微粒探测器，系统与方法

专利名称：微粒探测器，系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的传感器仪器和改进的检测方法。更确切地说，本发明涉及一种改进的微粒探测器和探测微粒的方法。下文将针对使用一束或多束放射型射线束，如激光束，探测位于开放空间中的微粒描述发明，然而，可以理解，本发明不仅只限于此用途。
背景技术：
整个本说明书中，使用单数形式的“发明人”，可以认为涉及本发明的一个(单数) 或所有(复数)发明人。发明人已确定下列相关技术。在一个区域内探测微粒的方法有多种，例如所述区域为房间、建筑物、封闭空间、或者开放空间。有些方法包括在区域中对空气取样，并使取样的空气通过探测器腔，以此，微粒得到探测，并且对例如在所关注区域中的大量烟雾进行评估。这样的仪器以吸入式感烟探测器为例，如申请人出售的VESDA LaserPLUS 感烟探测器。其他探测器放置于所关注区域，并利用一个传感器探测传感器附近的微粒。这类探测器的一个例子是点型探测器，其中空气经过发射器和传感器之间，便可直接探测到所关注区域的微粒。在这两种探测器中，如果微粒未进入取样点(吸入式探测器)，或者未经过电型探测器的发射器和传感器之间，微粒将不能被探测。由于许多建筑物使用从区域抽气的空气处理设备，比如空调，因而不能保证悬浮微粒不通过空气处理管道排放到区域外而被探测到。很难在室外区域或很大的室内场馆使用上述的探测微粒的方法，因为可能没有合适安装点型探测器或取样点及连接管的位置。用于探测例如烟雾的其它设备包括第3，924，252号美国专利(Duston)中公开的探测器，该探测器利用激光器和光电二级管探测从微粒散射的光。此设备使用角形反射器将光反射到发射器。Duston需要反馈电路探测光束是否被发射或阻滞。另一种类型的探测器为“束型探测器”，该束型探测器测量来自投射光源的信号强度的衰减，该投射光源由悬浮在投射光里的烟雾微粒产生。这些探测器，即束型探测器和 Duston中公开的探测器，具有相对低的敏感度，并且只能测量照射区域的总衰减。当上述探测器试图在监测区域内，例如室内房间、大型室内场馆和室外区域，利用发射线探测微粒时，上述探测器可能需要解决所面临的许多困难。其中一些困难如下。提供发射线的设备和探测发射线和/或散射线的装置的安装和调试可能是繁重的。特别是， 此类设备可能侵入被监测环境，并且可能需要复杂的连接，例如，有线或别的方式向设备提供控制、通信和电力。另外，需要许多具有专门技能的技术人员安装和/或调试设备。一旦安装和/或调试完成，此类设备可能会易受环境条件的影响引起测量误差，该环境条件组成受检测环境的一部分促成漂移、未对准等。此外，与报警条件无关的环境条件和事件可能会一般出现在被监测环境内，并且在探测微粒时，可能会造成误报警。很有必要探测大型房间、区域内的粒子，并且有关物理距离微粒可能会造成增加上述环境条件和事件对探测微粒效率影响的可能性，并且而且，有关距离与射线经过的路径长度有关，其本身需要高灵敏性和容错性的设备。例如，在没有实际火险发生时，像气载灰尘这样的干扰微粒可能出现在被检测的环境内，并且造成误报警发生。例如，烟雾微粒是由于诸如在闷火中的热分解产生的微粒， 然而有害微粒可能在无潜在火险的情况下由像机械的或生物的过程产生。光散射特性与微粒尺寸分布有关；并且存在多种烟雾和多种有害微粒，并且它们的微粒尺寸分布常常是相互重叠的。第3，901，602号(Gravatt Jr)的美国专利公开了使用光散射单元光散射的方法和仪器，用于化学法鉴别诸如浮质中找到的单微粒物质粒子或多微粒物质粒子，而不收集与化学方法分析材料。根据Gravatt，在单微粒分析的情况下，平面偏振光撞击到微粒上， 并且测量散射到在指定角范围中的偏振面上的光强度。该强度与微粒吸收系数和微粒尺寸有关。多微粒分析时，同样测量散射到与偏振面正交的平面上的光强度以确定物质的微粒总量。此信息可用于标准化第一散射光束的强度测量。Gravatt提出的感烟探测器作为体现多微粒分析技术的仪器，由此，可以被探测火焰产生的浮质，而不受火焰产生的相似密度的浮质的干扰。包括本说明书讨论的任何文件、装置、条款和知识来解释本发明的内容。本说明书不承认本资料中的任何材料构成在此说明书和权利要求书优先权日的或之前的澳大利亚或任何其它地方的相关领域内现有技术基础或公知知识的一部分。

发明内容
本发明的目的在于，提供减轻现有技术领域中的至少一种缺陷的方法和仪器。本发明在一个方面提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中发射和探测的步骤包括根据发射束的能量水平的间接比例关系确定射线束开启周期(ON period)和图像捕获设备曝光期。另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中方法还包括以下步骤减轻所探测图像中的一个或多个变化以及变化的原因，所述变化
对应于除了所关注的粒子存在之外的事件。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域中图像的变化，所述图像的变化标示微粒存在，其中方法还包括以下步骤
用探测仪探测仪探查发射束用以调试探测步骤。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域中图像的变化，所述图像的变化标示微粒存在，其中方法还包括以下步骤将射线束分为多个片段；确定每一射线片段图像变化；为控制点提供被确定的每一片段图像的变化，以模拟多个点型微粒探测器在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中方法还包括以下步骤确定被监测区域内空间中预定的图解点(geometric point)的位置。在另一方面，本发明提供使光源与图像捕获设备同步的方法，包括允许所述源以预定频率开关振荡；识别由图像捕获设备捕获的一个或多个视频图像中的源，以及；不断修正图像捕获设备的帧频率，以保持同步。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射第一射线束，以及；用第一图像捕获装置探测区域的图像的变化，所述图像的变化标示微粒存在，并且其中图像中的变化对应于反向散射射线。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射第一射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中方法还包括提供临近第一射线束的至少一个附加射线束，用以探测进入射线束的逼近侵扰 (imminent intrusion)0在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化，其中至少一个射线束和探测图像变化的设备适于传递数据。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；补偿被探测图像的畸变。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像中的变化；对被探测的图像应用权重函数，有选择地解析图像部分。
在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射多束射线；探测标示微粒存在的区域的图像变化；
