SISTEMA AUTÓNOMO DE ADQUISICIÓN Y PROCESADO DE IMÁGENES TERMOMÉTRICAS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de adquisición y procesado de imágenes termométricas, previsto preferentemente para su aplicación en la detección, localización y clasificación de focos de temperatura incontrolados, en el ámbito de la detección de incendios en grandes extensiones de terreno, tanto forestales como habitadas. Esta aplicación preferente no limita su uso en otras aplicaciones donde la temperatura sea un factor fundamental a vigilar.
El objeto de la invención es por tanto proporcionar un sistema de vigilancia autónoma con una mínima probabilidad de falsa alarma y con máxima probabilidad de detección, que sea capaz de detectar posibles cambios de temperatura en tiempo real, así como clasificar los mismos y decidir si existe riesgo de fuego incontrolado y en qué nivel.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los sistemas utilizados actualmente para la detección de incendios forestales, utilizan simples detectores de umbral de temperatura que realizan un mínimo procesado de las señales captadas por cámaras térmicas, por lo que los resultados son en general poco fiables. Las limitaciones que presentan los sistemas basados en dichos medios pueden proporcionar
grandes probabilidades de falsas alarmas si el umbral elegido es bajo, por lo que son sistemas que en la práctica no van a ser de utilidad; si por el contrario se eligen umbrales más elevados para disminuir esta probabilidad de falsa alarma, son sistemas con una probabilidad de detección muy baja y por lo tanto poco fiables.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema que se preconiza ha sido concebido para resolver la problemática anteriormente expuesta, constituyendo un sistema novedoso y avanzado técnicamente para conseguir que se dé una mínima probabilidad de falsa alarma, y sin embargo se consiga una máxima probabilidad de detección, siendo capaz de detectar posibles cambios de temperatura en tiempo real, clasificarlos y saber si existe o no un riesgo real de incendio.
Más concretamente, el sistema de la invención se basa en la adquisición, procesado, detección y clasificación de incrementos de temperatura mediante la utilización de imágenes termométricas, siendo éstas captadas por sensores termométricos y convertidas posteriormente en digitales, para finalmente ser procesadas en tiempo real, con la consiguiente detección de incrementos de temperaturas susceptibles de ser generadores de focos de calor incontrolados.
Por consiguiente, el sistema comprende dos etapas claramente diferenciadas, consistiendo la primera de ellas en la adquisición de imágenes termométricas en el rango de frecuencias infrarrojas y convertirlas a formato digital para su almacenamiento y posterior tratamiento. La segunda etapa consiste precisamente en el procesado de las imágenes referidas, estableciendo si existen cambios de temperatura significativos y cómo es su
comportamiento con el tiempo, siendo capaz de generar diferentes decisiones en función de la intensidad del cambio térmico detectado, todo ello minimizando las falsas alarmas que pudieran ser originadas por otras causas externas y ajenas a las que se originan por focos de calor descontrolados.
Lógicamente, el sistema estará apoyado en un software específico de adquisición y procesado, desarrollado en lenguaje de alto nivel que permite capturar las imágenes termométricas en tiempo real, digitalizarlas mediante un sistema digitalizador y procesarlas en tiempo real, proporcionando datos relativos a:
- Si existe detección;
- Qué tipo de detección es, y
- Cuál es el nivel de riesgo.
En función de esos datos se generarán posteriormente alarmas con mayor o menor nivel de prioridad, de manera que si se llega al máximo nivel de alarma posible se puede concluir que existe un incendio incontrolado en una determinada área de cobertura.
Por lo tanto, la etapa de procesado se puede resumir diciendo que en base a la misma el sistema es capaz de ir tomando imágenes adquiridas en la etapa de adquisición e ir procesándolas píxel a píxel, considerando no sólo la imagen del instante actual sino imágenes de tiempos anteriores y posteriores.
Por otra parte, el sistema de la invención y concretamente su etapa de procesado, es capaz de decidir cuál es el tipo de alarma originado, es decir, si corresponde a un foco de calor incontrolado, o si corresponde a variaciones térmicas producidas por ruido térmico, viento, etc., para lo cual se
incluye una etapa de predicción y una etapa de detección, la primera de ellas prevista para reducir el ruido de fondo y aumentar la probabilidad de detección, mientras que la segunda está prevista para generar los diferentes niveles de riesgo.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de diseños en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1,- Muestra el esquema general correspondiente al diagrama de bloques del sistema autónomo de adquisición y procesado de imágenes termométricas realizado de acuerdo con el objeto de la invención.
La figura 2.- Muestra una vista esquemática de la sucesión de imágenes en diferentes barridos y predicción del ruido, según un procesamiento píxel a píxel.
