DE102009043080B4 - Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen und Detektionssystem - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen mittels Auswertung von Bilddaten. Ferner betrifft die Erfindung ein Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen.
- Bekannte Brandmelder reagieren auf Änderungen in der Umgebung des Brandmelders, wie beispielsweise entstehender Rauch, ein Anstieg der Temperatur, Bildung von Flammen und Entstehen von Gasen. Zur Detektion dieser Änderungen werden verschiedene Sensoren eingesetzt. Üblicherweise werden für die Rauchdetektion photoelektrische Streulichtsensoren und für die Gasdetektion Gassensoren eingesetzt. Herkömmliche Streulichtsensoren arbeiten nach dem Streulichtverfahren, das darauf basiert, dass klare Luft praktisch kein Licht reflektiert, aber beim Vorhandensein von Rauchpartikeln in der Luft und somit in dem Messraum des Sensors ein von einer Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl an den Rauchpartikeln gestreut wird und das Streulicht auf einen lichtempfindlichen Sensor (Photodiode) fällt, der bei klarer Luft nicht von dem Lichtstrahl beleuchtet wird. In einem Brandmeldesystem werden von einem oder mehreren Sensoren erfasste Signale ausgewertet und bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Alarm ausgelöst. Allerdings besteht auch bei modernen Brandmeldesystemen das Problem, dass Störeinflüsse in der Umgebung der Sensoren häufig zu Fehlalarmen führen können.
- Brandschutzsysteme in Flugzeugen umfassen beispielsweise photoelektrische Brandmelder sowie Feuerlöscheinrichtungen. Da gerade in Flugzeugen ein auf dem Boden als harmlos eingestufter Brand verheerende Folgen haben kann, sind für während eines Fluges entstehende Brände hohe Sicherheitsmassnahmen gefordert. Hierzu müssen beispielsweise Feuerbekämpfungsmassnahmen ergriffen werden, wobei meist Feuerunterdrückungsmittel, wie beispielsweise gasförmige Flammenlöschmittel, in den betroffenen Bereich eingebracht werden. Darüber hinaus muss der Pilot so schnell wie möglich landen und das Flugzeug evakuieren. Gerade bei sehr großen und modernen Flugzeugen können bis zu 800 Passagiere in dem Flugzeug sein, so dass es unter Umständen schwierig ist, alle Passagiere unverletzt zu evakuieren. Gerade bei einem Fehlalarm verursachen solche Evakuierungsmassnahmen sehr hohe Kosten und führen zu einem Vertrauensverlust in die Flugzeugtechnik.
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DE 602 16 295 T2 offenbart ein Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, welches in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann. Bei dem Detektorsystem ist in einem ersten Betriebsmodus ein optischer Sensor eingerichtet, um Bilder eines zu überwachenden Messraums aufzunehmen, und eine Auswerteeinheit generiert aus den Bildern Bilddaten und wertet diese auf eine Gefahrensituation hin aus. In dem zweiten Betriebsmodus ist der optische Sensor eingerichtet, um Bilder des Messraums aufzunehmen und mittels einer Anzeigeeinrichtung optisch darzustellen. Eine Umschalteinrichtung ist vorgesehen, um das Detektorsystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt zu schalten. Das Detektorsystem umfasst eine erste Bildspeichereinheit zum Speichern der Bilddaten der von dem optischen Sensor aufgenommenen Bilder. -
US 2004/0061777 A1 US 2002/0135490 A1 -
DE 100 50 083 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung eines sich in einem Überwachungsbereich einer Kamera bewegenden Objekts. Das Verfahren umfasst das Erfassen von Bildern eines zu überwachenden Messraums durch wenigstens einen optischen Sensor und das Generieren von Bilddaten. Bilddaten verschiedener Bilder werden ausgewertet. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Bilder mit einem Differenzbildverfahren verglichen, um ein Differenzbild zu ermitteln. Dieses Differenzbild wird mit einem Referenz-Differenzbild verglichen. - Um gerade denjenigen Bereiche eines Flugzeugs, in welchen keine Beleuchtung und/oder keine Passagiere vorhanden sind, also beispielsweise der Frachtraum, besser überwachen zu können, ob tatsächlich eine Gefahrensituation oder ein Fehlalarm vorliegt, soll eine Vebesserung geschaffen werden.
- Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Anzahl von Fehlalarmen im Zusammenhang mit Brandereignissen, insbesondere in einem Flugzeug, zu reduzieren.
- Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Detektorsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die Erfindung schafft insbesondere für diejenigen Situationen eine Lösung, bei denen das Innere von elektronischen Baueinheiten oder der Frachtraum eines Flugzeuges brandschutzmäßig überwacht werden soll und insbesondere dann, wenn keine sich bewegende Objekte oder Personen und/oder kein variierendes Tageslicht in dem zu überwachenden Bereich vorhanden sind.
- Eine Hauptidee der Erfindung liegt darin, eine oder mehrere optische Sensoren einzusetzen, die in wenigstens zwei Betriebsmodi betrieben werden können.
- Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der „optischer Sensor” auch als Bildsensor, Kameramodul oder Lichtdetektor bezeichnet werden. Vorzugsweise wird für den optischen Sensor ein kostengünstiges Kameramodul verwendet, das eingerichtet ist, um in wenigstens den zwei nachfolgend genauer erläutertenden Betriebsmodi arbeiten zu können.
- Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erzeugt der optische Sensor in beiden Betriebsmodi zeitlich aufeinanderfolgende Bilder des zu überwachenden Messraumes. In dem ersten Modus werden automatisch aus direkt aufeinanderfolgenden bzw. zeitlich weiter auseinanderliegenden Bildern Differenzbilder erzeugt und evtl. detektierbare Differenzen automatisch quantifiziert. In dem zweiten Betriebsmodus arbeitet der optische Sensor vorzugsweise als konventioneller Bildsensor, wobei vorzugsweise Echtzeitbilder des zu überwachenden Messraum erzeugt und mittels einer Anzeigeeinheit optisch dargestellt werden können. Der Wechsel der Betriebsmodi erfolgt durch ein Umschalten des optischen Sensors, wobei das Umschalten vorzugsweise automatisch durch einen Mikroprozessor erfolgt. Dieses Vorgehensweise ermöglicht es, nachdem mittels des optischen Sensors in dem ersten Betriebsmodus eine Gefahrensituation automatisch detektiert worden ist, in dem zweiten Betriebsmodus eine direkte visuelle Überprüfung vorzunehmen und den automatisch generierten Alarm damit zu verifizieren bzw. zu falsifizieren. Dieser letzte Schritt wird vorzugsweise durch den Piloten durch direkte Betrachtung der in dem zweiten Betriebsmodus auf die Anzeigeeinheit übertragenden Bilder vorgenommen.
- Der erste Betriebsmodus kann auch als Differenzbild-Modus und der zweite Betriebsmodus als Echtzeitbild-Modus oder Normalbild-Modus bezeichnet werden. In dem Echtzeitbild-Modus erfasst der optische Sensor vorzugsweise aktuelle Bilder von dem zu überwachenden Messraum. Beispielsweise werden Bilder von Installationen innerhalb einer elektrischen Einrichtung oder eines Frachtraumes, das heißt eine Vielzahl von Informationen erfasst, die zunächst nicht relevant sind. Vorzugsweise sind in dem Messraum keine sich bewegenden Teile oder Objekte vorhanden, so dass die erfassten Bilder identisch sind. Eine Differenz aufeinanderfolgender Bilder auf einer Pixelbasis ergibt „Null”-Bilder, dass heißt schwarze Bilder. Somit wird ein Alarm dann ausgelöst, wenn in dem Messraum eine Änderung der Umgebungseinflüsse passiert ist, wie beispielsweise Rauchbildung oder Lichtemission. Da Rauch oder Flammen über die Zeit variieren, ergibt die Auswertung der erfassten Bilder Differenzbilder mit Differenzbildweiten, die bei Überschreitung eines Grenzwertes einen Alarm auslösen. Sobald ein solcher Alarm ausgelöst wurde, wird der optische Sensor in den Echtzeitbild-Modus umgeschaltet. Anhand der optischen Darstellung der erfassten Bilder, vorzugsweise auf einem Monitor, kann dann eine visuelle Überprüfung stattfinden, ob tatsächlich eine Gefahrensituation oder ein Fehlalarm vorliegt. Auf diese Weise kann mit dem optischen Sensor zugleich der Messraum auf eine Gefahrensituation überwacht und die detektierte potenzielle Gefahrensituation auf einen Fehlalarm hin überprüft werden.
