CN103186015B - 摄像机夜视照明***及其控制方法 - Google Patents
摄像机夜视照明***及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种光学利用率高、发散角调节范围大、远近兼顾的摄像机夜视照明***及其控制方法。本发明的摄像机夜视照明***，包括控制模块以及与控制模块相连的电源模块、光敏电阻、光耦开关和步进电机；其中，电源模块与红外光源相连，红外光源前端设置有变角镜头，步进电机与变角镜头相连，其特征在于：所述摄像机夜视照明***还包括激光测距传感器，该激光测距传感器与控制模块相连。本发明中的夜视照明***，出光的发散角范围大，同时兼顾远近照明，满足摄像机视场的需求；光的有效利用率高，光路设计较简单，对远距离照明力效果良好，成本低廉，易于加工和后期装配；本发明采用激光测距联动变角，安全可靠，能有效避免该激光产品的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及视频监控领域中的夜视照明领域，尤其涉及一种摄像机夜视照明***及其控制方法。
背景技术
目前，随着人们对夜视照明的需求不断提高，各种夜视照明设备层出不穷，综合而言，主要有以下几个趋势：1)定焦红外照明产品，该种产品出光的发散角一定，不能同时兼顾远近照明和满足摄像机视场的需求；2)多角度LED灯分段开启的红外产品，该类产品虽可兼顾远近照明需求，但需要多颗灯芯，不能一灯多用，同时也存在较大的光浪费；3)变焦红外产品，该类有两大分支，其一是可变焦的LED产品，该类产品光的有效利用率较低，光路设计较复杂，对远距离照明力不从心，总体性价比不高；其二是可变焦的激光产品，该类产品为保证照明距离一般都为四级激光产品，缺乏必要安全防护措施，存在安全隐患，同时发散角范围难于满足广角镜头的视场需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光学利用率高、发散角调节范围大、远近兼顾的摄像机夜视照明***。
为解决上述问题，本发明的一种摄像机夜视照明***，包括控制模块以及与控制模块相连的电源模块、光敏电阻、光耦开关和步进电机；其中，电源模块与红外光源相连，红外光源前端设置有变角镜头，步进电机与变角镜头相连，其特征在于：所述摄像机夜视照明***还包括激光测距传感器，该激光测距传感器与控制模块相连。
所述变角镜头包括依次设置在红外光源前端的第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜，步进电机通过传动机构控制第一透镜和第二透镜在红外光源与高透过率窗口镜之间移动。
所述传动机构包括固定在步进电机动力输出端的丝杠，以及套在丝杠上的螺母，第一透镜和第二透镜安装在螺母上。
所述变角镜头中的第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜，焦距f1～f3、曲率半径R1～R6、折射率n1～n3，分别满足以下条件：
5＜f1＜271.40＜n1＜1.656＜R1＜35-9.7＜R2＜-36
10＜f2＜491.45＜n2＜1.925.5＜R3＜42-7.0＜R4＜-35
750＜f3＜∞1.45＜n3＜1.92524.8＜R5＜∞-524.8＜R6＜∞
其中焦距和曲率半径的单位为mm；
所述第一透镜、第二透镜在步进电机的带动下，在其轴向上远离或靠近红外光源，其中第一透镜距离红外光源的范围为：2.5～42mm。
所述摄像机夜视照明***的发散角(FWHM)范围为：0.89°～50.15°。
所述第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜表面镀有红外光增透膜。
所述摄像机夜视照明***的控制方法，包括以下步骤：
1)摄像机夜视照明***初始化；
2)控制***监测被照明物体与摄像机夜视照明***的距离D是否为0；如果监测结果为是，则进入6)步骤；如果监测结果为否，进入3)步骤；
3)被照明物体与摄像机夜视照明***的距离D是否大于D0；如果监测结果为是，进入4)步骤；如果监测结果为否，则进入5)步骤；
