PT611242E - Sistema para a vigilancia e deteccao de fontes de calor em espacos abertos - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"SISTEMA PARA A VIGILÂNCIA E DETECÇÃO DE FONTES DE CALOR EM ESPAÇOS ABERTOS"

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Um dos principais problemas que se encontram associados com a luta contra os fogos nas florestas é o intervalo de tempo decorrido antes de que seja tomada qualquer acção. devido em parte à falta de mecanismos automáticos que os possam detectar atempadamente.

Os procedimentos actuais para a detecção de fogos nas florestas são, na maioria dos casos, baseados na utilização de meios humanos para vigiar zonas nas quais o fogo constitui um risco potencial e há somente alguns casos esporádicos em que os sistemas baseados em detectores direccionais podem accionar o alarme caso o nível, de radiações exceda um limite previamente determinado. Estes sistemas enfermam de um certo numero de inconvenientes, como sejam por exemplo: - serem incapazes de processar uma dada zona de observação em paralelo e em tempo real serem incapazes de identificar e de classificar as fontes de calor - a informação gerada pelo detector ser de baixa qualidade, sobretudo em termos de resolução espacial a velocidade de actualização ser baixa - ser impossível exibir a informação proveniente do detector para um operador sob a forma de uma imagem real num ecrã em decorrência do anteriormente exposto, a eficácia de detecção destes sistemas é reduzida em termos de velocidade de resposta e em termos da probabilidade de se verificarem falsos alarmes 2 2

" $ y. Ο Pedido de Patente Europeia n°. 117 162 descreve um sistema de detecção de fonte de calor que se baseia num elemento de detecção de infravermelhos que desempenha um varrimento circular por etapas. A ocorrência de uma fonte de calor é detectada- enviando a informação proveniente do sensor para uma estação remota em que, para cada um dos pontos, a intensidade do sinal proveniente do detector é comparada com a que estava registada durante o varrimento anterior, gerando um sinal de alarme caso seja excedido um determinado limite. A necessidade de deslocar mecanicamente o detector e por etapas em cada ponto da zona a ser vigiada, conjuntamente com as características unidimensionais do próprio detector, significam que o sistema é lento, de baixa resolução e passível de criar falsos alarmes. O documento PCT W091/09390 descreve um sistema de combate a incêndios com base em observatórios que se encontram também dotados de detectores de infravermelhos com a adição de câmaras diurnas. Os fogos são detectados no próprio observatório o que é, como tal, mais complexo e consequentemente menos fiável do que se tivesse sido levado a cabo numa estação de controlo remota. Os inconvenientes associados com a utilização de detectores de infravermelhos ao invés de câmaras de visão de infravermelhos são os mesmos que foram descritos com referencia à Patente n°. EP 117 162. O artigo “A real time image processor for automatic bright spot detection” apresentado no 'Onzieme colloque sur le traitement du signal et des images”, GRETSI, (Nice, 1987), por G. Jacovitti e R. Cusani, revela um sistema de detecção com base em estações periféricas com câmaras diurnas e câmaras de infravermelhos montadas em dois posicionadores com finalidades distintas: a câmara de infravermelhos roda continuamente e exclusivamente no plano horizontal sendo usada para o processamento de imagens para detectar locais quentes, enquanto que a câmara diurna pode ser movimentada num plano horizontal e num plano vertical por intermédio do pessoal por forma a efectuar de um modo directo a vigilância panorâmica e a vigilância visual. A principal novidade da presente invenção reside no facto de o processo reivindicado de

f detecção de fogos florestais se basear no processamento simultâneo de imagens tanto de imagens de infravermelhos como de imagens diurnas. Com este objectivo, a presente invenção refere-se a uma nova configuração de subsistema de visão formada por duas câmaras, de infravermelhos e visual, estando ambas alinhadas opticamente e montadas num posicionador comum de dois eixos de forma a proporcionar de um modo permanente o mesmo campo de visão na sua abrangência total que no plano horizontal como no plano vertical. O processamento simultâneo tanto do espectro do visível como do espectro dos infravermelhos proporciona vantagens para a detecção de um fogo real na floresta, fazendo ainda diminuir de uma forma notável a taxa de falsos alarmes provocados por alvos como sejam reflexos solares, luzes eléctricas ou motores de combustão.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO O objecto da presente invenção visa proporcionar um sistema que permite que as ocorrências de fontes de calor identificáveis como “incêndios” sejam detectadas de uma forma rápida e exacta, gerando um sinal de alarme, proporcionando ao mesmo tempo informações sobre a sua localização geográfica e outros parâmetros úteis que vão auxiliar na tomada de decisão acerca dos meios que devem ser empregues de forma a apagar o incêndio em questão. O sistema da presente invenção baseia-se fundamentalmente: - na utilização de câmaras de visão de infravermelhos como elemento de observação principal para gerar imagens térmicas e câmaras de visão diuma para auxiliar na detecção e na identificação. Em cada momento as câmaras proporcionam informações bidireccionais sobre uma cena no interior de uma zona dedicada ao observatório. na utilização de algoritmos de processamento de imagens digitais originais e específicos para a detecção de fontes de calor. Isto proporciona melhorias na filtragem de imagens, e na sua segmentação, fusão.de dados, correlação, etc. na exibição das cenas captadas pela câmara de visão num monitor de forma a que estas possam ser supervisionadas por um operador. 4

