EP0646901A1 - Method for processing passive infrared detector signals and infrared detector for carrying out the method - Google Patents

Abstract

The infrared detector contains a sensor element (1) and, connected downstream therefrom, an evaluation circuit with an amplifier (3), an analog/digital converter (4) and a microcontroller (6). The microcontroller (6) contains a pulse-processing stage (5) where the digitised sensor signals are converted into pulses, and a fuzzy controller (7) to which these pulses are fed. In the fuzzy controller (7), in each case a plurality of sequential (successive) pulses are compared with rules which are stored in the form of linguistic variables. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung der Signale eines passiven Infrarot-Detektors, welcher in Abhängigkeit von einer auftreffenden Infrarot-Strahlung nachfolgend als Sensorsignale bezeichnete elektrische Signale erzeugt und diese anschliessend auswertet.The present invention relates to a method for processing the signals of a passive infrared detector which, depending on an incident infrared radiation, generates electrical signals hereinafter referred to as sensor signals and then evaluates them.

Bei bekannten Verfahren dieser Art wird im einfachsten Fall entweder das Sensorsignal auf das Ueber- oder Unterschreiten von positiven oder negativen Schwellwerten untersucht, oder es wird die Anzahl der Schwellwertdurchgänge gezählt. Es ist auch bekannt, einen Alarm dann auszulösen, wenn eine aufeinanderfolgende Ueberschreitung einer positiven und einer negativen Schwelle oder umgekehrt stattfindet.In known methods of this type, in the simplest case either the sensor signal is examined for the exceeding or falling short of positive or negative threshold values, or the number of threshold value passes is counted. It is also known to trigger an alarm when there is a successive exceedance of a positive and a negative threshold or vice versa.

Alle auf einfachen Schwellwerten basierenden Detektoren sind prinzipbedingt sehr störungsanfällig, da ein einziger Störimpuls mit genügend grosser Amplitude einen Fehlalarm auslösen kann. Andererseits verlieren diejenigen Detektoren, bei denen mehrere Impulse gezählt werden, sei dies polaritätsabhängig oder nicht, relativ rasch an Empfindlichkeit, besonders dann, wenn sich ein Eindringling am Rand des Detektionsbereichs befindet oder sich nur durch eine Zone des Bedeckungsmusters bewegt.In principle, all detectors based on simple threshold values are very susceptible to interference, since a single interference pulse with a sufficiently large amplitude can trigger a false alarm. On the other hand, those detectors in which several pulses are counted, be it polarity-dependent or not, lose sensitivity relatively quickly, especially if an intruder is at the edge of the detection area or only moves through a zone of the coverage pattern.

Es sind auch Detektionssysteme bekannt, bei denen das Sensorsignal kontinuierlich mit einem Satz abgespeicherter Referenzmuster verglichen und bei genügender Korrelation ein Alarm ausgelöst wird. Diese Systeme sind zwar sehr zuverlässig und empfindlich, sie bedingen aber einen hohen numerischen Aufwand. Und das bedeutet, dass im Detektor zur Bereitstellung der nötigen Speicherkapazität und Leistung ein grosser und damit teurer Prozessor vorgesehen sein muss.Detection systems are also known in which the sensor signal is continuously compared with a set of stored reference patterns and an alarm is triggered if there is sufficient correlation. Although these systems are very reliable and sensitive, they require a great deal of numerical effort. And that means that a large and therefore expensive processor must be provided in the detector to provide the necessary storage capacity and performance.

Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben werden, bei dem eine gute Diskriminierung der einander stark überlappenden Klassen von Störsignalen einerseits und Einbruchssignalen andererseits erfolgt, und zwar bei hoher Detektionsleistung und insbesondere auch im peripheren Ueberwachungsbereich. Ausserdem soll eine einfache Auswertung mit geringem numerischem Aufwand möglich und mit einem einfachen Microcontroller realisierbar sein.The invention is now intended to provide a method of the type mentioned at the outset in which there is good discrimination of the strongly overlapping classes of interference signals on the one hand and intrusion signals on the other hand, with high detection performance and in particular also in the peripheral monitoring area. In addition, a simple evaluation with little numerical effort should be possible and be realized with a simple microcontroller.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Sensorsignale digitalisiert und in Form von Pulsen verarbeitet werden, dass die Pulse durch Daten charakterisiert werden, und dass die Auswertung dieser Pulse mittels einer Fuzzy-Logik erfolgt, wobei jeweils die Daten einer Reihe von mehreren Pulsen mit in Form linguistischer Variabler gespeicherten Regeln verglichen werden.This object is achieved according to the invention in that the sensor signals are digitized and processed in the form of pulses, in that the pulses are characterized by data, and in that the evaluation of these pulses is carried out by means of fuzzy logic, the data of a number of a plurality of pulses in each case compared in the form of linguistic variables stored rules.

Die Erfindung betrifft weiter einen Infrarot-Detektor zur Durchführung des genannten Verfahrens, mit mindestens einem Sensorelement zur Erzeugung der Sensorsignale und mit einer Auswerteschaltung zu deren Verarbeitung und Auswertung.The invention further relates to an infrared detector for carrying out the method mentioned, with at least one sensor element for generating the sensor signals and with an evaluation circuit for processing and evaluating them.

Der erfindungsgemässe Infrarot-Detektor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Fuzzy-Controller enthält, dem die Pulsdaten zugeführt sind.The infrared detector according to the invention is characterized in that the evaluation circuit contains a fuzzy controller to which the pulse data are fed.

Durch die Verarbeitung der Sensorsignale in Pulsform findet eine starke Reduktion der Datenrate statt, wodurch eine wesentliche Voraussetzung für eine einfache Auswertung geschaffen ist. Definitionsgemäss beginnt ein Puls dann, wenn sich das Signal in positiver oder negativer Richtung von der Ruhelage entfernt, und er endet bei der Rückkehr in die Ruhelage. Es werden die den Puls charakterisierenden Daten, wie Amplitude, Dauer, Polarität, Abstand und dergleichen gespeichert, und es wird für die Auswertung immer eine Pulsdatenreihe, das sind die Daten einer Reihe von aufeinanderfolgenden Pulsen, verwendet.By processing the sensor signals in pulse form, the data rate is greatly reduced, which creates an essential prerequisite for simple evaluation. By definition, a pulse begins when the signal moves away from the rest position in a positive or negative direction and ends when it returns to the rest position. The data characterizing the pulse, such as amplitude, duration, polarity, distance and the like, are stored, and a pulse data series, that is the data of a series of successive pulses, is always used for the evaluation.

Die Verwendung der Fuzzy-Logik anstatt von strenger klassischer Logik bei der Signalauswertung hat den Vorteil, dass die Regeln für die Auswertung auf einer empirischen Wissensbasis basieren können, die in klasssische analytische Algorithmen nur wesentlich umständlicher und aufwendiger umsetzbar wäre.The use of fuzzy logic instead of strict classic logic in signal evaluation has the advantage that the rules for evaluation are based on an empirical one Knowledge base can be based, which would only be much more cumbersome and complex to implement in classic analytical algorithms.

Für die Untersuchung auf Alarmplausibilität steht immer die Pulsdatenreihe einer Anzahl vergangener Pulse zur Verfügung, wobei die Kriterien für die Alarmauslösung in Form von Fuzzy-Verknüpfungen der zuvor fuzzifizierten, das heisst, in linguistische Variable transformierten, Pulsdaten formuliert sind. Die Kriterien enthalten also in linguistischer Form eine Wissensbasis über die Zuordnung einer Pulsreihe zur Klasse Einbruch oder Störung, wobei der Inhalt der Wissensbasis die Gesamtheit von aus der Beobachtung von zahllosen Gehtests gewonnenen und der mit Störsignalen gemachten Erfahrungen darstellt.The pulse data series of a number of past pulses is always available for the examination for alarm plausibility, the criteria for triggering the alarm being formulated in the form of fuzzy links of the previously fuzzified, that is to say transformed into linguistic variables, pulse data. The criteria therefore contain, in linguistic form, a knowledge base about the assignment of a pulse series to the class of break-in or disturbance, the content of the knowledge base representing the entirety of the experiences gained from the observation of countless walking tests and the experiences made with interference signals.

