顆粒探測的製作方法

2023-05-21 04:40:21

專利名稱：顆粒探測的製作方法
技術領域：
本發明涉及可用於顆粒探測系統的系統和方法。本發明的優選實施方案涉及適於 探測煙霧的系統和方法，更特別涉及可用於動態視頻煙霧探測的系統和方法。雖然便於在 本文中描述本發明，但本發明不應被視為受限於示例出的應用領域中。
背景技術：
動態視頻煙霧探測(AVSD)是艾克利斯公司(Xtralis Pty Ltd)為使用視頻分析 技術探測空氣體積中的煙霧的顆粒探測系統(最優選煙霧探測系統)創造的新名詞，所述 空氣體積被例如雷射器或其它電磁(EM)輻射源主動照明。在VFS Technologies Pty Ltd 申請的國際專利公開 WO 2004/102498 和 WO 2006/001723中描述了進行AVSD的系統和方法，上述文獻的內容通過引用全部併入本文中。在那些文獻中公開的基礎系統中，雷射束穿過受監測的空氣體積。放置圖像傳感 器以使其能夠捕捉至少部分所述光束的圖像。對捕獲的圖像進行分析，以通過確定在圖像 中捕捉到的散射EM輻射水平來確定在所述體積中煙霧的存在。正如在上述專利公開文獻中提到的那樣，這樣的系統可能面臨的一個問題是除了 煙霧之外的物體也可能進入所述光束或所述圖像傳感器的視場。這可能造成多種影響。首 先由於與煙霧的效果相似，可能引起虛警(false alarm)。第二，侵入物可能通過封鎖受監 測的體積的光束的路徑或通過封鎖所述圖像傳感器對部分光束的視野從而阻止系統探測 煙霧。第三，當人(或動物)經過所述光束時可能是不安全的。因此，這樣的系統需要既能 防止物體侵入所述光束又能在這樣的侵入現象發生時改善對系統造成的負面影響的機構 和方法。需要考慮的另一個問題是這種系統的裝配和維護。AVSD系統一般具有EM輻射源， 所述EM輻射源發射EM輻射線使其通過一段延伸的距離。在大部分情況下，系統組件需要 在該延伸的距離的範圍內精確地對準。組件的對準需要在調試中以及在所述系統的工作過 程中周期性地進行以保證正常工作。由於控制空氣體積(例如大面積、高頂封閉區域如門廊等)中的環境使其適於使 用AVSD系統是相對困難的，因此，AVSD系統必需足夠健壯以應付寬範圍的環境。例如，這 樣的環境經常具有寬範圍的可能的背底光強度，例如白天和夜晚的光強度差異，也可能具 有迅速波動的背底光強度。因此，需要改進AVSD系統的敏感度、可用性和健壯性的方法和系統。本發明的實 施方案的其它目的和方面將通過以下的描述變得顯而易見。本發明人不認為本說明書中的所有信息均為普通常識，或能夠合理預見本領域技 術人員在本申請的優先權日時就已經確定、了解本說明書中的所有信息、認為本說明書中 的所有信息均與現有技術關聯或以任何方式結合了本說明書中的任意信息。

發明內容
在本說明書中，AVSD系統指的是適於直接探測在受監測的體積中的顆粒的顆粒探 測系統，所述系統包含至少一個照明裝置(也被稱作初級光源)，用於使輻射線穿過至少 部分所述受監測的空氣體積；圖像傳感器，用以捕捉來自照明裝置的至少部分輻射線的圖 像；以及分析捕獲的圖像的裝置，以基於在圖像中捕獲的輻射線來探測在所述體積內顆粒 的存在。術語「光」應被理解為包括任意波長的電磁(EM)輻射，包括EM譜中可見光譜和不 可見部分的輻射，如紅外線、紫外線或更長或更短波長的波帶。在一些實施方案中，使用的 光將限制為窄波帶，而在其它一些實施方案中，所述光會覆蓋寬的波帶寬度。所述輻射線可為任意的幾何形狀，包括準直的、平面的、發散的。AVSD系統可包括多個初級光源和/或多個傳感器，被配置為從不同的角度監測所 述體積。AVSD系統可另外包含一個或更多個次級光源，用於除了初級顆粒探測之外的目的。所述初級光源可為雷射器、雷射二極體、LED或其它足夠強的光源。在一些實施方 案中，光源產生相干光是有利的，但是在所有實施方案中可能不是必需的，甚或都是不希望 的。光傳感器可為視頻攝像機或類似物，或專門製造的光傳感器，所述專門製造的光 傳感器包括用於將接收到的光信號轉換成電信號的裝置和任選的與之相伴的光接收光學 器件。在本發明的某些實施方案中，所述光傳感器可另外包含一個或多個濾波器或偏振光 學器件。在本發明書和權利要求書中，術語「感興趣區」用來指初級光源發出(無論是直接 發出還是通過反射發出)的光與相應的傳感器的視場交叉的區域，所述傳感器接收來自此 區域的散射光。所述AVSD系統的光源可包括一個或更多個適於使所述光源發出的光具有一種或 多種預定特性的光學組件。例如，所述光學組件可包括準直器、聚焦或散焦透鏡、鏡、稜鏡或 類似物，這些光學組件被構造為賦予發出的光束預定的特性。在一個優選形式中AVSD系統為煙霧探測器。在第一方面，本發明提供了一種被構造為用於探測空氣體積中的顆粒的顆粒探 測系統，所述系統包含照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感 器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像 中捕獲的散射輻射來探測所述體積內存在的顆粒；光源，被構造為用於照明表面從而為所 述受監測的體積的至少擴展的部分提供背底；以及光傳感器，適於接收從背底表面反射的 光；用於分析所述光傳感器的輸出的裝置，以確定背底表面上投影的存在。優選所述用於確定陰影的存在的裝置包括用於儲存預先記錄的參比圖像的裝置 和用於將所述光傳感器的輸出與所述預先記錄的參比圖像進行對比從而確定陰影的存在 的裝置。優選所述系統包括用於在探測到陰影時指示故障狀態的故障提示裝置。所述故障 提示裝置包括用於確定故障狀態持續時間的裝置，其中所述系統被構造為在故障狀態持續 了預定的持續時間後指示故障狀態。在本發明的一些實施方案中，所述表面可用非準直的或發散的光束照明。被構造為照明表面的光源可另外用於顆粒探測。所述光源能夠發出準直輻射線射入所述體積，並 掃過所述體積以照明所述表面的擴展部分。所述光源可發射非準直的或發散的光束。在第二方面，本發明提供一種用於識別在AVSD系統的光傳感器的至少部分視場 內物體的存在的方法，所述方法包括·照明所述光傳感器視場內的至少部分表面；·分析所述光傳感器的輸出以確定表面照明的變化；和·當所述光傳感器的輸出滿足一項或多項預設的標準時識別出存在物體。所述分析光傳感器的輸出的步驟可包括將光傳感器的輸出與光傳感器的參比輸 出進行比較。優選所述分析步驟包括確定在光傳感器的輸出中存在至少一塊在所述參比輸出 中不存在的陰影。在本發明的一些實施方案中，可使用非準直或發散的光束照明所述表面。或者，準 直的光束和方法包括將所述光束掃過所述表面以照亮寬闊部分的所述表面。在另一個方面，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系 統，所述系統包括初級照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；初級圖像 傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；所述初級照明裝置和初級圖像傳感器 設置在所述受監測的體積的非相對側；至少一個反射器，被構造為使所述初級光源發出的 光射向預定的目標位置以使光路穿過至少部分所述受監測的體積；分析捕獲的圖像的裝 置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒的存在。在另一個方面，本發明提供一種AVSD系統，包括被構造為探測空氣體積內的顆粒 的顆粒探測系統，所述系統包括初級光源，安裝在所述受監測的體積的第一側並被構造為發射輻射線；反射器，被 構造為接收所述初級光源發出的入射光束並反射反射光束，所述反射器被放置為使至少所 述反射光束穿過所述受所述系統監測的體積；以及光傳感器，被安裝為使其能夠在前向散 射幾何條件下接收從反射光束散射的光；用於分析所述光傳感器的輸出的裝置，以基於散 射輻射來探測所述體積內顆粒的存在。優選所述初級光源和初級光傳感器位於所述受監測的體積的同側。所述初級光源和初級光傳感器可基本位於同一位置。所述初級光源和初級光傳感 器也可以安裝在同一機殼內。優選所述初級光傳感器的視場包含至少部分入射到反射器上的光束和反射光束。 所述初級光傳感器的視場可包含預定的目標位置。所述反射器可包括多個反射面。所述反射器優選為適於以相對於入射光束基本固 定的角度反射光束的角反射器。無論是所述光源還是一個或多個所述反射器均可為可控制的，以改變所述入射光 束或反射光束路徑。所述系統可進一步包含被放置為接收所述反射光束的第二光傳感器。優選至少部分所述反射光束穿過受監測的體積。在另一方面，本發明提供一種包含在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測 系統內發出輻射線的標誌光源的AVSD系統，所述系統包括照明裝置，用於發出至少一束
24輻射線使其穿過所述受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線 的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內 顆粒的存在；其中在所述系統中至少一束所述輻射線為標誌光束，所述標誌光束使所述光 傳感器能夠確定光束穿過基本不存在會被所述系統探測到的顆粒的體積的路徑。優選所述系統包含發出標誌光束的第二光源。優選所述標誌光束包括一種波長組 分，所述波長組分在比那些能被所述系統探測到的顆粒更小的顆粒上產生在所述光傳感器 的光接收波段範圍內的波長的散射。所述標誌光束可為短波光束。所述標誌光束可為一束藍光或紫外光。所述標誌光 束可為初級光源產生的光束。在另一個方面，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系 統，所述系統包括照明裝置，用於發射至少一束輻射線使其穿過所述受監測的空氣體積， 所述至少一束輻射線包含兩種或更多種波長組分；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所 述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所 述體積內顆粒的存在。優選可以確定來自至少兩種波長組分的散射信號。可對所述有至少兩種波長的散射信號進行處理以確定與所述受監測的體積內的 顆粒尺寸分布相關的數據。所述標誌光束可在電磁譜的可見波段內。所述系統可包含至少一個發射光束的初級光源，所述初級光源與所述標誌光束的 源之間具有已知的位置關係。所述系統可包含發射用於探測顆粒的第一光束的初級光源和用於產生所述標誌 光束的標誌光源，其中所述初級光源和標誌光源以預定的位置關係安裝在普通機殼中。所述標誌光束和初級光束可以以下關係之一配置兩條光束是共軸的；兩條光束 是平行的。所述初級光束可在電磁譜的可見波段之外。可間歇性地點亮所述標誌光源。在另一個方面，本發明提供一種用於顆粒探測系統的光源配置方案，包含被構造 為在第一方向上發出光束的發光元件和被放置為反射由所述發光元件發出的至少部分光 束的反射器，所述發光元件和反射器被安裝為使所述發光元件和反射器的相對取向是可變 的以控制由反射器反射出的光束。優選所述發光元件與反射器的相對取向在兩個維度上是可變的。所述光源配置方案可進一步包含被構造為接收光束的光傳感器。優選所述光傳感 器的安裝位置與所述反射器位置的相對關係使所述光傳感器接收的光束在所述反射器處 反射。本發明的另一方面提供了一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統， 所述系統包括照明裝置，包括如權利要求1-4中任意一項所述的光源，用於發射輻射線使 其穿過所述受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像； 分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒的存在。所述系統可進一步包括反射目標，所述反射目標被配置為反射至少一束從所述光源發出的光束。所述反射目標包括向後反射部件，所述向後反射部件被構造為使光束的反射路徑 與其入射到所述向後反射部件上的路徑基本相反。所述系統可包含次級光源，將所述第二 光源放置為使其與所述光源配置方案之間具有已知的物理關係。在另一方面，本發明提供一種確定在AVSD系統中光束的對準狀態(alignment)的 方法，所述方法包括發出光束使其穿過受監測的體積；將光束掃過預定區域；在光傳感器 處接收至少部分所述光束；以及基於接收到的光的至少一個測得的參數確定所述光束的對 準狀態。所述測得的參數可包含以下特徵中的一項或多項光強、斑點尺寸、接收的總輻照 度、光強花樣。所述方法優選包括使反射器朝著光傳感器向後反射回來至少部分光束，以使出射 光束或反射光束均穿過所述受監測的體積。所述掃射光束的步驟可包括將光束掃過目標上預定的角度範圍或預定的線形範 圍或區域。所述方法可包括以下步驟分析掃過光束時得到的接收到的光，以識別作為構成 AVSD系統的一部分的反射器的反射特徵的光接收花樣。所述反射器可包含賦予它的光反射至少一種可探測的特徵的光學特性。例如所述 反射器的光學特性可包括用於形成由所述反射器反射的光的可探測的花樣的裝置，所述花 樣是由至少部分反射器的反射率、折射和/或衍射特性形成的。優選所述可探測的花樣由以下中的任意一項或多項造成反射器各處反射率的變 化；條形碼；花樣；全息圖；已知的反射譜。所述方法接下來可包括基於確定的對準狀態改變光束的對準狀態以使所述光束 以預定的方式對準。所述將光束掃過預定區域的步驟可包括以預定的花樣掃射光束。例如，所述花樣 可為線形花樣、光柵花樣、螺旋花樣或其它花樣。在另一個方面，本發明提供一種確定在AVSD系統中光束的對準狀態的方法，所述 方法包括用光傳感器探測由初級或次級光源發出的光，並基於接收到的光的至少一項測 得的參數確定所述光束的對準狀態。所述測得的參數可包括以下特徵中的任意一項或多項光強、斑點尺寸、接收的總 輻照度、光強花樣。所述用光傳感器探測初級或次級光源發出的光的步驟包括將上述任一光束以預 定的花樣掃過光傳感器。例如，所述花樣可為以下花樣中的任意一種或多種線形花樣、光 柵花樣、螺旋花樣或其它花樣。所述方法接下來可包括基於確定的對準狀態改變系統發出的光束的對準狀態， 以使所述光束以預定的方式對準。在另一方案中，本發明提供了一種顆粒探測系統，所述顆粒探測系統包括初級光 源；至少一個光傳感器，被構造為探測從所述初級光源發出的光束散射的光；和反射器，被 構造為使至少部分來自所述初級光源的光束朝著所述光傳感器反射並穿過受監測的體積， 其中所述反射器被構造為使被其反射後的光束的方向能夠發生改變。優選可繞至少一個軸控制所述反射器。優選可繞2個軸控制所述反射器。所述初級光源可包括光束對準機構以 使發出的光束的對準狀態能夠發生改變。本發明還可提供一種用在AVSD系統中的方法，所述方法包括將由光源發出的光 束在第一預定偏差範圍內對準反射器；在第二預定偏差的範圍內朝預定點反射所述光束。所述方法可包括移動所述光源以使所述光束對準反射器和/或移動所述反射器 以使所述光束對準所述預定點。所述第二預定偏差可比所述第一預定偏差更嚴格。在另一方面，本發明提供一種用在AVSD系統中的方法，所述方法包括探測在一 段時間內存在的散射光；分析在至少部分所述體積的範圍內感受到的光的至少一項特徵， 以確定所述光是否被受監測的體積中的固體物質或顆粒散射。所述方法可包括分析依賴於位置的散射特性以確定所述光是否被固體物質或顆 粒散射。所述方法可包括分析接收到的光的經時或空間強度特徵，以確定固體物質的存 在。所述方法還可包括分析探測到的光以識別標示出固體物質邊緣的探測到的光的特徵。 所述方法可進一步包括將來自初級光源的光束掃過延伸部分的所述體積，並探測從掃過 的光束散射的光。所述方法可包括重複上述步驟中的任意一步或多步，以確認已探測到固體物質 的邊緣。所述方法可包括當探測到固體物質時指示故障。在另一方面，本發明提供一種用在AVSD系統中的方法，所述方法包括調節光源 發射強度和調節相應的傳感器的敏感度，從而使得當發出的光強度到達峰值時，所述光傳 感器的敏感度從峰值下降。在另一方面，本發明提供一種監測AVSD系統的光學組件表面上的障礙物的方法， 所述方法包括照明所述表面附近的區域以照明所述光學組件表面上的障礙物；探測被照明 的障礙物反射的光。在另一方面，本發明提供一種顆粒探測系統，所述系統包括初級光源，用於發出 輻射線並將其射入受監測的體積；用於確定從所述初級光源接收到的、穿過所述受監測的 體積後的光的強度的裝置；以及監控系統，適於基於確定的光強確定所述光束是否至少部 分被侵入物遮擋。所述用於確定從所述初級光源接收到的光強的裝置可為光探測器。所述 系統可包含反射器以朝著所述用於確定從所述初級光源接收到的光強的裝置反射所述光 束ο所述監控系統可構造為當探測到侵入物時，降低由所述初級光源發出的光的水平。在另一方面，本發明提供一種監控AVSD系統的光束的方法，所述方法包括監測 從初級光源接收到的光強，並且當探測到接收到的光強度下降時確定有侵入物進入了光路。所述方法可包括當探測到侵入物時降低光束功率。所述方法可包括反射所述光束 使其穿過受監測的體積。在另一方面，本發明提供一種維持AVSD系統中的初級光源的對準狀態的方法，所 述方法包括監測從初級光源接收到的光強，並調整所述初級光源的對準狀態以嘗試實現
27預定的光強特徵。在一個實施方案中，所述預定的光強特徵基於以下之中的一項或全部預定的強 度水平和基本恆定的強度水平。所述方法可包括將來自所述初級光源的光朝著用於探測反射光束強度的裝置反 射。所述調整初級光源的對準狀態的操作可包括以下之中至少一項改變所述光源的 發射方向和改變反射器的反射角。在一個方面，本發明提供一種用於顆粒探測系統的組件，所述組件包括機殼和固 定安裝在機殼上的傾斜敏感元件。例如所述傾斜敏感元件可包括以下的一種或多種加速 計、電容式傾斜傳感器、電解式傾斜傳感器、液中氣泡式傾斜傳感器、水銀傾斜傳感器和單 擺式傾斜傳感器。所述組件可包括底座，在所述底座上安裝著一個或更多個光學組件。所述機殼可 包括窗口，光可以穿過所述窗口射向所述光學組件或從所述光學組件射出。所述傾斜敏感元件可與控制系統傳感耦合，以探測所述組件的傾斜。所述組件可 包括被配置為在多於一個方向上監測所述組件傾斜的多個傾斜敏感元件。在另一方面，本發明提供一種在AVSD系統中確定物體侵入所述光傳感器的視場 的方法，所述方法包括發出光束並使其穿過所述光傳感器的至少部分視場；分析所述光 傳感器的輸出以確定物體是否已經侵入了光束。所述發出光束並使其穿過所述光傳感器的至少部分視場的步驟包括將線形光束 掃過部分所述受監測的體積。所述分析光傳感器的輸出的步驟可包括識別在所述傳感器的輸出中存在的以下 特徵中的任意一項或多項陰影、反射、折射、衍射花樣或閃光。所述方法可包括提供用於監測受初級光源影響的圖像捕捉設備的部分視場的次 級光源。優選所述方法包括提供覆蓋所述光傳感器視場的擴展區域的次級光源，並分析所 述光傳感器的輸出以確定介入所述次級光源和圖像捕捉裝置之間的物體的存在。在另一方面，本發明提供一種檢測侵入AVSD系統的圖像傳感器的視場的物體的 方法，所述方法包括使用光源照明受監測的體積的區域；分析所述圖像傳感器的輸出，以 基於來自物體的反射或陰影識別物體。所述方法包括將光束掃過部分受監測的體積，以至少暫時照明在初級光束的位 置和圖像捕捉裝置之間的體積的區域，從而嘗試識別封鎖了在所述圖像捕捉裝置與位於初 級光束位置時的光束之間的視線的物體。在另一方面，本發明提供一種在AVSD系統中探測進入受系統監測的體積中的侵 入物的方法，所述方法包括捕捉至少部分受監測的體積的多幅圖像；確定在受監測的體 積的一部分內或後面的圖像的至少一個基本不隨時間變化的特徵；和分析包含所述特徵的 後續圖像；以及當所述特徵的表象改變時；指示至少有潛在的侵入物進入所述體積。所述特徵可為在所述圖像傳感器的視場中襯於初級光束之後的背底特徵。所述方法可包括照明所述背底。所述照明優選為不可見的。所述照明背底的步驟可包括提供多個次級光源以照明所述背底。優選所述次級 光源為LED。
所述照明背底的步驟可包括發射光花樣到背底表面上。在將花樣射到背底表面上的一個實施方案中，所述方法可包括嘗試在至少一幅 圖像中識別所述花樣，並且當看不到期望部分的花樣時，確定侵入物進入了感興趣區。在另一方面，本發明提供一種識別受AVSD系統監測的體積中的物體的方法，所述 方法包括(a)從至少兩個空間上分開的位置捕捉所述體積的圖像；(b)識別在其中一個位 置捕獲的圖像中的可疑的侵入對象；和(c)識別在另一個位置上與第一幅圖像幾乎同時捕 獲的圖像中的相同物體，並計算所述可疑侵入物體的位置。所述方法可包括重複步驟a-c以跟蹤所述可疑侵入物。所述方法可包括當識別出侵入物體時指示故障狀態。在另一方面，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統， 所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；多個圖像傳感器， 被構造為在視場有所重疊的前提下捕捉圖像，所述圖像傳感器中的一個或多個被放置為捕 捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射 輻射探測所述體積中存在的顆粒；和侵入物探測裝置，被構造為分析攝像機的輸出並識別 其中一個攝像機捕獲的圖像中的可疑侵入對象，識別由另一個攝像機與第一幅圖像幾乎同 時捕獲的圖像中的相同物體，並計算所述可疑的侵入物體的位置。至少一個所述攝像機也可為系統的初級圖像捕捉傳感器。在另一方面，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統， 所述系統包括第一初級光源和被放置為探測從所述第一光源發出的光束散射的光的第一 光傳感器；第二初級光源和被放置為探測從所述第二光源發出的光束散射的光的第二光傳 感器；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射探測所述體積中存在 的顆粒，其中所述系統的幾何關係為所述第一光傳感器被配置為監控所述第一光源和第二 光傳感器之間的區域，所述第二光傳感器被配置為監控所述第二光源和第一光傳感器之間 的區域。所述系統還可包括一個或多個在所述第一初級光源和第二圖像捕捉設備之間延 伸的次級光源，以及一個或多個在所述第二初級光源和第一圖像捕捉設備之間延伸的次級 光源。本發明的一個方面還提供一種用於前述的本發明的實施方案的顆粒探測系統的 組件，所述組件包括普通機殼，所述普通機殼內安裝有初級光源和圖像捕捉設備，以及在 它們之間的一個或多個次級光源。優選所述圖像捕捉設備和光源被配置為線形排列方式。 所述次級光源可為一列LED、螢光管或其它擴展光源。所述次級光源可形成基本均勻的線形 照明花樣或間歇照明花樣。所述組件可被構造為使所述初級光源適於作為第一初級光源工作，並且圖像捕捉 裝置適於作為第二圖像捕捉裝置工作。在另一方面，本發明提供一種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系 統中的方法，所述系統包括初級照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積； 圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在 所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒的存在；和至少一個次級照明裝置，發 出至少部分在電磁譜的可見部分內的光，所述方法包括探測環境光水平；基於環境光水平設定所述次級光源的光強，從而將所述次級光源發出的光的可見度最小化，但維持從所 述次級光源發出的光可被所述系統的光傳感器探測到。所述設定次級光源的光強的步驟可包括選擇多種預定的強度水平之一。在另一方面，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統， 所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放 置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲 的散射輻射來探測所述體積中顆粒的存在，其中所述系統的至少一個組件為偏振選擇性 的。優選所述系統適於使用預定的電磁輻射的偏振探測顆粒。優選所述系統可被構造 為在兩個偏振狀態下探測顆粒。所述系統的光源或光傳感器之一或兩者均以偏振選擇的方 式工作。至少一個照明裝置任選地適於發射偏振光束。照明裝置可被構造為接收具有(一種或多種)選擇性偏振的光。在另一方面，本發明提供一種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系 統中的方法，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像 傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述 圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒的存在，所述方法包括測試具有至少一項 特徵偏振性質的至少一種散射光組分，並處理所述測試以確定在受監測的體積中的一種或 多種空氣中的顆粒或物體的至少一項特徵。所述方法可包括探測多種偏振態下的光，由此可確定在受監測的體積內的空氣 中的顆粒或物體的特徵。所述方法可包括測試兩個偏振態下的相對信號強度。所述偏振 狀態之一可為非偏振態或圓偏振態。所述方法可包括使用初級光源發射具有已知的偏振的光，並測試具有已知的偏 振選擇性的散射光。所述對空氣中的顆粒測得的特徵可包括以下之中的一項或多項在確定尺寸以上 的顆粒的濃度；在確定的尺寸以下的顆粒的濃度；在尺寸範圍內的顆粒的濃度。有利地，所 述方法可用於探測在光束路徑中存在的大顆粒或物體。在另一方面，本發明提供一種探測具有預定的尺寸特徵的顆粒的方法，所述方法 包括發射具有已知的偏振態的光束並使其穿過含有待測顆粒的體積；測試從具有預定的 偏振態的光束散射的光，從而選擇發射的光和被測試的光的相對偏振，以能夠選擇性地探 測具有預定尺寸特徵的顆粒。在另一方面，本發明提供一種探測侵入從AVSD系統的光源發出的光束中的物體 的方法，所述方法包括發射具有已知的偏振態的光束並使其穿過體積；測試從具有預定 的偏振態的光束散射的光，從而選擇發射的光和被測試的光的相對偏振，以能夠選擇性地 探測在預定尺寸以上的物體。在上述方面，所述發射的光和被測試的光的相對偏振可優選為平行或垂直。它們 可成一定的中間角度，但這樣可能會降低選擇性。當所述發射的光和被測試的光的相對偏振為平行時，所述方法可適於測試尺寸小 於預定水平的顆粒。當所述發射的光和被測試的光的相對偏振為垂直(即正交偏振)時， 所述方法可適於測試尺寸大於預定水平的顆粒或物體。