- Vorteilhafterweise wird für den optischen Sensor eine Kamera beziehungsweise ein Kameramodul verwendet. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von optischen Sensoren eingesetzt. Die von dem optischen Sensor erfassten Bilder ermöglichen es Bilddaten zu generieren, wobei insbesondere Pixeldaten, wie Helligkeitswerte und/oder Graustufenwerte, ermittelt werden. Ferner kann eine Zeiterfassungseinheit bzw. Taktgeber vorgegeben sein, so dass die aufeinanderfolgenden Bilder in bestimmten Zeitintervallen aufgenommen werden. All diese ermittelten Daten können dann in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Beispielsweise können als Bilder Halbbilder verwendet werden und die Bilddaten dieser Halbbilder, insbesondere die Graustufenwerte, in einem Analog-/Digital-Wandler digitalisiert und in einer Bildspeichereinheit gespeichert werden. Von dem direkt danach oder später erfassten Halbbild werden wiederum Bilddaten digitalisiert und auf einer Pixelbasis basierend von dem ersten Halbbild durch Differenzbildung verglichen beziehungsweise ausgewertet. Als Ergebnis wird ein erstes Differenzbild erhalten. Dieses oder ein zu einem anderen Zeitpunkt ermitteltes Differenzbild kann in einem Digital-/Analog-Wandler verarbeitet und als Videosignal verarbeitet werden, das dann mittels einer Anzeigeeinheit, insbesondere einem Videomonitor, dargestellt werden kann. Mittels einer Umschalteinrichtung kann zwischen dem Differenzbild-Modus und dem Echtzeitbild-Modus umgeschaltet werden. In dem Differenzbild-Modus können die Differenzbilder und die daraus gewonnenen Daten überwacht werden, beispielsweise indem die Graustufenwerte zu einem Ist-Wert aufsummiert werden und dieser Ist-Wert mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Für den Fall, dass der Ist-Wert größer als der Grenzwert ist, kann ein Alarm ausgelöst werden.
- Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum erfasst und die Echtzeitbilder mittels der Anzeigeeinheit optisch dargestellt. Auf diese Weise kann eine Person, insbesondere der Pilot eines Flugzeugs, eine visuelle Überprüfung vornehmen, ob der ausgelöste Alarm einen Fehlalarm darstellt oder ob tatsächlich eine Gefahrensituation vorliegt.
- Für den Fall, dass ein dunkler oder wenig beleuchteter Messraum überwacht wird, wird vorteilhafterweise der Messraum in dem zweiten Betriebsmodus beleuchtet. Dadurch kann der Messraum in dem zweiten Betriebsmodus besser visuell überpüft werden.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vor, während oder nach dem Umschalten des optischen Sensors in den zweiten Betriebsmodus ein Alarm, insbesondere ein optischer und/oder akustischer Alarm, ausgelöst. Auf diese Weise kann die für eine visuelle Überwachung vorgesehene Person darauf hingewiesen werden, dass eine visuelle Überprüfung erforderlich ist.
- Vorteilhafterweise werden Bilddaten bestimmter Bildbereiche verglichen und/oder als Bilder Halbbilder ermittelt. Auf diese Weise kann das zu überprüfende Datenvolumen und die hierfür erforderliche Zeit verkürzt werden. Als Bilddaten werden vorzugsweise Pixeldaten, insbesondere Helligkeits- und/oder Graustufenwerte, ermittelt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen.
- Erfindungsgemäß werden zur Bildauswertung Bilddaten verschiedener Bilder mit einem Differenzbildverfahren verglichen, bei dem Differenzen zwischen verschiedenen, insbesondere aufeinanderfolgenden, Bildern und deren Bilddaten gebildet werden, um mittels jeweils zweier Bilder ein Differenzbild zu ermitteln. Vorteilhafterweise werden aufeinanderfolgende Bilder verwendet. Es können aber auch zeitlich weiter auseinander liegende Bilder voneinander abgezogen werden.
- Vorteilhafterweise werden die Bilddaten, insbesondere die Graustufenwerte, der Differenzbilder aufsummiert und der Summenwert mit dem Grenzwert verglichen. Bei Überschreiten des Grenzwertes kann ein Alarm ausgelöst werden.
- Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Bilddaten mittels eines Analog-/Digital-Wandlers digitalisiert und in einer Bildspeichereinheit gespeichert. Weiterhin können die Differenzbilddaten mittels eines Digital-/Analog-Wandlers in ein Videosignal umgewandelt werden. Dieses Videosignal kann dann in dem zweiten Betriebsmodus mittels der Anzeigeeinheit dargestellt werden.