na utilização de observatórios totalmente automatizados de complexidade mínima de forma a que possam ser transportáveis e autónomos em termos energéticos. Este factor implica também uma maior fiabilidade e custos reduzidos na concentração do processamento digital das imagens a partir de vários observatórios numa estação de controlo .que apresenta espaço e energia ilimitados podendo, assim, ser artilhado com equipamento com uma maior capacidade de processamento e de consumo do que os observatórios que se encontram afastados e isolados. Isto proporciona uma maior fiabilidade, uma manutenção ais fácil e custos reduzidos.

De acordo com a presente invenção, o sistema de detecção consiste por vários subsistemas de visão situados em observatórios e um subsistema de estação de controlo, estando dotado das instalações de comunicações e de fontes de alimentação de energia que são necessárias para o seu funcionamento. O seu funcionamento baseia-se no processamento digital na estação de controlo das imagens geradas pelas câmaras de infravermelhos e pelas câmaras de visão diurna que se encontram colocadas nos observatórios e que são usadas como elementos detectores de fontes de calor.

Cada subsistema de visão transmite informações de vídeo, da situação e da posição da câmara à estação de controlo.

As imagens térmicas e visíveis são processadas e exibidas na estação de controlo de modo a identificar a ocorrência de fontes de calor.

Um processador localizado na estação de controlo controla a operação do sistema como um todo e gera os padrões operacionais de cada observatório.

Durante o normal funcionamento o posicionador de cada subsistema de visão leva a cabo sequências de exploração contínuas de orientação e de exploração através das zonas vigiadas que se encontram destinadas ao observatório. Esta sequencia pode ser 5

interrompida caso seja desencadeado um alarme ou pode ser ainda interrompida manualmente conforme seja requerido pelo operador do sistema.

Caso ocorra uma fonte de calor e os seus parâmetros a identifiquem como “fogo”, o sistema gera um sinal de alarme conjuntamente com a posição geográfica e com outros dados úteis relativamente à fonte de calor detectada, de forma a que as decisões possam ser tomadas mais facilmente e os meios disponíveis possam ser usados mais eficazmente de modo a extinguir o fogo.

As imagens de vídeo e as informações relativas à posição e ao estado provenientes de cada um dos observatórios ficam disponíveis para o operador do sistema em simultâneo, em especial as informações que são provenientes do observatório a partir do qual o alarme foi dado.

Podem ser definidas zonas de inibição do alarme dentro da área de cobertura do sistema de modo a evitar que fontes de calor conhecidas ou que se encontrem controladas produzam alarmes falsos.

Sob condições normais de funcionamento cada um dos observatórios proporciona um raio de cobertura superior a 10 km das fontes de calor ou de fogo de um metro quadrado e de temperaturas superiores a 400°C, embora esta cobertura dependa do tamanho da fonte de calor e da sua temperatura, podendo ser muito maior no caso de uma fonte de calor típica (10 metros quadrados)

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

De modo a que as características da presente invenção sejam melhor compreendidas, os desenhos anexos ilustram um exemplo não limitativo de uma forma de realização da mesma.

Nos desenhos: 6 6

a Figura 1 representa um diagrama da instalação completa para a vigilância e detecção de incêndios compreendendo quatro subsistemas de visão e um sistema de estação de controlo: a Figura· 2 é um diagrama em bloco de um dos subsistemas de visão ilustrados na Figura 1, e que se encontram distribuídos ao longo da zona a ser vigiada; a Figura 3 é um diagrama em blocos do subsistema da estação de controlo ilustrado na Figura 1, em que os processos de detecção de fonte de calor e de geração de sinais de alarme se encontram centralizados.

DESCRIÇÃO DE UMA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERENCIAL

Conforme foi já indicado, o sistema de vigilância que faz parte do objecto da presente invenção compreende um numero de subsistemas de visão autónomos e transportáveis e um sistema de processamento e controlo das imagens.