所述方法包括測試來自多種預定的偏振態的光束的光。優選獨立測試每種偏振 態。所述方法可包括在每種偏振狀態下均進行測試以確定所述體積內的空氣中的顆 粒的特徵或確定用於後續處理中的校正因子。在另一方面，本發明提供一種在顆粒探測系統中灰塵拒判(rejection)的方法， 所述方法包括使用本發明前述方面的方法來探測具有預定尺寸特徵的顆粒，所述預定尺 寸特徵基本排除灰塵。在另一方面，本發明提供一種用於顆粒探測系統的光傳感器，所述光傳感器包括 具有偏振敏感元件的光敏元件，所述光敏元件被構造為僅使具有預定偏振的光能夠到達所 述光敏元件。優選可改變所述偏振敏感元件的偏振角。優選所述偏振敏感元件為偏振濾波器。在另一方面，本發明提供一種包含如上所述的光傳感器的顆粒探測系統。所述系統可包括用於發出具有已知偏振的光的偏振光源。所述系統可包括能夠測試光的多偏振的光傳感器。所述光傳感器可被構造為選擇 性地測試光的多偏振，或者所述傳感器適於同時測試所述多偏振。所述光傳感器可包括多 個能夠接收各自的光的偏振的光接收子系統。在另一方面，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統， 所述系統包括初級照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的第一空氣體積；圖像傳感器，被 放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕 獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒的存在；空氣循環裝置，被構造為將空氣從第二體積 移動到所述第一體積中以使所述第二體積中的顆粒能夠被探測到。在一個優選的形式中，所述第一體積和第二體積是基本分開的空氣體積。所述第一和第二空氣體積可為以下的一種或多種相鄰的房間；一個房間和一個 設備間(equipment cabinet)。所述循環裝置可包括被構造為拉動空氣穿過在所述第一和第二空氣體積之間的 牆壁上的孔的風扇。所述循環裝置優選被構造為將空氣從所述第二體積引入所述第一體積 並使其進入或靠近由所述顆粒探測系統的初級光源發出的光束。在另一方面，本發明提供一種用被配置為監測多個空氣體積之一的顆粒探測系統 監測所述多個空氣體積的方法，所述方法包括拉動空氣從所述第二空氣體積進入所述第 一空氣體積，從而使在第二體積中的顆粒會被所述顆粒探測系統探測到。所述顆粒探測系統可被構造為探測空氣體積中的顆粒，所述系統包括照明裝置， 用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻 射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體 積中顆粒的存在。在另一方面，本發明提供一種包含初級煙霧探測子系統和第二顆粒探測子系統並 被構造為探測空氣體積中的顆粒的煙霧探測系統，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射 線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像； 分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒的存在。所述系統可進一步包含適於當探測到煙霧時發出警報的報警子系統，所述報警子 系統被構造為當所述第二顆粒探測子系統探測到煙霧時發出第一個低水平警報，而當所 述初級煙霧探測系統探測到煙霧時發出第二個高水平警報。優選所述初級煙霧探測子系統 是標準認證的煙霧探測系統。最優選所述初級煙霧探測子系統為吸氣式煙霧探測系統。在另一方面，本發明提供一種用在被配置為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系 統中的方法，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像 傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所 述圖像中捕獲的散射輻射以探測所述體積中顆粒的存在，所述方法包括監測系統的光束 以探測由部分光路的折射率的變化引起的接收到的信號的變化，從而識別所述體積內的熱 源。在另一方面，本發明提供一種探測火焰的方法，所述方法包括發射雷射束穿過受 監測的體積，並監測所述光束以探測由部分光路的折射率的變化引起的接收到的信號的變 化，從而識別所述體積內的火焰。優選地，所述方法包括探測以下之中至少一項在目標上的光束的對準狀態的快 速變化和在目標上接收到的強度的變化。在另一方面，本發明提供一種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系 統中的方法，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像 傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述 圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒的存在，所述方法包括用第一圖像傳感器 收集來自包含至少部分所述輻射線的視場中的光以收集所述輻射線被所述體積中的顆粒 散射的光；以及用第二光傳感器收集來自基本相同的視場的光，但基本排除所述輻射線被 所述體積中的顆粒散射的光。優選同時進行所述用系統的第一和第二光接收部件收集光的步驟。優選所述系統的第一和第二光接收部件構成所述顆粒探測系統的同一光傳感器 的部分。在一個特別優選的形式中，所述顆粒探測系統的第一和第二光接收部件是普通成 像晶片的部分。所述方法可包括過濾到達所述第二光接收部件的光。濾波器優選為窄波帶的波 長濾波器或偏振濾波器。本方法可包括在所述系統的光學系統處接收光並使接收到的光分裂以在所述第 一和第二光接收部件處分別接收。在另一方面，本發明提供一種用於顆粒探測系統的光傳感器，所述光傳感器包括 被構造為將圖像分為兩條通路的光接收光學器件，所述通路之一包括濾波器以阻止具有特 定特徵的光的傳送，而在另一通路中傳送所述具有特定特徵的光。所述光傳感器可包括被 配置為在各個不同的部件處同時接收來自各個通路的光的普通光敏元件。所述濾波器優選為波長濾波器或偏振濾波器。另一通路可另外包括具有不同的濾 波特性的濾波器。在另一方面，本發明提供一種用在顆粒探測系統中的方法，所述方法包括用光傳 感器捕捉一系列圖像幀，所述系列圖像包括打開關聯光傳感器的初級光源的多幅「開幀(onframes) 」和關聯光傳感器的初級光源關閉的多幅「閉幀(off frames) 」，其中所述閉幀可散 布在所述開幀之間；以及使用因子f處理所述開幀和/或閉幀以校正所述開幀和閉幀之間 的平均照明水平的差異。 在優選的形式中，f以以下方式中的至少一種進行計算
f \ MonX t^onl
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凡《1+凡《2或
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1A
2^offX + fhffi其中μ為兩個背底區域內的像素強度的平均值，1和2位於感興趣區的相對側， 用下標標示，下標「on」和「off」表示圖像為發光器打開的幀還是發光器關閉的幀。在另一方面，本發明提供一種處理來自顆粒探測系統的光散射信號的方法，所述 方法包括接收光散射信號；識別所述信號中的接收到的散射光強度的臨時峰；和將信號 中的接收到的散射光強度中的臨時增量平滑化。在所述方法中，當與基於空間的平均強度相比時，所述接收到的散射光強度的臨 時峰具有預定數目的像素的大小。優選所述峰具有1像素的持續寬度。當與基於時間的平均強度相比時，所述接收 到的散射光強度的臨時峰具有預定數目的幀的大小。例如所述峰可具有1幀的持續時間。所述將峰平滑化的步驟可包括以下之中的一項或多項削除所述峰、忽略所述峰 或用預定的值代替所述峰。所述峰優選用以下值之一代替例如，局域平均值、時間平均值、鄰近值、在先值、
在後值，等等。所述臨時峰可參照預定的門限信號水平來確定。所述門限信號水平可基於接收到 的信號的統計量、例如局域或時間平均信號值以上的一個或多個標準差來確定。在另一方面，本發明提供一種用在顆粒探測系統中的方法，所述方法包括確定用 於至少部分校正灰塵對散射示數的影響的統計導出的校正值，並使用所述校正值校正所述 散射示數。在一個優選形式中，所述方法包括對於圖像捕捉設備的一個或更多個像素確 定接收到的散射值中的背底噪聲水平；參照已知的代表灰塵和煙霧的統計值來確定標準差 和平均散射水平；計算散射標準差；以及確定煙霧和/或灰塵的散射貢獻。在另一個實施方案中，所述方法包括確定接收到的散射值中的背底噪聲水平； 參照已知的代表灰塵和煙霧的統計值來確定散射示數分布的更高的統計動差；計算散射標 準差；以及確定煙霧和/或灰塵的散射貢獻。所述方法可包括將測得的散射示數校正為僅代表煙霧顆粒的值。在另一方面，本發明提供一種確定顆粒探測器中的報警狀態的方法，所述方法包 括沿著初級光源的光束限定多個片段；在沿著所述光束的位置上限定多個虛擬的顆粒探 測器；使每個虛擬的顆粒探測器關聯至少一個片段；基於與虛擬的顆粒探測器關聯的一個 或多個片段確定該虛擬的顆粒探測器的報警水平。優選虛擬煙霧探測器的報警水平是所述與其關聯的一個或多個片段中的最高報 警水平。或者，所述虛擬的顆粒探測器的報警水平基於任意關聯片段的最高煙霧示數確定。所述片段可能重疊。並且所述片段當用於計算相應的虛擬探測器的報警水平時可
33能具有加權貢獻。在一個方面，本發明提供一種顆粒探測系統，所述顆粒探測系統具有在一定波長 下工作的初級光源，在所述波長下極少或沒有環境光遭遇到所述系統。例如，所述初級光源 可在對應太陽或大氣吸收譜線的波長下工作，例如在300nm以下，在此波長下大氣吸收大 部分接收到的太陽光；或波長為與吸收譜線對應的656nm。在一個形式中，所述光源在用於照明受監測的體積或附近體積的光的光譜範圍之 外的波長下工作。所述光傳感器可包含濾波器，所述濾波器具有包括選擇的波長的通帶。優選所述 濾波器的通帶比所述系統工作中採用的吸收譜線更窄。在另一方面，本發明提供一種在顆粒探測系統中存在大顆粒的情況下校正散射示 數的方法，所述方法包括確定在初級光源發出的至少部分光束範圍內的總散射；確定在 所述部分光束範圍內的總損失；基於在所述部分光束範圍內的總散射對總損失的比值來計 算用於所述部分光束的散射示數的校正因子。所述校正因子可以以(分光損失(fractional light loss)散射)k來計算，其中 k取0-1之間的值。測試所述分光損失的操作可包括測試在所述光束的整個橫截面積上接收到的光強。所述方法可包括設定100%的傳送水平，由此計算後續的傳送水平。所述100% 傳送水平可周期性地設定。所述方法可包括在多個波長下實施所述方法。在另一方面，本發明提供一種被構造為測試光束的分光損失的分光損失測試設 備，所述光束在所述測試設備中形成橫截面，分光損失測試設備包括光敏元件，所述光敏元 件被構造為測試來自比所述光束的橫截面積更大的區域的光。所述光敏元件可具有比所述 光束的橫截面積更大的光接收表面。所述設備可包括一個能夠接收來自比所述光束的橫截 面積更大的區域的光並將其射到所述光敏元件上的光學配置方案。所述分光損失測試設備 可包括防止雷射散斑的裝置，例如發散透鏡。在另一方面，本發明提供一種AVSD系統，所述系統包括初級光源和適於接收在所 述體積內從所述初級光源的光束散射的光的光傳感器，以及根據本發明的前述方面的分光 損失測試設備。所述系統可包括反射器以反射所述光束使其穿過所述體積，在這種情況下，所述 分光損失測試設備包括和AVSD系統的光傳感器基本上位於同一位置。所述系統可包括以下之中的一項或多項，以減少在將光束髮射到所述分光損失測 試設備上時的多路徑效應抖動所述光束的位置，退相干所述光束，以及使用非相干的初級 光源。在另一方面，本發明提供一種處理AVSD系統中光傳感器的輸出的方法，所述方 法包括捕捉來自所述光傳感器的多幅圖像幀，其中當初級光源打開時拍攝第一組幀(開 幀)，當初級光源關閉時拍攝第二組幀(閉幀)，並且其中所述開幀和閉幀具有相同的時間 中點。時間中點可如下計算，(時間χ曝光持續時間)幀數。優選所述開幀和閉幀的總曝光時間相等。
在一個優選形式中，所述方法包括對部分所述幀進行縮放。在一個形式中，所述開 幀和閉幀包含不同數量的幀。優選對部分或所有幀應用縮放函數以保證所述開幀和閉幀具 有相同的總曝光。在另一方面，本發明提供一種用於控制顆粒探測系統中的光學組件的設備，所述 設備包括粗控制臺和安裝在粗控制臺上的精控制臺，光學組件可安裝到所述精控制臺上。優選所述粗控制臺為機械控制臺。所述精控制臺優選為非機械控制臺。所述非機 械控制臺可包括以下傳動器(actuator)中的一種或多種機電傳動器、壓電傳動器、另一 個高速非機械傳動器。在另一方面，本發明提供一種控制顆粒探測系統的光學組件的方法，所述方法包 括使用機械驅動的粗控制臺控制所述光學組件從初始位置到達在希望位置的第一預定誤 差範圍內的粗對準位置，並使用非機械驅動的精控制臺控制所述光學組件從粗對準位置到 達在希望位置的第二預定誤差範圍內的終位置。所述方法可包括使用所述非機械驅動的精控制臺至少周期性地將所述光學組件 重新對準所述希望位置。在另一方面，本發明提供一種用於顆粒探測系統的光學組件，所述光學組件包括 包含暴露的光學表面的光學配件，光穿過所述光學表面；具有至少一個壁和孔的機殼，所述 至少一個壁形成了在所述機殼內的體積，光可通過所述孔進入或離開所述機殼，所述機殼 被構造為接收所述光學配件，以使光可穿過所述孔被接收，並且其中所述光學配件安裝在 所述機殼內，以使在所述光學配件的光學表面和所述孔之間具有縫隙，從而為空氣中攜帶 的顆粒提供沉降區。所述沉降區可設有用於除去所述沉降區裡的空氣中的顆粒的顆粒清除裝置。所述 顆粒清除裝置可包括選自以下的元件以除去顆粒被動靜電材料、主動靜電過濾器。在另一個實施方案中，一種用於顆粒探測系統的光學組件包括包含暴露的光學 表面的光學配件，光穿過所述光學表面；具有至少一個壁、視孔和進氣口的機殼，所述至少 一個壁形成了在所述機殼內的體積，光可通過所述視孔進入或離開所述機殼，所述進氣口 適於使空氣能夠進入所述機殼內的體積；所述機殼被構造為接收所述光學配件，以使光可 穿過所述視孔被接收，並且空氣可從所述進氣口流入並從所述視孔流出。所述光學組件可包括吸氣機，以將空氣吸進所述進氣口或從所述視孔吸出。所述 進氣口可設有過濾器以清潔進入所述機殼的空氣。當所述吸氣機包含具有多個扇葉的軸流風扇時，所述風扇可被放置為使光能夠從 所述風扇的扇葉之間的縫隙中射入或射出。所述光學組件的工作可以與所述風扇的旋轉同
止
少ο在另一方面，本發明提供了一種用於顆粒探測系統的光學組件，所述組件包括包 含暴露的光學表面的光學配件，光穿過所述光學表面；適於至少周期性地移過所述光學表 面的可移動元件。優選所述風扇被放置為使光能夠從所述風扇的扇葉之間的縫隙中射入或射出。所 述光學組件的操作可與所述風扇的旋轉同步。所述風扇可包含無刷DC電機。所述可移動元件優選進行跨越所述光學表面的環狀或往復運動。所述可移動元件 可為以下之一擦拭器、刷子或杆。優選所述可移動元件可與所述光學表面有間隔。所述可移動元件可被構造為移過耐刮窗口。在另一個實施方案中，本發明提供一種AVSD系統的光學組件，包含功能性元件和 冷卻設備。在一個優選實施方案中所述光學組件為光傳感器，並且所述功能性元件為光敏 元件，例如CMOS圖像捕捉晶片或(XD。優選所述冷卻設備為珀爾帖(Peltier)冷卻機。所 述冷卻設備可與散熱器進行熱交換，所述散熱器與所述冷卻設備熱耦合，以將熱轉移至大氣。在一個實施方案中，本發明提供一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測 系統，所述系統包括初級光源，被構造為產生光簾使其穿過至少部分受監測的體積。所述系統可進一步包括圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述光簾的圖像； 分析捕獲的圖像的裝置，以基於在圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒的存在。優選用光學裝置產生所述光簾以產生發散光束。或者，可通過將線形光束掃過所 述受監測的體積來製造光簾。優選所述光簾為平面狀的。在這種情況下，所述圖像捕捉裝置可位於所述平面內。在另一方面，本發明提供一種用於在顆粒探測系統中產生掃射的光束的機構，所 述機構包括適於產生線形光束的光源和反射平面繞平行於所述平面的軸旋轉的面鏡，所述 面鏡和光源對準以使所述面鏡的表面隨所述面鏡的旋轉以變換的入射角度反射來自所述 光源的光。所述面鏡優選為多角形，更優選八角形。在另一方面，本發明提供一種在環境光水平下操作顆粒探測系統的方法，在所述 環境光水平下將使所述系統的圖像傳感器在預定的孔徑和第一曝光持續時間下發生飽和， 所述方法包括確定不會引起所述圖像傳感器飽和的減少的曝光持續時間；基於所述減少 的曝光持續時間確定提高的圖像捕捉頻率。優選用因子N減少曝光時間以避免飽和，用基本相同的因子N增加所述圖像捕捉頻率。在優選的實施方案中，所述提高的圖像捕捉頻率為每秒500幅圖像以上。最優選 為每秒600-2000幅圖像。在另一方面，本發明提供一種校正顆粒探測系統進行的光散射測試的方法，所述 方法包括確定沿顆粒探測系統的光束的分光損失；基於確定的分光損失校正對所述顆粒 探測系統的初級光源進行的散射測試。所述確定分光損失的步驟可包括估計沿所述光束的分光損失。所述估計可基於 源自所述光束的散射測試來進行。分光損失的估計可沿所述光束的長度分段進行。所述確定分光損失的步驟可包括測試沿所述光束的分光損失。這可包括提供光 接收裝置，所述光接收裝置適於在光束終端接收所述光束。所述方法可反覆重複。所述校 正散射測試的步驟可包括用散射測試結果除以(ι-分光損失)。


現通過非限制性的實施例並參考附圖對本發明各個方面示意性的實施方案進行 說明，其中圖1示出了根據本發明的一個實施方案的典型的AVSD顆粒探測系統；圖2示出了 AVSD系統的第二實施方案，該系統中併入了多圖像捕捉裝置，所述多圖像捕捉裝置可用於探測所述系統的感興趣區中的障礙物；圖3示出了一個在其遠端併入了反射器的AVSD系統的實例，該AVSD系統可用在 本發明的實施方案中；圖4示出了根據本發明的另一個實施方案的AVSD系統，所述系統包括180度向後 反射器以使透過的光束返回位於或靠近所述光源處的光探測器；圖5示出了根據本發明的一個實施方案的使用兩個共軸光束的AVSD系統；圖6示出了光源安裝配置方案的一個示例性的實施方案，該實施方案可用於本發 明的一些實施方案中；圖7示出了可用在本發明的實施方案中的光源安裝配置方案的第二實施方案；圖7A為說明一種示例性的方法的流程圖，所述方法為使用依賴於位置的散射以 確定侵入AVSD系統的光束中的物體的特徵；圖8示出了根據本發明的一個實施方案的顆粒探測系統，其中所述系統發出的光 束射到位於受監測的光束的相反端的表面上；圖9示出了用於調整光源強度和接收器敏感度的系統，所述系統可用於圖8公開 的系統中；圖10示出了可用於圖9的調整系統的一系列驅動波形；圖11示出了用於本發明的一個實施方案中的成像配置方案的一部分，適於探測 成像光學器件上的物體形成的障礙物；圖12示出了根據本發明的另一個實施方案的AVSD系統的光源；圖13示出了本發明的一個實施方案，其中所述光源向反射目標發射光束，並且所 述光源安裝在雲臺(pan-tilt)機構上，使得能夠控制所述光束；圖14示出了一種機殼配置方案，在本發明的一個實施方案中，所述機殼能夠容納 光源或接收器；圖15示出了根據本發明的另一個實施方案的AVSD系統；圖16示出了根據本發明的一個實施方案的AVSD系統，所述系統使用了陰影探測 以監測故障；圖17示出了使用從物體邊緣反射的閃光來探測侵入根據本發明的一個實施方案 的系統的感興趣區的物體的原理；圖18示出了當用於探測與圖17所示物體的取向不同的物體時的圖17的系統；圖19示出了本發明的一個實施方案，其中使用了燈條以幫助探測受監測的區域 中的異物；圖20示出了本發明的一個實施方案，其中使用飛行時間測試以監控所述感興趣 區；圖21示出了使用燈條監控的本發明的另一個實施方案；圖22示出了一種可用於圖21所示類型的系統中的裝置的一個示例性實施方案；圖23示出了本發明的一個實施方案，其中使用垂直掃射的光束以監控所述感興 趣區；圖24示出了在本發明的實施方案中的AVSD系統的一個實施方案，其中使用基於 偏振的技術，使得能夠區別大顆粒和小顆粒；
圖25示出了使用基於偏振的技術以分辨顆粒尺寸的本發明的第二個實施方案；圖26示出了一個示例性的AVSD系統，所述系統被構造為監測初級體積和多個分 別封閉的次級區域；圖26A示出了用於本發明的一個實施方案的AVSD系統中的傳感器系統；圖26B示出了用於本發明的一個實施方案的AVSD系統中的第二傳感器系統的概 覽圖；圖26C示出了用於圖26B的實施方案中的傳感器配置方案的進一步的細節；圖27為表示用於對根據本發明的實施方案的AVSD系統中的灰塵進行校正的方法 的步驟的流程圖；圖27A為表示在根據本發明的一個實施方案的AVSD系統中實施可尋址性 (adressability)的方法的步驟的流程圖；圖28為描繪基於本發明的一個實施方案中測得的路徑損失數據修正煙霧示數的 方法的步驟的流程圖；圖29A示出了本發明的能夠測量分光損失的一個實施方案的AVSD系統；圖29B示出了本發明的能夠測量分光損失的第二個實施方案的AVSD系統；圖30示出了本發明的能夠測量分光損失的另一個實施方案的AVSD系統；圖31示出了圖像序列的一系列幀，根據本發明的一個實施方案，所述一系列幀可 用在背底對消法中；圖32示出了圖像序列中三張順序獲得的幀，根據本發明的一個實施方案，所述幀 可用在背底對消法中；圖33示出了按照本發明的一個實施方案製成的光束控制機構；圖34為表示用圖33所示類型的光束控制機構實施的目標獲取方法的步驟的流程 圖；圖35示出了用於根據本發明的一個實施方案製成的AVSD系統的光學組件的機殼
配置方案；圖36示出了用於根據本發明的另一個實施方案製成的AVSD系統的光學組件的機 殼配置方案，所述機殼包含被動電子汙染物捕捉裝置；圖37示出了用於根據本發明的另一個實施方案製成的AVSD系統的光學組件的機 殼配置方案，所述機殼包含主動電子汙染物捕捉裝置；圖38示出了用於根據本發明的一個實施方案製成的AVSD系統的光學組件的機殼 配置方案，所述機殼包含潔淨空氣光學器件清潔系統；圖39示出了用於根據本發明的一個實施方案的AVSD系統的光學組件的機殼配置 方案，所述機殼包括用於防止障礙物進入所述光學組件的視場或將障礙物從所述光學組件 的視場中清除的機械元件；圖40示出了圖39的機殼配置方案的正視圖；圖41示出了用於本發明的一個實施方案的AVSD系統的光學組件的冷卻配置方 案；圖42示出了由根據本發明的一個實施方案的AVSD系統監測的體積，其中光平面 射過所述體積；
圖43示出了一種用於將光束掃過一定體積並適用於圖42的實施方案的機構；和圖44為表示不同的煙霧水平(遮擋值)穿過不同路徑長度時的前向散射水平之 間的關係的圖線。
具體實施例方式作為根據本發明的實施方案的AVSD系統的部分操作，可能需要確定光學接收器 的視場中是否存在可能會使所述傳感器在希望的工作區域內探測煙霧的能力降低的障礙 物。特別是需要監測如圖1所示由連接接收器與光源的虛線和發射的準直光束形成的線限 定的扇形區。圖1示出了典型的AVSD顆粒探測系統100，包括光源102和攝像機形式的接收器 104。所述光源被配置為發射光束106使其穿過受監測的空間。將攝像機104對準以觀察 光源102及其光束106並探測光束106被存在於所述受監測的空間中的顆粒散射的光的 水平。關鍵體積110在光束106和連接攝像機和光源102的虛線108之間，在該關鍵體積 110內的障礙物必須受到監測。若障礙物出現在此區域內，光束106會被遮擋從而在攝像機 104的視野中消失，並且因此攝像機將不能探測到來自整條光束的散射光，並且損害系統的 探測敏感度。圖像傳感器104(以及發光器102也可能)連至處理器107，所述處理器適於 分析捕獲的帶有或不帶有源照明數據的圖像，以基於所述圖像中捕捉到的輻射來確定在所 述體積內顆粒的存在。一種用於探測體積110內的障礙物的方法是發射非準直的或發散的光束使其穿 過待監測的扇形區110。或者，可使準直光束快速掃過扇形區110以實現類似的效果。若體 積Iio中存在障礙物，則所述非準直光束會投射出陰影。圖2示出了一個示例性的配置方 案，其中圖1的AVSD系統中擴充了面向後方的第二攝像機112和發射光使其穿過區域110 的非準直光源103。所述面向後方的攝像機112被配置為觀察在區域110後方被非準直光 源103照明的表面。使用這樣的配置方案時，侵入體積110的物體114會投射出陰影116， 向後觀察的攝像機112可觀察到該陰影。攝像機112拍攝的圖像可被處理為識別與預記錄 的已知沒有障礙物的「參比」圖像之間的差異。當通過處理確定第二攝像機112拍攝的圖 像幀和所述參比圖像之間的差異顯著時，可引起故障警報。或者所述圖像處理可通過比較 相鄰圖像區域的強度並確定相鄰區域間存在足以探測陰影的差異以確定障礙物形成的陰 影的存在。理想的是光源103是不可見的，因為這一方案提供以下優點所述光源不會使在 所述區域內工作的人覺得刺眼，因此不會造成妨礙。在一個實施方案中，光源103可為閃光 氙燈。所述系統可被配置為當預定尺寸的陰影存在的時間比預定時間更長時觸發故障 狀態。所述預定時間的長度應該足夠長以避免短暫的障礙物、例如快速飛過區域110的小 鳥就能形成故障狀態。與圖1和2的系統中系統的主要組件位於房間的相對端的情況相反，在根據本發 明的AVSD系統的一些實施方案中，系統的主要組件的位置彼此緊鄰、例如位於受保護空間 的相同端是有利的。這種配置方案不再需要向受保護的空間的相對端供電和發信號，並且 因此可能使所述系統的安裝成本更低。
