專(zhuān)利名稱(chēng)：微粒探測(cè)器，系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的傳感器儀器和改進(jìn)的檢測(cè)方法。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的微粒探測(cè)器和探測(cè)微粒的方法。下文將針對(duì)使用一束或多束放射型射線(xiàn)束，如激光束，探測(cè)位于開(kāi)放空間中的微粒描述發(fā)明，然而，可以理解，本發(fā)明不僅只限于此用途。

背景技術(shù)：
整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中，使用單數(shù)形式的“發(fā)明人”，可以認(rèn)為涉及本發(fā)明的一個(gè)(單數(shù))或所有(復(fù)數(shù))發(fā)明人。發(fā)明人已確定下列相關(guān)技術(shù)。在一個(gè)區(qū)域內(nèi)探測(cè)微粒的方法有多種，例如所述區(qū)域?yàn)榉块g、建筑物、封閉空間、或者開(kāi)放空間。有些方法包括在區(qū)域中對(duì)空氣取樣，并使取樣的空氣通過(guò)探測(cè)器腔，以此，微粒得到探測(cè)，并且對(duì)例如在所關(guān)注區(qū)域中的大量煙霧進(jìn)行評(píng)估。這樣的儀器以吸入式感煙探測(cè)器為例，如申請(qǐng)人出售的VESDALaserPLUSTM感煙探測(cè)器。
其他探測(cè)器放置于所關(guān)注區(qū)域，并利用一個(gè)傳感器探測(cè)傳感器附近的微粒。這類(lèi)探測(cè)器的一個(gè)例子是點(diǎn)型探測(cè)器，其中空氣經(jīng)過(guò)發(fā)射器和傳感器之間，便可直接探測(cè)到所關(guān)注區(qū)域的微粒。
在這兩種探測(cè)器中，如果微粒未進(jìn)入取樣點(diǎn)(吸入式探測(cè)器)，或者未經(jīng)過(guò)電型探測(cè)器的發(fā)射器和傳感器之間，微粒將不能被探測(cè)。由于許多建筑物使用從區(qū)域抽氣的空氣處理設(shè)備，比如空調(diào)，因而不能保證懸浮微粒不通過(guò)空氣處理管道排放到區(qū)域外而被探測(cè)到。很難在室外區(qū)域或很大的室內(nèi)場(chǎng)館使用上述的探測(cè)微粒的方法，因?yàn)榭赡軟](méi)有合適安裝點(diǎn)型探測(cè)器或取樣點(diǎn)及連接管的位置。
用于探測(cè)例如煙霧的其它設(shè)備包括第3,924,252號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(Duston)中公開(kāi)的探測(cè)器，該探測(cè)器利用激光器和光電二級(jí)管探測(cè)從微粒散射的光。此設(shè)備使用角形反射器將光反射到發(fā)射器。Duston需要反饋電路探測(cè)光束是否被發(fā)射或阻滯。
另一種類(lèi)型的探測(cè)器為“束型探測(cè)器”“，該束型探測(cè)器測(cè)量來(lái)自投射光源的信號(hào)強(qiáng)度的衰減，該投射光源由懸浮在投射光里的煙霧微粒產(chǎn)生。這些探測(cè)器，即束型探測(cè)器和Duston中公開(kāi)的探測(cè)器，具有相對(duì)低的敏感度，并且只能測(cè)量照射區(qū)域的總衰減。
當(dāng)上述探測(cè)器試圖在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，例如室內(nèi)房間、大型室內(nèi)場(chǎng)館和室外區(qū)域，利用發(fā)射線(xiàn)探測(cè)微粒時(shí)，上述探測(cè)器可能需要解決所面臨的許多困難。其中一些困難如下。提供發(fā)射線(xiàn)的設(shè)備和探測(cè)發(fā)射線(xiàn)和/或散射線(xiàn)的裝置的安裝和調(diào)試可能是繁重的。特別是，此類(lèi)設(shè)備可能侵入被監(jiān)測(cè)環(huán)境，并且可能需要復(fù)雜的連接，例如，有線(xiàn)或別的方式向設(shè)備提供控制、通信和電力。另外，需要許多具有專(zhuān)門(mén)技能的技術(shù)人員安裝和/或調(diào)試設(shè)備。一旦安裝和/或調(diào)試完成，此類(lèi)設(shè)備可能會(huì)易受環(huán)境條件的影響引起測(cè)量誤差，該環(huán)境條件組成受檢測(cè)環(huán)境的一部分促成漂移、未對(duì)準(zhǔn)等。此外，與報(bào)警條件無(wú)關(guān)的環(huán)境條件和事件可能會(huì)一般出現(xiàn)在被監(jiān)測(cè)環(huán)境內(nèi)，并且在探測(cè)微粒時(shí)，可能會(huì)造成誤報(bào)警。很有必要探測(cè)大型房間、區(qū)域內(nèi)的粒子，并且有關(guān)物理距離微?？赡軙?huì)造成增加上述環(huán)境條件和事件對(duì)探測(cè)微粒效率影響的可能性，并且而且，有關(guān)距離與射線(xiàn)經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度有關(guān)，其本身需要高靈敏性和容錯(cuò)性的設(shè)備。
例如，在沒(méi)有實(shí)際火險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，像氣載灰塵這樣的干擾微?？赡艹霈F(xiàn)在被檢測(cè)的環(huán)境內(nèi)，并且造成誤報(bào)警發(fā)生。例如，煙霧微粒是由于諸如在悶火中的熱分解產(chǎn)生的微粒，然而有害微粒可能在無(wú)潛在火險(xiǎn)的情況下由像機(jī)械的或生物的過(guò)程產(chǎn)生。光散射特性與微粒尺寸分布有關(guān)；并且存在多種煙霧和多種有害微粒，并且它們的微粒尺寸分布常常是相互重疊的。第3,901,602號(hào)(Gravatt Jr)的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了使用光散射單元光散射的方法和儀器，用于化學(xué)法鑒別諸如浮質(zhì)中找到的單微粒物質(zhì)粒子或多微粒物質(zhì)粒子，而不收集與化學(xué)方法分析材料。根據(jù)Gravatt，在單微粒分析的情況下，平面偏振光撞擊到微粒上，并且測(cè)量散射到在指定角范圍中的偏振面上的光強(qiáng)度。該強(qiáng)度與微粒吸收系數(shù)和微粒尺寸有關(guān)。多微粒分析時(shí)，同樣測(cè)量散射到與偏振面正交的平面上的光強(qiáng)度以確定物質(zhì)的微?？偭?。此信息可用于標(biāo)準(zhǔn)化第一散射光束的強(qiáng)度測(cè)量。Gravatt提出的感煙探測(cè)器作為體現(xiàn)多微粒分析技術(shù)的儀器，由此，可以被探測(cè)火焰產(chǎn)生的浮質(zhì)，而不受火焰產(chǎn)生的相似密度的浮質(zhì)的干擾。
包括本說(shuō)明書(shū)討論的任何文件、裝置、條款和知識(shí)來(lái)解釋本發(fā)明的內(nèi)容。本說(shuō)明書(shū)不承認(rèn)本資料中的任何材料構(gòu)成在此說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)優(yōu)先權(quán)日的或之前的澳大利亞或任何其它地方的相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)或公知知識(shí)的一部分。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供減輕現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中的至少一種缺陷的方法和儀器。
本發(fā)明在一個(gè)方面提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及； 用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中發(fā)射和探測(cè)的步驟包括 根據(jù)發(fā)射束的能量水平的間接比例關(guān)系確定射線(xiàn)束開(kāi)啟周期(ONperiod)和圖像捕獲設(shè)備曝光期。
另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及； 用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中方法還包括以下步驟 減輕所探測(cè)圖像中的一個(gè)或多個(gè)變化以及變化的原因，所述變化對(duì)應(yīng)于除了所關(guān)注的粒子存在之外的事件。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及； 用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域中圖像的變化，所述圖像的變化標(biāo)示微粒存在，其中方法還包括以下步驟 用探測(cè)儀探測(cè)儀探查發(fā)射束用以調(diào)試探測(cè)步驟。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及； 用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域中圖像的變化，所述圖像的變化標(biāo)示微粒存在，其中方法還包括以下步驟 將射線(xiàn)束分為多個(gè)片段； 確定每一射線(xiàn)片段圖像變化； 為控制點(diǎn)提供被確定的每一片段圖像的變化，以模擬多個(gè)點(diǎn)型微粒探測(cè)器 在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及； 用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中方法還包括以下步驟 確定被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)空間中預(yù)定的圖解點(diǎn)(geometric point)的位置。
在另一方面，本發(fā)明提供使光源與圖像捕獲設(shè)備同步的方法，包括 允許所述源以預(yù)定頻率開(kāi)關(guān)振蕩； 識(shí)別由圖像捕獲設(shè)備捕獲的一個(gè)或多個(gè)視頻圖像中的源，以及； 不斷修正圖像捕獲設(shè)備的幀頻率，以保持同步。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射第一射線(xiàn)束，以及； 用第一圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像的變化，所述圖像的變化標(biāo)示微粒存在，并且其中圖像中的變化對(duì)應(yīng)于反向散射射線(xiàn)。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射第一射線(xiàn)束，以及； 用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中方法還包括 提供臨近第一射線(xiàn)束的至少一個(gè)附加射線(xiàn)束，用以探測(cè)進(jìn)入射線(xiàn)束的逼近侵?jǐn)_(imminent intrusion)。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化，其中至少一個(gè)射線(xiàn)束和探測(cè)圖像變化的設(shè)備適于傳遞數(shù)據(jù)。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 補(bǔ)償被探測(cè)圖像的畸變。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像中的變化； 對(duì)被探測(cè)的圖像應(yīng)用權(quán)重函數(shù)，有選擇地解析圖像部分。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射多束射線(xiàn)； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 調(diào)節(jié)所述射線(xiàn)束順序運(yùn)作。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像中的變化； 調(diào)節(jié)射線(xiàn)源和探測(cè)圖像的設(shè)備中至少之一以受控方式被定位。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 其中，圖像由位于至少兩個(gè)位置的圖像探測(cè)器探測(cè)。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 監(jiān)控(supervise)射線(xiàn)束。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 遮掩被探測(cè)束的中心部分，以增強(qiáng)圖像變化的探測(cè)。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 檢查適用于捕獲被監(jiān)測(cè)區(qū)域中圖像的圖像捕獲設(shè)備的運(yùn)行。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，包括 向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束； 探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化； 評(píng)估被探測(cè)圖像，以補(bǔ)償被探測(cè)的圖像的變化帶來(lái)的干涉。
在另一方面，本發(fā)明提供適用于探測(cè)微粒的儀器，所述儀器包括 適用于按預(yù)定的指令系統(tǒng)運(yùn)行的處理器設(shè)備， 所述儀器，與所述預(yù)定的指令系統(tǒng)一起，適用于執(zhí)行在此公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)的方法。
其他方面，本發(fā)明的優(yōu)選的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)，并/或在附加的權(quán)利要求書(shū)中被定義，構(gòu)成本發(fā)明說(shuō)明的一部分。
從下文給出的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用范圍將變得更加明顯。然而應(yīng)該明白，盡管表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，但僅通過(guò)示例性給出詳細(xì)說(shuō)明和具體實(shí)施例，因?yàn)楦鶕?jù)該詳細(xì)說(shuō)明，多種變化和修改在本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將更加明顯。



結(jié)合附圖參考一下優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可更好地理解本發(fā)明的進(jìn)一步的公開(kāi)、改進(jìn)、優(yōu)勢(shì)、特征和方面，其通過(guò)示例性給出，而因此不限制本發(fā)明的范圍，其中 圖1示出了探測(cè)器系統(tǒng)的實(shí)施例的側(cè)視圖示； 圖2示出了圖1中的探測(cè)器系統(tǒng)的圖像捕獲設(shè)備和發(fā)射器位置的實(shí)施例的俯視圖； 圖3示出了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的被圖2中的圖像捕獲設(shè)備捕獲的圖像的立體圖； 圖4示出了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的圖1中的探測(cè)器系統(tǒng)的信號(hào)處理的系統(tǒng)概括工作流程； 圖5示出了由圖1實(shí)施例中的圖像捕獲設(shè)備捕獲的數(shù)據(jù)分割的圖形描述； 圖6示出了由圖1實(shí)施例中的圖像捕獲設(shè)備捕獲的數(shù)據(jù)結(jié)合的圖形描述； 圖7a-c示出了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明被圖1中的探測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行的背景消除的圖像； 圖8示出了在軟件實(shí)施例中用于計(jì)算像素半徑的方法的圖形描述，該軟件結(jié)合圖1的探測(cè)器系統(tǒng)的操作使用； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖11a-c是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的其它實(shí)施例的俯視圖； 圖12示出了圖1中的探測(cè)器系統(tǒng)的一部分的圖示； 圖13示出了圖1中的探測(cè)器系統(tǒng)的圖像捕獲設(shè)備捕獲的圖像數(shù)據(jù)的圖示； 圖14是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖15是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖16是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖17是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖； 圖18是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖19是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的方塊系統(tǒng)圖； 圖20是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的光路裝置的圖示； 圖21是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的光路裝置的圖示； 圖22是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的光路裝置的圖示； 圖23是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的光路裝置的圖示； 圖24示出了根據(jù)多激光器操作的包括時(shí)間圖指示信號(hào)的本發(fā)明的另一實(shí)施例的俯視圖； 圖25是本發(fā)明的另一實(shí)施例的立體圖； 圖26是本發(fā)明的另一實(shí)施例的立體圖； 圖27是本發(fā)明的另一實(shí)施例的立體圖； 圖28是根據(jù)圖27中本發(fā)明的實(shí)施例拍攝的像圖； 圖29是根據(jù)圖27中本發(fā)明的實(shí)施例拍攝的另一像圖； 圖30是本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)景透視圖； 圖31是根據(jù)圖30中本發(fā)明的實(shí)施例拍攝的像圖； 圖32是根據(jù)圖30中本發(fā)明的實(shí)施例拍攝的另一像圖； 圖33是本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)視立體圖； 圖34是根據(jù)圖33中本發(fā)明的實(shí)施例拍攝的像圖； 圖35是本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)視立體圖； 圖36是本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)視立體圖； 圖37是根據(jù)圖36中本發(fā)明的實(shí)施例拍攝的像圖； 圖38根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示出了光學(xué)元件； 圖39根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示出了光學(xué)元件； 圖40是本發(fā)明的另一實(shí)施例的束監(jiān)督裝置； 圖41是本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)視立體圖； 圖42是本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)視立體圖； 圖43和圖44根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出了使用的束的圖像和束輪廓(profile)； 圖45根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示出了遮蔽結(jié)構(gòu)； 圖46根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示出了遮蔽結(jié)構(gòu)； 圖47和圖48根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例示出了照明器設(shè)備； 圖49和圖50示出了本發(fā)明的各個(gè)另外的實(shí)施例的側(cè)視立體圖； 圖51和圖52示出了根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例拍攝的像； 圖53、圖54和圖55根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例示出了使用的束的區(qū)域的圖像； 圖56是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例拍攝的像； 圖57和圖58根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)另外的實(shí)施例示出了光源裝置。

具體實(shí)施例方式 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提供探測(cè)微粒的方法和儀器，包括向被監(jiān)視區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束和探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化。更獨(dú)特的，本發(fā)明的實(shí)施例提供微粒位置的指示。本質(zhì)上，本發(fā)明的實(shí)施例提供微粒微粒探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供被探測(cè)粒子的可尋址能力，即，可直接探測(cè)他們的位置而不用對(duì)被監(jiān)視環(huán)境取樣，或者不必在微粒探測(cè)環(huán)境中的有利位置放置探測(cè)器。射線(xiàn)束可包括從一個(gè)或者多個(gè)光源發(fā)射的一個(gè)或者多個(gè)光束，并且被監(jiān)控區(qū)域或者地帶的圖像的變化可被一個(gè)或者多個(gè)像攝像機(jī)一樣的圖像捕獲設(shè)備探測(cè)。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括 計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，具有微粒包含在所述介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼和計(jì)算機(jī)可讀系統(tǒng)代碼，用于探測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的微粒，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括 所述計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可讀代碼，其用于執(zhí)行在此公開(kāi)的方法步驟。
