专利名称：视频-烟雾探测系统及其检验方法
技术领域：
本发明涉及一种视频-烟雾探测系统，其带有记录视频图像的摄像机和信号处理级，在信号处理级中确定可视图像的单个像素或像素组亮度，其中得到代表像素亮度的值并且在所述值随时间的演变中检测出现烟雾时的特征变化。
如WO00/23959和EP专利申请号00128606.1中描述的，优先在隧道中使用的这一类烟雾探测系统，因为存在由正在行驶的汽车、火车造成的气流运动和气流分层，不能保证在火情中形成的烟雾在有利的期限内传到安装烟雾报警器的天花板。
使用这样的烟雾探测系统的隧道经营者，为了能随时检查系统的准备情况，不仅需要遵循预定的或约定的规范，而且需要在该位置上进行功能测试。然而，这种借助烟雾发生器进行的功能检测明显的可能性是花销太大，因为为此有关隧道必须封锁。烟雾探测系统的生产者有其自身的需求，在质量控制范围内在生产中或系统安装后，按照规范查验，校准系统，其中这种校准应当尽可能简单地实施。在这儿使用烟雾发生器也太昂贵了。
现在，通过本发明提供一种视频-烟雾探测系统，其在一些地方，就是说既可以直接在隧道中的安装位置上，也可以在生产地或者其他任意位置上，迅速、无大花费地进行性能检验或者校准。此二者在以下称作检验的过程(校准和性能检验)中能简单地实施，并具有可靠再现的效果。
本发明所述视频-烟雾探测系统的特征在于，在进行系统检验时，摄像机信号是可如此受到影响的，使得给信号处理级的一种当出现烟雾时视频信号的特征性变化是模拟出来的。
根据本发明的第一优选实施例，所述视频-烟雾探测系统的特征在于，设置用于降低视频信号对比度的装置。
根据本发明的第二优选实施例，所述视频-烟雾探测系统的特征在于，所述装置由可定位于摄像机镜头前的光学滤光镜构成，优选地，光学滤光镜包括多个不同强度的漫散射器，其可选择地定位于摄像机镜头之前。
根据本发明的第三优选实施例，所述视频-烟雾探测系统的特征在于，所述装置包括可调对比度的解码器。
根据本发明的第四优选实施例，所述视频-烟雾探测系统的特征在于，所述装置由可在摄像机和信号处理级之间切换的电子滤波器构成。
根据本发明的第五优选实施例，所述视频-烟雾探测系统的特征在于，滤波器具有垂直和水平滤波的转换功能。
根据本发明的第六优选实施例，所述视频-烟雾探测系统的特征在于，所述装置包括调节摄像机焦距的装置。优选地，所述装置可遥控操纵。
本发明进一步涉及一种视频-烟雾探测系统的校验方法，该系统具有一个记录视频图像的摄像机和信号处理级，其中确定视图像的单个像素或者像素组的亮度，并得到代表像素亮度的值，并检测在所述值随时间演变中出现烟雾时的特征变化。
本发明所述方法的特征在于，在对系统进行校验时摄像机信号是可如此受到影响的，使得给信号处理级的一种当出现烟雾时视频信号的特征性变化是模拟出来的。
根据本发明所述方法的第一优选实施例，其特征在于，降低视频信号的对比度。
在根据本发明所述的视频-烟雾探测系统和根据本发明所述的校验视频-烟雾探测系统的方法中，为了模拟烟雾，或者将光学滤光镜转动到摄像机前或者在摄像机输出端将视频信号进行电子远化处理，以便烟雾算法产生反应，或者如此多的误调摄像机的焦距，以模拟因为烟雾造成的图像非清晰度。
因此，在所有情形中造成视频信号对比度降低，使这些信号对于信号处理级“看起来”像是现有烟雾存在。因此，可以在现实条件下检验烟雾探测算法而不必点燃测试用的火焰或者激活雾气发生器，这些由于在隧道中构成与此相联系的交通阻塞(隧道的障碍)实际上不可实现。
以下将根据实施例和附图对本发明作详细说明，图为
图1为根据本发明所述视频-烟雾探测系统第一实施例的示意图，图2为图1所示系统第一变型例的示意图，和图3为图1所示系统第二变型例的示意图。
图1至图3所示本发明的视频-烟雾探测系统主要包括多个摄像机1和公共处理器2，在处理器2中对摄像机1的信号进行处理和结果分析。摄像机1比如安装在道路隧道中当作交通监督，比如监督交通规则的遵守状况以及检测阻塞、事故以及类似情况。摄像机与有人的总站相连，隧道中的交通情况经过监视器可观测到。处理器2分散设置，比如每8到10个摄像机配备一个公共的处理器2。每个摄像机1比如设置在机壳3中，机壳3用来保护摄像机免受外面的影响，像损伤、溅水、冷凝水或者灰尘等。机壳3在其前侧具有透明窗4，在其上侧具有可纵向移动的顶盖5，此类机壳比如由国际外观设计保护登记号DM/049356中可知。
