DE3612653A1 - Verfahren und anordnung zum ueberwachen eines raumes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Raumes zum Feststellen des Eindringens von Personen oder Gegenständen mit Abstrahlen von elektromagnetischer Strah­ lung in den Raum von mindestens einer Stelle, gegebenen­ falls Reflektieren der Strahlung an mindestens einer an­ deren Stelle, Messen der an einer weiteren Stelle ankom­ menden Strahlung und Auslösen eines Alarmes, wenn die an­ kommende Strahlung von einem Sollwert abweicht. Die Er­ findung betrifft weiter eine Anordnung zum Durchführen dieses Verfahrens mit mindestens einer Strahlungsquelle, mindestens einem Empfänger und gegebenenfalls mindestens einer dazwischen liegenden Reflexionsfläche.

Eine frühe Form der Überwachung eines Raumes ist das Über­ wachen mit einer Lichtschranke. Hierbei läuft das Licht ge­ bündelt oder als Strahl von der Lichtquelle zum Empfänger. Einem geschickten Dieb fällt es nicht schwer, ein Eindrin­ gen in die Lichtstrahlen zu vermeiden. Dies gilt sowohl für einen Betrieb mit sichtbarem als auch mit unsichtba­ rem Licht, wie zum Beispiel einer Infrarotstrahlung. Bei einem anderen bekannten System wird Infrarotstrahlung un­ gebündelt in den zu überwachenden Raum hineingestrahlt. An einer von der Strahlungsquelle abgelegenen Stelle be­ findet sich der Empfänger. Durch Reflexionen an den Wän­ den des Raumes und an sich in diesem befindenden Gegen­ ständen trifft immer ein bestimmter Anteil der von der Quelle abgegebenen Strahlung auf den Empfänger. Damit ist praktisch der gesamte Raum mit Infrarotstrahlung erfüllt. An jeder Stelle des Raums tritt ein in diesen eindringen­ der Dieb in die Strahlung ein. Er verändert den zum Emp­ fänger reflektierten Betrag. Darauf löst dieser einen Alarm aus. Dieser Alarm kann jedoch auch ohne Eindringen einer Person oder eines Gegenstandes in den zu überwachenden Raum dadurch ausgelöst werden, daß von außen dieser zu überwa­ chende Raum mit intensiver Strahlung beaufschlagt wird. Hierdurch wird ein Fehlalarm ausgelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen eines Raumes so auszubilden, daß dieser oben erwähnte Fehlalarm nicht mehr auftritt. Das System soll eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, Fehlalarme sollen praktisch ausgeschlossen sein und auch ein physika­ lisch und praktisch hoch bewanderter Dieb soll nicht in der Lage sein, das System zu überlisten. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung ergibt sich nach der Erfindung die Lösung für diese Aufgabe dadurch, daß ein elektromagnetisches Wellenfeld mit einer räumlichen Strukturierung der Intensität und/oder Frequenz in den Raum abgestrahlt wird, diese Strahlung unmittelbar oder nach mindestens einer Reflexion an der weiteren Stelle auf einen Empfänger geleitet, ein relatives Intensitäts-Minimum und ein relatives Intensitäts-Maximum am Empfänger ermittelt, deren Differenz gebildet, als Bezugswert abgespeichert und der Alarm ausgelöst wird, wenn die augenblickliche Diffe­ renz um mehr als einen Soll-Wert vom Bezugswert abweicht.