在特殊方式中，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，其包括向被監(jiān)視區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束和探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化，其中，該方法還包括調(diào)整射線(xiàn)束的步驟。包含優(yōu)選實(shí)施例的方法和特點(diǎn)的另外步驟可包括識(shí)別圖像中的關(guān)注范圍，顯示被監(jiān)視區(qū)域的相應(yīng)地帶。地帶內(nèi)散射射線(xiàn)可以相應(yīng)圖象的一個(gè)或多個(gè)片段顯示，使得在區(qū)域中微粒的位置被識(shí)別。微粒的位置可根據(jù)發(fā)射線(xiàn)的源的位置、發(fā)射線(xiàn)的方向和圖像探測(cè)的點(diǎn)之間的幾何關(guān)系確定，其中幾何關(guān)系由圖像確定。探測(cè)到的變化可能是散射線(xiàn)強(qiáng)度的增量。散射線(xiàn)強(qiáng)度的增量可能參照域值估計(jì)。散射線(xiàn)強(qiáng)度的增量可通過(guò)圖像的平均累計(jì)強(qiáng)度值計(jì)算。方法可包括為區(qū)域中不同空間位置分配不同的閾值。方法可包括沿路徑引導(dǎo)射線(xiàn)并且在圖像中識(shí)別目標(biāo)，目標(biāo)表示射線(xiàn)入射在區(qū)域中的物體表面上的位置。圖像中目標(biāo)的位置可被監(jiān)控，并且射線(xiàn)的發(fā)射可響應(yīng)目標(biāo)的位置的變化而停止。方法可進(jìn)一步包括識(shí)別圖像中發(fā)射器的位置。此外，方法可包括基于被識(shí)別的發(fā)射器位置的射線(xiàn)強(qiáng)度確定發(fā)射器的運(yùn)行狀況。圖像可能作為幀處理，幀分成節(jié)，表示被監(jiān)視區(qū)域中的空間位置。同樣，方法可包括監(jiān)視與圖像節(jié)相關(guān)的強(qiáng)度水平，并且為區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)相關(guān)節(jié)的不同空間位置分配不同的閾值。
在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明可提供監(jiān)視區(qū)域的儀器，其包括 將包括至少一個(gè)預(yù)定特性的射線(xiàn)束導(dǎo)入?yún)^(qū)域中的發(fā)射器； 獲取區(qū)域的至少一個(gè)圖像的圖像捕獲設(shè)備；以及 處理器，用于解析至少一個(gè)圖像以探測(cè)圖像之間的至少一個(gè)特性的存在或變化，標(biāo)示區(qū)域內(nèi)微粒的存在。
處理器可適合根據(jù)發(fā)射器的位置、定向的射線(xiàn)束和圖像捕獲設(shè)備之間的幾何關(guān)系確定微粒的位置，其中，幾何關(guān)系由解析的圖像所確定。儀器可包括多個(gè)發(fā)射器，設(shè)置為引導(dǎo)射線(xiàn)沿不同的各自束路徑。儀器進(jìn)一步可包括一個(gè)或者多個(gè)的濾光器以使圖像捕獲設(shè)備適于優(yōu)先從發(fā)射器，而不是從其它源捕獲射線(xiàn)。濾光器可能是一個(gè)或者多個(gè)或者是以下的結(jié)合 時(shí)間濾光器 空間濾光器 帶通濾光器 偏振光濾光器 圖像捕獲設(shè)備優(yōu)選包括衰減器。衰減器可包括可變光圈設(shè)備。捕獲可使用多個(gè)圖像捕獲設(shè)備。優(yōu)選地，圖像捕獲設(shè)備包括照像機(jī)。同樣優(yōu)選的是發(fā)射器包括激光器。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，其包括以下步驟確定射線(xiàn)束的路徑，包括放置第一圖像捕獲設(shè)備觀察射線(xiàn)源和至少一部分射線(xiàn)束的路徑；向處理器傳遞源的位置；放置第二圖像捕獲設(shè)備觀察射線(xiàn)束的撞擊點(diǎn)；向處理器傳遞撞擊點(diǎn)的有關(guān)位置信息；根據(jù)源的位置和撞擊點(diǎn)的位置信息之間的幾何關(guān)系確定束的路徑。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的方法，其包括以下步驟確定包含射線(xiàn)束的路徑的關(guān)注區(qū)域，包括定位第一點(diǎn)，于束源的位置，使用圖像捕獲設(shè)備；用圖像捕獲設(shè)備的視場(chǎng)定位第二點(diǎn)與射線(xiàn)束相交，根據(jù)第一和第二點(diǎn)確定束徑；計(jì)算含有所確定束徑的重要區(qū)域。定位第二點(diǎn)的步驟可用至少一個(gè)全部或部分透明的探測(cè)儀實(shí)現(xiàn)，并且一旦定位，該探測(cè)儀優(yōu)選從束徑移開(kāi)。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供確定所關(guān)注區(qū)域中至少一個(gè)或者多個(gè)子區(qū)域中的微粒或者，尤其煙霧微粒的水平的方法，其包括引導(dǎo)區(qū)域中的射線(xiàn)束，用圖像捕獲設(shè)備選擇至少一部分束徑的景象(view)，確定相對(duì)于圖像捕獲設(shè)備的射線(xiàn)源的位置，確定相對(duì)于圖像捕獲設(shè)備的束的方向，將射線(xiàn)束分成片段，確定片段和圖像捕獲設(shè)備之間的幾何關(guān)系，調(diào)整由每一片段的圖像捕獲設(shè)備接收的光線(xiàn)水平，以便于考慮到幾何關(guān)系。片段包括至少一個(gè)像素，并且微粒片段優(yōu)選分組形成為粒子探測(cè)的子區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供適合探測(cè)微粒的儀器，所述儀器包括適合根據(jù)預(yù)定指令系統(tǒng)操作的處理器設(shè)備，所述儀器，與所述指令系統(tǒng)一起，適合執(zhí)行在此公開(kāi)的方法步驟。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，提供計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，具有微粒包含在所述介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼和計(jì)算機(jī)可讀系統(tǒng)代碼，用于在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中探測(cè)粒子，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括所述計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)中計(jì)算機(jī)可讀代碼，用于執(zhí)行在此公開(kāi)的方法步驟。
在圖1中，示出了微粒探測(cè)器10的實(shí)施例。探測(cè)器10置于將被監(jiān)視的區(qū)域12中。區(qū)域可為房間、體育場(chǎng)、走廊，或者其它范圍。區(qū)域不必是封閉的或者室內(nèi)的。
圖像捕獲設(shè)備14觀察區(qū)域12的至少一部分，其包括含有來(lái)自發(fā)射器16的電磁射線(xiàn)的部分。圖像捕獲設(shè)備14可為攝像機(jī)或者一個(gè)或多個(gè)形成方向性敏感的電磁接收器的設(shè)備，例如，該接收器如光敏二極管或者CCD一樣。在優(yōu)選實(shí)施例中，圖像捕獲設(shè)備14為攝像機(jī)。在本實(shí)施例中，攝像機(jī)14使用全幀捕獲來(lái)捕獲圖像，沿通信鏈路18向處理器20發(fā)送模擬視頻信息。使用全幀捕獲不是必需的。然而，為了在獲取圖像上技術(shù)簡(jiǎn)約、性能，以及使安裝限制最小化，優(yōu)選使用全幀捕獲。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可使用像行傳輸攝像機(jī)(line transfer cameras)一樣的其他圖像捕獲設(shè)備14，并且可使用補(bǔ)償無(wú)法從行傳輸攝像機(jī)得到的全幀捕獲的功效的方法。另一個(gè)通信鏈路22提供發(fā)射器16和處理器20之間的連接。處理器20控制發(fā)射器16的輸出，和/或通過(guò)通信鏈路22接收關(guān)于發(fā)射器16輸出的信息?？蛇x地，發(fā)射器16的狀態(tài)可被攝像機(jī)14感知，或者如以下公開(kāi)的一樣自動(dòng)被確定從而避免需要通信鏈路22。在優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射器16是產(chǎn)生可見(jiàn)的、紅外的或者其他適合的射線(xiàn)的激光器。激光器16可結(jié)合透鏡21和像視場(chǎng)限流器(restrictor)23一樣的空間濾光器。當(dāng)光束穿越均勻介質(zhì)時(shí)，不存在散射，但當(dāng)出現(xiàn)不規(guī)則介質(zhì)時(shí)，束散射。因此，像煙霧顆粒一樣的微粒存在時(shí)，會(huì)使激光束散射。此外，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，激光器16可以給定序列被調(diào)整，例如“激光開(kāi)”、激光“關(guān)”。當(dāng)沒(méi)有煙霧存在時(shí)，包括激光束的被捕獲的圖像中的像素強(qiáng)度相同而與激光器狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)煙霧存在時(shí)，激光器16開(kāi)時(shí)捕獲的圖像的強(qiáng)度(因?yàn)樯⑸?，對(duì)比激光器16關(guān)閉時(shí)的強(qiáng)度，存在不同。
如圖1所示，選擇性濾波光器具有偏振濾光器24和帶通濾光器26的形式。偏振濾光器24適合允許由發(fā)射器16發(fā)射的電磁射線(xiàn)穿越，而防止一些背景光線(xiàn)進(jìn)入攝像機(jī)14。有用的是，如果發(fā)射器16是發(fā)射偏振光的激光器，那么偏振濾光鏡24可與激光束的偏振角對(duì)準(zhǔn)以允許激光的最大傳輸量，而消除一些典型地來(lái)自隨機(jī)的或者非偏振光源的背景光線(xiàn)。需要注意的是，對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，光源不需要是激光。第二個(gè)濾光器26為帶通濾光器，其試圖僅允許預(yù)定頻率范圍內(nèi)(即，來(lái)自發(fā)射器16的電磁射線(xiàn)的頻率)的光線(xiàn)。例如，干涉濾光器或者彩色凝膠濾光板(coloured gel)可作為帶通濾光器26被使用。通過(guò)使用帶通濾光器(例如，基本僅允許大約640納米的光，如果使用那個(gè)頻率的紅色激光)，相當(dāng)大數(shù)量的背景光線(xiàn)將被消除，增加區(qū)域12內(nèi)懸浮在空氣中的微粒所散射的光線(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)度。
其他濾光方法包括如下所述的激光器的調(diào)節(jié)和關(guān)于系統(tǒng)部件的位置信息的使用。
圖像捕獲設(shè)備可使用衰減器以控制接收的射線(xiàn)。可使用可控的中灰密度濾光器裝置?？蛇x地，衰減器可為用可變光圈控制強(qiáng)度的形式?？蛇x擇，可調(diào)整的虹膜24a可用于控制曝光水平。其可在安裝時(shí)手控設(shè)置，或者系統(tǒng)可根據(jù)入射光水平自動(dòng)設(shè)置曝光量。其原因在于為了至少在用于隨后處理中的部分視場(chǎng)中，最小化或者消除攝像機(jī)色飽和。虹膜24a可能是機(jī)械虹膜或者LCD虹膜或者任意其他減少進(jìn)入攝像機(jī)的光量的設(shè)備。一些電子攝像機(jī)合并電子快門(mén)，并且在這種情況下，可用快門(mén)時(shí)間代替虹膜24a控制曝光量。同樣示出了空間濾光器24b，其可例如包括狹縫以有效遮掩射向攝像機(jī)14的入射光。例如，狹縫可遮掩射向攝像機(jī)14的入射接收光，以當(dāng)其投射到攝像機(jī)14鏡頭的平面中時(shí)，通常與激光束的形狀一致。項(xiàng)目26、24a、24b和24可以種種的次序或者組合物理定位。
在使用中，諸如來(lái)自發(fā)射器16的紅色激光的電磁射線(xiàn)穿越區(qū)域12并且撞擊壁或者吸收器28。攝像機(jī)14的視場(chǎng)包括激光的至少部分光路，并且可選擇地，在區(qū)域12內(nèi)的壁上或者其他永久性結(jié)構(gòu)的物體上的撞擊點(diǎn)，此時(shí)，撞擊的是吸收器28。區(qū)域內(nèi)空氣中與激光相交的微粒，此時(shí)以微粒云30為代表，將導(dǎo)致激光散射。從微粒散射的一些光將指向攝像機(jī)14的傳感器，并且被探測(cè)到。
如圖1所示的實(shí)施例中，攝像機(jī)14向處理器20的視頻捕獲卡32輸出模擬信息。視頻捕獲卡32將模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，其后進(jìn)一步由計(jì)算機(jī)34處理。該處理由運(yùn)行在計(jì)算機(jī)34中的軟件36承擔(dān)。在優(yōu)選實(shí)施例中，為了解釋所捕獲的圖像，即將圖像平面對(duì)應(yīng)于或者映射到激光束上的相應(yīng)位置捕獲，執(zhí)行處理。一旦得到系統(tǒng)的部件的預(yù)定的地點(diǎn)或者位置信息，這就可通過(guò)相關(guān)簡(jiǎn)單的幾何和三角法實(shí)現(xiàn)。
在其他實(shí)施例中，有可能使用攝像機(jī)14捕獲數(shù)據(jù)并且將其數(shù)字化傳輸至處理器20，而無(wú)需視頻捕獲卡32。此外，攝像機(jī)14、濾光器24、26、處理器20以及光源16可被整合至一個(gè)單獨(dú)的單元。同樣，可使用嵌入式系統(tǒng)以提供至少處理器20的功能。
在此實(shí)施例中，可使用許多的攝像機(jī)14配置，提供的數(shù)據(jù)形式的圖像信息可被提供給處理器20。
在圖1所示實(shí)施例中，激光調(diào)制器38用以改變發(fā)射器16的功率。功率水平可被改變以適應(yīng)發(fā)光條件，達(dá)到人眼安全要求并且提供開(kāi)/關(guān)調(diào)制。在優(yōu)選實(shí)施例中，克服環(huán)境光的高功率激光可用于短脈沖，以滿(mǎn)足人眼安全要求。尤其，通過(guò)聯(lián)合更高功率脈沖激光和攝像機(jī)相應(yīng)縮短的快門(mén)時(shí)間可減少環(huán)境光的影響。例如，假定給出1mW的激光功率和40msec開(kāi)40msec關(guān)的普通激光脈沖速率，以及F5.6的焦距比數(shù)和每40msec一幀的攝像機(jī)曝光時(shí)間足夠給出所需的室內(nèi)敏感度。困難在于亮度N倍于室內(nèi)亮度的明亮陽(yáng)光要求攝像機(jī)縮小光圈以避免降低敏感度的色飽和。在一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一實(shí)施例，其中使攝像機(jī)曝光時(shí)間減少因數(shù)N以及使激光開(kāi)時(shí)間減少相同的因數(shù)N，同時(shí)使激光功率增加相同的因數(shù)N。激光仍可在所述12.5Hz的相同頻率上脈動(dòng)，因此平均激光功率相同。攝像機(jī)幀速也可仍為25幀/秒。同樣地，光束在大約50Hz上脈動(dòng)并且?guī)倏赡茏優(yōu)?00幀/秒。結(jié)果是，減少攝像機(jī)的曝光時(shí)間可使光圈保持為室內(nèi)設(shè)置，而使陽(yáng)光環(huán)境光的強(qiáng)度變回與室內(nèi)亮光相同的水平。減少攝像機(jī)的曝光時(shí)間時(shí)，較強(qiáng)的激光功率意味著微粒探測(cè)靈敏性與在室內(nèi)的一樣。關(guān)于眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)，問(wèn)題仍是較強(qiáng)脈沖功率的激光是否可接受。作為對(duì)該問(wèn)題的回答，本發(fā)明可優(yōu)選的方面是，提供的原光束可有益地被脈沖調(diào)制為開(kāi)，與攝像機(jī)快門(mén)開(kāi)放周期同步，其持續(xù)時(shí)間短于攝像機(jī)幀持續(xù)時(shí)間。這就有利于使用較高輸出功率的光，以及增大的攝像機(jī)光圈，同時(shí)避免因強(qiáng)環(huán)境光的攝像機(jī)色飽和。這就允許系統(tǒng)在強(qiáng)環(huán)境光條件下令人滿(mǎn)意地工作，同時(shí)保持符合世界各地發(fā)布的眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)。這些眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可以某種方式用于居民開(kāi)放區(qū)的激光功率，即允許峰值激光功率在減少的占空比增強(qiáng)。舉例說(shuō)明，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許以40ms的開(kāi)啟時(shí)間(ON period)運(yùn)行在12.5Hz(只是攝像機(jī)幀速標(biāo)準(zhǔn)25Hz的一半)的二級(jí)可見(jiàn)激光達(dá)到峰值輸出功率1.18mW。在一實(shí)施方式中，同一激光在減少的開(kāi)啟時(shí)間0.1ms運(yùn)行，而以2.26mW工作。在這種條件下，可對(duì)增強(qiáng)的環(huán)境光以大于四倍的容差維持系統(tǒng)的靈敏性。同樣，可以設(shè)想，開(kāi)啟時(shí)間可延長(zhǎng)到100ms，或?qū)嶋H上，以很低的峰值輸出功率持續(xù)大約幾秒鐘，有選擇地，以相對(duì)較短的開(kāi)啟時(shí)間持續(xù)最大激光功率可達(dá)500mW。可選形式，光束開(kāi)啟時(shí)間可長(zhǎng)于或等于攝像機(jī)曝光時(shí)間。
如圖1所示，攝像機(jī)14可每秒捕獲30幀，發(fā)射器16循環(huán)一幀開(kāi)而下一幀關(guān)。區(qū)域內(nèi)的光量被每一幀感知，并且激光開(kāi)時(shí)所接收的光總量減去激光關(guān)時(shí)區(qū)域內(nèi)的光總量?？偭靠梢猿^(guò)幾幀。激光器開(kāi)時(shí)所收到的光總量與激光器關(guān)時(shí)所收到的光之間的差被認(rèn)為是區(qū)域內(nèi)發(fā)散量的計(jì)量。為了用作警報(bào)，設(shè)定閾差，而且如果超過(guò)該差，警報(bào)即被激活。以這種方式，探測(cè)器10可作為微粒探測(cè)器。由于測(cè)量來(lái)自微粒的散射光被認(rèn)為是確定區(qū)域內(nèi)是否存在煙霧的方法，探測(cè)器10可被用作感煙探測(cè)器。
在顯示報(bào)警或預(yù)警狀態(tài)之前，探測(cè)器10可以設(shè)定為等待直到在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)被測(cè)散射光超過(guò)設(shè)定閾值。探測(cè)器10確定報(bào)警或預(yù)警狀態(tài)的方式與腔室中使用激光的吸入式感煙探測(cè)器使用的方法相似，如Vision Fire&Security Pty責(zé)任有限公司銷(xiāo)售的VESDATMLaserPLUSTM感煙探測(cè)器。
圖2顯示圖1實(shí)施例的頂視圖。攝像機(jī)14具有視場(chǎng)θ，此時(shí)其基本上覆蓋所有區(qū)域12，它可以是建筑內(nèi)的一個(gè)房間。發(fā)射器16的光通常指向攝像機(jī)14，但并不直接對(duì)著鏡頭。因此，在攝像機(jī)14和發(fā)射器16，以及激光束方向之間有假象線(xiàn)對(duì)著的角。該角可以如圖2中角Z所示的在水平面上，以及/或者如圖1中角X所示在垂直平面上。激光束不直接撞擊攝像機(jī)鏡頭。然而，激光束路徑將如圖3所示在攝像機(jī)14視場(chǎng)內(nèi)。
物理系統(tǒng)變化 在一些環(huán)境下，需要在系統(tǒng)中使用許多發(fā)射器。這可能將符合規(guī)則，提供支持，或者與單個(gè)發(fā)射器所覆蓋的范圍相比有助于覆蓋更大的范圍。
如果大范圍的覆蓋是必需的，有可能使用許多的發(fā)射器以便在區(qū)域內(nèi)的許多不同位置可探測(cè)到煙霧。圖9示出了一種配置，由此攝像機(jī)50置于像房間52一樣的區(qū)域中。如果探測(cè)需要穿越大范圍，多重激光器54和55可散布在房間的四周以提供覆蓋。圖9示出了發(fā)射器分為兩組，組54中的發(fā)射器瞄準(zhǔn)點(diǎn)56，而發(fā)射器55瞄準(zhǔn)點(diǎn)57。攝像機(jī)50可能看得見(jiàn)點(diǎn)56和57，或者也有可能看不見(jiàn)點(diǎn)56和57。攝像機(jī)50可能通過(guò)光學(xué)裝置將點(diǎn)56和57的像投射到攝像機(jī)50的視場(chǎng)中進(jìn)而看得見(jiàn)點(diǎn)56和57，例如，置于攝像機(jī)50之前的后視鏡(圖9中未示)。同樣棱鏡或者一些其他光學(xué)系統(tǒng)可達(dá)到此效果。此外，發(fā)射器54和55可以都同時(shí)開(kāi)，也可以是循環(huán)的，所以如果攝像機(jī)50可以探測(cè)到射線(xiàn)到達(dá)的點(diǎn)，那么攝像機(jī)探測(cè)的射線(xiàn)可用以檢驗(yàn)發(fā)射器運(yùn)行且不阻塞。，如果發(fā)射器被順序或者以任何非線(xiàn)性相關(guān)的式樣序列轉(zhuǎn)換開(kāi)和關(guān)，有可能單獨(dú)發(fā)射器探測(cè)，所以使用計(jì)時(shí)信息，有可能探測(cè)到在任意時(shí)間哪個(gè)發(fā)射器是開(kāi)的。此外，了解哪個(gè)發(fā)射器在發(fā)射將允許探測(cè)器定位有待保護(hù)的范圍內(nèi)的子區(qū)域，并且確定任意所探測(cè)的微粒位于關(guān)于子區(qū)域的何處。由微粒散射的束可被有效確定。
發(fā)射器54和55不需要全部都與目標(biāo)56和57相交，并且可沿許多目標(biāo)分布，或者越過(guò)彼此到其他目標(biāo)上。
圖10中示出了可供選擇的方法，激光器58和59遠(yuǎn)離攝像機(jī)60瞄準(zhǔn)，攝像機(jī)60能探測(cè)撞擊點(diǎn)61和62處的壁的激光的光線(xiàn)。如果這些點(diǎn)中任一點(diǎn)消失，那么探測(cè)器系統(tǒng)知道不是激光器有故障，就是某些東西阻塞了激光的光路。如果激光被阻塞，通常阻塞激光的物體將同樣反射光線(xiàn)，并且因此激光光斑將從已知目標(biāo)范圍即初始點(diǎn)61或62偏移，。攝像機(jī)能探測(cè)光斑的偏移，并且可發(fā)出警報(bào)或者關(guān)閉激光器。這一點(diǎn)可能是重要的，特別是如果激光器沒(méi)有考慮人眼安全。另一種可以探測(cè)故障的方法是當(dāng)諸如蜘蛛網(wǎng)一類(lèi)的假象物體與光束相交時(shí)，引起發(fā)射線(xiàn)散射。通常當(dāng)蜘蛛從天花板下到地板時(shí)留下蜘蛛絲飄搖不定，這就是一個(gè)有干擾物的例子，盡管在正常光線(xiàn)條件下，人肉眼幾乎看不見(jiàn)，然而這些干擾物可容易地被本發(fā)明的系統(tǒng)探測(cè)到，并且容易產(chǎn)生等效于要求報(bào)警響應(yīng)的微粒密度的信號(hào)。其它可懸浮在光束里的干擾物質(zhì)包括常用于從天花板懸掛標(biāo)記和警示的尼龍線(xiàn)，諸如在銷(xiāo)售或圣誕節(jié)裝飾之類(lèi)的裝飾應(yīng)用中。如果標(biāo)記或裝飾本身懸掛在光束的高度，這就必然造成要確認(rèn)和報(bào)告警報(bào)或故障，但是僅僅因?yàn)橹尉€(xiàn)而無(wú)需報(bào)告警報(bào)。
任何從像蜘蛛網(wǎng)或其他類(lèi)似物質(zhì)上散射回的信號(hào)可能會(huì)比像煙霧這樣所關(guān)注的微粒有更明顯的空間變遷。同樣注意到諸如蜘蛛網(wǎng)之類(lèi)的細(xì)小物體對(duì)偏振旋轉(zhuǎn)敏感。在工作時(shí)，有可能小量固體物體進(jìn)入激光束并有效地被固定于其中，造成大量光散射并被誤判為由煙霧引起的，因而造成誤報(bào)警。有幾個(gè)方法可以解決這個(gè)問(wèn)題 在一個(gè)實(shí)施例中，可以使激光束的直徑較大，以使細(xì)纖維只與小部分光束橫截面相交，因此只產(chǎn)生小信號(hào)，低于警報(bào)閾。如果所述小信號(hào)一段時(shí)間保持不變(如持續(xù)兩小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間)，那么，上述信號(hào)可以從由上述位置獲得的讀數(shù)中減去，以維持長(zhǎng)期校準(zhǔn)精度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射光束的偶然運(yùn)動(dòng)，例如橫向平移發(fā)射器，可消除這種散射射線(xiàn)的誤探測(cè)。發(fā)射光束或光束群可以沿與光束傳播方向垂直的各個(gè)方向平移。特別地，激光束可即刻捕獲搖動(dòng)，以給出在干擾信號(hào)位置的橫向位移，如50毫米。如果散射由煙霧造成，那么當(dāng)光束移動(dòng)時(shí)，上述信號(hào)變化將很小。如果搖擺的細(xì)線(xiàn)之類(lèi)物體導(dǎo)致信號(hào)，那么該信號(hào)變化將很強(qiáng)。
