專利名稱：用于探測火災和/或火災特征的探測裝置以及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于探測監(jiān)視區(qū)域中的火災和/或火災特征的探測裝置，所述 探測裝置具有生成圖像的傳感器元件，所述傳感器元件被構造用于輸出圖像數(shù)據(jù)，所述 探測裝置還具有光學裝置，所述光學裝置連接在傳感器元件前面，其中，傳感器元件與 光學裝置一起形成用于監(jiān)視所述監(jiān)視區(qū)域的攝像機裝置，并且所述探測裝置還具有分析 處理裝置，所述分析處理裝置被構造用于通過分析處理圖像數(shù)據(jù)來探測監(jiān)視區(qū)域中的火 災或者火災特征。本發(fā)明還涉及一種用于探測火災和/或火災特征的方法。
背景技術：
火災報警設備包括火災報警器作為用于探測火、煙霧、火焰或其他火災特征的 傳感器裝置并且既用在例如學?；虿┪镳^的公共建筑物中也用在私人建筑物中。可以將 多個火災報警器粗略地分成兩組，其中，第一組涉及所謂的點狀火災報警器，它們例如 用在辦公室或兒童游戲室中、即較小的空間中。點狀火災報警器通常安裝在天花板上并 且通過對恰好一個點進行光學的、熱學的或者化學的探測來檢測火或擴散的煙霧。這些 火災報警器的優(yōu)點是，非?？焖俚刈R別上升的、在天花板下聚集的煙霧。這些火災報警 器的缺點是，在空間較大時，例如在倉庫中，必須使用多個火災報警器，因為否則不能 覆蓋整個區(qū)域。對此的替代方案提供第二組火災報警器，它們被構造為視頻火災識別裝置，其 中，使用通過市場上常見的監(jiān)視攝像機來拍攝監(jiān)視區(qū)域的視頻圖像并且在監(jiān)視中心中對 火災或火災特征進行分析處理的視頻監(jiān)視設備。文獻DE 10246056A1公開了一種煙霧報警器，所述煙霧報警器具有攝像裝置和 光源。所述煙霧報警器例如用作天花板煙霧報警器并且被如此構造，使得攝像裝置的焦 點被調節(jié)到煙霧報警器的殼體下方約IOcm處。在照明不足時還可以啟動光源，所述光源 照亮焦點。由于焦點較近，對于所述煙霧報警器，背景圖像相對于焦點附近環(huán)境中的圖 像是模糊的。可能構成最近的現(xiàn)有技術的文獻DE 10011411A1也涉及一種火災報警器，所 述火災報警器使用視頻攝像機或者紅外攝像機作為攝像裝置，其中，如此調整所述攝像 裝置，從而提供所觀察的場景的大的攝像機視野和逼真的表示。通過目標分析進行火 災探測，其中，自動地分析場景的單個目標，尤其是在這些目標是否由煙霧、熱條痕 (WSrmeschlieren)或者火遮蓋方面，更確切地說，通過將當前拍攝的目標與存儲的目 標進行比較的方式。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的范圍內(nèi)提出一種具有權利要求1的特征的探測裝置和一種具有權利 要求13的特征的用于探測火災和/或火災特征的方法。本發(fā)明的優(yōu)選或有利的實施方式 由從屬權利要求、以下描述以及附圖得出。
根據(jù)本發(fā)明的探測裝置適用于和/或被構造用于探測監(jiān)視區(qū)域中的火災和/或火 災特征、尤其是火災征兆，所述探測裝置也可以稱為火災報警器或者火災傳感器。可選 地，所述探測裝置是火災報警設備的組成部分。優(yōu)選地，通過首要的特征——例如可見 的紅外范圍內(nèi)的和/或近紅外范圍內(nèi)的、尤其是波長直到900納米的光輻射、尤其是火 焰或熾熱進行火災或火災特征的探測。在變換的實施方式中，探測裝置對于近紅外范圍 內(nèi)(即900納米和3000納米之間)的光輻射和/或大于3000納米的遠紅外范圍內(nèi)的光輻 射是敏感的。替代或者補充首要的火災特征，探測裝置也可以可選地記錄次要的火災特 征，例如濃煙或煙霧、由于劇熱而引起的光畸變、熱條痕等等。