KR20070097035A - 입자 검출기, 시스템 및 방법 - Google Patents

입자 검출기, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개방된 공간(2)에 있는 입자(30), 예컨대, 연기입자를 검출하기 위해 이미지 캡쳐수단(14), 예컨대 하나 이상의 카메라 및/또는 광학 소자와 조합하여 하나 이상의 방출된 복사빔(16), 예컨대, 레이저빔(들)의 사용을 제공한다.
입자 검출기, 카메라, 광학소자

Description

입자 검출기, 시스템 및 방법{Particle Detector, System And Method}
본 출원은 발명의 명칭이 "입자 검출기, 시스템 및 방법(Particle Detector, System And Method)"인 2004년 11월 12일자로 출원된 호주 가출원 제2004906488호의 우선권을 주장하며, 상기 명세서는 전체적으로 그리고 모든 목적에 대해 참조로 본 명세서에 합체되어 있다.
본 발명은 향상된 센서장치 및 향상된 감지방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 향상된 입자 검출기 및 입자 검출방법에 관한 것이다. 편의상 트인 공간 내에 있는 입자를 검출하기 위해 하나 이상의 방출된 복사빔, 예컨대, 레이저 빔(들)의 사용에 관하여 본 발명을 기술하겠으나, 본 발명은 그 용도에만 국한되지 않는 것으로 인식되어야 한다.
본 명세서 전체에서 단수의 형태로 "발명자"라는 용어의 사용은 본 발명의 한(단수) 또는 모든(복수) 발명자를 언급하는 것으로 받아들여질 수 있다. 본 발명자는 다음 관련 기술분야를 인식하였다. 실내, 빌딩, 폐쇄공간, 또는 개방공간과 같은 영역에 있는 입자들을 검출하는 많은 방법이 있다. 몇몇 방법은 영역에서 공기를 샘플링하는 단계와 상기 샘플링된 공기가 검출 챔버를 통해 지나가게 하는 단계를 포함하여 이에 의해 입자들이 검출되고 예컨대 대상 영역내 연기의 양에 대한 평가가 이루어진다. 이러한 장치는 본 출원인에 의해 판매된 VESDA® LaserPLUSTM 연기 검출기와 같은 흡인식 연기 검출기의 예가 된다.
다른 검출기들은 대상 영역내에 위치되고 센서를 사용하여 상기 센서에 인접한 입자들을 검출한다. 이러한 검출기의 예는 포인트 검출기(point detector)로서, 이미터(emitter)와 센서 사이에 공기가 지나가고 입자들이 상기 대상 영역내에 직접 검출된다.
입자들이 (흡인식 검출기의) 샘플링 포인트(sampling point)에 들어가지 않거나 상기 포인트 검출기의 이미터와 센서 사이를 지나가지 않는 경우, 어떠한 입자들도 검출되지 않게 된다. 많은 빌딩들은 에어컨과 같은 영역에서 나온 공기를 적출하는 공기처리수단을 사용하기 때문에, 부유 입자들이 공기처리관을 통해 상기 영역으로 오히려 나가게 되어 검출되어 진다고 보장하지 못한다. 포인트 검출기 또는 샘플 포인트와 연결관을 배치하기에 위치가 적절하지 않을 수 있는 옥외 영역 또는 매우 큰 실내 영역에 있는 입자들을 검출하는 상술한 방법들을 사용하기가 매우 어려울 수 있다.
예컨대, 연기를 검출하는데 사용되는 다른 장치들은 레이저와 포토다이오드를 사용하여 입자들로부터 산란된 광을 검출하는 미국특허 제3,924,252호(더스턴(Duston))에 개시되어 있는 검출기를 포함한다. 이 장치는 코너 반사기(corner reflector)를 사용하여 이미터로 다시 광을 반사시킨다. 더스턴의 미국특허는 빔이 방출되거나 차단되는지 여부를 탐지하기 위해 피드백 회로를 필요로 한다.
검출기의 또 다른 타입은 "빔 검출기"로 알려져 있으며, 상기 검출기는 투사된 광속에 떠다니는 연기입자들에 의해 야기된 투사 광원으로부터 신호 강도의 감쇠를 측정한다. 이들 검출기, 즉, 빔 검출기 및 더스턴의 미국특허에 개시된 검출기는 비교적 감도가 낮고 조사된 영역 내에서만 총 감쇠를 측정할 수 있다.
상기 언급된 검출기들은, 예컨대, 실내 방들, 큰 실내 영역들 및 옥외 영역들을 포함할 수 있는 감시되는 영역내에 방출된 복사를 이용하여 입자들을 검출하려고 시도하는 경우, 직면하게 되는 많은 어려움을 해결할 필요가 있을 수 있다. 이들 어려움 중 몇몇은 다음을 포함한다. 방출된 복사를 제공하기 위한 장비의 설치 및 지시와 방출된 복사 및/또는 산란된 복사를 검출하는 수단이 성가실 수 있다. 특히, 이러한 장비는 감시되는 환경에 끼어들 수 있고, 예컨대, 배선 또는 다른 경우로는 컨트롤, 통신 및 전원을 장비에 공급하기 위한 복잡한 연결을 필요로 할 수 있다. 추가로, 장비를 설치 및/또는 지시하기 위해 특정한 기술을 가진 많은 기술자들이 필요할 수 있다. 설치 및/또는 지시 후, 이러한 장비는 측정의 부정확성을 초래할 수 있는 드리프트(drift), 오정렬 등의 원인이 되는 감시되는 환경의 일부를 이루고 있는 환경조건에 영향받기 쉬울 수 있다. 더욱이, 감시되는 환경에서 주로 발생될 수 있고 입자 검출시 허위경보의 원인이 될 수 있는 경보조건에 무관한 환경조건 및 이벤트가 있다. 입자검출 효율에 영향을 끼치는 상기 언급된 환경조건과 이벤트의 가능성을 높이는데 기여할 수 있는 관계된 큰 실내 및 영역과 물리적 거리에서 입자를 검출하는 것이 바람직하며, 또한 수반된 거리는 자연히 고감도 및 오류 허용오차를 갖는 장비를 필요로 하는 복사에 의해 지나가지는 경로 길이에 관한 것이다.
예컨대, 공기로 운반되는 먼지와 같은 성가신 것들이 감시되는 환경에 있을 수 있고 화재발생의 실제적 위협이 없을 때 허위경보가 울리게 야기될 수 있다. 예컨대, 연기 입자들은 연기나는 불에서와 같이 열분해의 결과로서 발생된 입자들인 반면에 성가신 입자들은 내재하는 화재위협 없이 예컨대 기계적 또는 생물학적 과정에 의해 발생할 수 있다. 광산란 특징은 입자 크기분포에 관련된 것이다; 많은 타입의 연기와 많은 타입의 성가신 입자들이 있고 이들의 입자크기 분포도 종종 겹친다. 물질을 수집하여 화학적으로 분석하지 않고도 에어로졸에서 발견되는 물질의 각 입자들 또는 물질의 다수 입자들을 화학적으로 식별하기 위한 광산란 셀을 사용하는 광산란 방법 및 장치가 미국특허 제3,901,602호(그라배트 쥬니어(Gravatt Jr.))에 개시되어 있다. 그라배트의 미국특허에 따르면, 단일 입자분석의 경우, 면 편광된 광이 입자에 부딪히게 되고 특정 각(angle) 범위에 걸쳐 편광면에 산란된 광의 강도가 측정된다. 강도는 입자의 흡수계수 및 크기와 관련된다. 다수 입자 분석에서, 편광면에 수직한 면으로 산란된 광의 강도도 또한 물질의 총 입자 개수를 판단하기 위해 측정된다. 이 정보는 제 1 산란광 빔의 강도 측정을 정규화하는데 사용될 수 있다. 연기 검출기는 다입자 분석기술을 구현하는 장치로서 그라배트의 미국특허에 의해 출현되어 있으며, 이에 의해 화재로 발생된 에어로졸들이 유사한 밀도의 비화재 발생 에어로졸과 간섭없이 검출될 수 있다.
본 명세서에서 참조문헌, 장치, 동작 또는 지식의 어떠한 거론도 본 발명의 내용을 설명하는데 포함된다. 재료들 중 어떤 것은 본 출원내 명세서 및 청구범위 의 우선일날 또는 우선일 전에 종래 기술기반의 일부 또는 호주나 그 밖의 관련 기술에서 통상적인 일반기술을 형성함을 시인하는 것으로 받아들여지지 않아야 한다.
본 발명의 목적은 적어도 종래기술 장치의 단점을 완화하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
일태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 방출하는 단계와 상기 검출하는 단계는 방출된 빔의 전력레벨과의 간접 비례관계에 따라 이미지 캡쳐수단의 복사빔 ON주기 및 이미지의 노출주기를 판단하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서, 대상 입자의 존재와는 다른 이벤트에 해당하는 검출된 이미지내 하나 이상의 변화 및 변화 원인을 완화시키는 단계를 더 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서, 상기 검출단계를 지시하기 위해 프로브를 사용하여 상기 방출된 빔을 조사하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서, 빔을 복수의 단편(segment)들로 분할하는 단계와, 각 빔 단편들에 대해 이미지에 있어 변화를 판단하는 단계와, 복수의 포인트 입자 검출기를 시뮬레이션하기 위해 이미지에 있어 판단된 변화를 제어지점에 대한 각 단편에 제공하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서, 상기 감시되는 영역내 공간에서 소정의 기하학적 지점의 위치를 판단하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 소스를 소정 속도로 온 오프 진동하게 하는 단계와, 이미지 캡쳐수단에 의해 포착된 하나 이상의 비디오 이미지들에서 상기 소스를 식별하는 단계와, 상기 이미지 캡쳐수단 프레임율을 동기로 유지하기 위해 계속 변경하는 단계를 포함하는 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 이미지에서의 변화는 후방산란 복사에 해당하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서, 상기 빔으로의 임박한 침입을 검출하기 위해 제 1 빔에 인접한 적어도 하나의 추가 빔을 제공하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 복사빔 중 적어도 하나와 이미지에서의 상기 변화를 검출하는 수단이 데이터를 전달하도록 설계되는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 상기 검출된 이미지에서의 왜곡을 보상하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 이미지 부분을 선택적으로 해상하기 위해 검출된 이미지에 가중치 함수를 적용하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 동작시 빔들이 연속되게 설계하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 제어되는 방식으로 위치파악되게 상기 이미지들을 검출하는 수단과 복사소스 중 적어도 하나를 설계하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 이미지들이 적어도 2개의 위치에 있는 이미지 검출기에 의해 검출되는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 상기 복사빔을 감시하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 상기 이미지들에서의 변화검출을 강화하기 위해 상기 검출된 빔의 중심부를 마스킹하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 상기 감시되는 영역의 이미지들을 포착하는데 적합한 이미지 캡쳐수단의 동작을 검사하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와, 입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와, 상기 이미지들에서의 검출된 변화와의 간섭을 보상하기 위해 상기 검출된 이미지를 평가하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 소정의 명령 세트에 따라 동작하도록 설계되는 프로세서 수단을 구비하고, 상기 명령 세트와 결부하여, 본 명세서에 개시된 바와 같은 하나 이상의 방법을 수행하도록 설계되는 입자검출에 적합한 장치를 제공한다.
다른 태양으로, 본 발명의 바람직한 특징 및 이점은 본 발명의 설명의 일부를 형성하며 명세서에 개시되어 있고/있거나 특허청구범위에 정의되어 있다.
본 발명의 다른 적용 범위도 이하에 주어진 상세한 설명으로부터 명백해진다. 그러나, 본 발명의 기술사상 및 범위내에 있는 다양한 변형 및 변경들이 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해지기 때문에, 상세한 설명과 특정 예들은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 한편 단지 예로써만 주어지는 것을 알아야 한다.
본 발명의 또 다른 개시, 향상, 이점, 특징 및 태양은 단지 예로써만 주어지며 따라서 본 발명의 범위를 제한하지 않는 첨부도면과 결부하여 취해진 바람직한 실시예의 하기 설명을 참조로 당업자에게 더 잘 이해될 수 있다:
도 1은 측면에서 본 검출기 시스템의 실시예를 나타내는 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 검출기 시스템의 이미지 캡쳐장치 및 이미터 위치의 실시예의 평면도를 도시한 것이다.
도 3은 바람직한 실시예에 따른 도 2의 이미지 캡쳐장치에 의해 취해진 이미지의 개략 사시도를 도시한 것이다.
도 4는 바람직한 실시예에 따른 도 1의 검출기 시스템에 대한 신호처리용 시스템의 개략적 워크플로우를 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 실시 예에서 이미지 캡쳐장치에 의해 포착된 데이터 분할의 그래프 표현을 도시한 것이다.
도 6은 도 1의 실시예의 이미지 캡쳐장치에 의해 포착된 데이터의 통합의 그래프 표현을 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7c는 바람직한 실시예에 따른 도 1의 검출 시스템에 의해 수행된 배경 소거를 나타낸 이미지를 도시한 것이다.
도 8은 도 1의 검출기 시스템의 동작과 결부하여 사용된 소프트웨어의 실시 예에서 픽셀 반경을 계산하기 위해 사용된 방법의 그래프 표현을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 평면 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 평면 개략도이다.
도 11a-c는 본 발명에 따른 검출기 시스템의 다른 실시예의 평면 개략도이다.
도 12는 도 1의 검출기 시스템의 일부의 개략도를 나타낸 것이다.
도 13은 도 1의 검출기 시스템의 이미지 캡쳐장치로부터 포착된 이미지 데이 터의 개략도를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 평면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 평면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 평면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 18은 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 평면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 검출기 시스템의 또 다른 실시예의 블록 시스템 도표이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 광장치의 도면이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 광장치의 도면이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 광장치의 도면이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 광장치의 도면이다.
도 24는 복수의 렌즈들의 동작에 따른 타이밍 도표 지시 신호를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예의 평면도이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 28은 도 27에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 취해진 이미지도이다.
도 29는 도 27에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 취해진 또 다른 이미지도이다.
도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 취해진 또 다른 사시측면도이다.
도 31은 도 30에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 취해진 이미지도이다.
도 32는 도 30에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 취해진 이미지도이다.
도 33은 본 발명의 또 다른 실시예의 사시측면도이다.
도 34는 도 33에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 취해진 이미지도이다.
도 35는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시측면도이다.
도 36은 본 발명의 또 다른 실시예의 사시측면도이다.
도 37은 도 36에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 취해진 이미지도이다.
도 38은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학소자를 도시한 것이다.
도 39는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학소자를 도시한 것이다.
도 40은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔감시장치이다.
도 41은 본 발명의 또 다른 실시예의 사시측면도이다.
도 42는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시측면도이다.
도 43 및 도 44는 본 발명의 또 다른 실시예에 사용된 빔들을 위한 이미지 및 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 45는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스킹 구조를 도시한 것이다.
도 46은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스킹 구조와 상기 마스킹 구조에 관한 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 47 및 도 48은 본 발명의 각 실시예에 따른 조명기 수단을 도시한 것이다.
도 49 및 도 50은 본 발명의 각 실시예에 따른 사시측면도를 도시한 것이다.
도 51 및 도 52는 본 발명의 다른 실시예에 따라 취해진 이미지를 도시한 것이다.
도 53, 도 54 및 도 55는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사용된 빔의 영역들의 이미지들을 도시한 것이다.
도 56은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 취해진 이미지이다.
도 57 및 도 58은 본 발명의 각각의 또 다른 실시예들에 따른 광원 장치를 도시한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예로, 감시되는 영역으로 복사 빔을 방출하는 단계와 입자들의 존재를 나타내며 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법 및 장치가 제공된다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 입자의 위치 표시를 제공한다. 본래, 본 발명의 실시예들은 검출된 입자들의 지정가능성(addressability), 즉, 감시되는 환경을 샘플링하거나 입자검출을 위해 환경내 유효한 위치에 검출기(들)를 배치해야 할 필요없이 직접 검출함으로써 입자 위치를 제공하는 입자 검출시스템을 제공한다. 복사 빔은 하나 이상의 광원(들)으로부터 방출된 하나 이상의 광빔을 포함할 수 있고, 카메라와 같은 하나 이상의 이미지 캡쳐장치에 의해 감시되는 영역 또는 지역의 이미지 변화가 검출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예로, 데이터 처리 시스템내에 입자들을 검출하기 위해 컴퓨터 이용가능 매체상에 구현되는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드와 컴퓨터 판독가능 시스템 코드를 갖는 컴퓨터 이용가능 매체를 구비하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법을 수행하기 위해 상기 컴퓨터 이용가능 매체내에 컴퓨터 판독가능 코드를 구비하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
특정 형태로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사 빔을 방출하는 단계와 입자들의 존재를 나타내며 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 복사 빔을 변조하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법을 제공한다. 상기 방법을 구현하는 단계들과 바람직한 실시예의 특징들은 감시되는 영역의 해당 지역을 나타내는 이미지들에서의 대상 영역을 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 지역내에 산란된 복사는 영역내 입자들의 위치가 식별되게 하는 대응하는 이미지로 된 하나 이상의 단편(segments)들로 표현될 수 있다.
입자 위치는 방출된 복사의 소스의 위치, 방출된 복사의 방향 및 이미지 검출 지점 간의 기하학적 관계에 따라 결정될 수 있으며, 상기 기하학적 관계는 이미지로부터 결정된다. 검출된 변화는 산란된 복사강도에 있어 증가일 수 있다. 산란된 복사강도에서의 증가는 임계치에 대해 평가될 수 있다. 산란된 복사강도에서의 증가는 이미지들로부터 통합된 강도 값들을 평균함으로써 계산될 수 있다. 상기 방법은 영역내 다른 공간위치들에 대해 다른 임계치들을 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 경로를 따라 복사를 보내는 단계와 이미지내 타깃을 식별하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 타깃은 복사가 상기 영역내 대상표면상에 입사되는 위치를 나타낸다. 이미지내 타깃의 위치가 감시될 수 있고 복사의 방출은 상기 타 깃의 위치에서의 변화에 반응하여 중단될 수 있다. 상기 방법은 이미지내 이미터의 위치를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 식별된 이미터 위치에서의 복사강도를 기초로 상기 이미터의 동작 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지들은 감시되는 영역내 공간 위치들을 나타내는 부분들로 분할되는 프레임들로 처리될 수 있다. 또한, 상기 방법은 이미지들의 연관된 부분들에서 강도레벨을 감시하는 단계와 상기 연관된 부분들에 대응하는 상기 영역내 다른 공간 위치들에 대해 다른 임계치를 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구체적인 형태로, 본 발명은 적어도 하나의 소정 특징을 구비하는 복사빔을 영역에 내보내는 이미터와, 상기 영역의 적어도 하나의 이미지를 얻기 위한 이미지 캡쳐장치와, 상기 영역내 입자들의 존재를 나타내며 상기 이미지들 간의 적어도 하나의 특징의 존재 또는 변화를 검출하기 위해 상기 적어도 하나의 이미지를 분석하는 프로세서를 구비하는 영역을 감시하는 장치를 제공할 수 있다.
프로세서는 이미터의 위치, 내보내진 복사빔, 및 이미지 캡쳐장치 간의 기하학적 관계에 따라 입자들의 위치를 결정하기 위해 설계될 수 있으며, 상기 기하학적 관계는 분석된 이미지들로부터 결정된다. 장치는 다른 각각의 빔 경로를 따라 복사를 내보내도록 배치된 복수의 이미터들을 구비할 수 있다. 장치는 다른 소스들로부터의 복사에 우선하여 이미터로부터의 복사를 포착하기 위해 이미지 캡쳐장치를 설계하는 하나 이상의 필터들을 더 구비할 수 있다. 필터는 시간필터(temporal filter), 공간필터, 대역통과 필터, 및 편광필터 중 하나 이상 또는 이들의 조합일 수 있다.
이미지 캡쳐장치는 바람직하게는 감쇠기(attenuator)를 구비한다. 감쇠기는 가변개구장치를 구비할 수 있다. 복수의 이미지 캡쳐장치들이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이미지 캡쳐장치는 카메라를 구비한다. 또한 이미터는 레이저를 구비하는 것이 바람직할 수 있다.
또 다른 바람직한 형태로, 본 발명은 복사원 및 복사빔의 경로의 적어도 일부를 보여주기 위해 제 1 이미지 캡쳐장치를 배치하는 단계와, 상기 복사원의 위치를 프로세서에 전달하는 단계와, 상기 복사빔의 충돌지점을 보여주기 위해 제 2 이미지 캡쳐장치를 배치하는 단계와, 상기 프로세서에 상기 충돌지점의 관련된 위치정보를 전달하는 단계와, 상기 복사원의 위치와 상기 충돌지점의 위치정보 간의 기하학적 관계에 따라 상기 빔의 경로를 결정하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다.
또 다른 바람직한 형태로, 본 발명은 이미지 캡쳐장치를 사용하여 빔의 복사원의 위치인 제 1 지점을 위치파악하는 단계와, 상기 이미지 캡쳐장치의 시야와 복사빔이 교차하는 제 2 지점을 위치파악하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 지점에 따른 빔 경로를 결정하는 단계와, 상기 결정된 빔 경로를 포함하는 대상영역을 계산하는 단계를 포함하는 입자검출방법을 제공한다. 상기 제 2 지점을 위치파악하는 단계는 적어도 하나의 대체로 또는 부분적으로 투명한 프로브를 사용하여 실행될 수 있고 상기 프로브는 위치파악된 후 빔 경로로부터 제거되는 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 형태로, 본 발명은 영역내 복사빔을 검출하는 단계와, 이미지 캡쳐장치를 사용하여 빔 경로의 적어도 일부분의 보기를 선택하는 단계와, 상 기 이미지 캡쳐장치에 대해 복사원의 위치를 결정하는 단계와, 상기 이미지 캡쳐장치에 대해 빔 방향을 결정하는 단계와, 상기 복사빔을 단편들로 분할하는 단계와, 상기 분할들과 상기 이미지 캡쳐장치 사이의 기하학적 관계를 판단하는 단계와, 상기 기하학적 관계를 허용하도록 각각의 단편에 대한 이미지 캡쳐장치에 의해 수신된 광 레벨을 조절하는 단계를 포함하는 대상 영역내 하나 이상의 서브영역들에서 입자 또는 특히 연기입자의 레벨을 결정하는 방법을 제공한다. 단편은 적어도 하나의 픽셀을 구비할 수 있고 단편은 바람직하게는 입자검출을 위해 상기 서브영역을 형성하도록 그룹화된다.
바람직한 형태로, 본 발명은 입자를 검출하는데 적합한 장치를 제공하며, 상기 장치는 소정의 명령 세트에 따라 동작하도록 설계된 프로세서 수단을 구비하며, 상기 장치는 상기 명령 세트와 결부하여 본 명세서에 개시된 방법 단계들을 수행하도록 설계된다.
본 발명의 실시 예에서, 데이터 처리 시스템내에 입자들을 검출하기 위해 매체상에 구현되는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 및 컴퓨터 판독가능 시스템 코드를 갖는 컴퓨터 이용가능 매체를 구비하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 본 명세서에 기술된 바와 같이 상기 방법들의 방법 단계들을 수행하기 위해 상기 컴퓨터 이용가능 매체내에 컴퓨터 판독가능 코드를 구비한다.
도 1에서, 입자 검출기(10)의 실시예가 도시되어 있다. 검출기(10)는 감시되는 영역(12)에 위치되어 있다. 상기 영역은 방, 경기장, 복도, 또는 기타 지역일 수 있다. 상기 영역은 반드시 폐쇄되거나 실내일 필요가 없다.