- Um die Fehlalarmrate weiter zu reduzieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem Vergleich der Bilddaten eine Überprüfung auf Störeinflüsse, insbesondere Bewegungen von Objekten oder Personen, erfolgt. Auf diese Weise können Störeinflüsse erfasst und erkannt werden und sodann nicht als Gefahrensituation bewertet werden. Erfindungsgemäß werden zur Überprüfung auf Störeinflüsse von den Bilddaten der Differenzbilder Differenzen gebildet. Ferner kann die Überprüfung auf Störeinflüsse mittels einer Frequenzanalyse, insbesondere mittels Fourier-Transformations-Verfahren und/oder Tiefpassfilterungsverfahren, erfolgen. Auf diese Weise lässt sich der störende Einfluss von Artifakten gut vermeiden.
- Die Erfindung besteht weiterhin in einem Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, welches in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein optischer Sensor eingerichtet ist, um Bilder eines zu überwachenden Messraumes aufzunehmen, und die Auswerteeinheit aus den Bildern Bilddaten generiert und diese auf eine Gefahrensituation hin auswertet und wobei in dem zweiten Betriebsmodus der optische Sensor eingerichtet ist, um Bilder des Messraumes aufzunehmen und mittels einer Anzeigeeinrichtung optisch darzustellen, wobei eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, um das Detektorsystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt zu schalten.
- Dieses Detektorsystem macht sich die oben zu dem Verfahren genannten Vorteile zu Nutze.
- Das Detektorsystem kann für zahlreiche Detektoreinrichtungen eingesetzt werden, so dass ein verschiedene Gefahrensituation erkennendes System geschaffen wird. So können Gassensoren, IR- und/oder UV-Detektoren, Wärmesensoren und/oder Streulichtsensoren oder Ähnliches in das Detektorsystem integriert werden. Auf diese Weise wird ein Multikriterien-Detektorsystem geschaffen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der optische Sensor eingerichtet, um in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum zu erfassen. Vorteilhafterweise ist eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Messraumes in dem zweiten Betriebsmodus vorgesehen. Ferner kann ein Analog-/Digital-Wandler zur Digitalisierung der Bilddaten und/oder ein Digital-/Analog-Wandler zur Umwandlung der Bilddaten in ein Videosignal vorgesehen sein. Des Weiteren kann eine Zeiterfassungseinheit bzw. Taktgeber zur Bestimmung des Zeitpunkts der Aufnahme der Bilder und des dazwischenliegenden Zeitintervalls vorgesehen sein.
- Erfindungsgemäß ist eine erste Bildspeichereinheit zum Speichern der Bilddaten der von dem optischen Sensor aufgenommenen Bilder vorgesehen. Zum Speichern der Differenzbilddaten ist erfindungsgemäß eine zweite Bildspeichereinheit, die aus einer Differenz von Bilddaten ermittelt sind, vorgesehen. Es ist erfindungsgemäß eine erste Bilddifferenzeinheit vorgesehen, mittels der Differenzen der Bilddaten ermittelt werden. Erfindungsgemäß ist eine zweite Bilddifferenzeinheit, mittels der Differenzen der Differenzbilddaten ermittelt werden, vorhanden.
