 Summary

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di allarme per rilevare eventi intrusivi di persone, animali o cose che avvengono in una zona dello spazio, tridimensionalmente rilevata dai sensori (2,5) del dispositivo stesso. Essa si riferisce, inoltre, ad un metodo informatizzato per la gestione delle varie interfacce di comunicazioni locali e remote (I/F, CL, CR) attraverso una propria unità di processo e controllo (UPC). The present invention relates to an alarm device for detecting intrusive events involving people, animals or things that occur in an area of the space, three-dimensionally detected by the sensors (2,5) of the device itself. It also refers to a computerized method for managing the various local and remote communication interfaces (I / F, CL, CR) through its own process and control unit (UPC).

2.3 Stato dell’arte 2.3 State of the art

Un problema più che mai attuale e particolarmente sentito è quello della sicurezza contro l’intrusione non autorizzata in zone, edifici, spazi e altri luoghi di particolare interesse o importanza. Uno dei mezzi attualmente utilizzati per risolvere il problema è quello di disporre sistemi di allarme unicamente a raggi infrarossi e/o a microonde in grado di rilevare la presenza di individui, animali o oggetti che si introducono in un determinato luogo. Tali sistemi sono molto imprecisi e sensibili alle variazioni ambientali e, per tanto, di limitato uso in interni e quasi inutilizzabile in esterni. Difatti, intrusioni di piccole dimensioni, animali di piccola taglia, sbalzi di temperatura o correnti d’aria sono una permanente fonte di falsi allarmi, obbligando gli utenti a spegnere il sistema di allarme. D’altro canto, nella fascia di mercato più economica sono disponibili dispositivi molto meno sensibili, inaffidabili oppure non in grado di essere sottoposti ad una regolazione della sensibilità di rilevamento dei movimenti. Tra i dispositivi ad elevata sensibilità alle azioni intrusive, esistono oggi sul mercato dispositivi di allarme o antintrusione per la protezione di edifici o spazi aperti, che cercano di superare gli inconvenienti citati. La maggior parte sono collegati in forma permanente ad un computer personale (PC), configurato con la propria CPU (acronimo di Central Processing Unit) interna, video registratore o disco rigido (hard disk), memoria RAM e monitor. Tali dispositivi, nonostante siano in grado di analizzare alcune anomalie che caratterizzano un fenomeno di intrusione, diagnosticarle e interfacciarsi con un sistema di comunicazione o avvertimento di tipo acustico, ottico o di altro tipo, hanno l’inconveniente importante che normalmente necessitano di un collegamento permanente tra il PC e il terminale di rilevamento dell’intrusione per poterne gestire tutte le funzionalità. Inoltre il PC deve essere impegnato in continuazione per l’operazione durante il periodo di funzionamento del sistema di allarme, dipendendo, quindi, fortemente dall’affidabilità di ciascun componente hardware del PC, più gli accessori, e dalla spesso precaria stabilità del sistema operativo installato, che, di norma, è Windows. A problem that is more current than ever and particularly felt is that of security against unauthorized intrusion into areas, buildings, spaces and other places of particular interest or importance. One of the means currently used to solve the problem is that of having alarm systems solely with infrared and / or microwave rays capable of detecting the presence of individuals, animals or objects entering a specific place. These systems are very imprecise and sensitive to environmental variations and, therefore, of limited use indoors and almost unusable outdoors. In fact, small intrusions, small animals, sudden changes in temperature or drafts are a permanent source of false alarms, forcing users to turn off the alarm system. On the other hand, devices that are much less sensitive, unreliable or unable to be subjected to a movement detection sensitivity adjustment are available in the cheaper market segment. Among the devices with high sensitivity to intrusive actions, there are currently on the market alarm or anti-intrusion devices for the protection of buildings or open spaces, which try to overcome the aforementioned drawbacks. Most are permanently connected to a personal computer (PC), configured with its own internal CPU (acronym for Central Processing Unit), video recorder or hard disk (hard disk), RAM memory and monitor. These devices, despite being able to analyze some anomalies that characterize an intrusion phenomenon, diagnose them and interface with a communication or warning system of an acoustic, optical or other type, have the important drawback that they normally require a permanent connection. between the PC and the intrusion detection terminal in order to manage all its functions. Furthermore, the PC must be continuously engaged for the operation during the period of operation of the alarm system, thus strongly depending on the reliability of each hardware component of the PC, plus the accessories, and on the often precarious stability of the installed operating system. , which, as a rule, is Windows.

2.4 Problema tecnico 2.4 Technical problem

Il mancato rilevamento della distanza o profondità alla quale l’evento intrusivo si produce e ,quindi, la mancanza di affidabilità nel rilevamento di persone, animali od oggetti intrusivi da parte dei dispositivi esistenti nel mercato, costituisce il principale problema tecnico che viene risolto con il nuovo trovato. Questo è un fattore determinante della inattendibilità dei sistemi attuali, per i quali un piccolo o insignificante ingombro (basso o nullo livello di pericolosità intrusiva) a pochi centimetri dai sensori può equivalere ad un grande ingombro a maggiori distanze dai sensori (alti livelli di pericolosità intrusiva), dovuto essenzialmente al fatto che l’analisi “intelligente” (computerizzato) della scenario intrusivo viene realizzato attraverso un unico tipo di sensori, di norma visivi, come fotocamere a risoluzione e sensibilità variabili, che ne determinano, tra l’altro, il prezzo finale ed i costi di manutenzione dell’hardware e del software. The lack of detection of the distance or depth at which the intrusive event occurs and, therefore, the lack of reliability in the detection of people, animals or intrusive objects by the devices existing on the market, constitutes the main technical problem that is solved with the new found. This is a determining factor of the unreliability of current systems, for which a small or insignificant footprint (low or zero level of intrusive danger) a few centimeters from the sensors can be equivalent to a large footprint at greater distances from the sensors (high levels of intrusive danger ), essentially due to the fact that the "intelligent" (computerized) analysis of the intrusive scenario is carried out through a single type of sensors, usually visual, such as cameras with variable resolution and sensitivity, which determine, among other things, the final price and hardware and software maintenance costs.