调节所述射线束顺序运作。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像中的变化；调节射线源和探测图像的设备中至少之一以受控方式被定位。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；其中，图像由位于至少两个位置的图像探测器探测。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；监控(supervise)射线束。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；遮掩被探测束的中心部分，以增强图像变化的探测。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；检查适用于捕获被监测区域中图像的图像捕获设备的运行。在另一方面，本发明提供探测微粒的方法，包括向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；评估被探测图像，以补偿被探测的图像的变化带来的干涉。在另一方面，本发明提供适用于探测微粒的仪器，所述仪器包括适用于按预定的指令系统运行的处理器设备，所述仪器，与所述预定的指令系统一起，适用于执行在此公开的一个或多个的方法。其他方面，本发明的优选的特点和优势在说明书中公开，并/或在附加的权利要求书中被定义，构成本发明说明的一部分。从下文给出的详细说明本发明的进一步应用范围将变得更加明显。然而应该明白，尽管表示本发明优选实施例，但仅通过示例性给出详细说明和具体实施例，因为根据该详细说明，多种变化和修改在本发明实质和范围之内对本领域技术人员来说将更加明显。


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结合附图参考一下优选实施例的说明，本领域技术人员可更好地理解本发明的进一步的公开、改进、优势、特征和方面，其通过示例性给出，而因此不限制本发明的范围，其中图1示出了探测器系统的实施例的侧视图示；图2示出了图1中的探测器系统的图像捕获设备和发射器位置的实施例的俯视图；图3示出了根据优选实施例的被图2中的图像捕获设备捕获的图像的立体图；图4示出了根据优选实施例的图1中的探测器系统的信号处理的系统概括工作流 fe ；图5示出了由图1实施例中的图像捕获设备捕获的数据分割的图形描述；图6示出了由图1实施例中的图像捕获设备捕获的数据结合的图形描述；图7a_c示出了根据优选实施例的说明被图1中的探测系统执行的背景消除的图像；图8示出了在软件实施例中用于计算像素半径的方法的图形描述，该软件结合图 1的探测器系统的操作使用；图9是根据本发明的探测器系统的另一实施例的俯视图；图10是根据本发明的探测器系统的另一实施例的俯视图；图lla-c是根据本发明的探测器系统的其它实施例的俯视图；图12示出了图1中的探测器系统的一部分的图示；图13示出了图1中的探测器系统的图像捕获设备捕获的图像数据的图示；图14是根据本发明的探测器系统的另一实施例的俯视图；图15是根据本发明的探测器系统的另一实施例的俯视图；图16是根据本发明的探测器系统的另一实施例的俯视图；图17是根据本发明的探测器系统的另一实施例的透视图；图18是根据本发明的探测器系统的另一实施例的俯视图；图19是根据本发明的探测器系统的另一实施例的方块系统图；图20是根据本发明的另一优选实施例的光路装置的图示；图21是根据本发明的另一优选实施例的光路装置的图示；图22是根据本发明的另一优选实施例的光路装置的图示；图23是根据本发明的另一优选实施例的光路装置的图示；图M示出了根据多激光器操作的包括时间图指示信号的本发明的另一实施例的俯视图；图25是本发明的另一实施例的立体图；图沈是本发明的另一实施例的立体图；图27是本发明的另一实施例的立体图；图观是根据图27中本发明的实施例拍摄的像图；图四是根据图27中本发明的实施例拍摄的另一像图；图30是本发明的另一实施例的侧景透视图；图31是根据图30中本发明的实施例拍摄的像图；0123]图32是根据图30中本发明的实施例拍摄的另一像图；0124]图33是本发明的另一实施例的侧视立体图；0125]图34是根据图33中本发明的实施例拍摄的像图；0126]图35是本发明的另一实施例的侧视立体图；0127]图36是本发明的另一实施例的侧视立体图；0128]图37是根据图36中本发明的实施例拍摄的像图；0129]图38根据本发明的另一实施例示出了光学元件；0130]图39根据本发明的另一实施例示出了光学元件；0131]图40是本发明的另一实施例的束监督装置；0132]图41是本发明的另一实施例的侧视立体图；0133]图42是本发明的另一实施例的侧视立体图；0134]图43和图44根据本发明的实施例示出了使用的束的图像和束轮廓(prof i 1 e)0135]图45根据本发明的另一实施例示出了遮蔽结构；0136]图46根据本发明的另一实施例示出了遮蔽结构；0137]图47和图48根据本发明的各个实施例示出了照明器设备；0138]图49和图50示出了本发明的各个另外的实施例的侧视立体图；0139]图51和图52示出了根据本发明的另外的实施例拍摄的像；0140]图53、图M和图55根据本发明的另外的实施例示出了使用的束的区域的图像0141]图56是根据本发明的另一实施例拍摄的像；0142]图57和图58根据本发明的各个另外的实施例示出了光源装置。
具体实施例方式在本发明的优选实施例中，提供探测微粒的方法和仪器，包括向被监视区域发射射线束和探测标示微粒存在的区域的图像变化。更独特的，本发明的实施例提供微粒位置的指示。本质上，本发明的实施例提供微粒微粒探测系统，该系统提供被探测粒子的可寻址能力，即，可直接探测他们的位置而不用对被监视环境取样，或者不必在微粒探测环境中的有利位置放置探测器。射线束可包括从一个或者多个光源发射的一个或者多个光束，并且被监控区域或者地带的图像的变化可被一个或者多个像摄像机一样的图像捕获设备探测。在本发明的另一优选实施例中，提供计算机程序产品，其包括计算机可用介质，具有微粒包含在所述介质中的计算机可读程序代码和计算机可读系统代码，用于探测数据处理系统中的微粒，所述计算机程序产品包括所述计算机可用介质中的计算机可读代码，其用于执行在此公开的方法步骤。在特殊方式中，本发明提供探测微粒的方法，其包括向被监视区域发射射线束和探测标示微粒存在的区域的图像变化，其中，该方法还包括调整射线束的步骤。包含优选实施例的方法和特点的另外步骤可包括识别图像中的关注范围，显示被监视区域的相应地带。地带内散射射线可以相应图象的一个或多个片段显示，使得在区域中微粒的位置被识别。微粒的位置可根据发射线的源的位置、发射线的方向和图像探测的点之间的几何关系确定，其中几何关系由图像确定。探测到的变化可能是散射线强度的增量。散射线强度的增量可能参照域值估计。散射线强度的增量可通过图像的平均累计强度值计算。方法可包括为区域中不同空间位置分配不同的阈值。方法可包括沿路径引导射线并且在图像中识别目标，目标表示射线入射在区域中的物体表面上的位置。图像中目标的位置可被监控，并且射线的发射可响应目标的位置的变化而停止。方法可进一步包括识别图像中发射器的位置。此外，方法可包括基于被识别的发射器位置的射线强度确定发射器的运行状况。图像可能作为帧处理，帧分成节，表示被监视区域中的空间位置。同样，方法可包括监视与图像节相关的强度水平，并且为区域内对应相关节的不同空间位置分配不同的阈值。在另一实施方式中，本发明可提供监视区域的仪器，其包括将包括至少一个预定特性的射线束导入区域中的发射器；获取区域的至少一个图像的图像捕获设备；以及处理器，用于解析至少一个图像以探测图像之间的至少一个特性的存在或变化， 标示区域内微粒的存在。处理器可适合根据发射器的位置、定向的射线束和图像捕获设备之间的几何关系确定微粒的位置，其中，几何关系由解析的图像所确定。仪器可包括多个发射器，设置为引导射线沿不同的各自束路径。仪器进一步可包括一个或者多个的滤光器以使图像捕获设备适于优先从发射器，而不是从其它源捕获射线。滤光器可能是一个或者多个或者是以下的
