專利名稱：具有光學完整性的圖像火災探測器及方法
技術領域：
本發明屬于火災探測技術領域，特別涉及一種具有光學完整性的圖像火災探測器及方法。
背景技術：
目前，隨著經濟建設快速發展的同時大空間場所、工業場所越來越多，采用的大型電力設備也日趨增多，圖像型火災探測器具有保護范圍大、響應速度快的特點，適用于大空間場所以及工業場所的消防探測防護，因此其安裝使用的數量也越來越多。隨著消防安全受到越來越多的重視，對消防安全也提出了更多更高的要求。現有技術中，可見光或近紅外圖像型火災探測器主要利用火災煙霧及火焰的可見光圖像特征通過算法進行火災判斷，通過工程應用實際情況反饋，該類型探測器在陽光及人工光源干擾等因素下容易產生誤報；在大空間場所、工業場所中投入使用的大型電力設備的消防防護主要依靠設備自身的防護措施，外接防護方式主要是采用緊貼或纏繞式感溫探測、火焰探測、氣體探測或煙霧粒子早期探測等，但是由于大型電力設備運行環境比較復雜，電磁干擾嚴重而且部分設備運行時無法緊貼式防護。針對該現狀，急需開發針對關鍵電力設備進行火災早期探測的技術，由于現有技術中尚無采用紅外矩陣進行專門火災探測， 通過對火災及典型干擾的紅外圖像信號進行數據采集、處理及特征規律分析，實現基于紅外圖像感溫及紅外圖像探測原理的火災早期探測算法及火源定位功能，是解決適用于工業場所的紅外圖像火災探測器產品設計的關鍵技術。目前大量使用的可見光或近紅外圖像型火災探測器，這些探測器的優點是對保護區域出現的明火或濃煙能做出快速的響應，能及早發現火災；其存在的缺點是探測器的誤報現象時有發生；保護區域環境復雜，光干擾、強電磁干擾且多塵，很多探測器在投入運行后很短的時間內就出現失效現象，無法實現保護區域的可靠探測，給消防安全管理帶來隱患，這是由于可見及近紅外圖像型火災探測器屬于被動型探測原理，當有火災發生時， 火災的可見及近紅外圖像經探測器窗口入射到傳感器時，探測器才能實現探測，而且當探測器的窗口發生污染時或保護范圍內出現異常遮擋物時，探測性能將嚴重下降，甚至可能失去保護能力。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明提供一種具有光學完整性的圖像火災探測器及方法。利用紅外輻射具有包含溫度特征、穿透能力強的特點和對保護范圍內的紅外圖像進行處理分析，對火災發生前期的溫度異常信號進行探測，實時探測和預警，使火災預警響應時間點大幅度提前。本發明采用自檢光源，結合檢測光路設計以及靶標設計實現圖像火災探測器的光學窗口的透光性能測試以及傳感器探測性能檢測，從而實現紅外圖像探測器的窗口污染檢測與判斷；針對保護范圍中出現異常遮擋物的情況，本發明結合圖像對比分析技術，根據圖像變化的規律，當發現有異常遮擋物圖像出現時，根據有異常遮擋物的圖像與無異常遮擋物圖像的對比分析報出有異物遮擋故障信號，實現對保護范圍的可靠探測防護。本發明的技術方案是這樣實現的具有光學完整性的圖像火災探測器，包括外殼、 檢測光源I、檢測光源II、光源驅動電路I、光源驅動電路II、紅外熱圖像傳感器、C⑶傳感器、保護鏡片I、保護鏡片II、溫控電路I、溫控電路II、圖像采集及信號處理模塊、電源轉換電路和信號輸出電路；信號輸出電路包括485接口輸出電路、4-20mA信號輸出電路和繼電器輸出電路，4-20mA信號輸出電路輸出4-20mA信號，485通訊接口電路輸出485通訊信號，繼電器輸出電路輸出無源開關信號，根據不同電壓需求，485接口輸出電路、4-20mA信號輸出電路和繼電器輸出電路分別連接到電源轉換電路的不同電壓輸出腳。檢測光源I和檢測光源II平行安裝在外殼一側，保護鏡片I和保護鏡片II安裝在與檢測光源I和檢測光源II相對應的外殼內壁，檢測光源I為遠紅外光的檢測光源，檢測光源II為近紅外光及可見光的檢測光源，電源轉換電路給各個電氣組件提供對應的電源；