圖10示出第二攝像機(jī)63可以連接到系統(tǒng)上，提供附加視野(view)。與使用一個(gè)攝像機(jī)相比，使用兩個(gè)攝像機(jī)可提供更精確的定位煙霧范圍的方法。同樣，額外視野為同一顆粒物質(zhì)的不同散射角度微粒提供散射信息。該數(shù)據(jù)可以用于區(qū)別具有不同微粒大小分布或散射特性的物質(zhì)。進(jìn)而這可用于減小系統(tǒng)對(duì)會(huì)造成誤報(bào)警的干擾微粒的靈敏度，例如塵埃之類(lèi)。利用一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器，散射角度變化；發(fā)射線(xiàn)的波長(zhǎng)；偏振旋轉(zhuǎn)；被觀察的散射的偏振面以及改變發(fā)射和探測(cè)計(jì)時(shí)，都提供辨別不同類(lèi)型微粒的方法。
如果大微粒(常與塵埃有關(guān))比較小微粒(一般由煙霧引起)更正向散射，便能夠確定微粒的類(lèi)型。如果對(duì)于發(fā)射線(xiàn)路徑的特殊片段來(lái)說(shuō)正向散射比橫向散射顯著多，則可以理解為上述特殊片段的微粒密度由大微粒部分構(gòu)成。將其與其他部分或時(shí)間比較可以是有用的，以便確定造成微粒出現(xiàn)在第一個(gè)位置的事件的特點(diǎn)。在特定的實(shí)施例中，通過(guò)使用散射角可實(shí)現(xiàn)排除塵埃。在這方面，兩個(gè)攝像機(jī)使用一激光束，一個(gè)在非常小的角度(如1度)，另一個(gè)在大角度(如30度)。第一個(gè)攝像機(jī)對(duì)大微粒(塵埃)具有較大的靈敏性。其讀數(shù)的一部分可以從另一個(gè)攝像機(jī)中減去以減小對(duì)塵埃的靈敏度。如果分析由空中微粒散射的光的特性，并與煙霧類(lèi)型和干擾微粒范圍中的已知散射特性比較，可有效降低誤報(bào)警的發(fā)生頻率。本發(fā)明提供確定這些特性的方法，包括在變化角度對(duì)散射光信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量、偏振面和波長(zhǎng)。
圖11a中攝像機(jī)64查看橫跨房間的兩個(gè)激光器65和66。圖11b使用一個(gè)反射到攝像機(jī)67的激光器，提供更好的房間覆蓋，并捕獲正向和反向散射光。
在本實(shí)施例中，處理器10包括可運(yùn)行Pentium4芯片和Windows2000操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
本實(shí)施例的一方面是信號(hào)處理，參照?qǐng)D4下面詳細(xì)討論，圖4是數(shù)據(jù)流程圖，其布局可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。為了容易參考，使用探測(cè)器10的軟件，通常稱(chēng)為軟件，控制本實(shí)施例中的信號(hào)處理。參照?qǐng)D4應(yīng)注意，數(shù)據(jù)流線(xiàn)表示圖像數(shù)據(jù)流(2維數(shù)組數(shù)據(jù))，數(shù)組數(shù)據(jù)流程(1維數(shù)組數(shù)據(jù))以及在不同處理階段的簡(jiǎn)單數(shù)字或結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流。因此，上述處理功能可以處理更密集的圖像數(shù)據(jù)，或者隨意地，例如不太密集的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，工程效率可以通過(guò)選擇部件和在不同階段執(zhí)行處理功能的軟件實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。
激光器狀態(tài)確定 在圖4的步驟401中，執(zhí)行激光器狀態(tài)的確定。為了確定特定幀的激光的狀態(tài)，此實(shí)施例中的軟件依靠在攝像機(jī)的視場(chǎng)中有激光源。
所關(guān)注的小區(qū)域被分派包括激光源射線(xiàn)。區(qū)域的中心被設(shè)置為激光源光斑的初始位置。計(jì)算區(qū)域內(nèi)的平均像素值。然后與閾值比較以判定圖像是否記錄激光器的開(kāi)或關(guān)。
閾值是平均傳輸?shù)姆逯堤綔y(cè)器和谷值探測(cè)器的輸出的平均值。在新的峰或谷還未形成的情況下，每一個(gè)探測(cè)器執(zhí)行指數(shù)式衰減至當(dāng)前平均值。時(shí)間常數(shù)根據(jù)幀設(shè)置，優(yōu)選的值約為10。
此技術(shù)證明是相當(dāng)強(qiáng)勁的?？蛇x擇的方法是尋找一個(gè)或者多個(gè)超出固定閾長(zhǎng)方形中的平均值的像素。
在執(zhí)行中，其中激光器開(kāi)/關(guān)轉(zhuǎn)換較緊密地耦合至幀采集，可以不需要這一功能。然而，其仍可適合仔細(xì)的檢查激光源不模糊并且具有恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。
激光器位置 在圖4的步驟401中，重心算法估算監(jiān)控范圍內(nèi)的激光源像素坐標(biāo)。由于安裝架和/或建筑經(jīng)時(shí)間而移動(dòng)，此位置信息在每個(gè)“激光開(kāi)”圖像可隨意更新，以慮及或者激光源或者攝像機(jī)位置漂移。影響穩(wěn)定性的因素包括建筑物墻壁的移動(dòng)，安裝點(diǎn)剛性等。
更精確地，可從圖像中減去上一步驟(激光狀態(tài)確定)確定的閾值，反向圖像減為零(negatives are clipped to zero)。用于狀態(tài)確定的相同矩形的中心則得到激光光斑的(x，y)坐標(biāo)。在本算法中，像素值被當(dāng)作重力。
可供選擇的技術(shù)是將上述描述的范圍當(dāng)作圖像，并計(jì)算大量(大約50)已知“發(fā)射器關(guān)狀態(tài)”圖像的平均值，然后從已知的由發(fā)射機(jī)開(kāi)捕獲的最新圖像中減去平均值。前述重心算法可用于圖像數(shù)據(jù)而估算光斑位置。
計(jì)算所關(guān)注的區(qū)域和背景取消(background cancellation) 在圖4的步驟403中，計(jì)算所關(guān)注的區(qū)域。在圖4的步驟404中，執(zhí)行背景取消。當(dāng)背景取消時(shí)，可以結(jié)合使用插值法和幀相減以減少來(lái)自圖像的時(shí)間(temporally)干擾變量以及不變信息。如圖5所示，圖像被分割成三個(gè)關(guān)注區(qū)域。背景被分割成背景區(qū)域101和103，以及綜合區(qū)域(integration region)102。這些區(qū)域周期性更新以反映任何所探測(cè)到的激光源位置處的變化。關(guān)注區(qū)域的形狀的選擇反映散射線(xiàn)的圖像的精確位置上的不確定性。在圖5中，攝像機(jī)無(wú)法看見(jiàn)發(fā)射線(xiàn)撞擊墻壁(發(fā)生在圖5的左手端之外)的點(diǎn)，并且因此發(fā)射線(xiàn)的確切光路是未知的。這樣導(dǎo)致關(guān)注區(qū)域102隨著與發(fā)射器的距離增大而擴(kuò)張。人工確定發(fā)射線(xiàn)的路徑的方法是，通過(guò)暫時(shí)阻礙射線(xiàn)并檢測(cè)其位置，然后人工把數(shù)據(jù)輸入到處理器中來(lái)測(cè)試發(fā)射線(xiàn)的位置，?？蛇x地，一個(gè)或多個(gè)基本透明的探測(cè)儀(probe)可插入束中，其中探測(cè)儀可以是如板的物體形式。進(jìn)入和退出板時(shí)將出現(xiàn)某些散射，提供一個(gè)或多個(gè)圖像參照點(diǎn)，從中可以計(jì)算所需要的綜合范圍和背景范圍。在應(yīng)用中，探測(cè)器可以用于探測(cè)例如干凈房間里或有害的環(huán)境里的微粒，這種封閉環(huán)境的窗戶(hù)可用作基本透明的板，因此，不需要侵入所述環(huán)境安裝探測(cè)系統(tǒng)部件，就可以確定光束的路徑。
一般地，用于調(diào)試探測(cè)器的一個(gè)或多個(gè)探測(cè)儀利用半透明的光線(xiàn)散射體向系統(tǒng)顯示沿光束一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的激光束的路徑。正如所述，這樣驗(yàn)證光束經(jīng)過(guò)所計(jì)劃的路徑，并且正確繪制沿光束的位置。同樣有用的是，證明系統(tǒng)正確響應(yīng)，而不用在范圍內(nèi)產(chǎn)生煙霧，這通常是非常不希望的。在應(yīng)用中，可以使用桿(伸縮的或多部分的)從地面進(jìn)入光束的位置。適宜地把一張半透明材料(最好是硬的)固定在這樣的桿上。比如，為了截取光束并確認(rèn)系統(tǒng)識(shí)別出正確的截取位置的目的，支撐在線(xiàn)結(jié)構(gòu)(wire frame)上的例如一張A4或信紙大小的空白紙即可。在優(yōu)選實(shí)施例中，更復(fù)雜有效的方法是使用具有光散射特性的材料，其光散射特性大約與已知密度的煙霧散射特性相似。比如，載有氧化鋁微粒的薄片玻璃可用來(lái)散射大約1％的入射光，這還允許在那一點(diǎn)上，并且可以推論在光束的所有點(diǎn)上測(cè)量探測(cè)器的有效靈敏度。由于保持方向已不是問(wèn)題，那么還可使用三維物體代替平面板，而且在某些情況下可以是優(yōu)選。比如，為玻璃燈泡或具有適當(dāng)?shù)谋谏秃穸鹊某錃鈿馇?。后者甚至可以充氦氣并從下面在?xì)繩上進(jìn)入光束。其中激光束穿過(guò)不能輕易從地面進(jìn)入的空間(如體育館，或建筑物前庭，其中一些50米而遠(yuǎn)高于地面)。把散射介質(zhì)放置到光束中的其他方法也是需要的。比如，可以使用無(wú)線(xiàn)電控制的小飛行裝置，首選的是適于室內(nèi)使用的可充電的電子直升機(jī)。這種裝置不必在光束中靜止很長(zhǎng)時(shí)間(比如大于50msecs)，只要在激光開(kāi)啟時(shí)至少穿過(guò)光束一次。合適的直升機(jī)實(shí)例是由中國(guó)汕頭市Toy Yard工業(yè)公司生產(chǎn)Sky Hawk R/C小型直升機(jī)模型HP4034。
狹窄綜合范圍的用途是要減少來(lái)自不產(chǎn)生散射信號(hào)的像素的噪音影響，并使得背景區(qū)域更接近綜合范圍，這樣可以更好地估算用于修正激光關(guān)圖像(laser off images)上的激光亮度水平的修正因子。
綜合區(qū)域102包括發(fā)射線(xiàn)路徑，同時(shí)，在背景取消時(shí)，可使用背景區(qū)域101和103各邊的范圍。通常，區(qū)域是三角形，即離激光源越遠(yuǎn)越寬。這是必要的，因?yàn)楫?dāng)已知射線(xiàn)光斑的位置，而路徑的精確角度未知時(shí)，如果攝像機(jī)看不到射線(xiàn)終端，路徑另一端就需要較大的容差。因較多的像素，綜合區(qū)域較大的部分會(huì)有更多的干擾，幸運(yùn)地，每個(gè)像素代表較短的路徑長(zhǎng)度，因此，每單位長(zhǎng)度采樣數(shù)越大，平均值越大。如果攝像機(jī)能夠見(jiàn)到射線(xiàn)終點(diǎn)，位置的不確定性就會(huì)較小，關(guān)注區(qū)域不需要像圖5所示那樣分開(kāi)。
可選擇兩個(gè)背景區(qū)域101和10用于亮度補(bǔ)償因子的插值，以修正激光關(guān)圖像中射線(xiàn)路徑的任一側(cè)的背景照明的時(shí)間變化(temporalvariations)。例如，由于在射線(xiàn)路徑的任一側(cè)兩個(gè)不同且時(shí)間獨(dú)立變化的光源，照明變化。通過(guò)沿射線(xiàn)路徑長(zhǎng)度把三個(gè)范圍101，102，103細(xì)分為各部分，并對(duì)各子部分進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)原理可以延伸用于沿路徑而不僅僅只是路徑任一側(cè)的變化。
背景取消算法對(duì)n個(gè)“開(kāi)幀(on frames)”和m個(gè)“閉幀(offframes)”求和，這些幀的序列是任意的。從“發(fā)射器開(kāi)(emitter on)”幀中減去“發(fā)射器關(guān)(emitter off)”幀之前，以因子f按比例調(diào)節(jié)“發(fā)射器關(guān)”幀以補(bǔ)償圖像照明水平變化。這對(duì)人工照明有用，其強(qiáng)度變化迅速。合成圖像包括n個(gè)“發(fā)射器開(kāi)”和m個(gè)“發(fā)射器關(guān)”圖像之間的任何差異。這一點(diǎn)在圖6中圖形示出。
使用激光開(kāi)和激光關(guān)幀之間的背景變化比，通過(guò)插值法確定比例因子f。
其中，μ為如下標(biāo)所示的或者激光開(kāi)幀或者激光關(guān)幀的指定背景區(qū)域內(nèi)的像素強(qiáng)度的平均值。
如果處理器運(yùn)行不夠快以跟上全幀速率，就需要一種方案(scheme)以允許處理隨機(jī)選擇的幀。由于n個(gè)激光開(kāi)幀和m個(gè)激光關(guān)幀用于背景取消，并等待累計(jì)幀的數(shù)量，可放棄任何多余的激光開(kāi)幀和激光關(guān)幀。
有選擇地，可以利用鎖步同步技術(shù)，以便將關(guān)于所捕獲到的圖像的激光狀態(tài)的信息輸入計(jì)算機(jī)。在任何情況下，該技術(shù)應(yīng)用需要一個(gè)開(kāi)幀和一個(gè)關(guān)幀的最小量。
對(duì)上述取消方案的替換是只減去激光開(kāi)和激光關(guān)幀。用在減去前和/或后進(jìn)行求和、求平均值或者濾波，可對(duì)許多開(kāi)幀和關(guān)幀求和、或者求平均值、或者低通濾波。
背景取消的結(jié)果是圖像主要由發(fā)射器的散射光、一些剩余的背景光和噪音構(gòu)成。
幀綜合(Frame Integration) 在圖4的步驟405進(jìn)行幀綜合。一些取消背景的幀可求和，求平均值或者低通濾波，以獲得噪音減小的散射光圖像。通過(guò)對(duì)一些幀求平均值，可減少與激光開(kāi)/關(guān)轉(zhuǎn)換無(wú)關(guān)的干擾，而保留需要的(有關(guān)的)散射信息。典型地，用于背景q取消和幀綜合步驟的幀總量大約為100(即大約3秒的視頻)。更長(zhǎng)時(shí)間的綜合或更低濾波截止頻率可以產(chǎn)生對(duì)噪音率有改善的信號(hào)，并在損失響應(yīng)時(shí)間的情況下允許更強(qiáng)的靈敏性系統(tǒng)。
參照?qǐng)D7a至7c，圖像順序顯示，探測(cè)散射光時(shí)，背景取消和綜合的效果。圖像強(qiáng)度調(diào)整為使人眼有更好的可見(jiàn)度。整個(gè)光束的微粒遮蔽水平，用由申請(qǐng)人銷(xiāo)售的VESDATM LaserPLUSTM探測(cè)器測(cè)出大約為0.15％每米。圖7a顯示原始視頻，圖7b加亮綜合區(qū)域，7c為背景消除和綜合后，煙霧中的散射光。
相對(duì)于半徑的散射計(jì)算(Scatter vs radius computation) 在圖4的步驟406中，進(jìn)行計(jì)算作為發(fā)射器半徑的函數(shù)的散射。使用這種方法，可以修正因系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)和散射而引起的沿光束的強(qiáng)度的變化。計(jì)算數(shù)據(jù)數(shù)組包括作為半徑的函數(shù)的綜合區(qū)域的散射光水平，比如，測(cè)量從激光光源中捕獲的圖像的像素。半徑弧覆蓋綜合內(nèi)的許多像素，在給定半徑距離內(nèi)各像素的強(qiáng)度一起相加。圖8是綜合區(qū)域如何被以發(fā)射器為中心的弧分割圖形描述。在圖8中，三角形80表示預(yù)期的綜合范圍，弧代表相對(duì)激光光源不同的半徑。位于每對(duì)弧之間的綜合范圍的每一部分使像素相加，其和被輸入到散射光數(shù)據(jù)數(shù)組中。對(duì)于兩弧之間不清晰的像素，對(duì)所算得的與這類(lèi)像素對(duì)應(yīng)的半徑舍入或舍位，可用于解決模糊。這類(lèi)像素的貢獻(xiàn)(contribution)可以按相鄰范圍的總數(shù)被分配，而不是被堆積在一個(gè)或另一個(gè)中。計(jì)算幾何結(jié)構(gòu)(Compute geometry) 在圖4的步驟408中，確定系統(tǒng)要素/組件的幾何結(jié)構(gòu)。如前所描述的每一個(gè)像素(或圖像點(diǎn))在散射量(scattering volume)上對(duì)應(yīng)于特定幾何結(jié)構(gòu)，并且圖2中示出了這樣的圖像點(diǎn)的一般情況。在每一個(gè)這樣的點(diǎn)或像素上，因而可以確定下列參數(shù) 1.θ-散射角 2.γ-與激光光源的距離(米) 3.D-從攝像機(jī)到激光光源的距離 4.L-沿光束的指定點(diǎn)上的一個(gè)像素可看到的物理長(zhǎng)度 對(duì)于真實(shí)世界系統(tǒng)，那么確定與指定半徑γ對(duì)應(yīng)的像素的修正強(qiáng)度，其中像素強(qiáng)度乘以預(yù)定散射增益值，下面在散射角度修正部分討論，相對(duì)于無(wú)損各向同性散射計(jì)算，與指定半徑和指定散射角對(duì)應(yīng)。形成合(resultant)散射數(shù)據(jù)數(shù)組。
散射角度修正 散射角度修正邏輯上根據(jù)圖4中的步驟409確定。作為輸入，程序要求散射數(shù)據(jù)文件，對(duì)于指定的材料，其包括一組散射角度，以及相應(yīng)的增益。這個(gè)文件中的數(shù)據(jù)由經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)方法產(chǎn)生，并預(yù)定包括各種類(lèi)型煙霧的平均值。
在上述幾何計(jì)算所確定的每個(gè)散射角度，可導(dǎo)出每個(gè)散射角的增益。來(lái)自輸入散射數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)可被線(xiàn)形插值，所以對(duì)于每個(gè)散射角來(lái)說(shuō)可以計(jì)算出正向增益的近似值。
計(jì)算相對(duì)于半徑的煙霧(Computer Smoke vs Radius) 在圖4的步驟407進(jìn)行確定對(duì)于指定半徑的光束的煙霧。為了將散射數(shù)據(jù)數(shù)組轉(zhuǎn)換為煙霧水平..........?？梢允褂孟拗茙缀谓Y(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度或角度的任意組合。D是從攝像機(jī)82到發(fā)射器84的距離，θj是由攝像機(jī)82到發(fā)射器84的連線(xiàn)與對(duì)應(yīng)于來(lái)自發(fā)射器84的射線(xiàn)的路徑的線(xiàn)之間構(gòu)成的角，以及d是垂直于發(fā)射線(xiàn)與攝像機(jī)入瞳相交的線(xiàn)的長(zhǎng)度。由這個(gè)信息，通過(guò)三角學(xué)和幾何學(xué)可確定所有其他必要的信息。在圖12中可看到這個(gè)幾何結(jié)構(gòu)。
對(duì)于在上述的相對(duì)于半徑散射的數(shù)組的每一元素，計(jì)算圖12中所示的L、θr以及r值。L為可見(jiàn)的一個(gè)攝像機(jī)像素的束的長(zhǎng)度。
沿束綜合以獲得昏暗度(Integrate along beam to obtainobscuration) 在圖4的步驟410，對(duì)光束圖像扇區(qū)進(jìn)行綜合以獲得昏暗度。光束長(zhǎng)度被分為許多扇區(qū)以提供沿光束可尋址，以便區(qū)別激光源和激光束散射，激光源位置四周的像素包括作為部分扇區(qū)，因?yàn)橛缮⑸洚a(chǎn)生的強(qiáng)度不可分辨，尤其對(duì)于未瞄準(zhǔn)的源，其可能出現(xiàn)的發(fā)光對(duì)光源四周的像素產(chǎn)生剩余強(qiáng)度。
在攝像機(jī)端同樣，由于安裝的幾何結(jié)構(gòu)，攝像機(jī)的視場(chǎng)使得光束在攝像機(jī)的數(shù)米內(nèi)可視。
為了提供扇區(qū)邊界之間的平滑過(guò)渡，執(zhí)行簡(jiǎn)單的滑動(dòng)平均濾波器(simple moving average filter)。事實(shí)上，光束被分為n+1段，(對(duì)兩個(gè)片段的長(zhǎng)度)應(yīng)用滑動(dòng)平均得到n扇區(qū)。
沿被捕獲束的圖像的各像素對(duì)應(yīng)于沿束的物理長(zhǎng)度，如圖8和圖12所示。隨著束逐漸接近攝像機(jī)，此物理長(zhǎng)度變得越短。因此，應(yīng)用如上所述修正法，起始于激光端，并忽略邊界外的像素，特定部分的昏暗度，是所有像素強(qiáng)度的和，并分為物理的長(zhǎng)度和位置，如其部分所描述。
例如，要確定昏暗度，Or在整個(gè)束上，Or設(shè)為像素半徑r的扇區(qū)尺度，r為n到m。
其中，S為散射光，L為上述指定。
如上所述，束長(zhǎng)度被分為許多段以便為有效模擬一些點(diǎn)型探測(cè)器的各段確定各個(gè)煙霧水平?？梢韵蚧鹁刂泼姘逄峁┻@些理論的點(diǎn)型探測(cè)器的輸出，然后它能夠顯示煙霧或火的位置，正如普通的點(diǎn)型探測(cè)器一樣。上述公式建立此理論上，即發(fā)射線(xiàn)每段發(fā)射的散射光會(huì)為基于從射線(xiàn)路徑到攝像機(jī)的角度的特定粒子密度提供不同的光輸出和每段的像素?cái)?shù)量。隨著發(fā)射線(xiàn)的路徑更接近攝像機(jī)，即隨著圖12中r的增大，角θr也增大。由于束在朝向攝像機(jī)的方向明顯變寬，含有散射光的像素?cái)?shù)量將也增加。如圖8和圖13示出了寬度的增加。圖13示出了來(lái)自發(fā)射器84的發(fā)射線(xiàn)。為了清晰射線(xiàn)展開(kāi)的角度被放大。隨著發(fā)射線(xiàn)走得離發(fā)射器更遠(yuǎn)(即隨著r增大)，與潛在的散射線(xiàn)的位置一致的像素?cái)?shù)量增加。在接近發(fā)射器的半徑86，只有兩個(gè)像素被確定在由探測(cè)器所覆蓋的關(guān)注區(qū)域內(nèi)，使這些像素的光相加并置于數(shù)組90，為scattered_light(r)(散射光(r))，它包括n倍一數(shù)組信息，其中，n為穿過(guò)屏幕的像素?cái)?shù)量。在半徑88，有更多的像素在由探測(cè)器覆蓋的關(guān)注范圍之內(nèi)，它們都被相加以獲得在被覆蓋的關(guān)注區(qū)域內(nèi)得到的散射的量。在數(shù)組92可計(jì)算散射射線(xiàn)的角度θr，它對(duì)每個(gè)像素不同。即，當(dāng)r小時(shí)，θr會(huì)小，而當(dāng)r增加時(shí)，θr亦增。這個(gè)信息是重要的，因?yàn)樵跈z測(cè)某事件中所關(guān)注的粒子根據(jù)其大小可具有不同的散射特性。非常細(xì)小的粒子(相對(duì)于發(fā)射線(xiàn)的波長(zhǎng)而言)更勻一地散射而與θr(散射角)無(wú)關(guān)，但是較大的粒子正向散射較多，并且當(dāng)θr增加時(shí)，其強(qiáng)度降低。更常見(jiàn)，在本煙霧粒子的實(shí)例中所關(guān)注的粒子是相對(duì)小的粒子，因此，對(duì)特定的散射角θr使用有效的光線(xiàn)輸出換算系數(shù)表是很有用的。已知這種表用于使用激光腔以探測(cè)粒子的感煙探測(cè)器。
數(shù)組94包括被像素捕獲的光的實(shí)際半徑。數(shù)組96包括發(fā)射線(xiàn)片段的長(zhǎng)度，本例中，其被攝像機(jī)的幀中的捕獲圖像的水平像素包圍。此信息被用于確認(rèn)發(fā)射線(xiàn)的量，并被用于幫助計(jì)算射線(xiàn)的強(qiáng)度。同時(shí)，數(shù)組96還包括在各點(diǎn)r上的有關(guān)煙霧強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，定義為煙霧[r]。
警報(bào)狀態(tài) 最后參照?qǐng)D4，計(jì)算警報(bào)狀態(tài)。按照標(biāo)準(zhǔn)吸式感煙探測(cè)器或其他由用戶(hù)確定的參數(shù)，每一扇區(qū)的警報(bào)狀態(tài)根據(jù)閾值和延遲以及優(yōu)先編碼方案而定。
同樣的方法用于地帶警報(bào)水平，除非最末地帶輸出是最高扇區(qū)或地帶水平，無(wú)論哪一個(gè)較高。
故障探測(cè) 系統(tǒng)可提供故障情況的探測(cè)，其本質(zhì)上是圖像中缺少激光光斑?；谟迷谝粋€(gè)背景取消循環(huán)中的許多幀可檢測(cè)激光開(kāi)/關(guān)信號(hào)占空比為在33％至66％內(nèi)。
可選擇的實(shí)施例 依靠應(yīng)用和所需的特征，許多選擇性的實(shí)施例可用。例如，可以許多種方式執(zhí)行故障探測(cè)。
在另一應(yīng)用中，上述系統(tǒng)能被用在昏暗度測(cè)量重要的應(yīng)用中，例如飛機(jī)場(chǎng)，如果能見(jiàn)度降低到某個(gè)水平以下，煙霧可引起飛機(jī)轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)不需要環(huán)境光而工作，并且能因此在晚間無(wú)額外光線(xiàn)工作。紅外攝像機(jī)也能隨紅外光源使用，如果頻率與探測(cè)光相同的光源能被循環(huán)，因此處理器忽視為安全目的被照亮的幀。