Die per definitionem unscharfen Fuzzy-Sets liefern ein ebenso unscharfes Ergebnis, dessen Defuzzifizierung eine scharfe Entscheidung für oder gegen einen Alarm liefert. Die Regeln in linguistischer Form im Microcontroller der Auswerteschaltung benötigen nur einen minimalen Speicherbedarf. Ausserdem sind die Fuzzyfizierung und die Defuzzyfizierung, also die Umsetzung scharfer Zahlen in unscharfe Bereiche, bzw. die Gewinnung von eindeutigen oder scharfen Aussagen aus unscharfen Bereichen, numerisch wesentlich anspruchsloser als die Verarbeitung klassischer Regeln.The fuzzy sets, which are by definition unsharp, deliver an equally unsharp result, the defuzzification of which provides a sharp decision for or against an alarm. The rules in linguistic form in the microcontroller of the evaluation circuit require only a minimal amount of memory. In addition, the fuzzification and defuzzification, i.e. the conversion of sharp numbers into unsharp areas, or the extraction of clear or sharp statements from unsharp areas, are numerically much less demanding than the processing of classic rules.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1

ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen IR-Detektors,

Fig. 2

ein Detail des Schaltbildes von Fig. 1; und

Fig. 3

ein Diagramm zur Funktionserläuterung.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and the drawings; show it:

Fig. 1

2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an IR detector according to the invention,

Fig. 2

a detail of the circuit diagram of Fig. 1; and

Fig. 3

a diagram to explain the function.

Gemäss Fig. 1 enthält ein erfindungsgemässer IR-Detektor ein Sensorelement 1, welches über eine zugeordnete Optik 2 einer bestimmten Brennweite mit IR-Strahlung aus dem zu überwachenden Raum beaufschlagt ist und in Abhängigkeit vom Pegel der auftreffenden Strahlung ein nachfolgend als Sensorsignal bezeichnetes elektrisches Signal abgibt. Die Verwendung eines einzigen Sensorelements 1 ist nicht einschränkend zu verstehen; es können selbstverständlich auch zwei oder mehr Sensorelemente vorgesehen sein. Das Sensorsignal wird von einem Verstärker 3 verstärkt, und dessen Ausgangssignal wird einem Analog/Digital-Wandler 4 zugeführt und gelangt nach erfolgter Digitalisierung in eine Pulsverarbeitungsstufe 5, die Teil eines Microcontrollers 6 bildet. Der Microcontroller 6 enthält ausserdem noch einen Fuzzy-Controller 7.According to FIG. 1, an IR detector according to the invention contains a sensor element 1 which is exposed to IR radiation from the space to be monitored via an associated optics 2 of a certain focal length and as a function of Level of the incident radiation emits an electrical signal referred to below as the sensor signal. The use of a single sensor element 1 is not to be understood as restrictive; two or more sensor elements can of course also be provided. The sensor signal is amplified by an amplifier 3, and its output signal is fed to an analog / digital converter 4 and, after digitization has taken place, reaches a pulse processing stage 5, which forms part of a microcontroller 6. The microcontroller 6 also contains a fuzzy controller 7.

In der Pulsverarbeitungsstufe 5 werden die digitalisierten Sensorsignale zuerst in der Datenrate stark reduziert, indem sie als "Pulse" gespeichert werden. Ein solcher Puls beginnt definitionsgemäss dann, wenn sich das Signal in positiver oder negativer Richtung von der Ruhelage genügend weit entfernt hat, und er endet bei der Rückkehr in die Ruhelage. Jeder Puls wird durch ihn charakterisierende Daten, wie Amplitude, Dauer, Polarität, Abstand und dergleichen beschrieben und diese Daten werden gespeichert.In the pulse processing stage 5, the digitized sensor signals are first greatly reduced in the data rate by storing them as "pulses". By definition, such a pulse begins when the signal has moved sufficiently far from the rest position in the positive or negative direction and ends when the signal returns to the rest position. Each pulse is described by data characterizing it, such as amplitude, duration, polarity, distance and the like, and this data is stored.