Altro problema che si pone nell’utilizzo di tali sistemi di allarme è quello dell’ingombro, poiché generalmente si tratta di dispositivi voluminosi e difficili da camuffare nell’ambiente da proteggere dall’intrusione. Another problem that arises in the use of these alarm systems is that of the encumbrance, since generally they are bulky devices and difficult to disguise in the environment to be protected from intrusion.

2.5 Soluzioni del problema tecnico 2.5 Solutions to the technical problem

Uno scopo primario della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti sopra lamentati realizzando un dispositivo di allarme di tipo compatto, economico e di elevata sensibilità di rilevamento dei movimenti. A primary object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks by providing an alarm device of a compact, economical type and with a high sensitivity for detecting movements.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di realizzare un dispositivo di allarme in grado di essere regolato con elevata precisione per permettere di discernere i movimenti che si presentano nel campo visivo del dispositivo, effettuati da intrusioni non permesse, da quelli che sono originati da fenomeni naturali non rilevanti ai fini della sicurezza. Another object of the invention is to provide an alarm device capable of being adjusted with high precision to allow to discern the movements that occur in the visual field of the device, carried out by unauthorized intrusions, from those originating from phenomena. natural not relevant for safety purposes.

Questi scopi, nonché altri che verranno meglio chiariti nel seguito, sono raggiunti da un dispositivo di allarme che presenta le caratteristiche della rivendicazione 1 nonché da un metodo informatizzato di analisi del rilevamento ed elaborazione di immagini che presenta le caratteristiche della rivendicazione 14. These purposes, as well as others which will be better clarified hereinafter, are achieved by an alarm device which has the characteristics of claim 1 as well as by a computerized method of image detection and processing analysis which has the characteristics of claim 14.

La miniaturizzazione del dispositivo secondo l’invenzione è un suo notevole punto di forza, essendo contenuta tutta la componentistica di base, eccetto il dispositivo acustico di allarme fisico locale o remotizzabile, per es. la sirena o simili, in una scheda che utilizza la tecnologia SMD (Surface Mounted Device). The miniaturization of the device according to the invention is one of its considerable strengths, as it contains all the basic components, except for the local or remotable physical alarm acoustic device, for example. the siren or similar, in a board that uses SMD (Surface Mounted Device) technology.

Il dispositivo ha costi di realizzazione contenuti, pur disponendo di numerose funzionalità che sono offerte solo parzialmente nei sistemi di maggior complessità reperibili nel mercato. The device has low manufacturing costs, even though it has numerous functions that are only partially offered in the most complex systems available on the market.

Il dispositivo dispone di una prima componente essenziale che è un sistema a scansione laser, capace di rilevare con accuratezza la distanza del soggetto intrusivo dal sensore e, quindi, in grado di utilizzare questo dato per i calcoli in tempo reale necessari alla determinazione “intelligente” ed affidabile dell’evento intrusivo, come più avanti descritto. The device has a first essential component which is a laser scanning system, capable of accurately detecting the distance of the intrusive subject from the sensor and, therefore, able to use this data for the real-time calculations necessary for the "intelligent" determination. and reliable of the intrusive event, as described later.

Il dispositivo dispone di una seconda componente essenziale che è il sensore di visione a elettronica integrata su larga scala di tipo “CMOS” (acronimo di “Complementary Metal Oxide Silicon”) che simula una retina artificiale. Con tale dispositivo si possono controllare selettivamente porzioni di aree d forma personalizzabile a video, anziché tutta un’area fissa di visualizzazione dell’immagine, come più avanti descritto. Il sensore visivo permette inoltre l’elaborazione parallela dei dati. In pratica, mentre viene campionata l’immagine, se ne possono variare i parametri quali luce, livello ed altri valori senza l’ausilio di un processore esterno a differenza dei dispositivi noti sul mercato.. Queste funzioni, assenti da altri dispositivi di allarme di tipo noto utilizzanti sensori di qualsivoglia tecnologia, aumenta grandemente la sensibilità, la precisione, l’accuratezza, l’affidabilità e la versatilità del dispositivo oggetto della presente invenzione. The device has a second essential component which is the "CMOS" (acronym for "Complementary Metal Oxide Silicon") large scale integrated electronic vision sensor which simulates an artificial retina. With this device it is possible to selectively control portions of areas with a customizable shape on the screen, instead of a whole fixed area for displaying the image, as described below. The visual sensor also allows parallel data processing. In practice, while the image is being sampled, its parameters such as light, level and other values can be varied without the aid of an external processor unlike the devices known on the market. These functions, absent from other alarm devices. known type using sensors of any technology, greatly increases the sensitivity, precision, accuracy, reliability and versatility of the device object of the present invention.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti nei prossimi paragrafi alla luce della descrizione delle diverse forme di attuazione applicabili al dispositivo. Further features and advantages of the invention will become more evident in the next paragraphs in the light of the description of the different embodiments applicable to the device.

2.6 Descrizione di una o più forme di attuazione 2.6 Description of one or more forms of implementation

Con particolare riferimento al diagramma generale di funzionamento (figura 1), il dispositivo comprende tre componenti principali: un sensore di profondità (2) o distanziometro laser, un sensore visivo (5) o rilevatore digitale di immagini, fisse o in movimento, ed una unità di processo e controllo (UPC). With particular reference to the general operating diagram (figure 1), the device comprises three main components: a depth sensor (2) or laser distance meter, a visual sensor (5) or digital image detector, fixed or in motion, and a process and control unit (UPC).

Il distanziometro laser è un trasmettitore/ricevitore di pulsazioni di luce coerente (luce laser), controllate in ampiezza e frequenza dall’unità di processo e controllo (UPC) a bordo del dispositivo stesso. The laser distance meter is a transmitter / receiver of coherent light pulses (laser light), controlled in amplitude and frequency by the process and control unit (UPC) on board the device itself.

Il principio su cui si basa il sistema per valutare la distanza degli elementi che compongono la scena è quello del calcolo noto come “tempo di volo” (“time of flight”) o, alternativamente, il calcolo dello “scorrimento di fase” (“phase shift”). The principle on which the system is based for evaluating the distance of the elements that make up the scene is that of the calculation known as "time of flight" or, alternatively, the calculation of the "phase shift" (" phase shift ").

