安全和监视系统和方法
【专利摘要】提供了一种安全监视系统和方法，能够基于声场变化来分开检测火灾和入侵场面，包括：声音生成装置，向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；声音接收装置，被配置为从在该安全监视空间中接收的声波获得被表示为声压和相位的用于每一频率的声场信息；和声场信号处理装置，被配置为按照准备模式存储从该声音接收装置获得的用于每一频率的声场信息，比较存储的声场信息和按照监视模式从该声音接收装置输出的用于每一频率的当前声场信息，并确定安全场面的发生。
【专利说明】安全和监视系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 该美国非临时专利申请要求2013年4月15日提交的韩国专利申请号 10-2013-0041182和2013年10月15日提交的韩国专利申请号10-2013-0122862在35U. S. C. § 119下的优先权，通过引用而由此合并其全部内容。
【技术领域】
[0003] 这里公开的本发明涉及安全（security)和监视（surveillance),并更具体地，涉 及能够基于声场变化来分开检测火灾和入侵场面（situation)的安全监视系统和方法。
【背景技术】
[0004] 已研究用于感测火灾或入侵场面的安全传感器达到很长时间。
[0005] 感测火灾的传感器可使用温度感测方案、烟雾感测方案、气体感测方案、和火焰 (flame)感测方案之一。另一方面，用于感测入侵的传感器可使用无源红外（PIR)感测方 案、IR感测方案、超声方案、声音感测方案、振动感测方案、和微波感测方案之一。
[0006] 最近，在安全监视领域主要使用利用相机成像信息的图像监视系统，诸如CCTV、因 特网协议（IP)相机、或交通工具黑匣子。
[0007] 典型地，已知检测声压变化以检测入侵的入侵检测器。当对所检测的声压和参考 声压之间的差别超出预定值的次数进行计数、并且确定所计数的次数是预置参考数或更大 时，入侵检测器生成用于确定入侵的输出。入侵检测器可检测甚至没有声音的入侵。然而， 要求入侵检测器根据空间或环境条件来可变地确定入侵标准。此外，入侵检测器不区分入 侵和火灾。
[0008] 在另一场面下，存在检测烟雾、火焰、和火情（fire)的组合火灾检测器。该组合火 灾检测器借助于一个集成火灾检测器来检测烟雾、火焰、和火情。组合火灾检测仪器有用于 为自燃准备的烟雾感测功能连同为纵火（arson)准备的火焰检测功能。
[0009] 当将该组合火灾检测器安装在其中直接检测火焰或烟雾的地点时，该组合火灾检 测器可对于各种火灾场面具有低错误报告比率，并检测早期状态下的火灾。然而，当安装传 感器的地点处的温度或烟雾密度不高时，该组合火灾检测器不能很好地检测早期火灾状态 下的火灾。另外，当火焰由物体覆盖或者火灾在盲点爆发时，因为检测火焰的困难，所以该 组合火灾检测器难以检测早期状态下的火灾。
[0010] 在另一场面下，基于声场变化的火灾监视方法和系统可检测火灾监视空间内的声 场变化，以检测早期状态下的火灾。这里，所以声场变化由以下事实引起，即根据由于火灾 导致的周围空气的温度改变的、空气密度和声波速度的改变影响声波传递。尽管基于该声 场变化的火灾检测方案可基于由于火灾导致的声场变化来检测火灾的爆发，但是难以详细 和量化地检测温度分布改变。因此，难以精确区分火灾和入侵，其中它们是声场变化的主要 原因。
[0011] 在另一情况下，存在通过声场图案分析的安全方案。该安全方案通过检测声压的 偏差和平均值，基于针对标准偏差的声压变化率，来检测声场变化并检测入侵。此外，通过 检测根据声源的时间改变或波长改变的声场变化的图案，而增加用于安全监视的可靠性。
[0012] 然而，即使在该方法中，由于详细和量化地检测温度分布改变的难度，所以仍然难 以区分火灾和入侵，其中它们是声场变化的主要原因。
【发明内容】
[0013] 本发明提供了能够区别检测火灾和入侵的安全场面的安全监视方法和系统。
[0014] 本发明还提供了能够检测火灾和入侵场面、将它们彼此区分、并提供全面安全监 视的基于声场变化的安全监视方法和系统。
