一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置及成像方法

摘要

一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置及成像方法，属于红外激光成像技术领域。防护头盔的顶部连接红外多光束扫描激光雷达，防护头盔的前部连接半透明护目镜，半透明护目镜的后部连接影像投影装置，影像投影装置与防护头盔连接，防护阻燃电缆的一端分别连接红外多光束扫描激光雷达及影像投影装置，防护阻燃电缆的另一端与图像处理计算机连接，图像处理计算机与蓄电池组连接。结合被动式红外成像技术，将火灾现场的特征红外辐射图像与前述的三维目标探测图像相结合，共同投影到救援人员的护目镜上，可以取得最佳的应用效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置及成像方法，属于红外激光成像技术领域。

背景技术

在火灾救援现场，特别是在充满烟雾的楼宇通道内部进行火灾救援现场。由于现场充满火灾烟雾，救援人员难以发现通道内部的障碍物和被困人员，这种情况往往给火灾救援人员和被困人员都带来极大的危险，这是一个世界性的难题。

如图1、图2所示，到目前为止，还没有非常有效的现场探测与观察设备可以很好的应对这种场景。当前，绝大部分是使用被动式的红外热成像仪，通过探测现场各个物体所发出红外线信息，以形成可以观察的图像，引导救援人员排除障碍和寻找被困人员。

但是，这种被动式的红外探测技术存在一定的问题，那就是在火灾现场，环境与障碍物甚至部分被困人员的衣物都可能燃烧，或者被环境高温所加热，导致其所发出的特征红外线与正常情况下的红外线辐射不同，甚至混同于火灾现场环境所发出的特征红外线。同时，由于这种被动式红外探测器无法探测到红外源后面的目标，例如：在被困人员与救援人员之间隔着一层火焰或者存在一个燃烧的障碍物。这些都会给救援人员在火灾现场使用这种红外热成像技术带来一定的风险，导致延误对被困人员的救援。

在火灾现场，尤其是在充满烟雾的救生通道内，其它光谱频段的探测手段已经失效，只有红外线可以提供穿透烟雾的能力，因此，到目前为止，尽管被动式红外成像技术在实际应用中存在一定的风险，但仍旧被使用。

到目前为止，现有的在火灾救援现场使用的环境信息观察手段，相对有效的是被动式红外热成像仪。这种被动式红外热成像仪的原理是基于不同温度的物体会辐射出不同频谱和不同强度的特征红外辐射。红外热成像仪中的红外接收传感器会接收到现场不同物体(包括火焰、障碍物、待救援人员等等)依据其温度所辐射出的特征红外线，并通过计算机处理形成一个现场图像。

在一般环境下，这种装置可以有效的提高对待救援(被困)人员的发现几率(提高30％左右)。但是，由于被动式探测原理上的缺陷导致在一些特殊情况下失效，甚至造成救援人员与被困人员的危险以及对被困人员救援的延误。

例如：在相对密闭的火灾通道内，由于环境相对封闭，现场内部环境温度差异性降低，会导致障碍物特别是燃烧的障碍物、高温度烟雾、挡在被困人员和救援人员之间的火焰或燃烧物，都会降低现场特征红外辐射的差异性，甚至于当在被困人员和救援人员之间存在火焰或者火源的情况下，这种被动式红外热像仪就根本无法发现火焰背后的被困人员。因此，被动式红外热像仪在一些火灾现场无法正确描述现场情况，而给救援人员和被困人员带来很大的误导，早成救援延误，甚至于造成很大危险。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置及成像方法。

一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置，防护头盔的顶部连接红外多光束扫描激光雷达，防护头盔的前部连接半透明护目镜，半透明护目镜的后部连接影像投影装置，影像投影装置与防护头盔连接，防护阻燃电缆的一端分别连接红外多光束扫描激光雷达及影像投影装置，防护阻燃电缆的另一端与图像处理计算机连接，图像处理计算机与蓄电池组连接。

红外多光束扫描激光雷达的前部为激光雷达扫描区域。被动式红外热成像传感器与红外多光束扫描激光雷达并排连接在防护头盔的顶部，被动式红外热成像传感器通过防护阻燃电缆与图像处理计算机连接。蓄电池组包括充放电控制电路。

一种火灾救援现场用红外激光雷达成像方法,含有以下步骤：采用主动式的红外激光雷达探测技术，使用波长为905nm至10.5μm的红外扫描激光雷达，通过对前方10°到180°范围内进行多线激光扫描，形成三维点云，并通过图像分析计算机的处理，形成扫描范围内的三维图像，并将此图像投影到救援人员的护目镜上，给救援人员一个实时图像信息，引导火灾救援人员在烟雾环境下的火灾救援现场及时发现现场障碍物和被困人员。

本发明的优点是采用主动式的红外激光雷达探测技术，利用特定频谱的红外激光对烟雾的穿透特性，使用波长为905nm至10.5μm的红外扫描激光雷达，通过对前方10°到180°范围内进行多线激光扫描，形成三维点云，并通过图像分析计算机的处理，形成扫描范围内的三维图像，并将此图像投影到救援人员的护目镜上，给救援人员一个实时图像信息，引导火灾救援人员在烟雾环境下的火灾救援现场及时发现现场障碍物和被困人员。此装置还可以结合被动式红外成像技术，将火灾现场的特征红外辐射图像与前述的三维目标探测图像相结合，共同投影到救援人员的护目镜上，可以取得最佳的应用效果。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为被动式红外热像仪在火灾现场工作示意图。