典型的安全攝像機(jī)可每秒拍攝25個(gè)圖像或者幀。煙霧探測(cè)可只需要每秒探測(cè)1幀或者更少。因此剩余圖像可用于安全目的。
為了增加靈敏度，運(yùn)行在探測(cè)子系統(tǒng)(6，7)中的視頻處理軟件可被用以消除視頻信號(hào)中干擾變化的影響，干擾變化不在所知的由光束占據(jù)的位置?；谲浖南到y(tǒng)是公知的，其執(zhí)行相同的功能即處理視頻圖像的不同范圍，例如在基于視頻的安全系統(tǒng)中，如Vision Fire&Security Pty Ltd的ADPROTM產(chǎn)品。
發(fā)射器可以是激光器，發(fā)射偏振射線(xiàn)。激光器可發(fā)射可見(jiàn)光，紅外線(xiàn)或者紫外線(xiàn)。射線(xiàn)波長(zhǎng)的選擇可取決于被測(cè)粒子的特性、以及儀器的特性和粒子探測(cè)中所使用的方法。其它種類(lèi)的射線(xiàn)發(fā)射器可包括氙氣閃光管、其他氣體放電管，或者激光二極管或者發(fā)光二極管。光線(xiàn)優(yōu)選被至少某種程度校準(zhǔn)，但是如果使用利用關(guān)注區(qū)域的可選擇的范圍分離，那么可發(fā)射更寬的射線(xiàn)束。
圖11c示出了另一實(shí)施例，其中使用兩個(gè)攝像機(jī)102和104以及單個(gè)激光器106。在此實(shí)施例中，一個(gè)攝像機(jī)可觀察發(fā)射器，另一個(gè)攝像機(jī)觀察射線(xiàn)撞擊墻壁108的位置或者目標(biāo)。在此種結(jié)構(gòu)中，如果攝像機(jī)102、104被連接至相同的處理器或者至少相互通信，則是理想的。此系統(tǒng)提供許多優(yōu)點(diǎn)，例如確認(rèn)射線(xiàn)沒(méi)有被遮擋，并且能被用以更精確地確定發(fā)射線(xiàn)相對(duì)于探測(cè)正向散射光的攝像機(jī)104的位置。同樣，減少發(fā)射線(xiàn)路徑的位置不確定性的程度，以及減小關(guān)注區(qū)域的大小，增加探測(cè)器系統(tǒng)的靈敏度。
一方面，本發(fā)明提供探測(cè)粒子的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射至少一束射線(xiàn)以及探測(cè)標(biāo)示粒子存在的區(qū)域的圖像變化，其中由至少一個(gè)或者多個(gè)圖像捕獲設(shè)備探測(cè)圖像的變化。特別是，可使用對(duì)置的攝像機(jī)。更特別是，可使用一對(duì)相對(duì)著的激光器+攝像機(jī)對(duì)，用來(lái) 為了完整性(正確操作)及對(duì)準(zhǔn)(alignment)，監(jiān)視對(duì)方的激光源 在紅外激光的情況下(使用攝像機(jī)觀察紅外線(xiàn)點(diǎn))，使得對(duì)準(zhǔn)更容易 根據(jù)敏感性和可尋址性，獲取更均勻的覆蓋 獲取反向散射線(xiàn) 在圖14示出的實(shí)施例中，第一攝像機(jī)31和第二攝像機(jī)39被大致相對(duì)安裝，并且分別以視場(chǎng)320和310相互面對(duì)。激光源33被安裝在攝像機(jī)39的同側(cè)，并且在一實(shí)施例中，可安裝在同一安裝架上或在同一封裝內(nèi)以給予成本效益。激光源33和攝像機(jī)39現(xiàn)可被稱(chēng)為“激光器/攝像機(jī)對(duì)”33&39。
同樣地，第二激光源311被安置在攝像機(jī)31的同側(cè)，也可安裝在同一安裝架上或在同一封裝內(nèi)以給予成本效益。因此，激光源311和攝像機(jī)31也組成“激光器/攝像機(jī)對(duì)”311&31。激光源33和311各自提供激光束34和312。
成對(duì)(33&39或者311&31)中的每一個(gè)激光器和攝像機(jī)可在制造時(shí)被預(yù)對(duì)準(zhǔn)，以便激光束以固定的角度在攝像機(jī)的視中央顯示出來(lái)。好處在于，在安裝時(shí)，每一個(gè)攝像機(jī)的安裝和對(duì)準(zhǔn)只涉及引導(dǎo)激光束指向距相對(duì)的攝像機(jī)有近似預(yù)定距離的點(diǎn)，因而降低安裝時(shí)間和費(fèi)用。
如果選擇的預(yù)置角為θ度而激光器/攝像機(jī)對(duì)之間的距離為D米，則所需的目標(biāo)光斑至攝像機(jī)間距S為 S＝Dtanθ 例如，如果θ＝2度，而D＝50m，則S為1.75米。在此例中，位置誤差，例如+/-100mm對(duì)粒子密度測(cè)量精度將有可接受的微小影響。
所述布置的另一個(gè)好處在于，圖14中在313&35處所示的每一光束的到達(dá)點(diǎn)在相對(duì)的攝像機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)，因此可容易地被監(jiān)視以確保光源正確運(yùn)行，以及激光束未被遮擋。這是本篇其它地方描述過(guò)的“后視”裝置的替代形式。
這種布置的另一個(gè)好處在于，當(dāng)使用單束光或單個(gè)攝像機(jī)的時(shí)候，它能緩解可感受到的減小的位置分辨力(resolution)。在那種情況下，遠(yuǎn)離攝像機(jī)的粒子云的精確位置可能不會(huì)像靠近攝像機(jī)的粒子云一樣被精確測(cè)量，因?yàn)樗膱D像對(duì)著較小的角，從而攝像機(jī)圖像中的較少的像素。用兩個(gè)攝象機(jī)，位置分辨力在被保護(hù)區(qū)域的各端部是最精確的，在中央精確度只稍減了些。這種布置的另一個(gè)好處在于，它允許來(lái)自濃煙流的反向散射容易測(cè)得。這種布置的另一個(gè)好處在于，便于使用紅外線(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)被對(duì)準(zhǔn)時(shí)，攝象機(jī)可用來(lái)拍攝其他不可視的目標(biāo)光斑。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射至少一束射線(xiàn)，以及探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化，并且進(jìn)一步包括確定被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)空間中給定圖解點(diǎn)的位置的設(shè)備。
其有利于定位或者尋找源，而系統(tǒng)不被“目眩”。在這一方面，正如本篇中其它地方所描述的，為了遮蔽從接受攝像機(jī)的激光孔徑中散射的光線(xiàn)，優(yōu)選使用校準(zhǔn)器或類(lèi)似裝置來(lái)校準(zhǔn)激光源，并且使用安裝在激光源的LED來(lái)使對(duì)面的攝像機(jī)去定位光源。LED可能與激光器同步閃光，并且根據(jù)環(huán)境光調(diào)節(jié)其強(qiáng)度，環(huán)境光或者通過(guò)光源上的光探測(cè)器(photo-detector)或著通過(guò)攝像機(jī)之一的的反饋測(cè)得。
系統(tǒng)能自動(dòng)全面檢查光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)將會(huì)也是理想的。這將會(huì)包括確定激光源和目標(biāo)光斑兩者的3D方位，其中目標(biāo)光斑是激光源相對(duì)攝像機(jī)位置到達(dá)的地方。使用攝像機(jī)確定空間點(diǎn)的位置的最低要求，可以為具有或者所討論的點(diǎn)的已知優(yōu)勢(shì)點(diǎn)的兩個(gè)視野(view)或該點(diǎn)的一個(gè)視野，及其它測(cè)定距離的方式，例如角間距(angularseparation)。物理距離由安裝程序提供給系統(tǒng)的軟件，這無(wú)論如何將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)可。
通過(guò)在源處相對(duì)LED的已知位置定位另一個(gè)LED，圖像中的角間距就能被測(cè)量，可計(jì)算從攝像機(jī)到LED(從而源)的距離。
另外，通過(guò)兩個(gè)“后視鏡(rear views)”，目標(biāo)光斑的方位就能被確定。因此，系統(tǒng)再也不會(huì)受到目標(biāo)光斑距離或束/攝像機(jī)距離的不恰當(dāng)設(shè)置的影響。完全的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)將成為可能。
在可選形式中，攝像機(jī)可通過(guò)兩片玻璃，局部鍍銀反射鏡，或一個(gè)厚片捕獲圖像。結(jié)果是疊加的三個(gè)圖像。第一圖像是束的主要圖像。第二和第三圖像包括臨近攝像機(jī)墻上的目標(biāo)光斑。第二和第三圖像的兩個(gè)光斑可以不完全一致。兩個(gè)光斑間的中心到中心的距離結(jié)合圖像中的各光斑的位置，已知的反射鏡的角度及間距(spacing)已足夠計(jì)算出3D空間中到激光光斑的實(shí)際距離。主要圖像可包括一些多重的反射，因此例如源的光斑能看到多次。包含這些點(diǎn)的這條線(xiàn)提供關(guān)于根據(jù)軸向旋轉(zhuǎn)的反射鏡的方位的信息。因此，反射鏡能被安裝者旋轉(zhuǎn)(僅軸向)從而使得目標(biāo)光斑處于攝像機(jī)的左邊，右邊，上面或是下面，而不需要任何其它的機(jī)構(gòu)顯示旋轉(zhuǎn)。
參照?qǐng)D15，將會(huì)提供進(jìn)一步的描述。為了精確地確定被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的任何散射點(diǎn)的位置，系統(tǒng)有必要任意時(shí)刻內(nèi)在模擬主要光學(xué)元件的3維相關(guān)位置和方向；如圖15所示為激光源43，攝像機(jī)41和激光束路徑44。
通過(guò)確定源43的位置及任何其他沿光束的一個(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)可確定激光束路徑44，其中其他點(diǎn)可為例如圖15中目標(biāo)光斑45表示的光束的到達(dá)點(diǎn)。
這些位置可通過(guò)安裝者人工確定，并使用使用任意預(yù)先定義的坐標(biāo)系統(tǒng)(arbitrary pre-defined coordinate system)通過(guò)人-機(jī)界面提供給系統(tǒng)。然而，既為了安裝方便，又為了進(jìn)行自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)的元件保持正確歸位和對(duì)準(zhǔn)，優(yōu)選系統(tǒng)能全面地自動(dòng)確定光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)。為了清楚，在此參照?qǐng)D15針對(duì)一個(gè)源43和一個(gè)攝像機(jī)41描述該方法，但可完全等效地用于多源和多攝像頭。
為了測(cè)定源43相對(duì)于處于最簡(jiǎn)單的執(zhí)行的攝像機(jī)41的角度位置，光源43是正對(duì)著攝像機(jī)(如圖15中角42所示)，并且光源的輸出，其會(huì)采取光圈、鏡頭或透明玻璃的形式，發(fā)出足夠的離軸光線(xiàn)使得攝像機(jī)41能在由攝像機(jī)41捕獲的圖像中識(shí)別其位置。這種識(shí)別能通過(guò)以一種方式對(duì)光源43調(diào)制變得更簡(jiǎn)便，使得圖像處理軟件把光源43與沒(méi)有這種特性的多余環(huán)境光源區(qū)分開(kāi)。然而在實(shí)踐中，可能更需要光源43被高度校準(zhǔn)，而因此也許沒(méi)有足夠的反軸光線(xiàn)允許這樣。因?yàn)橛欣诜乐贡緟^(qū)域中的攝像機(jī)圖像的色飽和，使用視場(chǎng)遮擋(field-of-view masks)等，可以慎重設(shè)置離軸光線(xiàn)的最小限度。因此，為了使激光源43的位置在攝像機(jī)圖像中可辨認(rèn)，有著發(fā)射模式受限更少的光源46會(huì)與源43放置在一起或與其緊鄰。優(yōu)選地，使用與激光源43有大約相同發(fā)射波長(zhǎng)的LED46。LED46以某種方式調(diào)制，使得圖像處理軟件能把LED的發(fā)射與沒(méi)有這種特性的多余環(huán)境光源區(qū)分開(kāi)，例如，在其最簡(jiǎn)單的執(zhí)行中，它能與激光同步閃光。此外，為了減小LED光線(xiàn)對(duì)圖像的影響，同時(shí)為了減小對(duì)屋內(nèi)人員任何潛在的損害，LED46的強(qiáng)度可被調(diào)到所要求水平的最小值。這可根據(jù)環(huán)境光線(xiàn)而變化，環(huán)境光線(xiàn)例如在源43處通過(guò)光探測(cè)器測(cè)量?？蛇x擇的是，通過(guò)使用來(lái)自一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)41的圖像數(shù)據(jù)的軟件處理，，可調(diào)整所要求的LED強(qiáng)度。
通過(guò)給源43提供距第一LED46已知間距的另一個(gè)LED47，這些點(diǎn)之間的角度間距可通過(guò)它們?cè)跀z像機(jī)圖像中的各自的位置被測(cè)定，然后簡(jiǎn)單的幾何學(xué)將被用來(lái)確定攝像機(jī)41和光源43間的距離。
此外，兩個(gè)LED46、LED 47被放在垂直的位置上，例如，優(yōu)選地，各LED46、LED 47被安裝在相同的高度，以便在它們間所畫(huà)的線(xiàn)是水平的，使得攝像機(jī)41的角傾斜(偏角)也就能確定。
束源43相對(duì)攝像機(jī)41的相對(duì)位置一經(jīng)確定，有必要確定光束路徑44。以下一種或多種方法能實(shí)現(xiàn)這個(gè) a)使得目標(biāo)光斑45落在攝像機(jī)41的直接視域內(nèi)； b)或是永久地，或是當(dāng)需要時(shí)，人為地或自動(dòng)地在光束4 4路徑中放置部分散射的媒介來(lái)檢測(cè)光束的位置，； c)檢測(cè)并記錄由偶而落在束44的區(qū)域內(nèi)的氣載塵埃微粒(小粒子)引起的散射； d)使用反射或折射的設(shè)備使攝像機(jī)41能拍攝到落在其直接視場(chǎng)外的目標(biāo)光斑45； e)使用另外的圖像設(shè)備監(jiān)視目標(biāo)光斑45的位置。
除以上所述以外，通過(guò)兩個(gè)“后視鏡”可確定目標(biāo)光斑45的位置。
在這些描述的優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于光源和攝像機(jī)之間同步化的方法和儀器，包括允許源以預(yù)定速率開(kāi)關(guān)振蕩，鑒別攝像機(jī)中源的視頻圖像，然后不斷地調(diào)整攝像機(jī)的幀速率以保持同步。這好處在于可減少例如，源與攝像機(jī)間的有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信的成本。這也允許考慮低成本的系統(tǒng)電力裝置，例如，使得通過(guò)使用遠(yuǎn)離攝像機(jī)的激光器上的內(nèi)部電池備用，組件的遙控定位也是可行的。正常情況下，激光電源可由插頭組件(plug pack)或者其他低成本電源提供。換句話(huà)說(shuō)，一對(duì)AA鎳鎘蓄電池就足夠了。電源支撐的電池應(yīng)該能滿(mǎn)足火災(zāi)安全系統(tǒng)的要求，也就是說(shuō)，UL認(rèn)證的防火電源。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，源可裝有寬發(fā)射角度的二次光源(secondary light source)，例如如圖15中描述的LED。LED可與激光源同步閃光，使攝像機(jī)圖像中的源的定位更容易。同樣，攝像機(jī)與其同步時(shí)，LED可獨(dú)立開(kāi)啟或關(guān)閉。當(dāng)使用后備電源時(shí)，激光會(huì)降低占空比來(lái)顯示情況，并同時(shí)保存能量。
在優(yōu)選實(shí)施例中，攝像機(jī)幀速率可被最初控制以與源中自激振蕩器大約相同的速率自由運(yùn)行。當(dāng)隨后鑒別閃光源或LED圖像時(shí)，兩個(gè)振蕩器間相變化的速率可被鑒別，然后常規(guī)的鎖相環(huán)反饋方法可被用以調(diào)整攝像機(jī)的幀速率來(lái)保持固定相，并且因此保持所需的同步性。通過(guò)激光調(diào)制或通過(guò)附加LED也可傳輸其它的狀態(tài)信息附加。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可設(shè)置源不按簡(jiǎn)單的周期性開(kāi)-關(guān)模式閃光，而以更復(fù)雜，但可預(yù)測(cè)的模式，例如偽隨機(jī)序列。這使得源更容易與其它干擾光源區(qū)分開(kāi)，例如，熒光燈，其周期變化與源調(diào)制無(wú)關(guān)。這既有利于更容易初步定位攝像機(jī)圖像中的源，又有利于提高在變化的環(huán)境光中對(duì)煙霧的敏感性。
在另一實(shí)施例中，源振蕩器的起始頻率(primary frequency)可改變?yōu)锳C市電頻率(mains electricity frequency)(根據(jù)地區(qū)，通常50HZ或60HZ)，或是其倍數(shù)(multiple)，或是其約數(shù)(sub-multiple)，并與其相位同步。市電頻率可直接由有線(xiàn)市電電源的輸入產(chǎn)生(sense)，或可以由電感或電容耦合產(chǎn)生，或可選地可由接收來(lái)自范圍中的人工光的光線(xiàn)的光電探測(cè)器產(chǎn)生。如果沒(méi)有人工光，那么振蕩器可以其默認(rèn)頻率在不損失利益的情況下自由運(yùn)行。在另一實(shí)施例中，起始頻率被設(shè)置成與AC市電頻率非常相近或?yàn)槠浔稊?shù)或約數(shù)的頻率，但同步裝置沒(méi)被提供。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供探測(cè)粒子的儀器和方法，包含向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及探測(cè)標(biāo)示粒子存在的區(qū)域的圖像的變化，其中圖像的變化對(duì)應(yīng)于反向散射線(xiàn)。特別是，第二激光源以一角度可安裝在攝像機(jī)上，用于檢測(cè)該區(qū)域的圖像，使得發(fā)射束穿過(guò)攝像機(jī)的視場(chǎng)，因此尋找相對(duì)發(fā)射束稍小于180度的角的反向散射。在這個(gè)方面，可以探測(cè)反向散射線(xiàn)來(lái)測(cè)量粒子水平，該粒子可完全阻礙來(lái)自第一遠(yuǎn)距離激光源的的入射光束。在濃煙水平情況下，光束從煙霧事件反方向看可被完全遮擋。此方面在其它地方有更詳細(xì)的描述。
反向散射幾結(jié)構(gòu) 出于說(shuō)明的目的，“反向散射幾何結(jié)構(gòu)”可以是散射角大于90度的裝置。因而散射光可按光源的大體方向向后進(jìn)行。反向系統(tǒng)的實(shí)施例可以有激光器(或其他電磁光源)，其建立在與攝像機(jī)相同的外殼中，或可選地安裝在攝像機(jī)附近。與其他類(lèi)似的正向散射裝置相比，在反向散射系統(tǒng)中，攝像機(jī)通?？赡芙邮蛰^少散射光。因此，為了高靈敏性通常不優(yōu)選這種系統(tǒng)，因?yàn)樾枰捎昧硗獾臏y(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)與正向散射探測(cè)相同的性能水平。然而，當(dāng)單獨(dú)使用和作為正向散射的附件時(shí)，反向散射裝置提供一定的優(yōu)勢(shì)。
參照?qǐng)D16，示出了大體物理設(shè)置，其包括激光器162、攝像機(jī)161、激光束可在其上形成目標(biāo)光斑163的激光目標(biāo)164，以及作為標(biāo)志(marker)的附加光源165。注意當(dāng)圖16示出許多元件來(lái)獲得下面列出的特殊效益或者功能時(shí)，不是所有這些元件都需要存在。攝像機(jī)161和激光器162可被安裝在相同的外殼中或者至少緊鄰。這使得安裝簡(jiǎn)單，因?yàn)槌馐?66本身之外，不需要配線(xiàn)或者功率或者信號(hào)來(lái)連接被監(jiān)視空間167的端部。正向散射系統(tǒng)將需要一些給遠(yuǎn)離攝像機(jī)161的光源162供能的設(shè)備，而且使光源162與攝像機(jī)快門(mén)(使用相關(guān)技術(shù))同步的設(shè)備。正向散射系統(tǒng)能夠在遠(yuǎn)端使用反射鏡以使得激光靠近攝像機(jī)，但在此情況下，對(duì)準(zhǔn)將更加關(guān)鍵。
如果激光器162和攝像機(jī)161同時(shí)被安裝在一個(gè)相同的框架或者外殼中，那么它們能夠被出廠(chǎng)對(duì)準(zhǔn)。這使得安裝更容易，因?yàn)榘惭b者只需設(shè)置激光器的可視光斑163以落入期望的目標(biāo)區(qū)域164，則攝像機(jī)161將被正確的對(duì)準(zhǔn)。如果使用非可視的射線(xiàn)，那么顯示來(lái)自攝像機(jī)161的圖像的監(jiān)視器可被用以幫助對(duì)準(zhǔn)。監(jiān)視器可為帶有通過(guò)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或者網(wǎng)絡(luò)連接的監(jiān)視屏幕的計(jì)算機(jī)。
在出廠(chǎng)對(duì)準(zhǔn)的攝像機(jī)161和激光器162的情況下，穿過(guò)空間的距離不必知道，因?yàn)榧す庖曨l系統(tǒng)可像確定煙霧微粒的位置一樣，使用相同的幾何技術(shù)自己測(cè)量。本質(zhì)上，該方法是利用已經(jīng)描述的技術(shù)在圖像中尋找激光目標(biāo)光斑163，并且其后使用已描述的幾何模型轉(zhuǎn)換此圖像坐標(biāo)為空間坐標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)在于安裝者少做一項(xiàng)工作，或者安裝者輸入的數(shù)據(jù)能被系統(tǒng)核對(duì)。
在任意煙霧探測(cè)系統(tǒng)中，希望為故障條件監(jiān)視所有功能，所以系統(tǒng)能被適當(dāng)?shù)木S護(hù)?？紤]到攝像機(jī)161，反向散射系統(tǒng)可具有光源目標(biāo)光斑163。因此光源162的完整性的監(jiān)視，在其運(yùn)轉(zhuǎn)和外部阻塞方面都可以低成本被實(shí)現(xiàn)。由于之前所述原因，確定光斑163的存在和位置的軟件是很可能存在的。
反向散射系統(tǒng)對(duì)未對(duì)準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)偏差非常容忍。如果攝像機(jī)161和光源162被安裝在相同的外殼中尤其如此。實(shí)際上，該系統(tǒng)非常容忍以致于不會(huì)探測(cè)攝像機(jī)/激光器161、162單元偏轉(zhuǎn)指向完全不同的方向并因此不再覆蓋期望區(qū)域的情況。存在一些探測(cè)這種情況的技術(shù)，其為 1)使用邊緣探測(cè)和相關(guān)性確定屏幕是否與其原先安裝時(shí)實(shí)質(zhì)上一樣，并且如果不一樣，則報(bào)告故障。
2)使用易于利用圖像處理技術(shù)識(shí)別的目標(biāo)164，例如十字形，并且如果目標(biāo)標(biāo)記164(圖像內(nèi))的位置從安裝以來(lái)移動(dòng)超過(guò)一個(gè)閾值，則報(bào)告故障。
3)在場(chǎng)內(nèi)使用一個(gè)或多個(gè)附加光源165提供標(biāo)記。超過(guò)一個(gè)標(biāo)記164的使用允許攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)的正探測(cè)。這些光源165能夠與主光源162同步以簡(jiǎn)化處理。如果圖像內(nèi)的光源的位置從安裝以來(lái)移動(dòng)超過(guò)一個(gè)閾值，則報(bào)告故障。這些附加光源165可以被安裝在大致同一范圍的其它激光器/攝像機(jī)162、161設(shè)備上，減少額外連接線(xiàn)的需要。光源165也可以是為了與討論的攝像機(jī)或其它攝像機(jī)協(xié)同進(jìn)行微粒探測(cè)而開(kāi)始就存在的光源。
在任何以散射為基礎(chǔ)的探測(cè)系統(tǒng)中，散射光被中間的微粒進(jìn)一步的散射和吸收而削弱。在使用弱散射角的正向散射系統(tǒng)情況下，只要出現(xiàn)散射，路徑長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上是相同的。因此，當(dāng)微粒濃度超過(guò)一定值時(shí)，攝像機(jī)161接收到的散射光的量開(kāi)始下降。所以，正向散射系統(tǒng)會(huì)需要可選的用于在高濃度時(shí)測(cè)量微粒濃度的裝置。反向散射系統(tǒng)會(huì)被用于這一目的，因?yàn)槁窂介L(zhǎng)度大致與從攝像機(jī)161到激光器162的距離成比例。即使微粒濃度非常高，靠近攝像機(jī)161的散射仍然可被接收。
