[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion
von Rauch und/oder Feuer in Räumen, insbesondere Frachträumen und dergleichen.
[0002] Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden üblicherweise in Alarmmeldesystemen
zur Detektion und Anzeige von Bränden in Räumen eingesetzt, um gezielt Schutz- und/oder
Hilfsmaßnahmen einzuleiten. Da Schutz- und/oder Hilfsmaßnahmen äußerst kostenintensiv
sind, werden an die Detektion von Rauch und/oder Feuer erhöhte Zuverlässigkeitsanforderungen
gestellt, insbesondere im Bereich des Frachttransports mittels Flugzeugen, wo bei
Fehlalarmmeldungen durch Schutz- und/oder Gegenmaßnahmen im Frachtraum befindliche
Waren durch Brandbekämpfungsmaßnahmen beschädigt bzw. zerstört werden können und mitunter
unnötige Landemanöver anfallen können. Darüber hinaus ist es erforderlich, Rauch und/oder
Feuer in Räumen so schnell als möglich zu detektieren.
[0003] Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,
welche ein Detektieren von Rauch und/oder Feuer in Räumen, insbesondere Frachträumen
und dergleichen, äußerst zuverlässig und schnell ermöglichen.
[0004] Verfahrensseitig wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß wenigstens ein Bild eines Raumes erfaßt, digitalisiert und mit einem in digitalisierter
Form vorliegenden, aus einem zu einem vorhergehenden Zeitpunkt erfaßten und digitalisierten
Bild des Raumes erzeugten Referenzbild verglichen wird, wobei die Summe der um wenigstens
einen ersten Schwellenwert vom Referenzbild abweichenden Bildelemente des digitalisierten
Bildes bestimmt und wenn die Summe einen zweiten Schwellenwert erreicht oder übersteigt
ein Alarmsignal erzeugt wird.
[0005] Durch den erfindungsgemäßen Vergleich zeitlich voneinander beabstandeter digitalisierter
Bilder des zu überwachenden Raumes sind Rauch und/oder Feuer in dem Raum mit hoher
Zuverlässigkeit und schnell detektierbar.
[0006] Im Rahmen der Digitalisierung wird das erfaßte Bild des Raumes einer Rasterung und
einer Quantisierung unterzogen. Bei der Rasterung wird das Bild in Bildelemente, auch
Bildpunkte oder Pixel genannt, zerlegt, die matrixartig in Spalten und Zeilen angeordnet
sind. Bei der Quantisierung wird einzelnen Bildelementen ein Wert zugewiesen. Erfindungsgemäß
werden die Bilder sowohl in mehreren unterscheidbaren Helligkeitsstufen, sogenannten
Grauwerten, als auch farbig erfaßt. Bei der Digitalisierung farbiger Bilder werden
pro Bild drei Farbauszüge getrennt digitalisiert.
[0007] Zur Charakterisierung der miteinander verglichenen digitalisierten Bilder wird erfindungsgemäß
die Summe der um wenigstens einen ersten Schwellenwert abweichenden Bildelemente bestimmt
und bei Erreichen oder Überschreiten eines zweiten Schwellenwertes ein Alarmsignal
erzeugt. Anhand des ersten Schwellenwertes wird dabei die Anzahl der Bildelemente
bestimmt, die signifikant von den entsprechenden Bildelementen des Referenzbildes
abweichen. Anhand des zweiten Schwellenwertes wird entschieden, ob die Anzahl sich
ändernder Bildelemente Rauch und/oder Feuer in dem zu überwachenden Raum wahrscheinlich
macht, wobei in jedem Fall ein Alarmsignal erzeugt wird.
[0008] Zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit der Detektion wird in einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung das digitalisierte Bild in Bereiche aufgeteilt, für jeden
dieser Bereiche der Mittelwert der Werte der zu einem Bereich gehörenden Bildelemente
bestimmt und mit wenigstens einem zu wenigstens einem vorhergehenden Zeitpunkt entsprechend
bestimmten Mittelwert des Bereichs verglichen wird, wobei ein weiteres Alarmsignal
erzeugt wird, wenn der Mittelwert wenigstens eines Bereichs über einen vorgebbaren
Zeitraum hinweg um einen vorgebbaren dritten Schwellenwert abweicht. Erfindungsgemäß
ist damit ein zeitlicher Trend bestimmt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung werden die zeitlichen Schwankungen der Mittelwerte der einzelnen Bereiche
erfaßt und ein drittes Alarmsignal erzeugt, wenn die zeitlichen Schwankungen des Mittelwerts
wenigstens eines Bereichs innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbereichs liegen.