- Vorzugsweise kann eine erste Bilddatenauswerteeinheit vorgesehen sein, die die Bilddaten der Bilder aufsummiert und den Summenwert mit einem Grenzwert vergleicht.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Detektors mit einem optischen Sensor und einem Messraum; -
2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, und -
3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Detektion von Rauch und/oder Flammen. -
1 zeigt einen Detektor für das weiter unten beschriebene Verfahren und System zur Detektion von Rauch und/oder Flammen. Der Detektor umfasst einen optischen Sensor10 , zwei Lichtquellen20 und einen Messraum30 , in welchem Installationen32 , beispielsweise Elektroinstallationen, vorhanden sind. Es kann auch nur eine Lichtquelle20 vorgesehen sein. Bei dem Messraum30 handelt es sich vorliegend um einen Bereich in einem Flugzeug. Bei dem optischen Sensor10 handelt es sich vorzugsweise um ein Kameramodul, das eingerichtet ist um in den zwei nachfolgend genauer erläuterten Betriebsmodi arbeiten zu können. - In einem ersten Betriebsmodus arbeitet der optische Sensor
10 mit dem photoelektrischen Effekt und dem Streulichtverfahren. Bei dem Streulichtverfahren werden die von den Lichtquellen20 ausgestrahlten Lichtstrahlen für den Fall, dass keine Rauchpartikel in der Luft vorhanden sind, nicht durch die Luft reflektiert. In diesem Zustand wird der optische Sensor10 Bilder von dem Messraum30 mit den Installationen32 aufnehmen, wobei aufeinanderfolgende Bilder identisch sind. Eine Differenz zweier Bilder ergibt somit ein „Null”-Bild. Sobald Rauchpartikel34 in dem Messraum30 vorhanden sind, werden die auf die Rauchpartikel34 auftreffenden Lichtstrahlen an den Rauchpartikeln gestreut und teilweise derart reflektiert, dass Lichtstrahlen auf den lichtempfindlichen Sensor10 auftreffen (siehe1 ). - Somit werden mit dem optischen Sensor
10 verschiedene Bilder im normalen Zustand und in einer potenziellen Gefahrensituation erfasst. Von diesen erfassten Bildern werden durch Umwandlung in elektrische Signale Bilddaten generiert, die dann mittels einer weiter unten erläutertenden Auswerteeinheit50 ausgewertet werden können. Eine Differenz eines Bildes des Normalzustandes und eines Bildes einer potenziellen Gefahrensituation ermöglicht einen Vergleich, beispielsweise durch Bildung eines Differenzbildes, wodurch dann die ermittelten Differenzdaten mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden können. Wenn der ermittelte Differenzwert den Grenzwert überschreitet, wird eine potentielle Gefahrensituation detektiert und der optische Sensor10 in einen zweiten Betriebsmodus umgeschaltet. - In dem zweiten Betriebsmodus, der auch als Echtzeitbild-Modus bezeichnet werden kann, werden mittels des optischen Sensors
10 Bilder des zu überwachenden Messraumes30 erfasst. In diesem Echtzeitbild-Modus arbeitet der optische Sensor10 als Kameramodul beziehungsweise Bildsensor. Der Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus (und umgekehrt) erfolgt durch ein automatisches Umschalten des optischen Sensors10 mittels eines Mikroprozessors40 . Sodann können in dem zweiten Betriebsmodus die erfassten Bilder mittels einer Anzeigeeinrichtung60 , wie beispielsweise einem Monitor, optisch dargestellt werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, nachdem mittels des optischen Sensors10 in dem ersten Betriebsmodus eine Gefahrensituation detektiert worden ist, dass dann in dem zweiten Betriebsmodus eine Überprüfung vorgenommen werden kann, ob tatsächlich eine Gefahrensituation vorhanden ist oder ob es sich um einen Fehlalarm handelt. Diese Überprüfung kann visuell, beispielsweise durch den Piloten, mittels einer Betrachtung der in dem zweiten Betriebsmodus auf die Anzeigeeinrichtung60 übertragenen Bilder erfolgen. - Beispielsweise werden zwei Bilder zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasst, die zugehörigen Bilddaten digitalisiert und zur Auswertung mittels mathematischer Operationen an die Auswerteeinheit
50 übermittelt. Ein erstes Bild kann beispielsweise lediglich den Hintergrund bei normalem Tageslicht mit den Installationen32 im Hintergrund darstellen. Bei dem zweiten Bild kann beispielsweise eine Flamme eines beginnenden Brandes in dem Messraum30 vorhanden sein. Die beiden Bilder stellen alphanummerische Informationen zur Verfügung und sind mit einem Zeitstempel versehen. Die beiden Bilder können in Form von Matrizen M1 und M2, dass heißt in Form von Zahlenwerten, die den Helligkeitswert oder den Graustufenwert in jedem Pixel wiedergeben, dargestellt werden. Aus den beiden Matrizen M1 und M2 kann dann eine Differenz M3 = M1 – M2 gebildet werden. Diese Differenzbilddaten stellen ein sogenanntes Differenzbild dar. Jeder Pixelwert wird durch eine natürliche Zahl in dem Bereich von 0 bis 255 erfasst. Nach der Differenzbildung können negative Zahlen zustande kommen, welche dann durch Addieren des Wertes 255 bearbeitet werden. Um die Fehlerquote gering zu halten, kann eine verbesserte Differenzmatrix M4 gebildet werden, bei der von jedem Pixelwert der Matrix M3 der quadratische Mittelwert jedes Pixelwertes gebildet wird. Auf diese Weise können die bei der Differenz von M1 und M2 gewonnenen relevanten Werte M3 besser unterscheidbar von den übrigen nicht relevanten Werten gemacht werden. Nachfolgend sind die zugehörigen mathematischen Operationen dargestellt: -
- Bei der ersten Operation (M5) handelt es sich um eine Grenzwertfilterung jedes Matrixelementes. Bei dieser Grenzwertfilterung wird die Helligkeit des Pixelwertes mit der geringsten Helligkeit auf Null gesetzt und die Helligkeitswerte der übrigen Pixelwerte oberhalb des Grenzwertes bleiben unberührt.