除上述情況，路徑損耗測(cè)定可通過(guò)觀測(cè)圖像中目標(biāo)光斑163的強(qiáng)度并與安裝時(shí)所記錄的值對(duì)比而實(shí)現(xiàn)。該數(shù)據(jù)可單獨(dú)用于評(píng)估平均微粒密度。由此得到的數(shù)據(jù)也可與散射信息和一些修訂協(xié)同使用，以評(píng)估束166部分的平均密度，不論微粒密度是否已超過(guò)上述討論的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。
通過(guò)這些測(cè)量得到的數(shù)據(jù)還可以與散射信息協(xié)同使用，以區(qū)別煙霧類(lèi)型和干擾微粒。該技術(shù)包括計(jì)算散射與衰減的比率，以及與已知材料的比率比較。這可以用于整個(gè)束166，也可以用于束166的局部。
在包括兩個(gè)攝像機(jī)/激光器對(duì)的系統(tǒng)中，維持正向散射的靈敏度優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，可獲得上述大部分優(yōu)點(diǎn)好處。
在另一優(yōu)選方面中，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射一束輻射，探測(cè)區(qū)域的圖像中的變化，所述圖像中的變化標(biāo)示微粒存在，并且還包括，至少一個(gè)附加束，臨近該束用以探測(cè)對(duì)該束逼近的侵?jǐn)_。
功率足夠的激光器可造成眼損害，甚至皮膚損害。本發(fā)明的系統(tǒng)不希望出現(xiàn)安全危害。擁有安全系統(tǒng)的最簡(jiǎn)單的方法是使激光功率足夠低。但是這會(huì)損失系統(tǒng)的靈敏性。一個(gè)可選擇的辦法是凡有暴露于人體組織之類(lèi)的危險(xiǎn)時(shí)，切斷激光，或切換到安全功率水平。同樣重要是，系統(tǒng)沒(méi)有必要切斷激光，因?yàn)闊熿F探測(cè)器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)也很重要。
圖17表示激光器互鎖系統(tǒng)，其中大功率激光器171置于有利眼睛安全的低功率激光器172的環(huán)內(nèi)。外面的束被充分緊密的間隔(如100毫米的距離)，因此，人眼不可能被暴露于來(lái)自主激光器171的激光束中，而沒(méi)有首先阻礙一個(gè)或多個(gè)外部束。攝像機(jī)173感應(yīng)被目標(biāo)175散射的激光。進(jìn)行處理的硬件和軟件174處理圖像以確定有或無(wú)與外面激光器相應(yīng)的目標(biāo)光斑176。如果一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)光斑缺失，進(jìn)行處理的硬件和軟件關(guān)閉大功率激光器。直到所有的目標(biāo)光斑出現(xiàn)在圖像里，大功率激光器才再被允許運(yùn)轉(zhuǎn)。
選擇外部束的間隔，為的是以預(yù)期的人頭部的最快速度，在攝像機(jī)和處理系統(tǒng)檢測(cè)到侵?jǐn)_并關(guān)閉主束之前，人眼沒(méi)有充分的時(shí)間接觸到主束。
背景取消 所述的用于減少背景光線(xiàn)影響的技術(shù)可用以增強(qiáng)目標(biāo)光斑176的圖像。外部光束可需要為這些技術(shù)工作而接通和切斷。依靠攝像機(jī)和圖像捕獲和處理系統(tǒng)的延遲，有可能通過(guò)以與主束反相地操作外部光束來(lái)減少響應(yīng)時(shí)間。
可選地，在大部分時(shí)間，外部束可以開(kāi)著，僅在偶然取圖像幀時(shí)將外部激光切斷用于背景取消處理。在捕獲關(guān)幀(off frame)時(shí)如果互鎖響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，那么在這段時(shí)間里主激光器171也可被禁止。
活動(dòng)的目標(biāo)(Active Target) 代替使用攝像機(jī)采集目標(biāo)圖像，目標(biāo)可具有安裝于其上的光探測(cè)器。為了維護(hù)或者監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)，此種探測(cè)器已經(jīng)存在。
由于攝像機(jī)幀速率限制被移除，此設(shè)置有可能具有較短的互鎖響應(yīng)延遲。
籠形傳播方向(Cage Propagation Direction) 外部的激光束不需要在與主激光相同的方向上傳播。這些激光源可安裝在主激光目標(biāo)的周?chē)?，并且朝向主激光源傳播，落在主激光源周?chē)哪繕?biāo)光斑上。這種設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于，用于探測(cè)主光束中粒子的正向散射的相同的攝像機(jī)，同樣能用于捕獲外部激光束目標(biāo)光斑的圖像。
攝像機(jī)激光器對(duì)的配置 如其它地方所述，一對(duì)攝像機(jī)和激光器能被安排以提供相互監(jiān)督。在這種情況下，它們也能為互鎖功能而執(zhí)行圖像采集、處理和主激光控制。
管 保護(hù)的束也許是一個(gè)光管，而不是分開(kāi)的束。這種一光管將在目標(biāo)上呈現(xiàn)為例如圓形或者橢圓形。然后，圖像處理軟件將需要探測(cè)期望的橢圓中的中斷或者陰影。存在幾種本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的能夠使用的圖像處理技術(shù)。
注意管不一定非要是圓的，并且其甚至不一定是空的。實(shí)心的圓柱也可工作。然后，期望的目標(biāo)形狀將是填滿(mǎn)的圓形、橢圓形或者其它形狀。再次，圖像處理軟件其后將需要探測(cè)期望的橢圓中的中斷或者陰影。
全息圖 干涉光柵或者全息圖能被用于從單獨(dú)的激光源創(chuàng)建外部束。單獨(dú)激光源可為主激光器171，或者獨(dú)立激光器。
虛擬籠 激光器的真實(shí)的籠的可選擇的方案是在主激光器周?chē)褂铆h(huán)狀光源(不必緊密平行)。安裝在接近主束的軸的主束目標(biāo)處的攝像機(jī)觀察光源。對(duì)于進(jìn)入主束的侵入，必須首先阻擋外部光源的攝像機(jī)觀察。前面的設(shè)置所需的相似的處理能夠在其后提供互鎖功能。
視頻運(yùn)動(dòng)探測(cè) 在另一種實(shí)施例中，圖像處理技術(shù)，如Vision Fire and Security有限公司出售的安全產(chǎn)品中采用的視頻運(yùn)動(dòng)探測(cè)可用來(lái)探測(cè)實(shí)體，例如過(guò)于靠近危險(xiǎn)的激光束的人。由此發(fā)出的信號(hào)可以用于關(guān)掉束或減少激光功率以達(dá)到人眼安全水平。該技術(shù)可能在黑暗中并不適用，但由于周?chē)墓饩€(xiàn)很弱時(shí)通常不需要高功率激光，該技術(shù)是沒(méi)用的。
在另一優(yōu)選方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射一束射線(xiàn)，并且探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像中的變化，其中射線(xiàn)束和探測(cè)圖像中的變化的設(shè)備中的至少一種適合傳遞數(shù)據(jù)。
在大多數(shù)的防護(hù)系統(tǒng)中，線(xiàn)路安裝是整個(gè)系統(tǒng)成本的重要組成部分?；谟糜跀?shù)據(jù)通信的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)為系統(tǒng)提供額外成本。
以下是本發(fā)明的實(shí)施例的探測(cè)器系統(tǒng)的不同部分間所需通信的一些數(shù)據(jù)的列表 1.攝像機(jī)/激光器同步或時(shí)間信息 2.系統(tǒng)配置信息 3.激光強(qiáng)度，占空比(duty cycle)和攝像機(jī)曝光指令 4.激光器&攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(用于主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和/或故障監(jiān)控) 5.多激光器系統(tǒng)中的激光器啟動(dòng)/禁止(enable/disable)指令。
6.激光器標(biāo)記激活/去活(activation/de-activation)/占空比/強(qiáng)度控制指令 7.激光偏振或波長(zhǎng)變換指令 8.向火警面板或其他外部系統(tǒng)報(bào)告的火警狀態(tài) 光通信可與連接無(wú)線(xiàn)電通信一起使用以提高整個(gè)通信可靠性。
根據(jù)發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，發(fā)射的射線(xiàn)源的光傳輸提供了在被保護(hù)的范圍內(nèi)所有數(shù)據(jù)處理器間的數(shù)據(jù)傳輸通道。其中一個(gè)處理器可作為比如火警面板的外部系統(tǒng)的連接點(diǎn)。任意地，兩個(gè)或更多的有到火警面板的獨(dú)立數(shù)據(jù)通道的連接點(diǎn)可用于提供容錯(cuò)報(bào)告通道。
特定系統(tǒng)的具體要求在很大程度上取決于系統(tǒng)配置的類(lèi)型和復(fù)雜性。但是，一般來(lái)說(shuō)，可用帶寬是用來(lái)區(qū)分通信解決方案的類(lèi)別和實(shí)用性的標(biāo)準(zhǔn)。使用攝像機(jī)的解決方案中，帶寬在某種程度上受到攝像機(jī)的幀速率的限制，而使用其他一些光傳感器的解決方案不會(huì)有此限制，原則上具備高的帶寬。
圖18所示的實(shí)例系統(tǒng)包括兩個(gè)攝像機(jī)181a、181b和兩個(gè)激光器182a、182b，設(shè)置為允許激光束完整性的互相檢測(cè)。這一概念在其他地方會(huì)詳細(xì)論述。兩個(gè)光探測(cè)器183a和183b將部分的入射激光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。收到的信號(hào)被傳遞到攝像機(jī)181內(nèi)或與其關(guān)聯(lián)的進(jìn)行處理的電子元件，接下來(lái)產(chǎn)生被傳遞到激光器182的控制信號(hào)。為減少背景光的影響，光探測(cè)器183會(huì)使用帶通濾光器如干擾濾光器或有色染料濾光器，如果激光是偏振的，偏振濾光器也可被使用。線(xiàn)性偏振或圓形偏振時(shí)也可被使用。
主要干擾源可能是直流電或者太陽(yáng)光或人造光源的低頻性。排除這一干擾的方法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率偏移(shift)遠(yuǎn)離干擾存在的頻率，在這種情況下向上偏移。圖19示出了這樣的一種設(shè)置，其中處理器191將數(shù)據(jù)傳遞給調(diào)制器192，調(diào)制器192又將頻率偏移的數(shù)據(jù)傳給激光器193。激光器193根據(jù)來(lái)自調(diào)制器192的信號(hào)產(chǎn)生振幅調(diào)制激光194。光探測(cè)器195將收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變回電信號(hào)，然后在傳給處理器197前傳給解調(diào)器196。
根據(jù)本發(fā)明，許多調(diào)制技術(shù)被使用。下面舉出了一些實(shí)例。
一種方法是用串行數(shù)據(jù)流對(duì)激光調(diào)幅。如果背景光足夠暗，它就能工作。數(shù)據(jù)流的統(tǒng)計(jì)也許會(huì)導(dǎo)致激光平均功率的變化。反過(guò)來(lái)，雖然由于效果是可計(jì)算的其能被修正，但是這將影響系統(tǒng)的敏感度。數(shù)據(jù)可能被編碼以減少或消除平均功率的變化。例如，數(shù)據(jù)可能通過(guò)與偽隨機(jī)序列的“異或”操作而被隨機(jī)化。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)也可能被使用，因?yàn)樗鼈冓呄蛴谑贡粋魉偷臄?shù)據(jù)流隨機(jī)化。
另一方案是曼徹斯特編碼，因?yàn)樗鼘?dǎo)致穩(wěn)定的平均功率并且不含直流數(shù)據(jù)內(nèi)容。
脈沖位置調(diào)制也可被使用。在這種情況下，脈沖可能是短周期的，此時(shí)激光被關(guān)閉或降到低功率，其間的較長(zhǎng)的時(shí)間間隔為全功率。此種方案提供近乎不變的平均功率，并且平均功率與峰值功率的比率要比曼徹斯特編碼高。
脈沖寬度調(diào)制也能被使用，同樣情況下，脈沖可能是短周期的，此時(shí)激光被關(guān)閉或降到低功率，但不是時(shí)間位置變化而是持續(xù)時(shí)間或?qū)挾茸兓?。假設(shè)脈沖比其間隔的時(shí)間短，那么平均功率與峰值功率的比率將會(huì)較高，平均值的變化將會(huì)較低。數(shù)據(jù)能被編碼以減少或消除平均功率的變化。例如數(shù)據(jù)能夠通過(guò)與偽隨機(jī)序列異或而隨機(jī)化或者在脈沖寬度調(diào)制之前進(jìn)行曼徹斯特編碼。脈沖寬度調(diào)制的變體使用缺席脈沖(absent pulses)而不是非零寬度。這樣，在期望時(shí)間缺席脈沖代表一個(gè)具體數(shù)據(jù)，與特殊寬度的脈沖代表具體但不同的數(shù)據(jù)符號(hào)的方式相同。
同樣，上述技術(shù)中的許多可以被結(jié)合，并且還能使用的其它技術(shù)為頻移鍵控的子載波、相移鍵控的子載波、振幅偏移鍵控的子載波和擴(kuò)頻技術(shù)。
因?yàn)閿z像機(jī)每幀只能對(duì)落在象素上的光水平更新一次，數(shù)據(jù)速率由幀頻限制。這暗示著30Hz的幀速率只有每秒30比特的速率。然而，可使用技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)速率超過(guò)每幀一比特。
環(huán)境照明可能是干涉數(shù)據(jù)通信的噪聲源。能夠使用上述光學(xué)濾波。因?yàn)閿z像機(jī)在用于煙霧探測(cè)用途之前就存在，過(guò)濾器可能是已經(jīng)存在。
已被描述的使背景光線(xiàn)對(duì)煙霧檢測(cè)性能的影響最小化的方法一般適用于數(shù)據(jù)接收，并且這里不再細(xì)述。
當(dāng)接收器為攝像機(jī)時(shí)，前面提到的許多調(diào)制或編碼方案同樣可以使用。為了緩解幀速率的限制，特別需要數(shù)據(jù)壓縮。
因?yàn)榇蠖鄶?shù)攝像機(jī)在限定的曝光期內(nèi)對(duì)被接受的光子積分，放射器在曝光期間的工作周期可以變化以獲得與變化真實(shí)強(qiáng)度相同的結(jié)果。在一些情況下將是低成本實(shí)施。
利用在圖18的實(shí)施例中存在的硬件的方法是用數(shù)據(jù)調(diào)制激光的強(qiáng)度。激光必須是攝像機(jī)的視場(chǎng)中可見(jiàn)的，并且必須有足夠的輸出指向攝像機(jī)使它克服背景光的變化。這些條件作為監(jiān)測(cè)激光束完整性的一部分，已經(jīng)在本發(fā)明的許多實(shí)施例中得到滿(mǎn)足。
有很多用于編碼數(shù)據(jù)的方法，以下是一些實(shí)例。為了便于闡釋?zhuān)僭O(shè)本發(fā)明的系統(tǒng)不是通過(guò)激光器傳遞數(shù)據(jù)，激光僅在交替的幀下被驅(qū)動(dòng)而開(kāi)關(guān)。然后，數(shù)據(jù)傳輸只是開(kāi)關(guān)的周期或幀的模式的變化，和/或強(qiáng)度變化，然后在接收端攝像機(jī)和處理器中鑒別該變化。
以下是一個(gè)同步的序列，在施加到激光調(diào)制器之前，規(guī)則的激光開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或。用這個(gè)方法每?jī)蓭瑐鬟f一比特。這個(gè)方法被認(rèn)為是曼徹斯特編碼的一種形式。它的主要優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定(robus tness)，且激光的平均工作周期不會(huì)隨數(shù)據(jù)變化。然而數(shù)據(jù)速率非常低。數(shù)據(jù)壓縮方法能有助恢復(fù)一些帶寬。
直接在激光調(diào)制器上應(yīng)用數(shù)據(jù)流能每一幀傳遞一比特可實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。為了保持平均激光工作周期在煙霧探測(cè)操作可接受的極限內(nèi)，同樣需要一些手段限制相同符號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)，并且隨機(jī)化和/或壓縮技術(shù)也可被使用。
通過(guò)使用多級(jí)編碼還可能進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)速率。例如不同的激光強(qiáng)度如全功率的0％，33％，66％和100％可用于每幀編碼兩比特。外部光學(xué)噪聲、攝像機(jī)內(nèi)部噪聲，和整個(gè)系統(tǒng)增益穩(wěn)定性將限制能被使用的級(jí)別的數(shù)量。
代替使用激光單獨(dú)作為數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，可調(diào)制的附加光源也可被使用，如圖18中的184a和184b。如果光學(xué)濾波被使用在攝像機(jī)中，被選擇的光源必須發(fā)射對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和偏振，或是有足夠的強(qiáng)度克服濾光器的損耗。發(fā)光二極管(LED)正好能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
例如，一個(gè)四LED的陣列能傳送的數(shù)據(jù)是一個(gè)單獨(dú)光源傳遞的四倍。前面提到的任何編碼方法都能采用。LED必須恰當(dāng)間隔以使其作為獨(dú)立光源被攝像機(jī)區(qū)分。
如果使用彩色攝像機(jī)，那么攝像機(jī)能測(cè)量至多三個(gè)不同色的LED強(qiáng)度，既使他們出現(xiàn)在圖象中的同一點(diǎn)。三個(gè)單獨(dú)的LED可能被使用，或RGB LED可能被使用。這樣，每個(gè)RGB LED的每一幀傳送三比特的數(shù)據(jù)。同樣，先前用于數(shù)據(jù)編碼的任何方法都能使用。例如，采用RGBLED的四級(jí)編碼方案能用一幀傳送6比特。
在另一優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射一束射線(xiàn)以及探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像中的變化，還包括補(bǔ)償被探測(cè)圖像的畸變的裝置。
關(guān)于探測(cè)圖像，與針孔透鏡相比大多數(shù)透鏡將產(chǎn)生一定程度的圖像畸變。典型的，畸變?yōu)榛冎行闹車(chē)膹较蚍糯?，所述畸變中心通常接近，但不必完全在光學(xué)中心線(xiàn)上。依靠隨著到畸變中心的半徑是增加或是者減少，畸變經(jīng)常被稱(chēng)為“枕形”或者“桶形”畸變。
具有窄視場(chǎng)的透鏡，例如少于20度一般不產(chǎn)生足夠的畸變以嚴(yán)重影響為了探測(cè)微粒的圖像捕捉設(shè)備的運(yùn)行。然而，寬視場(chǎng)透鏡可產(chǎn)生足夠的畸變，微粒探測(cè)系統(tǒng)不采取一些措施抵抗畸變可能不能正確運(yùn)行。
處理透鏡畸變 在根據(jù)本發(fā)明的使用發(fā)射的射線(xiàn)和圖像探測(cè)的微粒探測(cè)系統(tǒng)中，如果不嘗試糾正透鏡畸變，將發(fā)生下列效果。
1.綜合區(qū)域綜合區(qū)域可能不完全與圖像中束的實(shí)際位置相符，因?yàn)槭俣ㄊ侵钡模菍?shí)際可能出現(xiàn)彎曲。
2.空間精度對(duì)應(yīng)特定像素的空間中的計(jì)算的位置可能有誤差。
3.增益誤差對(duì)應(yīng)特定像素的束的長(zhǎng)度可能有誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)增益誤差。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，下面的技術(shù)可用于防止一些或者所有上面的影響。
低畸變透鏡 對(duì)于給定視場(chǎng)，復(fù)合透鏡設(shè)計(jì)能被優(yōu)化以帶來(lái)較少的畸變。使用合適的透鏡時(shí)，僅需要狹窄的視場(chǎng)的系統(tǒng)不需要為透鏡畸變做任何修正。
經(jīng)驗(yàn)的空間標(biāo)定(Empirical Spatial Calibration) 圖像中點(diǎn)與空間中點(diǎn)之間的空間標(biāo)定的關(guān)系能被執(zhí)行。這可通過(guò)以下實(shí)現(xiàn)放置引起一些束的散射的物體，然后記錄空間中物體的位置和圖像中它出現(xiàn)的位置。然后，沿束對(duì)多點(diǎn)重復(fù)此過(guò)程。
所述經(jīng)驗(yàn)空間標(biāo)定能用其它地方描述為“調(diào)試裝置”的裝置執(zhí)行。此裝置對(duì)于未正確對(duì)準(zhǔn)而測(cè)試安裝的系統(tǒng)或許是必要的。在其最簡(jiǎn)形式中，其包括一片散射一部分碰撞的射線(xiàn)的材料(例如一片透明塑料或者玻璃)，其被安裝在桿上以使其容易被操作者或安裝者置于束中。
需要的點(diǎn)的最小值將依賴(lài)于畸變的程度和隨后使用的插值的類(lèi)型。位于或者靠近束的活動(dòng)部分的每一端的點(diǎn)應(yīng)理想地被包括。一種選擇為在每一期望扇面的邊界記錄點(diǎn)。每一扇面可作為分離的“虛擬”，具有其自己的警報(bào)邏輯。
然后，記錄的數(shù)據(jù)可被用于以下方式。
1.選擇綜合區(qū)域包括記錄的點(diǎn)。插值或者曲線(xiàn)擬合被用于評(píng)估點(diǎn)之間所需的綜合區(qū)域。綜合區(qū)域被制成在每一點(diǎn)充分的大以允許束發(fā)散和兩點(diǎn)位置的任何不確定。
2.記錄的點(diǎn)能被用作查詢(xún)表以確定對(duì)應(yīng)于給定像素或像素組的真實(shí)空間位置。插值被用于評(píng)估落入被記錄點(diǎn)之間的值，或者可選擇的，如果被記錄點(diǎn)是每一扇面的邊界，那么有能力使用此數(shù)據(jù)確定每一像素屬于哪一扇面從而用于隨后接收的散射光綜合運(yùn)算(integration operation)。
這些方法可處理提到的頭兩個(gè)影響。
第三個(gè)影響增益誤差既可以被忽略，因?yàn)樵谠S多情況下，其為相對(duì)小的誤差，也可以例如通過(guò)用均勻照亮的場(chǎng)景(scene)標(biāo)定攝像機(jī)。此類(lèi)型的標(biāo)定或者修正也可被需要以修正其它的增益誤差源，例如無(wú)論何種方式的攝像機(jī)虛光(vignetting)。值得注意的是，這種修正對(duì)于激光束在寬度上對(duì)向至少一個(gè)像素的圖像的那些部分是正確的，但是，當(dāng)激光束很窄，修正可能較不精確，因?yàn)槭蔷€(xiàn)光源，而不是面--這是修正的基礎(chǔ)。
激光束定向(Laser Beam Orientation) 激光束和攝像機(jī)能被對(duì)準(zhǔn)，所以束的圖像通過(guò)圖像中心附近。因?yàn)榛兺ǔＪ欠派錉畹?，所以結(jié)果是束仍然顯示為直線(xiàn)。這是一種允許以如下方式計(jì)算綜合面積的方法，只知道沿著束的兩個(gè)點(diǎn)通過(guò)在兩點(diǎn)之間畫(huà)一直線(xiàn)，足夠?qū)捯栽试S射束發(fā)散性和兩點(diǎn)位置的不確定性。
基于模型的畸變修正 建模 數(shù)學(xué)模型能夠被用于代表透鏡畸變。在大多數(shù)情況下，徑向的畸變模型充分精確。此類(lèi)模型的例子是 r′＝M(|r|)·r 其中， r是代表像素真實(shí)位置的矢量， r’是像素的畸變的位置，以及 M是標(biāo)量放大因子(scalar magnification factor)，是從畸變中心到像素的距離的函數(shù)，并且限制為M(0)＝1 矢量距離全部關(guān)于代表透鏡系統(tǒng)畸變中心的點(diǎn)P＝(Px，Py)被測(cè)量。
模型代表畸變圖像平面和非畸變圖像平面之間的映射。
各種對(duì)于給定透鏡得出函數(shù)M的方法在本領(lǐng)域技術(shù)人員能得到的文獻(xiàn)中被討論。
一種方法為 使M(r)＝1+ar+br2(或者使用更高/更低次的多項(xiàng)式以達(dá)到更高/更低的精度) 記錄由在白色背景上的黑點(diǎn)的均勻陣列組成的場(chǎng)景(scene)的圖像 選擇一個(gè)或者更多行的點(diǎn) 確定圖像(畸變圖像平面)中它們的表面上的中心的坐標(biāo)。