Die Optik 2 enthält in bekannter Weise ein Spiegelsystem, welches einer Vielzahl von optischen Bündelungsmitteln entspricht und die IR-Strahlung aus einer Vielzahl von fächerartigen Strahlungsempfangsbereichen auf den Sensor 1 fokussiert (siehe dazu beispielsweise die GB-A-2 047 886 oder die EP-A-0 361 224). Diese Strahlungsempfangsbereiche sind diskrete Zonen, wobei ein eine solche Zone passierendes Objekt beim Eindringen ein positives und beim Verlassen ein negatives Sensorsignal bewirkt, die beide zusammen ein charakteristisches Signal ergeben. Ein derartiges Signal kann beispielsweise durch die Pulse klein positiv, gross positiv, gross negativ und klein negativ innerhalb einer bestimmten Zeitspanne beschrieben werden. Bei der Auswertung werden dann die aus dem Sensorsignal abgeleiteten Pulse daraufhin untersucht, ob sie eine für das Eindringen einer Person charakteristische Art und Konfiguration aufweisen, wobei immer eine Gruppe von mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen untersucht wird.The optics 2 contain, in a known manner, a mirror system which corresponds to a multiplicity of optical bundling means and which focuses the IR radiation from a multiplicity of fan-like radiation reception areas onto the sensor 1 (see, for example, GB-A-2 047 886 or EP-A -0 361 224). These radiation reception areas are discrete zones, an object passing through such a zone causing a positive sensor signal when entering and a negative sensor signal when leaving, both of which together produce a characteristic signal. Such a signal can be described for example by the pulses small positive, large positive, large negative and small negative within a certain period of time. During the evaluation, the pulses derived from the sensor signal are then examined to determine whether they have a type and configuration which is characteristic of the intrusion of a person, a group of several successive pulses always being examined.

Die Praxis hat gezeigt, dass innerhalb des betrachteten Zeitfensters aus dem digitalisierten Sensorsignal in der Regel höchstens drei, maximal vier, derartige Pulse gewonnen werden können, so dass es nicht sinnvoll ist, mehr als vier Pulse zu untersuchen. Man geht bei dieser Untersuchung so vor, dass immer die letzten vier Pulse gespeichert und untersucht werden, wobei die Untersuchung im Fuzzy-Controller 7 erfolgt.Practice has shown that within the time window under consideration, a maximum of three, a maximum of four, such pulses can generally be obtained from the digitized sensor signal, so that it does not make sense to examine more than four pulses. The procedure in this examination is such that the last four pulses are always stored and examined, the examination being carried out in the fuzzy controller 7.

Gemäss Fig. 2 enthält der Fuzzy-Controller 7 in bekannter Weise eine Regelbasis 8, eine Inferenzmaschine 9, ein Prozess-Interface 10, und ein Aktions-Interface 11, an dessen Ausgang bei Detektion eines unerwünschten Eindringlings im überwachten Raum ein Alarmsignal AS erhältlich ist. Bezüglich der Fuzzy-Logik wird auf die mittlerweile umfangreiche Literatur zu diesem Thema verwiesen, beispielsweise auf das Buch "Fuzzy Set Theory and its Applications" von H.-J. Zimmermann, Kluwer Academic Publishers, 1991.2, the fuzzy controller 7 contains in a known manner a rule base 8, an inference machine 9, a process interface 10, and an action interface 11, at the output of which an alarm signal AS is available when an unwanted intruder is detected in the monitored room . With regard to fuzzy logic, reference is made to the now extensive literature on this topic, for example to the book "Fuzzy Set Theory and its Applications" by H.-J. Zimmermann, Kluwer Academic Publishers, 1991.