- Bei der zweiten Operation (M6) wird die Helligkeit der über dem Grenzwert liegenden Pixelwerte auf ihr jeweiliges Maximum, dass heißt den Wert 255, gesetzt. Die Unterschiede in den Bilddaten der beiden Bilder werden dann durch sehr helle Pixel dargestellt, wohingegen die übrigen Pixel Schwarz erscheinen und für die nicht-relevante Hintergrundinformation, dass heißt die Installationen
32 , stehen. - Anschließend kann das Ausmaß, in welchem die beiden Bilder sich unterscheiden dadurch quantifiziert werden, indem die Zahl der hellen Pixel gezählt wird und durch die Gesamtanzahl der Pixel geteilt wird. Auf diese Weise wird die Bildinformation des Differenzbildes auf einen Differenzwert S6 transformiert:
-
2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Detektion von Rauch und/oder Flammen. Mittels eines optischen Sensors10 , insbesondere in Form eines Kameramoduls, werden Bilder des zu überwachenden Messraumes30 in einem ersten Betriebsmodus erfasst und durch Umwandlung in elektrische Signale Bilddaten der einzelnen Bilder generiert. - Hierzu ist eine Zeiterfassungseinheit
110 , eine Adressverwaltungseinheit120 , eine erste Bildspeichereinheit130 , eine erste Bilddifferenzeinheit140 , eine erste Bilddatenauswerteeinheit150 und ein Grenzwertvergleicher160 als eine Auswerteeinheit50 vorgesehen. Neben dieser Auswerteeinheit50 ist ferner ein Mikrocontroller40 , eine Anzeigeeinrichtung60 , ein Analog-/Digital-Wandler80 , ein Digital-/Analog-Wandler90 und eine Umschalteinrichtung70 vorhanden. - Mittels des Analog-/Digital-Wandlers
80 werden die von dem optischen Sensor10 erfassten Bilddaten in elektrische Signale und somit in Bilddaten umgewandelt, wobei die Zeiterfassungseinheit110 die Zeitpunkte, in welchem die Bilder aufgenommen werden, und das jeweils dazwischenliegende Zeitintervall erfasst. Die Adressverwaltungseinheit120 generiert Adressen zur weiteren Verwendung für spätere Signale und um jedes erfasste Bild genau bezeichnen zu können. Als Bilddaten werden vorzugsweise die Graustufenwerte herangezogen. Ferner können als Bilder Halbbilder verwendet werden. Die erfassten Bilder werden in der ersten Bildspeichereinheit130 gespeichert. - Mittels der ersten Bilddifferenzeinheit
140 werden die Bilddaten aufeinanderfolgend erfasster Bilder durch Differenzbildung voneinander subtrahiert. Auf diese Weise wird aus jeweils zwei erfassten Bildern (beispielsweise oben genannte Matrizen M1 und M2) ein Differenzbild gebildet. Beispielsweise wird die oben erläuterte Matrix M3 ermittelt. Ferner können die Werte M4, M5 und/oder M6 mittels der Bilddifferenzeinheit140 oder einer anderen Einheit der Auswerteeinheit50 , beispielsweise der ersten Bilddatenauswerteeinheit, ermittelt werden. Darauf basierend wird dann mittels der Bilddatenauswerteeinheit150 eine Integration der Graustufenwerte zur Ermittlung des Ist-Wertes S6 (siehe oben) durchgeführt. Anschließend kann der ermittelte Ist-Wert S6 mit einem vorgegebenen Grenzwert mittels des Grenzwertvergleichers160 ermittelt werden. Falls der Grenzwert überschritten ist, wird ein Signal an den Mikrocontroller40 abgegeben, der einen Alarm auslöst. - Zusätzlich zu der Auslösung eines Alarmes, beispielsweise eines akustischen und/oder optischen Alarmes, gibt der Mikrocontroller