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在一個形式中，這一目的可通過使用位於受保護空間中遠離所述光源和接收器的 一端的專用反射器來實現。光束射向所述放射器，所述反射器被設計為翻轉反射光束至要 求的目標位置，所述目標位置可與所述接收器相鄰。所述反射器可具有大於90度的「拐角」，以使光束以相對於入射光束固定的角度 反射。或者所述反射器可為凸面鏡，所述凸面鏡控制光束反射到已知的目標位置。實際上 所述鏡可採用一組平鏡或也可為能夠形成會聚反射的光束的凹面鏡。圖3示出了本發明的這一方面的一個實施方案300，其中接收器104和光源102 安裝在相對靠近於彼此的位置。在一個特別優選形式中，它們可基本上位於同一位置，例如 在同一個機殼內。在此實施方案中，光束306射向反射平面302，將攝像機104對準以獲得 包含反射器302、部分入射光束306、全部的反射光束308和目標310的視場(用線304表 示)。正如在以上引用的我們較早的專利申請中所討論的那樣，若提供了其它目標位點310 的監控方法，則可以允許所述目標位點310不在攝像機104的直接視野內。反射器302可安裝於可調機架上，所述可調機架的角度在安裝時可通過例如使用 調節螺絲或類似物進行手動調節。或者，通過使用機電驅動傾斜機構(如圖33所示的機 構)得到進一步的改進，以保持反射光束長期的位置穩定性。雖然這需要向系統的遠端供 電，但這種系統可具有非常低的平均電力消耗，從而使其能夠以長壽命使用電池。本領域技 術人員已知許多可選擇的傳動器類型能夠實現該功能，包括齒輪傳動電機、步進電機、電流 鏡(galvanic mirrors)、螺線管、壓電傳動器、熱傳動器等等。有利地，鏡302的角位可通過遠程控制初始設定，之後保持。這種控制可由探測系 統中的軟體使用來自攝像機的可視圖像和其它輸入來自動進行，類似地，光源102產生的 光束306可被自動控制為保持射在反射器302的目標上。本文公開了用於光束控制的合適 機構。另外，通過調節鏡302的角度掃射反射光束308的能力可有效地用於驗證攝像機 的視場沒有被過度遮擋。為了實現上述方案，反射光束可周期性地掃向所述攝像機。若在 掃射的過程中目標斑點意外消失，則這可能是由於障礙物引起的。或者，若在掃射光束306 的過程中探測到散射(或意外的散射變化)，則這可能是由障礙物的邊緣引起的，探測軟體 可識別出這種情況。在安裝時，可記錄可接受程度小的障礙物(例如垂直的建築物柱或固 定裝置)的效果，之後與新的掃射結果相比較。在一個可選的實施方案中，反射器302可為彎曲的，或由多個毗連的平鏡組成，每 個平鏡以稍微不同的角度放置。用這種類型的反射器通過瞄準所述反射器的表面的不同部 分，可使反射光束308的路徑偏離光源方向。在另一個構造方案中，反射器302可為角反射 器配置方案的變體。通常，這種反射器使用正交放置的反射表面，使得不論光束射到所述反 射器上的點在哪，均能反射所述光束使其基本直接返回源。然而，當所述反射器表面設置為 90度加上一個角θ時，反射光束通常以偏離入射光束2Χ θ的角度被反射回來。在圖4所示的另一個構造方案中，光源102和接收器104可設置為短距離分開，並 使用傳統的180度向後反射器302。以此方式，入射光束306和反射光束308保持在相同的 路徑的相反方向上。為了監控雷射束308返回到達光源102處，可使用例如光電二極體形 式的位於光源102上的獨立的探測系統。來自該設備的信號還可通過以下更為詳細的描述 中的方式用作確定傳送-損失的煙霧探測器。
在本發明的一些實施方案中，望遠鏡式成像光學器件可用於提高探測設備的有效 範圍和敏感度。在一種形式中，所述望遠鏡式成像光學器件可採取可購得的變焦透鏡的形 式。許多可購得的透鏡的放大倍率可為電控的，使系統軟體能夠選擇性地放大部分圖像以 改進對該區域的顯示。當在特定區域中識別到潛在的歧義性的低水平信號時，上述方案可 能是特別有利的。在這種情況下，所述望遠鏡式光學器件可以允許所述系統放大發出所述 低信號的區域，並且在沒有不必要的延遲或虛警的風險的前提下確定是否存在顆粒或火災 的威脅。在此實施方案中，可以以任意方式在所述接收器的輸出信號中探測煙霧。在許多情況下，即使空氣中不存在煙霧或灰塵顆粒，光束可被攝像機觀察到的方 案也是有利的；其目的在於例如便於在裝配時構造系統，使得當光源和/或目標在攝像機 視場以外時能夠安裝，以及監測光束中的障礙物。本發明人已經確定，這樣的功能性可通過使用短波光源來實現，所述短波光源在 非常小的顆粒如潔淨空氣中的氧氣和氮氣分子上產生可見散射。例如可使用藍色或UV激 光，或者任選地穿過藍光或UV濾波器的準直氙閃光。可單獨使用短波光源，即將短波光源用於煙霧探測，或者短波光源可與用於煙霧 探測的初級光源結合使用。在一個優選的實施方案中，使用的短波光源為藍色、紫色或紫外雷射二極體。然 而，以目前的技術，這些的總工作壽命有限，因此優選僅短期工作，例如以規律的間隔工作， 以滿足對故障狀態識別的時序要求。因此，在此優選實施方案中，第二光源發射在可見或紅 外光譜內的光，該光被配置為與所述短波光束共線或共軸，所述第二光源用於初級煙霧探 測。若短波雷射二極體的壽命期望值在將來能如所希望的那樣有所改善，則可省去所述可 見或紅外光源。已知與長波相比，短波光源在更小的顆粒上產生相對強的散射信號。這使得能夠 更早地探測到含有高比例的小顆粒的煙霧，例如那些從過熱的「低煙霧零滷素」類的電纜發 出的煙霧。另外，通過比較來自短波光源的散射信號和來自較長波長的源的散射信號，可對 小顆粒和較大顆粒的相對比例進行估計，這有益於使其能夠識別非火焰產生的顆粒，如灰 塵，從而減少虛假火警的發生機率。在此實施方案中還可能有利的是，僅當用長波散射已經 探測到顆粒時才打開短波源，以此方式延長短波源的工作壽命。在本發明的其它實施方案中描述的顆粒探測系統一般使用非可見波長的光，以避 免出現不希望的可見斑點，所述可見斑點可能會成為妨礙物或幹擾物，特別是在昏暗的照 明環境下。然而，所述初級光源發出的光不可見這一事實可能是一個缺點，例如在安裝時安 裝者希望驗證光源和攝像機放置得足夠準確以使雷射束能夠正確瞄準的情況下。為了有助於使對準所述初級光源的操作變得容易，可設置如圖5所示的發射可見 光束的第二雷射器。圖5示出了系統500，包括兩個共軸的雷射器502和504。第一雷射器 502發射例如在EM譜的紅外區的光束(用實線表示的506)，並且第一雷射器用作顆粒探測 的初級雷射器。第二雷射器504發射在電磁譜的可見區的光束508。該第二雷射器可被安裝為與所述初級雷射器預對準在相鄰的共線或共軸的路徑 上。該光束形成的可見斑點可用於幫助驗證所述源的定位和對準狀態是合適的。在調試之後，在正常工作的過程中可關閉所述第二雷射器。若所述初級雷射器在調試後需要重新對準，則可再打開該可見光源。相同的物理結構可用於安裝短波(藍光或 UV)雷射器以實施上述系統的實施方案。在本發明的一些實施方案中，該系統設有反射目標，由光源發出的光射到所述反 射目標上。然後，從該目標反射的光束可用於確定雷射束的正確對準狀態，並且可能用於其 它任務，如分光損失測試。在另外的實施方案中，所述系統需要一種將光束從所述目標掃到另一位點的機 構，以監測光路附近區域中的障礙物。不論在任何情況下，都必需確定所述光源和目標以希望的方式對準。為了確定所述光源正確對準以使其將雷射束射到所述目標位置上，所述光源單元 可配備有優選為方向敏感的光學探測器。該傳感器被設置為根據發射到所述反射器的表面 上的光斑跟蹤所述雷射束的對準狀態。所述探測器可用於測試分光損失和跟蹤雷射斑點的位置。圖6示出了一個光源安裝配置方案600的示例性的實施方案，該方案能夠同時實 現光束控制和斑點跟蹤。在此配置方案600中，雷射器602發射光束604，通過在兩個旋轉 維度上(例如在前後和左右方向上)電調節可移動的鏡606的角度來控制所述光束604。可選的能夠實現相同的移動能力的配置方案包括使用多個鏡，每個所述鏡僅在一 個維度上可以傾斜；或者直接移動雷射發光器本身；或者將可移動的發光器與一個或多個 鏡或稜鏡或類似物結合。優選地，光學接收器608通過相同的可移動的鏡606觀察位於向後反射目標612 上的雷射斑點610。在一個實施方案中，傳感器608安裝在光源602的旁邊並且與其對準， 從而使其視場614的中心基本與雷射光路604對中。在優選實施方案中，光學接收器608由安裝在透鏡的焦點上的一個或多個光電二 極管組成，所述透鏡安裝在管道中。例如在光束掃射之後或在調試的過程中探測所述向後反射目標的位置時可能出 現的問題是，在此區域中的其它物體也可能形成實質上的反射，這可能會被誤認為是希望 的目標，從而形成「假目標」。一個實例是玻璃窗和高光窗框的交點，它可能形成偶然的但非 常有效的「角反射器」，該「角反射器」沿著或非常靠近於入射路徑將光束反射回來。可以以 多種方式將這種假目標與希望的目標區分開來。例如，通過掃描所述反射目標的寬度和長 度以驗證這些參數(例如目標的範圍)與對真正目標所預計的那些參數是相當的。或者， 可為真正目標加入區別特徵，例如圍繞外周的反射和不反射材料的區域，從而使掃射光束 的操作可以以類似於條形碼讀出器的方式產生可識別的響應。然而，這種方法可能在識別 目標的過程中帶來不希望的複雜性、歧義性或延遲。圖7示出了本發明的另一個實施方案，該實施方案大致近似於圖6所示的實施方 案，但另外包括作為標誌的次級光源，以正確快速地發射所述雷射束。在圖7中，與圖6相 同的特徵與其共用附圖標記。系統700包括次級光源702，該次級光源優選為LED，光學接 收器608對所述LED發射的光的波長敏感。安裝光源702使其與目標612之間具有已知的 位置關係，並且所述光源702優選安裝在傳感器單元704上。在使用時，調整可控的鏡使激 光從目標612掃至傳感器704，在搜索過程中，可優選關閉雷射器602，並且優選以預定的方 式調節次級光源702。該調節用在處理傳感器608接收到的信號的過程中，以幫助探測所述信號並將希望的發光器702與任何其它可能存在的不希望的光源區別開。在此優選實施方案中，使用的搜索花樣最大程度地減少了將光學探測器608的視 場中心和雷射束602定位到向後反射的目標612上所需的時間，所述搜索花樣如下。優選 地，鏡606初始設定在其中心位置，之後使所述鏡移動以使雷射束的移動軌跡為逐漸增大 的螺旋形。然而，許多可選的搜索花樣也可容易地使用。處理來自光學接收器608的信號 以確定當來自安裝在傳感器704上的標誌光源702的信號最大時所述鏡的位置。記錄在這 一位點上的鏡606的坐標，同時確定傳感器單元704的位置。由於安裝的物理結構是已知的，即向後反射的目標612和傳感器單元704的相對 位置是已知的，因此當從光源或鏡606的位置觀察時，可確定希望的目標612的位置。例如 向後反射的目標612可與傳感器704的進孔位於同一水平線上，向左偏移1度。如上所述確定傳感器704的位置之後，將鏡606對準以使雷射器瞄準希望的、向後 反射的目標612的中心位置，並且打開光源602開始進行相似的搜索花樣。理論上這樣的 搜索開始時雷射應位於所述向後反射的目標中心。在這種情況下，以預定的方式調整所述 雷射束，並且處理來自反射雷射的由光學接收器608接收的光信號，以確定來自向後反射 的目標612的信號最大時的位置。記錄在這一位點上的鏡606的坐標，同時確定向後反射 的目標612的位置。在一個可選的實施方案中，除使用掃射光源之外(或作為使用掃射光源的代替措 施)，位於遠處的鏡可被製成可掃動的。在此實施方案中，所述光源安裝在攝像機附近並具 有安裝在其上(或其旁邊)的關聯的雷射器目標。可掃射所述雷射器以定位上述「智能」遠 程平鏡(例如通過使用上述的向外螺旋花樣)。然後，所述鏡可被配置為自動地傾斜(tilt) 和/或搖動(pan)，以根據光傳感器對雷射的判斷將反射雷射斑點置於目標上。所述鏡的掃 動配置方案僅需要允許緩慢移動使得能夠進行最終對準，而所述雷射器可被允許進行更快 的移動以使其能夠如本文所述從攝像機端掃描侵入物。在以上提到的我們之前的專利申請中公開的系統的一些實施方案中，可使用透明 (或類似的)物體模擬煙霧，以校準或對準所述系統。在此實施方案中，可有利地使用光散 射材料的半透明片以確定雷射束路徑的位置並驗證顆粒探測器正確工作。這在調試和保持 過程中是特別有意義的。然而，系統在正常工作的過程中可能產生一個問題物體可能全部或部分進入光 束並引起可能與顆粒混淆的散射，從而引起虛警。即使所述光束恰位於地面以上，如氣球或 塑料等物體仍可能進入所述光束。避免虛警的一種方法為識別與煙霧事件相比具有相對突然的特性的固體物質的 侵入。在這種情況下，用指示故障代替報警。雖然這種方法在一些情況下可能是有效的，但 對於散射光探測器，仍然存在一種風險物體會以一定速度進入所述光束，從而使得當僅使 用這種方法時基本上不能將所述物體與煙霧區別開來。本發明目前的實施方案提供了一種可選的或補充的解決該問題並幫助區分這種 固體物質和煙霧的解決方案。操作原理是，在一個或多個軸向上掃射初級煙霧探測光束；若 接收到的散射信號發生變化的方式表現為固體物質的特徵，例如識別到基本固定的邊緣， 則該物體被識別為固體，並報告為形成故障狀態而不是警報狀態。優選進行多次掃射，因為 固體物質趨向於以基本穩定和重複的模式散射光，而一縷煙霧在相近的時間內在位置和強
43度方面均會發生顯著變化。例如，可有利地使用5-20秒的掃射時間。
圖7A為表示這種方法的流程圖。在該圖中，方法750開始時，在步驟752中用AVSD 系統探測散射光。然後，在步驟754中將光束以隨機的或預定的方式掃過感興趣區，以確定 散射光示數隨光束位置變化的方式。根據該測試，在步驟756中確定散射體依賴於位置的 散射特徵。例如，所述依賴於位置的散射特徵可為絕對散射水平或散射變化的速度或者其 它一些測試量。然後，在步驟758中分析所述散射特徵以確定物體的散射特徵的空間變化 方式是類似於固體還是煙霧。若所述物體為固體，則在760中指示故障，而若所述物體不是 固體則在762中發出報警信號。該方法指出的故障狀態或警報狀態可根據在煙霧報警系統的報警協議中建立的 延遲時間和閾值水平而有所延遲。並且，確定侵入到所述光束中的物體是固體還是煙霧的 操作可在適當的延遲期間內重複進行，從而若物體初始時表現為固體侵入所述光束中，但 之後又表現為類似煙霧，則能夠引發適當的警報，反之亦然。在本發明的一些實施方案中，所述系統可與背散射幾何條件一併使用，在這樣的 系統中可能面臨一個難題由於來自被光束射到的表面(例如一個表面，光束射到該表面 上以觀察定位光束)的散射(反射)可能使觀察的攝像機過載。若發生上述情況，所述過 載可能對接收圖像傳感器造成「光暈(blooming)」效應，因此使其部分視場失效。圖8示出 了這種情況，示出了根據本發明的一個實施方案的顆粒探測系統800。系統800包括光源 802，光源802發射光束804並使其穿過受監測的區域。進入光束804的顆粒造成光散射， 所述光散射被攝像機806探測到以探測所述顆粒的存在。另外，當光束804射到位於受監 測的區域的相對側的牆壁808上時，在形成的光斑810處發生相當大量的散射。由於光斑 810位於攝像機806的視場內，並且部分從牆壁812散射的光被攝像機806捕捉到，這可能 導致其中部分圖像傳感器過載。然而，可以通過以下方法解決上述問題調整所述光源的強度和接收攝像機的敏 感度，從而使散射光的影響在來自光斑810的散射光到達接收攝像機的強度達到峰值時顯 著減小。圖IOA示出了實施這種方法的一個配置方案，圖IOB示出了用於一個實施方案中 的關聯的驅動波形。配置方案900包括相位控制脈衝發生器902，所述發生器902連至兩個驅動電路 904和906，所述兩個驅動電路904和906分別連至光源908 (例如雷射二極體)和光傳感 器裝置910 (例如攝像機)。光從雷射二極體908射出並穿過準直透鏡912。部分出射光束 914經向後反射形成返回光916。返回光916首先穿過會聚透鏡918，然後穿過微通道板圖 像增強器920，來自驅動電路906的輸出脈衝控制所述微通道板圖像增強器的工作。然後， 光傳感器922的CCD陣列接收放大的光束916。用驅動電路904調整源光強度，以使在光束 到達目標牆壁並被反射回來之後，所述光束的相位與調整後的接收器敏感度的相位完全不 同，所述接收器的敏感度受驅動電路906控制。圖10示出了 3幅曲線圖1050、1060、1070， 分別代表雷射器908發出的光的強度、傳感器接收的反射光的敏感度和所述傳感器的敏感 度。在圖IOB中，光從源到目標牆壁，然後返回傳感器所耗費的時間用、表示。由圖IOB可見，雷射二極體908採用的驅動波形1050被調整為，使光脈衝從源到 牆壁然後返回傳感器所用的往返時間與曲線圖1070所示的對選通圖像增強器920的減速驅動(reduced drive) 一至文。為了保護攝像機及其光學器件不受傷害和汙染，所述攝像機一般會安裝在機殼 內，攝像機通過機殼中的窗口觀察受監測的區域。但是，在本發明中，安裝時仍然存在攝像 機及其機殼受到汙染的問題。許多可能的汙染源，例如汙物和灰塵，會積累在探測器的光學 器件上。然而，一種可能對攝像機造成快速遮擋的情況是昆蟲爬到攝像機機殼的窗口上，當 這種情況發生時，會干擾系統探測煙霧的能力。因此，有利的措施是，監控窗口表面，從而當 窗口被遮住或部分被遮擋時發出故障信號。圖11示出了本發明的一個實施方案中使用的成像配置方案的一部分。成像配置 方案1100包括圖像捕捉陣列1102，例如(XD，所述圖像捕捉陣列通過一個(或多個)會聚 透鏡1104觀察受監測的體積。這些光學器件受透明窗口 1108的保護。當昆蟲1110爬過 窗口 1108時，系統的性能下降。一種檢測這類障礙物的方法是不時地照明外殼的窗口 1108的區域，並檢查捕捉 到的圖像是否基本不同於已知在窗口上沒有障礙物時拍攝的參比圖像或預定的閾值水平。 為了提供必要的照明，成像配置方案1100設有一個或多個光源1112，所述一個或多個光源 被配置為照明窗口 1108的表面。任何靠近或落在窗口 1108上的物體會反射大部分的照明 光。將在上述狀態下捕獲的圖像與參比圖像或閾值(在沒有障礙物的情況下採集的)進行 比較，以確定窗口上是否存在障礙物。在一個可選的實施方案中，可將在光源1112 「開」的狀態下拍攝的圖像與關閉光 源1112的狀態下拍攝的參比圖像進行比較。在此情況下，光源1112打開時的圖像會包含 由於照明所述障礙物造成的明亮的偽像。類似的技術可用於探測在所述窗口內側或系統的其它光學組件(例如圖像傳感 器透鏡)的表面上的昆蟲或其它障礙物。為了避免暴露於由本發明的一些實施方案發出的具有潛在危險性的雷射水平下， 可能需要監測所述雷射路徑。在本發明的一個實施方案中，分光損失測試技術可用於探測 是否已有侵入物進入雷射束的路徑中。若探測到侵入物，監控雷射器工作的系統可被構造 為將雷射功率減小到安全水平，直到不再存在侵入物。本發明人已設計出多種基於分光損失探測進入雷射的侵入物的方法。一種方法 是在光路中放置光學探測器並測試到達的雷射輻射的強度。可將該強度值輸入所述監控 系統，並且當探測到接收到的光減少時，可以認為存在侵入物。圖12示出了根據本發明的這一方面的一個實施方案的系統的光源部分1200。該 配置方案包含初級光源1202，該初級光源一般為發出輻射線1204的雷射器。該輻射線被位 於受監測的區域的相對側的反射器1206反射。在使用中，光束1204穿過所述區域並且被 反射器1206反射。在反射器1206處，輻射線1204可能會被散射，並且至少部分反射輻射 1208將到達適當放置的光學探測器1210。所述反射器可為任意種類，例如角立方型或漫反 射表面或其它向後反射材料。光學探測器1210可位於所述光源附近或其它任何能夠接收 部分反射輻射的位置。若探測器1210測試到的光水平發生變化，則這可能意味著有東西遮擋了光束，並 且如上所述光束功率可能會降低。正如以上的實施方案所述，有時需要控制所述AVSD系統的初級光束，其目的在於例如在調試時或在其它時候將光束對準到目標反射器上。在圖13描繪的一個優選實施方案中，光源1300以在前述的實施方案中所述的方 式向反射目標1304發出光束1302。至少部分所述反射光1306入射到接收器1308上，所述 接收器安裝在光源1300旁邊。在本實施方案中，光源安裝在雲臺機構1310上，控制器1312 控制所述雲臺機構的位置，並調整上述光束的方向，以將接收器1308接收到的反射光水平 最大化。所述系統需要一種初始對準、之後經時保持對準狀態的方法。以下為一種使用如 上所述裝置進行精確對準的方法。控制器1312能夠使光源1300將光束1302掃過反射目標可能存在的區域，並且當 接收到的信號在預定的閾值以上時停止。所述預定的閾值可為距離的函數。為了更為準確 地找到目標中心，可探測邊緣。為了進行上述操作，雷射器1300掃過所述目標，並且記錄當 接收到的信號約為最大值的一半時的位置。然後，將所述雷射器設置在這兩個位置之間的 中點。然後在與第一次的方向垂直的方向上重複該過程，並且可有利地在原始方向上多重 復至少一次。當所述目標不是方形或其邊不平行於搜索方向的情況下，該重複搜索改進了 精確性。其它光源可能干擾上述方法。減小幹擾光源的影響的一些方法有1)調整雷射器1300的振幅，並使用被調整為響應該特定調製的接收器(例如雷射 器為1000Hz開-關脈衝和積分周期為IOOms的同步探測)2)過濾接收到的光的波長(例如使用染料濾波器或幹涉濾波器)3)過濾接收到的光的偏振方向(在接收器前放置起偏器)為了有助於安裝並在之後確定安裝的組件的位置並未由於例如在安裝組件時發 生的破壞或移動而發生變化，可將傾斜傳感器安裝在所述系統的至少一個元件中。在一個 優選的實施方案中，傾斜傳感器安裝在攝像機機殼中，可用於在所述傳感器偏離對準狀態 時發出指示。類似地，光源機殼中的傾斜傳感器可在所述光源偏離對準狀態時發出指示。參考圖14，示出了機殼配置方案1400，該機殼可容納光源或接收器。一般來講，機 殼1400為包含著構成光源或接收器的組件的外殼以及孔1402 (可由窗口封住)。孔1402 既可用作容納在機殼1402內的光源的出射窗口，也可用作容納在機殼1402內的接收器的 視窗。通過例如固定構件1406安裝傾斜傳感器1404使其與機殼1400之間為固定關係。來 自傾斜傳感器1404的輸出信號經信號調節電路1408處理並與預設的可接受的示數比較， 以提供偏差信號。當所述偏差信號超出閾值時，故障狀態可由通訊網絡(例如數據線1410) 或通過其它通信或信號發射裝置(如無線通訊連接)傳遞至外部監測設備。為了確定所述系統能夠探測煙霧，需要保證攝像機觀察雷射束路徑的視場中沒有 障礙物。所述光束和攝像機之間的物體使攝像機觀察不到部分所述光束的路徑，從而使得 不能探測沿著被遮擋部分的光束中的煙霧。因此需要在所述光束和攝像機之間的區域範圍 內檢查攝像機的視場，以保證其中沒有物體存在。本發明人已經發現多種可用於探測此區 域內物體的方法，以下對這些方法中的一些進行說明。可使用對本領域技術人員而言顯而易見的修改方案將以下的監控技術應用於一 系列的AVSD系統構造方案，例如使用在不同區域內進行煙霧探測的一個或多個光源和/或 一個或多個光傳感器的系統。
在圖15所示的系統構造方案中，光源1500和接收器1502彼此緊密相鄰。接收器 1502被配置為觀察與雷射束1506的路徑一致的要求的區域。反射器1504可為角立方型或 其它反射設備，安裝在受監測的區域的相對端，並反射光束1506使其穿過所述受監測的體 積，其反射方向使接收器1502可用於探測來自光束1506的返迴路徑上的由煙霧或其它顆 粒造成的向前散射。光源1500安裝在掃射機構上，以使光束可掃過弧線1510。任何位於由雷射器 1500、攝像機1502和反射器1504限定的區域內物體，例如1512，當被所述雷射器掃過時將 被所述雷射器照明。這樣的照明可被攝像機探測到並指示故障。在一個實施方案中，所述系統被構造為包含多個成對工作的光源和接收器，在此 實施方案中可使用相同的方法。另一種可用於本發明的一些實施方案中的監控方法涉及發射光使其穿過受監測 的區域，並檢查是否有任何侵入物體投射出陰影。在圖16中示出了實施該監控方法的系統 1600。在系統1600中，光源1602照明了靠近面向後方的攝像機1606的區域1604。當物體 例如1608進入該區域時，該物體在由光源1602照明的背底表面1612上投射出陰影1610。 可對攝像機1606的輸出進行分析以探測物體1608投射的陰影1610，當探測到陰影時指示 故障。相同的或另外的發光器_接收器對(pair)可用於初級煙霧探測。已知當光源照明不透明物體的邊緣時，在所述物體的邊緣可見到閃光。取決於對 所述物體和光源的視角，所述閃光可能是反射或折射引起的。在本發明的實施方案中可利 用這一現象來探測侵入物體的存在。參考圖17，光源1700發射光束1702穿過受監測的區 域1704。光束1702優選照明整個受監測區域。若光束1702窄，則上述方案可通過用例如 可控的鏡等將光束1702掃過所述區域來實現。或者，可以使用更寬的覆蓋整個感興趣區 1704的光束實現。光放射線1706可由適當導向的可控的窄光束1702形成，或為較寬光束的一部分， 與侵入物體1708的邊緣吻合。在此情況下，從所述物體的邊緣反射的閃光1710可被接收 器1712觀察到。如上述實施方案所述，可對接收器1712的輸出進行分析以確定這種閃光 的存在，並且當識別到一個閃光時即可發出誤差信號。這種方法的缺點是區域1714不能受 到監控，因為光會從光源1700直接被接收器1712接收。這可能會導致接收器的探測元件 過載。在其它實施方案中，由於物體周圍的光折射，也會見到閃光。在圖18中示出了與 圖17中的系統相同的系統1800，光放射線1802射到侵入物1804距攝像機1712最遠的邊 緣。在此情況下，通過折射，探測器1712可觀察到閃光。由於光源1702本身不能被接收 器1712觀察到，並且在此時不再能夠觀察到任何通常可被傳感器觀察到的光，因此侵入物 1708還是可以被探測到。在將探測來自物體的閃光的操作用於監控的上述實施方案中，可能存在不能受到 監控的區域。該區域難以通過閃光檢測，因為由於來自源的射向或靠近傳感器透鏡的光可 能會導致接收系統過載或飽和。例如，若所述傳感器為CCD攝像機，則與光源周圍的區域關 聯的像素可能充分飽和並在相鄰像素處光暈化，從而造成不能用這些像素探測閃光。在這 種情況下，可使用替換的或另外的機構監控該區域。
