CN118470892A - 烟雾检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟雾检测装置。为避免误判，本发明烟雾检测装置，包括：本体，具有空腔和进气缝隙；发光模块，发射光线且在空腔中形成光路；检测模块，包括事件相机，且事件相机的视场和所述光路存在交叠并构成事件相机的感测区域；并且，根据事件发放率是否超过警报阈值，决定是否发出警报。本发明披露了一种全新的烟雾报警检测装方案，可以有效避免误触发或误判，本发明适于火灾报警领域。

Description

烟雾检测装置

技术领域

本发明涉及火灾报警领域，具体涉及一种烟雾检测装置。

背景技术

火情预警对于居家、森林和仓库防火而言，是一项极为重要的任务。传统烟雾传感器主要是利用离子化效应、光电效应、热敏电阻等手段产生/放大感应电流等，以此来检测烟雾；在另一些方案中，则是采用需要消耗大量能源和硬件成本的神经网络（比如YOLO）来检测火灾。

当前存在一种新型的传感器，也即所谓的事件相机或动态视觉传感器。对于使用事件相机检测烟雾，现有技术1做出了尝试。现有技术1通过动态视觉传感器对监视区域（工厂、居室、停车场等）感测上升的烟雾、蔓延到火焰，并根据强度数据来判断是否存在烟雾或火灾。

现有技术1：DE102017207852A1（ROBERT BOSCH）

该方案避免使用神经网络对传感器进行数据分析，因为火情现场差异极大，神经网络容易虚警或漏警，可靠性不高。但是，除了烟雾、火焰外，监视区域各种运动的物体都有可能导致强度数据在特征频率范围内，进而同样做出误判。

如何使用事件相机来实现烟、雾，或/和火灾的直接或间接检测，是一项全新的任务挑战。

发明内容

为了缓解或部分缓解上述技术问题，本发明的解决方案如下所述：

一种烟雾检测装置，包括：本体，具有空腔和进气缝隙；发光模块，发射光线且在空腔中形成光路；检测模块，包括事件相机，且事件相机的视场和所述光路存在交叠并构成事件相机的感测区域；并且，根据事件发放率是否超过警报阈值，决定是否发出警报。

进一步地，所述事件发放率，是平均每个像素在单位时间内发放的事件的个数。

进一步地，通过计数值是否超过阈值来判断事件发放率是否超过警报阈值。

进一步地，所述发光模块发射红外光或者可见光。

进一步地，所述烟雾检测装置包括光路引导装置，使得发光模块发射的光线在空腔中形成光路。

进一步地，所述烟雾检测装置包括光路引导装置，使得仅沿设定方向传播的光线能被事件相机感测。

进一步地，所述光路引导装置，包括本体内的斜槽、内部具有通道的凸出部件或者所述空腔内的凸台。

进一步地，所述警报阈值是第一阈值或第二阈值，其中第一阈值高于第二阈值；当事件发放率超过第一阈值的时长超过第一设定时长后，烟雾检测装置发出警报，并将警报阈值设为第二阈值。

进一步地，当事件发放率超过第二阈值的时长超过第二设定时长后，则烟雾检测装置升级警报；其中，第二设定时长大于第一设定时长。

进一步地，所述发光模块以设定频率发射红外光、非激光类型可见光或者激光。

进一步地，所述本体包括壳体和盖子，所述进气缝隙外侧或内侧还设有遮光挡件；或/和，所述发光模块和本体是分离的，发光模块发射激光，激光通过本体上的缝隙进入本体的空腔。