40 ein Umschaltsignal an die Umschalteinrichtung70 ab, wodurch der optische Sensor10 in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird. In diesem zweiten Betriebsmodus, der oben auch als Echtzeitbild-Modus bezeichnet ist, werden Bilder des Messraumes30 mittels des optischen Sensors10 erfasst. Durch Übermittlung der Bilder in dem zweiten Betriebsmodus an die Anzeigeeinrichtung60 können die Bilder optisch dargestellt werden und so auf einfache Weise durch einen Piloten oder eine andere Person überprüft werden. In dem zweiten Betriebsmodus werden vorzugsweise die ermittelten Differenzbilder optisch dargestellt. Hierzu werden die mittels des Analog-/Digital-Wandlers80 und der Bilddifferenzeinheit140 ermittelten Differenzbilddaten mittels des Digital-/Analog-Wandlers90 in ein Videosignal umgewandelt, dass dann mittels der Anzeigeeinrichtung60 optisch dargestellt wird. - Bei dem in
3 gezeigten Blockschaltbild für eine zweite Ausführungsform ist zusätzlich zu der ersten Ausführungsform gemäß2 eine zweite Bildspeichereinheit132 , eine zweite Bilddifferenzeinheit142 und eine zweite Bilddatenauswerteeinheit152 vorgesehen. Die übrigen Bestandteile des Blockschaltbildes gemäß3 entsprechen denjenigen der2 , so dass diesbezüglich auf obige Ausführungen verwiesen werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform werden die erfassten Bilder zusätzlich in der zweiten Bildspeichereinheit132 zur späteren weiteren Verwendung der Differenzbilder „zweiter Stufe” gespeichert. Insbesondere dienen die genannten zweiten Einheiten132 ,142 und152 dazu, die Bilddaten auf Störeinflüsse, insbesondere Bewegungen und Artifakte zu überprüfen. Auf diese Weise können Artifakte eliminiert oder reduziert werden. Derartige Artifakte können von Erschütterungen des optischen Sensors10 oder des zu überwachenden Messraumes30 herrühren. Weiterhin können die Differenzbilder „zweiter Stufe” vergleichsweise langsame Veränderungen, wie sich bewegender Rauch oder Staub, von schnelleren Veränderungen, wie beispielsweise Flammen, differenziert werden. Die in der zweiten Bildspeichereinheit132 gespeicherten Differenzbilder können mittels der zweiten Bilddifferenzeinheit142 durch Differenzbildung miteinander verglichen werden und mittels der zweiten Bilddatenauswerteeinheit152 ausgewertet werden. Die Einheiten132 ,142 und152 haben somit die Funktionen der Einheiten130 ,140 und150 und arbeiten die gleichen Verfahrensschritte ab, jedoch nicht bezüglich der Einzelbilder an sich, sondern bezüglich der bereits aus jeweils zwei Einzelbildern gewonnenen Differenzbilder. Anders ausgedrückt dienen die Einheiten132 ,142 und152 also zur Verarbeitung der Differenzbilder. Vorzugsweise werden mittels der Einheiten132 ,142 und152 die entsprechenden mathematischen Operationen wie oben zu den Einheiten130 ,140 und150 erläutert durchgeführt. - Schließlich ist der Mikrocontroller
40 eingerichtet, um mit allen genannten Einheiten direkt oder indirekt und auch mit anderen Bestandteilen der in einem Flugzeug vorhandenen Kommunikationsinfrastruktur zu kommunizieren. Beispielsweise kann der Mikrocontroller40 den Grenzwert aus bereits ermittelten Werten berechnen und/oder aktualisieren.