[0015] 本发明的实施例提供了一种安全监视系统，包括：声音生成装置，向设置的安全监 视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；声音接收装置， 从在该安全监视空间中接收的声波获得被表不为声压和相位的用于每一频率的声场信息； 和声场信号处理装置，按照准备模式存储从该声音接收装置获得的用于每一频率的声场信 息，比较存储的声场信息和按照监视模式从该声音接收装置输出的用于每一频率的当前声 场信息，并确定安全场面的发生，其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，比较用于每 一频率的参考声场信息图案和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是该安全监视 空间中的火灾发生还是入侵发生。
[0016] 在一些实施例中，该声场信号处理装置可通过在比较用于每一频率的声场信息的 图案时、分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场 信息图案的形状，来区分火灾场面和入侵场面。
[0017] 在其他实施例中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高或低频率功能移位预 定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并分析频移程度之后，该声场信号 处理装置可通过使用分析的结果检测连续温度增加的变化速度，来确定是否发生火灾，并 通过检测温度改变没有出现或不规则出现的方面，来确定入侵场面。
[0018] 在其他实施例中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高或低频率功能移位预 定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并导出代表频移程度的索引之后， 该声场信号处理装置可通过使用分析的结果来分析方位和温度改变的速度，并区别地确定 火灾、由于每日温度范围或空调/加热导致的温度改变、和入侵场面。
[0019] 在其他实施例中，该声场信号处理装置可通过分析在安全场面发生时、在预定时 段中与参考声场的偏差相比的声场的变化值是连续增加还是不规则改变，来区分火灾场面 和入侵场面。
[0020] 在本发明的其他实施例中，一种安全监视方法包括：向设置的安全监视空间内输 出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调声波；从在该安全监视空间中接收 的声波获得声场；按照准备模式存储通过获得的声场的用于频率的参考声场信息；按照监 视模式计算用于频率的当前声场信息，比较用于每一频率的当前声场信息和用于频率的参 考声场信息，以确定安全场面的发生；和在发生安全场面时比较用于每一频率的参考声场 信息图案和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是火灾场面还是入侵场面。
[0021] 在本发明的其他实施例中，一种安全监视系统包括：声音生成装置，用于输出声 波；声音接收装置，从自该安全监视空间接收的声波获得用于每一设置频率的声场信息； 和声场信号处理装置，通过使用从该声音接收装置输出的声场来存储用于频率的参考声场 信息，比较该参考声场信息和从该声音接收装置输出的用于频率的当前声场，以确定安全 场面的发生；和图像获得单元，用于获得在安全场面发生时的安全监视空间的图像，其中该 声场信号处理装置在发生安全场面时，通过比较和分析用于频率的参考声场信息的图案和 在预定时段中收集的用于频率的声场信息的图案，来区分发生的事件是火灾还是入侵。
[0022] 在本发明的其他实施例中，一种交通工具黑匣子系统包括：声音生成和接收装置， 用于输出和接收声波；声场信号处理装置，通过使用从接收的声波获得的声场来准备用于 频率的参考声场信息，并比较所述用于频率的参考声场信息和在安全监视车辆空间中在监 视模式下获得的用于频率的当前声场，以确定安全场面的出现；和交通工具黑匣子，用于在 出现安全场面时获得该安全监视车辆空间的图像，其中该声场信号处理装置比较和分析用 于频率的参考声场信息的图案和在预定时段中收集的用于频率的声场信息的图案，来区别 地确定发生的事件是火灾还是入侵。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 附图被包括以提供本发明的进一步理解，并被合并和构成该说明书的一部分。附 图图示了本发明的示范实施例，并和描述一起，用来解释本发明的原理。在图中：
