一种基于微透镜阵列的图像采集装置及火灾监测系统的制作方法

本实用新型实施例涉及火灾报警器技术，尤其涉及一种基于微透镜阵列的图像采集装置及火灾监测系统。

背景技术：

发生于野外的火灾具有蔓延速度快、在发生火灾初期不易被发现等特点。EFFIS(欧洲森林火灾信息系统)指出，森林救火的效率随时间延长呈指数下降，森林火灾的黄金救援时间是初始的15分钟。因此，如何在火灾发生的初始阶段就迅速探测到刚刚出现的火点是目前亟待解决的技术问题。

目前的一部分野外火灾探测器，通过检测环境中的光波能量幅值，根据光波能量幅值探测火灾是否发生。例如，分别检测4.3微米和5.0微米波长的红外光波，通过光波能量幅值较大的4.3微米波段和幅值较小的5.0微米波段对比，来提高火焰探测器的精度，提升可靠性。还有一部分的火灾探测器通过将红外测温与图像型火灾识别技术相结合，实现火灾探测。例如，一种包括红外摄像头、彩色摄像头和红外热成像摄像头的火灾探测器，通过对温度的分析并结合图像型火灾探测器火灾识别算法，来达到区分假火的目的。其中，红外测温系统减少了图像型火灾探测系统难以识别阴燃火所导致的漏报。

上述火灾探测器受限于摄像头的视角，仅能实现小范围的火灾检测。另外，这种依赖红外波段的火灾探测系统容易受到周边环境相同波段干扰光波的影响，因而容易发生火灾误判。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种基于微透镜阵列的图像采集装置，可以拓宽监测视角、提高火点检测的灵敏度和火灾识别的准确度。本实用新型还提供一种火灾监测系统，可以监测较大范围内的监测目标，及时发现火灾并报警。

第一方面，本实用新型实施例提供一种基于微透镜阵列的图像采集装置，包括：

物镜、滤光片、微透镜模块和支架，所述支架的表面呈球面，所述物镜位于所述支架的球心所在的一侧，所述支架上设有所述微透镜模块，所述滤光片与所述微透镜模块对应连接。

进一步的，所述滤光片包括红外滤光片、紫外滤光片、可见光滤光片中的至少两种。

进一步的，所述支架上相同纬度上相邻的微透镜模块对应的滤光片不同，以及，所述支架上相同经度上相邻的微透镜模块对应的滤光片不同。

进一步的，所述支架上相同纬度上及相同经度上的微透镜模块对应的滤光片均按照红外滤光片和紫外滤光片交替的方式排布。

进一步的，所述支架上相同纬度上及相同经度上的微透镜模块对应的滤光片均按照红外滤光片和可见光滤光片交替的方式排布。

进一步的，所述支架上相同纬度上及相同经度上的微透镜模块对应的滤光片均按照紫外滤光片和可见光滤光片交替的方式排布。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种火灾监测系统，包括：若上述第一方面的基于微透镜阵列的图像采集装置、服务器和警报装置；

所述基于微透镜阵列的图像采集装置，用于采集监测目标的图像；

所述服务器，与所述图像采集装置通信连接，用于获取所述图像，根据所述图像进行火点检测，确定是否发生火灾，若是，则输出告警信号至所述警报装置；

所述警报装置与所述服务器通信连接，用于获取所述告警信号，执行火点告警操作。

本实用新型实施例提供一种基于微透镜阵列的图像采集装置，其分辨率可以达到千亿像素甚至更高的像素级别，提高火灾识别的精度，可以在火灾初始阶段探测到小的火点，从而提高火灾探测的及时性和准确率，同时，由于采用微透镜阵列，方便拓展图像采集装置的监测视角，适用于森林防火等需要大视角的野外监控场合。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的一种基于微透镜阵列的图像采集装置的爆炸图；

图2是本实用新型实施例一中的具有滤光片的微透镜模块的一种排布方式示意图；

图3是本实用新型实施例一中的具有滤光片的微透镜模块的另一种排布方式示意图；

图4是本实用新型实施例一中的具有滤光片的微透镜模块的又一种排布方式示意图；

图5是本实用新型实施例二中的一种火灾监测系统的结构示意图；

图6是碳氢化合物燃烧所产生火焰的典型光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本实用新型实施例一中的一种基于微透镜阵列的图像采集装置的爆炸图。如图所示，基于微透镜阵列的图像采集装置包括物镜111、滤光片(未在图中画出)、微透镜模块113和支架112，所述支架112的表面呈球面，所述物镜111位于所述支架112的球心所在的一侧，所述支架112上设有所述微透镜模块113，所述滤光片与所述微透镜模块113对应连接。