结合时间滤光器空间滤光器带通滤光器偏振光滤光器图像捕获设备优选包括衰减器。衰减器可包括可变光圈设备。捕获可使用多个图像捕获设备。优选地，图像捕获设备包括照像机。同样优选的是发射器包括激光器。在另一优选实施方式中，本发明提供探测微粒的方法，其包括以下步骤确定射线束的路径，包括放置第一图像捕获装置观察射线源和至少一部分射线束的路径；向处理器传递源的位置；放置第二图像捕获装置观察射线束的撞击点；向处理器传递撞击点的有关位置信息；根据源的位置和撞击点的位置信息之间的几何关系确定束的路径。在另一优选实施方式中，本发明提供探测微粒的方法，其包括以下步骤确定包含射线束的路径的关注区域，包括定位第一点，于束源的位置，使用图像捕获设备；用图像捕获设备的视场定位第二点与射线束相交，根据第一和第二点确定束径；计算含有所确定束径的重要区域。定位第二点的步骤可用至少一个全部或部分透明的探测仪实现，并且一旦定位，该探测仪优选从束径移开。在另一优选实施方式中，本发明提供确定所关注区域中至少一个或者多个子区域中的微粒或者，尤其烟雾微粒的水平的方法，其包括引导区域中的射线束，用图像捕获设备选择至少一部分束径的景象(view)，确定相对于图像捕获设备的射线源的位置，确定相对于图像捕获设备的束的方向，将射线束分成片段，确定片段和图像捕获设备之间的几何关系，调整由每一片段的图像捕获设备接收的光线水平，以便于考虑到几何关系。片段包括至少一个像素，并且微粒片段优选分组形成为粒子探测的子区域。在优选实施方式中，本发明提供适合探测微粒的仪器，所述仪器包括适合根据预定指令系统操作的处理器设备，所述仪器，与所述指令系统一起，适合执行在此公开的方法步骤。在本发明的实施例中，提供计算机程序产品，其包括计算机可用介质，具有微粒包含在所述介质中的计算机可读程序代码和计算机可读系统代码，用于在数据处理系统中探测粒子，所述计算机程序产品包括所述计算机可用介质中计算机可读代码，用于执行在此公开的方法步骤。在图1中，示出了微粒探测器10的实施例。探测器10置于将被监视的区域12中。 区域可为房间、体育场、走廊，或者其它范围。区域不必是封闭的或者室内的。图像捕获设备14观察区域12的至少一部分，其包括含有来自发射器16的电磁射线的部分。图像捕获设备14可为摄像机或者一个或多个形成方向性敏感的电磁接收器的设备，例如，该接收器如光敏二极管或者CCD —样。在优选实施例中，图像捕获设备14为摄像机。在本实施例中，摄像机14使用全帧捕获来捕获图像，沿通信链路18向处理器20发送模拟视频信息。使用全帧捕获不是必需的。然而，为了在获取图像上技术简约、性能，以及使安装限制最小化，优选使用全帧捕获。正如本领域技术人员所理解的，可使用像行传输摄像机(line transfer cameras) 一样的其他图像捕获设备14，并且可使用补偿无法从行传输摄像机得到的全帧捕获的功效的方法。另一个通信链路22提供发射器16和处理器20 之间的连接。处理器20控制发射器16的输出，和/或通过通信链路22接收关于发射器16 输出的信息。可选地，发射器16的状态可被摄像机14感知，或者如以下公开的一样自动被确定从而避免需要通信链路22。在优选实施例中，发射器16是产生可见的、红外的或者其他适合的射线的激光器。激光器16可结合透镜21和像视场限流器(restriCtor)23 —样的空间滤光器。当光束穿越均勻介质时，不存在散射，但当出现不规则介质时，束散射。因此，像烟雾颗粒一样的微粒存在时，会使激光束散射。此外，根据优选实施例，激光器16可以给定序列被调整，例如“激光开”、激光“关”。当没有烟雾存在时，包括激光束的被捕获的图像中的像素强度相同而与激光器状态无关。当烟雾存在时，激光器16开时捕获的图像的强度(因为散射)，对比激光器16关闭时的强度，存在不同。如图1所示，选择性滤波光器具有偏振滤光器M和带通滤光器沈的形式。偏振滤光器M适合允许由发射器16发射的电磁射线穿越，而防止一些背景光线进入摄像机14。 有用的是，如果发射器16是发射偏振光的激光器，那么偏振滤光镜M可与激光束的偏振角对准以允许激光的最大传输量，而消除一些典型地来自随机的或者非偏振光源的背景光线。需要注意的是，对于实现这一点，光源不需要是激光。第二个滤光器沈为带通滤光器， 其试图仅允许预定频率范围内(即，来自发射器16的电磁射线的频率)的光线。例如，干涉滤光器或者彩色凝胶滤光板(coloured gel)可作为带通滤光器沈被使用。通过使用带通滤光器(例如，基本仅允许大约640纳米的光，如果使用那个频率的红色激光)，相当大数量的背景光线将被消除，增加区域12内悬浮在空气中的微粒所散射的光线的相对强度。其他滤光方法包括如下所述的激光器的调节和关于系统部件的位置信息的使用。图像捕获设备可使用衰减器以控制接收的射线。可使用可控的中灰密度滤光器装置。可选地，衰减器可为用可变光圈控制强度的形式。可选择，可调整的虹膜2 可用于控制曝光水平。其可在安装时手控设置，或者系统可根据入射光水平自动设置曝光量。其原因在于为了至少在用于随后处理中的部分视场中，最小化或者消除摄像机色饱和。虹膜Ma 可能是机械虹膜或者LCD虹膜或者任意其他减少进入摄像机的光量的设备。一些电子摄像机合并电子快门，并且在这种情况下，可用快门时间代替虹膜2 控制曝光量。同样示出了空间滤光器Mb，其可例如包括狭缝以有效遮掩射向摄像机14的入射光。例如，狭缝可遮掩射向摄像机14的入射接收光，以当其投射到摄像机14镜头的平面中时，通常与激光束的形状一致。项目沈、2如、2413和对可以种种的次序或者组合物理定位。在使用中，诸如来自发射器16的红色激光的电磁射线穿越区域12并且撞击壁或者吸收器28。摄像机14的视场包括激光的至少部分光路，并且可选择地，在区域12内的壁上或者其他永久性结构的物体上的撞击点，此时，撞击的是吸收器观。区域内空气中与激光相交的微粒，此时以微粒云30为代表，将导致激光散射。从微粒散射的一些光将指向摄像机14的传感器，并且被探测到。如图1所示的实施例中，摄像机14向处理器20的视频捕获卡32输出模拟信息。 视频捕获卡32将模拟信息转换为数字信息，其后进一步由计算机34处理。该处理由运行在计算机；34中的软件36承担。在优选实施例中，为了解释所捕获的图像，即将图像平面对应于或者映射到激光束上的相应位置捕获，执行处理。一旦得到系统的部件的预定的地点或者位置信息，这就可通过相关简单的几何和三角法实现。在其他实施例中，有可能使用摄像机14捕获数据并且将其数字化传输至处理器 20，而无需视频捕获卡32。此外，摄像机14、滤光器对、26、处理器20以及光源16可被整合至一个单独的单元。同样，可使用嵌入式系统以提供至少处理器20的功能。在此实施例中，可使用许多的摄像机14配置，提供的数据形式的图像信息可被提供给处理器20。在图1所示实施例中，激光调制器38用以改变发射器16的功率。功率水平可被改变以适应发光条件，达到人眼安全要求并且提供开/关调制。在优选实施例中，克服环境光的高功率激光可用于短脉冲，以满足人眼安全要求。尤其，通过联合更高功率脉冲激光和摄像机相应缩短的快门时间可减少环境光的影响。例如，假定给出ImW的激光功率和40msec 开40msec关的普通激光脉冲速率，以及F5. 6的焦距比数和每40msec —帧的摄像机曝光时间足够给出所需的室内敏感度。困难在于亮度N倍于室内亮度的明亮阳光要求摄像机缩小光圈以避免降低敏感度的色饱和。在一实施方式中，本发明提供一实施例，其中使摄像机曝光时间减少因数N以及使激光开时间减少相同的因数N，同时使激光功率增加相同的因数 N。激光仍可在所述12. 5Hz的相同频率上脉动，因此平均激光功率相同。摄像机帧速也可仍为25帧/秒。同样地，光束在大约50Hz上脉动并且帧速可能变为100帧/秒。结果是， 减少摄像机的曝光时间可使光圈保持为室内设置，而使阳光环境光的强度变回与室内亮光相同的水平。减少摄像机的曝光时间时，较强的激光功率意味着微粒探测灵敏性与在室内的一样。关于眼睛安全标准，问题仍是较强脉冲功率的激光是否可接受。作为对该问题的回答，本发明可优选的方面是，提供的原光束可有益地被脉冲调制为开，与摄像机快门开放周期同步，其持续时间短于摄像机帧持续时间。这就有利于使用较高输出功率的光，以及增大的摄像机光圈，同时避免因强环境光的摄像机色饱和。