이미지 캡쳐장치(14)는 이미터(16)로부터 전자기 복사를 수용하는 일부분을 포함하는 영역(12)의 적어도 일부분을 보여준다. 이미지 캡쳐장치(14)는 예컨대 포토다이오드 또는 CCD와 같이 지향성 고감도 전자기 수신기를 형성하는 카메라 또는 하나 이상의 장치들일 수 있다. 바람직한 실시예로, 이미지 캡쳐장치(14)는 카메라이다. 본 실시 예에서, 카메라(14)는 이미지를 포착하기 위해 풀 프레임 캡쳐(full frame capture)를 사용하여 통신링크(18)를 따라 아날로그 비디오 정보를 프로세서(20)로 전송한다. 반드시 풀 프레임 캡쳐를 사용할 필요는 없다. 그러나, 이미지를 얻는데 있어 기술적 간단성, 성능 및 설치 제약 최소화를 위해 풀 프레임 캡쳐를 사용하는 것이 바람직하다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 라인 전송 카메라(line transfer camera)와 같이 다른 이미지 캡쳐장치(14)가 사용될 수 있고, 그렇지 않고 라인 전송 카메라들에 이용될 수 없는 풀 프레임 캡쳐의 효율을 보상하기 위한 방법들이 사용될 수 있다. 또 다른 통신링크(22)가 이미터(16) 및 프로세서(20) 사이에 연결을 제공한다. 프로세서(20)는 이미터(16)의 출력을 제어 및/또는 통신링크(22)를 통해 이미터(16)의 출력에 대한 정보를 수신한다. 대안으로, 이미터(16)의 상태는 카메라(14)에 의해 감지될 수 있거나 후술되는 바와 같이 자동적으로 결정될 수 있어 이에 따라 통신링크(22)에 대한 필요성이 제거된다. 바람직한 실시 예에서, 이미터(16)는 가시광선 복사, 적외선 복사 또는 다른 적합한 복사를 생성하는 레이저이다. 레이저(16)는 렌즈(21) 및 시야억제기(restrictor)(23)와 같은 공간필터를 포함할 수 있다. 광빔이 균일한 매체를 통해 지나가는 경우, 어떠한 산란도 없으나, 불규칙이 있을 때에만 빔이 산란된다. 따라서, 연기입자와 같은 입자들이 있는 곳에서 레이저 빔이 산란되어 진다. 더욱이, 바람직한 실시예에 따르면, 레이저(16)는 예컨대 주어진 시퀀스로 "레이저 온", "레이저 오프"로 변조될 수 있다. 어떠한 연기도 없는 경우, 레이저 빔을 포함하여 포착된 이미지내 픽셀 강도는 레이저의 상태에 무관하게 동일하다. 연기가 있는 경우, 레이저(16)가 (산란으로 인해) 온 되는 경우 레이저(16)가 오프 되는 경우의 강도에 비해 캡쳐 이미지의 강도 사이에 차가 있다.
선택적 필터들이 편광필터(24)와 통과대역필터(26)의 형태로 도 1에 도시되어 있다. 편광필터(24)는 이미터(16)로부터 방출된 전자기 복사가 통과되게 하는데 적합한 반면에 일부의 배경광이 카메라(14)로 들어가지 못하게 한다. 이는 이미터(16)가 편광을 방출하는 레이저인 경우 편광필터(24)가 레이저 빔의 편광각도와 정렬될 수 있어 레이저 광의 최대 투과를 가능하게 하는 반면에 일반적으로 무작위적이거나 비편광 광원인 일부 배경광을 제거할 수 있어 유용하다. 상기 광원은 이를 위해 성취되어야 하는 레이저일 필요가 없음에 유의하라. 제 2 필터(26)는 기설정된 주파수(즉, 이미터(16)로부터 전자기 복사의 주파수) 범위내에 있는 광만을 허용하도록 시도하는 대역통과필터이다. 예컨대, 간섭필터 또는 컬러젤(coloured gel)이 대역통과필터(26)로서 사용될 수 있다. 예컨대, 적색 레이저 주파수가 사용되는 경우 약 640㎚의 광만을 실질적으로 허용하는 대역통과필터를 사용함으로써, 상당한 배경광이 제거되어 지고, 영역(12)내 공기속에 부유하는 입자들로부터 산란된 광의 상대강도가 높아진다.
다른 필터링 방법은 후술되는 바와 같이 시스템 구성요소들에 대해 위치 정보 및 레이저의 변조를 포함한다.
이미지 캡쳐장치는 수신된 복사를 제어하기 위한 감쇠기를 사용할 수 있다. 제어가능한 중립 밀도필터장치(neutral density filter arrangement)가 사용될 수 있다. 대안으로, 감쇠기는 가변 개구를 사용하여 강도를 컨트롤하는 형태일 수 있다. 선택적인 조정가능한 조리개(24a)가 노출 수준을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 설치시에 수동으로 설정될 수 있거나, 시스템이 입사광 레벨에 따라 노출을 자동으로 설정할 수 있다. 이러한 이유는 적어도 연이은 처리에 사용되는 시야의 부분들에서 카메라 포화(saturation)를 최소화하거나 피하기 위한 것이다. 조리개(24a)는 카메라에 들어오는 광량을 줄이기 위한 기계적 조리개 또는 LCD 조리개 또는 임의의 다른 수단일 수 있다. 몇몇 전자 카메라들은 전자 셔터를 포함하며, 이 경우 셔터시간은 조리개(24a) 대신에 노출을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 공간필터(24b)가 또한 도시되어 있으며, 상기 필터는 예컨대 카메라(14)에 입사광을 효과적으로 마스킹하기 위한 슬릿(slit)을 구비할 수 있다. 예컨대, 슬릿은 상기 카메라(14)에 입사한 수신된 광을 마스크하여 카메라(14) 렌즈면에 투사될 수 있는 레이저 빔의 형태를 일반적으로 따르게 할 수 있다. 물품(26, 24a, 24b 및 24)은 다양한 명령 또는 조합들로 물리적으로 위치파악될 수 있다.
사용시, 이미터(16)로부터 적색 레이저 광과 같은 전자기 복사가 영역(12)을 지나 벽 또는 흡수체(28)에 부딪힌다. 카메라(14)의 시야는 레이저 경로의 적어도 일부 및 선택적으로, 이 경우 흡수체(28)상에 충돌하는, 영구 구조물인 영역(12)내 벽 또는 다른 물체상의 레이저 충돌지점을 포함한다. 레이저를 교차하는 영역내 공기 중에 있는, 이 경우 입자구름(30)으로 나타낸, 입자들이 레이저광을 산란시키게 한다. 입자들로부터 산란된 광 중 일부가 카메라(14)의 센서에 비춰져 검출되어 진다.
도 1에 도시된 실시 예에서, 카메라(14)는 아날로그 정보를 프로세서(20)의 비디오 캡쳐카드(32)에 출력한다. 비디오 캡쳐카드(32)는 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환시키고, 그런 후 컴퓨터(34)에 의해 처리된다. 처리는 컴퓨터(334)상에 실행되는 소프트웨어(36)에 의해 착수된다. 바람직한 실시 예에서, 처리는 이미지면이 레이저 빔에 대응하거나 레이저 빔상의 대응위치에 맵핑되도록 포착된 이미지(들)을 해석하기 위해 수행된다. 이는 일단 시스템의 구성요소들의 기설정된 위치 또는 위치정보를 구한 후, 상대적으로 바로 기하학 및 삼각법에 의해 달성될 수 있다.
다른 실시예로, 데이터를 포착하여 비디오 캡쳐카드(32) 필요없이 프로세서(20)로 상기 데이터를 디지털적으로 전송할 수 있는 카메라(14)를 사용할 수 있다. 또한, 카메라(14), 필터(24,26), 프로세서(20) 및 광원(16)이 단일 유닛 또는 유닛들에 일체로 형성될 수 있다. 또한, 내장형 시스템들이 적어도 프로세서(20)의 기능을 제공하는데 사용될 수 있다.
데이터 형태의 이미지 정보가 프로세서(20)에 제공될 수 있는 경우, 많은 카메라(14) 구성이 이 실시예에 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 레이저 변조기(38)는 이미터(16)의 출력을 가변시키 는데 사용된다. 출력레벨은 광조건을 적절히 하여, 눈 안전도 요건을 충족하고 온/오프 변조를 제공하기 위해 변경될 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 눈 안전도 요건을 충족하도록 짧은 펄스를 가진 고출력 레이저가 주변 광을 극복하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 고출력의 펄스 레이저와 이에 따라 카메라의 단축된 셔터시간을 조합함으로써 주변 광의 영향이 줄어들 수 있다. 예컨대, 레이저 출력이 1mW이고 정상 레이저 펄스속도가 ON 40msec 및 OFF 40msec이며, 프레임당 카메라 노출시간이 40msec인 필요로 하는 실내감도를 제공하는데 F번호가 F5.6이면 충분하다고 가정하자. 어려움은 실내 명도(brightness)보다 N배 더 밝은 태양 광으로 인해 카메라가 감도를 떨어뜨리는 포화(saturation)를 방지하기 위해 렌즈를 죌 필요가 있다는 것이다. 한가지 형태로, 본 발명은 인수 N만큼 카메라 노출시간을 줄이고 동일한 인수 N만큼 레이저 출력을 증가시키는 한편 동일한 인수 N 만큼 레이저 ON 시간을 줄여야 하는 실시예를 제공한다. 레이저는 12.5Hz의 동일 주파수에서 여전히 펄스로 될 수 있어 평균 레이저 출력은 동일하다. 카메라 프레임율도 또한 여전히 초당 25프레임일 수 있다. 동일하게, 빔은 약 50Hz까지 펄스될 수 있고 프레임율은 약 초당 100 프레임까지 변할 수 있다. 그 결과, 카메라의 줄어든 노출시간으로 개구가 실내 설정으로 유지되어 지는 한편 주변 태양 광의 강도를 실내 광과 동일한 수준으로 다시 가져오게 된다. 줄어든 노출시간 동안 레이저의 더 높아진 출력은 입자검출감도가 실내와 동일하게 유지되는 것을 의미한다. 눈 안전도 기준에 대해, 더 큰 출력의 펄스 레이저가 허용될 수 있는지가 여전히 문제로 남아있을 수 있다. 이에 대한 해답으로, 본 발명의 한가지 바람직한 태양은 주요 광빔이 이점적으로 정상 카메라 프레임 기간보다 더 짧은 기간 동안 카메라 셔터 개방 주기와 동기로 ON 펄스될 수 있다고 규정한다. 이는 더 큰 출력광 전력레벨이 사용될 수 있고 증가된 카메라 개구가 사용될 수 있는 반면에 여전히 큰 주변광에 의한 카메라의 포화를 방지할 수 있는 이점을 제공한다. 이는 시스템이 큰 주변광 조건에서 만족스럽게 기능하게 하는 한편, 또한 세계 다양한 지역에서 금지된 눈 안전도 기준을 여전히 따르게 한다. 이들 눈 안전도 기준은 피크 레이저 전력이 감소된 듀티 싸이클(duty cycles)에서 높아지게 하는 식으로 사람 많은 개방지역에서 사용될 수 있는 레이저 전력을 정의한다. 예컨대, 산업표준은 1.18mW의 피크출력 전력을 가지도록 40ms의 ON 주기로 12.5Hz(표준 25Hz 카메라 프레임율의 절반)에서 동작하는 2급 가시광 레이저를 허용한다. 일실시 예에서, 동일한 레이저가 0.1ms의 감소된 On 주기로 동작되고 그런 후 5.26mW로 동작될 수 있다. 이러한 환경하에서, 시스템의 감도는 증가된 주변광에 대해 4배 이상의 허용오차로 유지될 수 있다. 마찬가지로, ON 주기가 100ms까지 확장될 수 있거나 실제로 훨씬 더 낮은 피크출력 전력에 대해 약 수초의 기간까지 확장될 수 있으며, 대안으로 피크출력 전력은 ON 주기의 해당하는 더 짧은 기간에 따라 500mW까지 확장될 수 있는 것이 고려된다. 다른 형태로, 빔의 ON 주기가 카메라의 노출주기보다 더 크거나 같을 수 있다.
도 1에 도시된 카메라(14)는 매초 마다 30 프레임을 포착할 수 있고, 이미터(16)는 한 프레임에는 온되고 다음 프레임에는 오프로 반복된다. 지역내 광의 양이 각 프레임에 대해 감지되고, 레이저가 오프일 때 영역내 광의 합이 레이저가 온되는 동안 수신된 광의 합으로부터 빼진다. 합은 수 프레임 이상일 수 있다. 레이 저가 오프일 때 수신된 광에 비해 레이저가 온일 때 수신된 광의 합 사이의 차가 그 영역내 산란양의 측정으로 간주된다. 경보로서 동작하기 위해, 임계차가 설정되고 상기 차가 초과되는 경우, 경보가 작동될 수 있다. 이런 식으로, 검출기(10)가 입자검출기로서 동작할 수 있다. 입자로부터 산란된 광 측정은 영역내 연기가 있는지 여부를 결정하는 방법으로 알려져 있기 때문에, 상기 검출기(10)는 연기 검출기로서 사용될 수 있다.
검출기(10)는 상기 측정된 산란이 경보 또는 예비경보 조건을 나타내기 전에 기설정된 시간주기동안 주어진 임계치를 초과할 때까지 기다리도록 설정될 수 있다. 검출기(10)의 경보 또는 예비경보 조건을 결정하는 방식은 Vision Fire and Security Pty Ltd.가 판매한 VESDATM LaserPLUSTM 과 같이 챔버내 레이저를 사용하는 흡인식 연기 검출기에 사용된 방법과 유시할 수 있다.
도 2는 도 1의 실시예의 평면도를 도시한 것이다. 카메라(14)는 이 경우 실질적으로 모든 영역(12)을 포함하는 시야(8)를 가지며, 상기 영역은 빌딩내 밤일 수 있다. 이미터(16)로부터의 광이 일반적으로 카메라(14)를 향해 내보내지나 렌즈에 직접적으로 보내지는 것은 아니다. 따라서, 카메라(14)와 이미터(16) 간의 가상의 선에 의해 대응되는 각과 레이저 빔의 방향이 있게 된다. 각은 도 2에서 각(z)로 나타낸 바와 같이 수평면 및/또는 도 1에서 각(x)로 나타낸 바와 같이 수직면에 있을 수 있다. 레이저 빔은 카메라 렌즈에 직접 부딪치지 않는다. 그럼에도 불구하고, 레이저 빔 경로는 도 3에 도시된 바와 같이 카메라(14)의 시야에 있게 된다.
물리적 시스템 변화
어떤 환경에서는 시스템내 많은 이미터들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 통제를 따르거나, 백업(back up)을 제공하거나, 단일 이미터가 다룰 수 있는 것보다 더 큰 면적을 다루도록 지원할 수 있다.
큰 면적의 적용범위가 필요한 경우, 연기가 영역내 다른 많은 위치에서 검출될 수 있도록 많은 이미터들을 사용할 수 있다. 도 9는 카메라(50)가 방(52)과 같은 영역내에 위치되어 있는 구성을 도시한 것이다. 큰 영역에 걸쳐 탐지가 요구되는 경우, 다수의 레이저(54 및 56)가 적용범위를 제공하기 위해 실내 주위에 분포될 수 있다. 도 9는 점(56)에 타깃된 그룹(54)의 이미터와 점(57)에 타깃된 이미터(55)를 사용하여 2개의 그룹으로 그룹화된 이미터들을 도시한 것이다. 카메라(50)는 뷰에 점(56 및 57)을 가질 수 있거나 점(56 및 57)을 못 볼 수 있다. 카메라(50)는 점(56 및 57)의 이미지를 카메라(50)의 시야로 투사하기 위해 광장치, 예컨대, 카메라(50)를 향해 배치된 리어뷰 미러(rear view mirror)(도 9에 미도시)에 의해 뷰에 점(56 및 57)을 가질 수 있다. 마찬가지로, 프리즘 또는 몇몇 다른 광학 시스템이 이 결과를 달성할 수 있다. 또한, 이미터(54 및 55)가 모두 동시에 온되거나 싸이클될 수 있어, 그 결과 카메라(50)가 복사가 착지하는 지점을 검출할 수 있는 경우, 카메라에 검출된 복사는 상기 이미터가 동작중이며 차단되지 않은 것을 검증하는데 사용할 수 있게 된다. 개개의 이미터들이 연이어 온 오프로 또는 선형 종속적이지 않은 임의의 패턴 시퀀스로 스위치되는 경우 상기 개개의 이미터들의 검출이 가능하며, 그 결과 타이밍 정보를 이용하여, 임의의 한 시간에서 이미 터가 온인 것을 검출할 수 있다. 또한, 이미터가 화재발생한 것을 인식하는 것은 검출기가 피검출 영역내 서브 영역을 국한시키게 하여 어떤 검출된 입자가 서브 영역에 대해 어디에 위치되었는 지를 알아낼 수 있다. 사실상, 입자들에 의해 산란된 빔 또는 빔들이 결정될 수 있다.
이미터(54 및 55)는 타깃(56 및 57) 상에 모두 교차할 필요가 없으며, 많은 타깃을 따라 또는 다른 타깃 상에 서로 가로질러 분포될 수 있다.
레이저(58 및 59)가 카메라(60)로부터 멀리 겨누어져 있는 대안이 도 10에 도시되어 있다. 카메라(60)는 점(61 및 62)에서 벽에 부딪히는 레이저 광으로부터 광을 검출할 수 있다. 이들 점들 중 어느 하나가 사라지는 경우, 검출기 시스템은 레이저가 고장 나거나 어떤 것이 레이저 광의 경로를 차단하고 있는 것을 알게 된다. 레이저가 차단되는 경우, 일반적으로 레이저 광을 차단하는 물체가 또한 광을 반사시키며 따라서 레이저 스폿이 알고 있는 타깃 영역, 즉, 본래의 지점(61 또는 62)으로부터 옮겨진다. 카메라는 스폿의 이동을 검출할 수 있고 경보를 울리거나 레이저를 오프 시킬 수 있다. 이것은 특히 레이저가 눈안전을 고려하지 않는 경우에 중요할 수 있다. 장애가 검출될 수 있는 또 다른 수단은 방출된 복사의 산란을 야기하는 거미줄과 같은 의사(擬似) 물체가 빔과 상호작용하는 경우이다. 거미들이 천장에서 마루바닥으로 내려올 때 통상적으로 거미에 의해 대롱거린 채로 있는 비단실은 종종 통상의 광 조건하에서 인간의 눈에 거의 눈에 보이지 않지만 본 발명의 시스템에 의해 쉽게 검출될 수 있고, 경보반응을 필요로 하는 입자밀도에 상당하는 신호를 쉽게 발생할 수 있는 성가신 물체의 예이다. 빔 내에 부유된 채로 있 을 수 있는 다른 성가신 물질은 소매점 등의 부착물 또는 크리스마스 장식과 같은 장식물로 천장에 표지물 및 경고 게시물을 매다는데 종종 사용되는 나일론 선을 포함할 수 있다. 표지물 또는 장식물 자체가 빔 높이에 매달려져 있는 경우, 이는 필연적으로 경보 또는 장애가 식별되고 보고되게 하나 단지 지탱하는 실로 인해 경보를 보고하는 것은 바람직하지 못하다.
거미줄 또는 다른 유사한 물질과 같은 물질에서 산란하여 나온 임의의 신호는 연기와 같은 대상입자들보다 더 선명한 공간적 변화를 받을 수 있다. 또한 거미줄과 같은 미세한 물체들도 편광회전에 민감한 것이 주목된다. 한편 동작에 있어, 소량의 솔리드 물질이 레이저 빔에 들어가 유효하게 고정된 채로 있을 수 있어, 연기로 인한 것과 같이 잘못 식별될 수 있는 상당한 광산란 양을 야기하며 허위경보를 발생시킨다. 다수의 방법이 이 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있다.
일실시 예로, 얇은 섬유가 빔 횡단면적의 작은 부분만을 교차하여 경보 임계치 아래의 작은 신호만을 발생하도록 레이저 빔 직경을 더 크게 할 수 있다. 이 작은 신호가 시간에 걸쳐 일정한 채로 있는 경우(예컨대, 2시간 이상의 시상수를 갖는 경우), 상기 신호는 장기의 조정 정확도를 유지하도록 상기 위치로부터 얻은 기록에서 빼질 수 있다.
또 다른 실시 예로, 예컨대 측방향으로 이미터를 옮김으로써 방출된 빔의 임시 이동이 이러한 산란된 복사의 허위검출을 없앨 수 있다. 방출된 빔 또는 빔들은 빔 전파방향에 수직한 방향으로 진행될 수 있다. 특히, 레이저 빔(들)은 성가신 신호의 위치에서 50mm의 측면 이동을 제공하도록 잠시 팬(pan)될 수 있다. 산란이 연 기에 의해 야기된 경우, 신호는 빔이 이동될 때 거의 변화가 없게 된다. 대롱거리는 실 등이 신호를 발생시키는 경우, 신호는 뚜렷이 변하게 된다.
도 10에서, 추가 뷰를 제공하기 위해 시스템에 연결될 수 있는 제 2 카메라(63)가 도시되어 있다. 2개의 카메라 사용은 단일 카메라를 사용하는 것보다 연기 영역을 파악하는 더 정확한 수단을 가능하게 할 수 있다. 또한, 추가 뷰는 동일한 특정 재료에 대해 다른 산란각의 산란 정보를 제공하게 된다. 이 데이터는 다른 입자크기 분포 또는 산란 특성을 갖는 재료들을 식별하는데 사용될 수 있다. 이는 차례로 다른 경우 예컨대 먼지와 같은 허위경보를 야기할 수 있는 성가신 입자들에 대한 시스템 감도를 낮추는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 이미터들의 사용으로, 산란각에서의 변화; 방출된 복사의 파장; 편광회전; 보여지는 산란의 편광면 및 방출과 검출 타이밍의 변화 모두가 다른 타입의 입자들을 식별하는 수단을 제공한다.
큰 입자들(종종 먼지와 관련됨)이 (통상적으로 화재로 인해 야기된) 더 작은 입자들보다 더 많이 전방으로 산란되어 진다면, 입자 타입에 대한 판단이 이루어질 수 있다. 방출된 복사 경로의 특정 단편에 대해 측면 산란보다 훨씬 더 많은 전방 산란이 있는 경우, 상기 특정 단편에서의 입자 밀도는 큰 입자들의 비로 구성되는 것으로 해석될 수 있다. 입자들이 제 1 장소에 있게 하는 사건(event)의 특성을 확인하기 위해, 다른 단편 또는 다른 시간에 대해 이를 비교하는 것이 유용할 수 있다. 특정 실시 예에서, 산란각을 이용하여 먼지 배제가 달성될 수 있다. 이 태양에서, 레이저 빔당 2개의 카메라, 즉, 한 대는 매우 좁은 각도(즉, 1도)로 다른 한대는 넓은 각도(즉, 30도)로 사용될 수 있다. 제 1 카메라는 큰 입자(먼지)에 대해 훨씬 더 큰 감도를 가지게 된다. 먼지에 대한 감도를 낮추기 위해 제 1 카메라의 기록 양이 다른 카메라로부터 빼질 수 있다. 허위경보의 발생은 공기중에 떠 있는 입자로부터 산란된 광특성이 분석되고 연기 타입 및 성가신 입자들의 범위에 대해 기지(旣知)의 산란 특성과 비교되는 경우 유용하게 낮추어질 수 있다. 본 발명은 다양한 각도에서 산란광 신호강도, 편광면 및 파장의 측정을 포함하여 이들 특성들을 결정하는 방법을 제공한다.
도 11a에서 카메라(64)는 실내를 가로지르는 2개의 레이저(65 및 66)를 도시한 것이다. 도 11b는 양호한 실내 적용범위를 제공하고 전방 및 후방 산란광 모두를 포착하기 위해 카메라(67)를 향해 다시 반사되는 레이저를 사용한다.
본 실시 예에서, 프로세서(10)는 펜티엄4 칩, 윈도우 2000 운영시스템을 실행하는 개인용 컴퓨터를 구비한다.
본 실시 예의 태양은 데이터 플로우 도표인 도 4를 참조로 하기에 상세히 거론된 신호처리로서, 그 설계는 당업자에게 이해될 수 있다. 참조를 용이하게 하기 위해, 본 실시 예에서 신호처리는 일반적으로 소프트웨어라고 하는 검출기(10)용 소프트웨어를 사용하여 수행된다. 도 4를 참조로, 데이터 플로우 라인들은 이미지 데이터 플로우(2차원 어레이 데이터), 어레이 데이터 플로우(1차원 어레이 데이터) 및 처리의 다른 단계에서 간단한 수치 또는 구조 데이터 플로우를 나타내는 것에 유의해야 한다. 따라서, 상술한 처리 기능들 중 일부는 더 집중적인 이미지 데이터를 처리하거나 선택적으로 예컨대 집중이 덜한 수치 데이터를 처리할 수 있다. 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 기술 효율은 이들 각각의 단계들에서 처리 기능들을 수행하는데 사용된 구성요소들 및 소프트웨어 엔티티(entity)의 선택에 의해 얻어질 수 있다.
레이저 상태 결정
도 4의 단계(401)에서, 레이저 상태의 결정이 수행된다. 이 실시 예에서 소프트웨어는 특정 프레임에 대한 레이저의 상태를 판단하기 위해 레이저 소스가 카메라의 시야 내에 있는지에 따른다.
레이저 소스 복사를 포함하는 작은 대상영역이 지정된다. 영역의 중심이 레이저 소스 스폿의 초기 위치에 설정된다. 상기 영역내 평균 픽셀 값이 계산된다. 그런 후 이미지가 레이저 온 또는 오프를 기록하는지 여부에 대한 결정을 하기 위해 임계치와 비교된다.