Il trasmettitore laser, un fotodiodo che opera, preferibilmente ma non esclusivamente, nella gamma della luce infrarossa, oltre i 900 nanometri, invia un impulso luminoso ad intervalli temporali scanditi su ranghi dai nano ai picosecondi. Tale impulso viene riflesso dal bersaglio e torna alla sorgente, dove viene rilevato da un detectorricevitore, che è un fotorivelatore: esso riceve l'impulso dovuto alla retrodispersione aleatoria (“random back-scattering”) della luce incidente sul bersaglio e genera un segnale verso il calcolatore del “tempo di volo” o dello “scorrimento di fase” contenuto nell’ unità di processo e controllo (UPC), determinando la fine del conteggio e di conseguenza la misura della distanza The laser transmitter, a photodiode that operates, preferably but not exclusively, in the infrared light range, over 900 nanometers, sends a light pulse at time intervals scanned in ranks from nano to picoseconds. This impulse is reflected by the target and returns to the source, where it is detected by a detector receiver, which is a photodetector: it receives the impulse due to the "random back-scattering" of the light incident on the target and generates a signal towards the "time of flight" or "phase shift" calculator contained in the process and control unit (UPC), determining the end of the count and consequently the distance measurement

La durata dell'impulso, l’energia dei fotoni incidenti e la potenza ottica di emissione rispettano le indicazioni della norma CEI 60825-1 per la classificazione in classe 1 (Eye-safety Class 1 Laser) per la sicurezza della retina. Dalla misura del tempo che intercorre tra l’invio dell’impulso e la rilevazione del segnale riflesso si determina la distanza dell’oggetto, essendo nota la velocità con cui viaggia l’impulso (velocità della luce laser). Per poter monitorare un’area prestabilita, soprattutto in ambiente esterno o “outdoor”, è necessario valutare una griglia discreta di punti fissi nelle coordinate x e y, considerando come coordinata z la profondità. Per convenienza descrittiva, abbiamo chiamato tale griglia “ScanMatrix” (figura 2). Il sistema procederà dapprima all’acquisizione di una scena indicativa dello stato di “non allarme” su cui poi verranno effettuati i confronti. A ogni scansione verrà valutata la variazione della profondità di ciascun punto paragonato con il corrispondente punto della “ScanMatrix” precedente e una repentina e significativa variazione di tale valore darà luogo allo stato di pre-allarme ed allarme, che verrà poi opportunamente gestito dal sistema, come più avanti descritto. The duration of the pulse, the energy of the incident photons and the optical emission power comply with the indications of the CEI 60825-1 standard for classification in class 1 (Eye-safety Class 1 Laser) for the safety of the retina. The distance to the object is determined by measuring the time between sending the pulse and detecting the reflected signal, since the speed with which the pulse travels is known (speed of laser light). In order to monitor a predetermined area, especially in an external or "outdoor" environment, it is necessary to evaluate a discrete grid of fixed points in the x and y coordinates, considering the depth as the z coordinate. For descriptive convenience, we have called this grid “ScanMatrix” (figure 2). The system will first proceed to the acquisition of a scene indicative of the "non-alarm" state on which comparisons will then be made. At each scan, the variation of the depth of each point will be evaluated compared with the corresponding point of the previous "ScanMatrix" and a sudden and significant variation of this value will give rise to the pre-alarm and alarm status, which will then be appropriately managed by the system, as described below.

Per poter scandire una scena in profondità è conveniente poter deflettere il fascio laser lungo due assi o direzioni, orizzontale e verticale. A tale scopo il sistema impiegherà un arrangiamento con un servomotore (3) per la deflessione verticale del laser (2) e con un servomotore (4) per la deflessione orizzontale del laser (2). Si ottiene così la griglia di punti “ScanMatrix” di figura 2, contenente dal primo punto rilevato “a” fino all’ultimo punto rilevato “p”. Questa quantità di punti e il loro ordine di scansione può essere impostato dal settaggio dei parametri iniziali con il metodo informatizzato di gestione più avanti descritto. Quindi una “ScanMatrix” può essere definita come una generica matrice di punti contenente informazioni aggiuntive sulla profondità di ciascun elemento. A titolo esemplificativo, ma non esclusivo, una matrice di scansione può contenere così 200, 500, 1000 o più punti, catturati in tempi molto brevi, di norma meno di un secondo, dipendendo dalla densità di punti necessari ad una copertura attendibile dell’area selezionata. In pratica, l’operazione del dispositivo di allarme trova l’adeguato compromesso tra velocità di scansione, tempo di scansione e numero di punti scanditi, in funzione della distanza che, tipicamente, ma non esclusivamente, può variare dai 10 ai 30 metri, considerate distanze rappresentative della quasi totalità della copertura di eventi di intrusione in ambito residenziale, industriale, bancario, ecc. La distanza coperta dipende ovviamente dalla potenza del laser, accompagnata da una buona risoluzione del sensore visivo, che crea a sua volta i vari “frames” o immagini bidimensionali fotografiche catturate, che l’ unità di processo e controllo (UPC) salva sulle partizioni di una memoria (MEM), in sincronia con le corrispondenti “ScanMatrix”, offendo così la possibilità di un più accurato riconoscimento grafico dell’evento intrusivo, anche a grandi distanze. In order to scan a scene in depth it is convenient to be able to deflect the laser beam along two axes or directions, horizontal and vertical. For this purpose the system will employ an arrangement with a servo motor (3) for the vertical deflection of the laser (2) and with a servo motor (4) for the horizontal deflection of the laser (2). The result is the "ScanMatrix" point grid of figure 2, containing from the first detected point "a" to the last detected point "p". This quantity of points and their scanning order can be set by setting the initial parameters with the computerized management method described below. Therefore a “ScanMatrix” can be defined as a generic matrix of points containing additional information on the depth of each element. By way of example, but not exclusively, a scan matrix can thus contain 200, 500, 1000 or more points, captured in a very short time, usually less than one second, depending on the density of points necessary for a reliable coverage of the area. selected. In practice, the operation of the alarm device finds the adequate compromise between scanning speed, scanning time and number of points scanned, depending on the distance which, typically, but not exclusively, can vary from 10 to 30 meters, considered distances representative of almost all the coverage of intrusion events in residential, industrial, banking, etc. The distance covered obviously depends on the laser power, accompanied by a good resolution of the visual sensor, which in turn creates the various captured "frames" or two-dimensional photographic images, which the processing and control unit (UPC) saves on the a memory (MEM), in synchrony with the corresponding “ScanMatrix”, thus offering the possibility of a more accurate graphic recognition of the intrusive event, even at great distances.