一種能夠用於監控在傳感器的視場內的光源的附近區域的技術為使用物理尺寸 足以覆蓋原本未受監控的區域的光源，如圖19所示。在此實施方案中，圖17的系統增設了 燈條1902，所述燈條安裝在光源1700的旁邊。當燈條1902工作時，侵入物1908會擋住接 收器1712對部分或全部燈條1902的視野。可對接收器1712的輸出進行分析，探測侵入物 並指示故障。由傳感器1712以及燈條1902的邊緣構成的三角形包圍了大部分的前述未受 監控的區域。其餘的未受監控的區域1904可通過其它方法監控，如接近傳感器或本領域技 術人員已知的其它裝置。另一種監控機構可將光束後方的背底用於可能地探測進入到感興趣區中的侵入 物。在這種情況下，當系統如在任何普通建築物內的情況那樣被安裝為使傳感器在一定的 背底下觀察感興趣區時，所述傳感器可被構造為探測背底圖像中的變化以確定是否有物體 進入了感興趣區。實際上，該實施方案與上述使用陰影探測侵入物的方法類似，但是不需要 照明光束以通過陰影在背底中製造出變化。這樣的系統具有的潛在缺點是，可能難以確定在背底圖像中觀察到的變化是否 發生在光束和攝像機之間，即感興趣區中，或難以確定所述變化是否僅在不會對系統探測 能力造成影響的背底區域內。在優選形式中，可通過多增加至少一個接收器使其從不同 的視點觀察基本相同的感興趣區來解決這樣的歧義性。通過使用這種配置方案，使用幾 何原理可相對直接地計算出視場內的受探測物體的位置。所述系統因而可以將良性放置 (benignly placed)的物體與可能干擾系統探測煙霧的能力的物體區分開來。這種背底監測方法的另外的問題是，在黑暗環境中，可能沒有能被觀察到的背底， 因此可能不能確定感興趣區內是否存在侵入物。一種克服該問題的方法是使用主動照明從 而當所述感興趣區中沒有侵入物時傳感器總能夠觀察到至少部分背底特徵。例如，若攝像 機對專用照明光源發出的不可見的電磁輻射(例如IR)敏感，則可以用該波長的輻射照明 背底。在該方法的另一個實施方案中，所述背底區域可被獨立的光源(如LED燈或其光 輸出可被傳感器觀察到的其它小燈)照射。所述獨立的光源有效地為寬範圍的燈條，可按 照上述實施方案實施。在另一個實施方案中，光可射到部分或全部背底上，所述背底與傳感器對感興趣 區的視場一致。該發出的光可為光片的形式，當其到達表面上時形成傳感器可見的條帶，或 者可為一束或多束光，所述一束或多束光可為靜止的或掃過背底表面，形成傳感器可見的 一個或多個斑點；因此，侵入物存在於視場中造成傳感器觀察到的表面花樣出現差異。在另一個實施方案中，在所述背底上可能被照射出可被所述系統識別的一種或多 種花樣，因而將侵入物被判斷為背底特徵的可能性減到最低。圖23示出了一個使用垂直掃射光束監控的實施方案。系統2300包含攝像機2302， 掃射光源2306位於所述攝像機的視場2304中。來自所述光源的光束可垂直掃過攝像機 2302可見的部分天花板2308和部分牆壁2310。掃射光源2306被製成掃過基本與視場2304 重疊的區域，投射出例如2312的放射線。其它中間的掃射位置可根據必須被探測到的物體 尺寸的要求進行選擇。在該系統中，進入視場中的侵入物2314擋住了區域2316使其無法被接收器2302 觀察到。通過分析接收器2302的輸出，結合已知的掃射光源2306的位置，發現由於物體
482314的遮擋效果，在一些掃射位置上攝像機2302將無法觀察到牆壁或天花板上的光。在此 情況下可指示故障狀態。在實施方案中，當所述系統具有兩對安裝在相對方向上的攝像機和接收器時，即 每端具有一個光源和一個接收器時，也可使用燈條監控所述感興趣區。圖21示出了這種類型的系統2100，包括被構造為監測相應的感興趣區2106的第 一光源2102和接收器2104。系統2100還包含被構造為監控相應的感興趣區2116的第 二光源2112和接收器2114。系統2100還包括兩個燈條2108和2118。所述燈條2108和 2118安裝在第一光源2102和第二接收器2114之間以及第二光源2112和第一接收器2104 之間。因此，在使用中探測侵入物的工作任務可分為兩部分，使每個雷射器-接收器對監 測所述感興趣區中的不同範圍。三角形區域2106受第一接收器2104和第一燈條2108的 監測，該監測通過由傳感器2104檢查燈條的強度特徵中的任何變化來實現，所述變化如上 所述可能會被解釋成是由侵入物遮住了來自燈條2108的光所導致的。類似地，三角形區域 2116受第二接收器2114和第二燈條2118監測。圖22示出了裝置2200的示例性實施方案，該裝置可用在本發明這一方面的一個 優選實施方案中。裝置2200包含機殼2202，在此機殼中安裝著可用在圖21中所示類型的 系統的每端的光源2204、燈條2206和接收器2208的組合。在該實例中，光源2204將用於 向安裝在系統相對端的類似設備發射光束，以探測由安裝在那一端的接收器散射的光。安 裝在所述相對端的光源將向傳感器2208發射光束，以通過所述光束的散射探測顆粒。燈條 2206從光源2204延伸至傳感器2208，安裝在系統相對端的光傳感器使用燈條2206以監控 如上所述的感興趣區。在本發明的實施方案中，優選用於顆粒探測的初級光源為雷射束，並且例如為了 美觀，其波長是人眼可見度低或不可見的。在一個實施方案中，可有利地使用通常可用的波 長在780nm區的紅外雷射二極體。這種雷射二極體良好地平衡了相對低的成本和令人滿意 的小顆粒探測性能，並且因為人眼對它們在窄波帶內發出的波長非常不敏感，因此它們的 可見度低。然而，當使用這種雷射二極體時可能出現以下的問題。在一些實施方案中，可能需要一個或多個另外的光源以支持一些功能，如幫助確 定所述光源的位置、瞄準雷射束和監控傳感器的視場。在這種情況下可使用LED設備，因為 雷射二極體較為昂貴並且需要更多的配套電路。LED設備可被集中為與初級光源相同的波 長，但在目前可用的技術中，LED設備發出在較寬的範圍內的光並且對於人眼具有較高的可 見度，這可能有礙美觀，特別是當其用於低環境光的情況下，如在劇院中。自動減小低環境照明中的可見顯示的強度是已知的；例如LED鬧鐘通常配備光傳 感器，所述光傳感器使LED的顯示在變暗的房間中變得昏暗。然而，雖然這些方法針對保持 對人眼的敏感度，本發明的實施方案仍然必須解決以下難題使LED設備「開」時的強度降 至基本消除它們的可見度的幹擾效應的點，與此同時它們保持足夠強以使相關聯的傳感器 探測到的信號足以發揮正確功能。在該優選實施方案中，僅使用兩個LED照明強度的亮度水平——即是說，可為三種 可能狀態「關」、「亮」或「暗」之一。狀態「亮」或「暗」的選擇是基於與預定的閾值相比的測 得的環境照明強度進行的。為了避免在亮和暗的狀態之間不必要的迅速變化，將滯後應用 於所述閾值。
可選地，可使用多個強度水平，以使LED的強度保持在足以在環境以上的預定水 平上，以可靠地實現希望的功能，同時將幹擾性可見度最小化。在一個實施方案中，環境光水平可使用光敏組件有利地測定，所述光敏組件已經 存在於所述系統中發揮著另一種初級功能。這一方案的優點在於使組件數量最少化，因此 對於成本和可靠性而言都是有益的。例如，通過測試在LED位置的區域中像素的強度或測 試當LED關閉時在其位置處的像素強度，光源端的環境光水平可在傳感器端受到監測。通過使用光脈衝從源至物體並由物體向源反射回來的飛行時間能夠確定距物體 的距離。可購得的「雷射雷達(Iidar) 」系統用於捕獵、高爾夫或普通目的的距離測量。這 種類型的系統的一個實施方案可用於監控感興趣區中是否有侵入物。圖20示出了本發明的一個使用飛行時間測試來監控感興趣區的實施方案。脈衝 光源2000照明了包含侵入物2004的區域2002。來自物體2004的反射光2006返回到位 於脈衝光源2000附近的接收器2008。定時電路(未顯示)用於控制光源2000和接收器 2008，並測量從光源2000發出、被物體2004反射並返回傳感器2008的光脈衝的往返時間。 之後可通過簡單的計算確定距物體2004的距離。由於系統已知從光源2000到主系統接收 器2002之間的距離，因此若飛行時間測試表明在兩者之間的空間內存在物體，則可指示故 障。當小顆粒(跨度高達幾個波長)散射光時，它們幾乎不表現出有改變入射光的偏 振方向的趨勢。另一方面，大顆粒和物體，例如大灰塵顆粒、昆蟲和其它大的障礙物，特別是 粗糙的或不規則的障礙物會改變散射光的偏振性質。因此，通過使用已知偏振態的入射光 和偏振敏感性的傳感器，能夠改變系統對大顆粒而不是小顆粒的相對敏感度。在使用偏振技術的本發明的實施方案中，所述系統將安裝偏振敏感傳感器，如裝 有偏振濾波器的攝像機，所述偏振濾波器安裝在攝像機外部或內置在攝像機機殼或光學器 件中。或者，所述傳感器的正面也可安裝偏振濾波器，或所述傳感器可具有內秉偏振敏感 度。在一些實施方案中，探測到的由煙霧顆粒散射的光與不希望的環境光的比可通過 在所述攝像機前安置偏振濾波器並用偏振光源照明所述受監測的體積用約等於2的因子 改進。在這種情況下，為了達到最佳敏感度，所述光源和攝像機濾波器的偏振應為平行對準 的。若光源或濾波器的偏振旋轉90度，則僅會探測到改變了入射光的偏振態的顆粒。在這 種情況下對小顆粒的敏感度會大幅降低，因為小顆粒在散射光時沒有改變偏振的趨勢。但 仍然基本保留對大而粗的顆粒或非鏡面的響應。因此可得到很大顆粒的密度的測試量。在以下的說明中，術語「交叉偏振散射係數」指的是在所述光源和傳感器的偏振垂 直的配置方案中的測試結果。在起偏器對準光源偏振的配置方案中的測試結果用「平行偏 振散射係數」表示。通常，對於平行偏振散射係數，交叉偏振散射係數可根據以下因素採用不同的 值相對於傳播方向的散射角；相對於入射光的偏振面的散射角；照明波長；散射物質的類型和數量。
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若所述系統併入了用於測量平行偏振散射係數和交叉偏振散射係數的裝置，則通 過分析獨立的量和/或比較它們的相對強度，可發現以下益處·減少了由於空氣中的昆蟲、蜘蛛網和其它小侵入物導致的虛警率。 減少了由於空氣中的灰塵導致的虛警率。·侵入光束中的大物體可如上所述被識別並被拒判從而不導致虛警。在具有可自動移動的光源的系統中，所述系統可使用該信息來將光束重新定位到 更為有利的位置或遠離障礙物的位置。圖24示出了既能探測交叉偏振散射係數又能探測平行偏振散射係數的系統 2400。所述系統包含至少一個垂直偏振光源2402和至少一個平行偏振光源2404，上述兩個 光源分別發出光束2406和2408。光束2406和2408受傳感器2410的監測，在本例中所述 傳感器2410為攝像機，並且其上安裝著垂直偏振濾波器2412。在本實施方案中，通過選擇 性的打開垂直偏振光源2402和平行光源2404，可分別獲得所述平行偏振散射係數和交叉 偏振散射係數。很明顯，所述系統可以以另外的偏振配置方案工作。圖25示出了一個可選的實施方案，該實施方案也可用於測量所述系統中的平行 偏振係數和交叉偏振係數。在圖25中示出了系統2500，包括發射光束2504的單偏振光源2502。所述光束 2504受傳感器2506的監測，所述傳感器2506可為攝相機。傳感器2506裝有偏振濾波器 2508，所述偏振濾波器2508的偏振方向可受偏振旋轉器2510的控制。通過啟動偏振旋轉 器2510可確定交叉偏振散射係數和平行偏振散射係數的大小。在一個優選的實施方案中， 偏振旋轉器2510可為液晶型。它也可為被構造為物理旋轉偏振濾波器2508的機械設備。通過對本實施方案作出各種修改可得到這種系統的其它的實施方案。例如，可將 所述偏振濾波器固定，並且所述光源的偏振方向可以為可旋轉的，以發射在第一偏振方向 和第二偏振方向上的光。在一個可選的實施方案中，所述系統可裝有兩個帶有偏振濾波器 的攝像機，每個攝像機均被設置為監測不同偏振方向的光束。在第三個實施方案中，可通過 使用分光器將光束一分為二從而採用雙成像，從而對於攝像機存在兩個相同的圖像，但其 中之一通過平行起偏器，另一個通過交叉起偏器。或者，兩個AVSD系統可配置為緊密相鄰， 每個AVSD系統被構造為在不同偏振方向上工作。另一個變化方案為使用圓偏振或橢圓偏振。在使用線偏振時，使濾波器吻合光的 偏振態將使得能夠接收到由小顆粒散射的光，並且使用對偏(優選正交)的濾波器和光源 的偏振態將發現由大而不規則的顆粒散射的光。當通過所述系統得到含有散射數據的圖像時，若將要使用背底對消技術，如本文 其它部分中所述的那些技術，則仍然需要捕捉光源關閉時的圖像幀。在此情況下，捕捉的圖 像序列可由交錯的正常幀、交叉偏振幀和閉幀組成，所述閉幀用於對兩個「開」的測量進行 背底對消。或者，可捕捉一組平行偏振幀和「閉，，幀，之後捕捉一組交叉偏振幀和「閉，，幀， 或任意其它順序。由於兩個測量在時間上是彼此緊鄰發生的，因此所述交錯的方法是優選 的。另外，使用基本相同的光路進行測量的構造方案是優選的，因為這種構造方案避免發生 由於被觀察的體積內的顆粒密度的不均勻性造成的偏差。在一些實施方案中能夠僅捕捉在圖像序列中的平行偏振幀和交叉偏振幀而不捕 捉閉幀，但這將對可進行的分析造成限制。在這種情況下，如在我們共同待審的申請中所述，所述交叉偏振幀可被當成閉幀用於背底對消技術中。這樣的系統仍然可以有效地拒判 灰塵和大顆粒。由於可以同時拍攝平行偏振幀和交叉偏振幀，這種系統可有利地用於具有雙攝像 機或雙成像的系統中。並且，並不是絕對必須使用精確平行對準和垂直對準的偏振取向。但是，在其它的 對準方式下，信號處理更為複雜。在此情況下，兩個散射測量將為平行偏振值和交叉偏振值 的線性結合。只要已知偏振角，就可以計算出所述平行偏振散射係數和交叉偏振散射係數。當得到所述平行偏振散射係數和交叉偏振散射係數之後，有很多方法可用於處理 該數據。第一種方法為忽略具有強的交叉偏振散射響應的空間區域(即那些部分的光 束)，因為這表示該區域受到大顆粒或物體(即非煙霧顆粒)的影響。在這種情況下，所述 系統可被構造為形成故障狀態從而有所動作，如請求檢修。或者，在能夠移動光束的實施方 案中，所述系統可被構造為控制所述光束離開所述區域。可使用固定的或適配的閾值和延 遲或其它現存的判定算法來確定何時觸發故障或控制光束。這可沿所述光束以像素為基礎 或以扇形區或「虛擬探測器」為基礎來應用。在第二種方法中，所述交叉偏振散射係數可被縮放，之後用平行偏振散射係數減 去上述交叉偏振散射係數。得到的散射數據絕大部分僅來自小顆粒，因此將減少灰塵等造 成的虛警。選擇縮放因子以充分地對消一般的幹擾性顆粒，如塵雲。一種更為精細的數據處理方法為補償塵雲隨時間變化的顆粒尺寸分布。在典型 的塵雲中，由於灰塵顆粒的重力分離作用，與經過一段時間後的塵雲相比，剛產生時的塵雲 的顆粒尺寸分布會含有相對較多的大顆粒。這可通過(例如)使用快攻慢退(fast-attack， slow-decay)濾波器和對交叉偏振散射響應數據應用縮放來建立模型。然後，可用平行偏振 散射數據減去該經過濾的響應，從而得到除了塵雲中的顆粒之外的顆粒的估計的散射。通 過考慮擴散效應可進一步改進所述模型。本領域技術人員會想出可應用的過濾方法。警報閾值、延遲或其它判定參數可基於交叉偏振散射響應數據變化以降低虛警的 可能性。在煙霧探測系統中，「火災」閾值為響起火警並呼叫消防隊時的煙霧水平。煙霧探 測器系統還可具有提前報警或預警以警報即將發生的起火狀態。這種預警通常並不具有與 火警相同的監管性要求(regulatory requirements)，因此當改變這些水平時不指示故障 是可以接受的，以避免對幹擾性物質的發生響應。因此，對於一些系統，僅當需要觸發火警 閾值時才發出故障狀態的信號的方案是足夠的，從而避免虛警。圖26示出了用於監測區域2602的AVSD系統2600。正如可從以上說明中了解到 的那樣，AVSD系統特別適合於監測大的開放區域，在所述開放區域中，單個光束可代替許多 傳統的煙霧探測器。但是正如在圖26所示的配置方案中，受監測的區域2602可另外包含 較小的毗連空間，如也需要防火保護的辦公室2604、2606、2608和2610。上述問題的一種解 決方案為提供將空氣從所述毗連空間抽到受AVSD系統保護的區域的裝置。在圖26的實 例中，每個房間2604-2610均設有各自的風扇2612-2618，所述風扇被構造為將空氣從所述 房間泵送到受AVSD監測的體積中。AVSD系統2600設置在體積2602內，與來自其它體積的 空氣進入的位點緊密相鄰。這種類型的系統的一個實施方案可實施為通過例如發射輻射 線使其穿過一排套間(cabinet)的頂部或沿著一排套間的後部來監測多個設備間。其它實施方案也可用於監測隧道中的坑洞。在可選的實施方案中，可使用管道將空氣從副體積中轉移到主體積2602中。在一些實施方案中，建立AVSD系統用於在背散射幾何條件下而不是在本文中的 大部分實施方案中所述的前向散射配置方案中進行監測。這樣的背散射系統具有超越前向 散射系統的內在的優點，表現在系統的主動(即電動的)組件全部位於系統的同一端。很 明顯，這一方案在布線和安裝的其它方面具有優勢。然而，背散射系統具有以下缺陷通常它們比前向散射幾何條件的敏感度低。實際 上對煙霧散射性質的測量已經揭示，以淺角1-20度向前散射的光比朝向源的向後散射光 多大約100倍，導致向後散射光幾乎100 1的性能損失。這樣大的敏感度損失可通過減小攝像機/雷射器間距和/或增加雷射功率來恢復 到一定程度。但是增加雷射功率可能造成系統安全性的問題。在背散射狀態下，由於雷射射斑應在攝像機的視場內，因此可增加基於幀率的激 光安全聯鎖裝置，該裝置使得能夠以足夠的安全性使用更高的雷射功率。也可使用焦距更長的透鏡以幫助恢復空間解析度的損失。基礎AVSD系統中存在的一個問題是，遮擋攝像機視場的物體可導致系統不能探 測煙霧。在防火保護業中，這種故障狀態如果不伴隨著來自所述煙霧探測系統的報錯或故 障信號，則被稱為重大故障或重大失誤。人們要求經檢驗的系統發生重大故障的可能性非 常低。用於監測攝像機視場和探測故障狀態的方法在本專利中另行說明。另一種變化方案為簡單地不使用散射信號發出火警。代替地，散射(優選前向散射)測量結果通過攝像機獲得，以發揮提前警報功能並 提供煙霧位置的指示。所述煙霧探測功能(即用於呼叫消防隊或觸發滅火系統的火警信 號)獨立地產生。例如使用已作為AVSD系統的一部分的雷射器通過監測到達目標處的激 光功率可以觸發所述預警或提前報警。如上所述，該方案可以以多種方法實現，包括在目標 處使用光探測器、在目標處使用角反射器或向後反射器以及在雷射器端使用光探測器。當 在那裡探測到的光束功率略有減小時，可認為所述光束受到有效遮擋，作為光探測器工作。 這種配置方案不再需要複雜的攝像機視場監控系統，同時保留了 AVSD系統的大部分益處。另一個變化方案為，使用獨立的煙霧探測系統，如吸氣式煙霧探測器，例如由艾克 利斯公司以商標VESDA銷售的系統，從而為建築物或區域提供已檢驗的煙霧探測功能，並 且使用一個或多個AVSD系統提供提前報警和煙霧定位功能。本發明人觀察到，在AVSD系統中，當在雷射束的路徑下存在大熱源時導致目標斑 點的位置以熱源效應(heat shimmer)為特徵的方式快速變化，這是由於大氣密度快速變化 導致了折射。在本發明的一個實施方案中，通過處理目標斑點的傳感器輸出(例如影像) 或通過準確地探測在目標斑點處接收到的光水平，並且檢查接收光水平的變化，可以識別 所述位置變化。可有利地利用所述熱源效應的識別以辨別來自幾乎或完全不產生煙霧的燃 料(例如乙醇)的火焰或在火焰出現之前來自過熱的電或化學處理儀器的危險。為了消除背底移動和閃光等的影響，人們希望提供一種消除在捕捉到的圖像中與 來自雷射束的散射光無關的信息的機構。許多方法可用來實施這一方案，如拍攝一定順序 的圖像，例如雷射打開時的一張圖像和雷射關閉時的另一張圖像，並用一張的信息減去另 一張的信息。這一方案的優點是簡單，但如果背底相對於捕捉圖像的幀速快速變化，則該方案的有效性較低。一種健壯性更好的方法為同時拍攝至少兩張場景相同但使用不同濾波裝置的圖 像，從而使拍攝的兩張圖像對來自光束的散射輻射具有不同的敏感度。這樣的圖像可通過 減去法或其它數學算法進行處理，以基本上拒判背底的移動、閃光或其它變化，同時仍能提 供足夠的對來自雷射束的散射光的敏感度。合適的濾波裝置可包括波長濾波器。其中至少一個濾波器被設計為使散射的雷射 通過，同時另外至少一個被設計為使另一波長的光通過。圖26A示出了實施該方法的一個 合適的方案。此圖示出了用於AVSD系統的傳感器2648系統，包含兩個圖像傳感器2650和 2652，每個傳感器配備各自的透鏡系統2654和2656。第一傳感器2650還具有被構造為使 第一波長的EM輻射通過的濾波器2658，同時第二傳感器具有適於使第二波長的EM輻射通 過的第二濾波器2660。另一種濾波配置方案類似於圖26A所示的方案，在圖像傳感器元件的前面使用偏 振濾波器(代替或同時使用波長濾波器)，從而使至少一個圖像傳感器對與光源相同的偏 振方向敏感，同時另外至少一個傳感器比先前的傳感器敏感度低。在另一個實施方案中，使用鏡或稜鏡或類似物在一個圖像傳感器單元上結合了兩 幅或更多幅這樣的經濾波的圖像，從而使通過第一(優選更敏感的)濾波器的光射向成像 晶片的一個部分，同時使至少一幅已經通過第二(優選較不敏感的)濾波器的圖像落到所 述圖像晶片的另外一個部分上。該配置方案的優點在於，僅用一個圖像傳感晶片就能同時 記錄兩幅或更多幅圖像。圖26B示出了這種類型的傳感器系統2680工作的概覽圖，圖26C 示出了傳感器配置方案2682的細節。系統2680包含傳感器配置方案2682，在普通圖像傳感器2684上捕捉到雙圖像。 從受監測的場景中捕捉到的部分光經鏡2690反射穿過透鏡2692。這束光(光放射線A)然 後通過濾波器12686，再被傳感器2684的第一部分捕獲。未被反射的光(光放射線B)先後 穿過透鏡2692和濾波器22688，之後被傳感器2684的第二部分捕獲。濾波器2686和2688 可為不同的偏振濾波器或波長濾波器以實施任一上述方法。或者可省掉所述濾波器之一， 並可得到經濾波的和未經濾波的路徑。應該注意的是，所述鏡相對於所述透鏡和圖像傳感器以及光到達傳感器系統2680 之前穿過的孔的位置使得能夠捕捉到場景基本相同的兩幅圖像。可使用各種背底對消方法以補償變化的背底狀態。如上所述，背底對消算法一般 會對多張「發光器開」的圖像幀和「發光器關」的圖像幀進行加和或平均。在用「發光器開」的幀減去「發光器關」的幀之前，用因子f對「發光器關」的幀進
行縮放，以補償「關」的圖像相對於「開」的圖像的照明水平的變化。最佳的因子f可通過
使用從圖像中感興趣區兩側的區域得到的亮度信息進行估計 rλ
J= 2其中μ為位於感興趣區任一側的背底區域1和2的像素強度的平均值，用下標標示，下 標還表示圖像為發光器打開的幀還是發光器關閉的幀。
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該原理可擴展至考慮沿路徑而不僅是所述路徑的任一側的變化，方法是將背底區 域1和2以及感興趣區(積分區域)沿著光路的長度方向細分為片段，並對每個分區進行 計算。所述片段可在攝像機解析度允許的範圍內儘量窄。或者數值f可用下式計算
r ， f _ Monl + MonlJ --
Moffl + Poffl或
(ΛΚy _ Hosl 『