當(dāng)對(duì)應(yīng)非畸變圖像平面時(shí)，使用最小二乘優(yōu)化以確定最佳匹配系數(shù)a、b、Px和Py，使點(diǎn)盡可能落在一條直線(xiàn)上(或者多條直線(xiàn)，如果超過(guò)一行被選中時(shí))。
此建?？芍辽賹?duì)于根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的系統(tǒng)中使用的每種透鏡被執(zhí)行，或者優(yōu)選地對(duì)攝像機(jī)單元制造時(shí)的每個(gè)獨(dú)立的透鏡執(zhí)行。然后，模型系數(shù)被永久的存儲(chǔ)在相關(guān)的處理單元或者與攝像機(jī)物理上相關(guān)的非易失性存儲(chǔ)器中。其它攝像機(jī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)能夠被相似的處理，例如，固定模式噪聲修正數(shù)據(jù)和一個(gè)個(gè)像素的靈敏度數(shù)據(jù)能夠出廠(chǎng)測(cè)量，并且存儲(chǔ)在攝像機(jī)單元或者相關(guān)處理器中。
修正 畸變模型能夠以幾種方式被使用。概念的一種方式為完全“未畸變”整體圖像作為從攝像機(jī)捕獲他們之后的第一處理步驟。
一種方法是在產(chǎn)生的“非畸變圖像”中設(shè)置每個(gè)像素值(灰度)，為原始畸變圖像里最近的相應(yīng)點(diǎn)的值，利用已知模型轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。
由于映射到畸變圖像平面后像素坐標(biāo)經(jīng)常是小數(shù)，更精確的方法可用插值以獲得像素的近似值。雙線(xiàn)性插值產(chǎn)生好的結(jié)果，但是完全的sinc(x)插值會(huì)更有用。
修正整體圖像計(jì)算上是密集的，因此，使用避免修正整體圖像的方法是有利的。
優(yōu)選的方法是進(jìn)行上所述的所有步驟，并在處理序列中在下述幾點(diǎn)進(jìn)行修正。
1、當(dāng)計(jì)算綜合區(qū)域時(shí)，非畸變已知點(diǎn)的坐標(biāo)(例如，激光源光斑，目標(biāo)光斑，如果可見(jiàn)，由委托裝置獲得的被記憶的圖像點(diǎn))。
2、計(jì)算封閉的多邊形內(nèi)的一組像素，所述多邊形允許束發(fā)散和點(diǎn)位置上的不確定(正如無(wú)透鏡畸變時(shí)一樣)。
3、映射每個(gè)像素的坐標(biāo)到畸變圖像平面上最近的像素位置上。
4、對(duì)背景取消區(qū)域，重復(fù)上述步驟 5、用于計(jì)算“像素半徑”(圖像中像素離光源顯示位置的距離)的所有坐標(biāo)應(yīng)首先被映射到非畸變圖像平面上。
6、相似地，用于計(jì)算所有與結(jié)構(gòu)有關(guān)的量(散射角、激光束的相應(yīng)位置等)所用的坐標(biāo)應(yīng)首先被映射到非畸變圖像平面上。
這樣，綜合區(qū)域正確考慮透鏡畸變，同時(shí)也適當(dāng)修正散射角度和微粒的空間位置，而無(wú)需修正全部圖像的計(jì)算強(qiáng)度非常大的處理。
注意，仍然需要本發(fā)明的系統(tǒng)偶爾能夠修正全部圖像，因?yàn)? 1、畸變模型的視覺(jué)確認(rèn)， 2、傳遞監(jiān)督圖像到外部系統(tǒng)。
另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供探測(cè)微粒的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像中的變化，還進(jìn)一步包括提供權(quán)重函數(shù)的裝置以探測(cè)有選擇地分辨的(resolving)圖像部分。
攝像機(jī)的分辨率限制被監(jiān)測(cè)微粒的被測(cè)量位置的分辨率或者精確度。使用前向散射結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，接近攝像機(jī)的束的微粒的位置可以高精度地被分辨。但是，對(duì)于更遠(yuǎn)距離的微粒，分辨率變得越來(lái)越差。
在圖20中，源201在攝像機(jī)方向上將光束指向攝像機(jī)，攝像機(jī)由透鏡202和光敏感表面203構(gòu)成，這樣束中的微粒的前向散射可以進(jìn)入攝像機(jī)。兩個(gè)攝像機(jī)像素的視場(chǎng)由角θ1和θ2表示。這些角對(duì)于普通透鏡大約相同。兩個(gè)像素視場(chǎng)中可見(jiàn)的束的位置由ΔL1和ΔL1表示。即使沒(méi)有任何計(jì)算，很明顯，當(dāng)離攝像機(jī)的距離增加時(shí)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)單獨(dú)像素的束的長(zhǎng)度大大增加。對(duì)第一個(gè)近似值，長(zhǎng)度ΔL與束的部分到攝像機(jī)的距離的平方成比例。
實(shí)際上，這意味著對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最小的所需攝像機(jī)分辨率由為確定束遠(yuǎn)端微粒位置而想要的性能所確定。結(jié)果，在近端存在比需要好得多的性能。
低分辨率的攝像機(jī)可通過(guò)利用透鏡系統(tǒng)用于獲得設(shè)定的系統(tǒng)性能，該透鏡系統(tǒng)導(dǎo)致對(duì)于觀察束的接近部分的像素，像素視場(chǎng)更寬，對(duì)于觀察遠(yuǎn)離部分的像素則更窄。注意，當(dāng)使用故意畸變光學(xué)裝置時(shí)，如其他部分所述的圖像處理修正通常需要被應(yīng)用以維持正確的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。這里描述的故意被畸變的光學(xué)裝置不能象通常普通透鏡所做的那樣利用簡(jiǎn)單的徑向畸變模型而被建模，但是，除了確定要用的修正畸變模型之外，處理透鏡畸變方法與上述關(guān)于透鏡畸變所描述的一樣?？衫没旌夏Ｐ?。在這種情況下，可以使用徑像畸變與棱鏡模型相結(jié)合。
偏移透鏡(Offset Lens) 一種技術(shù)被公知為偏移透鏡。在圖21中，由透鏡212和光敏面21 3組成的攝像機(jī)檢測(cè)發(fā)源于光源211的散射光。透鏡從光敏面的中心被偏移，并且也可能被傾斜以在圖像中減少像差。光敏面被設(shè)置成大致平行于光束。
棱鏡(Prism) 達(dá)到相似效果的另一個(gè)方法是使用棱鏡。圖22示出的實(shí)施例中，由透鏡222和光敏面223組成的攝像機(jī)檢測(cè)發(fā)源于光源221的散射光。散射光進(jìn)入透鏡之前穿過(guò)棱鏡4。棱鏡的作用是以依靠進(jìn)入棱鏡的角度而變化的方式擴(kuò)大或者壓縮束的長(zhǎng)度的夾角(angular subtense)。曲面的棱鏡也能被用于獲得比平面棱鏡更夸張的效果。多重棱鏡也能被用于增加效果。
曲面鏡(Curved Mirror) 另一方法使用曲面鏡。圖23示出的實(shí)施例中，由透鏡232和光敏面233組成的攝像機(jī)檢測(cè)發(fā)源于光源231的散射光。散射光在進(jìn)入透鏡之前首先被曲面鏡234反射。曲面鏡的作用是以依靠鏡子的入射角而變化的方式擴(kuò)大或者壓縮束的長(zhǎng)度的夾角(angular subtense)。盡管示出的是凸面鏡，但是凹面鏡或者具有凸面和凹面部分的鏡子可以被使用。盡管雙曲面鏡也可被使用，但是總體上鏡子將是單曲的。
在另一優(yōu)選方面，本發(fā)明提供探測(cè)微粒粒子的儀器和方法，包括向被監(jiān)視區(qū)域發(fā)射多束射線(xiàn)和探測(cè)標(biāo)示粒子存在的區(qū)域的圖像中的變化，其中束適合于順序運(yùn)轉(zhuǎn)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明可通過(guò)增加額外的激光束以覆蓋更大的區(qū)域。如果所有的束和攝像機(jī)位于大約一個(gè)平面上，那么從攝像機(jī)的視角來(lái)看這些束是重疊的。這可導(dǎo)致系統(tǒng)靈敏度改善和一臺(tái)攝像機(jī)覆蓋面積的增加。多重激光器提供與激光器功率增加相似的靈敏度改善，因?yàn)閷?duì)于一束來(lái)說(shuō)攝像機(jī)和背景噪聲貢獻(xiàn)基本相同。
在一些實(shí)施方式中，不必要隔離粒子的位置下至單獨(dú)的激光束。然而，如果需要，那么仍有可能通過(guò)循環(huán)激光束開(kāi)和關(guān)而辨別微粒位于何處。
適合提供此結(jié)果的方案將讓所有激光器運(yùn)行一幀開(kāi)和一幀關(guān)，如同單個(gè)激光器所做的。當(dāng)粒子被探測(cè)到時(shí)，系統(tǒng)其后能選擇每次僅一束開(kāi)啟的掃描模式。
當(dāng)“掃描”時(shí)允許更高平均功率的更精細(xì)的方案如下每隔一幀關(guān)閉所有激光器，而每隔一幀除了一個(gè)激光器外所有的激光器工作。在每個(gè)激光器開(kāi)的幀，不同的激光器不工作。任何其它線(xiàn)性無(wú)關(guān)的激光器狀態(tài)組合可被使用?？梢允褂米兓募す馄鞴β识皇峭耆P(guān)閉激光器。然而為了簡(jiǎn)化此處所描述的方案是優(yōu)選的，且達(dá)到了高激光器工作周期。在一些情況下，可以執(zhí)行較低工作周期以減少功率消耗并增加激光器壽命。
圖24中，攝像機(jī)241從激光器L1、L2、L3和L4產(chǎn)生的激光束接收散射光。攝像機(jī)的視場(chǎng)為θ。對(duì)應(yīng)像素的視場(chǎng)為Δθ。
圖24的時(shí)序圖示出了激光器的運(yùn)行模式。如上文中所注釋的，其他模式也可被使用。
轉(zhuǎn)換攝像機(jī)信號(hào)至每一束的單獨(dú)的散射讀數(shù)(reading)的數(shù)學(xué)過(guò)程如下 使 R為來(lái)自攝像機(jī)的圖像中的一個(gè)像素的總接收信號(hào)， Sn為當(dāng)激光器n是滿(mǎn)功率時(shí)被激光器n照亮的粒子的貢獻(xiàn)， Ln為第n個(gè)激光器的功率，其中1代表滿(mǎn)功率，而0代表激光器的關(guān)狀態(tài)，(小數(shù)的激光功率0＜Ln＜1也是允許的。) N為激光器總數(shù) 那么， 現(xiàn)若N幀被拍攝，那么每一個(gè)都具有N個(gè)線(xiàn)性無(wú)關(guān)的向量激光器狀態(tài)[L11...L1N]...[LN1...L1N]，并且我們假定我們要求的散射貢獻(xiàn)[S11...S1N]...[SN1...S1N]在數(shù)據(jù)采集的周期中不變，那么對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)Rm為 這可使用矩陣表達(dá) 由任意非常熟知的解決聯(lián)立方程的方法所解出向量[S1...SN]。
這些運(yùn)算應(yīng)使用已經(jīng)執(zhí)行背景取消的圖像來(lái)完成。進(jìn)一步的綜合也已被執(zhí)行，或者進(jìn)一步的綜合后來(lái)被執(zhí)行。
同樣，這些操作需要對(duì)選擇的綜合區(qū)域內(nèi)的每一像素和像素組來(lái)完成。后來(lái)的處理與單激光器系統(tǒng)一樣，除了N組數(shù)據(jù)被處理。Sn的下標(biāo)決定特定的S值屬于的組。
典型的系統(tǒng)可合并用于故障檢測(cè)的激光源光斑和目標(biāo)光斑監(jiān)控和對(duì)準(zhǔn)監(jiān)控或者反饋。假如攝像機(jī)以充分線(xiàn)性方式操作，沒(méi)有過(guò)飽和，即使存在圖像中光斑的重疊，通過(guò)在相關(guān)的像素或像素組上使用上述計(jì)算仍能夠做到。
如果飽和使得不同激光光斑的貢獻(xiàn)不可能分離，那么，可選擇的是每次僅間斷性的開(kāi)啟一個(gè)激光器以確定光斑的位置。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種探測(cè)微粒的儀器和方法，包括向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束以及探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像中的變化，其中使至少一個(gè)射線(xiàn)源和探測(cè)圖像的設(shè)備適于以被控制方式定位。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，光源和接收器之一或者兩者都被安裝在位置控制機(jī)構(gòu)上，以對(duì)準(zhǔn)接收器和光源的主軸以及它們的視場(chǎng)。這個(gè)的優(yōu)點(diǎn)在于在手動(dòng)或者自動(dòng)的控制下，系統(tǒng)能被得以更接近的檢查場(chǎng)景中的感興趣范圍，更好的監(jiān)督重點(diǎn)區(qū)域。這將作為搖擺機(jī)構(gòu)或者傾斜機(jī)構(gòu)或者變焦機(jī)構(gòu)或者三者的任意結(jié)合而被執(zhí)行。例如，平面機(jī)構(gòu)允許可能超過(guò)低成本寬角度透鏡的視場(chǎng)對(duì)感興趣的寬范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
圖25示出了系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中，搖擺-傾斜-變焦，或者PTZ運(yùn)行著并且設(shè)置為普通用途。系統(tǒng)包括變焦透鏡251、搖擺-傾斜機(jī)構(gòu)252、安裝支架253、接收器254(優(yōu)選的以圖像捕捉裝置的形式，例如攝像機(jī))、光源255(優(yōu)選的以激光器的形式)。每一接收器具有視場(chǎng)257，而每一源255產(chǎn)生束254。系統(tǒng)被用于監(jiān)控環(huán)境258。
圖26示出了圖25的實(shí)施例系統(tǒng)，以及視場(chǎng)如何為對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行精密檢查而被調(diào)整，在本實(shí)施例中包括煙氣2610。
當(dāng)光源和接收器其中之一或者兩者的主軸改變時(shí)，系統(tǒng)標(biāo)定改變，并且必須在測(cè)量過(guò)程中對(duì)3D空間中感興趣區(qū)域的物理位置及強(qiáng)度和光散射測(cè)量的特性予以考慮。這通過(guò)直接計(jì)算或者等價(jià)地使用查詢(xún)表很容易獲得。
PTZ機(jī)構(gòu)為每一接收器和光源提供三個(gè)自由度。因此，總共存在六個(gè)自由度，可以表達(dá)為六維查詢(xún)表。雖然這做得到，但在大小上不實(shí)用。例如，允許在每一搖擺、傾斜和變焦位置上的10個(gè)位置，可能的組合為10的6次方或者一百萬(wàn)個(gè)組合。
因此，優(yōu)選的執(zhí)行能夠使用較少的分辨率表。例如，在每一搖擺傾斜和變焦有五個(gè)位置，組合降為5的6次方或者15625個(gè)可能的組合。如果這是不夠的分辨率，有可能額外施加插值以確定位于中間點(diǎn)的位置的值。
空間標(biāo)定(Space Calibration) 為了確定系統(tǒng)感知的空間位置，有必要確定接收器和光源的本征和非本征參數(shù)。
本征參數(shù)(Intrinsic parameters) 在接收器是使用像CCS或者CMOS傳感器一樣的面陣列傳感器的攝像機(jī)的情況下，重要的本征參數(shù)有焦距、傳感器元件的間距x和y、透鏡主軸和圖像陣列的重合點(diǎn)以及徑向透鏡畸變因子。例如圖像傳感器平面關(guān)于透鏡主軸的傾角的其它參數(shù)和例如切向畸變的高階效應(yīng)可被說(shuō)明，但通常被忽略，因?yàn)樗鼈儗?duì)測(cè)量結(jié)果的低重要性。
本征參數(shù)可在制造時(shí)被確定并在場(chǎng)中應(yīng)用。
非本征參數(shù)(Extrinsic parameters) 非本征參數(shù)依賴(lài)于光源和接收器的安裝模式，它們必須在最初的位置被校準(zhǔn)。對(duì)于每一個(gè)光源和接收器，需要測(cè)量以完全確定空間位置的參數(shù)為光源或者接收器的有效旋轉(zhuǎn)中心X、Y、Z和圍繞每一個(gè)笛卡爾軸的旋轉(zhuǎn)，alpha、beta、gamma。
如果這些與本征參數(shù)一起被了解，有可能對(duì)于圖像中源光束可見(jiàn)的任意像素，在已知限制內(nèi)，確定被觀察的空間中點(diǎn)的位置X、Y、Z。
在另一優(yōu)選方面，本發(fā)明提供探測(cè)粒子的儀器和方法，包括向被監(jiān)視區(qū)域發(fā)射一束射線(xiàn)和探測(cè)標(biāo)示粒子存在的區(qū)域的圖像中的變化，其中圖像被位于至少兩個(gè)位置的探測(cè)器所探測(cè)。
一個(gè)實(shí)踐中可能出現(xiàn)的問(wèn)題是，系統(tǒng)可能曲解圖像并產(chǎn)生錯(cuò)誤的粒子測(cè)量。圖27示出的實(shí)施例中，被探測(cè)環(huán)境被278標(biāo)示。圖27中示出的移動(dòng)的人可能產(chǎn)生可能影響散射測(cè)量的圖像假象。接收器271觀察來(lái)自束的以及在背景中行走的人的散射。盡管圖像相減將減少此類(lèi)干擾的影響，但是合成圖像將如圖28中示出的出現(xiàn)。在圖28的圖像中，存在期望的束位置的范圍中亮度的變化。這可能干擾在那點(diǎn)的測(cè)量，并且可能導(dǎo)致錯(cuò)誤警報(bào)。
如圖29所示，觀察相同場(chǎng)景但從不同的有利位置的第二攝像機(jī)可能被用以校驗(yàn)警報(bào)，并且拋棄上述種類(lèi)的干擾。第二圖像中的可見(jiàn)干擾不明顯的與期望的束位置一致。因?yàn)橄到y(tǒng)沒(méi)有察覺(jué)沿兩圖像中的線(xiàn)的散射行為，那么它可能拋棄來(lái)自第一攝像機(jī)271錯(cuò)誤信息，從而避免錯(cuò)誤警報(bào)。
另一個(gè)問(wèn)題是有可能明亮的背景完全蓋過(guò)來(lái)自煙霧事件的光散射，從而引起它被遺漏。圖30說(shuō)明在被監(jiān)視的環(huán)境308中的這種情況。在任何處理可能發(fā)生之前，攝像機(jī)301被來(lái)自沿著部分束路徑的窗口302的明亮光線(xiàn)所遮蔽，導(dǎo)致其在獲得該區(qū)域上的散射時(shí)無(wú)效。來(lái)自攝像機(jī)301的未加工的圖像在任何處理之前將如圖31所示的出現(xiàn)。在此圖像中，在束311穿過(guò)窗格(window pane)312時(shí)，接收器被飽和并且因此不能探測(cè)在圖像中遇到窗玻璃312的位置上的由與束重合的煙霧粒子引起的任何另外的散射光。觀察相同的場(chǎng)景但從不同的有利位置的第二攝像機(jī)可能被用以覆蓋第一攝像機(jī)錯(cuò)過(guò)的區(qū)域。例如，第二攝像機(jī)圖像將由圖32所示的圖像組成。在此圖像中，束徑321不與窗戶(hù)圖像322重疊，所以攝像機(jī)能夠沿束321獲取煙霧粒子事件。
如上所述，為了最小化由于例如照明條件的局部變化的干擾效應(yīng)，希望限制對(duì)圖象中已知由光源束占據(jù)的的區(qū)域及其附近區(qū)域的圖象處理。這同樣對(duì)減少處理設(shè)備的計(jì)算負(fù)擔(dān)有好處。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，有可能以束可見(jiàn)的圖像區(qū)域?yàn)橐阎姆绞絹?lái)校準(zhǔn)接收器和光源?？蛇x擇的方法是為了通過(guò)束徑的已知兩點(diǎn)來(lái)明確束的位置。一點(diǎn)可以是光源本身，而另一點(diǎn)可為反射的或者透明的目標(biāo)或者探測(cè)器，其以這樣一種方式布置使得其保持在接收器的視場(chǎng)內(nèi)的同時(shí)攔截了空間中束的路徑。圖33示出了這樣的實(shí)例，其中區(qū)域338被檢測(cè)。
圖33的接收器343捕獲的圖像在圖34中被示出。探測(cè)器346本質(zhì)上為散射特征的等價(jià)物，比如具有適當(dāng)?shù)纳⑸涮匦缘乃芰掀虿Ａ?，其以這樣一種方式被插入到光束路徑342中，來(lái)自投射光斑345的束散射對(duì)接收器343是可見(jiàn)的。光源孔徑341在圖像中也可見(jiàn)。注意，來(lái)自光源341的光可能是由光源出口圈散射而產(chǎn)生的閃光(glare)，或者是由特別放置的光源，如LED.還應(yīng)該注意，散射裝置(探針)的懸置方法并不重要，只要被投光斑345一直保持在攝像機(jī)343的視場(chǎng)內(nèi)。更進(jìn)一步，應(yīng)該注意，被投光斑345可能會(huì)被用來(lái)監(jiān)測(cè)束路徑342，因?yàn)楣獍?45亮度的缺乏或減弱可以表明有障礙物存在，它反過(guò)來(lái)降低系統(tǒng)的探測(cè)性能。
當(dāng)LED作為光源標(biāo)記被使用時(shí)，另外的特征為L(zhǎng)ED可以允許高環(huán)境光的條件下探測(cè)的方式閃現(xiàn)開(kāi)和關(guān)。例如，在包含LED的圖像的整體或者一部分中，從“開(kāi)”圖像中減去“關(guān)”圖像，將改進(jìn)LED的探測(cè)。通過(guò)確定源和光束的目的地并分別的，圖像中的感興趣范圍可通過(guò)線(xiàn)形插值被輕易的查明。在接收器透鏡遭受極端透鏡畸變的情況下，大多數(shù)普通的徑向透鏡畸變，使用的插值必須是更高(一般二階)階的，而不是基于直線(xiàn)的。徑向畸變可為如上所述的枕形畸變或桶形畸變中的任一個(gè)。在任意一種情況下，為了完全確定穿過(guò)圖像的束的路徑，該值的測(cè)量和其他內(nèi)征參數(shù)一樣可被要求。
為徑向透鏡畸變而施加的修正有如下形式 r′＝r+nr2 其中，r’為修正的半徑，r為未修正圖像中主點(diǎn)的投影的觀測(cè)半徑，而n為實(shí)驗(yàn)得出的常數(shù)。在桶形畸變的情況下，n為負(fù)常數(shù)。在枕形畸變的情況下，n為正常數(shù)。此種修正方法為圖像處理和圖像捕獲領(lǐng)域的一般技術(shù)人員所知。
有必要監(jiān)視有關(guān)接收器的光源束的方向，以便于能夠依靠接收的照度計(jì)算煙霧水平。同樣希望監(jiān)視到達(dá)的光束以確保其不被阻塞。在一實(shí)施例中，監(jiān)督光束的設(shè)備將在接收器附近的表面上觀察其投影。這一點(diǎn)在此前被討論并且進(jìn)一步在此通過(guò)圖35示出的可選擇的實(shí)施例的例子詳細(xì)闡述。
光源351把光束353投射在一個(gè)接近但不直接指向接收器352的區(qū)域?？拷邮掌鞯膲ι媳煌渡涞墓獍?54不能被接收器352看到。因此，在上面的配置中，接收器352不能用于校驗(yàn)光束未被阻擋的。存在很多種監(jiān)督光束到達(dá)的方法。
一個(gè)實(shí)施例在圖36中被示出，其中后視鏡365被置于接收器362的前方，所述其部分視場(chǎng)被轉(zhuǎn)移為后視。如以前，光束投影光斑364落到接收器362的后面，但是反射鏡365將它的圖像反射到接收器362，因此它是看得見(jiàn)的。接收器362捕捉的圖像在圖37中被示出。投影光斑364的反射在鏡365中是可見(jiàn)的，正如光源361。在可選的實(shí)施例中，光斑364可通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)元件被監(jiān)督，比如可以觀察光斑圖像及主要正向圖像(main forward image)的透鏡。這樣的透鏡在圖38中被示出。在圖38中，透鏡盒381包括前視鏡頭383后視鏡頭384。通過(guò)前視鏡頭383進(jìn)入的光通過(guò)分束鏡(beam splitter)386并且落到圖像傳感器387。通過(guò)后視鏡頭384進(jìn)入的光通過(guò)鏡385被反射，部分由分束鏡386反射并且落到圖像傳感器387。結(jié)果是組合的圖像顯示了接收器后面墻上的光斑和前方的場(chǎng)景。分束鏡386可采用眾多熟知的形式中的任何一種，比如說(shuō)棱鏡，但是更適宜的是一段平行面的鏡子。如果需要這樣的鏡子可局部鍍銀以更好地捕獲來(lái)自透鏡384的光，但這不是必需的。
上述方法的不利之處在于兩個(gè)圖像的結(jié)合可能會(huì)引起一些干涉，這些干涉降低接收器對(duì)主要方向上的散射光的靈敏度。
因此，有一種改進(jìn)把遮光器(shutter)應(yīng)用到前視或后視光圈中的其中之一或者兩者，他們可通過(guò)相同的接收器交替的被觀察。其實(shí)施例在圖39中被示出。添加遮光器388和389允許獨(dú)立觀察前向和后向的景象。遮光器可通過(guò)電動(dòng)機(jī)或者其它物理驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，或者可為沒(méi)有可動(dòng)部分的固態(tài)遮光器，例如液晶遮光器或者磁光遮光器。