这就允许系统在强环境光条件下令人满意地工作，同时保持符合世界各地发布的眼睛安全标准。这些眼睛安全标准规定了可以某种方式用于居民开放区的激光功率，即允许峰值激光功率在减少的占空比增强。举例说明，工业标准允许以40ms的开启时间(ON period)运行在12. 5Hz(只是摄像机帧速标准25Hz的一半)的二级可见激光达到峰值输出功率1. ISmff0在一实施方式中，同一激光在减少的开启时间0. Ims运行，而以2. ^mW工作。在这种条件下，可对增强的环境光以大于四倍的容差维持系统的灵敏性。同样，可以设想，开启时间可延长到100ms，或实际上，以很低的峰值输出功率持续大约几秒钟，有选择地，以相对较短的开启时间持续最大激光功率可达500mW。可选形式，光束开启时间可长于或等于摄像机曝光时间。如图1所示，摄像机14可每秒捕获30帧，发射器16循环一帧开而下一帧关。区域内的光量被每一帧感知，并且激光开时所接收的光总量减去激光关时区域内的光总量。总量可以超过几帧。激光器开时所收到的光总量与激光器关时所收到的光之间的差被认为是区域内发散量的计量。为了用作警报，设定阈差，而且如果超过该差，警报即被激活。以这种方式，探测器10可作为微粒探测器。由于测量来自微粒的散射光被认为是确定区域内是否存在烟雾的方法，探测器10可被用作感烟探测器。在显示报警或预警状态之前，探测器10可以设定为等待直到在预先设定的时间内被测散射光超过设定阈值。探测器10确定报警或预警状态的方式与腔室中使用激光的吸入式感烟探测器使用的方法相似，如Vision Fire & kcurity Pty责任有限公司销售的 VESDA LaserPLUS 感烟探测器。图2显示图1实施例的顶视图。摄像机14具有视场θ，此时其基本上覆盖所有区域12，它可以是建筑内的一个房间。发射器16的光通常指向摄像机14，但并不直接对着镜头。因此，在摄像机14和发射器16，以及激光束方向之间有假象线对着的角。该角可以如图2中角Z所示的在水平面上，以及/或者如图1中角X所示在垂直平面上。激光束不直接撞击摄像机镜头。然而，激光束路径将如图3所示在摄像机14视场内。物理系统变化在一些环境下，需要在系统中使用许多发射器。这可能将符合规则，提供支持，或者与单个发射器所覆盖的范围相比有助于覆盖更大的范围。如果大范围的覆盖是必需的，有可能使用许多的发射器以便在区域内的许多不同位置可探测到烟雾。图9示出了一种配置，由此摄像机50置于像房间52 —样的区域中。 如果探测需要穿越大范围，多重激光器M和阳可散布在房间的四周以提供覆盖。图9示出了发射器分为两组，组M中的发射器瞄准点56，而发射器55瞄准点57。摄像机50可能看得见点56和57，或者也有可能看不见点56和57。摄像机50可能通过光学装置将点56 和57的像投射到摄像机50的视场中进而看得见点56和57，例如，置于摄像机50之前的后视镜(图9中未示)。同样棱镜或者一些其他光学系统可达到此效果。此外，发射器M 和55可以都同时开，也可以是循环的，所以如果摄像机50可以探测到射线到达的点，那么摄像机探测的射线可用以检验发射器运行且不阻塞。，如果发射器被顺序或者以任何非线性相关的式样序列转换开和关，有可能单独发射器探测，所以使用计时信息，有可能探测到在任意时间哪个发射器是开的。此外，了解哪个发射器在发射将允许探测器定位有待保护的范围内的子区域，并且确定任意所探测的微粒位于关于子区域的何处。由微粒散射的束可被有效确定。发射器M和55不需要全部都与目标56和57相交，并且可沿许多目标分布，或者越过彼此到其他目标上。图10中示出了可供选择的方法，激光器58和59远离摄像机60瞄准，摄像机60 能探测撞击点61和62处的壁的激光的光线。如果这些点中任一点消失，那么探测器系统知道不是激光器有故障，就是某些东西阻塞了激光的光路。如果激光被阻塞，通常阻塞激光的物体将同样反射光线，并且因此激光光斑将从已知目标范围即初始点61或62偏移，。摄像机能探测光斑的偏移，并且可发出警报或者关闭激光器。这一点可能是重要的，特别是如果激光器没有考虑人眼安全。另一种可以探测故障的方法是当诸如蜘蛛网一类的假象物体与光束相交时，引起发射线散射。通常当蜘蛛从天花板下到地板时留下蜘蛛丝飘摇不定，这就是一个有干扰物的例子，尽管在正常光线条件下，人肉眼几乎看不见，然而这些干扰物可容易地被本发明的系统探测到，并且容易产生等效于要求报警响应的微粒密度的信号。其它可悬浮在光束里的干扰物质包括常用于从天花板悬挂标记和警示的尼龙线，诸如在销售或圣诞节装饰之类的装饰应用中。如果标记或装饰本身悬挂在光束的高度，这就必然造成要确认和报告警报或故障，但是仅仅因为支撑线而无需报告警报。任何从像蜘蛛网或其他类似物质上散射回的信号可能会比像烟雾这样所关注的微粒有更明显的空间变迁。同样注意到诸如蜘蛛网之类的细小物体对偏振旋转敏感。在工作时，有可能小量固体物体进入激光束并有效地被固定于其中，造成大量光散射并被误判为由烟雾引起的，因而造成误报警。有几个方法可以解决这个问题在一个实施例中，可以使激光束的直径较大，以使细纤维只与小部分光束横截面相交，因此只产生小信号，低于警报阈。如果所述小信号一段时间保持不变(如持续两小时或更长时间)，那么，上述信号可以从由上述位置获得的读数中减去，以维持长期校准精度。在另一个实施例中，发射光束的偶然运动，例如横向平移发射器，可消除这种散射射线的误探测。发射光束或光束群可以沿与光束传播方向垂直的各个方向平移。特别地， 激光束可即刻捕获摇动，以给出在干扰信号位置的横向位移，如50毫米。如果散射由烟雾造成，那么当光束移动时，上述信号变化将很小。如果摇摆的细线之类物体导致信号，那么该信号变化将很强。图10示出第二摄像机63可以连接到系统上，提供附加视野(view)。与使用一个摄像机相比，使用两个摄像机可提供更精确的定位烟雾范围的方法。同样，额外视野为同一颗粒物质的不同散射角度微粒提供散射信息。该数据可以用于区别具有不同微粒大小分布或散射特性的物质。进而这可用于减小系统对会造成误报警的干扰微粒的灵敏度，例如尘埃之类。利用一个或多个发射器，散射角度变化；发射线的波长；偏振旋转；被观察的散射的偏振面以及改变发射和探测计时，都提供辨别不同类型微粒的方法。如果大微粒(常与尘埃有关)比较小微粒(一般由烟雾引起)更正向散射，便能够确定微粒的类型。如果对于发射线路径的特殊片段来说正向散射比横向散射显著多，则可以理解为上述特殊片段的微粒密度由大微粒部分构成。将其与其他部分或时间比较可以是有用的，以便确定造成微粒出现在第一个位置的事件的特点。在特定的实施例中，通过使用散射角可实现排除尘埃。在这方面，两个摄像机使用一激光束，一个在非常小的角度(如 1度)，另一个在大角度(如30度)。第一个摄像机对大微粒(尘埃)具有较大的灵敏性。 其读数的一部分可以从另一个摄像机中减去以减小对尘埃的灵敏度。如果分析由空中微粒散射的光的特性，并与烟雾类型和干扰微粒范围中的已知散射特性比较，可有效降低误报警的发生频率。本发明提供确定这些特性的方法，包括在变化角度对散射光信号强度的测量、偏振面和波长。图Ila中摄像机64查看横跨房间的两个激光器65和66。图lib使用一个反射到摄像机67的激光器，提供更好的房间覆盖，并捕获正向和反向散射光。在本实施例中，处理器10包括可运行Pentium4芯片和Windows2000操作系统的个人计算机。本实施例的一方面是信号处理，参照图4下面详细讨论，图4是数据流程图，其布局可以被本领域技术人员所理解。为了容易参考，使用探测器10的软件，通常称为软件，控制本实施例中的信号处理。参照图4应注意，数据流线表示图像数据流O维数组数据)，数组数据流程(1维数组数据)以及在不同处理阶段的简单数字或结构数据流。因此，上述处理功能可以处理更密集的图像数据，或者随意地，例如不太密集的数字数据。正如本领域技术人员所理解的，工程效率可以通过选择部件和在不同阶段执行处理功能的软件实体来实现。激光器状态确定在图4的步骤401中，执行激光器状态的确定。