光源驅動電路I輸入端與圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳相連，光源驅動電路 I輸出端與檢測光源I相連，紅外熱圖像傳感器的輸入端與溫控電路I輸出端相連，紅外熱圖像傳感器的輸出端連接圖像采集及信號處理模塊的輸入引腳，圖像采集及信號處理模塊輸出引腳連接溫控電路I輸入端，光源驅動電路II的輸入端與圖像采集及信號處理模塊輸出引腳相連；光源驅動電路II的輸出端與檢測光源II相連，CCD傳感器的輸出端與圖像采集及信號處理模塊輸入引腳相連，圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳與溫控電路II的輸入端相連，溫控電路II的輸出端與CCD傳感器的輸入端相連；電源轉換電路與圖像采集及信號處理模塊的輸入引腳相連，信號輸出電路與圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳相連，信號輸出電路與電源轉換電路的電壓輸出腳連接。本發明的具有光學完整性的圖像火災探測器進行火災探測的方法，具體按如下步驟進行
步驟1 傳感器實時監測監控范圍內透過保護鏡片的光信號，達到設定的時間時，啟動檢測光源，開始采集數據，包括溫度數據和圖像數據；
步驟2 判斷傳感器溫度是否正常，是則繼續步驟3 ；否則故障計數加1，若故障計數大
于傳感器窗口污染超限計數器Q
，報傳感器故障，此時，若傳感器溫度高于溫度高位限值&，進行制冷；若傳感器溫度低于
溫度低位限值不進行制熱；
步驟3:傳感器將數據傳至圖像采集及信號處理模塊，與初始設定圖像作比較，判斷監控范圍內有無異物遮擋有，則異物遮擋計數加1，若計數大于圖像存在異物遮擋計數器q ，則報警，否則繼續步驟4 ；沒有異物遮擋，則異物遮擋計數清零，繼續步驟4 ；
步驟4:將溫度值與初始設定的溫度值做比較，若大于初始設定溫度，則溫度值預警計
數加1，此時若計數大于溫度超限次數設定值 ；則報預警，否則繼續下一步；
若溫度值小于初始設定的溫度值，則與初始設定溫度速率做比較，小于初始設定溫度速率則進行下一步，大于則溫度速率預警計數加1，判斷計數是否大于溫度上升速率超限次數設定值 ；是則報預警，否則進行下一步；
步驟5 根據接收到的圖像信息判斷是否存在火警，若存在，則圖像報警計數加1，若計數大于圖像報警次數設定值巧，則報火警，否則進行下一步；
若不存在火警，則與初始設定的圖像變化速率做比較若大于初始設定速率，則圖像速率火警計數加1，此時，若計數若大于圖像變化速率超限設定值巧，則報火警，否則進行下
一步；若小于初始設定速率，返回。有益效果
1.通過利用紅外熱圖像傳感器針對火災發生前的溫度異常信號進行監控，通過監控保護區域內溫度變化，及時發現溫度異常，可實現火災征兆的探測實現火災預防，大大降低火災的危險性。2.通過設置檢測光源，可定期或不定期進行鏡片污染檢測，當發現鏡片污染達到設計值時，給出故障信號，該功能大大提高了探測器的有效性，同時保證了探測性能。3.通過采用圖像分析處理技術，針對保護環境中異常出現的遮擋物進行判斷分析，當遮擋物存在并持續時間達到設定值時，報出故障，及時提示相關人員清楚現場遮擋物，保證探測視場無死角，確保探測性能。4.通過結合紅外熱圖像以及可見圖像的采集分析，對遠紅外光、近紅外光和可見光信號進行探測，實現光學完整性，及時發現火災，通過將火災時的可見圖像數據結合火災紅外熱圖像中的圖像數據及溫度數據，進行數據處理判斷，及時準確可靠判斷出火警并給出報警信號，大大降低誤報率，提升探測器抗干擾性能。
圖1為本發明實施例具有光學完整性的圖像火災探測器整體結構框圖，其中1為保護鏡片I，2為外殼；
圖2為本發明實施例光源驅動電路連接圖； 圖3為本發明實施例電源轉換電路連接圖； 圖4為本發明實施例485接口輸出電路連接圖； 圖5為本發明實施例4-20mA信號輸出電路連接圖； 圖6為本發明實施例繼電器輸出電路連接圖7為本發明實施例具有光學完整性的圖像火災探測器傳感器窗口污染檢測流程圖； 圖8為本發明實施例具有光學完整性的圖像火災探測器基于圖像處理判斷是否出現異物遮擋的流程圖9為本發明實施例具有光學完整性的圖像火災探測器溫度檢測預警流程圖； 圖10為本發明實施例具有光學完整性的圖像火災探測器圖像分析報警流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。本發明的具有光學完整性的圖像火災探測器，包括外殼、檢測光源I、檢測光源 II、光源驅動電路I、光源驅動電路II、紅外熱圖像傳感器、CCD傳感器、保護鏡片I、保護鏡片II、溫控電路I、溫控電路II、圖像采集及信號處理模塊、電源轉換電路和信號輸出電路。 