Das Prinzip der Reflexion an einem Bezugsgitter ist in der Physik seit langem bekannt. Es besagt, daß auf ein Bezugs­ gitter projiziertes einfarbiges Licht von diesem so reflek­ tiert wird, daß sich in einem bestimmten Abstand Maxima und Minima ergeben. Eine vereinfachte Erklärung liegt darin, daß die an dem Beugungsgitter unter verschiedenen Winkeln re­ flektierten Wellenzüge sich an bestimmten Stellen zu dem Ma­ ximum addieren und sich an anderen Stellen unter Bildung des Minimums gegenseitig auslöschen. Diese Maxima und Minima können ermittelt werden. In der Praxis liegt ein Maximum un­ ter dem theoretisch erreichbaren Maximum, während ein Mini­ mum über dem theoretisch erreichbaren Minimum liegt. Die Differenz beider Werte wird gebildet und als Bezugswert ab­ gespeichert. Im Ruhezustand, das heißt, wenn keine Person oder kein Gegenstand in den Raum bzw. in den Strahlungszu­ stand eindringen, bleibt dieser Bezugswert praktisch kon­ stant. Bei Eindringen einer Person oder eines Gegenstandes werden Wellenzüge absorbiert oder unterbrochen. An den Stel­ len, an denen sich im Ruhezustand ein Maximum und ein Mini­ mum ausgebildet hatten, fehlen Wellenzüge. Das Maximum sinkt und/oder das Minimum steigt. Damit ändert sich die Differenz. Sie weicht von dem abgespeicherten Bezugswert ab. Dies ist ein Signal zum Auslösen eines Alarmes. Kein Dieb ist in der Lage, so in den überwachten Raum einzudringen, daß er die Wellenzüge nur so unterbricht, daß das Maximum und das Mi­ nimum und damit deren Differenz gleich bleibt. Auch ein phy­ sikalisch bewanderter Dieb, der die Frequenz der Strahlung, die Daten des Beugungsgitters und die Ausbildung des Empfän­ gers kennen sollte, ist nicht in der Lage, nur solche Wel­ lenzüge auszulöschen, daß das Maximum und das Minimum unver­ ändert erhalten bleiben. Auch mit dem Einstrahlen von Strah­ lung gleicher oder anderer Wellenlänge kann das System nicht überlistet werden. Sowohl an der Stelle, an der das Maximum liegt, als auch an der Stelle, an der das Minimum liegt, steigen die Strahlungsstärken an. Damit bleibt die Diffe­ renz konstant.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Intensitäts-Minimum und das Intensitäts-Maximum bei ver­ schiedenen Frequenzen ermittelt werden. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die an der weiteren Stel­ le ankommende Strahlung dort an mehreren benachbarten Punk­ ten gemessen und aus diesen Messungen Maxima und Minima er­ mittelt werden. Damit wird man von Zufälligkeiten unabhän­ gig.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Bezugswert als Mittelwert aus den Differenzen mehre­ rer nacheinander ermittelter Maxima und Minima gebildet wird. Auch damit wird man von Zufälligkeiten unabhängig.

Ein Ansteigen oder Abfallen der Temperatur in dem zu über­ wachenden Raum bedeutet eine geringfügige Änderung der geo­ metrischen Abmessungen der Außenflächen. Damit könnte eine relative Veränderung der Lage zwischen Quelle und Empfänger eintreten. Gleiches gilt für die das räumliche Muster der Strahlung erzeugende Struktur. Damit ändern sich auch die Winkel zwischen Strahlungsquelle, Struktur und Empfänger. In einem ungünstigen Fall kann dies dann zur Folge haben, daß das Maximum und das Minimum langsam zur Seite auswan­ dert. Damit würde die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum vom Bezugswert abweichen,und ein Alarm würde ausgelöst. Zum Vermeiden solcher Fehlalarme ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß das auf die andere Stelle reflektierte Licht periodisch an mehreren benachbarten Punkten gemessen und ein Alarm unterdrückt wird, wenn sich Maximum oder Minimum von einem Punkt zu ei­ nem benachbarten Punkt synchron verschieben.

Beim wirklichen Eindringen eines Diebes in den überwachten Raum wird dieser zum Beispiel ein Fenster eindrücken, Ge­ genstände verrücken und/oder andere Änderungen im Raum vor­ nehmen. Damit werden, wie oben in einem anderen Zusammen­ hang bereits ausgeführt, Abstände und Winkel geändert sowie Abschattungen vorgenommen. Damit wird sich der wahre Bezugs­ wert nach einem Einbruch von dem vor dem Einbruch abgespei­ cherten Bezugswert unterscheiden. In einer weiteren Ausge­ staltung ist daher vorgesehen, daß der Bezugswert nach je­ dem Auslösen eines Alarmes neu gebildet und abgespeichert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei Räumen ver­ schiedener Art einsetzen. Mit ihm können Wohn- und Büro­ räume überwacht werden. Der überwachte Raum braucht nicht geschlossen zu sein. Damit lassen sich auch Gänge, Hallen, Toreinfahrten usw. überwachen. Es braucht lediglich dieje­ nige Seite oder dasjenige Ende eines Raumes überwacht zu werden, über die der Dieb in den Raum eindringen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren soll jedoch insbesondere zum Überwachen des Innenraumes von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Je nach der angestrebten Vollkommenheit reicht es aus, die Fahrerseite oder beide Seiten des Innenraumes zu überwachen, da man davon ausgehen kann, daß der Dieb über eine Tür oder ein Seitenfenster in den Innenraum eindringt. Gleichzeitig ist die Front- und Heckscheibe abgesichert, da die Strahlung an diesen reflektiert wird.