、卩off\ '^offl j在另一個實施方案中，可用由感興趣區計算得到的示數減去由背底區域計算得到 的背底「散射」水平(或灰度或煙霧)。這一操作的原理是引起小的煙霧示數的暫時性照 明變化通常會以類似於影響感興趣區(積分區域)的方式影響背底區域。通過對背底區域 進行相同的計算，可得到對在積分區域中產生的偏差的估計值，並用感興趣區的示數減去 該估計值。例如，可使用下式計算出校正的感興趣區的灰度 ^Corrected = 1On -1 off 飛(Blon 一 B\off + B2on — Bloff )其中Gcorrected為校正了背底散射的由散射造成的感興趣區中的灰度。1 和I。ff如其下標所示為雷射器打開或關閉的幀(或者開幀或閉幀的平均值)中 的積分區域的未經校正的總灰度。B如其下標所示為在雷射器打開或關閉的幀中的背底區域1或2 (如下標所示)中 的總像素強度值。在此實例中，用從積分區域得到的散射值(I。n_I。ff)減去從兩個背底區域(1和2) 得到的兩個散射值(Blm-Blrff)和(B2。n-B2。ff)的平均值。可使用獨立的像素值、在光路範圍 內積分得到的原始灰度、最終煙霧值或在任何中間步驟中的煙霧值並改變計算工作量的程 度來進行這些計算。對於所有上述方法，應優選對所述背底區域進行選擇使其不包含不希望的特性， 如飽和或者局部閃光或噪聲。可排除獨立的像素或區域。在一些情況下，可用的像素可僅 存在於所述積分區域的一側。值得注意的是，即使在不存在照明水平快速變化的問題的環境中，本文所述的對 消方法可能仍然具有超越簡單的減去法(即消除不希望的來自雷射的散射光的方法，若不 將其消除，則所述散射光在不存在煙霧的情況下會導致恆定的「背底」煙霧示數)的優勢。 所述的這些背底對消方法消除了積分區域中不希望的散射，前提是所述積分區域中的散射 約等於背底區域中的散射平均值。若所述散射基本上由非鏡面反射造成，則預計可以實現 該狀態。另一種方法為，簡單地忽略(例如歸零化或限定其值)積分區域中所對應的「背底 散射」顯著或過大的那些部分。發生這種情況的閾值可關聯至或源於火警閾值。這一目的在於避免虛假火警。若具有高背底散射水平的狀態持續的時間過長，則應該指示故障以校 正這種狀態。如上所述的具有自動光束控制的系統可在指示故障之前嘗試通過選擇不同的 光束位置來自行校正。在一些實施方案中，將上述的方法結合的方案可能是有利的，從而使小擾動獲得 補償，可能無法充分補償的大擾動被簡單地刪除。以此方式，火警水平不需要受到損害，並 且將火災判定的虛警率降到最低，而提前報警仍繼續以其最大能力工作，並且系統將不再 那麼頻繁地發出故障信號。正如一般的基於光散射的煙霧探測的情況那樣，光束中的灰塵或其它大顆粒可能 造成虛警。本發明的發明人發現，在AVSD系統中，這樣的顆粒通常對應於光束的積分區域 內的獨立的像素，所述像素不成比例地大幅貢獻了總接收光信號。另一方面，煙霧有散開並 變得分散的趨勢，從而形成「更平滑」的圖像。可通過實施用於識別灰塵存在的方法，例如通過探測相對於主導(prevailing) 時間平均值、附近空間平均值或相對於上述兩個平均值的散射峰值來利用大顆粒的這種性 質。以下給出這種技術的示例性的實施方案，在這些實例中，使用的數據樣本為經過 背底對消的單像素(Pixel wise)灰度或散射值。在一個可選的實施方案中，代替使用獨立 的像素，對集合數據(如散射對(vs.)像素半徑的數組)進行這些濾波技術。(a)時間瞬態濾波總而言之，本實例通過將來自積分區域中的每個像素的信號(在進行背底對消之 後)與之前和/或後續的樣本進行比較來操作。當被考察的值與平均值相比超過預定的閾 值時，通過例如剪切、拋棄或用局域平均值代替它從而將該值忽略。這種分析也可擴展至允許拒判短期的過度散射。結合使用在樣本經濾波之前和之 後捕捉的樣本可得到計算的平均值。(b)空間瞬態濾波在一個使用空間瞬態濾波的實例中，來自積分區域中的每個像素的信號(在進行 背底對消之後)可與相鄰像素的平均值進行比較。當被考察的像素值與平均值相比超過了 大於預定閾值的值時，可通過例如剪切或拋棄該值從而將該值忽略。這種分析也可擴展至允許拒判短空間或區域內的過度散射。由於具有給定的像素 的光束的長度可從光束的一端到另一端大幅改變，因此改變最大許可行程(rim length)的 措施是有利的。在一個形式中，所述閾值可被確定為來自被考察的像素附近的像素的多個標準差 的值。因此，所述系統會傾向於對大大超過來自所述系統的隨機噪聲這一事件作出響應。也 可使用其它基於與所述系統關聯的統計量或基於絕對確定的或以經驗確定的參數的閾值。(c)統計分析統計分析也可用於辨別灰塵產生的散射信號和煙霧產生的信號。本發明人已經確定，與小顆粒相比，大顆粒傾向於使接收到的光產生更多的時間 上和空間上的變化。因此，能夠對散射示數進行校正以補償或至少部分補償由灰塵或其它 大顆粒作出的貢獻。雖然還可使用很多的關係或公式，優選的方法為基於灰塵和煙霧的散 射貢獻的數學模型的方法。
在描述校正方法之前，需要給出一些定義和模型。所述模型以及進行的計算基於 獨立的像素或附近像素的組，使用基本類似的統計數據。假設感興趣體積中的散射顆粒的總體可分為兩類小的煙霧類顆粒和可能為灰塵 的大顆粒。顆粒尺寸分布可能重疊。接收到的總散射信號為來自兩個總體的散射的結合。S ^ + Y2其中；J為一段時間內的總平均散射信號，和；^為來自煙霧的平均散射信號，和》2為來自灰塵的平均散射信號。接收到的散射信號樣本的總標準差為O2rotal = G2Backgr(mnd + G2s其中σ Total為經過一段時間接收到的散射信號樣本的標準差，σ Backgromd為來自系統的與感興趣體積中的散射不相關聯的貢獻(背底照明的變 化、散粒噪聲、其它電噪聲)，σ s為在感興趣體積中移動的顆粒造成的散射過程的貢獻。所述感興趣體積定義為雷射束與被考察的像素或像素組的視場的交叉點。值ο s本身由灰塵和煙霧顆粒總體的貢獻組成。G1s = σ\ + σ\其中σ工為感興趣體積中的煙霧的貢獻，和σ2為感興趣體積中的灰塵的貢獻。並且我們使用相對標準差的通常定義Rx =σχ/Χ其中Rx為X的樣本總體的相對標準差，OxSX的樣本總體的標準差，J為X的樣本總體的平均值。注意到為了當前的目的，這些和其它量的估計值將與實際值可交換地使用(通常 僅可得到估計值)。使用以上的命名習慣，我們定義R1為煙霧的相對標準差，和R2為灰塵的標準差。使用以上定義，對灰塵校正的方法2700可如圖27所示來實施，如下首先，在步驟2702中，所述系統建立了系統背底噪聲水平ο Ba。kgramd。優選對每個 像素獨立地實施，並且用在光束中存在非常少的散射顆粒時獲得的樣本計算像素值的標準
差從而得到oBa。kgraund。
當上述步驟完成時，在步驟2704中可建立對於特定系統構造方案的代表性的煙 霧和灰塵的相對標準差(R)值。通常，Rfefe應比Rffli大，因為灰塵顆粒更大並造成更多的變 化。使用的物質應產生對於任意煙霧更高的R值和對於任意灰塵更小的R值。這是為了避 免在灰塵的存在下過度校正示數和降低對煙霧的敏感度。本領域技術人員會意識到存在犧 牲灰塵拒判性換取煙霧敏感度的機會和虛假的負面判定的風險。用上述定義，關係= ,Ja2rotal -a2Background可用於得到屬於每種物質的標準差組
分，即相應的R。R值應基本不依賴於顆粒濃度，因此最好使用高濃度(但沒有高到會造成 次級散射的問題的程度)來減小測試中的偏差。這些R值可能僅可應用於一個像素或像素區域。這是因為積分區域的不同部分中 像素可見的光束的不同長度導致像素與像素之間可能存在相當大的變化。然而，對於代表性的系統而言，煙霧和灰塵的R值僅需要確定一次。當建立了一組 R值之後，對於非全同的系統的相應值可計算獲得或由實驗確定。背底噪聲水平(oBa。kgramd)可隨照明狀態變化。因此，雖然能夠使用固定值，但最 好使用隨照明狀態變化的值。實現上述方案的途徑可為通過使用公式、查找表，或通過在 已知具有低濃度的散射顆粒的條件下進行測試，或通過使用在沒有主動照明的條件下拍攝 的圖像幀(即「閉幀」)的數據。接下來在步驟2706中，背底對衝後的樣本組的來自每個像素的標準差ο T。tal和平 均值雲在短時間內(一般為1-10秒)計算得到。在步驟2708中，使用建立的0Ba。kgraund和 最近的 Total 計算出_「2~
crS ~ -yj fjTotal — σBackground然後，在步驟2710中，使用建立的RpR2和最近的σ s以及可構造以下兩個等式a2s =R^J12+^J22S=J1+^存在兩個未知量(來自煙霧的散射)和^ (來自灰塵的散射)。瓦的解如下Y2=J-Yiσ2 =RfJi2+ Rl令 k = VR2 和 B = Rs/R2^2^2=^2^"2+^-^")20 = ++^ ^Wi-(U)M2)
1l + A2
—-1 士 Λ/乂252—乂2+52 O1 = ο---
11 + Α2 由於雲 >瓦，因此唯一的實根為^ =
11 + Α2通常因子A小。因此，可得到可接受的近似值
J1=S (I-B) Ji=S(I-RsZR2)必要時，由S2 =孓S1給出估計的灰塵的貢獻。使用以上方法，當散射信號非常小(或等於零)時會出現問題。在這種情況下，項 Rs的偏差非常大，這主要是由於雲的相對偏差大導致的。在一個極端的實際情況下，可能會 出現除以零偏差的情況。在一些實施方案中可通過修正在低散射水平下的灰塵校正來解決 這一問題。例如，可使用以下等式S < SA,=S
r S~Sa Rs/R _S1= S Α- ^s/^2
SA< S SB ^1=S(I-RJR2)值Sa為不進行任何校正的閾值，Sb為允許充分進行校正的第二閾值，對上述兩個 值進行選擇以使系統噪聲在任何點都不會對性能造成過度的影響。對本領域技術人員而言 許多可選的方案也是顯而易見的。可對散射對像素半徑的數組或其它集合數據進行這一處理，而不使用獨立的像
ο這種方法的另一種可用的變化方案涉及類似的處理，但所述處理應用於像素值的 空間變化而非時間變化。在另一個變化方案中，經時和跨空間得到的樣本的結合可用於增 加總樣本大小。這減小了統計中的估計偏差，從而得到更佳的灰塵拒判性能和更準確的煙
霧示數。另一種變化方案涉及利用可由灰塵導致的高斯散射樣本分布。當大顆粒經過光束 時可產生明亮的閃光。這與電噪聲處理或來自場景的散粒噪聲引起的隨機波動不同。在不 存在顆粒的情況下散射示數的分布接近於高斯分布，這是因為該分布是許多不相關的源的 總和。類似地，在可探測水平的小顆粒的存在下散射示數的分布趨向於高斯形態，因為在光 束中一般具有大量顆粒。但是，當存在可探測濃度的大顆粒的情況下，存在的顆粒數通常遠 少於煙霧的顆粒數。因此，該分布可能表現出一些峭度和偏斜度。特別地，本發明人已經確定，可預見在分布的正側(positive side)有肥尾(fat tail)。因此，可有利地使用比方差或標準差更高的分布矩以確定區別於灰塵的煙霧散射分 布。例如，可在與上述類似的方法中使用偏斜度或峭度。對於潔淨的空氣或煙霧所述偏斜
59度或(額外的)峭度可預計為接近零，但對於逐漸增加的灰塵濃度為漸增的正數。因此所 述偏斜度或(額外的)峭度可用於將散射示數校正回在不含灰塵時原應有的散射示數。在我們早先的專利申請中公開的基礎AVSD系統測試了相對於沿雷射束的位置的 煙霧顆粒濃度。該數據最終需要轉換成火警信號或多重信號，以指示煙霧的大致位置和警 報等級。本領域技術人員可以理解的是，火警系統一般會具有2個提前警告或預警等級、一 個用於疏散並呼叫消防隊的火警等級以及啟動自動滅火系統的第四等級。如本文的實施方案和我們共同待審的以及之前的專利申請中所述的AVSD系統可 以提供的相關數據，包括煙霧濃度水平對數組下標的數組，該數組代表了對像素測量的距 光源的距離。注意，對上述像素的選擇是任意的，但是是選擇的，因為它基本保持了對後續 的處理步驟可用的解析度。之前存在的一種方法為將光束的可用長度分割成片段，代表「虛擬探測器」。每個 虛擬探測器的煙霧水平計為相應片段中的數組下標範圍內的煙霧示數的長度加權平均數。
m
YdSir)^)^Segment n-m — m
Σ階)
r=n其中Ssegfflent n_m為對應數組下標η到m的片段中的煙霧水平，S (r)為數組下標r處的煙霧水平，L(r)為用數組下標表示的光束的長度。對應於每個虛擬探測器的片段可被設置為在一定程度上有重疊。雖然這種方法相 當有效，但當所述片段分得過大時這種方法可能導致過度的稀釋，當片段過小時可能導致 過度的噪聲。例如，若沿著光束的片段的長度為5米而煙霧縷僅在1米的範圍內，則測得的 煙霧密度將為實際的煙霧縷密度的五分之一。但是，若採用長度為1米的小片段，則噪聲水 平將更高(由於較少平均)，所述系統探測分散的煙霧的能力將有所下降。圖27A的流程圖中示出了一種處理上述情況的改進的方法。在此方法2750中，在步驟2752中限定了一系列大小不同的片段，而不使用僅為一 種大小的相鄰的(或重疊的)片段。每個片段具有唯一的空間長度和沿光束上的位置。所 述片段可沿著所述光束彼此重疊小(或大)增量。現在，對於任意給定的煙霧縷的位置和 寬度，會存在與其吻合良好的限定的光束片段，該片段將產生最高的信噪比。每個如此限定的片段均具有相關聯的警報判定邏輯系統(例如使用與之前採用 的那些相同的閾值和延遲方案)。可以理解的是，每個片段的警報閾值必須被適度縮放以考 慮由不同的平均長度導致的不同的噪聲水平(否則將發生虛警)。如上所述，在步驟2754中可限定多個虛擬探測器，以例如對應於所述系統所從屬 的火災探測系統內的探測器地址。接下來在步驟2756中，每個片段均與虛擬探測器相關聯。這可以通過例如找到距 所述片段的空間中心最近的虛擬探測器的位置來實現。在最後的步驟2578中，指定的虛擬探測器的報警水平計為所有與其關聯的片段 中的最高的報警水平。
60
在一個可選的實施方案中，對於虛擬探測器的煙霧水平計為與其關聯的所有片段 中探測到的最高煙霧水平。然後將該煙霧水平傳送至與所述虛擬探測器相關聯而不與所述 片段關聯的警報判定邏輯系統。窄片段顯示出的較高的噪聲水平可通過適度縮小示數來進 行處理。這一方案具有的優點在於，能夠在警報延遲的過程中追蹤飄動的煙霧縷。第三個可選的方案為，計算對於每個片段的瞬時報警水平(例如在沒有任何延遲 的條件下將煙霧與警報閾值進行比較)，然後將與給定的虛擬探測器關聯的任意片段的最 高報警水平傳送到與所述虛擬探測器相關聯的警報延遲邏輯系統。可以理解的是，與窗口或方形濾波器相同，所述片段已經被有效地描述(即，對包 含在片段中的所有數據點均給予相等的權重)。但是也可使用高斯或其它加權方案，這些加 權方案可能會顯示出稍微改進的與普通的煙霧縷的相關性。由於AVSD系統非常適於在戶外或大的開放區域中使用，因此必須考慮陽光對所 述系統的影響。通常，陽光可能引起探測器飽和或AVSD系統中的敏感度降低(通過引入噪 聲)。另外的一種避免或至少減輕陽光或其它雜光對AVSD系統的影響的方法是，謹慎地選 擇AVSD系統的工作波長。更具體而言，發光器或光探測裝置的波長可被調整為對應大氣 或太陽光譜吸收線的波長。例如在太陽吸收譜中由氫氣形成的一條窄吸收線位於約656nm 處，該波長是可以使用的。對於這種行將有效的技術，應將合適的濾波器安裝到攝像機上， 所述濾波器對準該吸收線，並且優選不寬於該吸收線的寬度。若使用大氣吸收，則為了避免雜光影響所述系統，可有利地採用電磁譜中的紫外 部分。短於約400nm的波長會被地球的大氣顯著削弱，在地面處，300nm以下的太陽輻照度 減弱了多個數量級。通過在AVSD系統中使用300nm以下的光源可對上述特點加以利用。例 如，具有波長為266nm的雷射器的系統甚至可以不需要窄波帶濾波器，僅用日光阻擋濾波 器就足夠了。這樣的系統可能能夠以極少或沒有性能損害的狀態在全日照下工作。如之前討論的那樣，灰塵信號拒判性對系統的可靠性而言是重要的。本發明人已 經認識到多種提高AVSD系統中的灰塵拒判性的方法，包括·確定給定波長下的分光損失對散射的比·確定多重波長下的散射比·將多重波長分光損失/散射的比結合 確定不同偏振的散射比·確定不同散射角度的散射水平(例如通過使用多個攝像機和/或光束)本發明人已經認識到，灰塵等大顆粒在淺角度上的散射相對較強。本發明人進行 的實驗室測試表明，對於相同側散射量，使用偏振垂直於散射平面的波長為SOOnm的光，在 1-4度的角度範圍內，灰塵的散射比煙霧等小顆粒的散射多10-100倍左右。因此，AVSD系 統優選併入一些措施以降低大顆粒敏感度。一種方法使用來自光束的散射光對分光損失的比值。實驗室測試表明，該比值對 於灰塵約為30 (10-100)，對於典型的小顆粒纖維素煙霧約為1-2。發現烴類(正庚烷/甲 苯混合物，以及塑料類)產生的一些煙霧得到約為10的比值，但仍然小於大部分灰塵。這 些高比值的煙霧通常也會產生比其它煙霧類型多至少10倍的散射，因此基於該比值的灰 塵拒判方法也可用作校正對這些煙霧的過敏性。在圖28所示的一個優選實施方案中，可使用散射對分光損失的比值對探測到的散射水平進行校正，如下在第一步2802中計算光路範圍內的總散射。該步驟優選按照步驟2804中所示的 內容進行，用確定的散射係數乘以應用所示散射係數的光束片段的長度，並沿所述光束的 長度加和。接下來在步驟2806中確定所述光束長度範圍內的分光損失。完成上述步驟後，在步驟2808中計算分光損失對散射的比值。然後，選擇乘方次 數k計算該比值的k次方，k通常在1-2之間，從而在步驟2810中確定散射校正因子。在步驟2812中使用所述校正因子以校正由散射產生的煙霧示數。用所述煙霧示 數乘以所述校正因子來進行所述校正。指數k可用於調整希望的灰塵拒判度。雖然通常在灰塵拒判性和降低煙霧響應性 的風險性之間存在此消彼長的關係，但當k的值設為1時，會導致散射示數被校正回到與路 徑損失近似，此時系統會對任意種類的煙霧頻繁作出響應。可使用更高值的k，但這樣會造 成拒判真正的報警狀態的風險。可以設計出其它使用散射和分光損失的比例關係的方法， 所述散射和分光損失的比例關係為遭遇的散射物的類型(如煙霧的類型，或煙霧或灰塵 等)的標誌。應該注意的是，為了有效地使用上述方法，分光損失測試應具有與所述系統對散 射的敏感度大致相同的精確度。因此，當希望所述系統能夠以對應於/m的散射水平拒 判灰塵時，則以/m的煙霧和5m長的扇形區，所述分光損失(煙霧)約為5%。為了使 校正後的煙霧示數的誤差不大於例如20%，所述分光損失必須精確到約1%。因此，分光損失測試敏感度的過度浮動可能會隱蔽真正的報警狀態。這造成了對 路徑損失測試系統的穩定性的要求，而這一要求是不容易達到的。然而，本發明人已經設計 出多種可提供要求的敏感度和穩定性的方法或技術。第一種方法通常涉及發射光束使其穿過感興趣體積(優選與用於散射測試的光 束相同)並直接射到光電池上。任選地所述光電池可安裝有波長和/或偏振濾波器以減少 不需要的光。並且，可採用集光器件使得能夠同時使用小電池和大雷射束。為了以合適的敏感度工作，所述光電池或集光器件必須截斷整條光束的橫截面。 若非如此，則幹涉效應和小的物理擾動可能使接收到的雷射功率產生波動。並且，傳感器和 /或光學器件的集光區域必須足夠大以允許可能發生的對準狀態的變化，例如由於建築物 移動或晃動等導致的移動。並且，所述集光區域在其區域範圍內必須具有足夠均一的敏感度，從而使整個光 束均勻受測。圖29A和29B使出了適用於實施上述技術的系統。圖29A示出了具有光源2902的系統2900，所述光源發出光束2904.所述光束終止 於用於測試接收到的雷射功率的光傳感器2906。如上所述，光傳感器2906的傳感器區域 大於光束2904的橫截面，從而使所述光傳感器能夠可靠地捕捉到整條光束。光束2904受 第二光捕捉設備(例如攝像機2908)的監測，所述第二光捕捉設備被構造為，以本文其它部 分和我們早先的專利申請中所述的方式監測視場2910並發送用於進行顆粒探測的輸出信 號。
圖29B示出了與圖29A非常相似的系統2920 (相同的組件使用相同的附圖標記)， 不同之處在於，雷射器2902發出的光束2904穿過位於光傳感器2906前面的成像光學器件 2922。成像光學器件2922的集光區域大於光束2904的橫截面，從而使所述光傳感器能夠 可靠地捕捉到整條光束並使其匯聚於光傳感器2906上。由於光學器件2922的存在，光傳 感器2906的尺寸可有所減小。類似地，光束2904受第二光捕捉設備(例如攝像機2908) 的監測，所述第二光捕捉設備被構造為，以本文其它部分和我們早先的專利申請中所述的 方式監測視場2910並發送用於進行顆粒探測的輸出信號。在一個可選的實施方案中，雷射束可射過感興趣體積(優選與用於散射測試的光 束相同)並射到反射目標上。接收到的反射雷射束的功率可在雷射器端受到監測。若所述目標為鏡面向後反射器，例如角立方鏡或小心調整的平面鏡，則應該考慮 關於圖29A和29B系統的內容所述的那些用於保證最佳和穩定的光捕捉的相似因素。然 而，若所述目標為非鏡面反射器(例如由大量的小反射器組成的向後反射器的粗糙表面)， 則為了得到高穩定性提出了不同的要求，這是因為對於光電池(或集光器件)而言，截斷返 回的所有光束是不現實的。圖30示出了系統實施這種方法的一個實例。所述系統與圖29A和29B的系統類 似(相同的組件使用相同的附圖標記)。該系統與前述的實施方案的區別在於，系統3000 包括反射器。在此情況下，平鏡3002橫斷光束2904並反射返回光束3004。所述返回光束 被安裝在雷射器2902旁邊的光傳感器3006接收。可以理解的是，成像光學器件也可用在 本實施方案中。與前述實施方案相同，光束2904和3004受第二光捕捉設備(例如攝像機 2908)的監測，所述第二光捕捉設備被構造為，以本文其它部分和我們早先的專利申請中所 述的方式監測視場2910並發送用於進行顆粒探測的輸出信號。與前述實施方案相同，為了達到合適的穩定性，所述反射目標區域和光傳感器必 須足夠大，以允許可能隨建築物的移動等發生的對準狀態的變化。另外，所述反射目標的光 接收區域的反射率必須足夠均勻。當使用非鏡面反射器時，必須採用額外的措施以保證雷射「散斑」不造成太大的變動。雷射「散斑」是一種由多路徑造成的幹涉效應，所述多路徑意為光可通過不同的路 徑從源到達終點的情況。在實際中，這種情況會造成在光束的「斑點」中出現的隨機的明亮 和黑暗的斑塊或「散斑花樣」。適用於減小由散斑引起的變動的方法通常基於對大量不相關的散斑峰和谷進行 平均的操作。本發明人已設計出以下示例性的技術·使用實際情況允許的最大的光傳感器。·使用傳感器光學器件使接收到的光發散。·將雷射在較大部分的目標表面內移動，計算示數的經時平均值。·使用更大的雷射束或發散光束以在目標處形成直徑更大的斑點。·使用非相干光源，或當使用相干光源時在傳感器或發光器處放置能夠用於將光 束退相干的設備。·調節雷射器的頻率以減小其相干性。·在接收器處使用儘可能大或實際情況允許的最大的集光透鏡。
可以理解的是，自動將光源對準到光探測器上的方法和機構也可用於減小由於不 希望的光束移動造成的接收到的功率的變動。另一種提高分光損失測試穩定性的方法是不時地重新設定100%傳送參照水平。 優選每當散射信號低於閾值散射水平時就進行上述操作。一旦散射信號在所述閾值以上， 則保持最後的校準水平並將其用於後續處理。然而，可以理解的是，若散射水平延續一段時 間，由於最後的校準會變長，示數的置信度會隨時間降低。為了防止在延長的低水平散射事件過程中算得的分光損失對散射的比值的逐漸 浮動造成的影響，應用的校正因子的逐漸減小可在上述內容中應注意到的是，為了能夠成功地實施，所述系統一般會需要精確快 速可調的雷射器控制，以保證分光損失測試不會受到雷射器/目標對準狀態的微小變化的 妨害。以上表述了合適的光束控制機構。如上所述，在本發明的一個實施方案中，能夠確定多重波長下的散射比。在此實施 方案中，可能需要多個光源。這些光源優選包括一個紅外光源和一個波長較短的光源(例 如藍光/紫光或UV)以辨別顆粒尺寸。這使得需要使用目前仍為高成本的、通常壽命期望 值短且溫度耐受性差的藍光/紫光或紫外光雷射器。這種途徑一般在光傳感器處需要選擇性的濾波器，以使一個攝像機能夠觀察兩種 波長，或需要另外的攝像機/濾波器對。在前述實施方案中描述的背底對衝方法包括將多個發光器「開」的幀和發光器 「關」的幀進行加和或平均。這些方法一般使用數目相等的開幀和閉幀。然而，若在拍攝幀的過程中背底光水平有所增大或減小，則由於開幀和閉幀不是 同時拍攝的，因此存在殘餘背底組分。可通過改變採樣方案將這種效應最小化，，從而使「開」樣本與「關」樣本的「重心」 一致。這可以通過拍攝的閉幀比開幀多(或反之)並使它們交錯排列或使用一些其它的排 列方式來實現，在所述排列方式中，使用的開幀和閉幀圍繞攝像機的時間中點分布。圖31示出了一系列的圖像序列3100的幀。黑色幀代表「閉幀」，即在關閉光源時 拍攝的幀，白色幀為在點亮光源時捕捉到的「開幀」。序列3100包括的閉幀比開幀多一幀， 這意味著這一系列開幀的時間中點與這一系列閉幀的時間中點是相同的。在一個可選的方案中，可以對所述幀應用加權。例如，圖31示出了第二系列的圖 像幀3102。在這一系列中，第一個和最後一個閉幀在用於平均或加和時可用因子0. 5加權。 這使得能夠用開幀的和減去閉幀的和來計算得到經背底對消的圖像，並避免了對不同數量 的幀進行校正的計算工作量。只要「開」曝光和「關」曝光的時間中心吻合，對於隨時間線性變化的背底光水平 就可以實現確實的對消。在另一個變化方案中，如圖32所示，連續的幀序列在它們的邊界上共享(一幀或 多幀)。在此方面，圖32示出了 3個連續捕捉的幀序列3200、3202和3204。在此方案中， 相鄰幀序列3200和3202、3202和3204的邊界處的閉幀對上述各序列的閉幀的平均值或加 和均作出了貢獻。這一方案在有助於在背底水平線性增加或減小的情況下更好地進行背底 對消的同時，還避免了需要拋棄可用幀的情況。顯而易見，這種技術可與任何用於進行在本文或我們其它共同待審的專利申請中所述的背底對消的其它方法結合。本發明上述方面的一些實施方案需要可掃射或可控制的光源或光學組件。例如， 在本發明的實施方案中使用可控式雷射束以解決以下問題·在運轉系統之前，調試系統需要精確設定雷射束。 安裝中的浮動或移動。在此方面，可能需要在發生浮動時對雷射束連續調整以精 確地保持所要求的路徑。例如浮動可能由於建築物的移動引起，而建築物在溫度或溼度變 化時是經常會發生移動的；或者浮動可能是由於安裝配置方案中不希望的改動造成的。 物體侵入傳感器的視場中——本文所述的一些用於解決這一問題的實施方案包 括暫時或連續地改變光束方向。已知一系列的雷射束控制機構，這些機構用於各個領域中。本發明人已知的實例 包括鏡式電流計、壓電光學器件架和電動臺(motorisedkinematic mounts)。但是，對於用 於本文提出的顆粒探測系統中的光束控制機構存在特別的限制。例如，本發明的探測系統 的一些方面可能存在以下要求，這些要求應得到滿足以實現最佳性能。移動範圍在使用光束掃射作為正常工作的一部分的實施方案中可能需要大範圍 的移動。移動精確度在本發明的實施方案中，由於每米光束中有少量的總光束功率被散 射或被遮擋，因此要求系統的對準狀態高度精確。移動速率在一些實施方案中，可能需要對在安裝系統時發生的晃動或高速移動 進行補償，因此需要使用的任何光束控制機構能夠對抗幾何條件的快速變化。工作壽命在所要求的顆粒探測系統的工作壽命期間(預計為10年)，用於障礙 物探測的掃射可能每隔一分鐘就進行一次，總計進行五百萬次以上。功率消耗低的功率消耗是理想的。有利的是，用提供健壯性、長工作壽命、低的維護要求和非常低的平均功率消耗的 解決方案可以滿足這些要求，並且這可以以低的製造成本實現。圖33示出了用於本發明的一個優選形式的光束控制機構的第一實施方案。在此 例中，所述機構通過改變安裝在此機構上的鏡的方向來進行工作，而其它光學組件也可安 裝在其上。光束控制機構3300有利地由2個或多個安裝在彼此頂上的平臺組成。第一平 臺3304可相對於架臺3302控制，並提供在大的移動範圍內的粗略控制，所述粗略控制對於 顆粒探測系統在安裝時進行的初始粗對準是特別有用的。優選所述第一平臺可提供大於40 度的、精度為例如士 1度的轉動(travel)。第二平臺3306安裝在第一平臺3304上，並且在其上獨立可控，所述第二平臺提供 在較窄的移動範圍內的精細控制，所述精細控制對於在調試過程中進行的精對準以及在浮 動情況下維持對準狀態是有用的。它還可允許重複進行以探測障礙物為目的的雷射束掃射 而不會用壞。通常，所述第二平臺會提供小於20度的、精度好於士0.05度的轉動。例如，在該優選實施方案中，第一「粗」平臺3304可安裝於基座3302上，通過將DC 電機用在樣品臺上來提供其方向控制，所述DC電機裝有減速箱和連杆機構或凸輪。優選 地，使用2個電機，一個控制主要在X(水平)軸方向上的移動，一個控制主要在Y(豎直) 軸上的移動。但是，上述方案只是便於設計，選擇的軸並不必須正交，只要可以實現在2個維度上進行適當範圍的移動即可。在此優選實施方案中，第二「細」平臺3306安裝在第一平臺3304上，通過使用2個 電磁音圈傳動器提供相對精確的移動。可代替使用已知可選的傳動器，如壓電型。使用這種多平臺方法獲得的益處有更低的成本——雖然構造一個結合了寬範圍的移動和精度的移動系統是可行的， 但這要求昂貴的、製成極小的公差的組件。而所述多平臺方法可以使用低成本的組件。長的工作壽命——選用於所述第二平臺的傳動器，如音圈或壓電設備，不會以與 其它可得到的傳動機構相同的方式損壞。剛剛描述的控制機構可如下用於在AVSD系統調試過程中(或其它時間)使用的 目標獲取工序中，如圖34的流程圖所示。目標獲取方法3400開始時(在步驟3402中)將粗定位平臺(優選還有精定位平 臺)置於其集中位置(centralized position)，所述集中位置優選為未通電的靜止位置。 然後，所述系統優選粗略對準到例如10-20度。該初始粗對準通常由技術人員手動進行，例 如簡單地依賴於安裝測試和裝有光源和目標的牆壁的相對珠光度(pearliness)來進行。接下來，在步驟3402中，所述粗對準平臺在軟體的控制下移動從而將雷射束粗略 靠近所要求的目標位置，例如在1或2度以內。接下來，在步驟3404中停住所述粗對準平臺。優選地，所述粗對準平臺被建造為 當撤去電源時穩定地保持靜止。然後，在步驟3404中，移動所述細對準平臺以控制雷射束達到所需要的位置。使用的目標獲取算法可為在本文件中另行描述的任意的獲取算法或任何本領域 技術人員已知的辦法。本發明的其它方面涉及可獨立地或結合地使用的機械改進或修改方案，以改進本 文所述的AVSD系統的可靠性或精確性。AVSD系統中可能出現的一個問題是空氣中的顆粒對攝像機和雷射器的光敏表面 造成汙染。這樣的汙染可能造成系統的有效敏感度和圖像解析度的下降。雖然可將圖像捕 捉設備、發光器或任何中間光學系統密封隔絕大氣以保護它們，但最外面的光學表面，例如 透鏡和窗口仍然易受汙染。防止顆粒接觸暴露的光敏表面的一種方法是將光敏表面放置於外殼中距其接收 或傳送光時光穿過的孔的距離相當遠的位置。所述孔使光能夠進入攝像機，或使來自激 光器的光束射出，但是會在所述光學表面和環境氣氛之間形成一個基本靜止的空氣的小區 域。任何進入所述孔的汙物顆粒容易在到達光敏表面之前沉積在光學上不重要的表面上。 另外，可以除去那些可能仍然懸浮在空氣中並且因此能夠到達光敏表面上的小顆粒。圖35示出了上述類型的光學配置方案3500。光學配置方案3500包括AVSD系統 的組件3502 (例如發光器，如雷射器；或光探測器，如攝像機)，所述組件包括暴露的光學元 件3504，所述光學元件可為透鏡或窗口等。機殼3506包圍著該組件3502並包括孔3508， 光可通過該孔進入或離開所述機殼。在孔3508和暴露的光學組件3504之間，所述機殼包 圍著體積3510，在該體積內存在相對靜止的空氣。除去懸浮在體積3510中的輕顆粒的一種方法為，對在空氣體積3510的範圍內建 立的電場進行設置，從而在空氣中的顆粒到達所述光敏表面之前將所述顆粒拉出空氣。
