专利名称：具有光学完整性的图像火灾探测器及方法
技术领域：
本发明属于火灾探测技术领域，特别涉及一种具有光学完整性的图像火灾探测器及方法。
背景技术：
目前，随着经济建设快速发展的同时大空间场所、工业场所越来越多，采用的大型电力设备也日趋增多，图像型火灾探测器具有保护范围大、响应速度快的特点，适用于大空间场所以及工业场所的消防探测防护，因此其安装使用的数量也越来越多。随着消防安全受到越来越多的重视，对消防安全也提出了更多更高的要求。现有技术中，可见光或近红外图像型火灾探测器主要利用火灾烟雾及火焰的可见光图像特征通过算法进行火灾判断，通过工程应用实际情况反馈，该类型探测器在阳光及人工光源干扰等因素下容易产生误报；在大空间场所、工业场所中投入使用的大型电力设备的消防防护主要依靠设备自身的防护措施，外接防护方式主要是采用紧贴或缠绕式感温探测、火焰探测、气体探测或烟雾粒子早期探测等，但是由于大型电力设备运行环境比较复杂，电磁干扰严重而且部分设备运行时无法紧贴式防护。针对该现状，急需开发针对关键电力设备进行火灾早期探测的技术，由于现有技术中尚无采用红外矩阵进行专门火灾探测， 通过对火灾及典型干扰的红外图像信号进行数据采集、处理及特征规律分析，实现基于红外图像感温及红外图像探测原理的火灾早期探测算法及火源定位功能，是解决适用于工业场所的红外图像火灾探测器产品设计的关键技术。目前大量使用的可见光或近红外图像型火灾探测器，这些探测器的优点是对保护区域出现的明火或浓烟能做出快速的响应，能及早发现火灾；其存在的缺点是探测器的误报现象时有发生；保护区域环境复杂，光干扰、强电磁干扰且多尘，很多探测器在投入运行后很短的时间内就出现失效现象，无法实现保护区域的可靠探测，给消防安全管理带来隐患，这是由于可见及近红外图像型火灾探测器属于被动型探测原理，当有火灾发生时， 火灾的可见及近红外图像经探测器窗口入射到传感器时，探测器才能实现探测，而且当探测器的窗口发生污染时或保护范围内出现异常遮挡物时，探测性能将严重下降，甚至可能失去保护能力。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种具有光学完整性的图像火灾探测器及方法。利用红外辐射具有包含温度特征、穿透能力强的特点和对保护范围内的红外图像进行处理分析，对火灾发生前期的温度异常信号进行探测，实时探测和预警，使火灾预警响应时间点大幅度提前。本发明采用自检光源，结合检测光路设计以及靶标设计实现图像火灾探测器的光学窗口的透光性能测试以及传感器探测性能检测，从而实现红外图像探测器的窗口污染检测与判断；针对保护范围中出现异常遮挡物的情况，本发明结合图像对比分析技术，根据图像变化的规律，当发现有异常遮挡物图像出现时，根据有异常遮挡物的图像与无异常遮挡物图像的对比分析报出有异物遮挡故障信号，实现对保护范围的可靠探测防护。本发明的技术方案是这样实现的具有光学完整性的图像火灾探测器，包括外壳、 检测光源I、检测光源II、光源驱动电路I、光源驱动电路II、红外热图像传感器、C⑶传感器、保护镜片I、保护镜片II、温控电路I、温控电路II、图像采集及信号处理模块、电源转换电路和信号输出电路；信号输出电路包括485接口输出电路、4-20mA信号输出电路和继电器输出电路，4-20mA信号输出电路输出4-20mA信号，485通讯接口电路输出485通讯信号，继电器输出电路输出无源开关信号，根据不同电压需求，485接口输出电路、4-20mA信号输出电路和继电器输出电路分别连接到电源转换电路的不同电压输出脚。检测光源I和检测光源II平行安装在外壳一侧，保护镜片I和保护镜片II安装在与检测光源I和检测光源II相对应的外壳内壁，检测光源I为远红外光的检测光源，检测光源II为近红外光及可见光的检测光源，电源转换电路给各个电气组件提供对应的电源；