Die Erfindung arbeitet mit räumlich intensitäts- und/oder frequenzmoduliertem, ein- oder mehrfarbigem Licht oder ande­ rer elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 50 µm.

Eine mögliche Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß jeder Empfän­ ger mehrere, in enger Nachbarschaft voneinander an­ geordnete Dioden und eine an diese anschlossene intelligen­ te Elektronik enthält, im Strahlungsweg der Strahlungsquel­ le eine ein räumliches Intensitäts- oder Frequenzmuster der Strahlung erzeugende Struktur angeordnet ist und der Empfän­ ger im Strahlungsweg der unmittelbaren oder der von dieser Struktur reflektierten Strahlung liegt. Die Struktur kann im Strahlungsweg unmittelbar hinter der Strahlungsquelle liegen. Ebenso kann sie eine Reflexionsfläche bilden. Die Struktur selbst ist eine im sichtbaren optischen Bereich transparente Folie mit ortsabhängigen Reflexions- bzw. Trans­ missionseigenschaften.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung zur Überwachung zum Beispiel eines Fahrzeuginnenraumes besteht darin, daß von einer Strahlungsquelle ein Strichlinienraster als Dia auf die seitlichen Bereiche der Windschutzscheibe projiziert wird. Ein Teil der auftreffenden Strahlung wird an den Glasober­ flächen reflektiert. Dabei kann die Strahlungsquelle rela­ tiv zur Windschutzscheibe so plaziert werden, daß durch die Reflexion ein Strahlungs- oder Lichtvorhang vor den Seitenscheiben entsteht, der die oben genannte Struktur, ein Strichlinienmuster, besitzt und der seinerseits wie­ der an der Heckscheibe zur Hutablage reflektiert wird. Der Strahlengang kann auch in umgekehrter Richtung verlaufen. Da die Windschutzscheibe in den Randbereichen immer und die Heckscheibe in mehr als 99% aller Fälle bei einer Re­ flexion wie große Hohlspiegel wirken, deren optische Ach­ sen gegeneinander geneigt stehen, entsteht auf der Hutab­ lage ein verkleinertes Abbild, das gegenüber dem Original­ bild verzerrt sein kann, aber das Streifenmuster, eine Hell-Dunkel-Rasterung, beinhaltet. Durch eine geeignet an­ gebrachte Anordnung von Empfängern, zum Beispiel in Form einer oder mehrerer Diodenleisten, kann das Intensitäts­ verhältnis des Hell-Dunkel-Rasters mit einer geeigneten Elektronik ermittelt, abgespeichert und in vorgebbaren Taktzeiten abgefragt und mit den früheren Werten vergli­ chen werden.

Bei völliger Abschattung desStrahlungsvorhanges wird Alarm ausgelöst; das heißt, wenn die Differenz zwischen Intensi­ täts-Minimum und -Maximum gleich Null ist. Bei teilweiser Abschattung zum Beispiel durch Hineingreifen mit einem Arm oder sonstigen Gegenständen wird an einer oder mehreren nebeneinanderliegenden Stellen des abgebildeten Streifen­ rasters der gleiche Effekt wie vorab geschildert eintreten. Hierbei kann durch eine intelligente Elektronik die Auslö­ sung des Alarms in Abhängigkeit von der Größe des eindrin­ genden Gegenstandes und der Eindringdauer erkannt werden. Hier können Werte vorgegeben werden. Auf diese Art und Wei­ se werden Fehlalarme durch im Innenraum umherfliegende In­ sekten vermieden.

Von außen, das heißt außerhalb des zu überwachenden Raumes, auf die Empfänger aufgebrachte Strahlung zum Zwecke der Störung oder Auslösen des Alarms oder zur Überlistung des Systems ist nur in dem Falle erfolgreich, wenn das verzerr­ te Abbild auf der Ablage von außen her, wiederum durch Ein­ strahlung und Abbildung auf die richtige Stelle der Ablage, nachgebildet und so justiert wird, daß durch das eingestrahl­ te Störbild dessen Maxima mit den Minima des Originalbildes zusammenfallen und somit neutralisieren. Das heißt, daß auch die Intensität des Störbildes passen muß. Die Forderung, daß das Störbild 1. geometrisch und 2. intensitätsmäßig kongru­ ent und 3. auch noch richtig plaziert werden muß, ist prak­ tisch unmöglich zu erfüllen.

