PL209039B1 - Sposób wykrywania obiektów za pomocą czujników podczerwien - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania obiektów za pomocą czujników podczerwieni stosowany zwłaszcza w systemach ochrony.

Znane są sposoby wykrywania obiektów pojawiających się w polu obserwacji czujnika podczerwieni opisane w polskich opisach patentowych nr 155717 i 156033, w których porównuje się amplitudę sygnału na wyjściu detektora z wcześniej ustalonymi progami detekcji. Po przekroczeniu założonego progu sygnalizuje się fakt wykrycia intruza. W sposobach tych nie uwzględnia się zmieniającej się temperatury otoczenia, co powoduje wiele fałszywych alarmów.

Znany jest również sposób, w którym zmiany promieniowania otoczenia (tła) niweluje się przez zastosowanie analogowego układu całkującego zmieniającego progi detekcji w takt zmian temperatury otoczenia. Sposób ten wymaga wstępnego ustawiania progów detekcji przez użytkownika. Jego wadą jest mała odporność na krótkotrwałe zakłócenia termiczne otoczenia (na przykład gwałtowny ruch liści drzew spowodowany wiatrem) i konieczność ręcznego ustawiania czułości układu detekcyjnego przez użytkownika.

Znane są również sposoby polegające na zastosowaniu cyfrowej analizy sygnałów rejestrowanych przez czujniki podczerwieni. W sposobie przedstawionym w opisie patentowym USA nr 5,453,733 analizuje się wielopoziomowe kombinacje wartości sygnału alarmu i sygnału tła. Natomiast w opisie patentowym USA nr 5,504,473 rejestruje się amplitudę określonej liczby próbek sygnału i dzieli się je następnie na 3 kategorie, które porównuje się z ustalonym wcześniej wzorcem. Sposoby te wymagają skomplikowanych układów pamięci i nie określają strefy naruszonej przez intruza. Ponadto nie zmieniają czułości czujnika w trakcie zmian warunków meteorologicznych i nie mogą analizować sygnału na bieżąco w czasie rzeczywistym.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że w oknie czasowym zawierającym N próbek mierzy się ze stałym okresem powtarzania i kolejno zapamiętuje wartości chwilowe amplitudy sygnału odbieranego przez czujnik podczerwieni. Po wykonaniu N pomiarów oblicza się oraz rejestruje wartość średniej arytmetycznej amplitudy próbek zawartych w oknie czasowym. Następnie przesuwa się utworzone okno czasowe o czas równy przerwie między poszczególnymi próbkami i dokonuje się kolejnych pomiarów oraz obliczeń średniej arytmetycznej. Po wykonaniu N obliczeń wyznacza się wartość średniego odchylenia S kolejnych chwilowych wartości sygnału odbieranego jako różnicę zmierzonej kolejnej wartości chwilowej sygnału i obliczonej średniej arytmetycznej oraz wyznacza się i rejestruje wartość bezwzględną |S|, zaś po wykonaniu M obliczeń wartości bezwzględnej |S|, określa się wartość chwilową progu detekcji z wyrażenia:

^S1 + |^S2| +... |^sm

M

Po tym oblicza się wartość skorygowanego progu detekcji mnożąc obliczoną wartość progu detekcji przez współczynniki korekcji, a następnie korzystając z K pomiarów wartości chwilowej amplitudy oblicza się wartość funkcji G z wyrażenia:

^Si| + ^S2+... I^sk|

G = I ' ¹ '-!—L

K

Następnie porównuje się obliczoną wartość funkcji z wartością skorygowanego progu detekcji i gdy wartość funkcji jest równa lub większa od wartości skorygowanego progu detekcji przyjmuje się, że strefa chroniona zastała naruszona.

Ponadto strefę obserwacji można podzielić na dwie strefy, a pomiary oraz obliczenia wykonuje się w obydwu strefach jednocześnie, po czym określa się znak chwilowej wartości odchylenia S amplitudy sygnału odbieranego i gdy wartość ta jest dodatnia przyjmuje się, że nastąpiło naruszenie jednej strefy, zaś gdy jest ujemna przyjmuje się, że naruszono strefę drugą.

Dzięki zastosowaniu w sposobie według wynalazku korekcji progu detekcji w zależności od zmieniających się warunków meteorologicznych, zmiennej intensywności promieniowania słonecznego oraz temperatury tła, zmniejszyła się znacznie liczba fałszywych alarmów. Natomiast wykorzystanie dwóch detektorów lub detektorów dwuelementowych umożliwia podział strefy chronionej na dwie strefy i wykrycie, w której strefie znajduję się intruz.

PL 209 039 B1

Sposób według wynalazku jest bliżej wyjaśniony w oparciu o rysunek. Na rysunku przedstawiono wykres chwilowych wartości amplitudy próbek na wyjściu detektora w funkcji czasu oraz zasadę tworzenia przedziałów czasowych, w których analizowane są sygnały odbierane przez czujnik podczerwieni i pojawiające się na wyjściu detektora.