其中，通过物镜111可以实现大视角取景。通过微透镜模块113按照设定的排布策略排布构成的微透镜阵列，可以实现光学校正和成像，采用这种方式构造的超高清相机可以实现千亿级别(甚至更高)像素成像，可以提高火点检测时的灵敏度。同时，可以通过增加微透镜模块113及改变排布策略的方式拓宽视角。

其中，所述滤光片包括红外滤光片、紫外滤光片、可见光滤光片中的至少两种。该滤光片可以通过安装架安装在微透镜模块113的微透镜与物镜111之间。并且一个微透镜模块113对应一种类型的滤光片，构成一个独立的图像采集单元。采用设定排布策略设置不同类型的滤光片，可以构建灵活多变的多频谱图像采集系统，将这种多频谱图像采集系统应用于火灾监控，可以提高火灾识别的准确度，极大降低误报和漏报事件的概率。

可选的，所述支架上相同纬度上相邻的微透镜模块对应的滤光片不同，以及，所述支架上相同经度上相邻的微透镜模块对应的滤光片不同。通过设定的排布策略排布上述图像采集单元，可以实现在同一时刻以同样的视角对同一目标进行成像，通过不同频谱图像的对比，可以进一步降低误报漏报的概率，同时可以对疑似火点进行准确定位。示例性的，可以采用如下排布策略：

图2是本实用新型实施例一中的具有滤光片的微透镜模块的一种排布方式示意图。如图2所示，所述支架上相同纬度上及相同经度上的微透镜模块对应的滤光片均按照红外滤光片和紫外滤光片交替的方式排布。即对同一纬度上的微透镜模块进行编号。其中，奇数号微透镜模块对应的滤光片是紫外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是红外滤光片。相应的，最低纬度上的微透镜模块的编号作为经度编号的第一个号码。若该第一个号码对应的滤光片是紫外滤光片，则对于该第一个号码所在的经线上的滤光片，奇数号微透镜模块对应的滤光片是紫外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是红外滤光片。若该第一个号码对应的滤光片是红外滤光片，则对于该第一个号码所在的经线上的滤光片，奇数号微透镜模块对应的滤光片是红外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是紫外滤光片。

图3是本实用新型实施例一中的具有滤光片的微透镜模块的另一种排布方式示意图。如图3所示，所述支架上相同纬度上及相同经度上的微透镜模块对应的滤光片均按照红外滤光片和可见光滤光片交替的方式排布。即对同一纬度上的微透镜模块进行编号。其中，奇数号微透镜模块对应的滤光片是红外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是可见光滤光片。相应的，最低纬度上的微透镜模块的编号作为经度编号的第一个号码。若该第一个号码对应的滤光片是红外滤光片，则对于该第一个号码所在的经线上的滤光片，奇数号微透镜模块对应的滤光片是红外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是可见光滤光片。若该第一个号码对应的滤光片是可见光滤光片，则对于该第一个号码所在的经线上的滤光片，奇数号微透镜模块对应的滤光片是可见光滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是红外滤光片。

图4是本实用新型实施例一中的具有滤光片的微透镜模块的又一种排布方式示意图。如图4所示，所述支架上相同纬度上及相同经度上的微透镜模块对应的滤光片均按照紫外滤光片和可见光滤光片交替的方式排布。即对同一纬度上的微透镜模块进行编号。其中，奇数号微透镜模块对应的滤光片是紫外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是可见光滤光片。相应的，最低纬度上的微透镜模块的编号作为经度编号的第一个号码。若该第一个号码对应的滤光片是紫外滤光片，则对于该第一个号码所在的经线上的滤光片，奇数号微透镜模块对应的滤光片是紫外滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是可见光滤光片。若该第一个号码对应的滤光片是可见光滤光片，则对于该第一个号码所在的经线上的滤光片，奇数号微透镜模块对应的滤光片是可见光滤光片，而偶数号微透镜模块对应的滤光片是紫外滤光片。

本实施例的技术方案，提供一种基于微透镜阵列的图像采集装置，通过物镜、滤光片(未在图中画出)和微透镜模块的图像采集装置，实现分辨率可以达到千亿像素甚至更高的像素级别，提高火灾识别的精度，可以在火灾初始阶段探测到小的火点，从而提高火灾探测的及时性和准确率，同时，由于采用微透镜阵列，具有视角拓展方便的特点。并且，通过适当地排布微透镜阵列，还可以实现被监测目标的同一个区域可以同时被多个微透镜模块覆盖，通过不同频谱图像的对比，可以进一步降低误报漏报的概率，同时可以对疑似火点进行准确定位，可以大大提升火灾监测的准确率、监控范围、及时性。

实施例二

图5为本实用新型实施例二提供的一种火灾监测系统的结构示意图，本实施例可适用于森林防火等需要大视角的野外监控场合，该火灾监测系统包括：基于微透镜阵列的图像采集装置110、服务器120和警报装置130。其中，