No exemplo ilustrado na Figura 1, o subsistema inclui um subsistema de controlo e de processamento das imagens 1 e quatro subsistemas de visão 2.

Cada um dos subsistemas de visão 2 inclui uma fonte de energia eléctrica que, no exemplo mostrado no desenho, se encontra representado sob a forma de um painel solar 3 mas que podia, obviamente, ser de um tipo diferente dependendo das disponibilidades, das condições requeridas, etc. Cada subsistema de visão compreende ainda câmaras 4, meios complementares 5 e. equipamento de comunicações 3. A estação de controlo e processamento 1 inclui equipamento de comunicações 7, processadores de vídeo 8 e monitores 9 bem como um processador de controlo, uma consola de controlo, periféricos e elementos auxiliares que se encontram indicados conjuntamente na figura pelo numero 10.

Cada subsistema de visão 2 é um sistema compacto, autónomo e transportável que pode ser instalado no exterior. Conforme se encontra ilustrado na Figura 2, cada subsistema de visão compreende uma câmara de visão de infravermelhos 11, uma câmara de visão diurna 12, um posicionador de dois eixos 13, equipamento de comunicações 14, uma fonte de energia eléctrica 15 e elementos auxiliares 16. A câmara de visão de infravermelhos 11 consiste por um dispositivo de elementos no estado sólido que é sensível ao espectro visível, estando os elementos electrónicos, os controlos de luminosidade e de contraste, as saídas padronizadas de formato e de sincronização de vídeo e as lentes com dispositivos de aproximação e de abertura adaptados para ser montados no exterior. O posicionador de eixos duplos 13 constitui o suporte para as câmaras de visão de infravermelhos e para as câmaras de visão diurna e encontra-se dotado de dois eixos para permitirem o movimento orientacional e elevacional e de dois motores eléctricos e de transdutores de posição angular. Como anteriormente, o posicionador encontra-se adaptado para ser montado no exterior. O equipamento de comunicações 14 forma o suporte de trocas entre o subsistema de visão e a estação de controlo. Os canais de comunicação são: dois canais de vídeo unidireccionais do subsistema de visão para a estação de. controlo, um * canal bidireccional para os dados digitais e um canal de áudio bidireccional.

Se forem usadas ligações de comunicações de rádio, o equipamento de comunicações 14 compreende um modulador, um transmissor e uma antena para enviar os sinais de vídeo para a consola de controlo e para um modem, um transmissor/receptor e uma antena para a troca de dados digitais entre o subsistema de visão e a estação de controlo. É ainda possível usar o canal de vídeo para a transmissão de dados para a estação de controlo usando um sub-transportador.

Se forem usadas ligações de comunicação por fios , os sinais de vídeo modulados e amplificados são enviados directamente ao longo dos cabos coaxiais adequados e as comunicações digitais são levadas a cabo por intermédio de um modem e de uma ligação telefónica. È ainda possível usar fibras ópticas como meio de comunicação para os sirgais de vídeo e de dados.

Finalmente, é também possível usar sistemas que consistem por uma mistura dos meios anteriormente descritos. A fonte de energia 15 compreende um sistema para gerar e armazenar energia eléctrica e baseia-se em painéis solares, em geradores eólicos, etc., baterias, controlos electrónicos para o carregamento das baterias e para a vigilância da sua condição, bem como conversores de saída para proporcionar as voltagens de alimentação requeridas.

Finalmente, os elementos auxiliares 16 são constituídos por elementos electrónicos necessários para controlar, quer remotamente quer localmente, os motores do posicionador e para adquirir dados de posição dos transdutores angulares e dos outros sinais que se encontram relacionados com a condição do subsistema de visão, o painel de controlo local para o posicionados e as câmaras, o codificador de serie para os dados a serem enviados para a estação de controlo e o descodificador para os comandos recebidos da referida estação, o compartimento externo, acessórios de ajuste mecânico, um sistema de arrefecimento e cablagens. A Figura 3 ilustra um diagrama em blocos de uma estação de controlo e processamento de imagens destinado a um sistema com quatro subsistemas de visão.

De acordo com o exemplo ilustrado na Figura 3, a estação de controlo inclui um processador de vídeo 18 e um conjunto de equipamento de comunicações 19 para cada subsistema de visão, um processador de controlo 20, uma consola de controlo 21, periféricos 22 e elementos auxiliares 23.