为了确定特定帧的激光的状态，此实施例中的软件依靠在摄像机的视场中有激光源。所关注的小区域被分派包括激光源射线。区域的中心被设置为激光源光斑的初始位置。计算区域内的平均像素值。然后与阈值比较以判定图像是否记录激光器的开或关。阈值是平均传输的峰值探测器和谷值探测器的输出的平均值。在新的峰或谷还未形成的情况下，每一个探测器执行指数式衰减至当前平均值。时间常数根据帧设置，优选的值约为10。此技术证明是相当强劲的。可选择的方法是寻找一个或者多个超出固定阈长方形中的平均值的像素。在执行中，其中激光器开/关转换较紧密地耦合至帧采集，可以不需要这一功能。 然而，其仍可适合仔细的检查激光源不模糊并且具有恰当的强度。激光器位置在图4的步骤401中，重心算法估算监控范围内的激光源像素坐标。由于安装架和/或建筑经时间而移动，此位置信息在每个“激光开”图像可随意更新，以虑及或者激光源或者摄像机位置漂移。影响稳定性的因素包括建筑物墙壁的移动，安装点刚性等。更精确地，可从图像中减去上一步骤(激光状态确定)确定的阈值，反向图像减为零(negatives are clipped to zero) 0用于状态确定的相同矩形的中心则得到激光光斑的(x，y)坐标。在本算法中，像素值被当作重力。可供选择的技术是将上述描述的范围当作图像，并计算大量(大约50)已知“发射器关状态”图像的平均值，然后从已知的由发射机开捕获的最新图像中减去平均值。前述重心算法可用于图像数据而估算光斑位置。计算所关注的区域和背景取消(lDackground cancellation)在图4的步骤403中，计算所关注的区域。在图4的步骤404中，执行背景取消。 当背景取消时，可以结合使用插值法和帧相减以减少来自图像的时间(temporally)干扰变量以及不变信息。如图5所示，图像被分割成三个关注区域。背景被分割成背景区域 101和103，以及综合区域(integration region) 102。这些区域周期性更新以反映任何所探测到的激光源位置处的变化。关注区域的形状的选择反映散射线的图像的精确位置上的不确定性。在图5中，摄像机无法看见发射线撞击墙壁(发生在图5的左手端之外)的点，并且因此发射线的确切光路是未知的。这样导致关注区域102随着与发射器的距离增大而扩张。人工确定发射线的路径的方法是，通过暂时阻碍射线并检测其位置，然后人工把数据输入到处理器中来测试发射线的位置，。可选地，一个或多个基本透明的探测仪(probe) 可插入束中，其中探测仪可以是如板的物体形式。进入和退出板时将出现某些散射，提供一个或多个图像参照点，从中可以计算所需要的综合范围和背景范围。在应用中，探测器可以用于探测例如干净房间里或有害的环境里的微粒，这种封闭环境的窗户可用作基本透明的板，因此，不需要侵入所述环境安装探测系统部件，就可以确定光束的路径。一般地，用于调试探测器的一个或多个探测仪利用半透明的光线散射体向系统显示沿光束一个或多个点处的激光束的路径。正如所述，这样验证光束经过所计划的路径，并且正确绘制沿光束的位置。同样有用的是，证明系统正确响应，而不用在范围内产生烟雾， 这通常是非常不希望的。在应用中，可以使用杆(伸缩的或多部分的)从地面进入光束的位置。适宜地把一张半透明材料(最好是硬的)固定在这样的杆上。比如，为了截取光束并确认系统识别出正确的截取位置的目的，支撑在线结构(wire frame)上的例如一张A4 或信纸大小的空白纸即可。在优选实施例中，更复杂有效的方法是使用具有光散射特性的材料，其光散射特性大约与已知密度的烟雾散射特性相似。比如，载有氧化铝微粒的薄片玻璃可用来散射大约的入射光，这还允许在那一点上，并且可以推论在光束的所有点上测量探测器的有效灵敏度。由于保持方向已不是问题，那么还可使用三维物体代替平面板，而且在某些情况下可以是优选。比如，为玻璃灯泡或具有适当的壁色和厚度的充气气球。后者甚至可以充氦气并从下面在细绳上进入光束。其中激光束穿过不能轻易从地面进入的空间(如体育馆，或建筑物前庭，其中一些50米而远高于地面)。把散射介质放置到光束中的其他方法也是需要的。比如，可以使用无线电控制的小飞行装置，首选的是适于室内使用的可充电的电子直升机。这种装置不必在光束中静止很长时间(比如大于50mSecS)，只要在激光开启时至少穿过光束一次。合适的直升机实例是由中国汕头市Toy Yard工业公司生产Sky Hawk R/C小型直升机模型ΗΡ40!34。狭窄综合范围的用途是要减少来自不产生散射信号的像素的噪音影响，并使得背景区域更接近综合范围，这样可以更好地估算用于修正激光关图像(laser offimages)上的激光亮度水平的修正因子。综合区域102包括发射线路径，同时，在背景取消时，可使用背景区域101和103 各边的范围。通常，区域是三角形，即离激光源越远越宽。这是必要的，因为当已知射线光斑的位置，而路径的精确角度未知时，如果摄像机看不到射线终端，路径另一端就需要较大的容差。因较多的像素，综合区域较大的部分会有更多的干扰，幸运地，每个像素代表较短的路径长度，因此，每单位长度采样数越大，平均值越大。如果摄像机能够见到射线终点，位置的不确定性就会较小，关注区域不需要像图5所示那样分开。可选择两个背景区域101和10用于亮度补偿因子的插值，以修正激光关图像中射线路径的任一侧的背景照明的时间变化(temporal variations)。例如，由于在射线路径的任一侧两个不同且时间独立变化的光源，照明变化。通过沿射线路径长度把三个范围101， 102，103细分为各部分，并对各子部分进行计算，这个原理可以延伸用于沿路径而不仅仅只是路径任一侧的变化。背景取消算法对η个“开帧(on frames)，，和m个“闭帧(off frames) ”求和，这
23些帧的序列是任意的。从“发射器开(哪丨计皿)”帧中减去“发射器关(哪丨计0打广， 帧之前，以因子？按比例调节“发射器关”巾贞以补偿图像照明水平变化。这对人工照明有用， 其强度变化迅速。合成图像包括II个“发射器开”和砠个“发射器关”图像之间的任何差异。 这一点在图6中图形示出。
〔0206〕 使用激光开和激光关帧之间的背景变化比，通过插值法确定比例因子？。 \
败07] ^0
〔0208〕 其中，9为如下标所示的或者激光开帧或者激光关帧的指定背景区域内的像素强 度的平均值。
〔0209〕 如果处理器运行不够快以跟上全帧速率，就需要一种方案(叱！^腕)以允许处理 随机选择的帧。由于II个激光开帧和砠个激光关帧用于背景取消，并等待累计帧的数量，可 放弃任何多余的激光开帧和激光关帧。
〔0210〕 有选择地，可以利用锁步同步技术，以便将关于所捕获到的图像的激光状态的信 息输入计算机。在任何情况下，该技术应用需要一个开帧和一个关帧的最小量。 〔0211〕 对上述取消方案的替换是只减去激光开和激光关帧。用在减去前和丨或后进行求 和、求平均值或者滤波，可对许多开帧和关帧求和、或者求平均值、或者低通滤波。 〔0212〕 背景取消的结果是图像主要由发射器的散射光、一些剩余的背景光和噪音构成。 〔0213〕 中贞综合(卩 1^1116土010
〔0214〕 在图4的步骤405进行帧综合。一些取消背景的帧可求和，求平均值或者低通滤
波，以获得噪音减小的散射光图像。通过对一些帧求平均值，可减少与激光开丨关转换无关
的干扰，而保留需要的(有关的)散射信息。典型地，用于背景(！取消和帧综合步骤的帧总
量大约为100〈即大约3秒的视频〉。更长时间的综合或更低滤波截止频率可以产生对噪音
率有改善的信号，并在损失响应时间的情况下允许更强的灵敏性系统。
〔0215〕 参照图78至7(3，图像顺序显示，探测散射光时，背景取消和综合的效果。图
像强度调整为使人眼有更好的可见度。整个光束的微粒遮蔽水平，用由申请人销售的
犯卯^气狀吐？⑶31”探测器测出大约为化15^每米。图仏显示原始视频，图几加亮综合区
域，7。为背景消除和综合后，烟雾中的散射光。