图2为当在被困人员和救援人员之间存在火源时，被动式红外热像仪失效示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为本发明的实施例之一结构示意图。

图5为本发明的实施例之二结构示意图。

红外多光束扫描激光雷达1，防护头盔2，影像投影装置3，半透明护目镜4，防护阻燃电缆5，图像处理计算机6，蓄电池组7，被动式红外热成像传感器8。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图3、图4及图5所示，一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置，克服在充满烟雾的火灾救援现场，特别是封闭、半封闭的通道内，依靠目视或者被动式红外成像技术无法为救援人员提供足够的环境信息而给救援人员和被困人员所带来的危险,本发明有效解决了这个难题。

一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置，防护头盔2的顶部连接红外多光束扫描激光雷达1，防护头盔2的前部连接半透明护目镜4，半透明护目镜4的后部连接影像投影装置3，影像投影装置3与防护头盔2连接，防护阻燃电缆5的一端分别连接红外多光束扫描激光雷达1及影像投影装置3，防护阻燃电缆5的另一端与图像处理计算机6连接，图像处理计算机6与蓄电池组7连接，红外多光束扫描激光雷达1的前部为激光雷达扫描区域9。

被动式红外热成像传感器8与红外多光束扫描激光雷达1并排连接在防护头盔2的顶部，被动式红外热成像传感器8通过防护阻燃电缆5与图像处理计算机6连接，蓄电池组7包括充放电控制电路。

本发明采用主动式激光扫描雷达，采用发射对烟雾透过率比较高的905nm到10.5μm的红外激光，并接收不同物体反射的激光光束，计算不同物体的距离，形成三维点云数据，并经过计算机的计算处理，形成现场的三维图像，并将这个三维图像投射到救援人员的护目镜上，为救援人员提供直接的现场图像。更进一步可以同时将被动式红外成像数据通过计算叠加在激光雷达三维图像上，为救援人员提供进一步的火灾现场温度分布图像，可以有效的解决这个困扰世界多年的火灾救援难题。

本发明由以下几个部分组成：放置于防护头盔2顶部的红外多光束扫描激光雷达1；包括防护头盔2、半透明护目镜4；影像投影装置3用于将图像处理计算机6所生成的三维图像投影到护目镜上，给救护人员观看；图像处理计算机6将红外多光束扫描激光雷达1所生产的点云数据转换为三维图像，并将其传送到影像投影装置3上；蓄电池组7用于给整个系统供电。系统示意图见图3。

实施例2：如图4所示，一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置，在本实施例中，红外多光束扫描激光雷达1采用半固态MEMS扫描激光雷达，激光频谱为905nm或1500nm红外线，最大检测范围为250米，在烟雾环境下探测距离不小于5米，提供水平70°和垂直30°的扫描视场，在10Hz扫描速率下提供50线光束的点云图像，并通过防护电缆发送给图像处理计算机6。

包括防护头盔2及半透明护目镜4。影像投影装置3与图像处理计算机6相连接，接收计算机发送的三维图像，并将其投影到半透明护目镜4上。图像处理计算机6接收红外激光雷达发送的点云数据，通过算法处理，形成实时三维图像，并传送给影像投影装置3。

蓄电池组7包括蓄电池和充放电控制电路及防护阻燃电缆5：用于系统的信号和电源传输，防护阻燃电缆5的防火等级符合火灾现场救援的国家标准。

实施例3：如图5所示，一种火灾救援现场用红外激光雷达成像装置，在本实施例中，相比于实施案2，在本实施例中，增加了一个与红外扫描激光雷达并列的被动式红外热成像传感器8，以提供火灾现场的温度图像，给消防救护人员提供更多的现场环境信息，有助于消防救援人员更安全、更迅速的对被困人员进行救助。

在本实施例中，红外多光束扫描激光雷达1采用半固态MEMS扫描激光雷达，激光频谱为905nm或1500nm红外线，最大检测范围为250米，在烟雾环境下探测距离不小于5米，提供水平70°和垂直30°的扫描视场，在10Hz扫描速率下提供50线光束的点云图像，并通过防护电缆发送给图像处理计算机6。

被动式红外热成像传感器用于接收火灾现场环境中的各种特征红外辐射，并将数据发送给图像处理计算机6。

防护头盔2，半透明护目镜4。影像投影装置3与图像处理计算机6相连接，接收计算机发送的三维图像和红外热成像图像，并将其投影到半透明护目镜4上。

图像处理计算机6接收红外激光雷达发送的点云数据，通过算法处理，形成实时三维图像；同时接收被动式红外热成像传感器的热成像数据，并与激光雷达的实时三维图像合并，传送给影像投影装置3。

蓄电池组7包括蓄电池和充放电控制电路及防护阻燃电缆5：用于系统的信号和电源传输，防护阻燃电缆5的防火等级符合火灾现场救援的国家标准。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。