Cada processador de vídeo 18 consiste de um processador cuja aplicação específica é o processamento digital das imagens. Compreende basicamente os seguintes elementos: um selector de vídeo de infravermelhos/visível, um digitalizador de vídeo, uma unidade

de processamento central com um programa residente, ligações de entrada e de saída e um monitor de vídeo 24. O sinal de vídeo analógico da câmara diurna ou da câmara de infravermelhos do sistema de visão é digitalizado em tempo real por intermédio de um conversor de analógico para digital e armazenado momento a momento numa memória de vídeo específica que pode ser acedida pela unidade de processamento central. Os programas residentes na unidade de processamento central implementam a analise dos algoritmos de imagem e dos algoritmos destinados a extrair as características que são úteis para a detecção, classificação e identificação das fontes de calor. Uma vez processado, o sinal de vídeo digital é convertido para a forma analógica de modo a exibir a imagem proveniente do subsistema de visão para o operador num monitor de vídeo. Sinais de vídeo artificiais gerados pelo processador de vídeo são sobrepostos sobre o sinal de vídeo proveniente da câmara de modo a destacar as áreas de interesse presentes na cena e com uma dada indicação das condições. O processador de controlo 20 é um processador de múltiplas aplicações com um programa residente destinado a controlar e supervisionar a totalidade do sistema. Está dotado das porções de ligação necessárias para se integrar com o equipamento de comunicações 19, com o processador de vídeo 18, com a consola 21 e com os periféricos 22. A consola de controlo 21 constitui a ligação homem/maquina entre o operador e o sistema e consiste por uma disposição de vídeo, não ilustrada, um monitor de vídeo principal 24a, um ecrã de gráficos 25, um painel de alarme 26 e um painel de controlo. A disposição de vídeo compreende pelo menos tantas entradas quanto os subsistemas de visão existentes e pelo menos três saídas, uma destinada ao monitor principal, outra para o gravador de vídeo e uma terceira saída auxiliar destinada a transmitir sinais de vídeo para um ponto remoto. Em cada momento, o processador de controlo 20 selecciona a entrada associada com cada uma destas saídas. 10

O monitor de vídeo principal 24a é maior do que os outros monitores e mostra o sinal de vídeo escolhido pelo operador, sinal de vídeo esse que provem de qualquer um dos subsistemas de visão ou da saída do gravador de vídeo. O ecrã de gráficos 25 pode exibir mapas geográficos da zona a ser vigiada bem como informações úteis para o controlo dos meios de extinção de incêndios. O painel de alarme 26 contem elementos de sinalização visuais e acústicos destinados a indicar as condições de pre-alarme e de alarme geradas pelos processadores de vídeo 18. O painel de controlo constitui a ligação homem/maquina para o controlo geral e para a supervisão do sistema e encontra-se ligado directamente ao processador de controlo 20. Fisicamente, este painel consiste por um teclado alfanumérico, elementos de posicionamento manuais (joystick) 28, ecrã de exibição de dados 29 e um conjunto de indicadores e de comutadores de selecção 30. A estação de controlo está ainda dotada de um conjunto de equipamento de comunicações 19 para cada subsistema de visão, correspondendo as características do equipamento às características do equipamento de comunicações do subsistema visual. O gravador e reprodutor de vídeo 31 proporciona meios de gravação do sinal de vídeo proveniente de qualquer uma das câmaras. Os dados digitais e a informação sobre a condição do sistema são registadas no canal de som em sincronia com á imagem. O sinal de vídeo é exibido no monitor principal 24a. está dotado de um controlo manual e de um controlo automático do processador de controlo 20. O dispositivo principal de armazenamento de dados 32, o qual pode ser óptico ou magnético, contem a base de dados histórica do sistema e os parâmetros operacionais. A impressora 33 compreende qualquer dispositivo de registo em papel e constitui o meio principal de registo de acontecimentos, principalmente de alarmes. 11

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As características dos elementos auxiliares 23 dependem em grande medida das dimensões do sistema. Estes elementos incluem, basicamente, um sistema de alimentação de energia que não pode ser interrompido, ar condicionado, armários e o restante equipamento que se toma necessário para prestar apoio aos elementos anteriormente descritos.

Lisboa, 2':0 JAN.-2Q00 O Agente Oficial da propriedade Industrial

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Claims (9)