檢測光源I為紅外光源IR-DT015，檢測光源II為可見光源IS-DTOlT ；保護鏡片I 為紅外保護鏡片，采用能透過相應光譜范圍的紅外材料，在本實施例中是采用能透過遠紅外光譜范圍的紅外材料；保護鏡片II為普通保護鏡片，采用石英鏡片。紅外熱圖像傳感器選用GT320CM-A03，CXD傳感器選用普通的CXD攝像頭，圖像采集急信號處理電路選用 YXDSP-F2812處理器模塊，溫控電路選用HWJZ-TC010模塊。信號輸出電路包括485接口輸出電路、4-20mA信號輸出電路和繼電器輸出電路。信號輸出電路包括485接口輸出電路(如圖4所示)、4-20mA信號輸出電路(如圖5所示)和繼電器輸出電路(如圖6所示)，4_20mA信號輸出電路輸出4-20mA信號，485通訊接口電路輸出485通訊信號，繼電器輸出電路輸出無源開關信號，根據不同電壓需求，485接口輸出電路、4-20mA信號輸出電路和繼電器輸出電路連接到電源轉換電路的不同電壓輸出腳。如圖1所示，檢測光源I和檢測光源II平行安裝在外殼一側，保護鏡片I和保護鏡片II安裝在與檢測光源I和檢測光源II相對應的外殼內壁，檢測光源I為遠紅外光的檢測光源，檢測光源II為近紅外光及可見光的檢測光源，電源轉換電路給各個電氣組件提供對應的電源；光源驅動電路I (如圖2所示)輸入端與圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳相連，光源驅動電路I輸出端與檢測光源I相連，紅外熱圖像傳感器的輸入端與溫控電路I輸出端相連，紅外熱圖像傳感器的輸出端連接圖像采集及信號處理模塊的輸入引腳， 圖像采集及信號處理模塊輸出引腳連接溫控電路I輸入端，光源驅動電路II的輸入端與圖像采集及信號處理模塊輸出引腳相連；光源驅動電路II的輸出端與檢測光源II相連，CCD 傳感器的輸出端與圖像采集及信號處理模塊輸入引腳相連，圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳與溫控電路II的輸入端相連，溫控電路II的輸出端與CCD傳感器的輸入端相連；電源轉換電路(如圖3所示)與圖像采集及信號處理模塊的輸入引腳相連，信號輸出電路與圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳相連，信號輸出電路與電源轉換電路的電壓輸出腳連接。采用本發明的具有光學完整性的圖像火災探測器進行火災探測的方法，具體按如下步驟進行
步驟1 傳感器實時監測監控范圍內透過保護鏡片的光信號，達到設定的時間200秒時，啟動檢測光源，開始采集數據，包括溫度數據和圖像數據；
紅外熱圖像傳感器實時采集監控范圍內的遠紅外光的圖像和溫度信息，CXD傳感器實時采集監控范圍內可見光及近紅外光的圖像信息。步驟2 判斷傳感器溫度是否正常，是則繼續步驟3 ；否則故障計數加1，若故障計數大于傳感器窗口污染超限計數器q，C1 =3，報傳感器故障，此時，若傳感器溫度高于
Th =80°C，進行制冷；若傳感器溫度低于溫度低位限值T1，Γ; =0°C，進行制熱；傳感器窗口
污染檢測流程如圖7所示；
步驟3:傳感器將數據傳至圖像采集及信號處理模塊，與初始設定圖像作比較，判斷監控范圍內有無異物遮擋有，則異物遮擋計數加1，若計數大于C2，C2 =3，則報警，否則繼續
步驟4 ；沒有異物遮擋，則異物遮擋計數清零，繼續步驟4，如圖8所示；
步驟4:將溫度值與初始設定的溫度值做比較，若大于初始設定溫度，則溫度值預警計數加1，此時若計數大于A, I =3，則報預警，否則繼續下一步；
若溫度值小于初始設定的溫度值，則與初始設定溫度速率做比較，小于初始設定溫度速率則進行下一步，大于則溫度速率預警計數加1，判斷計數是否大于溫度上升速率超限設
定值I；，2； =3 是則報預警，否則進行下一步；具體流程如圖所示；
步驟5 根據接收到的圖像信息判斷是否存在火警，若存在，則圖像報警計數加1，若計
數大于巧，巧=3，則報火警，否則進行下一步；
若不存在火警，則與初始設定的圖像變化速率做比較若大于初始設定速率，則圖像速
率火警計數加1，此時，若計數若大于巧，.巧=3，則報預警，否則進行下一步；若小于初始設
定速率，返回，如圖10所示。 通過本發明，準確可靠判斷火警并給出報警信號，降低誤報率，提升探測器抗干擾性能。