임계치는 평균에 의해 제공된 피크 검출기와 홈 검출기(trough detector)의 출력 평균이다. 각 검출기는 새 피크 또는 홈이 형성되지 않은 경우 현재 평균으로 다시 지수함수적 감쇠(exponential decay)를 실행한다. 시상수는 프레임 면에서 바람직하게는 약 10의 값으로 설정된다.
이 기술은 꽤 강건한 것으로 증명되었다. 다른 방법은 고정된 임계치에 의해 직사각형내 평균을 초과한 하나 이상의 픽셀을 조사하는 것이다.
레이저 온/오프 스위칭이 프레임 획득을 위해 더 가까이 결합되는 수단에서, 이 기능은 필요하지 않을 수 있다. 그러나, 레이저 소스가 불분명하지 않고 정확한 강도임을 이중검사할 수 있다.
레이저 위치
도 4의 단계(401)에서, 중력 알고리즘의 중심이 감시되는 지역내 레이저 소스의 픽셀 좌표를 판단한다. 이 위치정보는 시간에 걸쳐 장착대 및/또는 구조물의 움직임으로 인해 레이저 소스 또는 카메라 위치 중 어느 하나에서의 드리프트를 가능하게 하도록 모든 "레이저 온" 이미지에서 선택적으로 업데이트된다. 안정성에 영향을 끼치는 요인들은 구조물내 벽의 이동, 장착 지점 강도 등을 포함한다.
보다 상세하게, 이전 단계(레이저 상태 판단)에서 수립된 임계치가 이미지로부터 빼어지고 네가티브들이 0으로 고정된다. 그런 후 상태 판단에 사용되는 동일한 직사각형의 중력 중심이 레이저 스폿의 (x,y) 좌표를 산출한다. 이 계산에서, 픽셀 값들은 가중치로서 처리된다.
다른 기술은 이미지로서 상술한 영역을 처리하여 대다수(~50)의 기지의 "이미터 오프 상태" 이미지들의 평균을 계산한 후, 이미터 온으로 포착된 것으로 알려진 가장 최근의 이미지들에서 상기 평균을 빼는 것이다. 그리고 나서, 앞서 기술된 중력 알고리즘의 중심이 스폿의 위치를 판단하기 위해 이미지 데이터에 적용된다.
대상영역 및 배경소거 계산
도 4의 단계(403)에서, 대상영역들이 계산된다. 도 4의 단계(404)에서, 배경소거가 수행된다. 이미지로부터 일시적으로 변하는 정보와 불변 정보의 간섭을 줄이기 위해 배경소거 동안 내삽 및 프레임 빼기의 조합이 사용된다. 이미지는 도 5에 도시된 바와 같이 3개의 대상영역들로 분할된다. 배경은 배경영역들(101 및 103)로 분할되고 통합영역(102)이 있다. 이들 영역은 레이저 소스 위치에서의 임의의 검출된 변화를 반영하기 위해 주기적으로 업데이트 된다. 대상영역의 형태 선택 은 산란된 복사의 이미지내 정확한 위치의 불확실도를 반영한다. 도 5에서, 카메라는 (도 5의 좌측 에지 너머로 발생한) 방출된 복사가 벽에 부딪히는 지점을 볼 수 없고 따라서 방출된 복사의 정확한 경로가 미지수이다. 이는 이미터로부터의 거리가 증가함에 따라 확장되는 대상영역(102)을 형성한다. 이미터 복사경로를 수동으로 판단하는 방법은 복사를 임시로 차단하고 그 위치를 검사한 후 데이터를 수동으로 프로세서에 입력함으로써 방출된 복사의 위치를 테스트하는 것이다. 대안으로, 판과 같이 물품의 형태일 수 있는 하나 이상의 실질적으로 투명한 프로브들이 빔에 삽입될 수 있다. 몇몇 산란이 필요로 하는 대상영역과 배경영역이 계산될 수 있는 이미지내 기준점 또는 기준점들을 제공하는 판으로부터 입출시에 발생되어 진다. 검출기가 예컨대 청정실 또는 위험한 환경에 있는 입자들을 검출하는데 사용될 수 있는 적용에서, 이러한 폐쇄공간의 윈도우들은 실질적으로 투명한 판들로서 작용할 수 있고, 따라서 이들은 검출기 시스템 구성요소들을 설치하기 위해 상기 환경에 들어갈 필요없이 빔의 경로를 수립할 수 있다.
일반적으로, 검출기를 지시하는데 유용한 프로브 또는 프로브들은 광산란 반투명 물체를 사용하여 빔을 따라 하나 이상의 점들에서 레이저 빔의 경로를 시스템에 나타낸다. 언급한 바와 같이, 이는 빔이 의도된 곳으로 지나가고 빔을 따른 위치들이 정확하게 맵핑되어 있는 지를 검증하기 위한 것이다. 또한 종종 매우 바람직하지 못한 영역내 연기를 발생할 필요없이 시스템의 정확한 반응을 확실히 보여주기 위해 유용하다. 빔의 위치가 (텔레스코픽(telescopic) 또는 멀티-파트(multi-part)일 수 있는) 폴(pole)을 사용하여 지면 높이에서 접근할 수 있는 적용에 있 어, 이러한 폴에 대해 (바람직하게는 단단한) 한 장의 반투명 물질을 부착하는 것이 편리하다. 예컨대, 빔을 간단히 인터셉트하고 시스템이 정확한 인터셉션 위치를 식별하는 지를 확인하기 위해 예컨대 와이어 프레임(wire frame)상에 지지되는 A4 또는 편지지 크기의 평평한 한 장의 흰 종이가 적합할 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 더 첨단적이고 유용한 접근은 알고 있는 밀도와 연기의 밀도가 대략 일치하는 광산란 특성을 갖는 한 조각의 재료를 사용하는 것이다. 예컨대, 산화 알루미늄의 작은 입자들이 들어 있는 얇은 유리시트는 입사광의 약 1%를 산란시키는데 사용될 수 있으며, 상기 유리시트는 또한 지점 및, 간섭에 의해, 빔내 다른 모든 지점에서 검출기의 유효감도 측정을 가능하게 한다. 평평한 시트보다는 3차원 물체가 또한 사용될 수 있으며, 어떤 경우에는 방향을 유지하는 것이 문제가 되지 않기 때문에 바람직할 수 있다. 예는 유리전구 또는 적절한 벽 색깔과 두께로 된 팽창된 풍선일 수 있다. 풍선은 헬륨 충진될 수 있고 아래로부터 밧줄을 타고 빔이 도입될 수 있다. 레이저 빔이 지면 높이에서 쉽게 접근될 수 없는 (예컨대, 스포츠 경기장, 또는 빌딩 아틀리에로, 그 중 일부는 지면 위로 50미터 이상인) 공간을 지나가는 경우, 산란매체를 빔에 위치시키는 방법이 필요할 수 있다. 예컨대, 작은 무선제어 비행장치, 바람직하게는 실내 사용에 적합한 재충전가능한 전자 헬리콥터가 사용될 수 있다. 이 장치는 반드시 상당한 시간 주기동안(예컨대 > 50msec) 빔내에 고정으로 유지될 필요는 없으며, 단지 레이저가 온인 동안 적어도 한번 만 가로지르면 된다. 적절한 예의 헬리콥터는 중국, 산터우의 Toy Yard industrial Corporation사가 제조한 Sky Hawk R/C 미니 헬리콥터 모델 HP4034이다.
좁은 통합지역의 용도는 산란신호에 기여하지 않는 픽셀들로부터의 잡음 기여를 제거하고 또한 배경영역들이 통합지역에 더 가까이 있게 하여 이에 따라 레이저 오프 이미지에서의 조명레벨을 정정하는데 사용되는 정정 인수의 양호한 평가를 가능하게 한다.
통합영역(102)은 방출된 복사경로를 포함하는 한편, 각 측면에 대한 영역, 즉, 배경영역(101 및 103)들은 배경소거 동안 사용된다. 상기 영역들은 일반적으로 삼각형이며 이는 레이저 소스로부터 멀리 넓어진다. 이는 복사 스폿의 정확한 위치가 알려져 있지만, 경로의 정확한 각도가 알려지지 않았기 때문에 필요하며, 복사가 끝나는 곳을 카메라가 볼 수 없을 경우 경로의 타단에 더 큰 허용오차가 요구된다. 많은 픽셀들로 인해 통합영역의 더 두툼한 부분에 더 많은 잡음이 있고, 다행히, 각 픽셀은 더 짧은 경로길이를 나타내므로, 단위 길이당 더 많은 샘플들이 더 많이 평균을 가능하게 한다. 카메라가 복사 종료지점을 볼 수 있는 경우, 위치의 불확실도가 덜해질 수 있고 대상영역들이 도 5에 도시된 바와 같이 많이 발산할 필요가 없게 된다.
2개의 배경영역(101,103)은 레이저 오프 이미지에서 복사경로의 어느 한 측상에 배경광내 일시적 변화를 상관시키기 위한 명도 보상인수의 내삽을 위해 선택된다. 예컨대, 복사경로의 어느 한 측상에 2개의 다른 무관한 일시적으로 변하는 광원으로 인해 광에서의 변화가 발생된다. 이 원리는 복사경로의 길이를 따라 3개의 영역(101,102,103)을 단편들로 세분하고 각 세분영역에 대한 계산을 수행함으로써 경로 중 어느 한 측상이 아니라 경로를 따라 변화를 가능하게 하도록 더 확장될 수 있다.
배경소거 알고리즘은 n개의 "온 프레임"과 m개의 "오프 프레임"을 합한다. 이들 프레임의 시퀀스는 임의적이다. "이미터 온" 프레임에서 "이미터 오프" 프레임을 빼기 전에, "이미터 오프" 프레임은 이미지의 조명레벨에서의 변화를 보상하기 위해 인수 f만큼 스케일링될 수 있다. 이는 강도가 급격히 변하는 인공광과 함께 사용될 수 있다. 합성된 이미지는 n개 "이미터 온"과 m개 "이미터 오프" 이미지 간의 어떤 차이를 제한한다. 이것이 도 6에 그래프로 도시되어 있다.
스케일링 인수(f)는 레이저 온 및 레이저 오프 프레임들 간의 배경변화의 비를 사용하여 내삽함으로써 결정된다.
Figure 112007042073715-PCT00001
여기서, μ는 첨자로 나타낸 바와 같이 레이저 온 프레임이나 레이저 오프 프레임 중 어느 하나에 주어진 배경영역에서 픽셀 강도의 평균치이다.
프로세서가 풀 프레임율을 따라갈 정도로 충분히 빠르지 않다면, 프레임의 랜덤 선택이 처리되게 하는 방식이 필요하다. 이러한 프레임들의 개수를 누적하기 위해 대기하면서, n개 레이저 온 프레임 및 m개 레이저 오프 프레임이 배경소거를 위해 사용되므로, 임의의 초과 레이저 온 프레임 또는 레이저 오프 프레임이 폐기될 수 있다.
대안으로, 컴퓨터가 포착된 이미지에 대해 레이저의 상태에 대한 정보가 제 공되도록 고정(lock)단계 동조기술이 사용될 수 있다. 여하튼, 하나의 온 프레임과 하나의 오프 프레임의 최소치가 상기 기술이 작동하는데 요구된다.
상술한 소거방식에 대한 대안은 간단히 레이저 온 프레임 및 레이저 오프 프레임을 빼는 것이다. 많은 온 프레임 및 오프 프레임들이 빼기 전 및/또는 후에 수행된 합산, 평균 또는 필터링을 사용하여 합해지거나 평균되거나 저역통과필터될 수 있다.
배경소거의 결과는 이미터로부터 산란된 광과, 몇몇 남아있는 배경광과 잡음으로 우세하게 구성된 이미지이다.
프레임 통합
도 4의 단계(405)에서, 프레임 통합이 수행된다. 많은 배경소거 프레임들이 잡음이 감소된 산란광 이미지를 얻기 위해 합해지거나, 평균되거나 다른 경우로는 저역통과 필터된다. 많은 프레임들을 평균함으로써, 레이저 온/오프 스위칭과 상관없는 간섭들이 줄어들고 원하는 (상관된) 산란정보가 유지된다. 일반적으로 배경소거 및 프레임 통합단계에 사용된 총 프레임 수는 약 100개(즉, 약 비디오의 3초)이다. 더 긴 통합 주기나 더 낮은 저역필터 컷오프 주파수가 잡음비에 대한 향상된 신호를 산출하며 응답시간을 이용해 고감도 시스템을 가능하게 한다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 이미지의 시퀀스가 산란광 방향으로 배경소거 및 통합 효과를 나타낸다. 이미지 강도는 눈에 더 양호한 가시도를 허용하도록 스케일되었다. 전체 빔에 대한 입자 불투명도(obscuration)는 본 출원인에 의해 판매 된 VESDATMLaserPLUSTM검출기에 의해 측정된 바와 같이 미터당 약 0.15%였다. 도 7a는 미가공 비디오를 도시한 것이고, 도 7b는 통합영역을 강조하며 도 7c는 배경소거 및 통합 후 연기 속에서 산란된 광을 나타낸 것이다.
산란 대 반경 계산
도 4의 단계(406)에서, 이미터로부터의 반경의 함수로서 산란의 계산이 수행된다. 시스템 기하학 및 산란으로 인한 빔을 따른 강도에서의 변화가 이러한 방법을 사용하여 교정된다. 레이저 소스로부터, 예컨대, 포착된 이미지내 픽셀에서 측정된 통합영역 대 반경에서의 산란광 레벨을 포함하여 데이터 어레이가 계산된다. 반경 호(arc)는 통합영역내 많은 픽셀들을 포함하므로, 주어진 반경내 각 픽셀의 강도가 함께 합해진다. 도 8은 어떻게 통합영역이 이미터에 대해 중심을 둔 호들에 의해 분리되는지에 대한 그래프 도면이다. 도 8에서, 삼각형(80)은 예상 통합영역을 나타내고 호들은 레이저 소스로부터 다른 반경을 나타낸다. 한 쌍의 호들 사이에 있는 통합영역의 각 부분은 픽셀들이 합해진 것이며 상기 합이 산란광 데이터 어레이에 들어간다. 2개 호들 사이의 가까이 있지 않은 픽셀에 대해, 이러한 픽셀에 대응하는 계산된 반경의 반올림 또는 절단이 모호함을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 픽셀의 기여는 또한 하나 또는 다른 하나에 총괄적으로 취급되기 보다는 인접한 영역들에 대응하는 합에 대해 할당될 수 있다.
기하학적 배열 계산
도 4의 단계(408)에서, 시스템 요소/구성요소의 기하학적 배열이 결정된다. 상술한 바와 같은 각 픽셀(또는 이미지 점)은 산란 양에 대해 특정한 기하학적 배열에 해당하며 이러한 이미지 점의 일반적인 경우가 도 12에 도시되어 있다. 각각의 이러한 점 또는 픽셀에서, 다음 파라미터가 결정될 수 있다:
1. θ- 산란각;
2. r- 레이저 소스로부터 거리(미터);
3. D-카메라에서 레이저 소스까지의 거리; 및
4. L-빔을 따라 주어진 점에서 한 픽셀에 의해 나타낸 물리적 거리.
주어진 반경 r에 해당하는 픽셀의 보정된 강도가 실제 시스템에 대해 결정되며, 상기 픽셀의 강도는 주어진 반경에 대응하는 후술되는 산란각 보정하의 기설정된 산란이득 값과 무손실 등방성 산란계산에 대한 주어진 산란각에 의해 곱해진다. 결과적으로 발생된 산란된 데이터 어레이가 형성된다.
산란각 보정
산란각의 보정은 도 4의 단계(409)에 따라 논리적으로 결정된다. 입력으로서, 프로그램은 주어진 재료, 산란각 세트 및 대응 이득을 포함하는 산란 데이터 파일을 필요로 한다. 이 파일에서 데이터는 실험상 조정과정에 의해 발생하고 다양한 연기 타입에 대한 평균값을 포함하도록 의도되어 있다.
상기 기하학적 배열의 계산시에 결정된 각각의 산란각에서, 모든 산란각에 대한 이득이 도출된다. 입력 산란 데이터 파일로부터의 데이터가 모든 산란각에 대해 순방향 이득의 근사가 실행될 수 있도록 선형적으로 내삽된다.
연기 대 반경 계산
빔의 주어진 반경에 대한 연기의 판단이 도 4의 단계(407)에서 수행된다. 산란된 데이터 어레이를 픽셀단위당 연기 레벨로 변환시키기 위해, 도 12에 도시된 바와 같이 데이터(D, d, θi)의 입력을 필요로 한다. 기하학적 배열을 구속하는 길이 또는 각도의 임의의 조합이 또한 사용될 수 있다. D는 카메라(82)에서 이미터(84)까지의 거리이고, θi는 카메라(82)와 이미터(84)의 선과 이미터(84)로부터 복사경로에 해당하는 선 사이에 이루어진 각이며, d는 카메라 입사 동공을 가로지르는 방출된 복사에 수직한 선의 길이이다. 이 정보로부터, 다른 모든 필요한 정보가 삼각법과 기하학에 의해 결정될 수 있다. 기하학적 배열을 도 12에서 볼 수 있다.
상술한 산란 대 반경 어레이에서 각 요소에 대해, 도 12에 도시된 바와 같이, L, θr 및 r의 값이 계산된다. L은 한 카메라 픽셀에 볼 수 있는 빔의 길이이다.
불투명도(obscuration)를 얻기 위해 빔을 따라 통합하기
도 4의 단계(410)에서, 검출된 불투명도를 얻기 위해 빔 이미지 섹터에 대한 적분이 수행된다. 빔 길이는 빔을 따른 접근가능성을 제공하기 위해 많은 섹터들로 나누어진다. 레이저 소스와 레이저 빔의 산란을 식별하기 위해, 레이저 소스 위치 주위의 픽셀은 산란에 의해 야기된 강도가 특히 광반현상(flaring)이 소스를 둘러싼 픽셀내에 잔여 강도를 야기할 수 있는 조정되지 않은 소스에 대해 분석될 수 없기 때문에 섹터의 일부로서 포함될 수 없다.
마찬가지로, 카메라 단부에서, 설정의 기하학적 배열로 인해, 카메라의 시야는 빔이 카메라의 수미터 내에 보여지게 한다.
섹터 경계들 간의 완만한 변화를 제공하기 위해, 간단한 움직임 평균필터가 실행된다. 실제로, 빔은 n+1 단편들로 나누어지고, 그런 후 움직임 평균이 결과적으로 n 섹터(2개 세그먼트 길이)에 적용된다.
빔 캡쳐 이미지를 따른 각 픽셀은 빔을 따른 물리적 길이에 해당한다(도 8 및 도 12 참조). 이 물리적 길이는 빔이 카메라에 접근함에 따라 더 작아지게 된다. 레이저 끝에서 시작하여 끝 경계 밖에 있는 픽셀들을 무시함으로써, 특정한 섹터에 대한 불투명도는 섹터에 의해 기술된 바와 같이 물리적 길이와 위치에 있는 상기 언급한 보정의 적용 후 모든 픽셀 강도의 합이다.
예컨대, n에서 m까지 픽셀 반경(r)내 섹터 크기로 주어진 전체 빔에 걸쳐 불투명도(O)를 결정하기 위해,
Figure 112007042073715-PCT00002
여기서, S는 산란광이고, L은 상기에 주어져 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 빔 길이는 많은 단편들로 나누어져 많은 포인터 검출기들을 효과적으로 시뮬레이션하여 각 세그먼트에 대해 각각의 연기 수준을 결정한다. 이들 개념적 포인트 검출기의 출력이 화재 패널(fire panel)에 제공되고, 그런 후, 통상의 포인트 타입의 검출기와 함께 화재 발생시 연기 또는 화재의 위치를 디스플레이할 수 있다. 상기 식은 방출된 복사의 각 단편으로부터 방출된 산란광이 복사경로에서 카메라까지의 각도와 단편당 픽셀 수를 기초로 주어진 입자 밀도에 대해 다른 광출력을 제공한다는 이론에 기초한 것이다. 방출된 복사경로가 카메라에 더 가까이 접근하는 경우, 즉, 도 12에서 r이 증가함에 따라, 각도 θr도 증가한다. 산란광을 포함하는 픽셀의 수도 또한 카메라(82)를 향한 방향으로 빔의 명백한 넓어짐으로 인해 증가되어 진다.이러한 폭의 증가가 도 8 및 도 13에 도시되어 있다. 도 13은 이미터(84)로부터 방출된 복사를 나타낸다. 복사 퍼짐각도는 명확히 하기 위해 확대되어 있다. 방출된 복사가 이미터로부터 더 이동함에 따라(즉, 거리 r이 증가함에 따라), 가능성 있는 산란복사의 위치와 일치하는 픽셀의 개수도 증가한다. 이미터에 가까이 있는 반경(86)에서, 단지 2개의 픽셀만이 검출기에 의해 다루어지는 대상영역내에 있도록 정해지고, 이들 픽셀들로부터의 광이 합해져 n배의 1 어레이 정보를 포함하는 산란광(r)인 어레이(90)에 위치되고며, 여기서 n은 스크린을 가로지르는 픽셀의 개수이다. 반경(88)에서, 더 많은 픽셀들이 검출기에 의해 다루어지는 대상영역내에 있게 되고, 픽셀들은 다루어지는 대상영역내 얻어진 산란양을 구하기 위해 모두 합해진다. 각 픽셀에 대해 다른 산란 복사각(θr)이 어레이(92)에서 계산된다. 즉, r이 작은 경우, θr도 작아지고, r이 증가함에 따라 θr도 증가한다. 이 정보는 소정 이벤트를 검출하는 데 있어 대상 입자들이 그 크기에 기초한 다른 산란특성을 가질 수 있기 때문에 중요하다. 방출된 복사의 파장에 비 해 매우 작은 입자들은 산란각 θr에 무관하게 더 균일하게 산란하지만, 더 큰 입자들은 전방으로 많이 산란되고 각 θr이 증가함에 따라 강도가 감소된다. 매우 종종 대상입자들, 즉, 이 예에서 연기 입자들은 비교적 작은 입자들이고 따라서 주어진 산란각(θr)에 대한 광출력의 요인을 효과적으로 스케일링하는 표를 이용하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 표들은 입자를 검출하기 위해 레이저 챔버를 사용하는 연기 검출기의 사용에 알려져 있다.
어레이(94)는 픽셀에 의해 포착된 광의 실제 반경을 포함한다. 어레이(96)는 이 경우 카메라의 프레임에서 포착된 이미지내 하나의 수평 픽셀에 의해 둘러싸인 방출된 복사의 단편의 길이를 포함한다. 이 정보는 방출된 복사량을 확인하는데 사용되고 복사 강도의 계산을 돕는데 사용된다. 또한 어레이(96)는 연기[r]로서 정의된 각 지점(r)에서 연기 강도에 대한 데이터를 포함한다.
경보상태
마지막으로 도 4를 참조로, 경보상태가 계산된다. 각 섹터에 대한 경보상태는 임계치 및 지연과 표준 흡인식 연기 검출기에 따른 우선순위 인코딩 방식 또는 사용자에 의해 결정된 다른 파라미터들을 기초로 결정된다.
최종 지역출력이 어느 쪽이든 더 높은 최고위 섹터 또는 영역레벨인 것을 제외하고는 동일한 방법이 지역경보 레벨용으로 사용된다.
결함 검출
시스템은 이미지에서 본래 레이저 스폿이 없는 결함조건의 검출을 제공할 수 있다. 레이저 온/오프 신호 듀티 싸이클은 하나의 배경 소거 싸이클에 사용된 프레임들의 개수에 대해 33% 내지 66% 내에 있도록 검사될 수 있다.
다른 실시예
다른 많은 실시예들이 적용 및 소정 특징에 따라 이용될 수 있다. 예컨대 결함검출은 많은 방식으로 수행될 수 있다.
또 다른 애플리케이션에서, 상술한 시스템은 가시도가 소정 수준 아래로 떨어지는 경우 안개로 인해 비행기들이 진로를 바뀌게 할 수 있는 공항과 같은 불투명도의 측정이 중요한 애플리케이션에 사용될 수 있다. 시스템은 동작하는데 주변광을 필요로 하지 않고, 따라서 밤에 추가적인 광없이 동작할 수 있다. 프로세서가 보안목적용으로 조사되는 프레임들을 무시하도록 검출광과 유사한 주파수의 광원이 싸이클될 수 있는 적외선 광원과 함께 적외선 카메라가 또한 사용될 수 있다.