在圖36的實施方案中，通過將永久帶電材料3512和3514置於空氣體積3510附 近來被動提供電場。這樣的材料是眾所周知的，可包括例如永電體，如可從3M公司購得的 永電體，或另一種極化的鐵電材料。優選地，機殼3506的建造方案使得當受到過度汙染時 能夠方便地替換或清潔材料3512和3514。在另一個實施方案中，如圖37所示，所述電場可主動產生，例如通過多種已知的 電子方法之中的任意一種。在此實施方案3700中，機殼3506包括兩個分別位於體積3510 一側的帶電板3702和3704。電路3706維持板3702和3704之間的電場。所述電路可為例 如逆變器/電容-二極體梯配置方案，也被稱為Cockcroft-Walton倍壓器。另一種防止顆粒到達光敏表面的方法是通過引入對流的潔淨空氣。可通過使用風 扇拉動外部空氣通過過濾器來提供所述潔淨空氣。圖38示出了這樣一個配置方案的實例。 一般來講，機殼3506和光學組件3502與圖35示出的那些是相同的(相同的組件使用相同 的附圖標記)。該配置方案3800另外包括安裝在機殼3506內部的風扇3802，所述風扇被 配置為拉動空氣通過過濾器3804並進入所述機殼。然後，迫使以此方式進入所述機殼的潔 淨空氣繞過光學組件3506並以箭頭3806的方向通過孔3508離開機殼3506。可通過使用 管道或其它類似的裝置改進該系統，以將潔淨空氣直接吹到暴露的光敏表面3504上以保 證其不受汙染。在系統的暴露的光學表面上(例如傳感器或雷射發生器的透鏡上)移動的活的 生物、特別是昆蟲或蜘蛛可能導致出現一個相關的但稍有不同的問題。昆蟲，如大飛蛾，可 降落在傳感器視窗上，擋住不可接受程度的部分視野；或落到光源上，可能部分或全部擋住 所述光源發出的光束。另外，尤其是蜘蛛可結網粘附於光學表面上，對系統性能造成不利影 響。類似的問題已經通過使用化學驅蟲劑、殺蟲劑、低粘性塗層以及擦拭器來保護攝 像機得到了解決。但這些方法的有效性有限並且需要經常更新或維護。 一種可選的保護光學器件不受蟲子或類似物侵佔的方法為，將導電體圍繞所述孔 置於所述機殼中或所述暴露的光學組件的周圍。然後，該導體可設有高壓電源，從而在任何 昆蟲侵入到光學器件上之前將其電死。為了防止潛在地傷及人類，將電流限制為無害的水 平並與機殼上的安全聯鎖裝置共同工作，當打開所述機殼時，所述安全聯鎖裝置會將高壓 斷開。在本發明的一些實施方案中，在短時間內所述系統的光學元件中的一個或多個被 部分或全部擋住是可忍受的。例如，若遮擋物在短於預定的門限時間(例如30秒)內被清 除，則這種情況可被認為是可接受的，並且不會導致要求任何行動。但是，若遮擋物持續時 間比門限時間長，則可使用本文所述的一種或多種方法探測到故障。已知監控攝像機使用多種方法清除並保持視窗清潔。一個實例是使用擦拭器。但 是，擦拭器的缺點在於，它們可能需要頻繁的維護並要求消耗型的溶劑以防止乾擦對光學 表面造成傷害。本發明人已經確定，通過使用耐刮窗口，例如藍寶石窗口，可緩解上述問題。然而 也提出了其它解決該問題的方法。現有技術中的解決方案的另一個實例公開在國際專利公開TO05096091A1中，發 明名稱為攝像機及清潔攝像機的方法。上述文獻提供了一種透明蓋，所述透明蓋可被除去從而擺脫異物，或者至少可轉動以提供較清晰的視野。類似的技術已用於在其它類似的情 況中，例如轉動常設於船舶的駕駛臺上的視窗中的透明盤以擺脫浪花飛沫。在本發明的實施方案中，光學元件的光路或視野穿過由至少一個移動元件清掃的 外殼的至少一部分。所述移動元件防止昆蟲或其它異物落到所述光學表面上。參考圖39，示出了適於容納攝像機的機殼的一個實施方案。機殼配置方案3900大 致近似於圖35-39所示那些，因此具有相同功能的元件具有於前述實施方案相同的附圖標 記。圖39的系統與前述系統的不同點在於，機殼3902設有形式為電動的多扇葉軸流風扇 3904的移動元件。確定風扇的大小和位置使其扇葉在機殼3902內充滿大部分視孔3906， 而攝像機3504通過所述視孔捕捉光。在使用時，攝像機3908越過轉動的風扇的扇葉進行 觀察以捕捉圖像。攝像機3908的開孔時間和所述風扇優選通過軟體同步，從而使得當攝像機3908 捕捉每幀時透鏡視野都不會被風扇扇葉擋住。為了幫助實現這一方案，風扇電機優選為DC 無刷型並配備有整流輸出信號。或者，許多已知方法中的任意一種可用於控制或確定電機 的速度和角相位。在另外的實施方案中，可簡單地拋棄任何被風扇扇葉遮擋的攝像機的幀。有利地，所述風扇可被配置為以與上述方法相同的方式將空氣拉出機殼3902， 因此防止了空氣中的灰塵等進入外殼。為了幫助實現這一方案，所述機殼可安裝過濾器 3910以用潔淨空氣替換被風扇3904拉出機殼3902的空氣。風扇3904可連續轉動，或優選為了延長其壽命，僅當已探測到遮擋物時工作。所 述風扇也可以間歇性工作以測試或維持可用性。有利地，除了攝像機視野的區域不可遮擋之外，孔3906可被部分遮擋，以限制氣
流速率。在一個可選的實施方案中，所述移動元件可為擦拭器、刷子、簡單的杆或類似物， 可在視孔的範圍內進行往復運動，以保護光學器件不被昆蟲、蜘蛛或其它異物侵入。特別 地，為了避免沉積蜘蛛網的問題，在一個實施方案中，可使所述移動元件在孔的範圍內運動 時全部或部分旋轉，從而以線軸一樣的方式收集蛛絲。本領域技術人員可以理解，本發明的這一方面可另外應用於保護光源(例如雷射 器)和攝像機。當AVSD系統在弱光條件下工作時，或所述系統經受高溫時，降低圖像傳感設備或 光源的溫度是有利的，從而提高其可靠性並減低測試噪聲。在這一方面的一個典型的實施 方案中，冷卻設備(如珀爾帖冷卻機)與所述光源緊密地物理接觸，吸收熱能使其消散到外 部環境中。圖41示出了根據本發明這一方面的一個實施方案的一個圖像捕捉配置方案。所 述圖像捕捉配置方案4100包括圖像捕捉元件4102，例如安裝在電路板4104上的CXD或 CMOS圖像捕捉晶片。所述圖像捕捉元件4102被構造為通過成像器件(如透鏡4106)觀察 感興趣區中的光源。珀爾帖冷卻設備4108安裝在電路板4104上圖像捕捉設備4102的相 對側，所述珀爾帖冷卻設備反過來與散熱器4110偶聯。珀爾帖冷卻機4108將熱從圖像捕 捉設備4102傳遞至散熱器4110，所述散熱器將熱傳至大氣中。為了防止從散熱器4110發 散出的熱加熱圖像捕捉設備4102，設置了隔熱體4112。為了提高所述散熱器的散熱效率，所述系統可併入風扇，以迫使空氣圍繞散熱器4110循環。在可選的實施方案中，熱管可用 於使散熱器位於距圖像捕捉設備4102更遠的位置以進一步有助於散熱。前述AVSD系統使用了一束或多束靜止的光束，所述靜止的光束穿過受監測的體 積照明固定的線形感興趣區。雖然間隔設置在受保護的空間範圍內的這些靜止光束使煙霧探測的實施能夠符 合監管性要求並能令人滿意地用於許多領域，然而，一細縷煙霧，特別是來自濃的高溫火焰 的煙霧可能偶然地穿過光束之間而不被探測到。為了杜絕這種可能性，本發明的實施方案可提供一個或多個有效的不中斷的雷射 平面並使其穿過可受監測的空間。該光平面可通過光學系統(如柱狀透鏡)或通過將一束 或多束光掃過所述體積來產生。圖42示出了這種類型的一個示例性的AVSD系統。系統4200被構造為監測房間 4202並包括光源4204和形式為攝像機4206的圖像捕捉裝置。光源4204照明平面4208， 所述平面大部分在攝像機4206的視場內。如上所述，光源4204可通過將線性光束從一側 掃到另一側或通過使用光學聚焦裝置(如柱狀透鏡)來照明平面。使用這樣的配置方案，只要一細縷的煙霧4210到達光平面4208的高度就會立即 引起散射，不可能穿過平面4208而不引起散射。可以預見的是，在所述平面範圍內的位點上可達到的測試敏感度將根據散射角度 發生變化，這可在軟體中自動補償；但是，所述煙霧縷因此將在可能的最短時間內被探測 到。一種實施光束掃射的機構為使用旋轉的八角鏡。圖43示出了包括光源4302的光 束掃射配置方案4302，所述光源發出光束4304。光束4304在旋轉的八角鏡4306處反射。 隨著鏡4306旋轉，到達鏡表面的光束的入射角發生改變，並且反射光束掃過扇形區4308。如上所述，通過掃過所述光束，所述系統具有連續監測比靜止光束監測的區域更 大的區域的優點，同時能夠使用簡單且可靠的光束掃射機構。由於雷射器移動，攝像機圖像中的光束位置也會移動。若攝像機與雷射器位於同 一平面內，則所述光束會被限制在所述圖像中的核線上，但由於幾何條件隨時間變化，位置 信息仍然是模糊不清的。為了克服上述問題，故意地使雷射器掃射與攝像機幀率不再同步。 從而使雷射器在每個相連的曝光時間內掃過一組不同的次級區域。在一段時間後可重複該 循環。然後，通過解一組聯立方程可從一組這樣的圖像中恢復所述位置信息。通常的在所 述圖像中沿光束獲得每個像素的灰度的AVSD方法在嘗試對移動的雷射束的模糊效應去卷 積之前應用。若光束掃射速率足夠低，則可忽略模糊效應。由於部分的雷射束的掃射可穿過攝像機透鏡，因此可檢測雷射器掃射對攝像 機快門的正確相位。在大部分的時間內，當雷射器越過所述透鏡時，所述雷射器可關閉 (blanked)，而當需要檢測時，所述雷射器保持打開。還可以相同的方式(將在水平面上發 生的掃射成像)檢測雷射器傾斜的調整狀態。如上所述基於邊緣掃描的攝像機視場監控也可以以此物理配置方案進行。在另一個實施方案中，使用與光束成一定角度的旋轉鏡掃射光束可產生光簾。優 選將所述鏡設為相對於光束的入射方向成45度，並繞著平行於所述光束的軸旋轉。圖45示出了一個合適的配置方案。在此配置方案中，光源4502向鏡4506發出光束4504。將鏡 4506設為相對於入射光束4504成45度角，並且以相對於來自光源的光束4504的發射方向 為直角的方向反射光。鏡4506可繞軸4508旋轉，以使光束4504掃出垂直於入射光束4504 的平面。可通過改變光束4504入射到鏡4506上的角度來改變所述光束掃出的光簾的形狀。 在另外的實施方案中，還能夠另外繞著垂直於軸4508的軸旋轉所述鏡。在此實施方案中， 可使所述光束掃過一個三維的體積。在此例中，所述鏡可安裝在允許繞多重軸運動的萬向 型配置方案中。在明亮的照明條件下必須採取措施以避免在捕獲的圖像中發生飽和，這樣的措施 包括使用小孔徑(高F數)、衰減濾鏡(通常為中灰型)以及短的快門時間。不幸的是， 這些措施直接與弓I入的衰減係數成比例地降低了系統敏感度。一個可選方案為採用短的快門時間所允許的較高的幀率。通過使用短的快門時 間，在給定的時間內可捕獲更多的圖像，從而降低噪聲。原理上，若所述快門時間必須用因子N減小以避免飽和，則所述幀率可增加N倍。 因此，積分長度可通過因子N增加。假設攝像機噪聲(折合為像素值)不變，額外的平均通 過因子λ/ 7減小所述系統噪聲，但增益變化劣化了 N倍。因此，淨結果為·^倍劣化的噪聲水 平，但這已經比在不增加幀率的情況下發生N倍劣化的結果好多了。因此，通過使用該方法不再需要受到中灰濾鏡或大F值(F-stops)造成的全敏感 度fe舍。高幀率的重要的額外益處是，降低了對於快速的背底照明變化的敏感度。在一個典型的實施方案中，使用F 1.6透鏡和窄波帶幹涉濾波器(50nm)可減少不 希望的光，並且在大量陽光的環境下，對於常規的CMOS圖像傳感器，超過2ms的曝光時間可 造成飽和。因此，例如，可使用2ms的曝光時間，此時允許約600幀每秒的幀率。對比在更 為常規的速率25fps下工作的系統，上述方案將使噪聲減低並由此得到約為因子5的敏感 度改進。在現有技術中，低成本的640X480的CMOS圖像傳感器通常不能夠實現600fps， 60fps的最大速率是更常見的。一種允許在高速率下工作的方法為將傳感器主動窗口編程為窄的水平窗口，例如高48像素X寬640像素。從所述傳感器中僅提取部分所述圖像，然後立即復位所述傳感器用於下一幀。保證發射出的雷射束的圖像出現在所述窗口中。在實際中，通過對攝像機採用的水平安裝方向可實現正確的定向，用此攝像機，激 光器和雷射束都位於大致水平的平面內。在此例中，垂直高度為成像器全解析度的十分之一，從而幀率能夠實現高達10倍 的增量。當AVSD系統監測的體積中存在高水平的顆粒物時，這會對AVSD的初級光源發出 的光束造成高度的遮擋。在這種條件下，由所述顆粒散射的光本身被劇烈散射和吸收。這 可能導致煙霧水平測試中的誤差。在非常高水平的煙霧下，在從初級光源向前的方向上散 射的可探測的光的強度可降低至非常低的水平，甚或在獲得的圖像中不可見。特別地，當僅採用基於散射的探測時，煙霧密度急速上升的狀態可能會顯示為故 障狀態。另外，可能難以將高水平與低水平的煙霧區分開，因為在探測散射光的傳感器處接收到的光極少。圖44示出了提升的煙霧水平對接收到的散射信號的影響。該圖的點基於感興趣 體積中均勻的顆粒密度用勻質散射、非吸收性顆粒計算得到。以兩個路徑長度20米和70 米作圖。如圖可見，在低水平下，例如遮擋水平高達約1 %每米時，散射信號相對緊密地跟隨 理想響應並與遮擋值成比例增加。在較高的遮擋值下，散射信號在轉折點處穩定，並最終下 降。圖線不是單調遞增的事實導致歧義性，因為任何探測到的散射水平一般會對應兩 個不同的遮擋值(即兩個不同水平的顆粒濃度)因此，需要解決或避免這種歧義性以準確 地確定顆粒濃度。一種避免所述歧義性的方法為，使用充分地在圖線的轉折點以下的警報閾值，使 得在煙霧達到所述轉折點之前會發出警報。為了減小散射示數的誤差，沿光束長度的總分光損失可根據沿所述光束的平均煙 霧水平估計得到。然後該估計值可用於放大所述散射示數，因為無論光子的散射是在攝像 機附近還是在雷射器附近、或是在兩者之間發生，光子的路徑長度都基本相同。然後反饋這 些新的散射示數，以改進對總分光損失的估計，並且重複該工序直到得到希望的散射精度， 但是，檢測收斂失敗是重要的。若發生了收斂失敗，則可用適度大的煙霧水平代替不收斂值輸出，從而使所有的 下遊判定系統發出警報。一種更為精密的方法為對路徑以小片段建模，對每個片段基於該片段接收到的 散射光使用估計的分光損失。這些值使得能夠得到總分光損失的更好的估計值。需要再次 進行重複。這樣的「有限元」方法對本領域技術人員而言是已知的。或者，所述系統中可加入另外的能夠在高煙霧水平下測試的探測器。校正散射光信號衰減的優選方法為使用雷射束到達其路徑末端處的強度(相當 於所述分光損失)以確定合適的校正因子。最為方便的是，該校正基於初級AVSD雷射器。 若採用本文中所述的一種或多種監控技術或瞄準技術，則實施這種方法所要求的任何額外 的組件需要存在於AVSD系統中。或者，可採用以下的配置方案·可使用獨立的背散射雷射器，該雷射器受與初級向前散射系統相同的攝像機的 監測；·可利用另一個適於在高煙霧密度下工作的完整的AVSD系統；·監測雷射目標以測定雷射束的到達強度的光探測器，例如在本發明的其它方面 所述的光探測器；·在目標處具有反射表面以反射部分或所有雷射束使其向位於光源處的光探測器 返回的配置方案，所述光探測器在雷射束穿過所述體積兩次之後確定所述雷射束的到達強 度。所述反射器可為非鏡面的或鏡面的，或向後反射器，如上所述。這樣的系統的優點在於 敏感度有所提高，因為光穿過所述體積兩次。 使用攝像機測得的另一個光源的強度。例如，雷射器單元可能已經裝有標誌燈以 使得能夠準確確定圖像中的光源點的位置。類似的標誌物可放置在其它系統組件上，並且 在所述體積範圍內受到監測。·對在攝像機獲得的圖像內的參比區域的空間頻率進行分析。高頻組分顯著減少
71意味著大濃度的煙霧，例如，在雷射器端的標誌燈正常時僅佔據傳感器視場中的幾個像素， 而在大濃度煙霧的存在下會暈開更大的區域。從而減少圖像中短周期(高頻)組分的量。·任何用於測試傳送值、遮擋值或任何其它與顆粒濃度有關的參數的方法。在一個非常高水平的遮擋值下，存在源自散射的煙霧水平不可靠的風險，可將測 得的雷射束的到達強度與散射水平相結合以更可靠地探測顆粒。一種簡單的方法是，用源於散射的煙霧水平除以雷射束的到達強度(傳送值)，其 中傳送值=ι-路徑範圍內的總強度損失。在一個可選的方法中，所述系統可適於在源自散 射的煙霧信號和主要源自雷射束的到達強度的煙霧信號之間對測試進行加權。這些不同的 探測方法之間的偏重可動態確定。例如，在低顆粒水平下，所述系統可被配置為僅使用源自 散射的煙霧水平，然而當雷射束的到達強度下降時，可更偏重於根據到達強度測試確定的 煙霧水平。所述系統可被建立為在兩個閾值之間縮放兩種煙霧測量的相對貢獻。例如，在 雷射束的到達強度比其期望的強度減弱了少於40%的水平下，可以只使用源自散射的煙霧 水平。若雷射束的到達強度比期望的強度減弱了大於60%，則可使用一定量的根據接收到 的強度測試確定的煙霧。對於在所述閾值之間的到達強度，兩者之間的加權平均可提供平 滑的過渡。一種可選的將光束長度範圍內的強度損失分配給沿所述光束的空間扇形區的方 法為當散射信號充分地在系統噪聲水平以上時，基於所述散射信號加權所述分配。以此方 式，AVSD系統確定煙霧位置的能力在高煙霧水平下不會損失。可以理解的是，本說明書中公開和定義的發明擴展至所有可選的、文字或附圖提 及的或由文字或附圖明顯可見的獨立特徵中的兩項或多項的結合方案。所有這些不同的結 合方案構成本發明的各個可選方面。還可以理解的是，本說明書中使用的術語「包括」(或其語法上的變體)等同於術 語「包含」，並且不應被認為排除其它元素或特徵的存在。
權利要求
一種被構造為探測空氣體積中顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括初級光源，所述初級光源被構造為產生光簾使其穿過至少部分受監測的體積。
2.根據權利要求1所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統進一步包括圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述光簾的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕捉到的散射輻射探測所述體積中顆粒 的存在。
3.根據權利要求1或2所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光簾使用光學裝置產生 以形成發散的光束。
4.根據權利要求1或2所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光簾通過將線形光束掃 過所述受監測的體積產生。
5.根據權利要求1-3中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光簾為平面狀。
6.根據權利要求5所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述圖像捕捉裝置位於所述平 面內。
7.—種在環境光水平下操作顆粒探測系統的方法，在所述環境光水平下將使所述系統 的圖像傳感器在預定的孔徑和第一曝光持續時間下發生飽和，所述方法包括確定不會引起所述圖像傳感器飽和的減少的曝光持續時間；基於所述減少的曝光持續時間確定提高的圖像捕捉頻率。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，用因子N減少所述曝光時間以避免飽和， 並用基本相同的因子N提高所述圖像捕捉頻率。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，所述提高的圖像捕捉頻率為每秒500 幅圖像以上。
10.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，所述提高的圖像捕捉頻率為每秒 600-2000幅圖像。
11.一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括照明裝置， 用於發射輻射線使其穿過所述受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所 述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所 述體積內顆粒的存在；光源，被構造為照明表面，從而為至少延伸部分的所述受監測的體積提供背底；和光傳感器，適於接受從所述背底表面反射的光；用於分析所述光傳感器的輸出以確定投射到所述背底表面上的陰影的存在的裝置。
12.根據權利要求11所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述用於確定陰影的存在的 裝置包括用於儲存預先記錄的參比圖像的裝置和用於將所述光傳感器的輸出與所述預先 記錄的參比圖像進行對比從而確定陰影的存在的裝置。
13.根據權利要求11或12所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統包括用於在探 測到陰影時指示故障狀態的故障提示裝置。
14.根據權利要求3所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述故障提示裝置包括用於確 定故障狀態持續時間的裝置，其中所述系統被構造為在故障狀態持續了預定的持續時間後 指示故障狀態。
15.根據權利要求11-14中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，用非準直或發 散的光束照明所述表面。
16.根據權利要求11-15中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，被構造為照明 表面的光源另外用於顆粒探測。
17.根據權利要求11-16中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光源發 出準直的輻射線使其射入所述體積，並且所述光源掃過所述體積以照明所述表面的延伸部 分。
18.根據權利要求11-17中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光源發出 非準直或發散的光束。
19.一種用於識別在AVSD系統的光傳感器的至少部分視場內物體的存在的方法，所述 方法包括 照明所述光傳感器視場內的至少部分表面； 分析所述光傳感器的輸出以確定表面照明的變化；和 當所述光傳感器的輸出滿足一項或多項預設的標準時識別出存在物體。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述分析光傳感器的輸出的步驟包括 將光傳感器的輸出與光傳感器的參比輸出進行比較。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述分析光傳感器的輸出的步驟包括 確定在光傳感器的輸出中存在至少一塊在所述參比輸出中不存在的陰影。
22.根據權利要求19-21中任意一項所述的方法，其特徵在於，使用非準直或發散的光 束照明所述表面。