光源驱动电路I输入端与图像采集及信号处理模块的输出引脚相连，光源驱动电路 I输出端与检测光源I相连，红外热图像传感器的输入端与温控电路I输出端相连，红外热图像传感器的输出端连接图像采集及信号处理模块的输入引脚，图像采集及信号处理模块输出引脚连接温控电路I输入端，光源驱动电路II的输入端与图像采集及信号处理模块输出引脚相连；光源驱动电路II的输出端与检测光源II相连，CCD传感器的输出端与图像采集及信号处理模块输入引脚相连，图像采集及信号处理模块的输出引脚与温控电路II的输入端相连，温控电路II的输出端与CCD传感器的输入端相连；电源转换电路与图像采集及信号处理模块的输入引脚相连，信号输出电路与图像采集及信号处理模块的输出引脚相连，信号输出电路与电源转换电路的电压输出脚连接。本发明的具有光学完整性的图像火灾探测器进行火灾探测的方法，具体按如下步骤进行
步骤1 传感器实时监测监控范围内透过保护镜片的光信号，达到设定的时间时，启动检测光源，开始采集数据，包括温度数据和图像数据；
步骤2 判断传感器温度是否正常，是则继续步骤3 ；否则故障计数加1，若故障计数大
于传感器窗口污染超限计数器Q
，报传感器故障，此时，若传感器温度高于温度高位限值&，进行制冷；若传感器温度低于
温度低位限值不进行制热；
步骤3:传感器将数据传至图像采集及信号处理模块，与初始设定图像作比较，判断监控范围内有无异物遮挡有，则异物遮挡计数加1，若计数大于图像存在异物遮挡计数器q ，则报警，否则继续步骤4 ；没有异物遮挡，则异物遮挡计数清零，继续步骤4 ；
步骤4:将温度值与初始设定的温度值做比较，若大于初始设定温度，则温度值预警计
数加1，此时若计数大于温度超限次数设定值 ；则报预警，否则继续下一步；
若温度值小于初始设定的温度值，则与初始设定温度速率做比较，小于初始设定温度速率则进行下一步，大于则温度速率预警计数加1，判断计数是否大于温度上升速率超限次数设定值 ；是则报预警，否则进行下一步；
步骤5 根据接收到的图像信息判断是否存在火警，若存在，则图像报警计数加1，若计数大于图像报警次数设定值巧，则报火警，否则进行下一步；
若不存在火警，则与初始设定的图像变化速率做比较若大于初始设定速率，则图像速率火警计数加1，此时，若计数若大于图像变化速率超限设定值巧，则报火警，否则进行下
一步；若小于初始设定速率，返回。有益效果
1.通过利用红外热图像传感器针对火灾发生前的温度异常信号进行监控，通过监控保护区域内温度变化，及时发现温度异常，可实现火灾征兆的探测实现火灾预防，大大降低火灾的危险性。2.通过设置检测光源，可定期或不定期进行镜片污染检测，当发现镜片污染达到设计值时，给出故障信号，该功能大大提高了探测器的有效性，同时保证了探测性能。3.通过采用图像分析处理技术，针对保护环境中异常出现的遮挡物进行判断分析，当遮挡物存在并持续时间达到设定值时，报出故障，及时提示相关人员清楚现场遮挡物，保证探测视场无死角，确保探测性能。4.通过结合红外热图像以及可见图像的采集分析，对远红外光、近红外光和可见光信号进行探测，实现光学完整性，及时发现火灾，通过将火灾时的可见图像数据结合火灾红外热图像中的图像数据及温度数据，进行数据处理判断，及时准确可靠判断出火警并给出报警信号，大大降低误报率，提升探测器抗干扰性能。
图1为本发明实施例具有光学完整性的图像火灾探测器整体结构框图，其中1为保护镜片I，2为外壳；
图2为本发明实施例光源驱动电路连接图； 图3为本发明实施例电源转换电路连接图； 图4为本发明实施例485接口输出电路连接图； 图5为本发明实施例4-20mA信号输出电路连接图； 图6为本发明实施例继电器输出电路连接图7为本发明实施例具有光学完整性的图像火灾探测器传感器窗口污染检测流程图； 图8为本发明实施例具有光学完整性的图像火灾探测器基于图像处理判断是否出现异物遮挡的流程图9为本发明实施例具有光学完整性的图像火灾探测器温度检测预警流程图； 图10为本发明实施例具有光学完整性的图像火灾探测器图像分析报警流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。本发明的具有光学完整性的图像火灾探测器，包括外壳、检测光源I、检测光源 II、光源驱动电路I、光源驱动电路II、红外热图像传感器、CCD传感器、保护镜片I、保护镜片II、温控电路I、温控电路II、图像采集及信号处理模块、电源转换电路和信号输出电路。 