일반적인 보안 카메라는 초당 25 이미지 또는 프레임을 가질 수 있다. 연기 검출은 초당 1 프레임 이하만 필요로 할 수 있다. 따라서, 나머지 이미지들은 보안목적으로 사용될 수 있다.
높아진 감도를 제공하기 위해, 검출 서브시스템(67)내에 동작하는 비디오 처리 소프트웨어가 광빔에 의해 차지되는 것으로 알려진 위치에 있지 않는 비디오 신호에서의 성가신 변화들의 원인을 제거하는데 사용될 수 있다. 비디오 이미지의 처리 식별영역의 유사한 기능을 수행하는 소프트웨어 기반의 시스템들은 예컨대 Vision Fire & Security Pty Ltd's ADPROTM 제품과 같은 비디오 기반의 보안 시스템 에 알려져 있다.
이미터는 편광된 복사를 방출하는 레이저 일 수 있다. 레이저는 가시광 복사, 적외선 복사, 또는 자외선 복사를 방출할 수 있다. 복사의 파장선택은 검출되는 입자들의 특성뿐만 아니라 입자 검출에 사용되는 장치 및 방법의 특성에 따를 수 있다. 다른 타입의 복사 이미터들은 크세논 섬광관(xenon flash tube), 기타 가스방전관, 또는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 광은 적어도 몇도 조준 되는 것이 바람직하나, 대상영역을 이용하는 선택영역 분리가 이용되는 경우, 폭이 더 넓은 복사빔이 방출될 수 있다.
2대의 카메라(102 및 104)와 하나의 레이저(106)를 이용하는 또 다른 실시예가 도 11c에 도시되어 있다. 이 실시 예에서, 하나의 카메라는 이미터를 보여줄 수 있고, 다른 하나는 복사가 벽(108)에 부딪히는 위치 또는 타깃을 보여줄 수 있다. 이러한 구성에서, 카메라(102,104)가 동일한 프로세서에 연결되거나 적어도 서로 통신되는 경우가 바람직할 수 있다. 이 시스템은 복사가 차단되지 않은 확신과 같은 많은 이점을 제공할 수 있고 광의 전방산란을 검출하는 카메라(104)에 대해 이미터 복사의 위치를 더 정확하게 결정하는데 사용될 수 있다. 이와 같이, 방출된 복사경로의 위치의 불확실도가 줄어들고 대상영역들은 크기가 줄어들 수 있어, 검출 시스템의 감도를 높인다.
일태양으로, 본 발명은 감시되는 영역에 적어도 하나의 복사빔을 방출하는 단계와 입자들의 존재를 나타내는 영역의 이미지에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 이미지에서의 변화는 적어도 하나 이상의 이미지 캡쳐장치들에 의해 검출되는 입자검출장치 및 방법을 제공한다. 특히, 사용은 마주보는 카메라들로 이루어질 수 있다. 보다 상세하게는, 사용은 서로 마주보는 한 쌍의 카메라+레이저 쌍으로 이루어질 수 있어
·무결성(동작 교정) 및 정렬을 위해 서로 레이저 소스를 감시하고,
·적외선(IR) 레이저(IR 도트를 보기 위한 카메라 사용)의 경우 정렬을 더 쉽게 하며,
·감도 및 접근가능성 면에서 더 균일한 적용범위를 구하고,
·후방산란 복사를 구한다.
도 14에 도시된 실시 예에서, 제 1 카메라(31)와 제 2 카메라(39)는 대략 대향하여 장착되고 각각 시야(320 및 310)와 함께 서로 마주본다. 레이저 소스(33)는 카메라(39)와 동일 면상에 장착되며, 일실시 예에서 비용 이익을 제공하기 위해 동일 마운트상에 또는 동일 구내에 장착될 수 있다. 레이저 소스(33) 및 카메라(39)를 이제 "레이저/카메라 쌍"(33 및 39)이라 한다.
마찬가지로, 제 2 레이저 소스(311)가 카메라(31)와 동일측 상에 위치되고 또한 비용 이익을 제공하기 위해 동일 마운트 또는 동일 구내에 장착될 수 있다. 따라서, 레이저 소스(311) 및 카메라(31)를 또한 "레이저/카메라 쌍"(311 및 31)이라 한다. 레이저 소스(311) 및 카메라(31)는 레이저 빔(34, 312)을 각각 형성한다.
쌍(33 및 39 또는 311 및 31)내 각 레이저와 카메라는 제조시 사전 정렬될 수 있어 레이저 빔이 고정각도로 카메라의 시야 중심에 출현하게 된다. 이는 설치 시 각 카메라의 장착 및 정렬은 간단히 마주보는 카메라로부터 대략 소정 거리에 있는 점으로 레이저 빔을 보내어 설치시간 및 비용을 줄이는 것을 포함하는 이점을 제공한다.
선택된 사전설정 각도가 θ이고, 레이저/카메라 쌍 간의 분리가 D미터인 경우, 카메라 분리에 대한 필요로 하는 타깃-스폿(S)은 다음과 같이 주어진다:
S = Dtanθ.
예컨대, θ=2이고, D=50m이면, S는 1.75미터이다. 이러한 예에서, 예컨대 ±100mm의 위치내 오차는 입자밀도 측정 정확도에 대해 허용될 수 있게 작은 영향을 끼칠 수 있다.
이 구성의 또 다른 이점은 도 14에서 313 및 35로 나타낸 각 레이저 빔 도착 스폿이 마주보는 카메라의 시야에 있고 따라서 레이저 소스가 정확하게 기능하며 레이저 빔이 방해받지 않음을 보장하도록 용이하게 감시될 수 있다. 이는 본 명세서내 다른 곳에서 기술된 바와 같이 "리어-뷰(rear-view)"장치에 대한 다른 형태이다.
이러한 장치의 또 다른 이점은 하나의 레이저 빔과 하나의 카메라가 사용되는 경우 겪을 수 있는 저하된 위치 해상도를 완화시키는 것이다. 이 경우, 카메라로부터 떨어져 있는 입자 구름의 정확한 위치가 카메라에 가까이 있는 것만큼 정확하게 측정될 수 없는데, 이는 이미지가 더 작은 각도 및 이에 따라 카메라 이미지내 더 적은 픽셀들에 대응하기 때문이다. 2개의 카메라들로 위치 해상도가 투사된 영역의 각 끝단에서 가장 정확하며 훨씬 더 적은 양만이 중앙에서 감소된다. 이 구 성의 또 다른 이점은 조밀한 연기기둥으로 인한 후방산란이 쉽게 측정되게 한다는 것이다. 이 구성의 또 다른 이점은 적외선 광의 사용을 용이하게 한다는 것인데, 이는 카메라가 정렬이 수행되는 경우 다른 경우 보이지 않는 타깃 스폿을 이미지하는데 사용될 수 있기 때문이다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 적어도 하나의 복사빔을 감시되는 영역으로 방출하는 단계와 입자의 존재를 나타내는 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고, 또한 감시되는 영역내 공간에서 주어진 기하학적 지점의 위치를 결정하는 수단을 더 구비하는 입자검출 장치 및 방법을 제공한다.
"밝게 빛나는" 시스템 없이 소스를 찾거나 발견하는데 유용하다. 이 면에서, 레이저 개구로부터 산란된 광을 본 명세서의 다른 곳에 기술된 수신 카메라로부터 보호할 목적을 가진 조준기 또는 유사 구성을 사용하여 레이저 소스를 조준하고, 상기 레이저 소스상에 장착된 LED를 사용하여 마주보는 카메라가 소스를 위치파악하게 하는 것이 바람직할 수 있다. LED는 소스상에 광검출기에 의해 또는 카메라들 중 하나로부터의 피드백 중 어느 하나에 의해 레이저 및 주변광에 따라 레이저의 조절된 강도와 동조하여 플래쉬될 수 있다.
또한 시스템이 광학적 기하학적 배열을 완전히 자동적으로 검사할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 이는 레이저 소스가 카메라 위치에 대해 도달되는 타깃 스폿과 레이저 소스 모두의 3D 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 공간내 점의 위치를 결정하는 최소 요건은 당해 상기 점의 알려진 유리한 지점들로부터 2개 보기나 각도 분리와 같이 거리를 결정하는 지점 및 몇몇 다른 수단들 중 하나의 보기를 가 지는 것일 수 있다. 물리적 거리는 당업자에 의해 인식될 수 있는 한가지 방식 또는 다른 방식으로 설치자에 의해 시스템의 소프트웨어에 제공될 수 있다.
또 다른 LED를 소스에 있는 LED에 대해 기지의 위치로 위치시킴으로써, 이미지내 각 분리가 측정될 수 있고 카메라로부터 LED(및 이에 따라 소스)까지의 거리가 계산될 수 있다.
더욱이, 2개의 '리어 뷰'를 제공함으로써 타깃 스폿 위치가 결정될 수 있다. 따라서, 시스템은 더 이상 타깃 스폿 거리 또는 빔/카메라 거리의 부적절한 설정이되지 않는다. 완전한 자동정렬이 가능할 수 있다.
다른 형태로, 카메라는 유리 2장, 또는 부분적으로 은 도금된 미러들 또는 두꺼운 한 장을 통해 뷰를 포착할 수 있다. 그 결과는 중첩된 3개 이미지이다. 첫번째 이미지는 빔의 주요 이미지이다. 두번째와 세번째는 카메라에 인접한 벽상에 있는 타깃 스폿을 포함한다. 제 2 및 제 3 이미지의 2개 스폿은 완전히 일치할 수 없다. 이미지 내 각 스폿 위치와 조합되는 스폿들 사이의 중심 간 거리와 알고 있는 미러각과 간격은 3D 공간내 레이저 스폿에 대한 실제 거리를 계산하는데 충분할 수 있다. 주요 이미지는 몇몇 다중 반사를 포함할 수 있어 예컨대 소스 스폿이 한번 이상 보여질 수 있다. 이들 점을 포함한 선은 축 회전에 의한 미러의 방향에 대한 정보를 제공한다. 따라서, 미러는 설치자에 의해 (축상으로 만)회전될 수 있어 회전을 지시하기 위해 임의의 다른 장치를 필요로 하지 않고도 타깃 스폿이 카메라의 상하좌우에 있게 한다.
도 15를 참조로 설명이 더 제공된다. 투사된 공간내 임의의 산란지점의 위치 를 정확하게 결정하기 위해, 시스템은 임의의 시간에서 핵심 광학 소자들, 즉, 도 15에 도시된 바와 같이 레이저 소스(43), 카메라(41), 및 레이저 빔 경로(44)인 의 3차원내 상대 위치 및 방향을 내부적으로 모델화하는 것이 필요하다.
레이저 빔 경로(44)는 빔을 따르는 소스(43) 위치 및 임의의 다른 지점 또는 지점들, 예컨대, 도 15에서 타깃 스폿(45)으로 표시된 빔의 도착지점을 결정함으로써 분석될 수 있다.
이들 위치들은 설치자에 의해 수동으로 결정될 수 있고 임의의 기정의된 좌표계를 사용하여 주요 장치 인터페이스를 통해 시스템에 제공될 수 있다. 그러나, 설치의 편의성과 시스템의 소자들이 적절하게 위치되고 정렬되어 있음을 계속적으로 자동 검증하기 위해, 시스템이 광학적 기하학적 배열을 완전히 자동으로 결정할 수 있는 것이 바람직하다. 명확히 하기 위해, 상기 방법은 단일 소스(43)와 단일 카메라(41)에 대해 도 15를 참조로 본 명세서에서 기술되어 있으나, 다수의 소스와 카메라들이 또한 마찬가지로 사용될 수도 있다.
가장 간단한 수단으로 카메라(41)에 대한 소스(43) 각 위치를 결정하기 위해, 광원(43)이 (도 15에서 각(42)으로 나타낸) 카메라의 직시 뷰(direct view)에 있고, 개구, 렌즈 또는 투명 윈도우의 형태를 취할 수 있는 광원 출력은 카메라(41)가 상기 카메라(41)에 의해 포착된 이미지내 위치를 식별할 수 있게 충분한 비축(off-axis) 광을 방출한다. 이 식별은 바람직하게는 이미지 처리 소프웨어가 이 특성을 갖지 않는 원치않는 주변광원으로부터 광원(43)을 식별하도록 하는 식으로 광원(43)의 변조에 의해 쉬워진다. 그러나, 실제로, 광원(43)은 고도로 조준 되 어 있어 이를 허용하기 위해 비축광이 충분치 않을 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 비축광의 최소화는 이 영역내 카메라 이미지의 포화를 방지하는 이점이 있기 때문에 시야 마스크 등을 사용하여 의도적으로 배치할 수 있다. 따라서, 레이저 소스(43)의 위치가 카메라 이미지에서 식별될 수 있도록, 훨씬 제한이 덜한 방출패턴을 가진 다른 광원(46)이 소스(43) 또는 소스에 근접하게 위치될 수 있다. 바람직하기로, 대략 레이저 소스(43)와 동일한 방출파장의 LED(46)가 사용된다. LED(46)는 이미지 처리 소프트웨어가 이러한 특징을 갖지않는 원치않는 주변광원으로부터 LED 방출을 식별하도록 하는 식으로, 예컨대, 레이저와 동기로 빛날 수 있는 가장 간단한 수단으로 변조될 수 있다. 또한, 이미지상에 LED 광의 영향을 최소화하기 위해 그리고 실내에 있는 사람들에 대한 임의의 가능성 있는 성가심을 최소화하기 위해, LED(46)의 강도는 필요로 하는 최소레벨로 조절될 수 있다. 이는 예컨대 소스(43)에서 광검출기에 의해 측정되는 주변광에 따라 변할 수 있다. 대안으로, 필요로 하는 LED 명도는 하나 이상의 카메라(41)로부터 이미지 데이터의 소프트웨어 처리를 사용하여 조절될 수 있다.
제 1 LED(46)로부터 알려진 거리에 있는 다른 LED(47)를 소스(43)에 제공함으로써, 이들 점들 사이의 각 간격은 카메라 이미지내 각각의 위치들로부터 결정될 수 있고 간단한 기하학적 배열이 카메라(41)와 광원(43) 사이의 거리를 결정하는데 사용될 수 있다.
또한, 2개의 LED(46,47)는 예컨대 바람직하게는 기지의 수직 위치에 위치되고 각각의 LED(46,47)는 이들 사이에서 인출된 선이 수평이 되도록 동일한 높이에 설치되어, 카메라(41)의 각 경사(요동)가 또한 결정될 수 있다.
카메라(41)에 대한 빔 소스(43)의 상대 위치를 확립했기 때문에, 빔경로(44)를 결정하는 것이 필요하다. 다음 방법들 중 하나 이상이 이를 달성할 수 있다:
a)타깃 스폿(45)이 카메라(41)의 직시 뷰내에 있게 하기;
b)빔 위치를 검사하기 위해 영구히 또는 필요함에 따라 그리고 필요로 할 때 빔경로(44)내 부분적인 산란 매체를 수동으로 또는 자동으로 배치하기;
c)빔(44)내 우연히 있게 되는 공기 중에 떠다니는 먼지 티끌(작은 입자)에 의해 초래된 산란을 검출하고 기록하기;
d)카메라(41)가 직접적인 시야 밖에 있는 타깃 스폿(45)을 볼 수 있게 반사 또는 굴절장치를 사용하기;
e)타깃 스폿(45) 위치를 모니터하기 위해 또 다른 이미징 장치를 사용하기.
대안으로 언급한 바와 같이, 2개의 '리어-뷰'를 제공함으로써 타깃 스폿(45) 위치가 결정될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바람직한 형태에 있어, 본 발명은 소스가 기정의된 속도로 온 오프로 진동하게 하는 단계와, 카메라내 소스의 비디오 이미지를 식별하는 단계와 그런 후 카메라 프레임 속도를 동기로 유지하도록 계속 변조하는 단계를 포함하는 광원과 카메라 사이의 동기를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 이는 예컨대 소스와 카메라 사이의 유무선 통신 비용을 줄이는 이점이 있다. 이는 또한 구성요소들의 원격 위치파악이 카메라로부터 떨어져 있는 레이저에 대한 내부 배터리 예비품을 사용하는 식으로 실행될 수 있도록 시스템에 대한 저비용의 전원수단을 가 능하게 한다. 레이저의 통상 전력은 플러그 팩 또는 다른 저비용의 공급장치로부터 제공될 수 있다. 다르게 말하면, 한 쌍의 AA NiCad 배터리로 충분할 수 있다. 배터리가 달린 전원장치는 화재 안전 시스템, 즉, 화재에 대한 UL 승인 전원장치에 대한 요건에 따라야 한다.
한 특정한 실시 예에서, 소스는 도 15를 참조로 기술된 LED와 같은 넓은 방출각을 갖는 2차 광원과 함께 끼워질 수 있다. LED는 카메라 이미지내 소스의 위치파악을 쉽게 위해 레이저 광원과 동조하여 빛을 낼 수 있다. 동등하게, LED는 카메라가 상기 LED와 동조하면서 자동으로 온 오프 조정될 수 있다. 예비전원이 온인 동안, 레이저는 상태를 나타내고 또한 전원을 보존하기 위해 듀티 싸이클을 낮출 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 카메라 프레임율은 소스내 프리러닝(free-running) 발진기와 대략 동일한 속도로 프리-런되도록 초기에 제어될 수 있다. 플래쉬 소스 또는 LED 이미지가 연이어 식별될 때, 2개 발진기 사이의 위상변화율이 식별될 수 있고 그런 후 종래 위상동기루프 피드백 방법이 카메라 프레임율을 조정하여 고정위상을 유지하고 필요로 하는 동기로 유지되게 사용될 수 있다. 다른 상태정보가 또한 레이저 변조를 통해 또는 추가 LED에 의해 전송될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 소스는 간단한 주기적 온-오프 패턴이 아니라 의사 랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)와 같이 더 복잡하지만 예측가능한 패턴으로 빛나도록 구성될 수 있다. 이는 소스가 상기 소스 변조와 무관하게 주기적인 방식으로 변하는 형광등과 같은 다른 성가신 광원으로부터 더 쉽게 식별되게 한다. 이는 비디오 이미지에서 소스의 초기 위치파악을 더 쉽게 하고 변하는 주변광이 있는데서 연기에 대한 감도를 향상시키는 이점이 있다.
또 다른 실시예로, 소스 발진기의 주요 주파수는 AC 주요 전기 주파수(통상적으로 영역에 따라 50Hz 또는 60Hz)로 또는 AC 주요 전기 주파수의 배수로 또는 AC 주요 전기 주파수의 약수(sub-multiple)로 변경될 수 있으며 정위상으로 동조된다. 주요 주파수는 주요 공급원으로부터 유선 입력에 의해 직접 감지될 수 있거나 유도성 또는 용량성 결합에 의해 감지될 수 있거나, 대안으로 영역내 인공광으로부터 광을 수신하는 광전자 검출기에 의해 감지될 수 있다. 어떠한 인공적인 광도 없는 경우, 발진기는 이익 손실없이 디폴트 주파수에서 자유로이 실행될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 주요 주파수는 AC 주요 전기 주파수의 주파수로, 또는 AC 주요 전기 주파수의 배수로 또는 AC 주요 전기 주파수의 약수로 상기 주파수와 매우 가까운 주파수로 설정되나, 어떠한 동조수단도 제공되지 않는다.
또 다른 바람직한 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역에 복사빔을 방출하는 단계와 입자의 존재를 나타내는 영역의 이미지에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고 상기 이미지에서의 변화는 후방산란된 복사에 해당하는 입자검출장치 및 방법을 제공한다. 특히, 제 2 레이저 소스가 영역의 이미지를 검출하기 위해 방출된 빔이 카메라의 시야를 가로지르도록 비스듬하게 카메라에 장착될 수 있어, 빔 방향에 대해 약간 180도 미만으로 각을 이루며 후방산란을 찾는다. 이에 대해, 제 1 거리의 레이저 소스로부터 입사한 빔을 완전히 불명료하게 할 수 있는 입자 수준을 측정하기 위해 후방산란된 복사를 검출할 수 있다. 짙은 연기수준의 경우, 빔은 연기 이벤트에 마주보는 위치에서의 뷰로부터 완전히 불투명해질 수 있다. 이 태양은 본 명세서내 다른 곳에 더 상세히 기술되어 있다.
후방산란 기하학
이 설명을 위해, "후방산란"은 산란각이 90도 보다 큰 경우의 구성일 수 있다. 따라서, 산란광은 전반적으로 소스 방향으로 다시 향할 수 있다. 후방산란 시스템의 실시예는 카메라와 동일한 하우징내에 형성된 또는 대안으로 카메라 부근에 장착된 레이저(또는 다른 전자기 소스)를 가질 수 있다. 후방산란 시스템에서, 카메라는 일반적으로 다른 경우 전방산란 장치와 마찬가지로 산란광을 훨씬 덜 수신할 수 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 고감도에 바람직하지 않은데 이는 전방산란 검출과 동일한 성능수준을 달성하기 위해 추가 측정을 해야할 필요가 있을 수 있다. 그러나, 후방산란 구성은 단독으로 사용되는 경우와 전방산란 시스템에 부속물로서 사용되는 경우 모두에 소정의 이점을 제공한다.
도 16을 참조하면, 레이저 빔이 타깃 스폿(163) 및 마커로서 추가 광원(165)을 형성할 수 있는 레이저(162), 카메라(161), 레이저 타깃(164)을 포함하는 일반적인 물리적 구성이 도시되어 있다. 도 16은 아래에 열거된 특정 이점 및 기능을 얻기 위해 다수의 요소들을 도시하고 있으나, 이들 요소 모두가 존재할 필요는 없다. 카메라(161)와 레이저(162)는 동일 하우징내에 또는 적어도 근접하게 장착될 수 있다. 이는 광빔(166) 자체와는 별도로, 감시되는 공간(167)의 양단을 연결시키기 위한 배선, 전원 또는 신호를 필요로 하지 않기 때문에 설치를 쉽게 한다. 전방산란 시스템은 카메라(161)로부터 떨어져 있는 광원(162)에 전원을 공급하고 상기 광원(162)을 (상관관계 기술이 사용되는) 카메라 셔터에 대해 동조시키는 몇몇 수단들을 필요로 할 수 있다. 전방산란 시스템은 원단(far end)에 있는 미러를 사용하여 레이저가 카메라 부근에 있게 하나 이 경우 정렬이 훨씬 더 중요해 질 수 있다.
레이저(162)와 카메라(161)가 동일한 프레임 또는 하우징에 함께 장착될 수 있는 경우, 이들은 공장에서 정렬될 수 있다. 이는 설치자가 레이저의 가시광 스폿(163)을 소정의 타깃영역(164)에 있게 설정만 하면 되기 때문에 설치를 더 쉽게하며 카메라(161)가 정확하게 정렬되어 진다. 비가시광 복사가 사용되는 경우, 카메라(161)로부터 이미지를 나타내는 모니터가 정렬을 돕기 위해 사용될 수 있다. 모니터는 디지털 카메라 또는 네트워크 연결을 통해 연결된 모니터 스크린을 갖는 컴퓨일 수 있다.
공장에서 정렬된 카메라(161) 및 레이저(162)의 경우, 레이저 비디오 시스템이 연기입자의 위치를 결정하기 위해 사용되는 동일한 기하학적 기술을 사용하여 자체적으로 측정할 수 있기 때문에 공간을 가로지르는 거리를 반드시 알아야 할 필요가 없다. 본질적으로 상기 접근은 이미 설명한 기술들을 사용하여 이미지내 레이저 타깃 스폿(163)을 찾는 것일 수 있고, 그런 후 이 이미지 좌표를 이미 설명한 기하학적 모델을 사용하여 공간 좌표로 변환시킨다. 여기서 이점은 설치자가 하는 업무를 덜어주거나 데이터를 입력한 설치자가 시스템에 의해 검증할 수 있다는 것이다.
임의의 연기 검출 시스템에서, 시스템이 적절하게 유지될 수 있도록 장애 조 건에 대한 모든 기능들을 모니터하는 것이 바람직할 수 있다. 후방산란 시스템은 카메라(161)의 뷰에 광원 타깃 스폿(163)을 가질 수 있다. 따라서, 동작 면에서 그리고 외부 차단에 대한 광원(162)의 강도 모니터링이 저가로 달성될 수 있다. 스폿(63)의 존재 및 위치를 결정하기 위한 소프트웨어가 앞서 언급한 이유들에 대해 있을 수 있다.