该基于微透镜阵列的图像采集装置110，用于采集监测目标的图像。可选的，该图像采集装置为光场相机。其中，光场相机由镜头、微透镜阵列和图像传感器组成，其中微透镜阵列是多个微透镜单元所组成的二维阵列。镜头的光瞳面(UV面)和图像传感器的光敏面(XY面)关于微透镜阵列(ST)成共轭关系，也就是说，镜头经过每个微透镜单元都会投影到图像传感器上形成一个小的微透镜子图像。

可替换的，该图像采集装置还可以是上述实施例一种公开的基于微透镜阵列的图像采集装置。

由于基于微透镜阵列可以构建超高清相机，其分辨率可以达到千亿像素甚至更高的像素级别，如此高的图像分辨率，可以大大提高火灾识别的精度。由于识别精度的提高，相机对微弱信号具有更高的敏感度，可以探测到火灾初始阶段小的火点，在火灾扩散之前即可进行报警，可以大大提高火灾探测的及时性，从而将火灾消灭在初始阶段，减小火灾带来的损失。此外，对于基于微透镜阵列的超高清相机，其视角拓展比较方便，易于构建大视角的图像采集系统，因而特别适合于森林防火等需要大视角的野外监控场合。

服务器，与该图像采集装置通信连接，用于获取所述图像，根据所述图像进行火点检测，确定是否发生火灾，若是，则输出告警信号至所述警报装置。

其中，服务器包括处理器、硬盘、内存、系统总线等。该图像采集装置将拍摄的监测目标的图像通过网络发送给服务器。服务器中处理器根据该监测目标的图像确定该图像的光谱图。火点检测的方式可以是将该光谱图与碳氢化合物燃烧所产生火焰的典型光谱图进行比对(比对的内容包括静态特征和动态特征)，确定是否发生火灾。若发生火灾，则确定火点位置，并生成告警信号。还可以输出告警信号至所述警报装置。

图6是碳氢化合物燃烧所产生火焰的典型光谱图，如图6所示，碳氢化合物燃烧所产生火焰的光谱图存在如下几个特征波段：200nm附近(低于300nm)的紫外小峰值波段；400nm附近至800nm附近的可见光波段；CO₂和H₂O产生的2.8μm附近的红外峰值波段；以及，CO₂产生的4.3μm附近的红外峰值波段。

示例性的，先通过检测紫外小峰值初步判断是否发生火灾。如图6所示，在200nm附近的紫外小峰值波段虽然强度较弱，但却是最容易将火点和周边环境以及太阳光区分开来的特征。若检测到200nm附近的紫外小峰值，则初步确定监测目标失火，否则，确定监测目标未失火。然后，对可能的失火点在相对强度较高的红外波段进行成像，进一步检测红外峰值。若进一步检测到CO₂和H₂O产生的2.8μm附近的红外峰值波段，和/或，CO₂产生的4.3μm附近的红外峰值波段，则最终确定监测目标失火，否则，确定监测目标未失火，可以提高火灾识别的准确度，极大降低误报和漏报。

所述警报装置与所述服务器通信连接，用于获取所述告警信号，执行火点告警操作。

其中，警报装置可以是集成有警报灯的喇叭。可以理解的是，本实用新型中所涉及的警报装置并不限于本实施例列举的设备，还可以是其它可实现报警功能的设备。

该警报装置获取到服务器发送的告警信号时，可以播放火点位置进行火点告警。

可替代的，该火灾监测系统还包括监视屏。服务器在检测到发生火灾时，将告警信号输出至监视屏，以使监视屏显示火点位置，同时通过报警装置进行告警操作。

本实施例的技术方案，提供一种包括基于微透镜阵列的图像采集装置、服务器和警报装置的火灾监测系统，通过基于微透镜阵列的图像采集装置采集监测目标的图像，再通过服务器获取所述图像，根据所述图像进行火点检测，确定是否发生火灾，若是，则输出告警信号至所述警报装置，然后，警报装置获取所述告警信号，执行火点告警操作，解决现有的野外火灾探测器不能实现大范围的火灾检测，且容易发生火灾误判的问题，达到了提高火灾探测的及时性和准确率，扩大监控范围的效果。

经试验证明，本实用新型任意实施例提供的火灾监测系统与传统的野外火灾探测器相比，分辨率提高约100倍，监控范围从数百平米提升到数十平方公里，漏报率和误报率分别降低一个数量级以上，及时性提升了一个数量级以上。本实用新型提供的火灾监测系统不仅监测及时性能好，而且准确可靠、能够连续远程监控、覆盖范围广且方便部署，能够广泛应用于森林防火等需要大视角的野外监控场合。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。