Da notare che il sensore visivo (5), non essendo preposto ad una operazione di scansione punto-punto come il laser (2), può essere pilotato su di un solo asse di movimentazione verticale, come indicato in figura (1), che viene movimentato da un opportuno sistema di ingranaggi a trascinamento (6) collegato all’asse di movimentazione verticale del laser, pilotato dal servomotore (4). A sovrintendere tutte le operazioni di sincronismo vi è l’unità di analisi e controllo (UPC), che si occupa di pilotare il laser, nonché di effettuare i confronti fra le varie “ScanMatrix” rilevate in successione temporale, come da flussogramma in figura 3, e gestire gli eventuali stati di allarme e la loro comunicazione locale o remota, attraverso l’’opportuno modulo di interfacciamento hardware e software (I/F). Il sistema svolgerà quindi compiti di sicurezza in ambienti indoor o outdoor, utilizzando tecnologia laser integrata a sistemi di visione artificiale con sensori MOS, CCD od altri standard optoelettronici noti. It should be noted that the visual sensor (5), not being designed for a point-to-point scanning operation like the laser (2), can be piloted on a single vertical movement axis, as indicated in figure (1), which is moved by a suitable system of dragging gears (6) connected to the axis of vertical movement of the laser, driven by the servomotor (4). The analysis and control unit (UPC) oversees all the synchronization operations, which is responsible for driving the laser, as well as for making comparisons between the various "ScanMatrix" detected in temporal succession, as shown in the flow chart in figure 3 , and manage any alarm statuses and their local or remote communication, through the appropriate hardware and software (I / F) interface module. The system will therefore perform safety tasks in indoor or outdoor environments, using laser technology integrated with artificial vision systems with MOS, CCD sensors or other known optoelectronic standards.

Al momento del settaggio si memorizza in una partizione di memoria (MEM), figura 1, lo stato ambientale iniziale attraverso i parametri dimensionali dell’area personalizzata da rilevare e le soglie di variabilità massima e minima dell’ intensità della luce nell’area da sorvegliare. Il laser funziona correttamente anche al buio ed il sensore visivo è dotato di illuminazione ad infrarossi (7) per la cattura dati, anche dopo il tramonto e in oscurità totale. Il dispositivo effettua, attraverso le subroutines e algoritmi presenti nell’ unità di processo e controllo (UPC), un continuo rilevamento per confrontare i dati attuali, che provengono dal laser (2) e dal sensore visivo (5), di una determinata scena in un determinato istante, con i dati catturati nell’ istante di tempo successivo. La frequenza di cattura di ogni scena, ossia le varie “ScanMatrix” catturate dal laser e i vari “frames” grafici catturati dal sensore visivo al prodursi uno stato di allarme, dipende dalle condizioni di rilevamento continuo che si sono impostate durante il settaggio, a meno che tale ciclo venga volutamente interrotto azionando l’interruttore “Switch”, come da figura 3. Questi continuati confronti di “ScanMatrix” successive eseguiti dall’unità di processo e controllo (UPC), attingendo ai dati nelle partizioni di memoria (MEM), determinano la definizione dell’eventuale evento intrusivo nella zona controllata, come dal flussogramma in figura 3 e si attiverà un allarme locale (AL), sotto controllo hardware e software del modulo di controllo locale (CL) e/o un allarme remoto sotto controllo del sub-modulo di interconnessione alla rete telefonica o ad una rete cablata dedicata (RTC/CDN). Lo stato d’allarme è governato dall’ hardware e dal software contenuto nel modulo di controllo per operazioni remotizzate (CR). Qualora fosse ritenuto necessario, in qualsiasi momento può essere attivata una sessione video-fotografica dedicata, che potrà trovare la sua naturale evoluzione con gli standard di comunicazione presenti allo stato attuale e futuro sul mercato, a partire dalla ricezione di un singolo fotogramma tramite MMS o altri formati di comunicazione. Queste sessioni vengono registrate localmente o in remoto su videoregistratori a nastro e/o hard disks, sotto controllo del sub-modulo (VCR/HD), gestito a sua volta dal modulo di comunicazioni wireless (W), permettendo ai fini delle comunicazioni anche lo sfruttamento di reti di nuova generazione Wi-Fi o WiMax.. At the time of setting, the initial environmental state is stored in a memory partition (MEM), figure 1, through the dimensional parameters of the customized area to be detected and the maximum and minimum variability thresholds of the intensity of the light in the area to be monitored. . The laser works correctly even in the dark and the visual sensor is equipped with infrared lighting (7) for data capture, even after sunset and in total darkness. The device performs, through the subroutines and algorithms present in the process and control unit (UPC), a continuous survey to compare the current data, which come from the laser (2) and from the visual sensor (5), of a given scene in a given instant, with the data captured in the next instant. The capture frequency of each scene, that is the various "ScanMatrix" captured by the laser and the various graphic "frames" captured by the visual sensor when an alarm occurs, depends on the continuous detection conditions that are set during the setting, unless that this cycle is deliberately interrupted by activating the "Switch" switch, as shown in figure 3. These continuous comparisons of successive "ScanMatrix" performed by the process and control unit (UPC), drawing on the data in the memory partitions (MEM), determine the definition of any intrusive event in the controlled area, as in the flow chart in figure 3 and a local alarm (AL) will be activated, under hardware and software control of the local control module (CL) and / or a remote alarm under control of the sub-module for interconnection to the telephone network or to a dedicated wired network (RTC / CDN). The alarm state is governed by the hardware and software contained in the control module for remote operations (CR). If deemed necessary, a dedicated video-photographic session can be activated at any time, which will be able to find its natural evolution with the communication standards present at the current and future state on the market, starting from the receipt of a single frame via MMS or other communication formats. These sessions are recorded locally or remotely on video tape recorders and / or hard disks, under the control of the sub-module (VCR / HD), managed in turn by the wireless communications module (W), allowing for communication purposes also the exploitation of new generation Wi-Fi or WiMax networks ..