후방산란 시스템은 오정렬 또는 정렬 드리프트에 매우 관대하다. 이는 특히 카메라(161)와 광원(162)이 동일한 하우징에 장착되는 경우 그러하다. 실제로, 너무 관대해서 카메라/레이저(161,612) 장치가 완전히 다른 방향에 있는 지점까지 흔들거린 것을 검출하지 못할 수 있고 이에 따라 의도된 영역을 더 이상 다루지 못하게 된다. 이러한 상태를 검출하기 위한 몇가지 기술들이 있다.
1) 장면이 실질적으로 본래 설치되었을 때와 동일한 지를 결정하기 위해 에지 검출과 상관관계를 사용하고, 동일하지 않은 경우 장애를 발생시키기
2)교차와 같은 이미지 처리 기술을 사용하여 쉽게 인식되고 설치시에 (이미지내) 타깃 마커(164)의 위치가 임계치 양보다 더 크게 움직이는 경우 장애가 발생되는 타깃(164) 사용하기
3)마커를 제공하기 위해 시야내 추가 광원 또는 광원들(165)을 사용하기.
하나의 마커(164) 이상의 사용은 카메라 복사의 포지티브 검출을 가능하게 한다. 이들 소스(165)는 처리를 간략히 하기 위해 주요 광원(162)과 동조될 수 있다. 이미지내에 있는 소스 또는 소스들의 위치가 설치시에 임계량보다 더 크게 움직이는 경우, 장애가 발생된다. 이들 추가 광원들(165)은 동일한 일반적인 영역내 에 장착되는 다른 레이저/카메라(162,161) 유닛 상에 장착될 수 있으며, 이에 따라 여분의 배선에 대한 필요성을 없앤다. 광원(165)은 또한 해당 카메라 또는 임의의 다른 카메라와 결부하여 입자검출을 위해 주로 있는 소스일 수 있다.
임의의 산란기반의 검출 시스템에서 산란광은 개입입자들에 의한 또 다른 산란 및 흡수에 의해 감쇠된다. 얕은 산란각도를 이용하는 전방산란 시스템의 경우, 경로길이는 실질적으로 산란이 발생하는 곳과 동일하다. 입자 농도가 소정 값을 초과하는 경우, 카메라(161)에 수신되는 산란광의 양이 떨어지기 시작한다. 전방산란 시스템은 고농도를 체험하는 경우에 사용되는 입자농도를 측정하는 다른 수단을 필요로 할 수 있다. 후방산란 시스템은 경로길이가 카메라(161) 및 레이저(162)로부터의 거리에 대략 비례하기 때문에 이 용도로 사용될 수 있다. 입자 농도가 매우 높을 때에도, 카메라(161)에 가까이 발생하는 산란이 여전히 수신될 수 있다.
상기 외에도, 설치시에 기록된 값에 비해 이미지내 타깃 스폿(163)의 강도를 관찰함으로써 경로손실 측정이 이루어질 수 있다. 이 데이터는 평균 특정밀도를 판단하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 이로 인한 데이터는 또한 앞서 거론된 전환점을 초과한 입자밀도에도 불구하고 산란정보 및 몇몇 상관관계와 결부하여 빔(166)의 분할내에 평균 밀도를 추정하는데 사용될 수 있다.
이들 측정으로 인한 데이터는 또한 연기 타입과 성가신 입자들을 식별하기 위해 산란정보와 결부하여 사용될 수 있다. 상기 기술은 산란 대 감쇠비를 계산하는 단계와 알고 있는 물질에 대한 이러한 어게인스트 비(against ratios)를 비교하는 단계를 포함한다. 이는 전체 빔(166) 및 상기 빔(166)의 단편에 대해 행해질 수 있다.
2대의 카메라/레이저 쌍으로 구성된 시스템에서, 대부분의 상기 이점들은 전방산란의 감도 이익을 유지하면서 얻어질 수 있다.
또 다른 바람직한 태양으로, 본 발명은 복사빔을 감시되는 영역으로 방출하는 단계와 입자들의 존재를 나타내는 영역의 임지에서의 변화를 검출하고 또한 빔에 임박한 침입을 검출하기 위한 빔에 인접한 적어도 하나의 추가빔을 구비하는 단계를 포함하는 입자검출장치 및 방법을 제공한다.
충분한 전력의 레이저들이 눈 손상 및 심지어 피부 손상을 야기할 수 있다. 본 발명의 시스템이 안전성 위험을 표출하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 안전한 시스템을 갖기 위한 가장 간단한 접근은 레이저 전력을 충분히 낮게 유지하는 것이나, 이는 시스템의 감도를 손상시킬 수 있다. 대안은 사람 조직 등을 노출하는 위험이 있을 때마다 레이저를 오프로 또는 안전한 전력레벨로 전환하는 방안을 갖는 것이다. 이러한 시스템은 연기 검출기 동작의 연속성이 또한 중요하기 때문에 레이저를 불필요하게 오프로 전환시키지 않는 것도 또한 중요하다.
도 17은 고출력 레이저(171)가 저출력 눈 안전 레이저(172)의 링내에 있는 레이저 연동장치 시스템의 도면을 도시한 것이다. 외부 빔들이 충분히 가까이 이격되어 있어(예컨대 100mm 떨어져 있어) 하나 이상의 외부 빔들이 먼저 차단되지 않고는 사람의 눈이 주요 레이저(171)에서 나온 레이저 빔에 드러내질 수 없다. 카메라(173)는 타깃(175)에서 산란된 레이저광을 감지한다. 처리 하드웨어 및 소프트웨어(174)는 이미지를 처리하여 외부 레이저에 따라 타깃 스폿(176)의 유무를 판단한 다. 이들 하나 이상의 타깃 스폿들이 없는 경우, 처리 하드웨어 및 소프트웨어는 고출력 레이저를 오프시킨다. 고출력 레이저는 모든 타깃 스폿들이 이미지에 있을 때까지 다시 동작하게 허용되지 않는다.
외부 빔의 이격은 사람의 머리가 최대 예상 속도로 눈이 카메라 앞의 주 빔에 도달하는데 걸리는 시간이 충분치 않게 하고 처리 시스템은 침입을 검출하고 주빔을 오프시키도록 선택된다.
배경 소거
이미 설명한 바와 같이 배경광의 영향을 줄이는 기술들이 타깃 스폿(176)의 이미지를 강화시키는데 사용될 수 있다. 외부빔은 이들 기술이 작동하게 온 오프 스위치될 필요가 있다. 카메라 및 이미지 획득 및 처리 시스템에서의 지연에 따라, 반대위상으로 외부 빔을 주빔에 동작시킴으로써 응답시간을 줄일 수 있다.
대안으로, 외부빔은 배경 소거 처리에 사용하기 위해 외부 레이저들과 함께 오프로 취해진 때때로 이미지 프레임들만을 가지며 대부분의 시간에 온으로 남아있을 수 있다. 이들 오프 프레임들이 획득되는 시간에 있어 연동응답시간이 너무 긴 경우, 주 레이저(171)가 또한 이들 주기 동안 디스에이블될 수 있다.
활동 타깃
카메라를 사용하여 타깃 이미지를 수집하는 대신에, 상기 타깃은 광검출기들을 타깃상에 장착할 수 있다. 이러한 검출기들은 시스템 정렬을 유지하거나 모니터하기 위해 이미 나타날 수 있다.
카메라 프레임율 한계가 제거되기 때문에 이 구성으로 더 짧은 연동응답지연 이 가능하다.
케이지 전파방향
외부 레이저빔은 주 레이저와 동일한 방향으로 전파할 필요는 없다. 이들 레이저 소스는 주 레이저 타깃 주위에 장착될 수 있고 주 레이저 소스를 향해 전파되며 상기 주 레이저 소스 주위의 타깃에 안착한다. 이러한 구성의 이점은 주빔내 입자들로부터 전방산란을 검출하는데 사용되는 동일한 카메라가 또한 외부 빔 타깃 스폿들의 이미지들을 포착하는데도 사용될 수 있다는 것이다.
카메라 렌즈 쌍 구성
한 쌍의 카메라와 렌즈가 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같은 상호 감시를 제공하기 위해 배치될 수 있다. 이 경우 상기 한 쌍의 카메라와 렌즈는 이미지 수집, 처리 및 상호연동기능을 위한 주 레이저 제어를 또한 수행할 수 있다.
튜브
보호 빔들은 별개의 빔이기보다는 광 튜브일 수 있다. 이러한 광튜브는 예컨대 타깃에서 원 또는 타원으로 나타날 수 있다. 그런 후, 이미지 처리 소프트웨어는 예상된 타원에서 방해물 또는 그림자를 검출할 필요가 있을 수 있다. 당업자에게 인식되는 바와 같이 사용될 수 있는 여러 가지 이미지 처리 기술들이 있다.
튜브가 원일 필요가 없고 심지어 중공일 필요도 없는 것에 주목하라. 솔리드 원통형도 또한 적용된다. 그런 후 예상된 타깃 형태는 채워진 원, 타원 또는 다른 형태가 된다. 다시, 이미지 처리 소프트웨어가 예상된 타원내 방해물 또는 그림자를 검출하기 위해 필요로 할 수 있다.
홀로그램
간섭 격자 또는 홀로그램이 단일 레이저 소스로부터 외부 빔 또는 빔들을 생성하는데 사용될 수 있다. 단일 레이저 소스는 주 레이저(171)이거나 별도의 레이저일 수 있다.
가상 케이지
레이저의 실제 케이지에 대한 대안은 주 레이저 주위의 (즉, 반드시 빈틈없이 조준될 필요가 없는) 링 형태의 광원을 사용하는 것이다. 주 빔의 축 부근에 있는 주 빔 타깃에 장착된 카메라가 광원을 본다. 주 빔으로 들어가는 침입에 대해, 외부광원의 카메라 뷰를 먼저 차단해야 한다. 이전 구성에 필요로 하는 처리와 유사한 처리가 상호연동 기능을 제공할 수 있다.
비디오 움직임 검출
또 다른 실시예로, Vision Fire and Security Pty Ltd사가 판매한 보안제품에 사용되는 비디오 움직임 검출과 같은 이미지 처리기술이 위험한 레이저 빔에 너무 가까이 접근하는 사람과 같은 물체를 검출하는데 사용될 수 있다. 이로부터 발생한 신호가 빔을 오프시키거나 레이저 전력을 눈 안전도 수준으로 낮추는데 사용될 수 있다. 이 기술은 어둠속에서 적용될 수 없으나 그럼에도 불구하고 고출력 레이저는 일반적으로 주변광이 낮을 때에 필요로 하지 않기 때문에 유용하다.
또 다른 바람직한 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 것과 입자의 존재를 나타내는 영역의 이미지에서의 변화를 검출하는 것을 포함하고, 상기 복사빔 및 이미지내 변화를 검출하는 수단 중 적어도 하나가 데이터를 전달하는데 적합한 입자검출장치 및 방법을 제공한다.
대부분의 화재보호 시스템에서, 배선 설치가 전체 시스템 비용에 크게 기여한다. 데이터 통신 전용의 무선통신장비에 기초한 무선 시스템은 상기 시스템에 추가비용을 들게 한다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 검출기 시스템의 다른 부분들 간에 통신할 필요가 있는 몇몇 데이터의 리스트이다:
1.카메라/레이저 동기 또는 타이밍 정보
2.시스템 구성 데이터
3.레이저 강도, 듀티 싸이클 및 카메라 노출 명령
4.레이저 및 카메라 정렬 데이터(능동적 정렬 및/또는 장애 모니터링)
5.멀티레이저 시스템내 레이저 인에이블/디스에이블 명령
6.레이저 마커 활성화/비활성화 싸이클/강도 제어명령
7.화재패널 또는 다른 외부 시스템에 보고하기 위한 화재경보상태.
전반적인 통신 신뢰도를 향상시키기 위해 무선기반의 통신과 결부하여 광통신이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 방출된 복사원(들)의 광송신은 보호되는 영역내 모든 데이터 프로세서들 간의 데이터 통신경로를 제공할 수 있다. 상기 프로세서들 중 하나는 화재경보패널과 같은 외부 시스템에 연결을 위한 지점으로서 작동할 수 있다. 선택적으로, 화재경보패널로의 개별적 데이터 경로를 갖는 2 이상의 이러한 점들은 무정지형(fault tolerant) 보고경로를 제공하는데 사용될 수 있 다.
특정 시스템의 정확한 필요성은 시스템 구성의 복잡도 및 타입에 크게 따르게 된다. 그러나, 일반적으로, 이용가능한 대역폭이 통신방안 및 이용 부류를 식별하는데 사용되는 수단이어야 한다. 카메라를 사용하는 방안은 카메라의 프레임율에 의해 소정 방식으로 제한된 대역폭이 되는 반면에, 몇몇 다른 광센서를 사용하는 방안은 이 제한을 갖지 않으며, 원칙적으로 더 큰 대역폭이 가능해야 한다.
도 18에서, 레이저 빔의 무결성에 대한 상호 모니터링을 허용하기 위해 배열된 2개의 카메라(181a 및 181b)와 2개의 레이저(182a 및 182b)로 구성된 예시적인 시스템이 도시되어 있다. 이러한 개념은 본 명세서내 다른 곳에서 더 상세히 논의되어 있다. 2개의 광검출기(183a 및 183b)가 입사 레이저 신호 중 일부를 전기신호로 변환시킨다. 수신된 신호들은 카메라(181)내 또는 카메라와 연관된 처리 전자장치에 전달되고, 차례로 레이저(182)로 제공되는 제어신호를 생성한다. 배경광의 영향을 줄이기 위해, 광검출기(183)는 간섭 필터 또는 유색의 다이 필터(dye filter)와 같은 광대역통과필터를 사용할 수 있다. 레이저가 편광인 경우 편광필터도 또한 사용될 수 있다. 선편광 또는 원편광이 또한 사용될 수 있다.
간섭의 주요 소스는 태양광 또는 인공광원으로부터의 DC 또는 저주파수 특성이 되는 것으로 예상될 수 있다. 이러한 종류의 간섭을 처리하는 접근은 간섭이 있는 주파수로부터 데이터를 멀리, 이 경우 위쪽으로 주파수 이동시키는 것이다. 도 19는 프로세서(191)가 변조기(192)에 데이터를 공급하고 차례로 주파수 이동된 데이터를 레이저(193)에 공급하는 이와 같은 구성을 도시한 것이다. 레이저(193)는 변조기(192)로부터의 신호에 따라 진폭변조된 레이저광(194)을 발생한다. 광검출기(195)는 수신된 광을 다시 전기신호로 변환시키고, 그런 후 상기 전기신호는 복조기(196)로 보내진 후 프로세서(197)로 보내진다.
많은 변조 기술들이 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 몇가지 예가 아래에 제시되어 있다.
한가지 접근은 일련의 데이터스트림으로 레이저를 진폭변조시키는 것이다. 배경광 수준이 충분히 낮은 경우 이것이 작동된다. 데이터스트림의 통계는 평균 레이저 전력에서 약간 편차를 야기할 수 있다. 이는 차례로 시스템의 감도에 영향을 끼치나, 상기 영향은 계산될 수 있기 때문에 보정될 수 있다. 데이터는 평균전력에서의 편차를 줄이거나 제거하기 위해 부호화될 수 있다. 예컨대, 데이터는 의사랜덤 시퀀스로 "배타적 논리합(exclusive or)" 연산에 의해 랜덤화될 수 있다. 데이터 압축기술들도 전송된 데이터스트림을 랜덤화시키는 경향이 있기 때문에 또한 사용될 수 있다.
또 다른 방안은 맨체스터 인코딩(Manchester encoding)인데, 이는 평균전력을 일정하게 하며 어떠한 DC 데이터도 포함하지 않기 때문이다.
펄스 위치변조가 사용될 수 있다. 이 경우, 펄스는 레이저가 풀 전력에서 사이에 훨씬 더 긴 주기를 가지며 더 낮은 전력을 오프시키거나 더 낮은 전력으로 전환되는 짧은 주기일 수 있다. 이러한 방안은 근접한 일정 평균전력을 제공하며 맨체스터 인코딩보다 더 높은 평균전력 대 피크전력 비를 제공한다.
펄스 폭변조가 또한 사용될 수 있다. 다시 펄스가 시간상으로 위치를 바꾸기 보다는 오히려 레이저를 낮은 전력으로 전환시키거나 스위치 오프시키는 짧은 주기일 수 있는 경우, 기간 또는 폭이 변한다. 사이에서 시간에 비해 펄스가 짧은 겨우, 평균피크 대 피크전력비가 높아지고 평균적으로 편차가 낮아진다. 데이터는 평균전력내 편차를 줄이거나 소거하도록 부호화될 수 있다. 예컨대, 데이터는 배타적으로 또는 의사랜덤 시퀀스에 의해 랜덤화될 수 있거나 펄스폭 변조기 전에 맨체스터 인코딩될 수 있다. 펄스폭 변조에 대한 변화는 0이 아닌 폭 대신에 무펄스(abscent pulses)를 사용할 수 있다. 이 경우, 예상시간에서 펄스의 부재는 특정폭의 펄스가 특정하지만 다른 데이터 심볼을 나타내는 방식과 동일한 방식으로 특정 데이터 심볼을 나타낸다.
또한, 상기 많은 기술들이 조합될 수 있고 이용될 수 있는 몇몇 다른 기술들은 주파수 이동 키잉(frequency shift keying)을 사용하는 서브 캐리어(sub-carrier), 위상 이동 키잉을 사용하느 서브 캐리어, 진폭 이동 키잉 및 확산 스펙트럼 기술을 사용하는 서브 캐리어이다.
카메라가 프레임당 하나의 픽셀에 도달하는 광레벨의 업데이트 만을 제공하기 때문에, 데이터율은 프레임율에 의해 제한된다. 이는 30Hz의 프레임율로 초당 단지 30비트의 비율을 의미한다. 그러나, 프레임당 1비트를 넘어서는 데이터속도를 증가시키는데 사용될 수 있는 기술들이 있다.
주변광은 데이터 통신과 간섭할 수 있는 잡음원이다. 상술한 바와 같은 광필터링이 이용될 수 있다. 카메라가 본래 연기검출용으로 소개되었기 때문에, 필터들은 이미 소개된 바와 같을 수 있다.
연기 검출성능에 대한 배경광 효과를 최소화하기 위해 이미 기술된 방법들도 또한 데이터 수신에 적용될 수 있으며 본 명세서에 더 이상 거론하지 않겠다.
이전 부분에서 거론된 많은 변조 또는 인코딩 방식들이 수신기가 카메라인 경우에도 또한 사용될 수 있다. 제한이 부과된 프레임율을 완화시키기 위해, 데이터 압축이 특히 바람직할 수 있다.
대부분의 카메라들은 정의된 노출주기에 걸쳐 수신된 광자들을 통합하기 때문에, 노출 주기동안 이미터 듀티 싸이클은 실제 강도를 변화시키는 것과 동일한 결과를 얻기 위해 가변될 수 있다. 몇몇 경우, 이는 저비용의 실행이 될 수 있다.
도 18의 예에서 이미 나타낸 하드웨어를 사용하는 방법은 데이터를 사용해 레이저의 강도를 변조시키는 것이다. 레이저는 카메라의 시야내에 보여야 하며 배경광 변화를 극복하기 위해 카메라를 향해 지향된 충분한 출력을 가져야 한다. 이들 조건들은 레이저 빔 통합 모니터링의 일부로서 본원의 많은 실시 예에서 이미 총족되어야 한다.
데이터를 인코딩하는 많은 방법들이 있으며 몇몇 예들은 다음과 같다. 설명을 위해, 레이저를 통해 데이터를 전송하지 않는 본 발명의 시스템에서 레이저는 다른 프레임에서 온 오프로 간단히 구동된다고 가정된다. 그런 후 데이터 전송은 주기 또는 프레임을 온 오프하는 패턴을 바꾸는 문제이며, 그런 후 수신측 카메라 및 프로세서에서의 변화를 식별하는 문제가 된다.
동기 시퀀스에 잇달아, 정규적인 레이저 온 오프 드라이버가 레이저 변조기에 적용되기 전에 데이터스트림과 함께 배타적 논리합(exclusive OR)될 수 있다. 이 방법에서는 2프레임마다 1비트가 전송된다. 이 방법은 맨체스터 인코딩의 형태로 간주될 수 있다. 이 방법의 주요 이점은 간단함 및 강건함이며, 레이저의 평균 듀티 싸이클은 데이터에 의해 변하지 않는다는 것이다. 그러나, 데이터 속도는 매우 느리다. 데이터 압축방법은 몇몇 대역폭 복원을 도울 수 있다.
데이터스트림을 직접 레이저 변조기에 적용함으로써 프레임당 1비트를 전송하여 더 높은 데이터 속도가 달성될 수 있다. 평균 레이저 듀티 싸이클을 연기검출동작을 위한 허용가능한 한계내에 유지하도록, 몇몇 수단들은 동일한 심볼의 제한길이 실행을 여전히 필요로 한다. 다시 랜덤화 및/또는 압축기술이 사용될 수 있다.
멀티레벨 인코딩을 또한 사용하여 데이터 속도를 높일 수 있다. 예컨대, 다른 레이저에 대해 전체 전력의 0%, 33%, 66% 및 100%와 같은 강도가 프레임당 2비트를 인코드하기 위해 사용될 수 있다. 외부 광잡음, 카메라 내부잡음, 및 전체 시스템 이득 안정성은 사용될 수 있는 레벨의 개수를 제한한다.
데이터 송신기로서 레이저만을 사용하는 대신에, 도 18에서 물품(184a 및 184b)으로 표시된 바와 같이 변조될 수 있는 추가 광원이 사용될 수 있다. 광필터링이 카메라에 사용되는 경우, 선택된 광원(들)은 대응하는 파장 및 편광으로 방출되어야 하거나 필터손실을 극복하기 위해 충분한 강도가 되어야 한다. 발광 다이오드(LED)가 이 용도로 적합하다.
예컨대, 4 LED 어레이는 하나의 광원 단독의 4배나 많은 데이터를 전송할 수 있다. 데이터 인코딩을 위한 상기 방법들 중 어느 하나가 적용될 수 있다. LED는 개개의 소스로서 카메라에 식별될 수 있도록 충분히 이격되어야 한다.
컬러 카메라가 이용되는 경우, 컬러 LED들이 이미지내 동일 지점에 나타나더라도 카메라는 3개까지 다른 컬러 LED들의 강도를 측정할 수 있다. 3개의 별개의 LED가 사용될 수 있거나, RGB LED가 사용될 수 있다. 이런 식으로, 3비트의 데이터가 RGB LED당 프레임마다 전송될 수 있다. 다시, 데이터 인코딩을 위한 상기 방법들 중 하나가 적용될 수 있다. 예컨대, 하나의 RGB LED를 갖는 4레벨 인코딩 방식이 프레임당 6비트를 전송하는데 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 태양에서, 본 발명은 영역내 복사빔을 방출하는 것과 입자의 존재를 나타내는 영역의 이미지에서의 변화를 검출하는 것과 검출된 이미지내 왜곡을 보상하기 위한 수단을 더 구비하는 입자검출장치 및 방법을 제공한다.
이미지 검출에 대해, 대부분의 렌즈들은 핀홀 렌즈에 비해 어느 정도의 이미지 왜곡을 만들게 된다. 일반적으로, 왜곡은 대개 광 중심선 부근에 그러나 정확하게 광 중심선일 필요는 없는 왜곡 중심 주변의 반경방향 확대이다. 왜곡은 종종 확대가 왜곡중심으로부터 반경에 따라 증가하거나 감소하는지 여부에 따라 "핀쿠션(pincushion)" 또는 "배럴(barrel)"이라 한다.
좁은 시야를 갖는 렌즈들은, 예컨대 20도 미만인 렌즈들은 일반적으로 입자검출을 위한 이미지 캡쳐장치의 동작에 막대한 영향을 끼칠 정도로 충분한 왜곡을 야기하지 않는다. 그러나, 넓은 시야의 렌즈들은 입자 검출 시스템이 왜곡과 싸우도록 취해진 몇몇 수단들 없이 정확하게 동작하지 않을 수 있는 충분한 왜곡을 야기할 수 있다.
렌즈 왜곡 처리
본 발명에 따라 방출된 복사 및 이미지 검출을 사용하는 입자검출 시스템에서 렌즈왜곡을 보정하려는 어떠한 시도도 없는 경우, 다음 영향들이 발생할 수 있다.
1. 통합영역: 통합영역은 이미지내 빔의 실제 위치와 바르게 일치하지 않을 수 있는데, 이는 빔이 직선이라고 가정되었으나, 실제로 곡선으로 나타날 수 있기 때문이다.
2. 공간 정확도: 특정 픽셀에 대응하는 공간내 계산된 위치가 잘못될 수 있다.