生成圖像的傳感器元件是探測裝置的組成部分，所述傳感器元件被構造用于輸 出圖像數(shù)據(jù)，即例如輸出具有像素信息的二維矩陣區(qū)。傳感器元件例如可以被構造為 CMOS-圖像傳感器、CCD-圖像傳感器、UV-圖像傳感器、VIS-圖像傳感器、NIR-圖 像傳感器、IR-圖像傳感器和/或FIR-圖像傳感器。也可以考慮實現(xiàn)為二維的傳感器 區(qū)，例如熱電堆陣列。為了實現(xiàn)環(huán)境區(qū)域或者所述環(huán)境區(qū)域的一部分的光學成像，所述探測裝置具有 光學裝置，所述光學裝置連接在傳感器元件前面。因此，傳感器元件與光學裝置一起形 成攝像機裝置，所述攝像機裝置適合用于和/或被設置用于和/或被構造用于監(jiān)視所述監(jiān)視區(qū)域。所述攝像機裝置與分析處理裝置信號技術地連接，其中，分析處理裝置可以在 本地與攝像機裝置組合，或者可以遠離攝像機裝置，例如定位在監(jiān)視中心中。分析處理 裝置被構造用于通過分析處理圖像數(shù)據(jù)來探測監(jiān)視區(qū)域中的火災或火災特征。在此，優(yōu) 選通過數(shù)字的圖像處理算法進行分析處理，在變換的實施方式中也可以補充地或替代地 實現(xiàn)模擬的圖像處理步驟。在本發(fā)明的范圍內(nèi)提出，攝像機裝置的例如從攝像機裝置出發(fā)可表示成錐形的 視野至少在與攝像機裝置的觀察方向共面的平面內(nèi)、即在輸出裝置的觀察矢量所在的平 面內(nèi)具有至少120°、優(yōu)選至少150°并且尤其是至少180°的最大視角。由這個改進方案定義了能夠使攝像機裝置實現(xiàn)非常寬的視野的光學裝置，具有 以下優(yōu)點還可以借助點狀報警器實施火災識別并且盡管如此也可靠地觀測一個寬的區(qū) 域。因此，借助這個改進方案克服了由圖像傳感器支持的火災報警器在監(jiān)視區(qū)域大小方 面迄今存在的限制。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進方案中，對于每個與攝像機裝置的觀察方向共面的 平面定義了至少120°、優(yōu)選至少150°并且尤其是至少180°的最大視角。在此可行的 是，在每個平面內(nèi)具有相同的最大視角，或者最大視角根據(jù)圍繞攝像機裝置的觀察方向 的旋轉角變化，但位于特定的范圍內(nèi)。在另一實施方式中，最大視角在所有平面上平均 在特定的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一個可能的擴展方案中，視野相對攝像機裝置的觀察方向 是軸對稱的或者是至少近似軸對稱的。由視野形成的錐形的中心線是攝像機裝置的觀察 方向的矢量。這個擴展方案能夠實現(xiàn)攝像機裝置在監(jiān)視區(qū)域中的簡單裝配。在本發(fā)明的一個可能的補充方案中提出，視野的一個中央的和/或中心的區(qū)域 或者一個其他任意區(qū)域被光學地和/或編程技術地遮蔽和/或可被光學地和/或編程技術 地遮蔽。在本發(fā)明的這個補充方案中考慮，在視野的確定范圍內(nèi)預期出現(xiàn)可以妨礙火災和/或火災特征的探測的正常運動。通過視野的中央的和/或中心的區(qū)域的遮蔽消除這 些干擾因素并且簡化分析處理裝置中的分析處理。在一個優(yōu)選的實施方式中，從攝像機裝置的錐形視野中遮蔽一個例如中央的和 /或中心的、優(yōu)選同樣錐形的盲區(qū)，其具有至少30°、優(yōu)選至少60°、尤其是至少90° 的視角。因此，探測裝置具有從30°或60°或90°直到120°或150°或180°的最終 視野。在如下面還要詳細描述的那樣探測裝置應當裝配在天花板上和/或裝配在天花板 上的情況下，這個實施方式是特別有利的，其中，由于被遮蔽的區(qū)域，地板區(qū)域是無效 的，并且最終視野局限在靠近天花板的區(qū)域上，通常在發(fā)生火災時煙霧或熱量聚集或積 聚在所述靠近天花板的區(qū)域中。