〔0216〕 才目X寸于半@的散射计算(^(；&七！^!"、& 1-8(11118 001111)111:81:1010
〔0217〕 在图4的步骤406中，进行计算作为发射器半径的函数的散射。使用这种方法，可
以修正因系统几何结构和散射而引起的沿光束的强度的变化。计算数据数组包括作为半径
的函数的综合区域的散射光水平，比如，测量从激光光源中捕获的图像的像素。半径弧覆盖
综合内的许多像素，在给定半径距离内各像素的强度一起相加。图8是综合区域如何被以
发射器为中心的弧分割图形描述。在图8中，三角形80表示预期的综合范围，弧代表相对激
光光源不同的半径。位于每对弧之间的综合范围的每一部分使像素相加，其和被输入到散
射光数据数组中。对于两弧之间不清晰的像素，对所算得的与这类像素对应的半径舍入或
舍位，可用于解决模糊。这类像素的贡献(⑶II廿让肚丨皿)可以按相邻范围的总数被分配，
而不是被堆积在一个或另一个中。
〔0218〕 计算几^可结构((^！！^！！！一径一。!!^!!^)
在图4的步骤408中，确定系统要素/组件的几何结构。如前所描述的每一个像素(或图像点)在散射量(scattering volume)上对应于特定几何结构，并且图2中示出了这样的图像点的一般情况。在每一个这样的点或像素上，因而可以确定下列参数1. Θ-散射角2. Y-与激光光源的距离(米)3. D-从摄像机到激光光源的距离4. L-沿光束的指定点上的一个像素可看到的物理长度对于真实世界系统，那么确定与指定半径Y对应的像素的修正强度，其中像素强度乘以预定散射增益值，下面在散射角度修正部分讨论，相对于无损各向同性散射计算， 与指定半径和指定散射角对应。形成合(resultant)散射数据数组。散射角度修正散射角度修正逻辑上根据图4中的步骤409确定。作为输入，程序要求散射数据文件，对于指定的材料，其包括一组散射角度，以及相应的增益。这个文件中的数据由经验校准方法产生，并预定包括各种类型烟雾的平均值。在上述几何计算所确定的每个散射角度，可导出每个散射角的增益。来自输入散射数据文件的数据可被线形插值，所以对于每个散射角来说可以计算出正向增益的近似值。计算相对于半径的烟雾(Computer Smoke vs Radius)在图4的步骤407进行确定对于指定半径的光束的烟雾。为了将散射数据数组转
换为烟雾水平...........可以使用限制几何结构的长度或角度的任意组合。D是从摄像
机82到发射器84的距离，θ j是由摄像机82到发射器84的连线与对应于来自发射器84 的射线的路径的线之间构成的角，以及d是垂直于发射线与摄像机入瞳相交的线的长度。 由这个信息，通过三角学和几何学可确定所有其他必要的信息。在图12中可看到这个几何结构。对于在上述的相对于半径散射的数组的每一元素，计算图12中所示的L、θ ^以及 r值。L为可见的一个摄像机像素的束的长度。I^MfiiBfiS (Integrate along beam to obtain obscuration)在图4的步骤410，对光束图像扇区进行综合以获得昏暗度。光束长度被分为许多扇区以提供沿光束可寻址，以便区别激光源和激光束散射，激光源位置四周的像素包括作为部分扇区，因为由散射产生的强度不可分辨，尤其对于未瞄准的源，其可能出现的发光对光源四周的像素产生剩余强度。在摄像机端同样，由于安装的几何结构，摄像机的视场使得光束在摄像机的数米内可视。为了提供扇区边界之间的平滑过渡，执行简单的滑动平均滤波器(simple moving average filter) 0事实上，光束被分为n+1段，(对两个片段的长度)应用滑动平均得到η 扇区。沿被捕获束的图像的各像素对应于沿束的物理长度，如图8和图12所示。随着束逐渐接近摄像机，此物理长度变得越短。因此，应用如上所述修正法，起始于激光端，并忽略边界外的像素，特定部分的昏暗度，是所有像素强度的和，并分为物理的长度和位置，如其部分所描述。例如，要确定昏暗度，Or在整个束上，Or设为像素半径r的扇区尺度，r为η到m。
权利要求
1.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒的存在，其中所述方法还包括以下步骤减轻所探测图像中的一个或多个变化以及变化的原因，所述变化对应于除了所关注的粒子存在之外的事件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述减轻步骤包括以下面一个或者多个 提供扩展的束宽，使得至少一维而与所述扩展束相比较小的第一物品与所述束产生最小相互作用，从而得到所测图像中相对减少的变化；提供发射束的预定平移运动，使得避免所述束与第二物品相互作用； 确定由第三物品引起的束的特性散射，使得区别所述第三物品与关注的粒子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一物品和第二物品包括以下的一个或者多个物体蜘蛛网； 线.一入 ，细丝。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第三物品包括尺寸远大于所关注的粒子的物体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述物体包括沙尘粒。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述微粒包括烟雾微粒。
7.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中方法还包括以下步骤用探测仪探查所述发射束用以调试所述探测步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述探测仪包括半透明物体。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述探测仪包括与所述被探测的粒子的光散射特性近似的光散射特性。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述探测仪包括以下一个或者多个当与所述发射束相互作用时，大体二维的物体； 当与所述发射束相互作用时，大体三维的物体。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，为了便于移入所述发射束， 所述探测仪相对地平面可移动。
12.—种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中所述方法还包括以下步骤 将所述射线束分为多个片段；确定每一射线片段的图像变化；为控制点提供被确定的每一片段图像的变化，以模拟多个点型微粒探测器。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像捕获设备包括一个或者多个图像捕获装置。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像捕获设备包括反向图像捕获装置。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 提供与第一图像捕获装置成对的第一发射器；提供与第二图像捕获装置成对的第二发射器； 用所述第二图像捕获装置监控所述第一发射器的发射束； 用所述第一图像捕获装置监控所述第二发射器的发射束。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，成对的第一发射器及第一图像捕获装置和成对的第二发射器及第二图像捕获装置中的一对或者每对设置在相同的安装装置中。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤预对准成对的第一发射器及第一图像捕获装置和成对的第二发射器及第二图像捕获装置中一对或每对。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述预对准步骤包括设置各自发射器的束方向，使得所述束以相对于相应图像捕获装置的视野中心的预定角度显现。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述预定角为θ，各发射器/图像捕获装置对之间的距离为D米，使得所述第一发射器的束的目标光斑与所述第二图像捕获装置之间的距离为=S = Dtan θ。