La figura 3.- Muestra un diagrama de bloques correspondiente al esquema general de procesado de las imágenes termométricas, realizado de acuerdo con el objeto de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Haciendo referencia concretamente a la figura 1, puede observarse cómo el sistema de la invención incluye un bloque inicial (1) correspondiente a una cámara termo-gráfica como medio sensor de captación de imágenes termométricas en el rango de frecuencias infrarrojas, a continuación de cuyo bloque (1) existe un segundo bloque (2) de adquisición de datos, en base al cual es posible capturar imágenes analógicas e ir convirtiéndolas a formato digital para su almacenamiento y su posterior tratamiento. Además la comunicación entre el segundo bloque y el primero es bidireccional ya que se han de transmitir y recibir comandos de control entre la cámara y el sistema de adquisición y procesado.
Seguidamente existe un tercer bloque (3) correspondiente a la etapa de procesado, en la que se realiza una predicción y varias detecciones, de manera que en esta etapa o bloque (3) las imágenes termométricas captadas anteriormente son procesadas y se decide si existen cambios de temperatura significativos y cómo es su comportamiento con el tiempo, siendo capaz de generar diferentes decisiones en función de la intensidad de cambio térmico detectado para, mediante un último bloque (4), generar alarmas con mayor o menor nivel de prioridad, de forma que si se llega al máximo nivel de alarma posible se puede concluir que existe un fuego incontrolado en una determinada área de cobertura.
La etapa de procesado (3) resulta fundamental para la validez del sistema, ya que su objetivo es detectar automáticamente la posible existencia de focos de temperatura descontrolados, pero minimizando las falsas alarmas, ya sean debidas al ruido de fondo infrarrojo, o a efectos ocasionales como vehículos, personas o movimientos de ramas u otros fenómenos que puedan producir cambios bruscos de temperatura.
Cabe destacar igualmente el hecho de que el sistema ha sido diseñado de forma que resulte fiable, es decir, que no pueda estar generando continuamente alarmas falsas, pero también sensible, es decir, debe detectar los mínimos cambios de temperaturas debidas a posibles focos de calor descontrolados, y aunque estos dos aspectos parezcan contradictorios, exigen un procesado avanzado de las señales termométricas.
Con tal fin, se ha diseñado un sistema de procesado y un software específico de adquisición y procesado que permite capturar las imágenes termométricas en tiempo real, digitalizarlas y procesarlas también en tiempo real, decidiendo si existe detección, qué tipo de detección y qué nivel de riesgo se está obteniendo.
También cabe destacar el hecho de que el sistema ha sido diseñado de manera robusta frente a cortes de tensión y caídas del sistema, desarrollándose a la par protocolos específicos de comunicación con los sensores térmicos y de generación de datos de alarmas para que su posterior transmisión se pueda realizar de manera eficiente en lo referente tanto al tiempo de los datos a transmitir como al tiempo de transmisión.
El procesado se puede resumir básicamente en un sistema que es capaz de ir tomando las imágenes adquiridas en la etapa de adquisición e ir procesándolas píxel a píxel, considerando no sólo la imagen del instante actual sino imágenes de instantes de tiempo anteriores, como se representa en la figura 2, teniendo en cuenta que la imagen termométrica está formada por una matriz de píxeles, y que cada píxel puede ser asociado a una celda de resolución con sus correspondientes y rango o distancias.
De esta manera el sistema de procesado es capaz de decidir automáticamente, barrido a barrido para todos y cada unos de los píxeles, si
existe una alarma y de qué tipo es; es decir, si el sistema ha de considerar que puede ir más allá de la simple detección e indicar qué riesgo existe en la zona de vigilancia con una serie de niveles de alarmas posibles, en función de si simplemente el nivel medido supera un umbral, o si además se dan otras condiciones más restrictivas.
Lo expuesto con anterioridad, lleva al sistema de la figura 3, a aplicar a cada una de las celdas de resolución, con dos etapas o partes claramente diferenciadas, y que corresponden a los bloques (5) y (6), el primero como etapa de predicción y el segundo como etapa de detección. En este esquema de la figura 3, el bloque (7) corresponde a la estadística del entorno, el bloque (8) a la calibración y el bloque (9) al conocimiento sobre la evolución térmica, con la particularidad de que la etapa o parte relativa a la predicción, representada en el bloque (5), consiste básicamente en un elemento que permite al sistema reducir el fondo de raido y aumentar la probabilidad de detección, mientras que la parte correspondiente al bloque de detección (6) consiste en la utilización de técnicas estadísticas de procesado de señal para la generación de las diferentes alarmas posibles. Estas dos partes o bloques se nutren en paralelo a un conocimiento deducido de la calibración correspondiente al bloque (8) sobre la estadística del bloque infrarrojo del entorno bajo vigilancia. Adicionalmente, se aprovechan de todos los posibles conocimientos sobre la evolución del cambio de temperatura, para maximizar la probabilidad de detección de focos descontrolados y minimizar la detección de efectos ocasionales no correspondientes a incrementos térmicos descontrolados, manteniendo una cierta probabilidad de falsas alarmas debidas al ruido de fondo del entorno.