进一步地，至少在所述光路直射的本体区域，采用的是吸光材料。

进一步地，在本体的空腔内设有促使气流扰动的部件。

本发明技术方案，具有如下有益的技术效果之一或多个：

（1）披露一种全新的烟雾报警检测装方案。

（2）有效避免误触发/误判，有效避免传统方案因监视范围内的各种不确定事情导致的误触发。

（3）有效避免漏警。在某些实施例中，低浓度烟的情况下，传感器容易产生更激烈的事件发放。

此外，本发明还具有的其它有益效果将在具体实施例中提及。

附图说明

图1是本发明烟雾检测装置的第一个示例图；

图2是本发明烟雾检测装置的第二个示例图；

图3是本发明烟雾检测装置的第三个示例图；

图4是本发明事件相机输出事件的压帧图像实例图；

图5是某类实施例中不同浓度烟与事件发放率的采样示意图；

图6是某类实施例中事件发放强度的像素数量分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

本发明中，术语“烟雾检测”指的是针对环境中的“烟”或“雾”的存在检测。后文中，均以“烟”为例来说明本发明实施方式。

本发明的烟雾检测装置，包括具有空腔的本体。示例地，本地可以是通过壳体和盖子构建的。本体中设置有进气缝隙。

图1是本发明烟雾检测装置的第一个示例图。该烟雾检测装置中，可以包括壳体和盖子（未示出）。所述壳体，也可以视为底座。

所述壳体可以是五面的长方体，也可以圆筒。在壳体的一侧，比如底部，包括若干进气缝隙。

本发明中，进气缝隙允许环境中的颗粒（比如，烟颗粒）飘散、扩散至壳体腔内。

烟雾检测装置包括一个发光模块，其可以发射激光，该激光比如是可见光，如绿色激光、红色激光。

激光在腔内形成一道光束或光路。而检测模块中包括一个事件相机，而光束在该事件相机的视场范围中穿过。换言之，激光的光路在事件相机的视场范围内。

通过盖子，可以将发光模块、检测模块以及光束囊括在烟雾检测装置的腔内。

对于采用激光类的方案，由于激光具有较好的指向性，该类方案更容易支持大场地范围，比如仓库的防火防灾。该种场景下的一个示例性实施例中，发光模块并非置于壳体内部或表面，而可以置于较远的外部，并通过壳体上的缝隙（可以是进气缝隙）进入腔内。这种分离式的发光模块与本体，作为一整套烟雾检测装置而存在。

进一步地，发光模块可以是环境中的其它设备发出的光源（比如附近的灯光），并通过本体上专门设计的孔而传输至腔内，并形成光路。

图2是本发明烟雾检测装置的第二个示例图。该烟雾检测装置同样包括发光模块、检测模块。发光模块中的光源可以不必发射激光的激光源，可以是通过常规发出非激光类型可见光的LED、发出红外光的红外光源。

示例地，在盖子上，同样设计若干进气缝隙，以允许环境中的颗粒飘散、扩散至烟雾检测装置的腔内。

由于常规光源不像激光源那样具有非常好的指向性，故而在烟雾检测装置的壳体中，设置用于引导光线传播的通光沟道，故而形成光路。基于该设计，常规的LED、红外光源，也具有一定的指向性。

对于事件相机接收光时，也可以设计通光沟道，以确保特定方向的光才能入射至检测模块中的事件相机之中。

发光模块的用于出射光的通光通道和检测模块的用于入射光的通光通道在腔内存在交叠，形成感测区域。

在本发明中，感测区域内的颗粒，可以通过反射、漫反射，将发光模块中的光源沿着出射光的通光通道而发射的光线，通过入射光的通光通道传递至检测模块中的事件相机之中。

示例地，所述通光通道是本体内的斜槽。

优选地，对于非激光类型可见光、红外光或激光，可以通过控制光源的发光频率，使其具有一定闪烁频率（示例地，1Hz、10Hz、30Hz），这种方案可以增加颗粒在事件相机中的成像显著性，即便颗粒的流速不高。

在某些实施例中，也可以选择常开光源。

示例地，光源发出的光线的波长为850n、940nm。

图3是本发明烟雾检测装置的第三个示例图。在该烟雾检测装置中，发光模块和检测模块被设计在壳体外侧的两个凸出部件中，但是借助于凸出部件对光路的引导或限制，发光模块所出射的光线在腔内形成一条光路，而检测模块同样仅仅能感应腔内部分区域，光路和该部分区域交叠，构成本发明的感测区域。感测区域内的颗粒，可以将光路中的光子传递至检测模块中的事件相机之中。

进一步地，所述凸出部件内部具有通道。

为了避免光线的干扰，在壳体腔内设计一个凸台，其可以避免或降低光线在腔内的不利传播。凸台可以是扇形凸台，且扇形角度α可以是90度、120度或者其它角度等。

优选地，扇形角度α非180度或接近180度，这样可以避免光源直射至事件相机。

进一步地，本发明中的进气缝隙外侧或内侧还设有遮光挡件（未示出），避免外部光线干扰空腔内的光线。

进一步地，本发明中构建本体的材料具有较差的漫反射性质，换言之构建本体的材料，或者至少在光源直射的本体区域，是具有良好吸光性质的吸光材料。

本发明中所述光路，指的是具有指向性的光子流。如激光就是具有很好指向性的光子流。图2和图3的示例中，可以不必是激光，但是通过机械部件，将光源发出的光，引导形成光路。前述的凸出部件，以及通光沟道都构成光路引导装置。

一方面，光路引导装置使得发光模块发射的光线在空腔中形成光路。另一方面，光路引导装置使得仅沿设定方向传播的光线能被事件相机感测。

图4是本发明事件相机输出事件的压帧图像实例图。针对图1中的实施例，图4展示了无烟、低浓度烟、高浓度烟情况下，事件相机所捕捉的事件信息。在无烟情况下，所产生的脉冲事件一般均是噪声事件。图4中显示低浓度烟能产生更多的（脉冲）事件。

图5是某类实施例中不同浓度烟与事件发放率的采样示意图。当无烟的时候，事件发放率约等于0。在统计上，低浓度的烟一般的确能导致更高的事件发放率，高浓度的烟反倒产生更少的事件发放率。这一现象表明，本发明应用事件相机执行烟雾检测的方案，在低浓度烟情况下，也能准确、尽早预警。