[0009] Erfindungsgemäß werden in Abhängigkeit der Zuverlässigkeitsanforderungen die Alarmsignale
einzeln oder kumulativ zur Anzeige gebracht.
[0010] Zur
Lösung der Aufgabe umfaßt die Vorrichtung zur Detektion und Anzeige von Rauch und/oder Feuer
in Räumen, insbesondere Frachträumen und dergleichen, eine mit einer Recheneinrichtung
verbundene elektrooptische Einrichtung zur Erfassung und Digitalisierung von Bildern
eines Raumes und eine Lichtquelle zum Ausleuchten des Raumes, wobei die elektrooptische
Einrichtung und die Lichtquelle in einer Dunkelfeld-Anordnung zueinander positioniert
sind.
[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrooptische Einrichtung
und die Lichtquelle aneinander angepaßt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung derart,
daß die Lichtquelle in einem auf die elektrooptische Einrichtung abgestimmten Frequenzband
emittiert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrooptische
Einrichtung und die Lichtquelle derart angeordnet, daß die elektrooptischen Achsen
einen Winkel zwischen 0° und 170° zueinander einnehmen.
[0012] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Intensität
der Lichtquelle modulierbar. Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle mit einer Recheneinrichtung
verbunden und über diese steuerbar. Dadurch können durch Störeinstrahlungen verursachte
Schwankungen in der Ausleuchtung des Raumes rechnerisch eliminiert werden.
[0013] Vorteilhafterweise ist die elektrooptische Einrichtung eine Video-Kamera, vorzugsweise
nach Standard-Video-Norm, beispielsweise CCIR-Norm, mit einem CCD- oder CMOS-Bildsensor
oder einem CCD- oder CMOS-Bildsensoren-Feld. Die elektrooptische Einrichtung liefert
so als Videosignal vorliegende Bilder, die direkt elektronisch oder durch Analog-Digital-Wandler
in Binärdaten umgesetzt werden.
[0014] Vorteilhafterweise weist die Lichtquelle ein Spektrum zwischen Ultraviolett (UV)
und Infrarot (IR) auf.
[0015] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1
- in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
- Fig. 2
- die prinzipielle Anordnung einer elektrooptischen Einrichtung und einer Lichtquelle
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
[0016] In einem ersten Verfahrensschritt (Verfahrensschritt 1) wird mit Hilfe einer elektrooptischen
Einrichtung ein Bild eines zu überwachenden Raumes erfaßt und die Bilddaten werden
digitalisiert. Bei der Digitalisierung wird das von der elektrooptischen Einrichtung
erfaßte Bild durch Rasterung in Bildelemente zerlegt, die matrixartig in Spalten und
Zeilen angeordnet sind und quantisiert, wobei jedem Bildelement ein Wert zugewiesen
wird. In Verfahrensschritt 2 wird die so geschaffene Bildmatrix einer Recheneinrichtung
zugeführt und in dieser gespeichert.
[0017] In der Recheneinrichtung wird in Verfahrensschritt 3 aus der Bildmatrix des digitalisierten
Bildes ein Referenzbild erzeugt. Dazu wird eine Referenzbildmatrix gespeichert. Im
einfachsten Fall entspricht die Referenzbildmatrix der Bildmatrix. Im Rahmen einer
Bildverbesserung (image enhancement) wird das Referenzbild als Referenzbildmatrix
aus der Bildmatrix des digitalisierten Bildes im Rahmen von Kontrastverbesserungsverfahren,
Glättungsverfahren und/oder Kantenextraktionsverfahren im Orts- oder Frequenzbereich
erzeugt.