作為可能的另一優(yōu)點，靠近地板的區(qū)域中的干擾運動被 遮蔽。在本發(fā)明的優(yōu)選擴展方式中，攝像機裝置的景深范圍在至少lm、優(yōu)選至少1.5m 的距離處開始。特別優(yōu)選的是，景深一直到至少5m、優(yōu)選至少IOm并且尤其是至少15m 的范圍。這個擴展方式具有以下優(yōu)點不僅可以探測緊靠探測裝置的火災征兆、尤其是 煙霧而且可以探測遠離探測裝置的火災征兆、尤其是煙霧，并且因此也可靠地識別具有 遠離攝像機裝置的火源地的火災。例如可以通過使用在攝像機裝置中正確定位的光闌來 調節(jié)景深范圍。在一個優(yōu)選的實施方式中，通過分析抽象的圖像特征——如紋理特征、色調、 強度或者圖像數(shù)據(jù)中的其他圖像信息來進行分析處理。景深的優(yōu)選的、大的范圍確保 了 檢測足夠數(shù)量或者足夠量的這種圖像信息，以便保證可靠的分析處理。尤其是，通 過根據(jù)本發(fā)明的實施方式可以避免僅僅檢測墻壁、桌子或者相同的地板，它們的圖像不 包含足以允許火災識別的信息。優(yōu)選地，通過攝像機裝置的視野 范圍也檢測房間的角落 和房間中的所有物體。特別優(yōu)選的是，所述攝像機裝置具有自動聚焦和/或可被電動地調節(jié)的聚焦。 原則上，如果具有可被電動地調節(jié)的聚焦，則攝像機裝置可以在近場和遠場之間進行掃 描，從而例如在具有小于lm、尤其是小于IOcm的距離的范圍內(nèi)也附加地監(jiān)視攝像機裝 置附近的煙霧生成。在所述實施方式中，探測裝置具有雙重功能，其方式是，不僅利用 點狀火災報警器的特性和優(yōu)點，而且利用大范圍探測的火災報警器的特性和優(yōu)點。在一個優(yōu)選的結構實現(xiàn)中，所述光學裝置被構造為例如由玻璃或塑料制成的魚 眼、棱鏡、透鏡或透鏡系統(tǒng)、反射系統(tǒng)和/或衍射系統(tǒng)。例如可以使用所謂的全景攝像 機，具有360°的環(huán)繞視野。為了降低分析處理耗費，優(yōu)選的是，由于光學裝置而可能畸變的圖像數(shù)據(jù)在沒 有校正的情況下、即畸變地由分析處理裝置進行分析處理。原則上，僅在對于人眼或理 解而言需要可識別的圖像時，校正步驟才是必需的。但是在所述優(yōu)選的實施方式中，為 了探測，僅僅抽象的圖像信息——例如紋理、強度、顏色等等才是必需的，從而校正僅 會不必要地增加工作耗費。在本發(fā)明的一個可能的改進方案中，所述探測裝置應用另一功能，其中，所述 分析處理裝置附加地被構造用于探測和/或分析處理監(jiān)視區(qū)域中的目標運動，例如在入 侵報警或報警設備的意義上。對監(jiān)視區(qū)域中的目標運動的分析處理可以基于與火災探測 相同的圖像數(shù)據(jù)，從而不需要硬件技術的補充，而僅需由分析處理裝置執(zhí)行附加的圖像處理算法。在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實現(xiàn)中，探測裝置被構造為裝配在天花板上的天花 板系統(tǒng)，其中，所述攝像機裝置的觀察方向優(yōu)選與天花板和/或地板垂直地和/或基本上 垂直地定向。所述探測裝置例如具有緊固方案或者被設計用于天花板裝配的殼體。在另一優(yōu)選的實施 方式中，攝像機裝置的視野被構造成環(huán)形的，其中，環(huán)形的 構型環(huán)繞觀察方向，使得由攝像機裝置在360°的環(huán)繞方向上檢測靠近天花板的區(qū)域。可選地，探測裝置被構造為多標準報警器(Multikriterienmelder)，其中，除攝像 機裝置以外集成了用于探測火災的一個或多個其他的傳感器裝置。