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1. Um sistema para a vigilância e detecção de fontes de calor em espaços abertos, em particular para a detecção e identificação de fogos em espaços abertos com vários quilómetros quadrados, que consiste por um numero de subsistemas de visão autónomos transportáveis (2) e por uma estação de controlo e de processamento das imagens (1) em que os referidos subsistemas de visão (2) estão dotados de câmaras de visão de infravermelhos e diurnas (11 e 12, respectivamente), de posicionadores (13), e de meios complementares, e que se encontram localizadas em observatórios distribuídos ao longo da zona a ser vigiada, estando nela centralizada o processamento das imagens provenientes dos subsistemas de visão (2), e onde o funcionamento geral do sistema é vigiado e controlado, caracterizado por cada um dos referidos subsistemas de visão (2) ser constituído por duas câmaras de visão, de infravermelhos (11) e diuma (12), alinhadas com o mesmo eixo óptico e apresentado o mesmo campo de visão, montadas sobre um posicionador (13) de eixo duplo comum com movimento de elevação e de orientação e que serve de suporte às referidas câmaras, em que o referido posicionador (13) leva a cabo uma sequencia de exploração programada de orientação e de elevação ao longo da zona vigiada destinada ao observatório, em que cada um dos referidos subsistemas de visão (2) inclui ainda uma alimentação de energia eléctrica e equipamento de comunicações, elementos de controlo e elementos mecânicos de suporte auxiliares (16) que proporcionam ao sistema protecção ambiental e climatérica, e em que a referida estação central (1) compreende meios destinados a processar digitalmente as imagens que são provenientes do conjunto de câmaras remotas (4), tanto de infravermelhos (11) como diurnas (12), sendo os sinais de vídeo por elas produzidos enviados para a referida estação central de controlo (l) na qual as imagens são simultaneamente processadas de um modo digital e exibidas e em que é gerado um alarme se ocorrer uma fonte de calor.

2. Um sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estação central de controlo (1) agir como um processador central e como um ponto de ligação homem/maquina e compreender pelo menos um processador de controlo (20), 2

processadores de vídeo (18) e tantos conjuntos de equipamento de comunicações quantos subsistemas de vídeo (2) existirem, bem como uma consola de controlo (21) que constitui o elemento de ligação homem/maquina com o operador, em que a referida consola de controlo (21) incluindo um conjunto de vídeo, um monitor de vídeo principal que mostra um sinal de vídeo escolhido pelo operador de entre um dos subsistemas de visão (2) ou o gravador de vídeo, um écrã gráfico (25) que pode mostrar mapas e informações sobre a zona que está a ser vigiada, um painel de alarme dotado de meios de sinalização destinados a indicar as condições de pre-alarme e de alarme geradas pelos processadores de vídeo (18) e um painel de controlo que constitui a ligação homem/maquina para o controlo geral e para a supervisão do sistema.

3. Um sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada um dos referidos processadores de vídeo (18) consistir num processador cuja aplicação específica é o processamento digital das imagens e que compreende um selector de vídeo infravermelho/visível, um digitalizador de vídeo, uma unidade de processamento central com um programa residente, pontos de ligação de entrada/saída e um monitor de vídeo.

4. Um sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a unidade de processamento central levar simultaneamente a cabo o processamento digital em tempo real das imagens de infravermelhos e das imagens diurnas de modo a detectar, identificar e classificar as fontes de calor. t

5. Um sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o sinal de vídeo analógico proveniente das câmaras de infravermelhos e/ou das câmaras diurnas ser digitalizado em tempo real por intermédio de um conversor de analógico para digital e ser armazenado imagem a imagem numa memória de vídeo que pode ser acedida pela unidade de processamento central, sinal de vídeo esse que, uma vez processado, é convertido para a forma analógica de modo a ser exibido num monitor de vídeo conjuntamente com os gráficos e com os caracteres gerados pelo processador de vídeo de modo a destacar as áreas de interesse na imagem.

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Um sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada processador de controlo consistir por um processador genérico com um programa residente destinado a controlar e a vigiar o sistema, estando ainda dotado de pontos de ligação de entrada e de saída para a sua integração com o equipamento de comunicações, com os processadores de vídeo, com a consola de controlo e com os periféricos.

7. Um sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o conjunto de vídeo compreender pelo menos tantas entradas quantos os subsistemas de visão existentes e pelo menos três saídas, uma para o monitor principal, outra para o gravador de vídeo, e uma saída auxiliar para transmitir o sinal de vídeo para um ponto remoto, seleccionando o processador de controlo a cada instante a entrada associada com cada uma das referidas saídas.

8. Um sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as características de cada conjunto de equipamento de comunicações corresponderem às do modulo de comunicações associado de um subsistema de visão associado.

9. Um sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os periféricos da estação de controlo incluírem ainda um gravador/reprodutor de vídeo destinado a gravar um sinal de vídeo recebido de uma das câmaras e a exibir o sinal gravado no monitor de vídeo principal, dispositivos de armazenamento massivo de dados que contêm a base de dados histórica do sistema e os parâmetros operacionais, e dispositivos de registo em papel. Lisboa, 2 0 JAU. 2000 O Agente Oficial da Propriedade Industrial