Die Regelbasis 8 enthält in bekannter Weise einen Satz linguistischer Regeln für die Auswertung der Pulse. Ausgehend von diesen Regeln wird ein Algorithmus konstruiert, bei dem die Werte als sogenannte Fuzzy-Sets, das sind unscharfe Mengen, definiert sind. Linguistische Variable sind Wörter und Ausdrücke der Umgangssprache oder einer natürlichen Sprache. Diese Variablen sollen als Werte die natürlichsprachigen Ausdrücke (klein, mittel, gross) annehmen können, wobei diese Ausdrücke Namen für die genannten Fuzzy-Sets sind.The rule base 8 contains a set of linguistic rules for evaluating the pulses in a known manner. Based on these rules, an algorithm is constructed in which the values are defined as so-called fuzzy sets, which are fuzzy sets. Linguistic variables are words and expressions of colloquial or natural language. These variables should be able to take the natural language expressions (small, medium, large) as values, these expressions being names for the fuzzy sets mentioned.

Die Regeln der Fuzzy-Logik bestehen ebenso wie der klassischen Logik aus einem Bedingungs- oder Prämissenteil und aus einem Schlussfolgerungsteil. Der Bedingungsteil ist in Fig. 2 durch das Prozess-Interface 10 und der Schlussfolgerungsteil durch das Aktions-Interface 11 symbolisiert. Die Inferenzmaschine 9 verknüpft die Einflussrichtung und die Stärke der momentanen Zustände in den Fuzzy-Sets aufgrund von empirischem technologischem Wissen.Like classic logic, the rules of fuzzy logic consist of a condition or premise part and a conclusion part. The condition part is symbolized in FIG. 2 by the process interface 10 and the conclusion part by the action interface 11. The inference machine 9 combines the direction of influence and the strength of the current states in the fuzzy sets on the basis of empirical technological knowledge.

Fig. 3 zeigt anhand einer graphischen Darstellung mit einer typischen Fuzzy-Regel die Grundzüge eines Fuzzy-Controllers. Die in der Figur als Regel 1 bezeichnete Regel lautet: "Falls A = GROSS und B = NORMAL, dann X = KLEIN". Die Regel 2 lautet: beispielsweise: "Falls B = NORMAL und C = KLEIN, dann X = NORMAL". A, B und C sind Eingangsvariable, X sind Ausgangsvariable. Der mit "falls" beginnende Satzteil ist der Bedingungsteil, der mit "dann" beginnende der Schlussfolgerungsteil.3 shows the basic features of a fuzzy controller on the basis of a graphic representation with a typical fuzzy rule. The rule designated Rule 1 in the figure is: "If A = LARGE and B = NORMAL, then X = SMALL". Rule 2 is: for example: "If B = NORMAL and C = SMALL, then X = NORMAL". A, B and C are input variables, X are output variables. The part of the sentence beginning with "if" is the condition part, the part beginning with "then" is the conclusion part.

Zentraler Begriff der Fuzzy-Logik sind die Fuzzy-Sets oder unscharfen Mengen, wobei die Zugehörigkeit von Elementen zu einem Fuzzy-Set durch die sogenannte Zugehörigkeits- oder Membership-Funktion definiert ist. Während bei scharfen Mengen eine Eins die Zugehörigkeit und eine Null Nichtzugehörigkeit bedeutet, sind bei den Fuzzy-Sets als Werte für die Zugehörigkeitsfunktion nicht nur Null oder Eins, sondern beliebige Werte dazwischen zugelassen.The fuzzy sets or fuzzy sets are the central term of the fuzzy logic, whereby the membership of elements to a fuzzy set is defined by the so-called membership or membership function. While a sharp one means membership and a zero does not belong to sharp sets, fuzzy sets allow not only zero or one, but any values in between as values for the membership function.