3. 이득 오차: 특정 픽셀에 해당하는 빔의 길이가 잘못될 수 있어, 시스템 이득 오차가 발생된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 다음 기술들이 상기 영향들 중 일부 또는 모두를 극복하는데 사용될 수 있다.
저왜곡 렌즈
주어진 시야에 대해, 왜곡을 덜 주기 위해 복합 렌즈설계가 최적화될 수 있다. 적절한 렌즈들을 사용하여, 단지 협소한 시야만을 필요로 하는 시스템은 렌즈 왜곡에 대한 어떠한 보정도 필요로 하지 않을 수 있다.
실험적 공간 조정
이미지내 점들과 공간내 점들 간의 관계의 실험적 조정이 수행될 수 있다. 이는 일부 산란을 초래하는 물체를 빔내에 위치시키고, 그런 후 공간내 물체의 위 치 및 이미지내에서 나타나는 위치를 기록함으로써 행해질 수 있다. 그리고 나서, 이 처리는 빔을 따른 많은 점들에 대해 반복된다.
이 실험적 조정은 "지시장치(commissioning device)"로서 본 명세서내 다른 곳에 기술된 장치와 함께 수행될 수 있다. 이러한 장치는 가능하게는 정확한 정렬을 위한 설치 시스템을 검사하기 위해 필요할 수 있다. 간단한 형태로, 장치는 (투명 유리 또는 플라스틱 조각과 같은) 스틱에 장착된 충돌 복사중 일부를 산란시켜 조작자나 설치자에 의해 빔에 쉽게 위치되게 하는 재료의 일부로 구성된다.
필요로 하는 점들의 최소 개수는 실제적으로 사용되는 내삽 타입 및 왜곡정도에 따르게 된다. 빔의 활동부의 각 단부에 또는 부근에 있는 점들이 이상적으로 포함되어야 한다. 선택은 각각의 의도된 섹터의 경계에 있는 점을 기록하는 것이다. 각 섹터는 자신의 경고 로직 등을 갖는 별개의 "가상" 검출기로서 행동할 수 있다.
그런 후, 기록된 데이터가 다음 방식으로 사용될 수 있다.
1. 통합영역은 기록된 점들을 포함하도록 선택된다. 내삽 또는 곡선 피팅이 점들 간의 필요로 하는 통합영역을 판단하기 위해 사용된다. 통합영역은 각 점에서 충분히 넓게 이루어져 빔 발산 및 2개 점들의 위치 불확실도의 여지가 있다.
2. 기록된 점들은 주어진 픽셀 또는 픽셀 그룹들에 해당하는 실제 공간위치를 결정하기 위해 룩업 테이블로서 사용될 수 있다. 내삽은 기록된 점들 사이에 있는 값들을 평가하는데 사용되거나, 대안으로, 기록된 점들이 각 섹터의 경계인 경우, 이 데이터를 사용하여 연이어 수신된 산란광 통합작업에 사용하기 위해 각 픽 셀이 어떤 섹터에 속하는지를 판단하기에 충분하다.
이들 방법은 언급된 처음 2개의 영향들을 말할 수 있다.
이득 오차의 세번째 영향은 많은 경우 비교적 오차가 작기 때문에 무시될 수 있거나 예컨대 균일하게 조사된 장면으로 카메라를 조정함으로써 무시될 수 있다. 이러한 타입의 조정 또는 보정은 또한 카메라 비네팅(vignetting)과 같은 이득 오차의 다른 소스들에 대해 여하튼 보정될 필요가 있을 수 있다. 이러한 종류의 보정은 레이저 빔이 폭에서 적어도 하나의 픽셀에 대응하나, 상기 빔이 매우 협소한 이미지의 이들 부분들에 대해 보정되어야 하는 것을 아는 것이 가치있는데, 이는 빔이 보정에 기초한 표면이기 보다 선 소스(line source)이기 때문이다.
레이저 빔 지향
레이저 빔과 카메라는 빔의 이미지가 이미지 중심 부근을 지나가도록 정렬될 수 있다. 왜곡은 거의 반경방향이기 때문에, 결과는 빔이 여전히 선으로서 나타나게 된다. 이는 통합영역이 점들 사이에 직선을 그어 빔을 따른 2개의 점들과, 빔 발산 및 2개 점들의 위치에 있어 임의의 불확실도의 여지가 있는 충분한 폭만을 아는 식으로 계산되게 하는 방식이다.
모델 기반의 왜곡 정정
모델링
수학적 모델이 렌즈왜곡을 나타내는데 사용될 수 있다. 대부분의 경우, 반경 왜곡 모델은 충분히 정확하다. 이러한 모델의 예는 다음과 같다:
Figure 112007042073715-PCT00003
여기서, r은 픽셀의 진정한 위치를 나타내는 벡터이다.
r'는 픽셀의 왜곡된 위치이다.
M은 왜곡 중심으로부터 픽셀의 거리의 함수인 스케일러(scaler) 확대인수이며, M(0)=1이도록 제한된다.
벡터거리는 렌즈 시스템의 왜곡 중심을 나타내는 점 P=(Px,Py)에 대해 모두 측정된다.
모델은 왜곡된 이미지면과 왜곡되지 않은 이미지 면 사이의 맵핑을 나타낸다.
주어진 렌즈에 대해 함수(M)에 도달하는 다양한 방법들이 당업자가 이용할 수 있는 참조문헌들에 거론되어 있다.
한가지 접근은 다음과 같다:
M(r) = 1 + ar + br2라 하자(또는 향상/저하 정확도를 위한 고차/저차 다항식을 사용한다);
흰색 배경에 균일한 검은 도트들의 어레이로 구성된 장면의 이미지를 기록한다;
하나 이상의 점들의 열들을 선택한다;
왜곡된 이미지면인 이미지내 명백한 중심의 좌표를 결정한다;
왜곡되지 않은 이미지면에 대해 맵핑될 때 점들이 직선(또는 하나 이상의 열 들이 선택되는 경우 선들)에 가능한 한 근접해 있게 하는 최적적합(best-fit) 계수(a, b, Px 및 Py)를 결정하기 위한 최소자승 최적화(least square optimization)를 사용한다.
이 모델링은 본 발명의 바람직한 형태에 따른 시스템에 사용된 적어도 각각의 렌즈 타입에 대해 또는 바람직하게는 카메라 유닛의 제조시에 적어도 각 개개의 렌즈에 대해 실행될 수 있다. 그런 후, 모델 계수는 카메라 물리적으로 연결된 관련된 처리 유닛 또는 비휘발성 메모리에 영구히 저장된다. 다른 카메라 관련 조정들도 마찬가지로 처리될 수 있다. 예컨대, 고정된 패턴 잡음 상관데이터와 픽셀 단위의 감도 데이터가 카메라 유닛 또는 관련된 프로세서에서 공장측정 및 저장될 수 있다.
보정
왜곡 모델이 여러 방식으로 사용될 수 있다. 개념적으로 한가지 방식은 카메라로부터 이미지를 포착한 후 제 1 처리단계로서 전체 이미지를 완전히 "언디스톨트(un-distort)" 시키는 것이다.
한가지 방법은 좌표를 변환시키기 위해 알려진 모델을 사용하여 결과적으로 발생한 "언디스톨트 이미지"내 각 픽셀값(그레이 레벨)을 본래 왜곡된 이미지내 가장 근사한 해당 지점의 값들로 설정하는 것이다.
왜곡된 이미지면으로의 맵핑 후 픽셀 좌표는 종종 분수가 되기 때문에, 더 정확한 방법은 픽셀값의 근사를 얻기 위해 내삽을 사용하는 것이다. 바이리니 어(bi-linear) 내삽은 양호한 결과를 산출하나, 전체 sinc(x) 내삽이 더 많이 사용될 수 있다.
전체 이미지 보정은 계산적으로 집중되므로, 전체 이미지를 정정하는 것을 방지하는 방법을 사용하는 것이 이점적이다.
바람직한 실시예는 상술한 바와 같이 모든 처리를 하고, 처리 시퀀스에서 다음 점들에서 보정을 적용하는 것이다.
1. 통합영역 계산시, 알고있는 점들(레이저 소스 스폿, 가시적인 경우 타깃 스폿, 지시장치에 의해 얻어진 기억되는 이미지 점들)의 좌표를 언디스톨트하기.
2. (어떠한 렌즈 왜곡도 없는 경우에 행해질 수 있는 것과 동일한) 빔 발산 및 점들의 위치에 있어 불확실도의 여지를 이루는 폐쇄 다각형내 픽셀 세트를 계산하기.
3. 왜곡된 이미지면내 최근접 픽셀 위치로 다시 각각의 픽셀 좌표를 맵핑하기.
4. 배경소거영역에 대해 상기 단계들을 반복하기.
5. "픽셀 반경(이미지내 소스의 명백한 위치로부터 픽셀의 거리)"을 계산하는데 사용된 모든 좌표들은 왜곡되지 않은 이미지 면에 대해 먼저 맵핑되어야 한다.
6. 마찬가지로, 모든 기하학적 관련 양(산란각도, 레이저 빔의 해당위치 등)들에 사용된 좌표들은 왜곡되지 않은 이미지면으로 먼저 맵핑되어야 한다.
이런 식으로, 통합영역이 렌즈 왜곡에 대해 정확히 고려되고 바른 보정이 또 한 완전히 전체 이미지를 보정하는 계산상으로 매우 집중적인 처리없이 산란각과 또한 입자의 공간 위치에 대해 이루어진다.
본 발명의 시스템이 어떤 경우에는 전체 이미지를 보정할 수 있는 것이 바람직할 수 있음을 주목하라:
1. 왜곡 모델의 시각적 증명;
2. 외부 시스템에 대한 감시 이미지의 전달.
또 다른 바람직한 태양으로, 본 발명은 감시 영역으로 복사빔을 방출하는 것과 입자의 존재를 나타내는 지역의 이미지내에서의 변화를 검출하는 것과 선택적으로 이미지 부분을 해상하기 위해 검출된 이미지에 대한 가중치 함수를 제공하는 수단을 더 포함하는 입자검출장치 및 방법을 제공한다.
카메라 해상도는 검출된 입자들의 측정된 위치의 해상도 또는 정확도를 제한한다. 전방산란 기하학을 사용하는 시스템에서, 카메라 부근에 있는 빔내 입자 위치는 고정확도로 해상될 수 있으나, 더 멀리 있는 입자들에 대해 해상도는 점차적으로 악화된다.
도 20에서, 소스(201)는 빔내 입자들로부터 전방산란이 카메라로 들어갈 수 있도록 카메라 방향으로 광빔을 지향시키며, 상기 카메라는 렌즈(202)와 광감지면(203)으로 구성된다. 2개 카메라 픽셀의 시야는 각도(θ1,θ2)로 표현된다. 이들 각도는 대략 보통의 렌즈에 대해 동일하다. 2개 픽셀의 시야 내에서 볼 수 있는 빔의 일부는 ΔL1 및 ΔL2로 표시된다. 어떠한 계산 없이도, 단일 픽셀에 해당하는 빔 의 길이는 카메라로부터의 거리가 멀어짐에 따라 극적으로 증가되는 것이 명백하다. 제 1 근사를 위해, 길이 ΔL은 카메라의 빔 부분의 거리 제곱에 비례한다.
실제로, 이는 시스템에 대한 최소요건의 카메라 해상도가 빔의 선단에서 입자의 위치를 결정하기 위한 소정 수행에 의해 설정되는 것을 의미한다. 그 결과, 부근 단부에 필요로 하는 것보다 훨씬 더 양호한 수행이 있을 수 있다.
더 낮은 해상도의 카메라는 픽셀 시야가 빔 근접부를 나타내는 픽셀들에 대해 더 넓어지게 하고 먼 부분을 나타내는 픽셀들에 대해 서는 더 좁아지게 하는 렌즈 시스템을 사용하여 주어진 시스템 성능을 달성하는데 사용될 수 있다. 의도적인 광학적 왜곡이 사용되는 경우, 본 명세서내 다른 곳에서 상술된 바와 같은 이미지 처리 보정은 일반적으로 정확한 시스템 동작을 유지하는데 적용될 필요가 있다. 본 명세서에 기술된 의도적으로 왜곡된 광학은 종종 보통 렌즈들에 대해 행해지는 것처럼 간단한 반경방향 왜곡모델을 사용하여 모델화될 수 없으나, 사용하기 위한 정확한 왜곡모델을 결정하는 것과는 별도로, 렌즈 왜곡을 다루는 처리가 렌즈 왜곡에 대한 상기에서 기술된 처리와 동일할 수 있다. 합성 모델이 사용될 수 있다. 이 경우, 반경방향 왜곡 모델과 프리즘 모델의 조합이 사용될 수 있다.
오프세트 렌즈
한 기술은 오프세트 렌즈로서 알려져 있다. 도 21에서, 렌즈(212) 및 광감지면(213)으로 구성된 카메라가 광원(211)에서 나온 산란광을 감지한다. 렌즈는 광감지면의 중심에서 오프세트되어 있고, 이미지내 수차를 줄이기 위해 가능하게는 또한 기울어질 수 있다. 광감지면은 광빔에 대략 평행하게 배치된다.
프리즘
유사한 효과를 달성하기 위한 또 다른 방식은 프리즘을 사용하는 것이다. 렌즈(222) 및 광감지면(223)으로 구성된 카메라가 광원(221)에서 나온 산란광을 검출하는 예가 도 22에 도시되어 있다. 산란광은 렌즈로 들어가기 전에 프리즘(4)을 통과한다. 프리즘의 효과는 프리즘으로의 입사각에 따라 변하는 식으로 빔의 길이의 대향각을 확장시키거나 압축시키는 것이다. 곡면을 가진 프리즘들은 또한 평면측 프리즘보다 더 과장된 효과를 얻기 위해 사용될 수 있다. 다수의 프리즘들도 또한 상기 효과를 높이기 위해 사용될 수 있다.
곡면 거울
또 다른 방법은 곡면 거울을 사용한다. 렌즈(232) 및 광감지면(233)으로 구성된 카메라가 광원(231)에서 나온 산란광을 검출하는 예가 도 23에 도시되어 있다. 산란광은 먼저 렌즈에 들어오기 전에 곡면 거울(234)에 의해 반사된다. 곡면 거울의 효과는 상기 거울로의 입사각에 따라 변하는 식으로 빔의 길이의 대향각을 확장시키거나 압축시키는 것이다. 볼록거울이 도시되어 있으나, 오목거울 또는 볼록부 및 오목부를 갖는 거울이 사용될 수 있다. 일반적으로 거울은 단일로 만곡되어 있으나 이중 만곡 거울도 또한 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 것과 상기 빔이 동작시 연속되게 하는데 적합한 입자들의 존재를 나타내는 영역의 이미지내 변화를 검출하는 것을 포함하는 입자검출장치 및 방법을 제공한다.
바람직한 형태로, 본 발명은 여분의 레이저 빔을 추가함으로써 더 큰 영역을 다루도록 이루어질 수 있다. 모든 빔들과 카메라가 대략 평면에 놓이는 경우, 빔들은 카메라의 시야로부터 대략 중첩되게 된다. 이는 시스템 감지를 향상시킬 뿐만 아니라 한 카메라가 다루는 영역을 증가시키게 한다. 다수의 레이저들은 레이저 전력이 증가함에 따라 유사한 감도 향상을 제공하는데 이는 카메라 및 배경잡음 기여가 실질적으로 하나의 빔에 대해서와 동일하기 때문이다.
몇몇 형태로, 반드시 입자위치를 단일 레이저빔에 대해 아래로 이격시킬 필요가 없을 수 있다. 그러나, 필요하다면, 여전히 입자가 레이저 빔을 온 및 오프로 싸이클링 함으로써 어디에 위치되는지를 알려 줄 수 있다.
이 결과를 제공하는데 적합한 구성은 단일 레이저로 행해질 수 있는 듯이 한 프레임 온 및 한 프레임 오프로 동작하는 모든 레이저를 갖는 것이다. 입자가 검출되는 경우, 시스템은 한번에 하나의 빔만이 온되는 스캐닝 모드로 스위치될 수 있다.
"스캐닝"하면서 더 높은 평균전력을 허용하는 더 정교한 구성은 다음과 같다: 모든 세컨드 프레임(second frame)은 모든 레이저를 오프시키는 한편, 하나씩 거른 프레임에서는 한 레이저 이외는 모두가 동작하게 된다. 각각의 "레이저 온" 프레임에서는 다른 레이저가 동작되지 않는다. 레이저 상태에 대한 다른 선형독립적인 조합들이 사용될 수 있다. 또한, 완전히 레이저를 오프시키기 보다는 가변 레이저 전력이 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 방식은 단순성과 달성되는 큰 레이저 듀티 싸이클이 바람직하다. 어떤 경우에서는 낮은 듀티 싸이클이 전 력소비를 줄이고 레이저 수명을 늘리는 것이 바람직할 수 있음을 유의하라.
도 24에서, 카메라(241)는 레이저(L1, L2, L3 및 L4)에 의해 발생된 레이저빔으로부터 산란된 광을 수신한다. 카메라 시야는 θ이다. 픽셀에 해당하는 시야는 Δθ이다.
도 24의 타이밍 도표는 레이저의 동작패턴을 도시한 것이다. 본 명세서에서 상기에 언급된 바와 같이, 다른 패턴들도 또한 사용될 수 있다.
카메라 신호를 각 빔에 대한 별개의 산란판독(scatter reading)으로 변환하는 수학은 다음과 같다:
R은 카메라로부터 이미지내 한 픽셀에서의 총 수신신호라 하고,
Sn은 레이저(n)에 의해 조사된 입자들로 인한 기여라 하며, 여기서 레이저(n)는 최대전력 상태에 있으며,
Ln은 1이 최대전력을 나타내고 0은 레이저 오프 상태를 나타내는 n번째 레이저의 전력이며(분수 레이저 전력 0<Ln<1이 또한 허용된다),
N은 레이저의 총 개수라 하자.
그러면,
Figure 112007042073715-PCT00004
이다. N개 프레임들이 취해지고, 각각이 N개 선형독립 벡터 레이저 상태 들[L11…L1N]…[LN1…L1N]을 가지며 데이터가 수집되는 주기에 걸쳐 [S11…S1N]…[SN1…S1N]을 찾는 산란기여가 일정하다고 가정하면(즉,[Sm1…SmN]=[S1…SN], 1≤m≤N), 이에 따른 수신된 신호(Rm)은 다음과 같이 된다:
Figure 112007042073715-PCT00005
이는 행렬을 사용하여 표현될 수 있다:
Figure 112007042073715-PCT00006
벡터[S1…SN]는 연립 방정식을 풀기 위한 매우 잘 알려진 임의의 방법을 사용하여 해를 구할 수 있다.
이들 연산은 배경소거가 이미 수행된 이미지를 사용하여 행해져야 한다. 다른 적분이 또한 수행될 수 있거나 나중에 또 다른 적분이 수행될 수 있다.
또한, 이들 연산은 선택된 통합영역내 각 픽셀 또는 픽셀그룹에 대해 행해질 필요가 있다. 연이은 처리는 N개 데이터 세트가 처리되는 것을 제외하고는 하나의 레이저 시스템과 같다. Sn의 첨자는 입자 S값이 속하는 세트를 결정한다.
일반적인 시스템은 장애 검출 및 정렬 모니터링 또는 피드백을 위해 모니터 링하는 레이저 소스 스폿과 타깃 스폿을 포함할 수 있다. 이는 카메라가 과도한 포화없이 충분히 선형방식으로 동작하는 경우 여전히 관련 픽셀 또는 픽셀 그룹에 대해 상술한 계산을 사용하여 이미지내 스폿들의 중첩이 있다 하더라도 행해질 수 있다.
포화로 인해 다른 레이저 스폿들로부터의 기여의 분리가 불가능한 경우, 대안은 스폿의 위치를 확인하기 위에 한번에 하나의 레이저만 임시로 스위치시킨다.
또 다른 바람직한 태양으로, 본 발명은 감시되는 영역으로의 복사빔을 방출하는 것과 입자의 존재를 나타내는 영역의 이미지내 변화를 검출하는 것을 포함하고, 상기 이미지를 검출하기 위한 복사원 및 수단 중 적어도 하나가 제어된 방식으로 위치되게 설계되는 입자검출장치 및 방법을 제공한다.
바람직한 실시 예에서, 광원 및 수신기 중 하나 또는 모두가 수신기와 광원의 주축 및 시야를 지시하기 위해 위치제어 장치상에 장착된다. 이것의 이점은 수동제어 또는 자동제어하에서, 시스템이 중요영역을 더 잘 감시하기 위해 장면내 대상영역을 더 가까이 조사하도록 이루어질 수 있다. 이는 패닝(panning)장치 또는 경사장치 또는 줌(zoom)장치 또는 상기 3개 장치의 임의의 조합으로서 실행될 수 있다. 예컨대, 패닝장치는 저가의 광각렌즈의 시야를 넘어설 수 있는 넓은 대상영역의 감시를 가능하게 하다.
도 25는 이러한 팬-경사-줌(pan-tilt-zoom) 또는 PTZ가 동작 상태에 있고 정상사용을 위해 설정되어 있는 시스템의 예를 도시한 것이다. 시스템은 줌렌즈(들)(251), 팬-경사 장치(들)(252), 장착 브라켓(253), (바람직하게는 카메라와 같 이 이미지 캡쳐장치의 형태인)수신기(들)(254), (바람직하게는 레이저(들)의 형태인)광원(들)(255)을 구비한다. 각각의 수신기는 시야(257)를 가지며 각 소스(255)가 빔(254)을 생성한다. 시스템은 모니터 환경(258)에 사용된다.
도 26은 도 25의 예시적인 시스템과, 이 예에서, 연기(2610)를 포함한 시야(267)가 얼마나 대상 영역의 근접 조사에 적합한 지를 도시한 것이다.
광원과 수신기 중 어느 하나 또는 모두의 주축이 변하는 경우, 시스템 조준이 변경되고 측정에 있어 3D 공간에서 대상영역의 물리적 위치뿐만 아니라 광산란 측정의 강도 및 특성 모두에 대한 처리를 고려해야 한다. 이는 직접 계산을 하거나 룩업 테이블을 사용하여 쉽게 달성된다.
PTZ 방식은 각각의 수신기 및 광원에 대해 3개의 자유도를 제공한다. 따라서, 총 6개의 자유도가 있고 6차원 룩업 테이블로서 표현될 수 있다. 이는 윈도우 이미지(322)를 중첩하지 않는 한편, 카메라가 빔(321)의 길이를 따라 연기 입자 이벤트를 고를 수 있다.
상술한 바와 같이, 예컨대 광조건에서의 국소적 변화로 인한 간섭효과를 최소화하기 위해, 광원 빔과 부근 영역이 차지하는 것으로 알려진 이미지내 영역에 대한 이미지 처리를 제한하는 것이 바람직하다. 이는 또한 처리 수단에 대한 계산적 부담을 줄이는 이점이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빔이 보여 질 수 있는 이미지영역이 알려져 있는 식으로 수신기와 광원을 조정할 수 있다. 다른 접근은 빔 경로내 2개 지점을 앎으로써 빔의 위치를 명백히 결정하는 것이다. 한 지점은 광원 자체일 수 있는 한편 다른 한점은 수신기의 시야 내에 유지되면서 공간내 빔 경로를 차단하는 식으로 배치된 반사 또는 반투명 타깃 또는 프로브일 수 있다. 이 예가 영역(338)이 감시되는 도 33에 도시되어 있다.
도 33의 수신기(343)에 의해 포착된 이미지가 도 34에 도시되어 있다. 본래 적절한 산란특성을 갖는 플라스틱 또는 유리시트와 같은 산란 특징의 등가물인 프로브(346)는 투사광 스폿(345)에서 나온 빔 산란이 수신기(343)에 보여질 수 있는 식으로 광빔 경로(342)에서 중첩된다. 광원 개구(341)도 또한 이미지에서 보여질 수 있다. 광원(341)에서 나온 광은 광원의 출구 동공에서의 산란으로 인해 발생된 섬광이거나 LED와 같은 특정 위치된 광원일 수 있다. 산란수단(프로브)의 감시수단은 투사된 스폿(345)이 언제나 카메라(343)의 시야에 남아있는 한 중요하지 않다. 투사 스폿(345)은 빔경로(342)를 감시하는데 사용될 수 있는 것에 유의해야 하는데, 이는 스폿(345)의 세기가 없거나 줄어듦으로써 장애물의 존재를 나타낼 수 있고, 차례로 시스템의 검출성능을 저하할 수 있기 때문이다.