這個(gè)原理的可選擇實(shí)施例中，前視遮光器388可省略。當(dāng)想要通過(guò)后視鏡頭384觀測(cè)光斑382時(shí)，遮光器389被打開(kāi)，允許光從光斑落到圖像傳感器。通常光斑會(huì)比前視場(chǎng)景中的任何特征有更大的亮度，并且很容易分辨。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)活動(dòng)的圖像捕捉系統(tǒng)(active imagecapture system)監(jiān)督光束。例如，一個(gè)專(zhuān)用的攝像機(jī)可被用于確定投影光斑的位置和亮度這唯一的意圖。這在圖40中被示出。接收器405監(jiān)控投影光斑404的位置和亮度。在一這樣的實(shí)施例中，后視接收器405可為攝像機(jī)，比如CCD或CMOS陣列攝像機(jī)或?qū)Φ任?。此原理的另一個(gè)實(shí)施例中，接收器可為位置敏感二極管，它的輸出信號(hào)得自它表面光斑的亮度和位置。此原理的另一個(gè)實(shí)施例中，接收器405可為單個(gè)對(duì)準(zhǔn)的光電二極管用于觀察反射光斑和提供基于光斑亮度的信號(hào)。光斑的缺乏或衰減會(huì)借助于簡(jiǎn)單的處理裝置引起報(bào)警信號(hào)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，接受器405可為兩個(gè)或更多光電二極管的陣列，它的比較信號(hào)可被用于表示光斑到所需位置的偏差程度。
在以上實(shí)施例的任何一種中，后視接收器405和前視接收器402可被結(jié)合為一種物理結(jié)構(gòu)以便容易安裝和對(duì)準(zhǔn)。
接收器的束監(jiān)督 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，用于探測(cè)散射的相同接收器可監(jiān)督束的到達(dá)。這在圖41中示出。在該束監(jiān)督系統(tǒng)的實(shí)施例中，束413周期性轉(zhuǎn)向到直接進(jìn)入或接近接收器412的鏡頭的位置415。這可產(chǎn)生很高的信號(hào)水平，用于確認(rèn)光束的到達(dá)。確認(rèn)之后，束被轉(zhuǎn)向返回其正常位置414。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)消除對(duì)獨(dú)立束監(jiān)督元件的需求來(lái)降低成本。
另一個(gè)監(jiān)督光束的到達(dá)的方法是周期性引導(dǎo)它進(jìn)入接收器視場(chǎng)中的表面。在圖42中兩個(gè)線(xiàn)426指示接收器422的視場(chǎng)界限。在正常狀態(tài)中，光源421指引束423射向第一目標(biāo)位置424。周期性地，該束被轉(zhuǎn)向到第二目標(biāo)位置425，該位置選在接收器422的視場(chǎng)中。由接收器探測(cè)在425處的投射光斑，因此確認(rèn)束的到達(dá)。然后該束返回器正常位置。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，微粒散射測(cè)量，即如前所述，根據(jù)光譜和微粒的尺寸分布以及吸收特性，以某方式散射穿過(guò)微粒云的光束。圖43的圖表示出了無(wú)干擾微粒存在的束的圖像和束輪廓。在該圖表中，目標(biāo)432中存在光斑431。例如沿線(xiàn)433拍攝的強(qiáng)度表示為圖434的相對(duì)強(qiáng)度。當(dāng)束基本單色，且微粒分布單一模式，此模式與束的波長(zhǎng)相比代表大微粒，邊緣式樣很容易被觀察到。實(shí)際上，由于觀察距離和微粒大小分布廣泛的矛盾，邊緣合并造成束明顯的延散。在墻上或者其他目標(biāo)上觀察束的光斑時(shí)，效果是增強(qiáng)在束周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)光的強(qiáng)度，并降低光斑自身的強(qiáng)度，如圖4 4所示。以相對(duì)束方向的許多角度設(shè)置的通過(guò)結(jié)合上述用來(lái)自接收器的強(qiáng)度信息測(cè)得的被觀察到的強(qiáng)度分布，有可能形成微粒大小分布評(píng)估和由相同環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)遮蔽表(obscurometer)得到的更接近的模仿評(píng)估，其中接收器相對(duì)束方向以很多角度安置。
抑制盤(pán)(Suppression Disc) 為了改進(jìn)束延展效果的靈敏度，有可能將主光束聚焦在光線(xiàn)吸收結(jié)構(gòu)或者表面或者遮蔽結(jié)構(gòu)上，以便加強(qiáng)由大微粒散射造成的束延展。如圖45示出了具有這種特性的適當(dāng)目標(biāo)的實(shí)例，其中451為標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)表面，452為光線(xiàn)吸收材料的圓形物。同樣注意，452可以是以使光反射回孔徑最小化的方式構(gòu)成的腔。圖46中，圖表464顯示穿過(guò)線(xiàn)463所觀察到的強(qiáng)度輪廓。由于很亮的中心光斑允許探測(cè)調(diào)光尾(dimmer tails)466，束延展效應(yīng)更易于被接收器探測(cè)到。
測(cè)試照明器以檢查接收器 可能有必要確定接收器正確運(yùn)行。當(dāng)接收器為區(qū)域陣列探測(cè)器(area array detector)，例如CCD或者CMOS攝像機(jī)時(shí)，圖像陣列表面上的有缺陷的像元素(像素)或者過(guò)多的沙塵微粒沉淀物可能引起系統(tǒng)丟失光散射事件。
在一實(shí)施例中，檢查每一元件運(yùn)行的方法是提供照明源以使陣列充滿(mǎn)光。每一元件可對(duì)比接受的標(biāo)準(zhǔn)和做出的通過(guò)/失敗(pass/fail)評(píng)估來(lái)被檢查。對(duì)該測(cè)試的改進(jìn)為存儲(chǔ)在生產(chǎn)或安裝階段照明器激活時(shí)來(lái)自接收器的參考圖像(reference image)，并使用該存儲(chǔ)的幀與隨后的照明器測(cè)試幀比較，消除在測(cè)試期間特別補(bǔ)償像素到像素的微小變化或照明中的靜態(tài)空間變化的需要。
檢查陣列運(yùn)行的一種方法是提供外部光源，其周期性設(shè)置于接收器前面以投射均勻的光。在圖47中，照明器設(shè)備474臨時(shí)設(shè)置于透鏡箱471前面。照明源476發(fā)出的光經(jīng)過(guò)用于使來(lái)自照明光源的光發(fā)散的可選屏幕475，再通過(guò)透鏡系統(tǒng)472，射到圖像傳感器473，所述圖像傳感器能夠空間解析其表面上的強(qiáng)度變化，如CCD或者CMOS陣列。照明器設(shè)備474可用在許多使用光源的方法中，例如場(chǎng)致發(fā)光板，LED，或用在有充足的環(huán)境照明的地方，所述方法組成簡(jiǎn)單的毛玻璃屏或等效發(fā)散已經(jīng)存在于接收器周?chē)h(huán)境中的照明。
圖48示出了另一執(zhí)行測(cè)試照明器的方法。圖48中，照明源486緊鄰接收器探測(cè)器陣列設(shè)置，在透鏡系統(tǒng)482和圖像接收器483之間的空間中。該照明器可周期性激活，檢測(cè)圖像陣列的功能。
反向散射以探測(cè)濃煙流 當(dāng)高易燃物點(diǎn)燃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)濃煙，光束可能大大削弱，以致探測(cè)不到正向散射。這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，如上文討論的，使用反向朝光源散射的光來(lái)表示空氣中煙霧的位置和數(shù)量。
圖49示出了這一結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。參照?qǐng)D49，光源491發(fā)射光束492穿過(guò)空間到達(dá)定位于接收器攝像機(jī)494附近的點(diǎn)493。煙霧流495具有遮光性(optical obscuration)，因此束中沒(méi)有足夠數(shù)量的光能被接收器攝像機(jī)494探測(cè)到。但是，另一接收器攝像機(jī)496被置于光源491附近以便接收從濃煙中反向散射的光。這允許煙流的探測(cè)然后引起警報(bào)。
圖50示出了同樣方法的可選實(shí)施，其中，源501發(fā)出的光束502被濃煙流506完全遮擋。接收器504旁的二次光源503被迫發(fā)出束505，射入濃煙。束505的反向散射被接收器504探測(cè)到，從而引起警報(bào)。
由于圖像中相對(duì)背景低的散射光水平，有必要采用算法以減少圖像噪音影響來(lái)提高系統(tǒng)的探測(cè)能力。該過(guò)程參照?qǐng)D51解釋。沒(méi)有使用縮放，第一圖像511在光源關(guān)時(shí)捕捉到。在第二圖像512中，圖像在光源514開(kāi)和同樣的環(huán)境光條件下捕捉到。通過(guò)從512中減去511所形成的差分圖像(difference image)513示出了沒(méi)有背景假象，但使光源散射易于被探測(cè)到。接收系統(tǒng)的靈敏度被規(guī)律調(diào)節(jié)以確保所捕捉的圖像在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。干擾出現(xiàn)時(shí)，整個(gè)背景強(qiáng)度能區(qū)分激光開(kāi)的圖像和激光關(guān)的圖像。因此，執(zhí)行圖像減法時(shí)，背景不能完全去除，而因此背景假象保留在差分圖像中。圖52中，由于，例如熒光燈閃光，光源關(guān)的圖像521有較高的整體亮度。從光源524開(kāi)的圖像522中減去光源關(guān)的圖像521，產(chǎn)生合成圖像523。在合成圖像523中背景的特征，沒(méi)有被減去過(guò)程消除。由于需要設(shè)置較高的探測(cè)閾，這會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的探測(cè)或者減小系統(tǒng)辨別煙霧的能力。
克服這種情況的方法是使用修正，該修正基于已知從一個(gè)圖像到下一個(gè)圖像相等的圖像強(qiáng)度。比較背景圖像(光源關(guān))和激活圖像(光源開(kāi))，清楚地看出，兩個(gè)圖像中有不因光束照明而變化的范圍。因此，這些范圍中的任何變化肯定是因?yàn)楦蓴_影響，如熒光燈閃光。圖53中，陰影區(qū)域531代表光束路徑532以外的范圍。區(qū)域531被叫做背景綜合范圍，區(qū)域532被稱(chēng)作光束綜合范圍。通過(guò)分析531的照明度，有可能調(diào)整整個(gè)圖像以按需求增強(qiáng)或減弱其強(qiáng)度以使參考區(qū)域531具有期望的照明度。這被稱(chēng)為自動(dòng)增益控制形式。因此，當(dāng)這樣處理的圖像被用于圖像消減時(shí)，合成圖像更容易 顯露范圍533中光束的散射。
在可選擇的執(zhí)行中，可以在不首先修正圖像而相減時(shí)調(diào)節(jié)圖像。這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算程序上的節(jié)約。該實(shí)例如下 假設(shè)存在兩個(gè)圖像I1，I2，其中I1是光束關(guān)的圖像，I2是光束開(kāi)的圖像。設(shè)圖像531的參考區(qū)域?yàn)镽1，而I2的參考圖像為R2。進(jìn)一步，設(shè)R1中的所有像素的平均強(qiáng)度為V1，R2中的所有像素的平均強(qiáng)度為V2。那么，差分圖像Idiff通過(guò)以下計(jì)算得出 對(duì)于每一像素(x，y) 這一步校正了照明中的所有變化，以便差分圖像的主要特征是來(lái)自光源束中的散射。
該方法的進(jìn)一步改進(jìn)是將運(yùn)算程序限定在光束綜合范圍。這會(huì)減少計(jì)算負(fù)擔(dān)，允許更節(jié)約的執(zhí)行。
通過(guò)利用在光束位置任一側(cè)的參考區(qū)域，可以得到更好的變化測(cè)量。圖54中，在束區(qū)域543任一側(cè)的區(qū)域541和區(qū)域542被用來(lái)尋找圖像間的相對(duì)變化。因?yàn)樘綔y(cè)算法優(yōu)選比較束關(guān)閉的圖像與束開(kāi)啟的圖像，所以因外部光源而有干擾時(shí)，這尤其有特別應(yīng)用，這種干擾相對(duì)圖像捕獲時(shí)間不同步。這些干擾例子是熒光和氖信號(hào)。當(dāng)這些干擾源存在時(shí)，有可能限定由光源開(kāi)和光源關(guān)拍攝的圖像，因此圖像相減會(huì)更徹底地去除圖像背景假象。
束543的路徑在探測(cè)圖像中出現(xiàn)，它兩側(cè)的區(qū)域541和區(qū)域542被用作圖像的整體照明的測(cè)量。修正公式與以上給出的修正公式相同。
該方法的進(jìn)一步改進(jìn)涉及圖像范圍中干擾不均勻的修正。例如，如果設(shè)置有干擾光源以便主要照明被探測(cè)區(qū)域，不可能有全面的調(diào)整。因此，最好采用局部或區(qū)域?qū)^(qū)域(region-by-region)的修正。
這將參考圖55解釋。圖像被分成束553的位置之上的部分551和之下的部分552。上述類(lèi)型的修正現(xiàn)應(yīng)用于區(qū)域?qū)^(qū)域的基礎(chǔ)之上，每個(gè)區(qū)含有部分551，和其下部分552。每一區(qū)域[4]至[12]都含有以下三份，部分551，部分552和存在光束的551和552之間的區(qū)域。
然后，計(jì)算修正公式，并被應(yīng)用于一個(gè)區(qū)域?qū)^(qū)域的基礎(chǔ)，只用于可應(yīng)用區(qū)域的像素。
應(yīng)用修正(ratiometric)和后來(lái)的背景取消，有四個(gè)元素用于計(jì)算具有多余噪音成分和所需信號(hào)的每個(gè)。這些元素是光源開(kāi)的光束綜合范圍，光源關(guān)的光束綜合范圍，光源開(kāi)的背景綜合范圍和光源關(guān)的背景綜合范圍。
系統(tǒng)噪音主要由接收器圖像噪音產(chǎn)生。通過(guò)捕獲和綜合一系列的圖像、通過(guò)增大綜合區(qū)域的大小或通過(guò)按時(shí)增加光源的占空比會(huì)減少這些噪音。這些措施可被單獨(dú)或組合使用，用以增強(qiáng)相對(duì)接收器噪音的信號(hào)。
為了實(shí)現(xiàn)最佳的噪音減小，所選擇的計(jì)算區(qū)域不易于過(guò)多的干擾很重要。
視場(chǎng)中的多種物體可產(chǎn)生過(guò)多的干擾，如電視，電腦監(jiān)視器，生物信號(hào)等。其他物體也會(huì)產(chǎn)生干擾，如在規(guī)律的人行交通的視場(chǎng)中，移動(dòng)的機(jī)械，外部窗戶(hù)中有流動(dòng)的交通或人行道。
在安裝和調(diào)試期間，有可能手工指定區(qū)域以排除免于處理。因此系統(tǒng)可忽略來(lái)自排除區(qū)域的數(shù)據(jù)。
在優(yōu)選的執(zhí)行中，在安裝和調(diào)試期間，排除區(qū)域的選擇應(yīng)自動(dòng)去除手動(dòng)設(shè)置的需要。每個(gè)圖像成分用一個(gè)參數(shù)區(qū)分，該參數(shù)測(cè)量它經(jīng)一段時(shí)間的水平變化。該測(cè)量可通過(guò)計(jì)算在一個(gè)選定時(shí)間段內(nèi)的像素水平的標(biāo)準(zhǔn)偏離而獲得。對(duì)給定像素的測(cè)量大大超過(guò)大多數(shù)的像素時(shí)，該像素被標(biāo)記為不適合用在區(qū)域計(jì)算中。
為了能夠預(yù)言在所接收的圖像中的束路徑，需要監(jiān)控光束源的位置。參照?qǐng)D33，這可如上所述實(shí)現(xiàn)，如果知道源束的位置時(shí)以及束徑中至少一個(gè)其他點(diǎn)，可識(shí)別對(duì)應(yīng)于穿過(guò)圖像的束的路徑的關(guān)注范圍。
在觀察激光源時(shí)出現(xiàn)的嚴(yán)重問(wèn)題是接收器可能超載，以致所捕獲的圖像在光源的區(qū)域中色飽和。這樣的結(jié)果是如此影響的區(qū)域?qū)ι⑸湫畔⒉幻舾?，因而不能探測(cè)煙霧。在圖56中，產(chǎn)生光束562的光源561使大部分所接收的圖像超載，而這導(dǎo)致區(qū)域中感煙探測(cè)失效。
通過(guò)用某種方法遮蔽光源可減輕該問(wèn)題，該方法以便遮蔽接收器免受來(lái)自光源孔徑的直接散射的光。用于遮蔽光源的一個(gè)方法是應(yīng)用符合光源孔徑的連續(xù)擋板。參照?qǐng)D57，至少一個(gè)擋板572放置于光束源571孔徑。主光束源573不受阻礙地穿過(guò)。離軸光散射574被擋板系統(tǒng)572吸收，并因而對(duì)接收器不可視，由575示出了其觀察方向。
這種擋板系統(tǒng)的使用大大減少或完全消除了由接收器捕獲的光源的圖像。
不同于擋板系統(tǒng)的設(shè)備可用于達(dá)到相同的結(jié)果。例如可設(shè)置一簡(jiǎn)單的不透明或半透明板，以便其遮蔽接收器直接觀察光源，但不干擾主光束的通過(guò)。這在圖58中示出，其中板582可截取、吸收和側(cè)置(side)將沿接收器視角585接收的散射534。使用半透明板優(yōu)勢(shì)在于，由光從光源至接收器通過(guò)板，因而仍可在接收器的圖像中識(shí)別光源的位置。
盡管結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該明白能夠進(jìn)一步修改。本申請(qǐng)旨在覆蓋一般按照本發(fā)明原理的本發(fā)明的任意變化用途或者適應(yīng)、并且包括從本公開(kāi)范圍出發(fā)的本發(fā)明的領(lǐng)域所公知的或傳統(tǒng)的做法，并且也可應(yīng)用于前述基本特點(diǎn)。
由于本發(fā)明可以數(shù)種形式具體實(shí)施而不脫離本發(fā)明基本特性的實(shí)質(zhì)，應(yīng)該明白，除非另有說(shuō)明，上述實(shí)施例不限于本發(fā)明，而在如附加的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)被寬廣的解釋。多種修改和等效設(shè)置規(guī)定為包括在上述的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因此，說(shuō)明書(shū)實(shí)施例將被理解以本發(fā)明的原理實(shí)行的許多方式照明。在上述說(shuō)明中，設(shè)備-加-功能條款被規(guī)定為覆蓋執(zhí)行定義功能的結(jié)構(gòu)，并且不但結(jié)構(gòu)等價(jià)物，而且等價(jià)結(jié)構(gòu)。例如，盡管在緊固木頭部分的環(huán)境下，釘子和螺絲釘不是結(jié)構(gòu)等價(jià)物，釘子使用圓柱表面與木頭部份固定在一起，而螺絲釘使用螺旋狀表面與木頭部份固定在一起，但是釘子和螺絲釘是等價(jià)結(jié)構(gòu)。
當(dāng)“包括/包含”用在此說(shuō)明書(shū)中時(shí)，被用以說(shuō)明規(guī)定的特征、整數(shù)、步驟或者成分的存在，但不排出存在或者額外的一個(gè)或者更多其它的特征、整數(shù)、步驟或者成分或者它的組。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及；
用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中所述發(fā)射和探測(cè)的步驟包括
根據(jù)發(fā)射束的能量水平的間接比例關(guān)系確定射線(xiàn)束開(kāi)啟期和圖像捕獲設(shè)備曝光期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟還包括
使所述束開(kāi)啟期與所述圖像捕獲設(shè)備曝光期同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述束開(kāi)啟期是大于、小于或者等于所述曝光期中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，所述束是脈沖的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
提供范圍在大約數(shù)秒到大約0.1毫秒或更少之間的束開(kāi)啟期；
提供范圍在大約1.18mW或更少到大約500mW之間的相應(yīng)的束功率水平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，所述圖像捕獲設(shè)備以在約每秒25至100幀范圍的幀速率工作，并且束以約12.5Hz至約50Hz范圍的頻率脈沖。
7.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及；
用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒的存在，其中所述方法還包括以下步驟
減輕所探測(cè)圖像中的一個(gè)或多個(gè)變化以及變化的原因，所述變化對(duì)應(yīng)于除了所關(guān)注的粒子存在之外的事件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述減輕步驟包括以下面一個(gè)或者多個(gè)
提供擴(kuò)展的束寬，使得至少一維而與所述擴(kuò)展束相比較小的第一物品與所述束產(chǎn)生最小相互作用，從而得到所測(cè)圖像中相對(duì)減少的變化。
提供發(fā)射束的預(yù)定平移運(yùn)動(dòng)，使得避免所述束與第二物品相互作用；
確定由第三物品引起的束的特性散射，使得區(qū)別所述第三物品與關(guān)注的粒子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一物品和第二物品包括以下的一個(gè)或者多個(gè)物體
蜘蛛網(wǎng)；
線(xiàn)；
細(xì)絲。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第三物品包括尺寸遠(yuǎn)大于所關(guān)注的粒子的物體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述物體包括沙塵粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)或者多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微粒包括煙霧微粒。
13.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及；
用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中方法還包括以下步驟
用探測(cè)儀探查所述發(fā)射束用以調(diào)試所述探測(cè)步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述探測(cè)儀包括半透明物體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述探測(cè)儀包括與所述被探測(cè)的粒子的光散射特性近似的的光散射特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述探測(cè)儀包括以下一個(gè)或者多個(gè)
當(dāng)與所述發(fā)射束相互作用時(shí)，大體二維的物體；
當(dāng)與所述發(fā)射束相互作用時(shí)，大體三維的物體。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了便于移入所述發(fā)射束，所述探測(cè)儀相對(duì)地平面可移動(dòng)。
18.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及；
用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中所述方法還包括以下步驟
將所述射線(xiàn)束分為多個(gè)片段；
確定每一射線(xiàn)片段的圖像變化；
為控制點(diǎn)提供被確定的每一片段圖像的變化，以模擬多個(gè)點(diǎn)型微粒探測(cè)器
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述圖像捕獲設(shè)備包括一個(gè)或者多個(gè)圖像捕獲裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述圖像捕獲設(shè)備包括反向圖像捕獲裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
提供與第一圖像捕獲裝置成對(duì)的第一束發(fā)射器；
提供與第二圖像捕獲裝置成對(duì)的第二束發(fā)射器；
用所述第二圖像捕獲裝置監(jiān)控所第一發(fā)射器的發(fā)射束；
用所述第一圖像捕獲裝置監(jiān)控所述第二發(fā)射器的發(fā)射束。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二成對(duì)發(fā)射器及圖像捕獲裝置中的一個(gè)或者多個(gè)設(shè)置在一個(gè)和相同的安裝裝置中。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