[0018] In dem in Fig. 1 mit 4 gekennzeichneten Verfahrensschritt wird seitens der Recheneinrichtung
durch Vergleich der Bildelemente der Bildmatrix mit den Bildelementen der Referenzbildmatrix
verglichen und die Summe der um einen ersten Schwellenwert abweichenden Bildelemente
der Bildmatrix bestimmt. Im Verfahrensschritt 5 wird in der Recheneinrichtung die
Summe der so bestimmten Bildelemente mit einem zweiten Schwellenwert verglichen. Sofern
die Summe der sich ändernden Bildelemente kleiner ist als der zweite Schwellenwert
wird das Verfahren in Verfahrensschritt 1 fortgesetzt. Ist die Summe der sich ändernden
Bildelemente größer als der zweite Schwellenwert, wird ein erstes Alarmsignal erzeugt,
welches die Recheneinrichtung dazu anhält, in Verfahrensschritt 6 die das digitalisierte
Bild repräsentierende Bildmatrix in Bereiche aufzuteilen, für jeden dieser Bereiche
den Mittelwert der Werte der zu einem Bereich gehörenden Bildelemente zu bestimmen
und in einer Mittelwertmatrix zu speichern. In dem in Fig. 1 in Verfahrensschritt
7 dargestellten Vergleich werden die aktuell bestimmten Mittelwerte der jeweiligen
Bereiche mit wenigstens einem zu wenigstens einem vorhergehenden Zeitpunkt entsprechend
bestimmten Mittelwert der jeweiligen Bereiche verglichen, vorliegend anhand gespeicherter
Mittelwertmatrizen. Weicht der Mittelwert wenigstens eines Bereichs über einen vorgebbaren
Zeitraum hinweg um wenigstens einen vorgebbaren dritten Schwellenwert ab, so wird
im Verfahrensschritt 8 ein zweites Alarmsignal erzeugt. Weicht bei dem Vergleich in
Verfahrensschritt 7 gemäß Figur 1 keiner der Mittelwerte der Mittelwertmatrix über
den vorgebbaren Zeitraum hinweg um den vorgebbaren dritten Schwellenwert ab, wird
das Verfahren in Verfahrensschritt 1 fortgesetzt.
[0019] In Verfahrensschritt 9 werden anhand der seitens der Recheneinrichtung gespeicherten
Mittelwertmatrizen die zeitlichen Schwankungen der Mittelwerte der einzelne Bereiche
bestimmt. Dabei wird im Rahmen des Vergleichs gemäß Verfahrensschritt 9 in Verfahrensschritt
10 ein drittes Alarmsignal erzeugt, wenn die zeitlichen Schwankungen des Mittelwertes
wenigstens eines Bereichs innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbereichs liegt. Der
Frequenzbereich ist dabei derart vorgebbar, daß dieser charakteristisch ist für Rauch
und/oder Feuer in dem zu überwachenden Raum. Liegen die zeitlichen Schwankungen der
Mittelwerte der einzelnen Bereiche außerhalb des vorgebbaren Frequenzbereichs, so
wird nach dem Vergleich gemäß Verfahrensschritt 9 das Verfahren in Verfahrensschritt
1 fortgesetzt, wie in Figur dargestellt.
[0020] In Verfahrensschritt 10 wird vorliegend das dritte erzeugte Alarmsignal optisch bzw.
akustisch mittels einer Leuchtanzeige 11 bzw. einem Lautsprecher 12 zur Anzeige gebracht
und das Verfahren in Verfahrensschritt 1 fortgesetzt.
[0021] Darüber hinaus werden das erste Alarmsignal in Verfahrensschritt 6 und das zweite
Alarmsignal in Verfahrensschritt 8 mittels einer Leuchtanzeige 11' bzw. 11" zur Anzeige
gebracht. Ein Bedienpersonal kann so anhand der Leuchtanzeigen 11', 11" bzw. 11 und
dem Lautsprecher 12 stufenweise auf Rauch und/oder Feuer in einem zu überwachenden
Raum aufmerksam gemacht werden.
[0022] Die in den Verfahrensschritten 4 und 5 verwendeten Schwellenwerte sind empirisch
ermittelte Vergleichswerte, die in der Recheneinrichtung gespeichert sind. Der in
Verfahrensschritt 7 zur Klassifizierung der Mittelwerte verwendete dritte Schwellenwert
ist nach heuristischen Regeln bestimmt und in der Recheneinrichtung in Matrizen unterschiedlicher
Zeitpunkte gespeichert. Der in Verfahrensschritt 9 verwendete Frequenzbereich zur
Charakterisierung von zeitlichen Schwankungen der Mittelwerte der einzelnen Bereiche
ist empirisch anhand charakteristischer Schwankungen von Rauchdichte und/oder Strahlungsemission
des Feuers ermittelt und seitens der Recheneinrichtung gespeichert.