傳感器裝置例如可以 被構造為光學傳感器——尤其是根據(jù)散射光原理的光學傳感器、熱傳感器——尤其是溫 度傳感器，和/或被構造為化學傳感器——尤其是一氧化碳或二氧化碳傳感器。在本發(fā)明的另一改進方案中，探測裝置作為分析處理裝置包括一個嵌入式系 統(tǒng)，尤其是在與攝像機裝置共同的殼體中和/或通過現(xiàn)場總線、尤其是雙線現(xiàn)場總線、 雙線導線或者通過四線導線在數(shù)據(jù)傳輸和能量供給方面與攝像機裝置連接和/或可連 接。為了進一步降低多標準傳感器的能量需求，提出攝像機裝置和/或分析處理 裝置和/或探測裝置可以自動地在節(jié)能的空閑狀態(tài)與監(jiān)視狀態(tài)之間轉換。例如攝像機裝 置以低于15赫茲的低幀率工作就足夠了。分析處理裝置例如僅僅在相關的測量時間上被 激活，分析處理圖像數(shù)據(jù)、在必要時進行存儲并且隨后被重新禁用，例如通過啟動睡眠 模式(Sleep-Mode)。本發(fā)明的另一主題涉及一種用于探測監(jiān)視區(qū)域中的火災和/或火災特征的方 法，其中，優(yōu)選根據(jù)以上權利要求中任一項所述的或者如上所述的探測裝置拍攝監(jiān)視區(qū) 域的環(huán)繞探測裝置的、尤其是環(huán)形的、靠近天花板的部分，并且分析處理裝置通過分析 處理所拍攝的部分的圖像數(shù)據(jù)來探測火災或火災特征。


由以下本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述中得出本發(fā)明的其他特征、優(yōu)點和效果。附 圖示出圖1作為本發(fā)明的第一實施例示出探測裝置的方框圖；圖2在第一可能實施方式中以示意圖示出圖1中的探測裝置的裝配和視野；圖3在第二可能實施方式中以示意圖示出圖1中的探測裝置的裝配和視野。相同或彼此對應的部件或參數(shù)分別設有相同或彼此對應的參考標號。
具體實施例方式圖1以非常示意性的示圖示出探測裝置1，作為本發(fā)明的實施例。探測裝置1包 括傳感器元件2，所述傳感器元件2例如被構造為CCD-芯片、CMOS-芯片、UV-攝像 機、VIS-攝像機、NIR-攝像機、FIR-攝像機或類似物并且能夠實現(xiàn)圖像的在空間上分 辨的檢測并且將其轉換成圖像數(shù)據(jù)。在傳感器元件2前面連接了光學裝置3，所述光學裝置3作為聚束系統(tǒng)能夠實現(xiàn) 監(jiān)視區(qū)域的一部分在傳感器元件2上的成像。光學裝置3例如可以被構造為Fisheye(魚眼)、專門磨削的透鏡、棱鏡、衍射元件或光學系統(tǒng)或者例如鏡象環(huán)面形式的反射光學系 統(tǒng)。如以下借助于圖2和3所示出的那樣，光學裝置實現(xiàn)了，傳感器元件覆蓋視野4，所 述視野4錐形地或者截錐形地或者在其他實施例中半球形地或者多半球形地相對觀察方 向5大約軸對稱地延伸。由光學裝置3和傳感器元件2構成的攝像機裝置6的視野4的張角由最大視角α 描述，其在與觀察方向5的矢量共面的平面內(nèi)測得，從而觀察方向5的矢量位于所述平面 內(nèi)。最大視角α為至少120°、優(yōu)選至少150°并且尤其是至少180°。在最大視角α 大于180°的情況下，環(huán)繞探測裝置1的區(qū)域7同樣由攝像機裝置6檢測。借助傳感器元件2拍攝的圖像數(shù)據(jù)例如作為視頻數(shù)據(jù)傳送到分析處理裝置8，所 述分析處理裝置8裝配有用于基于圖像數(shù)據(jù)探測火災和/或火災特征的火災探測模塊9。 在分析處理時，僅僅分析處理抽象的圖像信息，例如紋理、強度、顏色，而優(yōu)選不進行 目標識別或目標分割?？蛇x地，分析處理裝置還包括運動探測模塊10，所述運動探測裝 置10基于相同的圖像數(shù)據(jù)來探測視野4中的目標運動并且根據(jù)預給定的規(guī)則觸發(fā)一個信 號。