Zur Erhöhung der Reflexion können die seitlichen Bereiche von Windschutz- und Heckscheibe zusätzlich mit reflektie­ renden oder die Reflexion verstärkenden Folien versehen oder auch werksmäßig mit solchen hierfür geeigneten Schich­ ten bedampft, beschichtet, bedruckt oder sonstwie versehen werden.

Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß die oben erwähn­ ten Bereiche mit Spezialfolien versehen werden, die folgen­ de Eigenschaften besitzen:

1. selektive Reflexion hinsichtlich der verwendeten Strahlungsart, Reflexionshologramm,

2. die räumliche Strukturierung des Strahlungsfel­ des bewirken

• a) durch linien- oder rasterförmige Unterbrechung des Reflexionshologramms,
• b) durch ein überlagertes Hologramm.

Die Überwachung eines Raumes geschieht nach dem gleichen Prinzip. Die zu schützenden möglichen Eindringwege eines Diebes werden mit einem Lichtvorhang versehen. Der Licht­ oder Strahlungsvorhang wird entweder durch Einschalten ei­ nes Rasters oder Diagramms in den Strahlengang oder durch Reflexion an geeigneten Materialien, die dem reflektierten Wellenfeld eine räumliche Strukturierung aufprägen, räum­ lich strukturiert. Hierdurch wird eine willkürliche Beein­ flussung oder Überlistung praktisch unmöglich.

Nach dem gleichen Prinzip lassen sich Flure, Toreinfahrten etc. absichern.

Eine echte, dreidimensionale Raumüberwachung, das heißt nicht nur durch Vorhänge vor Fenstern oder Türen, läßt sich mittels eines Hologramms aufbauen.

Das in den Raum abgestrahlte Hologramm erzeugt an jeder Stelle, zum Beispiel auf einer Mattscheibe, ein Streifen­ muster ähnlich dem, das auf der Hutablage des Fahrzeuges entsteht, wenn ein Linienraster über die Windschutzscheibe und die Heckscheibe abgebildet wird. Der Vorteil eines Ho­ logramms gegenüber einem reinen abgebildeten Linienraster besteht darin, daß bei einem Hologramm auch dann beim De­ tektor eine Anderung der Differenz zwischen Maxima und Mi­ nima auftritt, wenn die Abschaltung nicht im direkten Strah­ lengang zwischen Strahlungsquelle und Empfänger, sondern seitlich hiervon erfolgt. Der Grund hierfür ist in der Tat­ sache begründet, daß bei einem Hologramm die gesamte Bild­ information in jedem Teilbereich des Hologramms vorhanden ist. Somit beinhaltet jeder Raumbereich, in dem das durch das Hologramm erzeugte Strahlungsfeld existiert, ebenfalls die gesamte im Hologramm gespeicherte Information. Eine Abschattung eines beliebigen Teiles des Strahlungsfeldes bewirkt daher auch eine Absenkung der Intensität von Ma­ ximum und Minimum des Mattscheibenbildes. Auch diese An­ derung kann durch eine geeignete intelligente Elektronik erfaßt werden. Auch hierbei läßt sich durch einstellbare Vorgaben verhindern, daß zum Beispiel durch ein im Strah­ lungsfeld des Hologramms herumfliegendes Insekt Alarm aus­ gelöst wird.

Unter Bezug auf ein Ausführungsbeispiel und die schemati­ schen Darstellungen der Zeichnung wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausbildung eines Maximums und eines Minimums im Ruhezustand und bei einer Störung,

Fig. 2 die schematische Darstellung der Ausbildung eines Maximums und eines Minimums im Ruhezustand und bei Einfall eines Störlichtes und

Fig. 3 die stark vereinfachte Darstellung der Anordnung ei­ ner Strahlungsquelle, eines Modulationsgitters und eines Empfängers.

In Fig. 1 beschreibt A den Ruhezustand und B eine Störung, zum Beispiel verursacht durch das Eindringen eines Diebes. Auf der Ordinate ist die Intensität der am Empfänger ein­ fallenden Strahlung dargestellt. Das Minimum hat die Stär­ ke 1,und das Maximum hat die Stärke 2. Im Ruhezustand liegt das Minimum auf der Ordinate weit unten, und das Maximum liegt weit oben. Bei einer Störung, wie zum Beispiel dem Eindringen eines Diebes in den Raum, werden Wellenzüge aus­ geblendet. Das Minimum steigt, und das Maximum fällt ab. Dies wird bei B dargestellt. Die Differenz zwischen Maximum und Minimum ist hier anders als bei A. Dies wird erkannt, und ein Alarm wird ausgelöst.