4)是否启动激光测距联动变角模式；如果为是，则进入5)步骤；如果为否，进入6)步骤。
5)启动激光测距联动变角模式；
6)启动摄像机变倍联动变角模式；
本发明中的夜视照明***，出光的发散角范围大，同时兼顾远近照明，满足摄像机视场的需求；光的有效利用率高，光路设计较简单，对远距离照明力效果良好；成本低廉，易于加工和后期装配；本发明采用激光测距联动变角，安全可靠，能有效避免该激光产品的安全隐患。
附图说明
图1为本发明中摄像机夜视照明***的结构框图。
图2为本发明中摄像机夜视照明***的结构示意图。
图3为本发明的摄像机夜视照明***中变角镜头发散角最小时的光学原理图。
图4为本发明的摄像机夜视照明***中变角镜头发散角最大时的光学原理图。
图5为本发明的摄像机夜视照明***中变角镜头的光学***图。
图6为本发明中摄像机夜视照明***控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的摄像机夜视照明***，包括控制模块以及与控制模块相连的电源模块、光敏电阻、光耦开关、步进电机和激光测距传感器；电源模块与红外光源相连，红外光源前端设置有变角镜头，步进电机与变角镜头相连。
其中电源模块为可调恒流源电源模块，为整个夜视照明***提供电源；光敏电阻监测外部环境光照强度，并将监测信息传递给控制模块，进而控制模块判断是否启动夜视照明***；光耦开关用于控制步进电机在启动夜视照明***时，对变角镜头进行位置初始化；步进电机驱动变角镜头远离或靠近红外光源，从而达到调整出光角度的目的；激光测距传感器位于夜视照明***的前端，用于监测被照射物体与夜视照明***之间的距离。
如图2所示，所述变角镜头包括依次设置在红外光源1前端的第一透镜2、第二透镜3和高透过率窗口镜4，所述第一透镜2、第二透镜3和高透过率4窗口镜表面镀有红外光增透膜。
步进电机5的动力输出端固定有丝杠6，螺母7套在丝杠6上；安装轴8位于丝杠6上方并与丝杠6相平行，第一透镜2和第二透镜3位于安装轴上，并且与螺母7相固定，能够在步进电机5的带动下沿着安装轴8的轴向，在红外光源1与高透过率窗口镜4之间移动。
如图3、4、5所示，步进电机5带动第一透镜2、第二透镜3轴向移动，改变其与红外光源1的距离。当距离越近时，光发散角越小；反之，则光发散角越大。
所述变角镜头中的第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜，焦距f1～f3、曲率半径R1～R6、折射率n1～n3，分别满足以下条件：
5＜f1＜271.40＜n1＜1.656＜R1＜35-9.7＜R2＜-36
10＜f2＜491.45＜n2＜1.925.5＜R3＜42-7.0＜R4＜-35
750＜f3＜∞1.45＜n3＜1.92524.8＜R5＜∞-524.8＜R6＜∞
其中焦距和曲率半径的单位为mm；
所述第一透镜、第二透镜在步进电机的带动下，在其轴向上远离或靠近红外光源，其中第一透镜距离红外光源的范围为：2.5～42mm，其照明角度(FHWM)变化范围为：0.89°～50.15°。
为避免灼伤人眼或引起火灾等安全隐患，本发明的夜视照明***采用两种联动方案：激光测距联动变角模式以及摄像机变倍联动变角模式。
其中，D0为夜视照明***以最大功率和最小发散角照明时的安全距离；同时，根据实际多次测量，在考虑照明***个体差异的前提下，经统计得出当光斑单位面积的光强分布为E0时，照明效果较优且对人眼相对安全(E0＜0.9W/m2)。
夜视照明***与被照明物体距离在D0以内，均采用激光测距联动变角进行调焦。照明***的控制模块根据实时获取的照明距离值D，自动调节发散角使其在D处的光斑的光强分布理论均值为E0；
夜视照明***与被照明物体距离超过D0后，无论夜视照明***的光发散角度如何，最终光斑单位面积上的光照强度都不可能导致安全隐患。因此，夜视照明***可以采用摄像机变倍联动变角模式，根据摄像机变焦镜头变倍联动进行调焦。当然，夜视照明***也可以采用激光测距联动变角模式进行调焦，直到发散角调到上门限或下门限为止；