分析處理裝置8具有信號輸出端11，可以通過所述信號輸出端11輸出信號、尤 其是火災報警信號或入侵信號。分析處理裝置8可以是探測裝置1的集成的組成部分， 例如在一個共同的殼體中，替代地，圖像數(shù)據(jù)通過有線連接或無線連接傳送到分析處理 中心，在所述分析處理中心中設置有分析處理裝置8。為了調節(jié)景深，光學裝置3可以可選地具有自動聚集和/或靜止的或者可變的光 闌，其或者可手動地或者可自動地進行調節(jié)。景深范圍例如從大于Im的范圍一直延伸到 無限遠。圖2以非常示意性的示圖示出裝配在房間的天花板12上的狀態(tài)中的探測裝置1。 可選地，探測裝置1也可以是沉入式安裝的。探測裝置1被構造為點狀報警器，其在圖 2中的實施例中具有最大視角為180°的視野。在圍繞攝像機的旋轉方向上，也就是說， 在垂直于紙面的旋轉方向上，視野為360°。借助視野的所述構型，探測裝置1即使作為 點狀報警器也可以完全監(jiān)視更大的房間，尤其是也可以探測到房間的角落區(qū)域。視角α 也可以被構造為大于180°，從而至少部分地檢測靠近天花板的區(qū)域7。由于光學裝置2的大視角α，在成像時出現(xiàn)畸變。但優(yōu)選地，所述畸變不被補 償或者校正，因為分析處理裝置8被構造用于對畸變的圖像數(shù)據(jù)進行處理。尤其是，如 果監(jiān)視區(qū)域足夠清晰地成像，則足以探測火災征兆和/或目標運動。目標識別不是必需 的或者不一定是必需的。對于大的房間體積而言，可以僅僅分析處理抽象的圖像信息，例如紋理、強 度、顏色等等。如附圖中所示，探測裝置1的觀察方向5垂直于地板，從而尤其在視野4的邊 緣區(qū)域中監(jiān)視靠近天花板的區(qū)域13，在火災時煙霧或類似的排放通常聚集在所述區(qū)域13中。圖3示出圖1中的探測裝置1的變換的實施例，其中，在視野14中一個中心的或 者中央的盲區(qū)14被機械地或者程序技術地覆蓋或者遮蔽并且由此成為不受監(jiān)視的區(qū)域。 通過盲區(qū)14的覆蓋或者遮蔽，僅僅來自靠近天花板的區(qū)域13的圖像數(shù)據(jù)被分析處理。這具有以下優(yōu)點不觀察可能的干擾量(例如，地板區(qū)域中的運動)，并且探測區(qū)域僅僅集 中在預 期出現(xiàn)煙霧聚集或者其他火災特征的區(qū)域13上。
權利要求
1.用于探測一監(jiān)視區(qū)域中的火災和/或火災特征的探測裝置(1)，具有一生成圖像的傳感器元件(2)，所述傳感器元件被構造用于輸出圖像數(shù)據(jù)，具有一光學裝置(3)，所述光學裝置連接在所述傳感器元件(2)前面，其中，傳感器 元件(2)與光學裝置(3) —起形成用于監(jiān)視所述監(jiān)視區(qū)域的攝像機裝置(6)，并且具有一分析處理裝置(8)，所述分析處理裝置被構造用于通過分析處理所述圖像 數(shù)據(jù)來探測所述監(jiān)視區(qū)域中的火災或火災特征，其特征在于，所述光學裝置(3)的設置和/或構造，使得所述攝像機裝置的視野(4)在至少一個與 所述攝像機裝置(6)的觀察方向(5)共面的平面內(nèi)具有至少120°、優(yōu)選至少150°并且 尤其是至少180°的最大視角(α )。
2.如權利要求1所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述視野(4)在所有與所述攝像 機裝置(6)的觀察方向(5)共面的平面內(nèi)具有至少120°、優(yōu)選至少150°并且尤其是至 少180°的最大視角(α)。
3.如權利要求1或2所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述視野(4)相對所述攝像 機裝置(6)的觀察方向(5)軸對稱地設置。