23.根據權利要求19-21中任意一項所述的方法，其特徵在於，使用準直光束照明所述 表面，所述方法包括將所述光束掃過所述表面以照亮寬闊部分的所述表面。
24.一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括 初級照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；初級圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；所述初級照明裝置和初 級圖像傳感器設置在所述受監測的體積的非相對側；至少一個反射器，被構造為使所述初級光源發出的光射向預定的目標位置以使光路穿 過至少部分所述受監測的體積；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒 的存在。
25.一種被構造為探測空氣體積內的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括 初級光源，安裝在所述受監測的體積的第一側並被構造為發射輻射線；反射器，被構造為接收所述初級光源發出的入射光束並反射出反射光束，所述反射器 被放置為使至少所述反射光束穿過所述受所述系統監測的體積；和光傳感器，被安裝為使其能夠在前向散射幾何條件下接收從反射光束散射的光； 用於分析所述光傳感器的輸出的裝置，以基於散射輻射來探測所述體積內顆粒的存在。
26.根據權利要求24或25所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光源和初級光 傳感器位於所述受監測的體積的同側。
27.根據權利要求24-26中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光源 和初級光傳感器基本位於同一位置。
28.根據權利要求24-27中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光源 和初級光傳感器安裝在同一機殼內。
29.根據權利要求24-28中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光傳 感器的視場包含至少部分入射到所述反射器上的光束和所述反射光束。
30.根據權利要求29所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光傳感器的視場包 含預定的目標位置。
31.根據權利要求24-30中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述反射器包 括多個反射面。
32.根據權利要求24-31中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述反射器為 適於以相對於入射光束基本固定的角度反射光束的角反射器。
33.根據權利要求24-32中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，無論是所述光 源還是一個或多個所述反射器均為可控制的，以改變所述入射光束或反射光束路徑。
34.根據權利要求24-33中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統進一 步包括被放置為接受所述放射光束的第二光傳感器。
35.根據權利要求24-34中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，至少部分所述 反射光束穿過受監測的體積。
36.一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括 照明裝置，用於發出至少一束輻射線使其穿過所述受監測的空氣體積； 圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒 的存在；其中在所述系統中至少一束所述輻射線為標誌光束，所述標誌光束使所述光傳感器能 夠確定光束穿過基本不存在會被所述系統探測到的顆粒的體積的路徑。
37.根據權利要求36所述的系統，其特徵在於，所述系統包含發出標誌光束的次級光源。
38.根據權利要求36或37所述的系統，其特徵在於，所述標誌光束包括一種波長組分， 所述波長組分在比那些能被所述系統探測到的顆粒更小的顆粒上產生在所述光傳感器的 光接收波段範圍內的波長的散射。
39.根據權利要求36-38中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述標誌光束為短波光束ο
40.根據權利要求36-39中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述標誌光束為一束藍 光或紫外光。
41.根據權利要求36-20中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述標誌光束為初級光 源產生的光束。
42.一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括照明裝置，用於發射至少一束輻射線使其穿過所述受監測的空氣體積，所述至少一束 輻射線包含兩種或更多種波長組分；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒 的存在。
43.根據權利要求42所述的系統，其特徵在於，可以確定來自至少兩種波長組分的散射信號。
44.根據權利要求42所述的系統，其特徵在於，對所述有至少兩種波長的散射信號進 行處理以確定與所述受監測的體積內的顆粒尺寸分布相關的數據。
45.根據權利要求36-44中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述標誌光束可在電磁 譜的可見波段內。
46.根據權利要求36-45中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述系統包含至少一個 發射光束的初級光源，所述初級光源與所述標誌光束的源之間具有已知的位置關係。
47.根據權利要求36-46中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述系統包含發射用於 探測顆粒的第一光束的初級光源和用於產生所述標誌光束的標誌光源，其中所述初級光源 和標誌光源以預定的位置關係安裝在普通機殼中。
48.根據權利要求47所述的系統，其特徵在於，所述標誌光束和初級光束可以以下關 系之一配置兩條光束共軸；兩條光束平行。
49.根據權利要求36-48中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述初級光束在電磁譜 的可見波段之外。
50.根據權利要求36-49中任意一項所述的系統，其特徵在於，間歇性地點亮所述標誌 光源。
51.一種用於顆粒探測系統的光源配置方案，包含被構造為在第一方向上發出光束的 發光元件和被放置為反射由所述發光元件發出的至少部分光束的反射器，所述發光元件和 反射器被安裝為使所述發光元件和反射器的相對取向是可變的以控制由反射器反射出的 光束。
52.根據權利要求51所述的光源，其特徵在於，所述發光元件與反射器的相對取向在 兩個維度上可變。
53.根據權利要求51或52所述的光源，其特徵在於，所屬配置方案進一步包含被構造 為接收光束的光傳感器。
54.根據權利要求53所述的光源，其特徵在於，所述光傳感器的安裝位置與所述反射 器位置的相對關係使所述光傳感器接收的光束在所述反射器處反射。
55.一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括照明裝置，包括如權利要求1-4中任意一項所述的光源，用於發射輻射線使其穿過所 述受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積內顆粒 的存在。
56.根據權利要求55所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統進一步包括反射目標，所述反射目標被配置為反射至少一束從所述光源發出的光束。
57.根據權利要求56所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述反射目標包括向後反射 部件，所述向後反射部件被構造為使光束的反射路徑與其入射到所述向後反射部件上的路 徑基本相反。
58.根據權利要求51-57中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統包含 次級光源，將所述第二光源放置為使其與所述光源配置方案之間具有已知的物理關係。
59.一種確定在AVSD系統中光束的對準狀態的方法，所述方法包括發出光束使其穿過受監測的體積；將光束掃過預定區域；在光傳感器處接收至少部分所述光束；和基於接收到的光的至少一個測得的參數確定所述光束的對準狀態。
60.根據權利要求59所述的方法，其特徵在於，所述測得的參數可包含以下特徵中的 一項或多項光強、斑點尺寸、接收的總輻照度、光強花樣。
61.根據權利要求59或60所述的方法，其特徵在於，所述方法另外還包括使反射器朝著光傳感器向後反射回來至少部分光束，以使出射光束或反射光束均穿過 所述受監測的體積。
62.根據權利要求59-61中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述掃過光束的步驟包 括將光束掃過目標上預定的角度範圍或預定的線形範圍或區域。
63.根據權利要求59-62中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步 驟分析掃過光束時得到的接收到的光，以識別作為構成AVSD系統的一部分的反射器的反 射特徵的光接收花樣。
64.根據權利要求61所述的方法，其特徵在於，所述反射器包含賦予它的光反射至少 一種可探測的特徵的光學特性。
65.根據權利要求64所述的方法，其特徵在於，所述反射器的光學特性包括用於形成 由所述反射器反射的光的可探測的花樣的裝置，所述花樣是由至少部分反射器的反射率、 折射和/或衍射特性形成的。
66.根據權利要求65所述的方法，其特徵在於，所述可探測的花樣由以下中的任意一 項或多項造成 反射器各處反射率的變化；條形碼；花樣；全息圖；已知的反射譜。
67.根據權利要求59-67中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括基於確 定的對準狀態改變光束的對準狀態以使所述光束以預定的方式對準。
68.根據權利要求59-68中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述將光束掃過預定區 域的步驟包括以預定的花樣掃射光束。
69.一種確定在AVSD系統中光束的對準狀態的方法，所述方法包括用光傳感器探測由初級或次級光源發出的光；和基於接收到的光的至少一項測得的參數確定所述光束的對準狀態。
70.根據權利要求69所述的方法，其特徵在於，所述測得的參數可包括以下特徵中的 任意一項或多項光強、斑點尺寸、接收的總輻照度、光強花樣。
71.根據權利要求69或70所述的方法，其特徵在於，所述用光傳感器探測初級或次級 光源發出的光的步驟包括將上述任一光束以預定的花樣掃過光傳感器。
72.根據權利要求68或71所述的方法，其特徵在於，所述花樣包括以下花樣中的任意 一種或多種線形花樣、光柵花樣、螺旋花樣。
73.根據權利要求69-72中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括基於確 定的對準狀態改變系統發出的光束的對準狀態，以使所述光束以預定的方式對準。
74.一種顆粒探測系統，包括初級光源；至少一個光傳感器，被構造為探測從所述初 級光源發出的光束散射的光；和反射器，被構造為使至少部分來自所述初級光源的光束朝 著所述光傳感器反射並穿過受監測的體積，其中所述反射器被構造為使被其反射後的光束 的方向能夠發生改變。
75.根據權利要求74所述的顆粒探測系統，其特徵在於，可繞至少一個軸控制所述反 射器。
76.根據權利要求75所述的顆粒探測系統，其特徵在於，可繞2個軸控制所述反射器。
77.根據權利要求74-76中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光源 包括光束對準機構以使發出的光束的對準狀態能夠發生改變。
78.一種用在AVSD系統中的方法，包括將由光源發出的光束在第一預定偏差範圍內對準反射器；在第二預定偏差的範圍內朝預定點反射所述光束。
79.根據權利要求78所述的方法，其特徵在於，所述方法包括移動所述光源以使所述光束對準反射器。
80.根據權利要求78或79所述的方法，其特徵在於，所述方法包括移動所述反射器 以使所述光束對準所述預定點。
81.根據權利要求78-80中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述第二預定偏差比所 述第一預定偏差更嚴格。
82.一種用在AVSD系統中的方法，包括探測在一段時間內存在的散射光；分析在至少部分所述體積的範圍內感受到的光的至少一項特徵，以確定所述光是否被 所述受監測的體積中的固體物質或顆粒散射。
83.根據權利要求82所述的方法，其特徵在於，所述方法包括分析依賴於位置的散射 特性以確定所述光是否被固體物質或顆粒散射。
84.根據權利要求82或83所述的方法，其特徵在於，所述方法包括分析接收到的光 的經時或空間強度特徵，以確定固體物質的存在。
85.根據權利要求82-84中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括分析探 測到的光以識別標示出固體物質邊緣的探測到的光的特徵。
86.根據權利要求82-85中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括 將來自初級光源的光束掃過延伸部分的所述體積，並探測從掃過的光束散射的光。
87.根據權利要求82-86中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括重複所 述方法的步驟中的任意一步或多步，以確認已探測到固體物質的邊緣。
88.根據權利要求82-87中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括當探測 到固體物質時指示故障。
89.一種顆粒探測系統，包括初級光源，用於發出輻射線並使其射入受監測的體積； 用於確定從所述初級光源接收到的、穿過所述受監測的體積後的光的強度的裝置；以及監 控系統，適於基於確定的光強確定所述光束是否至少部分被侵入物遮擋。
90.根據權利要求89所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述用於確定從所述初級光 源接收到的光的強度的裝置可為光探測器。
91.根據權利要求89或90所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統包含反射器以 朝著所述用於確定從所述初級光源接收到的光的強度的裝置反射所述光束。
92.根據權利要求89-91中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述監控系統 被構造為當探測到侵入物時，降低由所述初級光源發出的光的水平。
93.一種監控AVSD系統的光束的方法，所述方法包括監測從初級光源接收到的光強；和當探測到接收到的光強下降時確定有侵入物進入了光路。
94.根據權利要求93所述的方法，其特徵在於，所述方法包括當探測到侵入物時降低所述光束的功率。
95.根據權利要求93或94所述的方法，其特徵在於，所述方法包括反射所述光束使 其穿過所述受監測的體積。
96.一種維持AVSD系統中的初級光源的對準狀態的方法，包括監測從初級光源接收到的光強；和調整所述初級光源的對準狀態以嘗試實現預定的光強特徵。
97.根據權利要求96所述的方法，其特徵在於，所述預定的光強特徵基於以下之中的 一項或全部預定的強度水平；和基本恆定的強度水平。
98.根據權利要求96或97所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將來自所述初級 光源的光朝著用於探測反射光束強度的裝置反射。
99.根據權利要求96-98中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述調整初級光源的對 準狀態的操作可包括以下之中至少一項改變所述光源的發射方向；和改變反射器的反射角。
100.一種用於顆粒探測系統的組件，所述組件包括機殼和固定安裝在機殼上的傾斜敏 感元件。
101.根據權利要求100所述的組件，其特徵在於，所述傾斜敏感元件可包括以下的一 種或多種加速計，電容式傾斜傳感器， 電解式傾斜傳感器， 液中氣泡式傾斜傳感器， 水銀傾斜傳感器，和 單擺式傾斜傳感器。
102.根據權利要求100或101所述的組件，其特徵在於，所述組件包括底座，在所述底 座上安裝著一個或更多個光學組件。
103.根據權利要求102所述的組件，其特徵在於，所述機殼可包括窗口，光穿過所述窗 口射向所述光學組件或從所述光學組件射出。
104.根據權利要求100-103中任意一項所述的組件，其特徵在於，所述敏感元件可與 控制系統傳感耦合，以探測所述組件的傾斜。
105.根據權利要求100-104中任意一項所述的組件，其特徵在於，所述組件包括被配 置為在多於一個方向上監測所述組件傾斜的多個傾斜敏感元件。
106.一種在AVSD系統中確定物體侵入光傳感器的視場的方法，所述方法包括 發出光束並使其穿過所述光傳感器的至少部分視場；分析所述光傳感器的輸出以確定物體是否已經侵入了光束。
107.根據權利要求106所述的方法，其特徵在於，所述發出光束並使其穿過所述光傳 感器的至少部分視場的步驟包括將線形光束掃過部分所述受監測的體積。
108.根據權利要求106或107所述的方法，其特徵在於，所述分析光傳感器的輸出的步 驟包括識別在所述傳感器的輸出中存在的以下特徵中的任意一項陰影、反射、折射、衍 射花樣或閃光。
109.根據權利要求106-108中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括提供 用於監測受初級光源影響的圖像捕捉設備的部分視場的次級光源。
110.根據權利要求106-108中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括 提供覆蓋所述光傳感器視場的延伸區域的次級光源；和分析所述光傳感器的輸出以確定介入所述次級光源和圖像捕捉裝置之間的物體的存在。
111.一種檢測侵入AVSD系統的圖像傳感器的視場的物體的方法，包括 使用光源照明受監測的體積的區域；分析所述圖像傳感器的輸出，以基於來自物體的反射或陰影識別所述物體。
112.根據權利要求111所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將光束掃過部分受監 測的體積，以至少暫時照明在初級光束的位置和圖像捕捉裝置之間的體積的區域，從而嘗 試識別封鎖了在所述圖像捕捉裝置與位於初級光束位置時的光束之間的視線的物體。
113.一種在AVSD系統中探測進入受系統監測的體積中的侵入物的方法，所述方法包括捕捉至少部分受監測的體積的多幅圖像；確定在受監測的體積的一部分內或後面的圖像的至少一個基本不隨時間變化的特徵；分析包含所述特徵的後續圖像；並且當所述特徵的表象改變時； 指示至少有潛在的侵入物進入所述體積。
114.根據權利要求113所述的方法，其特徵在於，所述特徵為在所述圖像傳感器的視 場中襯於初級光束之後的背底特徵。
115.根據權利要求113或114所述的方法，其特徵在於，所述方法包括照明所述背底。
116.根據權利要求115所述的方法，其特徵在於，所述照明不可見。
117.根據權利要求115所述的方法，其特徵在於，所述照明背底的步驟包括提供多個 次級光源以照明所述背底。
118.根據權利要求117所述的方法，其特徵在於，所述次級光源為LED。
119.根據權利要求113-118中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述照明背底的步 驟包括發射光花樣到背底表面上。
120.根據權利要求119所述的方法，其特徵在於，所述方法包括嘗試在至少一幅圖像 中識別所述花樣，並且當看不到期望部分的花樣時，確定侵入物進入了感興趣區。
121.—種識別受AVSD系統監測的體積中的物體的方法，所述方法包括(a)從至少兩個空間上分開的位置捕捉所述體積的圖像；(b)識別在其中一個位置捕獲的圖像中的可疑的侵入對象；和(c)識別在另一個位置上與第一幅圖像幾乎同時捕獲的圖像中的相同物體，並計算所 述可疑侵入物體的位置。
122.根據權利要求121所述的方法，其特徵在於，所述方法包括重複步驟a-c以跟蹤 所述可疑侵入物。
123.根據權利要求121或122所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括當識別 出侵入物體時指示故障狀態。
124.—種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括 照明裝置，用於發出輻射線使其穿過受監測的空氣體積；多個圖像傳感器，被構造為在視場有所重疊的前提下捕捉圖像，所述圖像傳感器中的 一個或多個被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射探測所述體積中存在的 顆粒；和侵入物探測裝置，被構造為分析攝像機的輸出並識別其中一個攝像機捕獲的圖像中 的可疑侵入對象，識別由另一個攝像機與第一幅圖像幾乎同時捕獲的圖像中的相同物體， 並計算所述可疑的侵入物體的位置。
125.根據權利要求124所述的系統，其特徵在於，至少一個所述攝像機也是系統的初 級圖像捕捉傳感器。
126.—種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括第一初級光源和被放置為探測從所述第一光源發出的光束散射的光的第一光傳感器；第二初級光源和被放置為探測從所述第二光源發出的光束散射的光的第二光傳感器；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射探測所述體積中存在的顆粒；並且其中所述系統的幾何關係為所述第一光傳感器被配置為監控所述第一光源和第二光 傳感器之間的區域，所述第二光傳感器被配置為監控所述第二光源和第一光傳感器之間的 區域。
127.根據權利要求126所述的系統，其特徵在於，所述系統包括一個或多個在所述第 一初級光源和第二圖像捕捉設備之間延伸的次級光源，以及一個或多個在所述第二初級光 源和第一圖像捕捉設備之間延伸的次級光源。
128.—種用於根據權利要求126或127所述顆粒探測系統的組件，所述組件包括普 通機殼，所述普通機殼中安裝有初級光源和圖像捕捉裝置，以及在它們之間的一個或多個 次級光源。
129.根據權利要求128所述的用於顆粒系統的組件，其特徵在於，所述圖像捕捉設備 和光源被配置為線形排列方式。
130.根據權利要求129或129所述的用於顆粒系統的組件，其特徵在於，所述次級光源 包括以下的一種或多種一列LED，螢光管，或形成基本均勻的線形照明花樣的光源，或形成間歇照明花樣的光源。
131.根據權利要求129-130中任意一下項所述的用於顆粒系統的組件，其特徵在於， 所述組件被構造為使所述初級光源適於作為第一初級光源工作，並且圖像捕捉裝置適於作 為第二圖像捕捉裝置工作。
132.—種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統中的方法，所述系統包 括初級照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕 捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射 輻射來探測所述體積中顆粒的存在；和至少一個次級照明裝置，發出至少部分在電磁譜的 可見部分內的光，所述方法包括探測環境光水平；基於環境光水平設定所述次級光源的光強，從而將所述次級光源發出的光的可見度最 小化，但維持從所述次級光源發出的光可被所述系統的光傳感器探測到。
133.根據權利要求132所述的方法，其特徵在於，所述設定次級光源的光強的步驟包 括選擇多種預定的強度水平之一。
134.一種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒 的存在，其中所述系統的至少一個組件為偏振選擇性的。
135.根據權利要求134所述的系統，其特徵在於，所述系統適於使用預定的電磁輻射 的偏振探測顆粒。
136.根據權利要求134或135所述的系統，其特徵在於，所述系統可被構造為在兩個偏 振狀態下探測顆粒。
137.根據權利要求134-136中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述系統的光源或 光傳感器之一或兩者均以偏振選擇的方式工作。
138.根據權利要求134-136中任意一項所述的系統，其特徵在於，至少一個照明裝置 適於發射偏振光束。
139.根據權利要求134-138中任意一項所述的系統，其特徵在於，光傳感器被構造為 感受具有一種或多種選擇的偏振的光。
140.一種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統中的方法，所述系統包 括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至 少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射 來探測所述體積中顆粒的存在，所述方法包括測試具有至少一項特徵偏振性質的至少一種散射光組分；和處理所述測試以確定在受監測的體積中的一種或多種空氣中的顆粒或物體的至少一 項特徵。