Die Umwandlung von scharfen Zahlen in unscharfe Mengen wird als Fuzzyfizierung bezeichnet. Bei dieser hat jede Eingangsvariable, das ist in der Praxis beispielsweise ein Sensorsignal, mindestens eine als Matrix abgebildete Funktion. Die x-Skalierung dieser Funktion hat eine numerische Entsprechung im jeweiligen Sensorsignal, und die y-Skalierung entspricht dem Wahrheitsgehalt oder dem Grad der Annäherung an die entsprechende Aussage und kann jeden Wert von 0 bis 1 annehmen. Dieser Grad der Annäherung wird durch die Zugehörigkeitsfunktion berechnet.The conversion of sharp numbers to fuzzy quantities is called fuzzification. In this case, each input variable, which in practice is a sensor signal, for example, has at least one function depicted as a matrix. The x-scaling of this function has a numerical correspondence in the respective sensor signal, and the y-scaling corresponds to the truth content or the degree of approximation to the corresponding statement and can have any value from 0 to 1. This degree of approximation is calculated by the membership function.

Für die im Bedingungsteil vorhandenen Aussagen wird mit einem geeigneten Operator eine Grösse für die Zugehörigkeitswerte gesucht; ist diese Grösse der Minimalwert der Zugehörigkeitsfunktion, dann ist der Operator so wie in Fig. 3 der Minimum-Operator und dieser ist wiederum der Durchschnitt der beiden Fuzzy-Sets für die Eingangsvariablen A und B. Das Ergebnis der Schlussfolgerung der beiden Regeln 1 und 2 ist also der Durchschnitt durch die Fuzzy-Sets für A und B bzw. B und C.For the statements in the condition part, a suitable operator is searched for a size for the membership values; If this quantity is the minimum value of the membership function, then the operator is the minimum operator, as in FIG. 3, and this in turn is the average of the two fuzzy sets for the input variables A and B. The result of the conclusion of the two rules 1 and 2 is the average of the fuzzy sets for A and B or B and C.

Aus diesen Schlussfolgerungen wird nun eine scharfe Ausgangsgrösse berechnet (Aktions-Interface 11, Fig. 2). Wenn so wie in Fig. 3 Schlussfolgerungen aus mehreren Regeln vorhanden sind, dann werden die Zugehörigkeitswerte für die jeweiligen Regeln synthetisiert. Und das geschieht beispielsweise durch einen Vergleich zwischen den Schlussfolgerungsteilen der Regeln, um den Maximalwert der Zugehörigkeitswerte der Schlussfolgerungsteile zu erhalten und eine neue Zugehörigkeitsfunktion zu erzeugen. Dieser Vorgang wird als Maximum-Operator bezeichnet; er stellt die Vereinigung der Schlussfolgerungsteile dar.A sharp output variable is now calculated from these conclusions (action interface 11, FIG. 2). If so as in Fig. 3 conclusions from several Rules exist, then the membership values for the respective rules are synthesized. And this is done, for example, by comparing the conclusion parts of the rules in order to obtain the maximum value of the membership values of the conclusion parts and to generate a new membership function. This process is called the maximum operator; it represents the union of the parts of the conclusion.

Anschliessend wird aus dem von der Inferenzmaschine 9 (Fig. 2) gelieferten unscharfen Ergebnis eine scharfe Ausgangsgrösse berechnet, was beispielsweise durch Berechnung des Schwerpunkts der synthetischen Zugehörigkeitsfunktion erfolgt.A sharp output variable is then calculated from the fuzzy result supplied by the inference machine 9 (FIG. 2), which is done, for example, by calculating the center of gravity of the synthetic membership function.

Der Entwurf des Fuzzy-Controllers 7 (Fig, 1, 2) wird grob in folgenden Schritten vollzogen:

• Definition aller Eingangs- und Ausgangsvariablen:
  Die Eingangsvariablen sind im vorliegenden Fall die die aus dem Sensorsignal gewonnenen Pulse charakterisierenden Daten und ein Zeitfenster, die Ausgangsvariable ist ein Wert, der angibt, ob es sich um eine blosse Störung oder um ein unbefugtes Eindringen handelt.
• Definition der unscharfen Mengen (Fuzzy-Sets) für die linguistischen Variablen.
• Aufstellen der Regeln:
  Eine geeignete Regel ist beispielsweise die, dass unbefugtes Eindringen dann vorliegt, wenn die Bedingung einer Pulsreihe aus drei aufeinanderfolgenden Pulsen mit den Amplituden klein positiv, gross negativ und klein positiv im Zeitraum lang erfüllt ist.
• Festlegung der Inferenzmaschine:
  Es wird als Operator beispielsweise eine spezielle UND-Funktion, das sogenannte FUZZY-UND der Form
  