LED가 광원 마커로서 사용되는 경우, 또 다른 특징은 큰 주변광의 상태에서 광원의 검출을 가능하게 하는 식으로 LED가 온 오프로 빛날 수 있다는 것이다. 예컨대, LED를 포함하는 이미지 전체 또는 일부에 있어 "오프" 이미지를 "온"이미지에서 빼기가 LED의 검출을 향상시킨다. 광빔의 소스와 목적지를 각각 결정함으로써 이미지내 대상영역이 쉽게 선형 삽입에 의해 발견된다. 수신기 렌즈가 과도한 렌즈왜곡, 대부분 통상적으로 반경방향 렌즈왜곡을 받는 경우, 사용된 내삽은 직선에 기초하기보다는 고차(일반적으로 2차)가 되어야 한다. 반경방향 왜곡은 상기에서 언급된 바와 같이 핀쿠션 왜곡의 배럴 왜곡일 수 있다. 어느 경우에서, 이값뿐만 아니라 다른 내재적인 파라미터의 측정은 이미지를 통과하는 빔경로를 바르게 결정하기 위해 필요로 할 수 있다.
반경방향 렌즈 왜곡에 대해 적용된 보정은 아래의 형태이다:
r' = r + nr2
여기서, r'은 보정된 반경이고, r은 보정되지 않은 이미지내 주요 지점의 투사로 인해 관찰된 반경이며 n은 실험으로 발견된 상수이다. 배럴 왜곡의 경우, n은 음의 상수이다. 핀쿠션 왜곡의 경우, n은 양의 상수이다. 이러한 정정방법은 이미지 처리 및 이미지 획득의 당업자들에게 잘 알려져 있다.
수신된 조명을 기초로 연기 수준을 계산할 수 있도록 하기 위해 광원 빔의 방향을 모니터하는 것이 필요할 수 있다. 방해받지 않았음을 보장하기 위해 광빔 도착을 모니터하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 일 실시 예에서 광빔을 감시하는 수단은 수신기 부근의 표면에서의 투사를 관찰하는 것이다. 이는 상기에서 거론되었고 도 35에 도시된 다른 실시 예의 예를 통해 여기서 더 자세히 설명된다.
광원(351)은 수신기(352) 부근에 그러나 직접적이 아닌 지역에 광빔(353)을 투사한다. 수신기에 인접한 벽에 투사된 광 스폿(354)은 수신기(352)에 보여질 수 없다. 따라서, 상기 구성에서, 수신기(352)는 광빔이 방해되지 않았음을 검증하는데 사용될 수 없다. 빔의 도착이 감시될 수 있는 방법들은 많다.
리어 뷰 미러(365)가 수신기(362)의 앞에 위치되어 시야의 일부가 후방을 보게 방향전환되는 한가지 실시예가 도 36에 도시되어 있다. 상기와 같이, 광빔 투사 스폿(364)이 수신기(362) 부근에 도달하나 미러(365)가 수신기(362)로 이미지를 반사시켜 볼 수 있게 된다. 수신기(352)에 의해 포착된 이미지가 도 37에 도시되어 있다. 투사된 스폿(364)의 반사는 광원(361)인 경우 미러(365)에 보여질 수 있다. 다른 실시예로, 스폿(364)은 스폿 이미지뿐만 아니라 주요 전방 이미지를 관찰할 수 있는 렌즈와 같은 특별히 설계된 광학소자를 사용하여 감시될 수 있다. 이러한 렌즈가 도 38에 도시되어 있다. 도 38에서, 렌즈 하우징(381)은 전방보기 렌즈(383)와 후방보기 렌즈(384)를 포함한다. 전방렌즈(383)를 통해 들어가는 광이 빔분리기(386)를 지나 이미지 센서(387)에 드리워진다. 후방보기 렌즈(384)를 통해 들어간 광은 미러(385)에 의해 반사되고 부분적으로 빔 분리기(386)에 의해 반사되어 이미지 센서(387)에 드리워진다. 결과는 수신기의 후면으로의 벽상의 스폿과 전방 방향으로의 장면 모두를 나타내는 조합된 이미지이다. 빔 분리기(386)는 프리즘과 같은 많은 잘 알려진 형태들 중 어느 하나를 취할 수 있으나, 바람직하게는 평행측 유리의 한 부분이다. 이러한 유리는 렌즈(384)로부터 광을 더 잘 포착하기 위해 필요하다면 부분적으로 은으로 될 수 있으나 이는 반드시 필요한 것이 아니다.
상기 방법의 단점은 2개 이미지의 조합이 수신기의 감도를 떨어뜨리는 일부 간섭을 야기해 주보기 방향으로의 광산란을 초래할 수 있다는 것이다.
따라서, 향상은 번갈아 동일한 수신기에 의해 관찰될 수 있는 후방 및 전방보기 개구 중 하나 또는 모두에 대해 셔터를 적용하는 것이다. 이 예가 도 39에 도시되어 있다. 셔터(388 및 389)의 추가로 전방 및 후방장면의 별개 보기가 가능해 진다. 셔터는 모터 또는 다른 물리적 작동수단을 기계적으로 사용하여 작동될 수 있거나 액정셔터 또는 자기광학 셔터와 같은 어떠한 이동부도 없는 솔리드 상태의 셔터일 수 있다.
이 원리의 다른 실시예로, 전방보기 셔터(388)가 생략될 수 있다. 후방보기렌즈(384)를 통해 스폿(382)을 관찰하는 것이 바람직한 경우, 셔터(389)는 스폿에서 나온 광이 이미지 센서에 드리워지게 하여 개방된다. 대개 스폿은 전방보기장면에서 임의의 특징보다 훨씬 더 많이 집중되어 식별하기가 쉬워진다.
또 다른 실시 예로, 빔이 능동 이미지 캡쳐 시스템을 사용하여 감시될 수 있다. 예컨대, 전용 카메라가 투사된 스폿의 위치와 강도를 결정하는 목적으로만 사용될 수 있다. 이것이 도 40에 도시되어 있다. 수신기(405)는 투사된 스폿(404)의 위치와 강도를 모니터한다. 한가지 이러한 실시 예로, 후방산란 수신기(405)는 CCD 또는 CMOS 어레이 카메라 또는 등가물과 같은 카메라일 수 있다. 이 원리의 또 다른 실시 예로, 수신기는 출력신호가 표면에 투사된 스폿의 강도와 위치로부터 도출되는 위치감지 다이오드(Position Sensitive Diode, PSD)일 수 있다. 이 원리의 또 다른 실시 예로, 수신기(405)는 반사된 스폿을 관찰하고 상기 스폿의 강도를 기초로 신호를 제공하기 위해 정렬된 단일 포토다이오드일 수 있다. 스폿의 부재 또는 감쇠는 간단한 처리 수단의 도움을 통해 경보신호를 발생하게 한다.
또 다른 실시예는, 수신기(405)가 2 이상의 포토다이오드 어레이일 수 있으며, 수신기의 비교신호는 소정 위치로부터 스폿의 편차 범위를 나타내는데 사용될 수 있다.
상기 실시 예들 중 어느 하나로, 후방보기 수신기(405)와 전방보기 수신 기(402)가 장착 및 정렬을 용이하게 하기 위해 하나의 물리적 구조에 결합될 수 있다.
수신기에 의한 빔의 감시
또 다른 실시 예에서, 산란을 검출하는데 사용되는 동일한 수신기가 빔 도착을 감시할 수 있다. 이것이 도 41에 도시되어 있다. 이러한 빔 감시시스템의 실시 예에서, 빔(413)은 수신기(412)의 렌즈에 직접 또는 부근 위치(415)로 주기적으로 조종된다. 이는 매우 높은 신호레벨을 초래할 수 있어 광빔의 도착을 확인하는데 사용된다. 확인 후, 빔이 정상 위치(414)로 다시 조종된다. 이러한 접근의 이점은 별개의 빔 감시소자에 대한 필요를 없앰으로써 비용을 절감한다는 것이다.
빔의 도착을 감시하는 또 다른 수단은 수신기의 시야에 있는 표면으로 빔을 주기적으로 보내는 것이다. 도 42에서, 2개의 선(426)은 수신기(422)의 시야의 한계를 나타낸다. 정상상태에서, 광원(421)은 빔(423)을 제 2 타깃 위치(424)로 보낸다. 주기적으로, 빔은 제 2 타깃 위치(426)로 조종되고, 상기 제 2 위치는 수신기(422)의 시야에 있도록 선택된다. 425에 투사된 스폿은 수신기에 의해 검출되어 빔의 도착을 확인한다. 그런 후 빔은 정상위치(424)로 복귀한다.
입자구름을 통과하는 광빔이 상기에서 언급된 바와 같이 입자의 광스펙트럼과 크기 분포 및 흡수특성에 따른 식으로 산란된다는 것이 입자산란측정의 해당기술분야의 당업자들에 의해 인식되어 있다. 도 43의 도표는 어떠한 간섭도 없는 빔에 대해 이미지와 빔 프로파일을 도시한 것이다. 도표에서, 광 스폿(433)은 타깃(432)에 있다. 예컨대 선(433)을 따라 취한 강도의 프로파일이 상대강도로서 도 표(434)상에 도시되어 있다. 빔이 실질적으로 단색광이고 빔의 파장에 비해 큰 입자를 나타내는 입자분포 단일모드인 경우, 줄무늬 패턴이 쉽게 관찰될 수 있다. 실제로, 뷰잉 거리 및 넓은 입자크기 분포에서의 불일치로 인해, 줄무늬들은 병합되어 빔의 명백한 퍼짐을 초래한다. 빔 스폿이 벽에 또는 다른 타깃에 관찰되는 경우, 효과는 빔을 둘러싼 영역내 광 강도를 증가시키고 스폿강도를 자체적으로 줄이는 것이로, 이는 도 44에 도시되어 있다. 빔 방향으로의 많은 각도에서 발생된 수신기로부터 도출된 강도 정보를 상기에서 측정된 관찰된 강도 분포와 조합함으로써, 입자크기 분포의 평가를 형성할 수 있고 또한 동일 환경에서 표준 옵스큐로미터(obscurometer)로부터 얻어지는 판독을 더 근접하게 에뮬레이트(emulate)할 수 있다.
억제 디스크
빔확산 효과에 대한 감도를 향상시키기 위해, 광흡수 구조 또는 면 또는 마스킹 구조상에 주 빔을 집속시킬 수 있어, 큰 입자들의 산란에 의해 야기된 빔의 확산을 두드러지게 한다. 이러한 특성을 갖는 적절한 타깃의 예가 도 45에 도시되어 있으며, 451은 정상 타깃 표면이고 452는 광흡수 재료의 원이다. 마찬가지로, 452는 개구를 통해 다시 광의 반사를 최소화하는 식으로 구성된 공동일 수 있다. 도 46에서, 도표(464)는 선(463)에 걸쳐 관찰된 강도 프로파일을 나타낸다. 빔 확산의 효과는 디머테일(dimmer tail)(466)의 검출을 가능하게 하는 매우 밝은 중앙 스폿의 중첩(465)으로 인해 수신기에 의해 더 쉽게 검출될 수 있다.
수신기를 검사하기 위한 테스트 조명기
수신기가 정확하게 동작하고 있는 것을 확실히 하는 것이 필요할 수 있다. 수신기가 CCD 또는 CMOS 카메라와 같은 영역 어레이 검출기인 경우, 이미지 어레이면상에 있는 결함있는 픽처 소자(픽셀) 또는 과도한 먼지 입자들은 시스템이 광산란 사건을 놓치게 한다.
일실시 예에서, 각 소자의 동작을 검사하는 수단은 어레이를 광으로 비추기 위해 조명원을 제공하는 것이다. 각 소자는 행해진 허용가능한 표준 및 통과/탈락 평가에 대하여 검사될 수 있다. 이 테스트에 대한 향상은 제조 또는 설치의 초기단계에서 작동하는 조명기를 사용하여 수신기로부터 기준 이미지를 저장하고 연이은 조명 테스트 프레임들과의 비교를 위해 이 저장된 프레임을 사용하여 테스트 동안 조명에서의 특히 적은 픽셀 간의 변화 또는 통계적 공간변화를 보상할 필요성을 없앤다.
어레이의 동작을 검사하는 한가지 수단은 고른 광을 발하기 위해 수신기의 전면에 주기적으로 배치될 수 있는 외부 광원을 제공하는 것이다. 도 47에서, 조명기 수단(474)은 렌즈 하우징(471) 앞에 임시로 배치되어 있다. 조명원(476)에서 나온 광은 연이어 렌즈 시스템(472)을 통해 이미지 센서(473)로 지나는 상기 조명원으로부터 나온 광을 산란시키는 작용을 하는 광스크린(475)을 통과하고, 상기 이미지 센서는 예컨대 CCD 또는 CMOS 어레이와 같이 표면에 걸쳐 공간상 강도변화를 분석할 수 있다. 조명수단(474)은 전기발광패널, LED와 같은 조명광을 사용하여 많은 방식으로 실행될 수 있거나, 환경조명이 충분한 경우, 상기 수단은 간단한 지면 유리 스크린 또는 수신기를 둘러싸는 환경에 이미 있는 조명을 산란시키는 등가물을 구비할 수 있다.
테스트 조명기를 실행하는 또 다른 수단이 도 48에 도시되어 있다. 도 48에서, 조명원(486)은 렌즈 시스템(482)과 이미지 수신기(483) 사이 공간에서 수신기 검출기 어레이에 근접 배치되어 있다. 이 조명기는 주기적으로 작동될 수 있고 이미지 어레이의 기능이 검사될 수 있다.
짙은 연기를 검출하기 위한 후방산란
고도의 인화성 재료가 점화될 때 발생할 수 있는 갑작스런 짙은 연기의 경우에, 광빔이 크게 감쇄되어 전방산란이 검출되지 않게 된다. 이러한 조건하에서, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면 앞서 거론된 바와 같이 공기 중 연기의 위치와 양을 나타내기 위해 광원을 향해 다시 산란되는 광을 사용할 수 있다.
이 구성의 예가 도 49에 도시되어 있다. 도 49를 참조하면, 광원(491)은 공간을 통해 빔(492)을 수신 카메라(494) 부근에 위치된 지점(493)으로 투사한다. 연기(495)가 광학적 불명료성을 띄므로 빔에서 나온 어떠한 상당한 양의 광도 수신 카메라(494)에 검출되지 않는다. 그러나, 추가 수신기 카메라(496)가 광원(491)에 인접 배치되어 조밀한 연기로부터 후방산란으로 인해 발산되는 광을 수신한다. 이는 연기와 같은 기둥의 검출과 연이은 경보발생을 가능하게 한다.
동일한 방법의 다른 수단이 도 50에 도시되어 있다. 도 50에서는 광원(501)에서 나온 광빔(502)이 연기기둥(506)에 의해 완전히 불명료해진다. 수신기(504)에 인접한 2차 광원(503)은 연기로 들어가는 빔(505)을 투사하도록 형성된다. 빔(505)으로부터의 후방산란이 상기 수신기가 경보를 발생하게 형성된 수신기(504)에 의해 검출된다.
이미지내 배경에 비해 산란광의 낮은 레벨로 인해, 이미지 잡음의 영향을 줄이고 이에 따라 시스템의 검출능력을 향상시키기 위해 알고리즘을 적용하는 것이 필요하다. 이 처리는 도 51을 참조로 설명된다. 어떠한 스케일링(scaling)도 이용되지 않는 경우, 제 1 이미지(511)가 광원 오프로 포착된다. 제 2 이미지(512)에서, 이미지는 광원(514) 온으로 동일한 주변광 상태하에 포착된다. 제 2 이미지(512)에서 제 1 이미지(511)를 빼어 형성된 차 이미지(513)는 어떠한 배경 인공물도 나타내지 않으나 광원 산란이 쉽게 검출되게 한다. 수신 시스템의 감도는 포착된 이미지가 동적 범위 내에 있는 것을 보장하기 위해 통상적으로 조절될 수 있다. 간섭이 발생하는 경우, 전체 배경강도가 레이저 온 및 레이저 오프 이미지 사이에서 다를 수 있다. 이미지 차가 수행되는 경우, 이에 따라 배경이 완전히 소거되지 않으며, 상기 차 이미지 내에 배경 인공물이 남아 있게 된다. 도 52에서, 광원이 있는 이미지(521)는 예컨대 형광등 명멸로 인해 더 큰 전체 강도를 갖는다. 광원이 오프인 이미지(521)가 광원(524) 온인 이미지(522)에서 빼져, 합성 이미지(523)를 나타낸다. 결과적으로 발생한 이미지(523)에서 배경으로 인한 특징들은 빼기 처리에 의해 소거되지 않는다. 이는 오류성 검출 이벤트를 초래할 수 있거나 대안으로 검출을 위해 더 큰 임계치를 설정하기 위한 필요성으로 인해 연기 이벤트를 식별하기 위한 시스템의 능력을 저하할 수 있다.
이를 극복하는 수단은 한 이미지에서 다음 이미지로 동일한 것으로 알려진 이미지들의 강도를 기초로 보정을 적용하는 것이다. 배경 이미지(광원이 오프임)와 활성 이미지(광원이 온임)를 비교하면 광빔의 조명으로 인해 변하지 않는 양 이미지내 영역들이 있음이 명확해 진다. 따라서, 이들 영역에서의 임의의 변화는 형광등 명멸과 같은 간섭효과로 인한 것이 틀림없다. 도 53에서, 그늘진 영역(531)은 빔 경로(532)의 영역을 배제하기 위해 알려진 영역을 나타낸다. 영역(531)은 배경통합영역이라 하며, 영역(532)은 광빔통합영역이라 한다. 이미지내 영역(531)에서 조명을 평가함으로써 기준 영역(531)이 소정의 조명을 갖게 하게 필요에 따라 강도가 증가되거나 감소되도록 전체 이미지를 조절할 수 있다. 이는 자동이득제어의 형태로 간주될 수 있다. 따라서, 이러한 처리 이미지가 이미지 빼기에 사용되는 경우, 결과적으로 발생된 이미지는 영역(533)내 광빔으로부터 산란을 더 용이하게 나타낸다.
다른 실행으로, 이미지들은 상기 이미지들을 먼저 변경해야 하지 않고도 빼는 시기가 조정될 수 있다. 이는 산술처리에 있어 다소 경제성을 초래할 수 있다. 이 예는 다음과 같다.
2개의 이미지(l1,l2)가 있고, l1은 광빔 오프인 이미지이며 l2는 광빔 온인 이미지라 하자, 이미지(531)의 기준영역을 R1이라 하고 l2의 기준 이미지를 R2라 하자. 또한, R1에서 모든 픽셀의 평균 강도를 V1이라 하고 R2에서 모든 픽셀의 평균 강도를 V2라 하자. 그러면, 차 이미지(ldiff)는 각 픽셀(x,y)에 대한 다음 계산에 의해 형성될 수 있다.
Figure 112007042073715-PCT00007
이 단계는 차 이미지에서 지배적인 특징이 광원 빔으로부터의 산란이도록 조명내 전체 변화에 대해 보정한다.
이 방법의 또 다른 강화는 광빔통합영역에 대해 산술처리를 제한하는 것이다. 이는 계산적 부담을 덜어 더 경제적인 실행을 가능하게 한다.
더 나은 변화 측정이 광빔 위치의 일측상에 기준영역을 사용하여 얻을 수 있다. 도 54에서, 빔 영역(543)의 일측상에 있는 영역(541 및 542)은 이미지들 간의 상대 변화를 추적하는데 사용된다. 이러한 검출 알고리즘은 빔이 온인 이미지와 빔이 오프인 이미지를 비교하는 것이 바람직하기 때문에, 이는 외부 광원으로 인해 간섭이 있는 경우 특별한 적용을 가지며, 이러한 간섭은 이미지 포착시에 대해 비동기화된다. 이러한 간섭의 예는 형광등 및 네온사인이다. 이들 간섭원이 있는 경우, 광원 온 및 광원 오프와 함께 취해진 이미지를 스케일 할 수 있어, 이미지의 빼기로 이미지 배경 인공물이 더 완벽히 제거되어 진다.
검출 이미지내 빔(543)의 경로를 알고 있는 경우, 일측상에 있는 영역(541 및 542)이 이미지내 전체 조명의 측정으로 사용될 수 있다. 보정공식은 상기에서 주어진 보정공식과 같다.
이 방법의 또 다른 강화는 간섭이 이미지 영역에 걸쳐 고르지 않는 경우 보정을 가능하게 한다. 예컨대, 지역의 한 영역을 지배적으로 조사하기 위해 배치된 간섭광원이 있는 경우, 전반적 또는 전체적 조정이 불가능할 수 있다. 따라서, 국소적이거나 영역 단위의 보정이 양호하게 적용된다.
이는 도 55를 참조로 설명된다. 이미지들은 빔(553)의 위치 위쪽 섹션(551)과 아래쪽 섹션(552)으로 나누어진다. 상술한 타입의 보정은 영역 단위 기초로 적용되며, 각 영역은 타입(551)의 부분과 아래의 타입(552)의 부분으로 구성된다. 따라서, 각 영역([4] 내지 [12])은 부분(551), 부분(552) 및 빔경로가 있는 부분(551) 및 부분(552) 사이의 영역으로 구성된다.
그런 후 보정공식이 적용될 수 있는 상기 영역내 픽셀에만 적용되는 영역 단위 기초로 계산되고 적용된다.
비율비교 보정 및 연이은 배경소거가 적용되는 경우, 계산을 위해 4개의 요소들이 있으며, 각각은 원하는 신호에 또한 원치않는 잡음성분을 갖는다. 요소들은 광원이 온인 광빔통합지역, 광원이 오프인 광빔통합지역, 광원이 온인 배경통합지역 및 마지막으로 광원이 오프인 배경통합지역이다.
시스템내 잡음은 주로 수신기 이미지 잡음을 일으킨다. 이는 많은 이미지들을 포착하고 통합하거나, 상기 통합영역의 크기를 증가시키거나, 광원의 온 시간의 듀티 싸이클을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 이들 조치는 수신기 잡음에 대해 신호를 향상시키기 위해 별개로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
최적의 잡음 감소를 달성하기 위해, 계산을 위해 사용된 영역들은 과도한 간섭 경향이 없다는 것이 중요하다.
과도한 간섭은 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 활성신호 등과 같이 시야내 물체로 부터 발생될 수 있다. 다른 물체들도 또한 이동 장치류, 트래픽 통과를 위한 외부 윈도우, 또는 정규 보행자 통행이 있는 시야내 통로와 같은 간섭을 나타낸다.
설치 또는 지시시, 처리에서 배제하기 위한 영역을 수동으로 지정할 수 있다. 그런 후, 시스템은 배제된 영역들로부터의 데이터를 무시할 수 있다.
바람직한 수단으로, 배제된 영역의 선택은 설치 또는 지시시 이 태양의 수동설정에 대한 필요성을 제거하는 단계가 자동화될 수 있다. 각 픽처소자는 파라미터에 의해 특징될 수 있으며, 상기 파라미터는 시간에 걸친 레벨 변화를 측정한다. 이러한 측정은 선택된 주기에 걸쳐 픽셀 레벨의 표준 편차를 계산함으로써 얻어질 수 있다. 주어진 픽셀에 대한 이러한 측정이 대다수의 픽셀보다 상당히 많은 경우, 픽셀은 영역 계산에 사용하기에 부적합한 것으로 표시되어 진다.
수신된 이미지내 빔경로를 예상할 수 있도록 수신기의 시야에 광빔 소스의 위치를 모니터하는 것이 바람직하다. 이는 소스 빔의 위치와 빔경로내 적어도 하나의 다른 위치를 알고 있는 도 33을 참조로 상술된 바와 같이 행해질 수 있으며, 대상영역이 이미지를 통과하는 빔경로에 대응하여 식별될 수 있다.
레이저 소스를 보여주는 경우에 발생되는 큰 문제는 수신기가 과부하될 수 있어 포착된 이미지가 소스의 영역내에서 포화되는 것이다. 이 결과는 영향받는 영역이 산란정보에 민감하지 않고 따라서 연기를 검출할 수 없다는 것이다. 도 56에서, 빔(562)을 발생하는 광원(561)이 수신된 이미지의 대부분을 과부하 걸리게 하여, 이는 효과적으로 상기 지역내 연기검출을 디스에이블시킨다.
문제는 광개구에서 나온 직접 산란된 광으로부터 수신기를 보호하는 식으로 광원을 마스킹함으로써 경감될 수 있다. 광원을 마스킹하는 한 방법은 광원 개구와 함께 일렬로 연속한 방지장치를 적용하는 것이다. 도 57을 참조로, 적어도 하나의 방지판(572) 시스템이 광빔 소스(571)의 개구에 배치되어 있다. 주 광빔(573)이 방해없이 통과된다. 오프축 광산란(574)은 방지 시스템(572)에 의해 흡수되고 따라서 뷰잉 방향이 575로 나타낸 수신기에 보여질 수 없다.