[0024] 图1图不了根据温度改变的声波的波长改变；
[0025] 图2A和2B是用于解释根据温度改变的声音的变化原理的图；
[0026] 图3A和3B图示了根据温度改变的声压级的频移；
[0027] 图4是图示了根据本发明概念实施例的安全监视设备的框图；
[0028] 图5图示了根据安全空间内的温度改变的每一频率的声压级改变；
[0029] 图6A到6D图示了根据图5的对于时间段的频移程度；
[0030] 图7A到7D是图示了根据图6的规格化（normalized)频移程度的比较图；
[0031] 图8图示了根据图4的安全空间内根据物体移动距离的声压级改变；
[0032] 图9A到9D图示了根据图8的对于移动距离的频移程度；
[0033] 图10A到10D是图示了根据图9A到9D的规格化频移程度的比较图；
[0034] 图11A和11B图示了根据图7A到7D以及图10A和10B的频移索引；
[0035] 图12A和12B是图示了根据图11的声压变化率（SNR)的比较图；
[0036] 图13A和13B图不了根据图11A和11B在火灾和入侵场面下对于多音调的每一频 率的声压级的表面图；
[0037] 图14是图示了根据本发明实施例的安全监视方法的流程图；
[0038] 图15图示了应用到安全服务系统的本发明的实施例的应用示例。
【具体实施方式】
[0039] 下面将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明可按照不同形 式实施，并不应被解释为限于这里阐明的实施例。相反，提供这些实施例，使得该公开将是 彻底和完整的，并将向本领域技术人员全面传达本发明的范围。
[0040] 其后，将结合附图来描述本发明的示范实施例。相同的附图标记始终表示相同的 元件。应注意的是，在本发明的描述中，省略可不必要地使得本发明的要点模糊的任何描 述。
[0041] 可通过图1和2在理论上解释在安全监视空间内部爆发火灾期间、根据声波速度 的改变发生声场变化的过程。
[0042] 图1图示了根据温度改变的声波的波长改变。
[0043] 在火灾爆发期间，声波速度根据安全监视空间（SA)内部的温度增加而增加。因此， 从声音生成装置输出的声波的波长增加。在图1中，实线圆圈代表在低温时输出的声波的 波长，而虚线圆圈代表在高温时输出的声波的波长。
[0044] 因此，在SA内部安装的声音生成装置根据温度而不同地检测声波的声场。这样的 声场变化现象可在其中声波被频繁回声的声学空间上频繁出现。按照这样的方式，当检测 声场时，可检测其中没有观察到火焰或烟雾的盲点中的火情。
[0045] 典型地，声波的速度v可被表达为下面等式（1 )，并与温度T摄氏度成正比。因此， 尽管频率f相同，但是波长λ具有根据等式（2)和（3)与空气的温度T成正比增加的属性。 当波长不同时，空气的声压分布在相同尺寸的SA内部也不同。为了分析这个，理论分析条 件如下：
【权利要求】
1. 一种安全监视系统，包括： 声音生成装置，被配置为向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波 的线性和形成的多音调声波； 声音接收装置，被配置为从在该安全监视空间中接收的声波获得被表示为声压和相位 的用于每一频率的声场信息；和 声场信号处理装置，被配置为按照准备模式存储从该声音接收装置获得的用于每一频 率的声场信息，比较存储的声场信息和按照监视模式从该声音接收装置输出的用于每一频 率的当前声场信息，并确定安全场面的发生， 其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，比较用于每一频率的参考声场信息图案 和在预定时段中收集的声场信息图案，并区分这是该安全监视空间中的火灾发生还是入侵 发生。