  $\text{F = y * min(A,B) + 0.5 * (1-y) * (A+B)}$
  
  
  
  gewählt, wobei A und B die Eingangsvariablen sind und y ein Gamma-Faktor. Für den Gamma-Faktor y=1 geht der FUZZY-UND-Operator in den Minimum-Operator (Fig. 3) über.
• Definition der Berechnung der scharfen Ausgangsgrössen:
  Diese auch als Defuzzyfizierung bezeichnete Operation, bei der aus einer unscharfen Menge über eine Ausgangszugehörigkeitsfunktion eine scharfe Grösse gewonnen wird, erfolgt vorzugsweise so wie in Fig. 3 durch Schwerpunktbildung.

The design of the fuzzy controller 7 (FIGS. 1, 2) is carried out roughly in the following steps:

• Definition of all input and output variables:
  In the present case, the input variables are the data characterizing the pulses obtained from the sensor signal and a time window, the output variable is a value which indicates whether it is a mere fault or an unauthorized entry.
• Definition of the fuzzy sets for the linguistic variables.
• Setting up the rules:
  A suitable rule is, for example, that unauthorized intrusion occurs when the condition of a pulse series consisting of three successive pulses with the amplitudes small positive, large negative and small positive is fulfilled for a period of time.
• Definition of the inference machine:
  As an operator, for example, there is a special AND function, the so-called FUZZY AND of the form
  
  $\text{F = y * min (A, B) + 0.5 * (1-y) * (A + B)}$
  
  
  
  where A and B are the input variables and y is a gamma factor. For the gamma factor y = 1, the FUZZY AND operator changes to the minimum operator (FIG. 3).
• Definition of the calculation of the sharp output variables:
  This operation, also known as defuzzification, in which a sharp size is obtained from an unsharp quantity using an output membership function, is preferably carried out as in FIG. 3 by forming a center of gravity.

Die beschriebene Signalverarbeitung in IR-Detektoren ermöglicht eine gute und saubere Trennung zwischen Einbruchs- und Störsignalen bei hoher Detektionsleistung. Insbesondere können auch stark verrauschte Sensorsignale und Signale aus dem peripheren Ueberwachungsbereich eindeutig ausgewertet werden. Durch die Speicherung der Sensorsignale in Form von Pulsen ergibt sich eine starke Reduktion des Speicherbedarfs, insbesondere auch desjenigen für die Regeln in linguistischer Form. Dazu kommt, dass die Fuzzyfizierung und die Defuzzyfizierung numerisch relativ anspruchslos sind und einen geringen Aufwand erfordern, der schon mit einem einfachen Microcontroller realisierbar ist.The signal processing described in IR detectors enables a good and clean separation between intrusion and interference signals with high detection performance. In particular, very noisy sensor signals and signals from the peripheral monitoring area can also be clearly evaluated. The storage of the sensor signals in the form of pulses results in a strong reduction in the storage requirement, in particular also that for the rules in linguistic form. In addition, the fuzzification and defuzzification are numerically relatively undemanding and require little effort, which can be achieved with a simple microcontroller.

Durch die für die Fuzzy-Logik typischen unscharfen Formulierungen ist es unwahrscheinlich, dass ein Signal aufgrund einer knapp verpassten Bedingung verworfen wird. Die beschriebene Verarbeitung entspricht eher den sehr verschiedenen und unscharfen Einbruchssignalen. Der Algorithmus ist durch die Fuzzy-Formulierung im Kern einfach und transparent. Sobald er einmal geschrieben ist, gilt er auch für sich ändernde Rahmenbedingungen, wobei in diesem Fall nur einige Konstanten geändert werden müssen (sogenannte Parametrierung). Die Konstanten werden aufgrund von Versuchen und Simulationen optimiert.The fuzzy logic typical of fuzzy formulations makes it unlikely that a signal will be discarded due to a narrowly missed condition. The processing described corresponds rather to the very different and unsharp intrusion signals. The algorithm is simple and transparent due to the fuzzy formulation. As soon as it is written, it also applies to changing framework conditions, in which case only a few constants have to be changed (so-called parameterization). The constants are optimized based on tests and simulations.