Claims (16)
- Verfahren zur Detektion von Rauch und/oder Flammen mit folgenden Verfahrensschritten: – Erfassen von Bildern eines zu überwachenden Messraumes (
30 ) durch wenigstens einen optischen Sensor (10 ) in einem ersten Betriebsmodus und Generieren von Bilddaten, – Auswerten der Bilddaten verschiedener Bilder, die mit einem Differenzbildverfahren verglichen werden, wobei Differenzen zwischen Bilddaten verschiedener Bilder gebildet werden, um mittels jeweils zweier Bilder ein Differenzbild zu ermitteln, wobei bei dem Vergleich der Bilddaten dadurch eine Überprüfung auf Störeinflüsse erfolgt, dass Differenzen von Bilddaten der Differenzbilder gebildet werden, – Automatisches Umschalten des optischen Sensors (10 ) durch einen Mikroprozessor (40 ) in einen zweiten Betriebsmodus, falls durch das Auswerten der Bilddaten eine Gefahrensituation detektiert wird, – Erfassen von Bildern des Messraumes (30 ) durch den optischen Sensor (10 ) in dem zweiten Betriebsmodus und – Optische Darstellung der Bilder mittels einer Anzeigeeinrichtung (60 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum (
30 ) erfasst werden und die Echtzeitbilder mittels der Anzeigeeinrichtung (60 ) optisch dargestellt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum (
30 ) in dem zweiten Betriebsmodus beleuchtet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach dem Umschalten des optischen Sensors (
10 ) in den zweiten Betriebsmodus ein Alarm, insbesondere ein optischer und/oder akustischer Alarm, ausgelöst wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bilddaten bestimmter Bildbereiche verglichen und/oder als Bilder Halbbilder ermittelt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bilddaten Pixeldaten, insbesondere Helligkeits- und/oder Graustufenwerte, ermittelt werden und mit einem Grenzwert verglichen werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten, insbesondere die Graustufenwerte, der Differenzbilder aufsummiert werden und der Summenwert mit dem Grenzwert verglichen und bei Überschreiten des Grenzwertes ein Alarm ausgelöst wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten mittels eines Analog-/Digital-Wandlers (
80 ) digitalisiert und in einer Bildspeichereinheit (130 ) gespeichert werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzbilddaten mittels eines Digital-/Analog-Wandlers (
90 ) in ein Videosignal umgewandelt werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Videosignal in dem zweiten Betriebsmodus mittels der Anzeigeeinrichtung (
60 ) dargestellt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung auf Störeinflüsse mittels Frequenzanalyse, insbesondere mittels Fourier-Transformations-Verfahren und/oder Tiefpassfilterungsverfahren, erfolgt.
- Detektorsystem zur Detektion von Rauch und/oder Flammen, welches in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein optischer Sensor (
10 ) eingerichtet ist, um Bilder eines zu überwachenden Messraumes (30 ) aufzunehmen, und eine Auswerteeinheit (50 ) aus den Bildern Bilddaten generiert und diese auf eine Gefahrensituation hin auswertet, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der optische Sensor (10 ) eingerichtet ist, um Bilder des Messraumes (30 ) aufzunehmen und mittels einer Anzeigeeinrichtung (60 ) optisch darzustellen, wobei eine Umschalteinrichtung (70 ) vorgesehen ist, um das Detektorsystem von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt zu schalten, wobei eine erste Bildspeichereinheit (130 ) zum Speichern der Bilddaten der von dem optischen Sensor (10 ) aufgenommenen Bilder, und eine zweite Bildspeichereinheit (132 ) zum Speichern der Differenzbilddaten, die aus einer Differenz von Bilddaten ermittelt sind, vorgesehen sind und wobei eine erste Bilddifferenzeinheit (140 ), mittels der Differenzen der Bilddaten ermittelt werden und eine zweite Bilddifferenzeinheit (142 ), mittels der Differenzen der Differenzbilddaten ermittelt werden, vorgesehen sind. - Detektorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (
10 ) eingerichtet ist, um in dem zweiten Betriebsmodus Echtzeitbilder von dem Messraum (30 ) zu erfassen. - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (
20 ) zur Beleuchtung des Messraumes (30 ) in dem zweiten Betriebsmodus vorgesehen ist und/oder dass eine Zeiterfassungseinheit (110 ) zur Bestimmung des Zeitpunkts der Aufnahme von Bildern durch den optischen Sensor (10 ) und des dazwischenliegenden Zeitintervalls vorgesehen ist. - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analog-/Digital-Wandler (
80 ) zur Digitalisierung der Bilddaten vorgesehen ist und/oder dass ein Digital-/Analog-Wandler (90 ) zur Umwandlung der Bilddaten in ein Videosignal vorgesehen ist. - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bilddatenauswerteeinheit (
150 ) vorgesehen ist, die die Bilddaten der Bilder aufsummiert und den Summenwert mit einem Grenzwert vergleicht und/oder dass eine zweite Bilddatenauswerteeinheit (152 ) vorgesehen ist, die die Bilddaten der Differenzbilder aufsummiert und den Summenwert mit einem Grenzwert vergleicht.
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