当实时获取的距离值D为空时，则照明***采用摄像机变倍联动变角模式，完全跟随摄像机变倍进行调焦，此举为使无激光测距传感器或其工作不正常时照明***亦能跟随摄像机变倍实现联动。
一种摄像机夜视照明***控制方法，包括以下步骤：
1)摄像机夜视照明***初始化；该步骤通过光敏电阻感应环境光照强度，控制模块判断为夜间模式并启动红外照明***；同时通过光耦开关控制步进电机初始化变角镜头；
2)控制***监测被照明物体与摄像机夜视照明***的距离D是否为0；如果监测结果为是，则进入6)步骤；如果监测结果为否，进入3)步骤；***上电初始化后，读D值；如果连续多次读D值都为0，则可认为激光测距传感器异常，所以直接进入摄像机变倍联动变角模式；如果D不为0，则判断测距传感器正常，进入循环读D值并联动的阶段；
3)被照明物体与摄像机夜视照明***的距离D是否大于D0；如果监测结果为是，进入4)步骤；如果监测结果为否，则进入5)步骤；
4)是否启动激光测距联动变角模式；如果为是，则进入5)步骤；如果为否，进入6)步骤。
5)启动激光测距联动变角模式；在该步骤中的激光测距联动变角模式下，通过激光测距传感器对被照明物体进行距离监测，再将该距离信息传递给控制***，控制***根据该距离调节照明***的光发散角，从而保证单位面积上的光强处于较稳定值，保证良好的照明效果且保障照明安全；
6)启动摄像机变倍联动变角模式；在该步骤中的摄像机变倍联动变角模式下，步进电机驱动变角镜头变焦，使其探照角与摄像机变焦镜头的视角相匹配。
Claims (7)
1.一种摄像机夜视照明***，包括控制模块以及与控制模块相连的电源模块、光敏电阻、光耦开关和步进电机；其中，电源模块与红外光源相连，红外光源前端设置有变角镜头，步进电机与变角镜头相连，其特征在于：所述摄像机夜视照明***还包括激光测距传感器，该激光测距传感器与控制模块相连；所述变角镜头包括依次设置在红外光源前端的第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜，步进电机通过传动机构控制第一透镜和第二透镜在红外光源与高透过率窗口镜之间移动；
所述变角镜头中的第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜，焦距f1～f3、曲率半径R1～R6、折射率n1～n3，分别满足以下条件：
2.如权利要求1所述摄像机夜视照明***，其特征在于：所述传动机构包括固定在步进电机动力输出端的丝杠，以及套在丝杠上的螺母，第一透镜和第二透镜安装在螺母上。
3.如权利要求1所述摄像机夜视照明***，其特征在于：其中焦距和曲率半径的单位为mm。
4.如权利要求1所述摄像机夜视照明***，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜在步进电机的带动下，在其轴向上远离或靠近红外光源，其中第一透镜距离红外光源的范围为：2.5～42mm。
5.如权利要求1所述摄像机夜视照明***，其特征在于：所述摄像机夜视照明***的发散角(FWHM)范围为：0.89°～50.15°。
6.如权利要求1至5中任一项所述摄像机夜视照明***，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜和高透过率窗口镜表面镀有红外光增透膜。
7.一种如权利要求1所述摄像机夜视照明***的控制方法，其特征在于：所述摄像机夜视照明***的控制方法，包括以下步骤：
1)摄像机夜视照明***初始化；
2)控制***监测被照明物体与摄像机夜视照明***的距离D是否为0；如果监测结果为是，则进入6)步骤；如果监测结果为否，进入3)步骤；
3)被照明物体与摄像机夜视照明***的距离D是否大于D0；如果监测结果为是，进入4)步骤；如果监测结果为否，则进入5)步骤，D0为夜视照明***以最大功率和最小发散角照明时的安全距离；
4)是否启动激光测距联动变角模式；如果为是，则进入5)步骤；如果为否，进入6)步骤；
5)启动激光测距联动变角模式；
6)启动摄像机变倍联动变角模式。
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