이러한 방지재 시스템의 사용은 수신기에 의해 포착되는 광원의 이미지를 크게 줄어거나 완전히 소거한다.
방지재 시스템과는 다른 장치들이 동등한 결과를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 수신기에 의한 광원 개구의 직시 뷰를 차단하나 주 빔의 통과와 간섭하지 않도록 간단한 불투명 또는 반투명판이 배치될 수 있다. 이는 판(582)이 수신기 뷰잉 각도(585)를 따라 수신되는 측면 산란(584)을 차단하고 흡수하는 도 58에 도시되어 있다. 반투명판의 사용은 광원에서 수신기로 판을 지나가는 광으로 인해 광원의 위치가 수신기의 이미지에서 여전히 식별될 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 특정 실시 예와 연계하여 기술되었으나, 다른 변형(들)을 할 수 있음을 알게 된다. 이 애플리케이션은 전반적으로 본 발명의 원리를 따르고 해당기술분야의 공지 또는 통상적인 실시 내에 있고 본 명세서에서 상기에 나타낸 기본적인 특성에 적용될 수 있는 본 개시로부터 이러한 이탈을 포함하는 임의의 다양한 사용 또는 본 발명의 적용을 다루도록 의도되어 있다.
본 발명은 본 발명의 본래 특성의 기술사상으로부터 벗어남이 없이 여러 형태로 구현될 수 있기 때문에, 상술한 실시 예들이 다른 상황에서 특정하지 않았다 면 본 발명을 제한하지 않고, 오히려 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 기술사상과 범위 내에 광범위하게 해석되어야 하는 것을 알아야 한다. 다양한 변형 및 등가 구성들도 상술한 본 발명의 기술사상과 범위 내에 포함되도록 의도되어 있다. 따라서, 특정 실시 예는 본 발명의 원리가 실시될 수 있는 많은 방식의 예인 것으로 이해되어야 한다. 상기 설명에서, 기능식 청구항은 정의된 기능을 수행하는 구조 및 구조적 등가물뿐만 아니라 등가 구조물도 다루는 것으로 의도되어 있다. 예컨대, 못과 나사는 못이 원통형 표면을 이용해 나무부재를 함께 고정하는데 사용하는 반면에, 나사는 나선형 표면을 이용해 나무부재를 함께 고정하는데 사용되는 점에서 구조적 등가물일 수 없으나, 나무부재를 고정하는 상황에서, 못과 나사는 등가 구조이다.
본 명세서에서 사용된 "구비하다/구비하는"은 진술된 특징, 완전체, 단계 또는 구성요소들의 존재들에 대해 취해지도록 되어 있으나, 하나 이상의 다른 특징, 완전체, 단계, 구성요소 또는 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 상세한 설명에 포함됨.

Claims (95)

  1. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 방출하는 단계와 상기 검출하는 단계는
    방출된 빔의 전력레벨과의 간접 비례관계에 따라 상기 이미지 캡쳐수단의 복사빔 ON주기 및 이미지의 노출주기를 판단하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    변조단계는 상기 빔의 ON 주기를 상기 이미지 캡쳐수단의 노출주기와 동기시키는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔의 ON 주기는 상기 노출주기보다 더 크거나 미만이거나 동일한 주기중의 하나인 입자검출방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔은 펄스형태인 입자검출방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수 초에서 0.1msec 이하의 범위내에 상기 빔의 ON 주기를 제공하는 단계와,
    1.18mW 이하에서 500mW의 범위내에 대응하는 빔전력 레벨을 제공하는 단계 중 하나 이상을 더 포함하는 입자검출방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단은 초당 25 내지 100 프레임의 범위내에 있는 프레임율로 동작하고 상기 빔은 12.5Hz에서 50Hz 범위내의 주파수에서 펄스로 만들어지는 입자검출방법.
  7. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서,
    대상 입자의 존재와는 다른 이벤트에 해당하는 검출된 이미지내 하나 이상의 변화 및 변화 원인을 완화시키는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 완화시키는 단계는
    전개된 빔폭에 비해 비교적 작은 적어도 하나의 치수를 구비하는 제 1 물품 이 빔과의 최소 상호작용을 일으켜 검출된 이미지에서 이에 따라 줄어든 변화를 제공하도록 전개된 빔폭을 제공하는 단계와,
    상기 빔이 제 2 물품과의 상호작용을 방지하도록 상기 방출된 빔에 대한 소정의 병진운동을 제공하는 단계와,
    제 3 물품과 대상입자를 식별하기 위해 상기 제 3 물품에 의해 야기된 빔의 산란특성을 판단하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 입자검출방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 물품은 거미줄, 실, 필라멘트 중 하나 이상의 이와 같은 물체들을 포함하는 입자검출방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 물품은 대상입자들보다 실질적으로 크기가 더 큰 물체들을 포함하는 입자검출방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 물체들은 먼지 입자들을 포함하는 입자검출방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자들은 연기입자를 포함하는 입자검출방법.
  13. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서,
    상기 검출단계를 지시하기 위해 프로브를 사용하여 상기 방출된 빔을 조사하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로브는 투광성 물체를 구비하는 입자검출방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 검출된 입자들의 광산란 특성과 가까운 광산란 특성을 포함하는 입자검출방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는
    상기 방출된 빔과의 상호작용시에 실질적으로 2차원 물체와,
    상기 방출된 빔과의 상호작용시에 실질적으로 3차원 물체 중 하나 이상을 구비하는 입자검출방법.
  17. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 방출된 빔으로의 이동을 용이하게 하기 위해 지면 높이를 고려해 이동하기 쉬운 입자검출방법.
  18. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서,
    빔을 복수의 단편들로 분할하는 단계와,
    각 빔 단편들에 대해 이미지에 있어 변화를 판단하는 단계와,
    복수의 포인트 입자 검출기를 시뮬레이션하기 위해 이미지에 있어 판단된 변화를 제어지점에 대한 각 단편에 제공하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단은 하나 이상의 이미지 캡쳐장치를 구비하는 입자검출방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단은 마주보는 이미지 캡쳐장치들을 구비하는 입자검출방 법.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    쌍을 이룬 제 1 빔 이미터에 제 1 이미지 캡쳐장치를 제공하는 단계와,
    쌍을 이룬 제 2 빔 이미터에 제 2 이미지 캡쳐장치를 제공하는 단계와,
    상기 제 2 이미지 캡쳐장치를 사용하여 상기 제 1 이미터의 방출된 빔을 모니터하는 단계와,
    상기 제 1 이미지 캡쳐장치를 사용하여 상기 제 2 이미터의 방출된 빔을 모니터하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 쌍을 이룬 제 1 및 제 2 이미터와 이미지 캡쳐장치 중 하나 이상이 하나의 장착장치 및 동일 장착장치에 제공되는 입자검출방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 쌍을 이룬 제 1 및 제 2 이미터와 이미지 캡쳐장치 중 하나 이상을 사전정렬하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 사전정렬하는 단계는 빔이 대응하는 이미지 캡쳐장치의 뷰 중심에 대해 소정 각도로 나타나도록 각각의 이미터의 빔 방향을 설정하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 소정 각도는 θ이고, 각각의 이미터/이미지 캡쳐장치 쌍 간의 거리는 D 미터이어서, 상기 제 1 이미터의 빔의 타깃 스폿 및 상기 제 2 이미지 캡쳐장치 사이의 거리가 아래와 같이
    S = D tanθ
    로 주어지는 입자검출방법.
  26. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서,
    상기 감시되는 영역내 공간에서 소정의 기하학적 지점의 위치를 판단하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는
    상기 이미지 캡쳐수단을 소스에서 산란된 복사로부터 보호하도록 상기 소스 에서의 빔을 조준하는 단계 및 공간적으로 필터링 하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 입자검출방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단이 상기 방출된 빔의 소스를 위치파악 할 수 있게 하기 위해 상기 방출된 빔의 소스 부근에 적어도 하나의 2차 광원을 제공하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는 상기 빔 소스의 위치를 판단하는 단계를 포함하고, 타깃 스폿은 상기 이미지 캡쳐수단에 가까운 지점에 있는 상기 방출빔의 입사지점인 입자검출방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 타깃 스폿은
    프로브에 입사하는 방출빔과,
    먼지 입자에 입사하는 방출빔과,
    상기 이미지 캡쳐수단의 뷰내의 상기 감시되는 영역내 구조물에 입사하는 방출빔 중 하나에 의해 형성되는 입자검출방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단은 상기 타깃 스폿 중 적어도 하나 이상의 이미지들을 형성하기 위한 적어도 하나의 광학소자와 이미지 캡쳐장치를 구비하는 입자검출방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학소자는 적어도 하나의 미러와, 적어도 하나의 유리소자와, 적어도 하나의 프리즘 중 하나 이상을 구비하는 입자검출방법.
  33. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    중첩되는 상기 타깃 스폿 중 적어도 2개 캡쳐 이미지들 간의 중심 간 거리와,
    상기 캡쳐 이미지내 각 타깃 스폿의 위치와,
    상기 적어도 하나의 광학소자의 소정 각도와,
    상기 적어도 하나의 광학소자의 소정 위치 중 하나 이상을 기초로 상기 타깃 스폿의 위치를 판단하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  34. 소스를 소정 속도로 온 오프 진동하게 하는 단계와,
    이미지 캡쳐수단에 의해 포착된 하나 이상의 비디오 이미지들에서 상기 소스를 식별하는 단계와,
    상기 이미지 캡쳐수단 프레임율을 동기로 유지하기 위해 계속 변경하는 단계를 포함하는 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 소스는 넓은 방출각을 구비하는 2차 광원에 적합한 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단 이미지에서 상기 소스 위치파악을 용이하게 하기 위해 상기 광원과 소정의 타이밍 관계로 상기 2차 광원을 플래쉬하는 단계를 더 포함하는 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 2차 광원은 주기적 패턴과, 의사랜덤 시퀀스 중 하나 이상에서 플래쉬되는 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법.
  38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 광원의 발진기의 속도에 가까운 이미지 캡쳐수단의 프레임율을 제공하는 단계와,
    상기 플래쉬 2차 소스를 식별하는 단계와,
    이미지 캡쳐수단 노출과 상기 광원 사이의 타이밍 관계를 유지하기 위해 상기 이미지 캡쳐수단 프레임율의 위상을 가변시키는 단계를 더 포함하는 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법.
  39. 제 34 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 발진기의 주파수는
    AC 주 전원 주파수와 같은 주파수와,
    AC 주 전원 주파수의 배수와,
    AC 주 전원 주파수의 약수 중 하나로 변경되는 광원과 이미지 캡쳐수단 간의 동기방법.
  40. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 이미지에서의 변화는 후방산란 복사에 해당하는 입자검출방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    2차 빔이 제 2 이미지 캡쳐장치의 시야를 가로지르도록 상기 제 2 이미지 캡쳐장치에 비스듬하며 소스에 인접한 제 2 방출빔을 제공하는 단계와,
    상기 감시되는 영역에서 나온 후방산란을 검출하는 단계를 포함하는 입자검 출방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 검출된 후방산란광은 상기 방출빔 방향에 대해 180°이하의 산란각을 갖는 입자검출방법.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 검출된 후방산란광은 상기 방출빔 방향에 대해 90°이하의 산란각을 갖는 입자검출방법.
  44. 제 40 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    빔과 이미지 캡쳐장치 쌍의 물리적 움직임이 있었는지 여부를 판단하기 위해 상기 포착된 이미지의 에지 검출 및 상관관계를 제공하는 단계와,
    임계치 경보수준을 넘어선 상기 포착된 이미지내 타깃 마커의 움직임을 판단하여 이에 의해 빔과 이미지 캡쳐장치 쌍의 물리적 움직임이 있었는지 여부를 판단하도록 이미지 처리를 제공하는 단계와,
    상기 이미지 캡쳐장치에 마커를 제공하여 이에 의해 빔과 이미지 캡쳐장치 쌍의 물리적 움직임이 있었는지 여부를 판단하도록 감시되는 영역에 추가적인 방출복사 소스를 제공하는 단계 중 하나 이상을 더 포함하는 입자검출방법.
  45. 제 1 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포착된 이미지내 상기 방출빔의 타깃 입사빔 스폿의 강도를 기록함으로써 경로손실측정을 판단하는 단계와,
    상기 기록된 강도와 이전에 기록된 강도를 비교하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  46. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    이미지들에서의 변화가 입자의 존재를 나타내도록 이미지 캡쳐수단을 사용하여 상기 영역의 이미지에 있어 변화를 검출하는 단계를 포함하는 입자검출방법으로서,
    상기 빔으로의 임박한 침입을 검출하기 위해 제 1 빔에 인접한 적어도 하나의 추가 빔을 제공하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 빔으로의 침입 검출시에, 상기 제 1 빔이 스위치 오프되는 입자검출방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 빔은 소정의 최대속도를 갖는 물체가 제 1 빔과 상호작용할 수 있기 전에 스위치 오프되는 입자검출방법.
  49. 제 46 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 빔은 상기 제 1 빔 주위로 빔의 이격된 링을 형성하는 복수의 빔을 구비하는 입자검출방법.
  50. 제 46 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  51. 제 46 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 빔과 추가 빔은
    실질적으로 동일 방향이거나,
    실질적으로 반대방향 중 하나로 이동하는 입자검출방법.
  52. 제 46 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 18 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항의 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  53. 제 46 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 빔의 소스는
    환형의 광원과,
    적어도 하나의 광원과,
    적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 홀로그램 중 하나를 포함하는 입자검출방법.
  54. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 복사빔 중 적어도 하나와 이미지에서의 상기 변화를 검출하는 수단이 데이터를 전달하도록 설계되는 입자검출방법.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 복사빔은 레이저빔을 구비하고,
    상기 이미지내 변화를 검출하는 수단은 하나 이상의 카메라와 계산수단을 구비하며,
    상기 입자는 연기입자를 포함하는 입자검출방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 전달되는 데이터는
    카메라/레이저 동기 정보와,
    카메라/레이저 타이밍 정보와,
    카메라/레이저 시스템 구성 데이터와,
    레이저 강도, 듀티 싸이클 및 카메라 노출 명령과,
    레이저 및 카메라 정렬 데이터와,
    멀티레이저 시스템용의 레이저 인에이블/디스에이블 명령과,
    레이저 마커 활성/비활성/듀티 싸이클/강도제어명령과,
    레이저 편광 또는 파장 스위칭 명령과,
    화재 패널 또는 다른 외부시스템에 보고하기 위한 화재경보상태 중 하나 이상을 구비하는 입자검출방법.
  57. 제 54 항, 제 55 항 및 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터는 광전송수단과 무선전송수단 중 하나 이상의 수단에 의해 전달되는 입자검출방법.
  58. 제 54 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화재경보 패널과 상기 데이터를 소통하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  59. 제 54 항 내지 제 58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터는 간섭주파수로부터 멀리 주파수 이동되도록 상기 데이터를 전달하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  60. 제 54 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일련의 데이터와 함께 빔을 진폭변조하기와,
    상기 빔을 변조하기 위해 데이터를 인코딩하기와 같은 하나 이상의 통신기술에 따라 상기 데이터를 전달하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변조 및 인코딩 기술은
    상기 데이터를 랜덤화하기 위해 의사랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)를 사용하여 상기 데이터를 배타적 논리합(exclusive OR)시키기와,
    상기 데이터를 데이터 압축하기와,
    맨체스터 인코딩하기(Manchester encoding)와,
    펄스 위치 변조와,
    펄스 폭 변조와,
    주파수 이동 키잉(frequencey shift keying)과,
    위상 편이 키잉과,
    진폭 편이 키잉과,
    확산 스펙트럼 기술 중 하나 이상을 포함하는 입자검출방법.
  62. 제 54 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 복사소스가 상기 하나 이상의 복사빔 및 이미지내 변화를 검출하는 수단과 결합하여 데이터를 전달하도록 설계되는 입자검출방법.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 복사소스는 LED를 구비하는 입자검출방법.
  64. 제 54 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출수단은 적어도 하나의 컬러 감지장치를 구비하고, 데이터를 전달하도록 설계된 빔 및/또는 추가 복사소스는 3개의 다른 파장 중 하나의 복사를 방출하도록 각각 설계되는 입자검출방법.
  65. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 이미지에서의 왜곡을 보상하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 왜곡은 이미지에서 변화를 검출하기 위한 이미지 캡쳐수단과 동작적으로 결합된 적어도 하나의 광학소자로부터 도출되는 입자검출방법.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 광학소자는 렌즈를 포함하는 입자검출방법.
  68. 제 66 항 또는 제 67 항에 있어서,
    상기 보상단계는
    왜곡을 줄이도록 설계된 합성렌즈를 제공하는 단계와,
    포착된 이미지내 지점과 상기 감시되는 영역내 해당 지점 사이의 실험적 관계를 결정하는 단계와,
    상기 감시되는 영역내 균일하게 조사되는 장면을 사용하여 이미지내 변화를 검출하기 위한 이미지 캡쳐장치를 조정하는 단계와,
    빔의 이미지가 상기 포착된 이미지의 이미지 중심 부근을 지나도록 이미지내 변화를 포착하기 위해 이미지 캡쳐장치와 복사빔을 지향시키는 단계와,
    왜곡된 이미지면과 왜곡되지 않은 이미지면 간의 대응 맵핑을 모델링하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 입자검출방법.
  69. 제 68 항에 있어서,
    상기 모델링하는 단계는
    Figure 112007042073715-PCT00008
    에 따른 수학적 모델을 포함하고,
    여기서, r은 픽셀의 위치를 나타내는 벡터이고,
    r'은 픽셀의 왜곡된 위치이며,
    M은 왜곡 중심으로부터 픽셀의 거리의 함수인 스케일러(scaler) 배율인수이며, M(0)=1이도록 제한되는 입자검출방법.
  70. 감시되는 영역으로 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    이미지 부분을 선택적으로 해상하기 위해 검출된 이미지에 가중치 함수를 적용하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 가중치 함수를 적용하는 단계는
    이미지 캡쳐수단 부근에 있는 빔의 픽셀 캡쳐 부분이 상기 이미지 캡쳐수단으로부터 떨어져 있는 빔의 대응하는 픽셀 필드 캡쳐 부분보다 더 넓도록 검출된 이미지의 이미지 픽셀 필드를 조작하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 조작하는 단계는
    상기 감시되는 영역의 이미지를 포착하기 위해 물리적 광학장치를 설계하는 단계와,
    상기 감시되는 영역의 적어도 하나의 포착된 이미지에 이미지 처리 보정을 적용하는 단계 중 하나를 포함하는 입자검출방법.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 물리적 광학장치를 설계하는 단계는 제 65 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항의 한 방법단계 또는 방법단계들을 더 포함하는 입자검출방법.
  74. 제 72 항 또는 제 73 항에 있어서,
    상기 물리적 광학구성은 렌즈, 프리즘, 및 곡면 미러 중 하나 이상을 구비하는 입자검출방법.
  75. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    빔들이 연속 동작되도록 설계하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 복수의 빔들과 상기 이미지들에서의 변화를 캡쳐하는 이미지 캡쳐수단이 한 평면에 배치되어 있는 입자검출방법.
  77. 제 75 항 또는 제 76 항에 있어서,
    상기 빔들이 연속되도록 설계하는 단계는 빔들 중 하나 이상을 스캐닝하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  78. 제 75 항 내지 제 77 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영역의 이미지들에서의 변화를 포착하는 이미지 캡쳐수단은
    감시되는 영역의 이미지들을 포착하도록 설계된 이미지 캡쳐수단의 신호를 하기와 같이 각 빔에 대한 별개의 산란판독(scattering reading)으로 변환하는 단계를 포함하는 입자검출방법:
    R은 이미지 캡쳐수단으로부터 이미지내 한 픽셀에서의 총 수신신호라 하고,
    Sn은 빔(n)에 의해 조사된 입자들로 인한 기여라 하며, 여기서 빔(n)은 최대전력 상태에 있으며,
    Ln은 1이 최대전력을 나타내고 0은 빔 오프 상태를 나타내는 n번째 레이저의 전력이라 하며(분수 레이저 전력 0<Ln<1이 또한 허용된다),
    N은 레이저의 총 개수라 하면,
    다음과 같은 식으로 표현되고
    Figure 112007042073715-PCT00009
    여기서, N개 프레임들이 취해지고, 각각이 N개 선형독립 벡터 빔 상태들[L11…L1N]…[LN1…L1N]을 가지며, 이미지가 포착되는 주기에 걸쳐 산란기여[S11…S1N] …[SN1…S1N]가 일정하다고 가정하면(즉,[Sm1…SmN]=[S1…SN], 1≤m≤N), 이에 따라 수신된 신호(Rm)는 다음과 같이 되고
    Figure 112007042073715-PCT00010
    이는 행렬을 사용하여 상기 식을 표현할 수 있으며
    Figure 112007042073715-PCT00011
    벡터[S1…SN]는 연립 방정식을 풀기 위한 방법을 사용하여 해가 구해짐.
  79. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    제어되는 방식으로 위치파악되게 상기 이미지들을 검출하는 수단과 복사소스 중 적어도 하나를 설계하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  80. 제 79 항에 있어서,
    상기 설계하는 단계는
    이미지를 검출하기 위한 수단과 각각의 복사원에 4개까지 자유도가 설계되어 총 8개 자유도를 제공하도록
    패닝(panning)과,
    기울기(tilting)와,
    주밍(zooming)과,
    롤링(rolling) 중 적어도 하나를 포함하는 입자검출방법.
  81. 제 80 항에 있어서,
    각각의 팬, 기울기, 줌 및 롤 장소에서 위치를 판단하기 위한 다차원 룩업 테이블(lookup table)에 8개까지의 자유도를 표현하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  82. 제 81 항에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐수단과 상기 빔 복사소스의 내인성 및 외인성 파라미터 중 하나 이상에 따라 각각의 팬, 기울기, 및 줌 장소내 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  83. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 이미지들이 적어도 2개의 위치에 있는 이미지 검출기에 의해 검출되는 입자검출방법.
  84. 제 83 항에 있어서,
    변화가 상기 적어도 2개의 위치에서 검출된 이미지들에 공통되지 않는 이미지들을 폐기하는 단계를 더 포함하는 입자검출방법.
  85. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    상기 복사빔을 감시하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  86. 제 85 항에 있어서,
    상기 감시단계는 상기 감시되는 영역의 이미지들을 포착하기 위한 이미지 캡쳐수단에 의해 행해지는 입자검출방법.
  87. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    상기 이미지들에서의 변화검출을 강화하기 위해 상기 검출된 빔의 중심부를 마스킹하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  88. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    상기 감시되는 영역의 이미지들을 포착하기 위해 설계된 이미지 캡쳐수단의 동작을 검사하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  89. 제 88 항에 있어서,
    상기 검사하는 단계는
    상기 이미지 캡쳐수단에 기준 조명을 제공하는 단계와
    사전지시된 상태(pre-commissioned state)로 상기 이미지 캡쳐수단의 기준 이미지를 저장하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 입자검출방법.
  90. 감시되는 영역으로 복수의 복사빔을 방출하는 단계와,
    입자의 존재를 나타내는 상기 영역의 이미지들에서의 변화를 검출하는 단계와,
    상기 이미지들에서의 검출된 변화와의 간섭을 보상하기 위해 상기 검출된 이미지를 평가하는 단계를 포함하는 입자검출방법.
  91. 제 90 항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    상기 빔이 오프인 배경 이미지를 상기 빔이 온인 활성 이미지에 대해 비교하는 단계와,
    상기 빔의 측면에 배치된 기준 영역을 사용하여 이미지들 간의 상대 변화를 추적하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 입자검출방법.
  92. 소정의 명령 세트에 따라 동작하도록 설계되는 프로세서 수단을 구비하고,
    상기 명령 세트와 결부하여, 제 1 항 내지 제 91 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설계되는 입자검출장치.
  93. 데이터 처리 시스템내에 입자들을 검출하기 위해 컴퓨터 이용가능 매체상에 구현되는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드와 컴퓨터 판독가능 시스템 코드를 갖는 컴퓨터 이용가능 매체를 구비하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    제 1 항 내지 제 91 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해 상기 컴퓨터 이용가능 매체내에 컴퓨터 판독가능 코드를 구비하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  94. 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법 또는 프로토콜.
  95. 본 명세서에 기술된 바와 같은 기기, 장치 또는 시스템.
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