除了交通监视之外，摄像机1和处理器2构成的系统还可用来通过检测当地形成的烟雾来了解火情。在处理器2中将视频图像分解成像素，对单个像素和/或像素组分配亮度值，并根据像素亮度值与参考值的比较对烟雾的存在作出判断。对单个像素或像素组进行亮度值分配时重要的是，这种分配与整体的亮度变化，也就是说与整个图像的照明的变化无关。照明的独立性可以通过把边缘值分配给像素来实现，可将边缘值描述为一个导数。烟雾的识别基于以下假设，即烟雾的边缘变弱或者消失。换言之，通过烟雾视频信号，即摄像机1的输出信号中，造成对比度下降。
在这里不详细说明烟雾探测算法的细节，所述细节可参阅与之有关的西门子建筑技术公司于2000.12.28申请的欧洲专利申请号00128606.1，在此引用该申请作为重要参考。
所述的视频-烟雾探测系统安装有进行性能查验和/或校准的测试装置，其使能够在实际条件下进行遵循规范的查验和在任一位置尤其在系统使用位置的性能测试，而不必须点燃测试火焰或者激活雾气发生器。测试装置基于如此影响摄像机1的信号，使得给处理器2模拟在视频信号中因出现烟雾而产生的特征变化。图1到图3所示各为一测试装置的实施例。
根据图1，测试装置包括一在摄像机1的物镜前可转动的光学滤光镜6。在最简单的情形中，滤光镜可以是由摄像机1前面的操作人员手持的勺形体，或者可由马达控制的活动翼，或者如图1中所示可由马达驱动的圆片形部件。除了起漫射器作用的滤光镜6之外，该圆片还具有光可全部透过的区域，其在正常的运行状态下转动到摄像机1的物镜前。滤光镜6可以是表面漫射器或者体漫射器，所谓的柔焦镜头，如在照相中使用以降低对比度，也可以用作滤光镜6。带有驱动器7的圆片或者如图中所示可设在机壳3的里面，或者也可设置在它之外。
当要进行检验时，圆片的驱动器7经过与总站相连的导线8收到相应信号，并将光学滤光镜转动到物镜前。导线8上的信号可以在总站人工或自动形成，通过例如视频-烟雾探测系统周期地转换到测试模式。通过滤光镜6的散射作用，摄像机1记录的图像实现了对比度的降低，其作用在摄像机1的输出信号上以及由此相应作用在处理器2的输入信号上，并由处理器解译为存在的烟雾。如果处理器2不触发报警信号，总站的操作人员判断其出现了故障。
在所述的EP专利申请号00128606.1中描述的烟雾探测算法，评价时仅考虑对比度在特定阈值之上的那些像素。检查这些像素，并且当在特定的时间段内，在足够多的这些像素中，对比度减少特定值时触发报警器。换言之，设置一个对比度阈值，并将系统的灵敏度调整到实用值。当人们确定对比度频率与对比度高低相比(百分比)的对比度分布的直方图时，然后，在对比度阈值为N％时，对于对比度高度低于此对比度阈值的所有像素均不考虑。
现在，人们在系统的检验/校准中可采取类似措施，也使用此对比度阈值，其中人们设置图1所示的圆片，使它具有三个或四个透光区域，即，全透光区域以及具有不同强度散射的漫射器的二个或三个区域。比如人们可以使用相同材料但不同厚度的漫射器。
比如，人们按以下方式选择三个漫射器由第一漫射器造成很小的对比度降低，即仅有很小百分比的象素比如所考查像素的10％达到阈值以下。
由第二漫射器造成的对比度影响，使得中等数量例如所考查像素的15％到20％达到对比阈值以下。
由第三漫射器造成的对比度影响，使得相对高的份额例如所考查像素的最少30％达到对比阈值以下。
在第一漫射器转入时允许系统不报警，在第二漫射器转入时可以起动报警以及第三漫射器转入时必须起动报警。以这种方式使用者有把握，将系统调整到选定的对比度阈值。使用若干个不同散射强度的漫射器尤其在老的有相对昏暗的墙的隧道中有好处。
在视频-烟雾探测系统中的处理器2此外包含一可从市场上买到的、可调整对比度的解码器。使用这样的解码器时，可以用电的方式执行刚描述的检验/校准方法，通过例如将所述直方图在屏幕上可视化，随后在解码器上降低对比度直到在直方图中表示的曲线移动到对比度阈值之下，并由此引起报警。
这个方法准确地相当于不同漫射器的转入。在用解码器降低对比度时可借助合适的软件工具来实现屏幕上直方图曲线的移动。
在图2所示的实施例中，视频信号在摄像机1的输出端和处理器2的输入端之间通过滤波器9传送和进行电子远化处理。为此目的，滤波器9具有这样的脉冲响应，能使烟雾探测算法作出响应。例如，滤波器9可以具有水平和垂直低通滤波的转换功能，通过与总站相连的导线10进行视频信号在滤波器9上的切换。