權利要求
1.一種具有光學完整性的圖像火災探測器，包括外殼，其特征在于還包括檢測光源 I、檢測光源II、光源驅動電路I、光源驅動電路II、紅外熱圖像傳感器、CCD傳感器、保護鏡片I、保護鏡片II、溫控電路I、溫控電路II、圖像采集及信號處理模塊、電源轉換電路和信號輸出電路；所述信號輸出電路包括485接口輸出電路、4-20mA信號輸出電路和繼電器輸出電路， 根據不同電壓需求，485接口輸出電路、4-20mA信號輸出電路和繼電器輸出電路分別連接到電源轉換電路的不同電壓輸出腳；所述檢測光源I和檢測光源II平行安裝在外殼一側，保護鏡片I和保護鏡片II安裝在與檢測光源I和檢測光源II相對應的外殼內壁，光源驅動電路I輸入端與圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳相連，光源驅動電路I輸出端與檢測光源I相連，紅外熱圖像傳感器的輸入端與溫控電路I輸出端相連，紅外熱圖像傳感器的輸出端連接圖像采集及信號處理模塊的輸入引腳，圖像采集及信號處理模塊輸出引腳連接溫控電路I輸入端，光源驅動電路II的輸入端與圖像采集及信號處理模塊輸出引腳相連；光源驅動電路II的輸出端與檢測光源II相連，C⑶傳感器的輸出端與圖像采集及信號處理模塊輸入引腳相連，圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳與溫控電路II的輸入端相連，溫控電路II的輸出端與CCD傳感器的輸入端相連；電源轉換電路與圖像采集及信號處理模塊的輸入引腳相連，信號輸出電路與圖像采集及信號處理模塊的輸出引腳相連，信號輸出電路與電源轉換電路的電壓輸出腳連接。
2.如權利要求1所述的具有光學完整性的圖像火災探測器進行火災探測的方法，其特征在于具體按如下步驟進行步驟1 傳感器實時監測監控范圍內透過保護鏡片的光信號，達到設定的時間時，啟動檢測光源，開始采集數據，包括溫度數據和圖像數據；步驟2 判斷傳感器溫度是否正常，是則繼續步驟3 ；否則故障計數加1，若故障計數大于傳感器窗口污染超限計數器G，報傳感器故障，此時，若傳感器溫度高于溫度高位限值昊，進行制冷；若傳感器溫度低于溫度低位限值η,進行制熱；步驟3:傳感器將數據傳至圖像采集及信號處理模塊，與初始設定圖像作比較，判斷監控范圍內有無異物遮擋有，則異物遮擋計數加1，若計數大于圖像存在異物遮擋計數器q ，則報警，否則繼續步驟4 ；沒有異物遮擋，則異物遮擋計數清零，繼續步驟4 ；步驟4:將溫度值與初始設定的溫度值做比較，若大于初始設定溫度，則溫度值預警計數加1，此時若計數大于溫度超限次數設定值 ；,則報預警，否則繼續下一步；若溫度值小于初始設定的溫度值，則與初始設定溫度速率做比較，小于初始設定溫度速率則進行下一步，大于則溫度速率預警計數加1，判斷計數是否大于溫度上升速率超限次數設定值^ 是則報預警，否則進行下一步；步驟5 根據接收到的Θ像信息判斷是否存在火警，若存在，則圖像報警計數加1，若計數大于圖像報警次數設定值巧則報火警，否則進行下一步；若不存在火警，則與初始設定的圖像變化速率做比較若大于初始設定速率，則圖像速率火警計數加1，此時，若計數若大于圖像變化速率超限設定值巧，則報火警，否則進行下一步；若小于初始設定速率，返回。
全文摘要
具有光學完整性的圖像火災探測器及方法，屬于火災探測技術領域，包括外殼、檢測光源Ⅰ、檢測光源Ⅱ、光源驅動電路Ⅰ、光源驅動電路Ⅱ、紅外熱圖像傳感器、CCD傳感器、保護鏡片Ⅰ、保護鏡片Ⅱ、溫控電路Ⅰ、溫控電路Ⅱ、圖像采集及信號處理電路、電源轉換電路和信號輸出電路；利用紅外熱圖像傳感器針對火災發生前的溫度異常信號監控，及時發現溫度異常，結合紅外熱圖像以及可見圖像的采集分析，對遠紅外光、近紅外光和可見光信號進行探測，實現光學完整性，將火災時的可見圖像數據結合火災紅外熱圖像中的圖像數據及溫度數據，進行數據處理判斷，及時準確判斷出火警并給出報警信號，大大降低誤報率，提升探測器抗干擾性能。
文檔編號G08B17/12GK102496235SQ20111044582
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者于春雨, 吳小川, 徐放, 梅志斌, 潘剛, 王勇俞, 董文輝 申請人:公安部沈陽消防研究所