預(yù)對(duì)準(zhǔn)所述第一和第二成對(duì)發(fā)射器及圖像捕獲裝置中一個(gè)或多個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述預(yù)對(duì)準(zhǔn)步驟包括
設(shè)置各自發(fā)射器的束方向，使得所述束以相對(duì)于相應(yīng)圖像捕獲裝置的視野中心的預(yù)定角度顯現(xiàn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定角為θ，各發(fā)射器/圖像捕獲裝置對(duì)之間的距離為D米，使得所述第一發(fā)射器的束的目標(biāo)光斑與所述第二圖像捕獲裝置之間的距離為
S＝Dtanθ
26.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束，以及；
用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中所述方法還包括以下步驟
確定被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)空間中預(yù)定的圖解點(diǎn)的位置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述方法，其特征在于，所述確定步驟包括
一個(gè)或者多個(gè)校準(zhǔn)和空間濾光的束在其源處，以便于保護(hù)圖像捕獲設(shè)備不受在源處的散射射線(xiàn)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述確定步驟還包括以下步驟
提供至少一個(gè)接近所述發(fā)射束的源的二次光源，用于使所述圖像捕獲設(shè)備能對(duì)所述發(fā)射束的源定位。
29.根據(jù)權(quán)利要求26至28中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括
確定束源和目標(biāo)光斑的位置，所述目標(biāo)光斑是在緊鄰所述圖像捕獲設(shè)備的點(diǎn)處的所述發(fā)射束的入射點(diǎn)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)光斑由以下之一提供
與探測(cè)儀關(guān)聯(lián)的發(fā)射束；
與塵粒關(guān)聯(lián)的發(fā)射束；
與在圖像捕獲設(shè)備視野中的被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的發(fā)射束。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述圖像捕獲設(shè)備包括圖像捕獲裝置和用于提供至少一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)光斑的圖像的至少一個(gè)光學(xué)元件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)光學(xué)元件包括以下一個(gè)或者多個(gè)
至少一個(gè)反射鏡；
至少一個(gè)玻璃元件；
至少一個(gè)棱鏡。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
基于以下一個(gè)或者多個(gè)確定目標(biāo)光斑的位置
至少兩個(gè)被疊加的目標(biāo)光斑的捕獲圖像間的中心-中心距離；
在其捕獲圖像中的各目標(biāo)光斑的位置；
所述至少一個(gè)光學(xué)元件的預(yù)定角；
所述至少一個(gè)光學(xué)元件的預(yù)定位置。
34.一種使光源與圖像捕獲設(shè)備同步的方法，包括
允許所述源以預(yù)定頻率開(kāi)關(guān)振蕩；
識(shí)別由所述圖像捕獲設(shè)備捕獲的一個(gè)或多個(gè)視頻圖像中的源，以及；
不斷修正所述圖像捕獲設(shè)備的幀頻率，以保持同步。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述源裝有包括寬發(fā)射角的二次光源。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
使所述二次光源以與所述光源的預(yù)定時(shí)間關(guān)系閃光，以促進(jìn)所述圖像捕獲設(shè)備圖像中源的定位。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述二次光源以下面一種或者多種閃光
周期模式；
偽隨機(jī)序列。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
提供與所述光源的振蕩器的速率近似的圖像捕獲設(shè)備幀速率；
識(shí)別閃光的二次源；
改變所述圖像捕獲設(shè)備幀速率的相位以維持圖像捕獲設(shè)備曝光和光源之間的時(shí)間關(guān)系。
39.根據(jù)權(quán)利要求34至38中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述光源振蕩器的頻率改變?yōu)橐韵轮?br> 與AC市電電源頻率相同；
是AC市電電源頻率的倍數(shù)；
是AC市電電源頻率的約數(shù)。
40.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射第一射線(xiàn)束，以及；
用第一圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，并且其中所述圖像變化對(duì)應(yīng)于反向散射線(xiàn)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
提供第二發(fā)射束，源接近所述第二圖像捕獲裝置并且有一角度，使得所述第二束穿越所述第二圖像捕獲裝置的視場(chǎng)；
探測(cè)被監(jiān)視區(qū)域的反向散射光。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述被探測(cè)的反向散射光具有相對(duì)所述發(fā)射束方向?yàn)榇蠹s180°或者更小的散射角。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述被探測(cè)的反向散射光具有相對(duì)所述發(fā)射束方向大約90°或者更小的散射角。
44.根據(jù)權(quán)利要求40至43中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下一個(gè)或者多個(gè)步驟
提供所述捕獲圖像的邊緣探測(cè)和修正，以確定束和圖像捕獲裝置對(duì)是否有物理移動(dòng)；
提供圖像處理，以確定超出閾值警報(bào)水平的捕獲圖像中目標(biāo)標(biāo)記的移動(dòng)，從而確定束和圖像捕獲裝置對(duì)是否有物理移動(dòng)；
向所述被檢測(cè)區(qū)域提供附加發(fā)射線(xiàn)源，從而為所述圖像捕獲裝置提供標(biāo)記，由此確定束和圖像捕獲裝置對(duì)是否有物理移動(dòng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求1至44中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
通過(guò)記錄所述捕獲圖像內(nèi)的所述發(fā)射束的目標(biāo)入射束斑的強(qiáng)度，確定路徑損耗測(cè)定；
比較所述記錄的強(qiáng)度與前一時(shí)間記錄的強(qiáng)度。
46.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射第一射線(xiàn)束，以及；
用圖像捕獲設(shè)備探測(cè)區(qū)域的圖像變化，所述圖像變化標(biāo)示微粒存在，其中所述方法還包括
提供鄰近所述第一射線(xiàn)束的至少一個(gè)附加束，以探測(cè)進(jìn)入所述束的逼近侵?jǐn)_。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述方法，其特征在于，一探測(cè)到進(jìn)入所述至少一個(gè)附加束的侵?jǐn)_，第一束就關(guān)閉。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述方法，其特征在于，在具有預(yù)定最大速度的物體能夠與所述第一束相互作用之前，所述第一束關(guān)閉。
49.根據(jù)權(quán)利要求46至48中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)附加束包括形成所述第一束周?chē)氖g隔環(huán)的多個(gè)束。
50.根據(jù)權(quán)利要求46至49中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)或者多項(xiàng)的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求46至50中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一束和附加束按以下之一傳播
大致的相同方向；或者
大致的相反方向。
52.根據(jù)權(quán)利要求46至51中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括權(quán)利要求18至51中任一項(xiàng)或者多項(xiàng)的步驟。
53.根據(jù)權(quán)利要求46至52中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)附加束的源包括以下之一
光源環(huán)；
至少一個(gè)光源；
至少一個(gè)光源以及至少一個(gè)全息圖。
54.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化，其中至少一個(gè)射線(xiàn)束和探測(cè)圖像變化的設(shè)備適于傳遞數(shù)據(jù)。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于
所述射線(xiàn)束包括激光束；
所述探測(cè)圖像變化的設(shè)備包括一個(gè)或者多個(gè)攝像機(jī)和計(jì)算設(shè)備；
所述微粒包括煙霧微粒。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述被傳遞的數(shù)據(jù)包括以下一個(gè)或者多個(gè)
攝像機(jī)/激光器同步信息；
攝像機(jī)/激光器時(shí)間信息；
攝像機(jī)/激光器系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)；
激光強(qiáng)度、占空比和攝像機(jī)曝光命令；
激光器&攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；
多激光系統(tǒng)的激光器啟動(dòng)/禁止命令；
激光標(biāo)記激活/去活/占空比/強(qiáng)度控制命令；
激光偏振或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換命令；
向火警面板或者其他外部系統(tǒng)報(bào)告的火災(zāi)警報(bào)狀況。
57.根據(jù)權(quán)利要求54、55或56所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)被以下一個(gè)或者多個(gè)設(shè)備傳遞
光學(xué)傳輸設(shè)備；
無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備。
58.根據(jù)權(quán)利要求54至57中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
與火災(zāi)警報(bào)面板傳遞數(shù)據(jù)。
59.根據(jù)權(quán)利要求54至58中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
傳遞數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)是被偏移而遠(yuǎn)離干涉信號(hào)頻率的頻率。
60.根據(jù)權(quán)利要求54至59中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
根據(jù)以下一個(gè)或者多個(gè)通信技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)
用串行數(shù)據(jù)對(duì)束調(diào)幅；
為束調(diào)幅而編碼數(shù)據(jù)。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或者多個(gè)調(diào)制和編碼技術(shù)包括以下一個(gè)或者多個(gè)
使所述數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)序列異或而使所述數(shù)據(jù)隨機(jī)化；
數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)；
曼徹斯特編碼；
脈沖位置調(diào)制；
脈沖寬度調(diào)制；
頻移鍵控法；
相移鍵控法；
幅移鍵控法；
擴(kuò)展頻譜技術(shù)。
62.根據(jù)權(quán)利要求54至61中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)附加射線(xiàn)源適于結(jié)合一個(gè)或者多個(gè)射線(xiàn)束和探測(cè)圖像變化的設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)附加射線(xiàn)源包括LED。
64.根據(jù)權(quán)利要求54至63中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述探測(cè)設(shè)備包括至少一種顏色敏感裝置和束，以及或適宜傳遞數(shù)據(jù)的附加射線(xiàn)源均還適于發(fā)射具有三種不同波長(zhǎng)之一的射線(xiàn)。
65.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
補(bǔ)償被探測(cè)圖像的畸變。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述方法，其特征在于，所述畸變?cè)醋耘c探測(cè)圖像變化的圖像捕獲設(shè)備工作連接的至少一個(gè)光學(xué)元件。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)元件包括透鏡。
68.根據(jù)權(quán)利要求66或67所述的方法，其特征在于，所述補(bǔ)償步驟包括以下一個(gè)或者多個(gè)
提供適宜減少畸變的復(fù)合透鏡；
確定捕獲的圖像中的點(diǎn)與被監(jiān)控區(qū)域中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系；
用被探測(cè)區(qū)域的均一照明場(chǎng)景標(biāo)定用于探測(cè)圖像變化的圖像捕獲裝置；
調(diào)整所述射線(xiàn)束和捕獲圖像變化的圖像捕獲裝置的方位，使得所述束的像穿過(guò)所述捕獲的圖像的像中心；
將畸變圖像平面和非畸變圖像平面之間的典型映射建模。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述方法，其特征在于，所述建模步驟包括
根據(jù)數(shù)學(xué)模型
r′＝M(|r|)·r
其中
r是代表像素真實(shí)位置的矢量，
r′是所述像素的畸變的位置，以及
M是標(biāo)量放大因子，是所述像素距畸變中心的的距離的函數(shù)，并且限制為M(0)＝1。
70.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
對(duì)被探測(cè)的圖像應(yīng)用權(quán)重函數(shù)，有選擇地解析圖像部分。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，所述應(yīng)用權(quán)重函數(shù)的步驟包括
處理被探測(cè)的圖像的圖像像素域，使得捕獲鄰近圖像捕獲設(shè)備的部分束的像素比捕獲遠(yuǎn)離所述圖像捕獲設(shè)備的部分束的相應(yīng)像素域?qū)挕?br> 72.根據(jù)權(quán)利要求71所述方法，其特征在于，所述生成步驟包括以下之一
調(diào)節(jié)物理光學(xué)裝置用于捕獲所述監(jiān)測(cè)區(qū)域的圖像；
對(duì)所述監(jiān)測(cè)區(qū)域中的至少一個(gè)捕獲圖像應(yīng)用圖像處理修正。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)物理光學(xué)裝置的步驟還包括權(quán)利要求65至69中任一項(xiàng)的方法步驟之一。
74.根據(jù)權(quán)利要求72或73所述的方法，其特征在于，所述物理光學(xué)裝置包括以下一個(gè)或者多個(gè)
透鏡；
棱鏡；
曲面鏡。
75.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射多束射線(xiàn)；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
調(diào)節(jié)所述束順序運(yùn)作。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，其特征在于，所述多束和捕獲圖像變化的圖像捕獲設(shè)備置于一個(gè)平面中。
77.根據(jù)權(quán)利要求75或76所述的方法，其特征在于，所述使所述束順序運(yùn)作的步驟包括掃描一個(gè)或者多個(gè)的束。
78.根據(jù)權(quán)利要求75、76或77所述的方法，其特征在于，所述探測(cè)區(qū)域的圖像變化的步驟包括
將適于被監(jiān)測(cè)區(qū)域的捕獲圖像的圖像捕獲設(shè)備的信號(hào)轉(zhuǎn)換至每一束單獨(dú)的散射讀數(shù)，如下
使
R為來(lái)自所述圖像捕獲設(shè)備的圖像中的一個(gè)像素的總接收信號(hào)，
Sn為當(dāng)射線(xiàn)束n是全功率時(shí)被束n照亮的微粒的貢獻(xiàn)，
Ln為第n個(gè)射線(xiàn)束的功率，其中1代表全功率，而0代表射線(xiàn)束關(guān)狀態(tài)
N為束總數(shù)
那么，
現(xiàn)如果取N個(gè)幀，每一都具有N個(gè)線(xiàn)性無(wú)關(guān)向量束狀態(tài)[L11...L1N]...[LN1...L1N]，且假設(shè)散射貢獻(xiàn)[S11...S1N]...[SN1..S1N]在捕獲圖像期間(即[Sm1...SmN]＝[S1...SN，]，1≤m≤N)不變)，那么，對(duì)應(yīng)的被接收信號(hào)Rm將為
使用矩陣表示上述表達(dá)式為
利用解聯(lián)立方程的方法解出所述向量[S1...SN]。
79.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
調(diào)節(jié)射線(xiàn)源和探測(cè)圖像的設(shè)備中至少之一以受控方式被定位。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟包括以下一個(gè)或者多個(gè)
搖移；
傾斜；
變焦；
旋轉(zhuǎn)，使得高達(dá)四自由度應(yīng)用于各射線(xiàn)源和探測(cè)圖像的設(shè)備，從而提供達(dá)八自由度總量。
81.根據(jù)權(quán)利要求80所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
在多維查詢(xún)表中表達(dá)八自由度，以確定搖移、傾斜、變焦、和旋轉(zhuǎn)定位中每一個(gè)的位置。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
根據(jù)圖像捕獲設(shè)備和射線(xiàn)源的一個(gè)或者多個(gè)的本征和非本征參數(shù)，確定搖移、傾斜、變焦、和旋轉(zhuǎn)定位中每一個(gè)的位置。
83.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
其中，所述圖像由位于至少兩個(gè)位置的圖像探測(cè)器探測(cè)。
84.根據(jù)權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟丟棄其中對(duì)于至少兩個(gè)位置所探測(cè)的圖像不是公有的變化的圖像。
85.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
監(jiān)督射線(xiàn)束。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)督步驟由圖像捕獲設(shè)備管理以捕獲被探測(cè)區(qū)域的圖像。
87.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
遮掩所述被探測(cè)束的中心部分，以便提高圖像變化的探測(cè)。
88.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
檢查適用于捕獲被監(jiān)測(cè)區(qū)域中圖像的圖形捕獲設(shè)備的運(yùn)行。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其特征在于，所述檢查步驟包括以下一個(gè)或者多個(gè)
為圖像捕獲設(shè)備提供參考照明；
在預(yù)調(diào)試狀態(tài)下存儲(chǔ)圖像捕獲設(shè)備的參考圖像。
90.一種探測(cè)微粒的方法，包括
向被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)射射線(xiàn)束；
探測(cè)標(biāo)示微粒存在的區(qū)域的圖像變化；
評(píng)估所述被探測(cè)圖像，以補(bǔ)償所述被探測(cè)的圖像的變化干涉。
91.根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其特征在于，所述評(píng)估步驟包括以下一個(gè)或者多個(gè)
比較束關(guān)時(shí)的背景圖像與束開(kāi)時(shí)的活動(dòng)圖像；
使用所述束的橫向設(shè)置的參考區(qū)域跟蹤圖像間的相對(duì)變化。
92.適用于探測(cè)微粒的儀器，所述儀器包括
適用于按預(yù)定的指令系統(tǒng)運(yùn)行的處理器設(shè)備，
所述儀器結(jié)合所述預(yù)定的指令系統(tǒng)一起，適用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至91中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)z中的方法步驟。
93.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括
計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，其具有微粒包含在所述介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼和計(jì)算機(jī)可讀系統(tǒng)代碼，用于探測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的微粒，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括
所述計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可讀代碼，其用于執(zhí)行在此公開(kāi)的方法步驟。
94.在此描述的一種方法或者協(xié)議。
95.在此描述的一種儀器、設(shè)備或者系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供，聯(lián)合圖像捕捉設(shè)備(14)，例如一個(gè)或者更多視頻攝像機(jī)和/或光學(xué)元件使用一種或者多種發(fā)射線(xiàn)束(16)，例如激光束，來(lái)探測(cè)位于開(kāi)放空間(12)的微粒(30)，例如，煙霧微粒。
文檔編號(hào)G08B17/107GK101099186SQ200580046445
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者羅恩·諾克司, 卡爾·波特格, 凱末爾·阿賈伊 申請(qǐng)人:Vfs技術(shù)有限公司