L’alimentazione principale del dispositivo viene fornita da rete elettrica (110VAC e 220VAC), ma per far fronte alle occasionali o “provocate” carenze della rete stessa, è previsto anche uno stadio di alimentazione DC supplementario con a bordo la dotazione di un inverter-caricabatterie per batterie ricaricabili a lunga durata. The main power supply of the device is supplied from the electrical network (110VAC and 220VAC), but to cope with the occasional or "caused" deficiencies of the network itself, an additional DC power supply stage is also provided with the equipment of an inverter on board. long-lasting rechargeable battery charger.

2.7 Funzionamento 2.7 Operation

La componente funzionale più significativa ed innovativa è rappresentata dal sensore di profondità (2) o distanziometro laser, le cui caratteristiche sono state descritte nel precedente punto. Il laser (2), pilotato dall’ unità di processo e controllo (UPC), esegue un costante ciclo di acquisizione di punti, come descritto nel flussogramma della figura 3 che costituiscono le sequenze delle “ScanMatrix” o matrici di punti. Tali punti sono catturati in modalità matriciale nota e sono predefinibili, iniziando dal punto “a” e facendo scorrere il fascio laser a “strisciate” orizzontali continue seguendo lo schema indicato in figura 2, fino ad arrivare al punto “p” in cui si ripete il ciclo, gestito come da flussogramma in figura 3. La quantità di punti scanditi e quindi di “strisciate” è funzione dell’accuratezza richiesta e della tipologia dell’area da sorvegliare e si gestiscono grazie all’hardware, rappresentato dai servomotori veloci di microposizionamento sull’asse orizzontale (3) e verticale (4), e al software residente nell’unità di processo e controllo (UPC) che gestisce l’operazione. Le “ScanMatrix” che via via si vanno acquisendo, vengono continuamente paragonate, ciascuna con la precedente, per stabilire, attraverso gli algoritmi di ordinamento e subroutines di comparazione del software contenuto nell’ unità di processo e controllo (UPC), se si tratta di un evento intrusivo non persistente (pre-allarme) o persistente (allarme). Quindi, attraverso l’interfaccia (I/F), si fanno attuare i moduli di controllo locale delle operazioni (CL) e di controllo remoto delle operazioni (CR). Questi sono i moduli che a loro volta pilotano l’allarme locale (AL) o quella remotizzata (AR), che può essere una sirena, una cicala, un buzzer con luci di avvertimento, un segnale audio-video su PC, ecc. La segnalazione di remotizzazione dell’allarme avviene attraverso due moduli di telecomunicazioni: a) un modulo per la modalità di comunicazioni cablata (RTC/CDN), che utilizza la normale rete telefonica o ADSL o circuiti dedicati, di norma numerici, e b) un modulo per la modalità senza fili o wireless (W), che utilizza preferibilmente, ma non esclusivamente, sistemi di radiocomunicazioni digitali noti o di nuovo sviluppo come GPRS, Wifi, WiMax. Quando tanto l’allarme locale come il remotizzato vengono avviati, si innesca sotto controllo dell’interfaccia (I/F) il modulo di controllo locale (CL) e remoto (CR) per la gestione (VCR/HD) di un registratore a nastro e/o di un hard disk, preposto al salvataggio delle immagini, fisse o in movimento, catturate dal sensore visivo (5) che viene movimentato sul solo asse verticale attraverso un sistema di ingranaggi per trascinamento (6) solidale all’asse di movimentazione verticale operato dal servomotore (3) di microposizionamento del sensore laser (2). Questo sensore è rappresentato preferibilmente, ma non esclusivamente, da una fotocamera/telecamera CMOS o CCD. Ambedue le tipologie raggiungono attualmente risoluzioni superiori ai 12 megapixels ed evolvono verso risoluzioni maggiori e dimensioni e costi sempre minori. Questo rappresenta un elemento chiave per l’affidabilità del dispositivo oggetto dell’invenzione, poiché alla “ScanMatrix” che ha determinato l’evento intrusivo, come da procedura nel flussogramma di figura 3, viene sovrapposta l’immagine o “frame” ad altissima risoluzione, determinando così una visione tridimensionale della scena dell’intrusione e pertanto accurata ed affidabile, oltre che di estrema attendibilità tecnica nel caso di utilizzo per fini legali. The most significant and innovative functional component is represented by the depth sensor (2) or laser distance meter, the characteristics of which have been described in the previous point. The laser (2), driven by the process and control unit (UPC), performs a constant cycle of acquisition of points, as described in the flowogram of figure 3 which constitute the sequences of the "ScanMatrix" or matrices of points. These points are captured in a known matrix mode and can be predefined, starting from point "a" and running the laser beam in continuous horizontal "streaks" following the diagram shown in figure 2, until reaching point "p" where it is repeated the cycle, managed as shown in the flow chart in figure 3. The quantity of scanned points and therefore of "swipes" is a function of the required accuracy and the type of area to be monitored and are managed thanks to the hardware, represented by the fast micro-positioning servomotors on the horizontal (3) and vertical (4) axis, and to the software residing in the process and control unit (UPC) that manages the operation. The "ScanMatrix" that are gradually being acquired, are continuously compared, each with the previous one, to establish, through the sorting algorithms and comparison subroutines of the software contained in the process and control unit (UPC), if it is a question of a non-persistent (pre-alarm) or persistent (alarm) intrusive event. Then, through the interface (I / F), the local operations control (CL) and remote operations control (CR) modules are implemented. These are the modules that in turn drive the local (AL) or remote (AR) alarm, which can be a siren, a cicada, a buzzer with warning lights, an audio-video signal on a PC, etc. The alarm remote signaling occurs through two telecommunications modules: a) a module for the wired communications mode (RTC / CDN), which uses the normal telephone or ADSL network or dedicated circuits, usually numerical, and b) a module for wireless or wireless mode (W), which preferably, but not exclusively, uses well-known or newly developed digital radio communication systems such as GPRS, Wifi, WiMax. When both the local alarm and the remote alarm are triggered, the local (CL) and remote (CR) control module for the management (VCR / HD) of a tape recorder is triggered under control of the interface (I / F) and / or a hard disk, responsible for saving images, fixed or in motion, captured by the visual sensor (5) which is moved only on the vertical axis through a system of gears for dragging (6) integral with the vertical movement axis operated by the servomotor (3) for micro-positioning of the laser sensor (2). This sensor is preferably, but not exclusively, represented by a CMOS or CCD camera / camera. Both types currently reach resolutions higher than 12 megapixels and evolve towards higher resolutions and ever smaller dimensions and costs. This represents a key element for the reliability of the device object of the invention, since the "ScanMatrix" that caused the intrusive event, as per the procedure in the flowogram of figure 3, is superimposed on the very high resolution image or "frame" , thus determining a three-dimensional view of the intrusion scene and therefore accurate and reliable, as well as of extreme technical reliability in the case of use for legal purposes.