在图3所示的实施例中使用了借助马达调整焦距的摄像机1，其中焦距调整由参考标记11标出。为了完成性能测试或者校准，焦距调整器11通过与总站相连的导线12获得引起焦距调整的控制信号，由此，造成的模糊相当于摄像机1的视频图像对比度降低。
当然，图1到图3所示的测试装置也可以由视频探测系统的制造商在按照规范检验时使用，其中可在工厂的质量控制范围内进行这样的查验。测试装置的另一个使用可能性在于安装后的系统验收。在这儿测试装置呈现出以下可能性，即给顾客演示安装系统的性能。
权利要求
1.一种视频-烟雾探测系统，其带有记录视频图像的摄像机(1)和信号处理级(2)，在信号处理级(2)中确定视频图像的单个像素或者像素组的亮度，在其中得到代表像素亮度的值，并检测在所述值随时间的演变中对出现烟雾时的特征性变化，其特征在于，在检验系统时，摄像机(1)的信号是可如此受到影响的，使得给信号处理级(2)的一种当出现烟雾时视频信号的特征性变化是模拟出来的。
2.根据权利要求1所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，设置用于降低视频信号对比度的装置。
3.根据权利要求2所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，所述装置由定位于摄像机镜头前的光学滤光镜(6)构成。
4.根据权利要求1所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，光学滤光镜(6)包括多个不同强度散射的漫射器，其可选择地定位于摄像机镜头之前。
5.根据权利要求2所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，所述装置包括可调对比度的解码器。
6.根据权利要求2所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，所述装置由可在摄像机(1)和信号处理级(2)之间切换的电子滤波器(9)构成。
7.根据权利要求6所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，滤波器(9)具有垂直和水平滤波的转换功能。
8.根据权利要求2所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，所述装置包括调节摄像机(1)焦距的装置(11)。
9.根据权利要求2-8之一所述的视频-烟雾探测系统，其特征在于，所述装置可遥控操纵。
10.一种检验视频-烟雾探测系统的方法，该系统具有一个记录视频图像的摄像机(1)和信号处理级(2)，其中确定视频图像的单个像素或者像素组的亮度，并得到代表像素亮度的值，并检测在所述值随时间演变中出现烟雾时的特征性变化，其特征在于，在对系统进行校验时摄像机(1)的信号是可如此受到影响的，使得给信号处理级(2)的一种当出现烟雾时视频信号的特征性变化是模拟出来的。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，降低视频信号的对比度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，对比度的降低通过调节摄像机(1)前串接漫射器实现。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，对比度的降低通过摄像机(1)输出信号的电子影响实现。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，对比度的降低通过摄像机(1)的模糊调节实现。
全文摘要
本发明涉及一种视频－烟雾探测系统，包括记录可视图像的摄像机(1)和确定可视图像的单个像素或像素组亮度的信号处理级(2)，在信号处理级(2)中得到代表像素亮度的值并检测在所述值随时间的演变中对出现烟雾时的特征性变化。为了性能检验或校准而进行系统检验时，摄像机(1)的信号是可如此受到影响的，使得给信号处理级(2)的一种当出现烟雾时视频信号的特征性变化是模拟出来的。后者由能降低可视信号对比度的装置实现。
文档编号G08B13/194GK1518663SQ02812437
公开日2004年8月4日 申请日期2002年6月17日 优先权日2001年6月22日
发明者D·维泽尔, K·米勒, T·布鲁普巴赫尔, W·沃伦维德, M·勒普菲, D 维泽尔, 孜, 称瞻秃斩, 辗 申请人:西门子建筑技术公司