检测光源I为红外光源IR-DT015，检测光源II为可见光源IS-DTOlT ；保护镜片I 为红外保护镜片，采用能透过相应光谱范围的红外材料，在本实施例中是采用能透过远红外光谱范围的红外材料；保护镜片II为普通保护镜片，采用石英镜片。红外热图像传感器选用GT320CM-A03，CXD传感器选用普通的CXD摄像头，图像采集急信号处理电路选用 YXDSP-F2812处理器模块，温控电路选用HWJZ-TC010模块。信号输出电路包括485接口输出电路、4-20mA信号输出电路和继电器输出电路。信号输出电路包括485接口输出电路(如图4所示)、4-20mA信号输出电路(如图5所示)和继电器输出电路(如图6所示)，4_20mA信号输出电路输出4-20mA信号，485通讯接口电路输出485通讯信号，继电器输出电路输出无源开关信号，根据不同电压需求，485接口输出电路、4-20mA信号输出电路和继电器输出电路连接到电源转换电路的不同电压输出脚。如图1所示，检测光源I和检测光源II平行安装在外壳一侧，保护镜片I和保护镜片II安装在与检测光源I和检测光源II相对应的外壳内壁，检测光源I为远红外光的检测光源，检测光源II为近红外光及可见光的检测光源，电源转换电路给各个电气组件提供对应的电源；光源驱动电路I (如图2所示)输入端与图像采集及信号处理模块的输出引脚相连，光源驱动电路I输出端与检测光源I相连，红外热图像传感器的输入端与温控电路I输出端相连，红外热图像传感器的输出端连接图像采集及信号处理模块的输入引脚， 图像采集及信号处理模块输出引脚连接温控电路I输入端，光源驱动电路II的输入端与图像采集及信号处理模块输出引脚相连；光源驱动电路II的输出端与检测光源II相连，CCD 传感器的输出端与图像采集及信号处理模块输入引脚相连，图像采集及信号处理模块的输出引脚与温控电路II的输入端相连，温控电路II的输出端与CCD传感器的输入端相连；电源转换电路(如图3所示)与图像采集及信号处理模块的输入引脚相连，信号输出电路与图像采集及信号处理模块的输出引脚相连，信号输出电路与电源转换电路的电压输出脚连接。采用本发明的具有光学完整性的图像火灾探测器进行火灾探测的方法，具体按如下步骤进行
步骤1 传感器实时监测监控范围内透过保护镜片的光信号，达到设定的时间200秒时，启动检测光源，开始采集数据，包括温度数据和图像数据；
红外热图像传感器实时采集监控范围内的远红外光的图像和温度信息，CXD传感器实时采集监控范围内可见光及近红外光的图像信息。步骤2 判断传感器温度是否正常，是则继续步骤3 ；否则故障计数加1，若故障计数大于传感器窗口污染超限计数器q，C1 =3，报传感器故障，此时，若传感器温度高于
Th =80°C，进行制冷；若传感器温度低于温度低位限值T1，Γ; =0°C，进行制热；传感器窗口
污染检测流程如图7所示；
步骤3:传感器将数据传至图像采集及信号处理模块，与初始设定图像作比较，判断监控范围内有无异物遮挡有，则异物遮挡计数加1，若计数大于C2，C2 =3，则报警，否则继续
步骤4 ；没有异物遮挡，则异物遮挡计数清零，继续步骤4，如图8所示；
步骤4:将温度值与初始设定的温度值做比较，若大于初始设定温度，则温度值预警计数加1，此时若计数大于A, I =3，则报预警，否则继续下一步；
若温度值小于初始设定的温度值，则与初始设定温度速率做比较，小于初始设定温度速率则进行下一步，大于则温度速率预警计数加1，判断计数是否大于温度上升速率超限设
定值I；，2； =3 是则报预警，否则进行下一步；具体流程如图所示；
步骤5 根据接收到的图像信息判断是否存在火警，若存在，则图像报警计数加1，若计
数大于巧，巧=3，则报火警，否则进行下一步；
若不存在火警，则与初始设定的图像变化速率做比较若大于初始设定速率，则图像速
率火警计数加1，此时，若计数若大于巧，.巧=3，则报预警，否则进行下一步；若小于初始设
定速率，返回，如图10所示。 通过本发明，准确可靠判断火警并给出报警信号，降低误报率，提升探测器抗干扰性能。