In Fig. 2 beschreibt A wieder einen Ruhezustand und B wie­ der eine Störung. Die Störung liegt darin, daß Fremdlicht mit der Stärke st einstrahlt. Die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum, ΔI, bleibt aber unverändert. Das heißt, daß die Anlage weder durch Fremdlicht gestört noch ein Dieb sie mit Fremdlicht in irgendeiner Weise überlisten kann.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Lichtquelle 12, ein Modula­ tionsgitter oder Hologramm 14, eine Optik 16, die Wind­ schutzscheibe 18 eines Kraftfahrzeuges, eine auf dieser an­ gebrachte Reflexionsschicht und einen Empfänger 22. Die Quelle mit dem Modulationsgitter oder Hologramm 14 und der Optik 16 befindet sich zum Beispiel auf der Oberseite ei­ nes Armaturenbrettes oder in der Ablage. Der Empfänger 22 kann sich in einem Seitenholm befinden. Als wesentliche Be­ standteile enthält er eine Diodenanordnung. Diese enthält eine größere Anzahl von in geringem gegenseitigen Abstand voneinander angeordneten, lichtempfindlichen Dioden. Zum Empfänger gehört weiter eine sogenannte intelligente Elek­ tronik. Hier werden Bauelemente so geschaltet und miteinan­ der verknüpft, daß sie selbständig ein Maximum und Minimum auswählen, die Differenz bilden und abspeichern und die an­ schließend eingehenden Werte nach einem bestimmten Programm mit dem abgespeicherten Bezugswert vergleichen und gegebe­ nenfalls einen Alarm auslösen.

Die in der vorstehenden Beschreibung erwähnten neuen Merk­ male und Merkmalskombinationen gehören zum Gegenstand der Erfindung, auch wenn sie in den folgenden Patentansprüchen nicht im einzelnen aufgeführt sind.

Claims (11)

1. Verfahren zum Überwachen eines Raumes zum Feststellen des Eindringens von Personen oder Gegenständen mit Ab­ strahlen von elektromagnetischer Strahlung in den Raum von mindestens einer Stelle, gegebenenfalls Reflektie­ ren der Strahlung an mindestens einer anderen Stelle, Messen der an einer weiteren Stelle ankommenden Strah­ lung und Auslösen eines Alarmes, wenn die ankommende Strahlung von einem Sollwert abweicht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein elektromagnetisches Wellenfeld mit einer räumlichen Strukturierung der Intensität und/oder Frequenz in den Raum abgestrahlt wird, diese Strahlung . unmittelbar oder nach mindestens einer Reflexion an der weiteren Stelle auf einen Empfänger geleitet, ein rela­ tives Intensitäts-Minimum und ein relatives Intensi­ täts-Maximum am Empfänger ermittelt, deren Differenz gebildet, als Bezugswert abgespeichert und der Alarm ausgelöst wird, wenn die augenblickliche Differenz um mehr als einen Soll-Wert vom Bezugswert abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitäts-Minimum und das Intensitäts-Maximum bei verschiedenen Frequenzen ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der weiteren Stelle ankommende Strahlung dort an mehreren benachbarten Punkten gemessen und aus die­ sen Messungen Maxima und Minima ermittelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswert als Mittelwert aus den Differenzen mehrerer nacheinander ermittelter Maxima und Minima ge­ bildet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an der weiteren Stelle ankommende Strahlung periodisch an mehreren benachbarten Punkten gemessen und ein Alarm unterdrückt wird, wenn sich Ma­ ximum oder Minimum von einem Punkt zu einem benachbar­ ten Punkt synchron verschieben.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswert nach jedem Auslösen eines Alarmes neu gebildet und abgespeichert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Empfänger schmalbandig gemessen wird.

8. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 7 mit mindestens einer Strahlungsquelle, mindestens einem Empfänger und gegebenenfalls minde­ stens einer dazwischen liegenden Reflexionsfläche, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Empfänger mehrere, in enger Nachbarschaft voneinander angeordnete Dioden und eine an diese angeschlossene intelligente Elektronik enthält, im Strahlungsweg der Strahlungsquelle eine ein räumliches Intensitäts- oder Frequenzmuster der Strah­ lung erzeugende Struktur angeordnet ist und der Empfän­ ger im Strahlungsweg der unmittelbaren oder der von dieser Struktur reflektierten Strahlung liegt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur im Strahlungsweg unmittelbar hinter der Strahlungsquelle liegt.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine Reflexionsfläche bildet.

11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Struktur eine im sichtbaren optischen Bereich transparente Folie mit ortsabhängigen Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften ist.