20.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中所述方法还包括以下步骤确定被监视区域内空间中预定的图解点的位置。
21.根据权利要求20所述方法，其特征在于，所述确定步骤包括一个或者多个校准和空间滤光的束在其源处，以便于保护图像捕获设备不受在源处的散射射线。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述确定步骤还包括以下步骤 提供至少一个接近所述发射束的源的二次光源，用于使所述图像捕获设备能对所述发射束的源定位。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括确定束源和目标光斑的位置，所述目标光斑是在紧邻所述图像捕获设备的点处的所述发射束的入射点。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述目标光斑由以下之一提供 与探测仪关联的发射束；与尘粒关联的发射束；与在图像捕获设备视野中的被监测区域内的结构关联的发射束。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述图像捕获设备包括图像捕获装置和用于提供至少一个或者多个目标光斑的图像的至少一个光学元件。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一个光学元件包括以下一个或者多个至少一个反射镜； 至少一个玻璃元件； 至少一个棱镜。
27.根据权利要求25或沈所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 基于以下一个或者多个确定目标光斑的位置至少两个被叠加的目标光斑的捕获图像间的中心-中心距离； 在其捕获图像中的各目标光斑的位置； 所述至少一个光学元件的预定角； 所述至少一个光学元件的预定位置。
28.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射第一射线束，以及；用第一图像捕获装置探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，并且其中所述图像变化对应于反向散射线。
29.根据权利要求观所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤提供第二发射束，源接近所述第二图像捕获装置并且有一角度，使得所述第二束穿越所述第二图像捕获装置的视场； 探测被监视区域的反向散射光。
30.根据权利要求四所述的方法，其特征在于，所述被探测的反向散射光具有相对所述发射束方向为大约180°或者更小的散射角。
31.根据权利要求四所述的方法，其特征在于，所述被探测的反向散射光具有相对所述发射束方向大约90°或者更小的散射角。
32.根据权利要求观至31中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下一个或者多个步骤提供所述捕获图像的边缘探测和修正，以确定束和图像捕获装置对是否有物理移动； 提供图像处理，以确定超出阈值警报水平的捕获图像中目标标记的移动，从而确定束和图像捕获装置对是否有物理移动；向所述被检测区域提供附加发射线源，从而为所述图像捕获装置提供标记，由此确定束和图像捕获装置对是否有物理移动。
33.根据权利要求1至32中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 通过记录所述捕获图像内的所述发射束的目标入射束斑的强度，确定路径损耗测定； 比较所述记录的强度与前一时间记录的强度。
34.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射第一射线束，以及；用图像捕获设备探测区域的图像变化，所述图像变化标示微粒存在，其中所述方法还包括提供邻近所述第一射线束的至少一个附加束，以探测进入所述束的逼近侵扰。
35.根据权利要求34所述方法，其特征在于，一探测到进入所述至少一个附加束的侵扰，第一束就关闭。
36.根据权利要求35所述方法，其特征在于，在具有预定最大速度的物体能够与所述第一束相互作用之前，所述第一束关闭。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加束包括形成所述第一束周围的束间隔环的多个束。
38.根据权利要求34至37中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一束和附加束按以下之一传播大致的相同方向；或者大致的相反方向。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的方法，其特征在于，还包括权利要求12至 38中任一项或者多项的步骤。
40.根据权利要求34至39中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加束的源包括以下之一光源环； 至少一个光源；至少一个光源以及至少一个全息图。
41.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化，其中至少一个射线束和探测图像变化的设备适于传递数据。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于 所述射线束包括激光束；所述探测图像变化的设备包括一个或者多个摄像机和计算设备； 所述微粒包括烟雾微粒。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述被传递的数据包括以下一个或者多个摄像机/激光器同步信息；摄像机/激光器时间信息；摄像机/激光器系统配置数据；激光强度、占空比和摄像机曝光命令；激光器&摄像机对准数据；多激光系统的激光器启动/禁止命令；激光标记激活/去活/占空比/强度控制命令；激光偏振或波长转换命令；向火警面板或者其他外部系统报告的火灾警报状况。
44.根据权利要求41、42或43所述的方法，其特征在于，所述数据被以下一个或者多个设备传递光学传输设备； 无线传输设备。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 与火灾警报面板传递数据。
46.根据权利要求41至45中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 传递数据，所述数据是被偏移而远离干涉信号频率的频率。
47.根据权利要求41至46中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 根据以下一个或者多个通信技术传递数据用串行数据对束调幅； 为束调幅而编码数据。
48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，所述一个或者多个调制和编码技术包括以下一个或者多个使所述数据与伪随机序列异或而使所述数据随机化；数据压缩数据；曼彻斯特编码；脉冲位置调制；脉冲宽度调制；频移键控法；相移键控法；幅移键控法；扩展频谱技术。
49.根据权利要求41至48中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加射线源适于结合一个或者多个射线束和探测图像变化的设备传输数据。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加射线源包括LED。