Il dispositivo è controllato da un software che funziona seguendo la procedura rappresentata dallo schema a blocchi della figura 3. La procedura prevede una fase di taratura iniziale attraverso un personal computer o un computer portatile collegato al sub-modulo di controllo (SET), che definisce l’esatta geometria dell’area da rilevare, delineata direttamente sull’immagine a schermo, che proviene dal sensore visivo (5), utilizzato come monitor durante il settaggio iniziale o durante i controlli e la manutenzione. Questa taratura viene realizzata da apposito software grafico e viene quindi utilizzata, in locale o in remoto, attraverso il sub-modulo (SET) del modulo di controllo locale (CL) o del modulo di controllo remoto (CR), ambedue interfacciati al sistema attraverso il modulo (I/F), gestito con procedura residente nell’unità di processo e controllo (UPC) e ogni qualvolta si desideri modificare o personalizzare l’area sotto protezione del dispositivo. La procedura funziona nel seguente modo: a) Inizializzazione e resettaggio di tutte le variabili e di tutti i dati di sistema, attraverso un personal computer fisso o portatile che viene collegato tramite il modulo di controllo (SET) al dispositivo, in modalità locale o da remoto, mediante una porta standard di comunicazioni, rispettivamente cablata o wireless. The device is controlled by software that works following the procedure represented by the block diagram of figure 3. The procedure involves an initial calibration phase through a personal computer or a laptop connected to the control sub-module (SET), which defines the exact geometry of the area to be detected, outlined directly on the screen image, which comes from the visual sensor (5), used as a monitor during initial setup or during checks and maintenance. This calibration is carried out by specific graphic software and is then used, locally or remotely, through the sub-module (SET) of the local control module (CL) or the remote control module (CR), both interfaced to the system through the module (I / F), managed with a procedure resident in the process and control unit (UPC) and whenever you want to modify or customize the area under protection of the device. The procedure works as follows: a) Initialization and reset of all variables and system data, through a fixed or portable personal computer which is connected via the control module (SET) to the device, in local mode or from remotely, via a standard communications port, wired or wireless, respectively.

b) Settaggio di tutti i valor iniziali delle variabili per l’avvio delle sub-routine di comparazione e degli algoritmi di ordinamento, incluso l’avvio di tutti i timer interni di sistema. Una volta impostato in “on” l’interruttore di accensione-spegnimento (Switch on-off) , tutti i dati vengono riversati nella memoria non volatile dell’Unità di Processo e Controllo (UPC). Questi dati sono le variabili operative dei sensori di profondità e visivo e generano un file immagine dei registri degli stessi sensori per il corretto funzionamento del sistema. Nelle varie partizioni della memoria (MEM) sono inoltre contenuti i valori di soglia di allarme, determinati in base alle necessità e alle caratteristiche ambientali in cui è usato il dispositivo, rendendo, così, personalzzato il livello di sensibilità all’intrusione di tutto il dispositivo ed i parametri di invio dati al personal computer; b) Setting of all the initial values of the variables for the start of the comparison sub-routines and the sorting algorithms, including the start of all internal system timers. Once the on-off switch is set to "on", all data is stored in the non-volatile memory of the Process and Control Unit (UPC). These data are the operational variables of the depth and visual sensors and generate an image file of the registers of the same sensors for the correct functioning of the system. The various memory partitions (MEM) also contain the alarm threshold values, determined according to the needs and environmental characteristics in which the device is used, thus making the intrusion sensitivity level of the entire device customized. and the parameters for sending data to the personal computer;

c) Si acquisisce la prima “ScanMatrix”, col sensore di profondità e con quello visivo, che servirà come riferimento situazionale per le comparazioni con le prossime ScanMatrix contenenti eventuali elementi espurei che, analizzati con gli algoritmi contenuti nell’ unità di processo e controllo (UPC), determineranno il riconoscimento dell’evento intrusivo e dell’invio delle immagini corrispettive attraverso i moduli di controllo (CL) in locale o (CR) in remoto; c) The first "ScanMatrix" is acquired, with the depth sensor and with the visual sensor, which will serve as a situational reference for comparisons with the next ScanMatrix containing any expure elements which, analyzed with the algorithms contained in the process and control unit ( UPC), will determine the recognition of the intrusive event and the sending of the corresponding images through the control modules (CL) locally or (CR) remotely;

d) Acquisizione sequenziale di ulteriori “ScanMatrix” con acquisizione della corrispettive immagini, catturate in caso di differenze rilevate dalla routine di comparazione punto-punto di “ScanMatrix” successive con procedura in loop, per operare sul circuito di pre-allarme e allarme, a tempi predeterminati dal settaggio iniziale; d) Sequential acquisition of further "ScanMatrix" with acquisition of the corresponding images, captured in case of differences detected by the subsequent "ScanMatrix" point-to-point comparison routine with loop procedure, to operate on the pre-alarm and alarm circuit, predetermined times from the initial setting;