[0023] Figur 2 zeigt eine den zu überwachenden Raum erfassende elektrooptische Einrichtung
13, vorliegend eine CCD-Kamera und eine Lichtquelle 14 einer Vorrichtung zur Detektion
von Rauch und/oder Feuer in Räumen. Figur 2 zeigt, daß die elektrooptische Einrichtung
13 und die Lichtquelle 14 in einer Dunkelfeld-Anordnung zueinander positioniert sind,
wobei die in Figur 2 gestrichelt eingezeichneten optischen Achsen der elektrooptischen
Einrichtung 13 und der Lichtquelle 14 einen Winkel ϕ zwischen 0° und 170° einnehmen.
Die Lichtquelle 14 emitiert in einem auf die elektrooptische Einrichtung 13 abgestimmten
Frequenzband bzw. Wellenlängenbereich.
Bezugszeichenliste
[0024]
- 1
- Verfahrensschritt/Bilderfassung
- 2
- Verfahrensschritt/Digitalisierung Bild
- 3
- Verfahrensschritt/Erzeugung Referenzbild
- 4
- Verfahrensschritt/Summenbestimmung erster Schwellwert
- 5
- Verfahrensschritt/Vergleich Summe zweiter Schwellwert
- 6
- Verfahrensschritt/erstes Alarmsignal; Erzeugung Mittelwertmatrix
- 7
- Verfahrensschritt/Vergleich Mittelwertmatrizen
- 8
- Verfahrensschritt/zweites Alarmsignal
- 9
- Verfahrensschritt/Vergleich Frequenzbereich Mittelwertmatrizen
- 10
- Verfahrensschritt/drittes Alarmsignal
- 11
- Leuchtanzeige
- 11'
- Leuchtanzeige
- 11"
- Leuchtanzeige
- 12
- Lautsprecher
- 13
- elektrooptische Einrichtung/CCD-Kamera
- 14
- Lichtquelle
- ϕ
- Winkel
1. Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Feuer in Räumen, insbesondere Frachträumen
und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Bild des Raumes erfaßt, digitalisiert und mit einem in digitalisierter
Form vorliegenden, aus einem zu einem vorhergehenden Zeitpunkt erfaßten und digitalisierten
Bild des Raumes erzeugten Referenzbild verglichen wird, wobei die Summe der um wenigstens
einen ersten Schwellenwert vom Referenzbild abweichenden Bildelemente des digitalisierten
Bildes bestimmt und wenn die Summe einen zweiten Schwellenwert erreicht oder übersteigt
ein Alarmsignal erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das digitalisierte Bild in Bereiche aufgeteilt, für jeden dieser Bereiche der Mittelwert
der Bereiche der zu einem Bereich gehörenden Bildelemente bestimmt und mit wenigstens
einem zu wenigstens einem vorhergehenden Zeitpunkt entsprechend bestimmten Mittelwert
des Bereichs verglichen wird, wobei ein zweites Alarmsignal erzeugt wird, wenn der
Mittelwert wenigstens eines Bereichs über einen vorgebbaren Zeitraum hinweg von einem
vorgebbaren dritten Schwellenwert abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Schwankungen der Mittelwerte der einzelnen Bereiche erfaßt und ein
drittes Alarmsignal erzeugt wird, wenn die zeitlichen Schwankungen des Mittelwertes
wenigstens eines Bereichs innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbereichs liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite und/oder dritte Alarmsignal zur Anzeige gebracht wird.
5. Vorrichtung zur Detektion und Anzeige von Rauch und/oder Feuer in Räumen, insbesondere
Frachträumen und dergleichen, umfassend wenigstens eine mit einer Recheneinrichtung
verbundene elektrooptische Einrichtung (13) zur Erfassung von Bildern eines Raumes
und wenigstens eine Lichtquelle (14) zum Ausleuchten des Raumes, wobei die wenigstens
eine elektrooptische Einrichtung (13) und die wenigstens eine Lichtquelle (14) in
einer Dunkelfeld-Anordnung zueinander positioniert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Einrichtung (13) und die Lichtquelle (14) derart zueinander positioniert
sind, daß deren optische Achsen einen Winkel von 0° bis 170° zueinander einnehmen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Einrichtung (13) und die Lichtquelle (14) aneinander angepaßt
sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) in einem auf die elektrooptische Einrichtung (13) abgestimmten
Frequenzband emitiert.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) in ihrer Intensität modulierbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle mit der Recheneinrichtung verbunden und von dieser steuerbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Einrichtung (13) eine Video-Kamera ist.