可选地，在长期烟雾检测等待过程中，可以设置警报阈值为较高的第一阈值，当事件发放率超过警报阈值（等于第一阈值）时，发出警报。而一旦发出警报之后，可以更改警报阈值为较低的第二阈值，以避免因检测到的（烟雾浓度因火势变糟而变高）事件发放率低于第一阈值而过早解除警报。当此次警报彻底解除后，再将警报阈值恢复为第一阈值。

进一步地，当事件发放率超过警报阈值第一设定时长（比如5秒）之后，才发出警报，避免干扰因素误触发。当事件发放率持续超过警报阈值第二设定时长（比如90秒）后，可以升级警报，以引起用户重视，避免更大损失。其中，第二设定时长大于第一设定时长。

本发明中，所述事件发放率指的是平均每个像素在单位时间内发放的（脉冲）事件的个数。这里被考虑的总像素个数，可以是事件相机的物理分辨率，也可以是能有效激活的像素个数（激光类实施例中，光路能激活事件相机中像素的数量有限，只能激活中间区域像素，并非能有效激活全部像素，正如图4所展示的那样）。

在一个示例的实施例中，作为简化设计方案，因为事件相机分辨率是固定的，或者能被激活的像素区域在设计方案参数确定的情况下是固定的或接近固定的，因此只需统计在单位时间内（比如20毫秒），事件相机产生的事件个数（即以一个计数值来表征事件发放率）是否超过阈值即可。故而，具有不同的具体设计参数的方案，往往有截然不同的阈值。

进一步地，对于热像素，可以通过屏蔽热像素输出的手段，以消除其对结果准确性的影响。

图6是某类实施例中事件发放强度的像素数量分布图。该图中，横轴代表每个像素事件发放率，即一个像素在设定的时长（10秒）内发放事件的数量，表示该像素在该时间段内的事件发放强度。纵轴是具有特定事件发放率的像素个数。该类实施例光源波长为940nm，并以10Hz的频率闪烁，db代表着不同的烟雾浓度。

进一步地，对于使用闪烁光源类的方案，可能由于气溶胶、本体内部漫反射等原因使得在没有烟雾的场景中（db=0），事件相机也会产生一定量的事件，这可以得到一个基准事件发放率。当检测到事件发放率超过基准事件发放率一定水平（警报阈值）之后，则可以触发警报。

基准事件发放率可以是提前检测而得的，如比通过出厂前的检测获得；也可以是在使用前经过校准操作后获得的，对于后者往往意味着警报阈值，在不同产品中可以是不固定的。

进一步地，在本体腔内可以设置促使气流扰动的部件。根据空气动力学，一些已知的设计可以产生涡流或湍流，促使气体产生各种扰动。该类实施例有助于颗粒在事件相机中显著成像，提升检测性能。

为了更好的说明本发明，在上文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种烟雾检测装置，其特征在于，包括：

本体，具有空腔和进气缝隙；

发光模块，发射光线且在空腔中形成光路；

检测模块，包括事件相机，且事件相机的视场和所述光路存在交叠并构成事件相机的感测区域；并且，

根据事件发放率是否超过警报阈值，决定是否发出警报。

2.根据权利要求1所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述事件发放率，是平均每个像素在单位时间内发放的事件的个数。

3.根据权利要求2所述的烟雾检测装置，其特征在于：

通过计数值是否超过阈值来判断事件发放率是否超过警报阈值。

4.根据权利要求1至3任一项所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述发光模块发射红外光、非激光类型可见光或者激光。

5.根据权利要求4所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述烟雾检测装置包括光路引导装置，使得发光模块发射的光线在空腔中形成光路。

6.根据权利要求5所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述烟雾检测装置包括光路引导装置，使得仅沿设定方向传播的光线能被事件相机感测。

7.根据权利要求6所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述光路引导装置，包括本体内的斜槽、内部具有通道的凸出部件或者所述空腔内的凸台。

8.根据权利要求1至3任一项所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述警报阈值是第一阈值或第二阈值，其中第一阈值高于第二阈值；

当事件发放率超过第一阈值的时长超过第一设定时长后，烟雾检测装置发出警报，并将警报阈值设为第二阈值；

当事件发放率超过第二阈值的时长超过第二设定时长后，则烟雾检测装置升级警报；其中，第二设定时长大于第一设定时长。

9.根据权利要求1-3任一项所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述发光模块以设定频率发射红外光、非激光类型可见光或者激光。

10.根据权利要求9所述的烟雾检测装置，其特征在于：

所述本体包括壳体和盖子，所述进气缝隙外侧或内侧还设有遮光挡件；或/和，

所述发光模块和本体是分离的，发光模块发射激光，激光通过本体上的缝隙进入本体的空腔。