Claims (9)

Verfahren zur Verarbeitung der Signale eines passiven Infrarot-Detektors, welcher in Abhängigkeit von einer auftreffenden Infrarot-Strahlung im folgenden als Sensorsignale bezeichnete elektrische Signale erzeugt und diese anschliessend auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale digitalisiert und in Form von Pulsen verarbeitet werden, dass die Pulse durch Daten charakterisiert werden, und dass die Auswertung dieser Pulse mittels einer Fuzzy-Logik (7) erfolgt, wobei jeweils die Daten einer Reihe von mehreren Pulsen mit in Form linguistischer Variabler gespeicherten Regeln verglichen werden.Method for processing the signals of a passive infrared detector which, depending on an incident infrared radiation, subsequently generates electrical signals referred to as sensor signals and then evaluates them, characterized in that the sensor signals are digitized and processed in the form of pulses that the Pulse are characterized by data, and that the evaluation of these pulses is carried out using fuzzy logic (7), the data of a series of several pulses being compared with rules stored in the form of linguistic variables. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwandlung der digitalisierten Sensorsignale in Pulse der Verlauf der Signale untersucht, und dass bei einer bestimmten Entfernung des Signals von seiner Ruhelage ein Pulsbeginn und bei der Rückkehr in die Ruhelage ein Pulsende gesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that to convert the digitized sensor signals into pulses, the course of the signals is examined, and that a pulse start is set at a certain distance of the signal from its rest position and a pulse end is set when returning to the rest position. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als charakterisierende Daten zur Beschreibung der Pulse deren Amplitude und/oder Dauer verwendet werden.Method according to Claim 2, characterized in that the amplitude and / or duration of the pulses are used as the characterizing data for describing the pulses. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als charakterisierende Daten zur Beschreibung der Pulse deren Polarität und/oder gegenseitiger Abstand verwendet werden.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the polarity and / or mutual distance are used as characterizing data for describing the pulses. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Daten der letzten n aufeinanderfolgenden Pulse mit den gespeicherten Regeln verglichen werden, wobei der Wert von n zwischen 2 und 4 liegt und vorzugsweise 3 beträgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the data of the last n successive pulses are compared with the stored rules, the value of n being between 2 and 4 and preferably being 3. Infrarot-Detektor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem Sensorelement zur Erzeugung der Sensorsignale und mit einer Auswerteschaltung zu deren Verarbeitung und Auswertung, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Fuzzy-Controller (7) enthält, dem die Pulsdaten zugeführt sind.Infrared detector for performing the method according to claim 1, with at least one sensor element for generating the sensor signals and with an evaluation circuit for their processing and evaluation, characterized in that the evaluation circuit contains a fuzzy controller (7) to which the pulse data are supplied. Infrarot-Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuzzy-Controller (7) eine Regelbasis (8) und eine Inferenzmaschine (9) enthält und Teil eines Microcontrollers (6) bildet.Infrared detector according to claim 6, characterized in that the fuzzy controller (7) contains a rule base (8) and an inference machine (9) and forms part of a microcontroller (6). Infrarot-Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Regelbasis (8) des Fuzzy-Controllers (7) gespeicherten Regeln von der Art sind, dass ihr Bedingungsteil über Anzahl und Daten von Pulsen und über den Zeitraum des Auftretens der Pulse enthält.Infrared detector according to claim 7, characterized in that the rules stored in the rule base (8) of the fuzzy controller (7) are of the type that their condition part contains the number and data of pulses and the time period of the occurrence of the pulses . Infrarot-Detektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Inferenzmaschine (9) des Fuzzy-Controllers als Operator eine FUZZY-UND-Funktion aufweist.Infrared detector according to claim 7 or 8, characterized in that the inference machine (9) of the fuzzy controller has an FUZZY AND function as an operator.

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