141.根據權利要求141所述的方法，其特徵在於，所述方法包括探測多種偏振態下的光；確定在受監測的體積內的空氣中的顆粒或物體的特徵。
142.根據權利要求141或142所述的方法，其特徵在於，所述方法包括測試兩個偏振 態下的相對信號強度。
143.根據權利要求141或142所述的方法，其特徵在於，所述偏振態之一為非偏振態或 圓偏振態。
144.根據權利要求141-143中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括使用 初級光源發射具有已知的偏振的光；和測試具有已知的偏振選擇性的散射光。
145.根據權利要求141-144中任意一項所述的方法，其特徵在於，對空氣中的顆粒測 得的特徵包括以下之中的一項或多項在確定尺寸以上的顆粒的濃度；在確定的尺寸以下的顆粒的濃度；在尺寸範圍內的顆 粒的濃度。
146.根據權利要求141-145中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法可用於探 測在光束路徑中存在的大顆粒或物體。
147.—種探測具有預定的尺寸特徵的顆粒的方法，包括發射具有已知的偏振態的光束並使其穿過含有待測顆粒的體積；測試從具有預定的偏振態的光束散射的光；從而選擇發射的光和被測試的光的相對偏振，以能夠選擇性地探測具有預定尺寸特徵 的顆粒。
148.一種探測侵入從AVSD系統的光源發出的光束中的物體的方法，所述方法包括發射具有已知的偏振態的光束並使其穿過體積；測試從具有預定的偏振態的光束散射的光，從而選擇發射的光和被測試的光的相對偏 振，以能夠選擇性地探測在預定尺寸以上的物體。
149.根據權利要求147或148所述的方法，其特徵在於，所述發射的光和被測試的光的相對偏振為平行或垂直。
150.根據權利要求147或148所述的方法，其特徵在於，所述發射的光和被測試的光的 相對偏振為平行，並且所述方法包括測試尺寸小於預定水平的顆粒。
151.根據權利要求147或150所述的方法，其特徵在於，所述發射的光和被測試的光的 相對偏振為垂直，並且所述方法包括測試尺寸大於預定水平的顆粒或物體。
152.根據權利要求147或148所述的方法，其特徵在於，所述方法包括測試來自多種 預定的偏振態的光束的光。
153.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，獨立測試每種偏振態。
154.根據權利要求147或148所述的方法，其特徵在於，所述方法包括在每種偏振狀 態下均使用測試以確定所述體積內的空氣中的顆粒的特徵或確定用於後續處理中的校正 因子。
155.—種在顆粒探測系統中灰塵拒判的方法，包括使用根據權利要求140-154中任 意一項所述的方法探測具有預定尺寸特徵的顆粒，所述預定尺寸特徵基本排除灰塵。
156.一種用於顆粒探測系統的光傳感器，包括具有偏振敏感元件的光敏元件，所述 光敏元件被構造為僅使具有預定偏振的光能夠到達所述光敏元件。
157.根據權利要求156所述的光傳感器，其特徵在於，可改變所述偏振敏感元件的偏 振角。
158.根據權利要求156所述的光傳感器，其特徵在於，所述偏振敏感元件為偏振濾波器。
159.—種包含根據權利要求155-158中任意一項所述的光傳感器的顆粒探測系統。
160.根據權利要求159所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統包括用於發出具 有已知偏振的光的偏振光源。
161.根據權利要求160所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統包括能夠測試光 的多偏振的光傳感器。
162.根據權利要求160所述的顆粒探測系統，其特徵在於，光傳感器被構造為選擇性 地測試光的多偏振。
163.根據權利要求160所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述傳感器適於同時測試 所述多偏振。
164.根據權利要求163所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光傳感器包括多個能 夠接收各自的光的偏振的光接收子系統。
165.—種被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統，所述系統包括初級照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的第一空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒 的存在；空氣循環裝置，被構造為將空氣從第二體積移動到所述第一體積中以使所述第二體積 中的顆粒能夠被探測到。
166.根據權利要求1所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述第一體積和第二體積是 基本分開的空氣體積。
167.根據權利要求1或2所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述第一和第二空氣體積 可為以下的一種或多種相鄰的房間；一個房間和一個設備間。
168.根據權利要求1-3中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述循環裝置 包括被構造為拉動空氣穿過在所述第一和第二空氣體積之間的牆壁上的孔的風扇。
169.根據權利要求1-4中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述循環裝置 被構造為將空氣從所述第二體積引入所述第一體積並使其進入或靠近由所述顆粒探測系 統的初級光源發出的光束。
170.一種用被配置為監測多個空氣體積之一的顆粒探測系統監測所述多個空氣體積 的方法，所述方法包括拉動空氣從所述第二空氣體積進入所述第一空氣體積，從而使在第 二體積中的顆粒會被所述顆粒探測系統探測到。
171.根據權利要求170所述的方法，其特徵在於，所述顆粒探測系統被構造為探測空 氣體積中的顆粒，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒 的存在。
172.—種包含初級煙霧探測子系統和第二顆粒探測子系統並被構造為探測空氣體積 中的顆粒的煙霧探測系統，所述系統包括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射來探測所述體積中顆粒 的存在。
173.根據權利要求172所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述系統進一步包含適於 當探測到煙霧時發出警報的報警子系統，所述報警子系統被構造為當所述第二顆粒探測 子系統探測到煙霧時發出第一個低水平警報，而當所述初級煙霧探測系統探測到煙霧時發 出第二個高水平警報。
174.根據權利要求172或173所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級煙霧探測子 系統是標準認證的煙霧探測系統。
175.根據權利要求172或173所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級煙霧探測子 系統為吸氣式煙霧探測系統。
176.一種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統中的方法，所述系統包 括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至 少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射 以探測所述體積中顆粒的存在，所述方法包括監測系統的光束以探測由部分光路的折射 率的變化引起的接收到的信號的變化，從而識別所述體積內的熱源。
177.—種探測火焰的方法，包括發射雷射束穿過受監測的體積；和監測所述光束以探測由部分光路的折射率的變化引起的接收到的信號的變化，從而識 別所述體積內的火焰。
178.根據權利要求176或178所述的方法，其特徵在於，所述方法包括探測以下之中至 少一項在目標上的光束的對準狀態的快速變化；和在目標上接收到的強度的變化。
179.一種用在被構造為探測空氣體積中的顆粒的顆粒探測系統中的方法，所述系統包 括照明裝置，用於發射輻射線使其穿過受監測的空氣體積；圖像傳感器，被放置為捕捉至 少部分所述輻射線的圖像；分析捕獲的圖像的裝置，以基於在所述圖像中捕獲的散射輻射 來探測所述體積中顆粒的存在，所述方法包括用第一圖像傳感器收集來自包含至少部分所述輻射線的視場中的光以收集所述輻射 線被所述體積中的顆粒散射的光；以及用第二光傳感器收集來自基本相同的視場的光，但基本排除所述輻射線被所述體積中 的顆粒散射的光。
180.根據權利要求179所述的方法，其特徵在於，同時進行所述用系統的第一和第二 光接收部件收集光的步驟。
181.根據權利要求179或180所述的方法，其特徵在於，所述系統的第一和第二光接收 部件構成所述AVSD系統的同一光傳感器的部分。
182.根據權利要求179-181中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述顆粒探測系統 的第一和第二光接收部件包含在普通成像晶片中。
183.根據權利要求179-182中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括過濾 到達所述第二光接收部件的光。
184.根據權利要求179-183中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括在所 述系統的光學系統處接收光並使接收到的光分裂以在所述第一和第二光接收部件處分別 接收。
185.—種用於顆粒探測系統的光傳感器，包括被構造為將圖像分為兩條通路的光接收 光學器件，所述通路之一包括濾波器以阻止具有特定特徵的光的傳送，而在另一通路中傳 送所述具有特定特徵的光。
186.根據權利要求185所述的光傳感器，其特徵在於，所述光傳感器包括被配置為在 不同的部分同時接收來自各個通路的光的普通光敏元件。
187.根據權利要求186所述的光傳感器，其特徵在於，所述濾波器優選為波長濾波器 或偏振濾波器。
188.根據權利要求186或187所述的光傳感器，其特徵在於，另一通路可另外包括具有 不同的濾波特性的濾波器。
189.一種用在顆粒探測系統中的方法，所述方法包括用光傳感器捕捉一系列圖像幀，所述系列圖像包括打開關聯所述光傳感器的初級光源 的多幅「開幀」和關閉關聯光傳感器的初級光源的多幅「閉幀」，其中所述閉幀可散布在所述 開幀之間；和使用因子f處理所述開幀和/或閉幀以校正所述開幀和閉幀之間的平均照明水平的差
190.根據權利要求189所述的方法，其特徵在於，f以以下方式中的至少一種進行計
191.一種處理來自顆粒探測系統的光散射信號的方法，包括 接收光散射信號；在所述信號中識別接收到的散射光強度的臨時峰；和 將信號中的接收到的散射光強度中的臨時增量平滑化。
192.根據權利要求191所述的方法，其特徵在於，當與基於空間的平均強度相比時，所 述接收到的散射光強度的臨時峰具有預定數目的像素的大小。
193.根據權利要求192所述的方法，其特徵在於，優選所述峰具有1像素的持續寬度。
194.根據權利要求191所述的方法，其特徵在於，當與基於時間的平均強度相比時，所 述接收到的散射光強度的臨時峰具有預定數目的幀的大小。
195.根據權利要求194所述的方法，其特徵在於，所述峰具有1幀的持續時間。
196.根據權利要求191-195中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述將峰平滑化的 步驟可包括以下之中的一項或多項削除所述峰； 忽略所述峰；或 用預定的值代替所述峰。
197.根據權利要求191-195中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述峰優選用以下 值之一代替局域平均值， 時間平均值， 鄰近值， 在先值， 在後值。
198.根據權利要求191-197中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述臨時峰參照預 定的門限信號水平來確定。所述門限信號水平基於接收到的信號的統計量來確定。
199.一種用在顆粒探測系統中的方法，包括確定用於至少部分校正灰塵對散射示數的影響的統計導出的校正值；並且 使用所述校正值校正所述散射示數。
200.根據權利要求199所述的方法，其特徵在於，所述方法包括對於圖像捕捉設備的 一個或更多個像素確定接收到的散射值中的背底噪聲水平；參照已知的代表灰塵和煙霧的統計值來確定標準差和平均散射水平； 計算散射標準差；以及 確定煙霧和/或灰塵的散射貢獻。
201.根據權利要求199所述的方法，其特徵在於，所述方法包括 確定接收到的散射值中的背底噪聲水平；參照已知的代表灰塵和煙霧的統計值來確定散射示數分布的更高的統計動差； 計算散射標準差；以及 確定煙霧和/或灰塵的散射貢獻。
202.根據權利要求199-201中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將測 得的散射示數校正為僅代表煙霧顆粒的值。
203.一種確定顆粒探測器中的報警狀態的方法，包括 沿著初級光源的光束限定多個片段；在沿著所述光束的位置上限定多個虛擬的顆粒探測器； 使每個虛擬的顆粒探測器關聯至少一個片段；基於與虛擬的顆粒探測器關聯的一個或多個片段確定該虛擬的顆粒探測器的報警水平。
204.根據權利要求203所述的方法，其特徵在於，虛擬煙霧探測器的報警水平是所述 與其關聯的一個或多個片段中的最高報警水平。
205.根據權利要求203所述的方法，其特徵在於，所述虛擬的顆粒探測器的報警水平 基於任意關聯片段的最高煙霧示數確定。
206.根據權利要求203-205中任意一項所述的方法，其特徵在於，兩個或多個片段有 所重疊。
207.根據權利要求203-206中任意一項所述的方法，其特徵在於，當每個片段的顆粒 探測水平用於計算相應的虛擬探測器的報警水平時，對所述每個片段的顆粒探測水平賦予 加權貢獻。
208.一種顆粒探測系統，具有在一定波長下工作的初級光源，在所述波長下極少或沒 有環境光遭遇到所述系統。
209.根據權利要求208所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述初級光源可在對應太 陽或大氣吸收譜線的波長下工作。
210.根據權利要求208所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光源在用於照明所述 受監測的體積或附近體積的光的光譜範圍之外的波長下工作。
211.根據權利要求208-210中任意一項所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述光傳 感器包含濾波器，所述濾波器具有包括選擇的波長的通帶。
212.根據權利要求209所述的顆粒探測系統，其特徵在於，所述濾波器的通帶比所述 系統工作中採用的吸收譜線更窄。
213.—種在顆粒探測系統中存在大顆粒的情況下校正散射示數的方法，所述方法包 括確定在初級光源發出的至少部分光束範圍內的總散射；確定在所述部分光束範圍內的 總損失；基於在所述部分光束範圍內的總散射對總損失的比值來計算用於所述部分光束的散射示數的校正因子。
214.根據權利要求213所述的方法，其特徵在於，所述校正因子可以以(分光損失散 射)k來計算，其中k取0-1之間的值。
215.根據權利要求213或214所述的方法，其特徵在於，測試所述分光損失的步驟包 括測試在所述光束的整個橫截面積上接收到的光強。
216.根據權利要求213-215中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括設定 100%的傳送水平，由此計算後續的傳送水平。
217.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述100%傳送水平可周期性地設定。
218.根據權利要求213-217中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法在多個波 長下實施。
219.—種被構造為測試光束的分光損失的分光損失測試設備，所述光束在所述測試設 備中形成橫截面，分光損失測試設備包括光敏元件，所述光敏元件被構造為測試來自比所 述光束的橫截面積更大的區域的光。
220.根據權利要求219所述的分光損失測試設備，其特徵在於，所述光敏元件具有比 所述光束的橫截面積更大的光接收表面。
221.根據權利要求219或220所述的分光損失測試設備，其特徵在於，所述設備進一步 包括一個能夠接收來自比所述光束的橫截面積更大的區域的光並將其射到所述光敏元件 上的光學配置方案。
222.根據權利要求219-221中任意一項所述的分光損失測試設備，其特徵在於，所述 分光損失測試設備進一步包括防止雷射散斑的裝置。
223.—種AVSD系統，包括初級光源和適於接收在所述體積內從所述初級光源的光束 散射的光的光傳感器，以及根據權利要求213-222中任意一項所述的分光損失測試設備。
224.根據權利要求223所述的AVSD系統，其特徵在於，所述AVSD系統包括反射器以反 射所述光束使其穿過所述體積，其中，所述分光損失測試設備包括和所述AVSD系統的光傳 感器基本位於同一位置。
225.根據權利要求223或224所述的AVSD系統，其特徵在於，所述AVSD系統採用以下 之中的一項或多項，以減少在將光束髮射到所述分光損失測試設備上時的多路徑效應抖動所述光束的位置；退相干所述光束；以及使用非相干的初級光源。
226.—種處理顆粒探測系統中光傳感器的輸出的方法，所述方法包括捕捉來自所述光傳感器的多幅圖像幀，其中當初級光源打開時拍攝第一組「開幀」，當 初級光源關閉時拍攝第二組「閉幀」，並且其中所述開幀和閉幀具有相同的時間中點。
227.根據權利要求226所述的方法，其特徵在於，時間中點可如下計算，(時間X曝光 持續時間)幀數。
228.根據權利要求226或227所述的方法，其特徵在於，所述開幀和閉幀的總曝光時間相等。
229.根據權利要求226-228中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括對部 分所述幀進行縮放。
230.根據權利要求226-229中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述開幀和閉幀包 含不同數量的幀。
231.一種用於控制顆粒探測系統中的光學組件的設備，所述設備包括粗控制臺和安裝 在所述粗控制臺上的精控制臺，光學組件可安裝到所述精控制臺上。
232.根據權利要求231所述的用於控制光學組件的設備，其特徵在於，所述粗控制臺 為機械控制臺。
233.根據權利要求231或232所述的用於控制光學組件的設備，其特徵在於，所述精控 制臺優選為非機械控制臺。
234.根據權利要求233所述的用於控制光學組件的設備，其特徵在於，所述非機械控 制臺包括使用以下傳動器中的一種或多種機電傳動器；壓電傳動器；另一個高速非機械傳動器。
235.—種控制顆粒探測系統的光學組件的方法，包括使用機械驅動的粗控制臺控制 所述光學組件從初始位置到達在希望位置的第一預定誤差範圍內的粗對準位置；和使用非機械驅動的精控制臺控制所述光學組件從粗對準位置到達在希望位置的第二 預定誤差範圍內的終位置。
236.根據權利要求235所述的方法，其特徵在於，所述方法包括使用所述非機械驅動 的精控制臺至少周期性地將所述光學組件重新對準所述希望位置。
237.一種用於顆粒探測系統的光學組件，包括包含暴露的光學表面的光學配件，光穿過所述光學表面；具有至少一個壁和孔的機殼，所述至少一個壁形成了在所述機殼內的體積，光可通過 所述孔進入或離開所述機殼；所述機殼被構造為接收所述光學配件，以使光可穿過所述孔 被接收，並且其中所述光學配件安裝在所述機殼內，以使在所述光學配件的光學表面和所 述孔之間具有縫隙，從而為空氣中攜帶的顆粒提供沉降區。
238.根據權利要求237所述的光學組件，其特徵在於，所述沉降區設有用於除去所述 沉降區裡的空氣中的顆粒的顆粒清除裝置。
239.根據權利要求238所述的光學組件，其特徵在於，所述顆粒清除裝置包括選自以 下的元件以除去顆粒被動靜電材料；主動靜電過濾器。
240.一種用於顆粒探測系統的光學組件，包括包含暴露的光學表面的光學配件，光穿過所述光學表面；具有至少一個壁、視孔和進氣口的機殼，所述至少一個壁形成了在所述機殼內的體積， 光可通過所述視孔進入或離開所述機殼，所述進氣口適於使空氣能夠進入所述機殼內的體 積；所述機殼被構造為接收所述光學配件，以使光可穿過所述視孔被接收，並且空氣可從所 述進氣口流入並從所述視孔流出。
241.根據權利要求240所述的光學組件，其特徵在於，所述光學組件包括吸氣機，以將 空氣吸進所述進氣口或從所述視孔吸出。
242.根據權利要求240或241所述的光學組件，其特徵在於，所述進氣口設有過濾器以 清潔進入所述機殼的空氣。
243.根據權利要求241所述的光學組件，其特徵在於，所述吸氣機包含具有多個扇葉 的軸流風扇時，所述風扇可被放置為使光能夠從所述風扇的扇葉之間的縫隙中射入或射出ο
244.根據權利要求243所述的光學組件，其特徵在於，所述光學組件與所述風扇的旋 轉同步。
245.一種用於顆粒探測系統的光學組件，包括包含暴露的光學表面的光學配件，光穿過所述光學表面；適於至少周期性地移過所述光學表面的可移動元件。
246.根據權利要求245所述的光學組件，其特徵在於，所述光學組件包括具有多個扇 葉的軸流風扇，所述風扇被放置為使光能夠從所述風扇的扇葉之間的縫隙中射入或射出。
247.根據權利要求246所述的光學組件，其特徵在於，所述光學組件與所述風扇的旋 轉同步。
248.根據權利要求245-247中任意一項所述的光學組件，其特徵在於，所述風扇可包 含無刷DC電機。
249.根據權利要求245-248中任意一項所述的光學組件，其特徵在於，所述可移動元 件可為以下之一擦拭器、刷子或杆。
250.根據權利要求245-249中任意一項所述的光學組件，其特徵在於，所述可移動元 件優選進行跨越所述光學表面的環狀或往復運動。
251.根據權利要求245-250中任意一項所述的光學組件，其特徵在於，所述可移動元 件與所述光學表面有間隔。
252.根據權利要求245-251中任意一項所述的光學組件，其特徵在於，所述可移動元 件可被構造為移過耐刮窗口。
253.—種AVSD系統的光學組件，包含功能性元件和冷卻設備。
254.根據權利要求253所述的光學組件，其特徵在於，所述光學組件為光傳感器，並且 所述功能性元件為光敏元件。
255.根據權利要求253或254所述的光學組件，其特徵在於，所述冷卻設備為珀爾帖冷 卻機。
256.根據權利要求253-255中任意一項所述的光學組件，其特徵在於，所述光學組件 進一步包括與所述冷卻設備熱耦合的散熱器，以將熱轉移至大氣。
257.一種用於在顆粒探測系統中產生掃射的光束的機構，所述機構包括適於產生線形 光束的光源和反射平面繞平行於所述平面的軸旋轉的鏡，將所述鏡和光源對準以使所述鏡 的表面隨所述鏡的旋轉以變換的入射角度反射來自所述光源的光。
258.根據權利要求257所述的機構，其特徵在於，所述鏡為多角形。
259.根據權利要求257所述的機構，其特徵在於，所述鏡為八角形。
260.—種校正顆粒探測系統進行的光散射測試的方法，所述方法包括確定沿顆粒探測系統的光束的分光損失；基於確定的分光損失校正對所述顆粒探測系統的初級光源進行的散射測試。
261.根據權利要求260所述的方法，其特徵在於，所述確定分光損失的步驟包括估計 沿所述光束的分光損失。
262.根據權利要求261所述的方法，其特徵在於，所述估計可基於源自所述光束的散 射測試來進行。
263.根據權利要求260-262中任意一項所述的方法，其特徵在於，沿所述光束的長度 分段進行所述分光損失的估計。
264.根據權利要求260-263中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述確定分光損失 的步驟包括測試沿所述光束的分光損失。
265.根據權利要求264所述的方法，其特徵在於，所述測試分光損失的操作包括提供 適於在光束終端接收所述光束的光接收裝置。
266.根據權利要求260-265中任意一項所述的方法，其特徵在於，反覆重複所述方法。
267.根據權利要求260-266中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述校正散射測試 的步驟包括用散射測試結果除以(1-分光損失)。
全文摘要
顆粒探測系統(100)，如動態視頻煙霧探測系統，包括至少一個照明裝置(102)，用於使輻射線(106)穿過至少部分受監測的空氣體積(110)；圖像傳感器(104)，用以捕捉至少部分來自照明裝置(102)的輻射線(106)的圖像；和分析捕捉到的圖像的裝置(107)，用來探測在所述體積內顆粒的存在。本發明描述了至少29個不同的、用於改進顆粒探測的敏感度、可用性和健壯性的方面。這些方面包括例如構造照明裝置(102)以形成穿過所述空氣體積(110)的光簾或快速掃射的光束，以及構造反射器以控制或改變從照明裝置(102)反射的光束。
文檔編號G08B17/107GK101952709SQ200880124826
公開日2011年1月19日 申請日期2008年11月14日 優先權日2007年11月15日
發明者凱末爾·阿賈伊, 卡爾·波特格, 羅恩·諾克司 申請人:愛克斯崔裡斯科技有限公司