Analiza sygnałów zastosowana w sposobie według wynalazku jest oparta na wyznaczaniu wartości średniej ruchomej w trzech przedziałach czasu o ustalonej długości to znaczy zawierających określoną liczbę próbek N, M, K. W każdym przedziale czasowym mierzy się i rejestruje ze stałym odstępem czasowym wartość chwilową amplitudy a sygnału na wyjściu detektora podczerwieni. Analizę według przedstawionej metody można rozpocząć po pobraniu co najmniej N próbek od chwili włączenia urządzenia. Wtedy oblicza się poziom odniesienia a_o w przedziale N z wartości próbek według zależności:

ao = (a, + a,-i + a^ +... β^+ι + a^) · —

N gdzie i oznacza numer ostatniej pobranej próbki liczony od początku analizy z N ostatnio zapamiętanych próbek. Po wykonaniu obliczeń poziomu odniesienia as wylicza się wartość chwilowego odchylenia S sygnału od wyliczonego poziomu odniesienia a_o i zarejestrowanej wartości amplitudy z zależności:

Sm ^{= a}i-m-1 ^{- a}o gdzie me[1, M], a M oznacza liczbę próbek przyjętą do wyznaczenia wymaganego zbioru odchyłek. Następnie wyznacza się wartość bezwzględną każdego z chwilowych odchyleń |S|. Po wyznaczeniu wszystkich M wartości odchylenia S wylicza się chwilową wartość progu detekcji D z zależności:

^S1 + ^S2 + ... ^SM D = l i -!—!.

M

Po obliczeniu progu detekcji D pobiera się z pamięci wartości współczynników korekcji A oraz k i wyznacza wartość skorygowanego progu detekcji D* z zależ ności:

D* = D · A · k gdzie A jest współczynnikiem korekcji zależnym od konstrukcji czujnika, a k współczynnikiem zależnym od warunków meteorologicznych występujących w trakcie pomiarów.

W kolejnym kroku wylicza się wartość funkcji pomocniczej G biorą c do wyliczeń chwilową wartość amplitudy próbek a z przedziału czasowego zawierającego ostatnie K kolejnych próbek. Funkcję G wylicza się z zależności:

|^S1 + |^S2 +... |^sk|

G ' '-!—L

K

Następnie porównuje się wartość wyliczonej w kolejnym kroku funkcji G z wcześniej wyliczoną i zarejestrowaną wartością skorygowanego progu detekcji D* i gdy wartość funkcji G przekroczy wartość progu detekcji D* zakłada się, że nastąpiło naruszenie strefy chronionej. Jeżeli w czujniku podczerwieni zastosuje się dwa detektory lub detektory dwuelementowe to strefę obserwacji czujnika można podzielić na dwie strefy. Wtedy oblicza się wartość średniego odchylenia S_s za okres K próbek z zależności:

S = ^S1 + ^S2 + ... + ^SK ^s = K

Na podstawie znaku Ss określa się, która strefa została naruszona. Gdy Ss < 0 to przyjmuje się, że nastąpiło naruszenie jednej strefy, a gdy Ss > 0 to naruszona została strefa druga.

W kolejnym kroku usuwana z pamię ci jest próbka o numerze i-N a nastę pnie pobierana jest i zapamiętywana następna próbka o numerze i = i + 1 oraz powtarzana jest analiza od początku tj. od ponownego obliczenia wartości średniej a_o.

Analiza sygnałów jest poprawna gdy spełniony jest warunek: K << M < N.

Claims (2)

1. Sposób wykrywania obiektów za pomocą czujników podczerwieni, w którym sygnał rejestrowany przez czujnik podczerwieni przekazuje się na detektor, a wartość sygnału z wyjścia detektora porównuje się z wartością sygnału odniesienia i gdy wartość sygnału odebranego przez czujnik przekroczy wartość sygnału odniesienia sygnalizuje się fakt naruszenia strefy chronionej, znamienny tym, że w oknie czasowym zawierającym (N) próbek mierzy się ze stałym okresem powtarzania i kolejno zapamiętuje wartości chwilowe amplitudy sygnału odbieranego przez czujnik podczerwieni z określoną częstotliwością powtarzania, a po wykonaniu (N) pomiarów oblicza się oraz rejestruje wartość średniej arytmetycznej amplitudy próbek zawartych w oknie czasowym, a następnie przesuwa się utworzone okno czasowe o czas równy przerwie między poszczególnymi próbkami i dokonuje się kolejnych pomiarów oraz obliczeń średniej arytmetycznej zaś po wykonaniu (N) obliczeń wyznacza się wartość średniego odchylenia S kolejnych chwilowych wartości sygnału odbieranego jako różnicę zmierzonej kolejnej wartości chwilowej sygnału i obliczonej średniej arytmetycznej oraz wyznacza się i rejestruje wartość bezwzględną średniego odchylenia |S|, zaś po wykonaniu (M) obliczeń wartości bezwzględnej |S|, określa się wartość chwilową progu detekcji z wyrażenia:

^S1 + ^S2 + ... ^SM D =

M a po tym oblicza się wartość skorygowanego progu detekcji mnożąc obliczoną wartość progu detekcji przez współczynniki korekcji i następnie korzystając z (K) pomiarów wartości chwilowej amplitudy oblicza się wartość funkcji G z wyrażenia:

^S1+|^S2+... |^sk|

G =K i porównuje się obliczoną wartość funkcji z wartością skorygowanego progu detekcji, a gdy wartość funkcji jest równa lub większa od wartości skorygowanego progu detekcji przyjmuje się, że strefa chroniona zastała naruszona.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strefę obserwacji dzieli się na dwie strefy, a pomiary oraz obliczenia wykonuje się w obydwu strefach jednocześnie i określa się znak chwilowej wartości odchylenia amplitudy sygnału odbieranego S, a gdy wartość ta jest dodatnia przyjmuje się, że nastąpiło naruszenie jednej strefy, zaś gdy jest ujemna przyjmuje się, że naruszono strefę drugą.