e) Attivazione di una routine di comparazione di ogni “ScanMatrix” e di ogni immagine acquisita con quella di riferimento memorizzata in fase di inizializzazione, secondo gli algoritmi di ordinamento; e) Activation of a comparison routine of each "ScanMatrix" and of each image acquired with the reference one stored in the initialization phase, according to the sorting algorithms;

f) Generazione di timer per le temporizzazioni di allarme, al fine di gestire la durata e le caratteristiche di preallarme ed allarme, in locale o in remoto, attraverso i moduli (CL) e (CR) rispettivamente; f) Generation of timers for alarm timings, in order to manage the duration and the pre-alarm and alarm characteristics, locally or remotely, through the (CL) and (CR) modules respectively;

g) Formattazione dell’immagine acquisita secondo uno standard noto, per poter essere inviata a un personal computer quando questo si trova collegato per l’operazione di taratura iniziale o in altre occasioni particolari, per es. di manutenzione ordinaria, controllo o diagnosi di errori; g) Formatting of the acquired image according to a known standard, in order to be sent to a personal computer when it is connected for the initial calibration operation or on other special occasions, eg. routine maintenance, control or diagnosis of errors;

h) Generazione di tutti i segnali di controllo e temporizzazione delle porte di comunicazione locale o remota, contenute nel modulo di interfacciamento I/F, in modo tale da controllare durata ed intensità dell’allarme e registrazione di immagini fisse o in movimento, locali o remote, dalla durata e qualità predisposte durante la fase di settaggio iniziale, con un livello di compressione preselezionato. h) Generation of all the control and timing signals of the local or remote communication ports, contained in the I / F interface module, in such a way as to control the duration and intensity of the alarm and recording of still or moving images, local or remote, with duration and quality set during the initial setting phase, with a preselected compression level.

2.8 Vantaggi 2.8 Benefits

a) Uno dei principali vantaggi del dispositivo, rispetto a quanto reperibile nel mercato attuale, è la sua versatilità per la configurazione di copertura di aree di intrusione in forma personalizzata attraverso un adeguato settaggio da personal computer, tanto in connessione locale come in connessione remota. a) One of the main advantages of the device, compared to what is available on the current market, is its versatility for configuring the coverage of intrusion areas in a customized form through an adequate setting from a personal computer, both locally and remotely.

b) Altro vantaggio è l’altissima affidabilità nella determinazione di un evento intrusivo, grazie all’utilizzo del sensore di profondità che virtualmente elimina i falsi allarmi comuni a tutti i dispositivi in commercio, specialmente quando utilizzati in aree esterne. b) Another advantage is the very high reliability in determining an intrusive event, thanks to the use of the depth sensor which virtually eliminates the false alarms common to all devices on the market, especially when used in outdoor areas.

c) L’elevato grado di automazione delle varie componenti del dispositivo ne permettono un vantaggioso uso in modo non presidiato e senza la necessità di un permanente collegamento ad un personal computer, incrementandone la convenienza economica rispetto a quei dispositivi che, dotati di poca sofisticazione sensoristica e di scarsa intelligenza a bordo (hardware e software di gestione e controllo) esigono l’nterfacciamento permanente del dispositivo a un personal computer e la presenza di un utente/operatore che verifichi e confermi l’attendibilità dell’allarme generato. c) The high degree of automation of the various components of the device allow an advantageous use in an unattended way and without the need for a permanent connection to a personal computer, increasing the economic convenience compared to those devices which, with little sensor sophistication and low intelligence on board (hardware and software for management and control) require permanent interfacing of the device to a personal computer and the presence of a user / operator who verifies and confirms the reliability of the alarm generated.

e) Al fine di eliminare gli effetti ambientali sulla sensibilità ed affidabilità del dispositivo, si dispone di una subroutine residente nell’ unità di processo e controllo (UPC) che analizza e rende fruibili le letture distanziometriche del fascio laser nel ricevitore del sensore affinché questo possa operare anche in caso di nebbia, pioggia o neve. e) In order to eliminate the environmental effects on the sensitivity and reliability of the device, a subroutine resident in the process and control unit (UPC) is available which analyzes and makes available the distance readings of the laser beam in the sensor receiver so that it can operate even in the event of fog, rain or snow.

f) Per compensare eventuali sbalzi di lettura dei sensori in caso di variazioni improvvise di illuminazione, pioggia, neve o nebbia, è previsto vantaggiosamente un gruppo di illuminazione a LED, acronimo di Light Emitter Diode ad emissione ad infrarossi, che illumina il campo operativo del sensore visivo, rendendone fruibili le immagini generate anche in mancanza totale di luce ambientale. f) To compensate for any sensor reading fluctuations in the event of sudden changes in lighting, rain, snow or fog, an LED lighting unit is advantageously provided, acronym for Light Emitter Diode with infrared emission, which illuminates the operating field of the visual sensor, making the images generated usable even in the total lack of ambient light.

g) Da un punto di vista economico, il dispositivo oggetto della presente invenzione permette notevoli risparmi nella configurazione di sistemi professionali di antintrusione , poiché la copertura dell’area da proteggere offerta da questo sistema risulta efficace, per via dell’effettivo rilevamento di obiettivi o “target” a profondità variabile, anche con un solo dispositivo, adeguatamente collocato, al posto dei multipli dispositivi attualmente disponibili nel mercato necessari per realizzare coperture di aree equivalenti, specialmente in esterni, e quindi più costosi e complessi da installare, operare e mantenere; fermo restando la loro limitazione ad un rilevamento grafico unicamente di tipo bidimensionale e, quindi, generatore di innumerevoli falsi allarmi e facilmente eludibile dall’ intruso. g) From an economic point of view, the device object of the present invention allows considerable savings in the configuration of professional anti-intrusion systems, since the coverage of the area to be protected offered by this system is effective, due to the effective detection of targets or Variable depth “targets”, even with only one device, suitably placed, in place of the multiple devices currently available on the market necessary to create coverage of equivalent areas, especially outdoors, and therefore more expensive and complex to install, operate and maintain; without prejudice to their limitation to a graphical detection of a two-dimensional type only and, therefore, a generator of countless false alarms and easily eludable by the intruder.

h) Nel caso della presente invenzione, inoltre, il sensore laser distanziometrico (2) può essere fatto ruotare dai servomotori (3), (4) ad una velocità angolare tale che, anche nella variante a 360° sotto indicata, co mpleta in frazioni di secondo le scansioni come da procedura descritta di acquisizione delle varie “ScanMatrix” in figura 2, e non è possibile che un intruso possa muoversi (dovrebbe farlo a varie centinaia di chilometri all’ora) nell’area sotto protezione in qualsiasi modalità non rilevabile dal suddetto sensore laser. h) In the case of the present invention, moreover, the distance laser sensor (2) can be made to rotate by the servomotors (3), (4) at such an angular speed that, even in the 360 ° variant indicated below, it is completed in fractions by second the scans as described in the procedure described for the acquisition of the various "ScanMatrix" in figure 2, and it is not possible for an intruder to move (he should do so at several hundred kilometers per hour) in the area under protection in any undetectable mode from the aforementioned laser sensor.