权利要求
1.一种具有光学完整性的图像火灾探测器，包括外壳，其特征在于还包括检测光源 I、检测光源II、光源驱动电路I、光源驱动电路II、红外热图像传感器、CCD传感器、保护镜片I、保护镜片II、温控电路I、温控电路II、图像采集及信号处理模块、电源转换电路和信号输出电路；所述信号输出电路包括485接口输出电路、4-20mA信号输出电路和继电器输出电路， 根据不同电压需求，485接口输出电路、4-20mA信号输出电路和继电器输出电路分别连接到电源转换电路的不同电压输出脚；所述检测光源I和检测光源II平行安装在外壳一侧，保护镜片I和保护镜片II安装在与检测光源I和检测光源II相对应的外壳内壁，光源驱动电路I输入端与图像采集及信号处理模块的输出引脚相连，光源驱动电路I输出端与检测光源I相连，红外热图像传感器的输入端与温控电路I输出端相连，红外热图像传感器的输出端连接图像采集及信号处理模块的输入引脚，图像采集及信号处理模块输出引脚连接温控电路I输入端，光源驱动电路II的输入端与图像采集及信号处理模块输出引脚相连；光源驱动电路II的输出端与检测光源II相连，C⑶传感器的输出端与图像采集及信号处理模块输入引脚相连，图像采集及信号处理模块的输出引脚与温控电路II的输入端相连，温控电路II的输出端与CCD传感器的输入端相连；电源转换电路与图像采集及信号处理模块的输入引脚相连，信号输出电路与图像采集及信号处理模块的输出引脚相连，信号输出电路与电源转换电路的电压输出脚连接。
2.如权利要求1所述的具有光学完整性的图像火灾探测器进行火灾探测的方法，其特征在于具体按如下步骤进行步骤1 传感器实时监测监控范围内透过保护镜片的光信号，达到设定的时间时，启动检测光源，开始采集数据，包括温度数据和图像数据；步骤2 判断传感器温度是否正常，是则继续步骤3 ；否则故障计数加1，若故障计数大于传感器窗口污染超限计数器G，报传感器故障，此时，若传感器温度高于温度高位限值昊，进行制冷；若传感器温度低于温度低位限值η,进行制热；步骤3:传感器将数据传至图像采集及信号处理模块，与初始设定图像作比较，判断监控范围内有无异物遮挡有，则异物遮挡计数加1，若计数大于图像存在异物遮挡计数器q ，则报警，否则继续步骤4 ；没有异物遮挡，则异物遮挡计数清零，继续步骤4 ；步骤4:将温度值与初始设定的温度值做比较，若大于初始设定温度，则温度值预警计数加1，此时若计数大于温度超限次数设定值 ；,则报预警，否则继续下一步；若温度值小于初始设定的温度值，则与初始设定温度速率做比较，小于初始设定温度速率则进行下一步，大于则温度速率预警计数加1，判断计数是否大于温度上升速率超限次数设定值^ 是则报预警，否则进行下一步；步骤5 根据接收到的Θ像信息判断是否存在火警，若存在，则图像报警计数加1，若计数大于图像报警次数设定值巧则报火警，否则进行下一步；若不存在火警，则与初始设定的图像变化速率做比较若大于初始设定速率，则图像速率火警计数加1，此时，若计数若大于图像变化速率超限设定值巧，则报火警，否则进行下一步；若小于初始设定速率，返回。
全文摘要
具有光学完整性的图像火灾探测器及方法，属于火灾探测技术领域，包括外壳、检测光源Ⅰ、检测光源Ⅱ、光源驱动电路Ⅰ、光源驱动电路Ⅱ、红外热图像传感器、CCD传感器、保护镜片Ⅰ、保护镜片Ⅱ、温控电路Ⅰ、温控电路Ⅱ、图像采集及信号处理电路、电源转换电路和信号输出电路；利用红外热图像传感器针对火灾发生前的温度异常信号监控，及时发现温度异常，结合红外热图像以及可见图像的采集分析，对远红外光、近红外光和可见光信号进行探测，实现光学完整性，将火灾时的可见图像数据结合火灾红外热图像中的图像数据及温度数据，进行数据处理判断，及时准确判断出火警并给出报警信号，大大降低误报率，提升探测器抗干扰性能。
文档编号G08B17/12GK102496235SQ20111044582
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者于春雨, 吴小川, 徐放, 梅志斌, 潘刚, 王勇俞, 董文辉 申请人:公安部沈阳消防研究所