2. 根据权利要求1的安全监视系统，其中在比较用于每一频率的声场信息的图案时， 该声场信号处理装置通过分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续 移位还是改变声场信息图案的形状，来区分火灾场面和入侵场面。
3. 根据权利要求1的安全监视系统，其中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向高 或低频率功能移位预定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并分析频移 程度之后，该声场信号处理装置通过使用分析的结果检测连续温度增加的变化速度来确定 是否发生火灾，并通过检测温度改变没有出现或不规则出现的方面来确定入侵场面。
4. 根据权利要求1的安全监视系统，其中在安全场面发生时，该声场信号处理装置通 过分析在预定时段中与参考声场的偏差相比的声场的变化值是连续增加还是不规则改变， 来区分火灾场面和入侵场面。
5. 根据权利要求1的安全监视系统，其中该安全监视系统通过与从诸如无源红外传感 器、IR传感器、超声传感器、声音检测传感器、振动检测传感器、微波传感器的入侵检测传感 器、或温度传感器、烟雾传感器、气体传感器、和火焰检测类型火灾检测传感器之中选择的 一个或多个传感器互相作用，而区别检测火灾和入侵场面。
6. 根据权利要求1的安全监视系统，进一步包括相机模块，用于存储图像信息并执行 图像捕获，用于在发生火灾或入侵场面的情况下验证场面。
7. 根据权利要求1的安全监视系统，其中该安全监视系统按照集成类型或外部安装类 型制造，以与包括具有网络功能的安全相机、因特网电话、智能TV、智能交通工具、保险箱、 或对讲机的智能仪器交互。
8. 根据权利要求7的安全监视系统，其中该安全监视系统通过在交互时向交互装置安 装软件而无需添加硬件来实现。
9. 根据权利要求7的安全监视系统，其中当运行与用户的智能电话或智能装置相关的 App类型程序时，该安全监视系统提供远程控制或获得的安全信息。
10. -种安全监视方法，包括： 向设置的安全监视空间内输出由具有多个频率分量的正弦波的线性和形成的多音调 声波； 从在该安全监视空间中接收的声波获得声场； 按照准备模式存储通过获得的声场的用于频率的参考声场信息； 按照监视模式计算用于频率的当前声场信息，比较用于每一频率的当前声场信息和用 于频率的参考声场信息，以确定安全场面的发生；和 在发生安全场面时，比较用于每一频率的参考声场信息图案和在预定时段中收集的声 场信息图案，并区分这是火灾场面还是入侵场面。
11. 根据权利要求10的安全监视方法，其中在比较用于每一频率的声场信息的图案 时，通过分析该声场信息图案在不改变其形状的情况下朝向高频率连续移位还是改变声场 信息图案的形状，来执行区分火灾场面和入侵场面。
12. 根据权利要求10的安全监视方法，其中，在将用于每一频率的声场信息图案朝向 高或低频率功能移位预定时段、比较移位的声场信息图案与参考声场信息图案、并通过使 用分析的结果分析频移程度、移位方位、和连续温度增加的速度之后，执行区分火灾场面和 入侵场面。
13. 根据权利要求10的安全监视方法，其中该安全监视方法与包括交通工具黑匣子、 具有网络功能的安全相机、因特网电话、智能TV、智能交通工具、保险箱、或对讲机的智能仪 器交互。
14. 根据权利要求13的安全监视方法，其中该交互通过在交互时向交互装置安装软件 而无需添加硬件来实现。
15. -种安全监视系统，包括： 声音生成装置，用于输出声波； 声音接收装置，从自该安全监视空间接收的声波获得用于每一设置频率的声场信息； 和 声场信号处理装置，通过使用从该声音接收装置输出的声场来存储用于频率的参考声 场信息，比较该参考声场信息和从该声音接收装置输出的用于频率的当前声场，以确定安 全场面的发生；和 图像获得单元，用于获得在安全场面发生时的安全监视空间的图像， 其中该声场信号处理装置在发生安全场面时，通过比较和分析用于频率的参考声场信 息的图案和在预定时段中收集的用于频率的声场信息的图案，来区分发生的事件是火灾还 是入侵。
【文档编号】G08B13/16GK104112324SQ201410150299
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】朴康浩, 李成揆 申请人:韩国电子通信研究院