4.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述視野(4)的一中 央的和/或中心的區(qū)域(14)被光學地和/或程序技術地遮蔽。
5.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述被遮蔽的區(qū)域 (14)具有至少30°、優(yōu)選至少60°并且尤其是至少90°或110°的視角。
6.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述攝像機裝置(6) 的景深的范圍在至少lm、優(yōu)選至少1.5m的距離處開始。
7.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述攝像機裝置(6) 具有自動聚焦和/或可被電動地調節(jié)的聚焦。
8.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述光學裝置(3)被 構造為一魚眼、一棱鏡、一透鏡或透鏡系統(tǒng)、一反射系統(tǒng)和/或一衍射系統(tǒng)。
9.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，通過所述光學裝置 (3)畸變的圖像數(shù)據(jù)在沒有校正的情況下由所述分析處理裝置(8)分析處理。
10.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述分析處理裝置 (8)被構造用于探測和/或分析處理所述監(jiān)視區(qū)域中的目標運動。
11.如上述權利要求中任一項所述的探測裝置(1)，其特征在于被構造為天花板系 統(tǒng)，其中，所述攝像機裝置的觀察方向(5)與天花板和/或地板垂直地和/或基本上垂直 地定向。
12.如權利要求11所述的探測裝置(1)，其特征在于，所述探測裝置(1)可被可沉入 地裝配和/或被可沉入地裝配在所述天花板上。
13.用于探測一監(jiān)視區(qū)域中的火災和/或火災特征的方法，其特征在于，優(yōu)選如上述 權利要求中任一項所述的一探測裝置(1)拍攝所述監(jiān)視區(qū)域的一環(huán)繞所述探測裝置(1) 的、靠近天花板的區(qū)域(13)，以及一分析處理裝置通過分析處理所拍攝的區(qū)域的圖像數(shù) 據(jù)來探測火災或火災特征。
全文摘要
火災報警設備包括火災報警器，作為用于探測火、煙霧、火焰或其他火災特征的傳感器裝置并且既用在公共建筑物——例如學?；虿┪镳^中也用在私人建筑物中。提出一種用于探測監(jiān)視區(qū)域中的火災和/或火災特征的探測裝置(1)，其具有生成圖像的傳感器元件(2)，所述傳感器元件被構造用于輸出圖像數(shù)據(jù)；具有光學裝置(3)，所述光學裝置連接在所述傳感器元件(2)前面，其中，傳感器元件(2)與光學裝置(3)一起形成用于監(jiān)視所述監(jiān)視區(qū)域的攝像機裝置(6)；并且具有分析處理裝置(8)，所述分析處理裝置被構造用于通過分析處理所述圖像數(shù)據(jù)來探測所述監(jiān)視區(qū)域中的火災或火災特征，提出其中所述光學裝置(3)被如此設置和/或構造，使得所述攝像機裝置的視野(4)在至少一個與所述攝像機裝置(6)的觀察方向(5)共面的平面內(nèi)具有至少120°、優(yōu)選至少150°并且尤其是至少180°的最大視角α。
文檔編號G08B17/12GK102016944SQ200880128833
公開日2011年4月13日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權日2008年4月25日
發(fā)明者R·貝格曼, T·漢澤斯 申請人:羅伯特·博世有限公司