51.根据权利要求41至50中任一项所述的方法，其特征在于，所述探测设备包括至少一种颜色敏感装置和束，以及或适宜传递数据的附加射线源均还适于发射具有三种不同波长之一的射线。
52.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化； 补偿被探测图像的畸变。
53.根据权利要求52所述方法，其特征在于，所述畸变源自与探测图像变化的图像捕获设备工作连接的至少一个光学元件。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述光学元件包括透镜。
55.根据权利要求53或M所述的方法，其特征在于，所述补偿步骤包括以下一个或者多个提供适宜减少畸变的复合透镜；确定捕获的图像中的点与被监控区域中对应点之间的经验关系；用被探测区域的均一照明场景标定用于探测图像变化的图像捕获装置； 调整所述射线束和捕获图像变化的图像捕获装置的方位，使得所述束的像穿过所述捕获的图像的像中心；将畸变图像平面和非畸变图像平面之间的典型映射建模。
56.根据权利要求55所述方法，其特征在于，所述建模步骤包括 根据数学模型r' =M(|r|) · r 其中r是代表像素真实位置的矢量， r'是所述像素的畸变的位置，以及M是标量放大因子，是所述像素距畸变中心的距离的函数，并且限制为M(O) = 1。
57.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化； 对被探测的图像应用权重函数，有选择地解析图像部分。
58.根据权利要求57所述的方法，其特征在于，所述应用权重函数的步骤包括处理被探测的图像的图像像素域，使得捕获邻近图像捕获设备的部分束的像素比捕获远离所述图像捕获设备的部分束的相应像素域宽。
59.根据权利要求58所述方法，其特征在于，所述生成步骤包括以下之一 调节物理光学装置用于捕获所述监测区域的图像；对所述监测区域中的至少一个捕获图像应用图像处理修正。
60.根据权利要求59所述的方法，其特征在于，所述调节物理光学装置的步骤还包括权利要求52至56中任一项的方法步骤之一。
61.根据权利要求59或60所述的方法，其特征在于，所述物理光学装置包括以下一个或者多个透镜； 棱镜； 曲面镜。
62.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射多束射线；探测标示微粒存在的区域的图像变化； 调节所述束顺序运作。
63.根据权利要求62所述的方法，其特征在于，所述多束和捕获图像变化的图像捕获设备置于一个平面中。
64.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，所述使所述束顺序运作的步骤包括扫描一个或者多个的束。
65.根据权利要求62、63或64所述的方法，其特征在于，所述探测区域的图像变化的步骤包括将适于被监测区域的捕获图像的图像捕获设备的信号转换至每一束单独的散射读数，如下 使R为来自所述图像捕获设备的图像中的一个像素的总接收信号， &为当射线束η是全功率时被束η照亮的微粒的贡献， Ln为第η个射线束的功率，其中1代表全功率，而0代表射线束关状态 N为束总数，那么，
66.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；调节射线源和探测图像的设备中至少之一以受控方式被定位。
67.根据权利要求66所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括以下一个或者多个摇移倾斜变焦旋转，使得高达四自由度应用于各射线源和探测图像的设备，从而提供达八自由度总量。
68.根据权利要求67所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤在多维查询表中表达八自由度，以确定摇移、倾斜、变焦、和旋转定位中每一个的位置。
69.根据权利要求68所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤根据图像捕获设备和射线源的一个或者多个的本征和非本征参数，确定摇移、倾斜、变焦、和旋转定位中每一个的位置。
70.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化； 其中，所述图像由位于至少两个位置的图像探测器探测。
71.根据权利要求70所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤丢弃其中对于至少两CN 102539384 A个位置所探测的图像不是公有的变化的图像。
72.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化； 监督射线束。
73.根据权利要求72所述的方法，其特征在于，所述监督步骤由图像捕获设备管理以捕获被探测区域的图像。
74.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；遮掩所述被探测束的中心部分，以便提高图像变化的探测。
75.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化；检查适用于捕获被监测区域中图像的图形捕获设备的运行。
76.根据权利要求75所述的方法，其特征在于，所述检查步骤包括以下一个或者多个 为图像捕获设备提供参考照明；在预调试状态下存储图像捕获设备的参考图像。
77.一种探测微粒的方法，包括 向被监测区域发射射线束；探测标示微粒存在的区域的图像变化； 评估所述被探测图像，以补偿所述被探测的图像的变化干涉。
78.根据权利要求77所述的方法，其特征在于，所述评估步骤包括以下一个或者多个 比较束关时的背景图像与束开时的活动图像；使用所述束的横向设置的参考区域跟踪图像间的相对变化。
79.一种使射线源与图像捕获设备同步的方法，包括 允许所述射线源以预定频率开关振荡；识别由所述图像捕获设备捕获的一个或多个视频图像中的射线源，以及； 不断修正所述图像捕获设备的帧频率，以保持同步。
80.根据权利要求79所述的方法，其特征在于，所述射线源装有包括宽发射角的二次光源。
81.根据权利要求80所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤使所述二次光源以与所述射线源的预定时间关系闪光，以促进所述图像捕获设备图像中所述射线源的定位。
82.根据权利要求81所述的方法，其特征在于，所述二次光源以下面一种或者多种闪光周期模式； 伪随机序列。
83.根据权利要求81或82所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤提供与所述射线源的振荡器的速率近似的图像捕获设备帧速率； 识别闪光的所述二次光源；改变所述图像捕获设备帧速率的相位以维持图像捕获设备曝光和所述射线源之间的时间关系。
84.根据权利要求79至83中任一项所述的方法，其特征在于，所述射线源振荡器的频率改变为以下之一与AC市电电源频率相同； 是AC市电电源频率的倍数； 是AC市电电源频率的约数。
全文摘要
本发明提供，联合图像捕捉设备(14)，例如一个或者更多视频摄像机和/或光学元件使用一种或者多种发射线束(16)，例如激光束，来探测位于开放空间(12)的微粒(30)，例如，烟雾微粒。
文档编号G08B17/107GK102539384SQ20111037510
公开日2012年7月4日 申请日期2005年11月14日 优先权日2004年11月12日
发明者凯末尔·阿贾伊, 卡尔·波特格, 罗恩·诺克司 申请人:Vfs技术有限公司