2.9 Varianti 2.9 Variants

Una significativa variante al dispositivo oggetto della presente invenzione è rappresentato dall’utilizzo di più sensori laser distanziometrici, vincolati ad una movimentazione su un singolo asse verticale (figura 1), al posto del sensore movimentato dai due servomotori di cui alla descrizione brevettale dei paragrafi precedenti. In sintesi, la variante si implementa installando due o più sensori di profondità (2) che ruotano unicamente sull’asse verticale pilotati da un unico o più servomotori (4), acquisendo simultaneamente ciascuno una sola linea o “strisciata”. Le due, tre o più strisciate “a tendina” così ottenute vengono assemblate e sincronizzate, da una subroutine nota residente nell’ unità di processo e controllo (UPC), con l’immagine digitale ripresa da uno o più sensori visivi (5), per la cattura di fotogrammi “zoomati” o a grande angolazione. Il processo di determinazione dell’evento intrusivo procede nel modo descritto dal flussogramma in figura3 e dal diagramma generale di funzionamento in figura 1. A significant variant to the device object of the present invention is represented by the use of several distance laser sensors, linked to a movement on a single vertical axis (figure 1), instead of the sensor moved by the two servomotors referred to in the patent description of the previous paragraphs. . In summary, the variant is implemented by installing two or more depth sensors (2) that rotate only on the vertical axis driven by a single or more servomotors (4), each acquiring a single line or "swiping" simultaneously. The two, three or more "curtain" strips thus obtained are assembled and synchronized, by a known subroutine resident in the process and control unit (UPC), with the digital image taken by one or more visual sensors (5), for capturing “zoomed” or wide-angle frames. The process of determining the intrusive event proceeds as described by the flowogram in figure 3 and by the general operating diagram in figure 1.

Claims

0 CLAIMS 1) Alarm device comprising a distance laser sensor (2), a still or moving image sensor (5), a process and control unit (UPC) equipped with comparison routines and sub-routines and sorting algorithms ( figure 2,3), an interface module (I / F) with the local (CL) and remote (CR) control units or modules.

2) Alarm device according to claim 1, in which the use of one or more lasers operating, preferably but not exclusively, with the "time of flight" mode or with the "scrolling mode" is foreseen phase ”(“ phase shift ”).

3) Alarm device according to claims 1 and 2, in which the laser sensor (2) is moved on two axes by two precision servo motors (3,4).

4) Alarm device according to claim 1, in which the use of a visual sensor (5) in CMOS or CCD technology capable of capturing still or moving images is provided.

5) Alarm device according to claims 1, 3 and 4, in which the rotation on the vertical axis of the laser sensor (2) is transmitted to the visual sensor (5) through a precision drive gear mechanism (6).

6) Alarm device according to claims 1 and 4, wherein the visual sensor (5) is provided with an infrared ray illumination device (7).

7) Alarm device according to claims 1, 3 and 4, in which the sensors (2,5) are managed and piloted by a process and control unit (UPC), with a high degree of electronic integration, contained in the device itself.

8) Alarm device according to claim 7, in which the process and control unit (UPC) has a direct interconnection with a non-volatile memory (MEM).

9) Alarm device according to claim 8, in which on said non-volatile memory (MEM), matrix arrangements (figure 2) of points captured by the laser distance sensor (2) are stored and stored in a first partition and, in a second partition, the images in compressed form coming from the visual sensor (5).

10) Alarm device according to claim 1, in which said local (CL) and remote (CR) control units or modules generate and synchronize local (AL) or remote (AR) alarm signals, under management of the process and control (UPC) through the interface (I / F).

11) Alarm device according to claims 1 and 10, wherein said remote control module (CR) in turn drives a telecommunications sub-module (RTC / CDN) on a switched or dedicated telephone network and a radio communications sub-module wireless (W).

12) Alarm device according to claims 1, 10 and 11, in which said local (CL) and remote (CR) control units or modules control the operation of one or more local or remote interfacing units (VCR / HD) for video recording of still or moving images on magnetic tape support and / or hard disk.

13) Alarm device according to claims 1, 10 and 11, in which the initialization data, the geometric configuration data x, y, z (figures 1, 2) of the area to be protected and the operational data of all modules and device sub-modules are dumped, configured and controlled from a personal computer or a laptop through the sub-module (SET), which can be interconnected locally or remotely through the local (CL) or remote (CR) control units or modules ), which in turn interface through the interface module (I / F) with the process and control unit (UPC).

14) Computerized method of data management in said alarm device, according to one or more of the preceding claims, in which the following stages are provided: a) initialization of certain components of said alarm device; b) acquisition and storage of a first reference matrix composed of points with three-dimensional attributes detected from an environment of use of said device; c) acquisition of further matrices and images corresponding to said matrix, with a loop procedure, at predetermined and subsequent times; d) comparison of each further matrix with the reference one stored in the previous cycle, with three-dimensional coordinates saved according to predetermined sorting algorithms; e) definition of a counter of the number and sequence of the resulting coordinates, different from the previous stage d); f) generation of a signal that activates a communications interface, local or remote, when a certain threshold of said counter is exceeded; g) generation of a signal that activates an alarm, local or remote, when the threshold referred to in f) is exceeded; h) generation of a signal that activates a video recorder, locally or remotely, when the threshold referred to in f) is exceeded.