CN102081280B - 一种变焦式红外灯及其控制方法、红外摄像机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变焦式红外灯及其控制方法、红外摄像机，其中变焦式红外灯，包括依次连接的控制器、电机、红外灯镜头，以及与控制器连接的平行红外光发生装置；平行红外光发生装置用于产生平行的红外光；红外灯镜头包括第一凸透镜和第二凸透镜，其中的一个凸透镜位置固定、另一个凸透镜位置可调，顺序放置于红外光路传播方向的主光轴上；控制器，用于接收红外摄像机当前的变焦倍数信息，根据该变焦倍数信息以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，驱动第一凸透镜/第二凸透镜在主光轴上左右移动以调整红外光线的发散角度。采用本发明，可准确、简便地控制红外光线的发散角度，并可使得红外光线均匀，提高了摄像机画面质量。
Description
技术领域
本发明属于夜视摄像机监控技术领域，尤其涉及一种变焦式红外灯及其控制方法、红外摄像机。
背景技术
随着视频监控技术的不断发展以及社会发展的需要，在摄像监控系统工程中，越来越多地使用红外摄像机。红外摄像机在夜间监控扮演的角色更加突出，不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统中都被广泛采用。红外摄像技术分为被动式和主动式，被动式红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度（-273℃）以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多，利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪，但是这种特殊的红外摄像机造价昂贵，因此仅限于军事或者特殊场合使用；而主动红外摄像技术是采用红外灯辐射“照明”（主要是红外光线），应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。
而变焦式红外灯因为克服了传统红外灯的照射距离短、画面不均匀、白斑严重、寿命短、发光效率低和有效光的利用率不高等缺点，成为了红外灯的重要发展方向；其原理为随摄像机视角大小变化来调整红外灯的照射角度，可以提高红外光的利用率，使得红外光线均匀，提高摄像机画面质量，且具有体积小的优势，将广泛应用于红外摄像机中。
公开号为KR20040095027A、发明名称为“INFRARED LIGHTING EQUIPMENT FOR CONTROLLING LIGHT EMISSION, CAPABLE OF IMPROVING LIGHTING EFFICIENCY OF AN OBJECT BY INTERWORKING AN INFRARED LENS WITH AN ELECTROMOTIVE ZOOM LENS”的韩国专利公开了一种变焦式红外灯，其原理是根据焦距信号来调节一组由三个透镜构成的红外灯镜头，从而控制红外光线发散角度随摄像机视角变化，来构成变焦式红外灯。此专利存在以下不足：1. 红外灯镜头由三个透镜构成，对红外光线发散角度的可控性不好；2.没有解决红外灯光线均匀性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变焦式红外灯及其控制方法，解决红外光线的发散角度可控性不好以及红外光线不均匀的问题；
本发明的另一目的在于提供一种红外摄像机，提高摄像机画面质量。
本发明实施例是这样实现的。
一种变焦式红外灯，应用于红外摄像机，包括依次连接的控制器、电机、红外灯镜头；还包括与控制器连接的平行红外光发生装置；
所述平行红外光发生装置，用于产生平行的红外光；
所述红外灯镜头包括第一凸透镜和第二凸透镜，顺序放置于红外光路传播方向的主光轴上，其中的一个凸透镜位置固定、另一个凸透镜位置可调，且所述第一凸透镜和第二凸透镜之间的最大间距范围为f1~f1+f2，所述f1为第一凸透镜的焦距、f2为第二凸透镜的焦距；
所述控制器，用于接收红外摄像机当前的变焦倍数信息，根据该变焦倍数信息以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，通过电机驱动第一凸透镜/第二凸透镜在主光轴上左右移动以调整红外光线的发散角度。
其中，所述平行红外光发生装置包括用于产生红外光的红外灯板和用于聚集红外灯板发出的红外光线并将其反射形成平行光的反光杯，且所述红外灯板位于反光杯里侧的焦点处。
其中，所述平行红外光发生装置还包括散热片，固定于红外灯板的后部，与所述反光杯的尾部相扣合。
其中，还包括与所述控制器连接的位置检测器，当第二凸透镜的位置固定时设于靠近平行红外光发生装置的方向上距离第二凸透镜f1+f2的位置，当第一凸透镜的位置固定时设于第一凸透镜所在位置；
所述控制器，还用于在变焦式红外灯通电时，通过位置检测器检测第一凸透镜和第二凸透镜的间距是否为f1+f2，若不是，则在第二凸透镜位置固定时通过电机驱动第一凸透镜沿主光轴左右移动至距离第二凸透镜f1+f2的位置、或者在第一凸透镜位置固定时通过电机驱动第二凸透镜沿主光轴左右移动至距离第一凸透镜f1+f2的位置。
其中，所述控制器还用于根据所述变焦倍数信息调整红外灯板的红外LED的工作电流或者分段式点亮所述红外LED。
其中，所述位置检测器为光耦传感器。
一种上所述的变焦式红外灯的控制方法，所述变焦式红外灯应用于红外摄像机，该方法包括：在变焦式红外灯开启之后，
若红外摄像机视角大小改变，则根据当前红外摄像机镜头的变焦倍数以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，在主光轴上左右移动第一凸透镜/第二凸透镜使得两凸透镜的间距调整至对应值，从而使得经过第一凸透镜和第二凸透镜的红外光线的发散角度与摄像机视角相匹配。
其中，还包括：在所述摄像机视角改变时，根据当前摄像机镜头的变焦倍数，调整变焦式红外灯的红外灯板的红外LED的工作电流或者分段式点亮所述红外LED。
其中，还包括：根据设于红外摄像机上的光敏电阻的电压变化来开启或者关闭所述变焦式红外灯。
其中，还包括：在变焦式红外灯通电时，通过位置检测器检测第一凸透镜和第二凸透镜的间距是否为f1+f2，若不是，则在第二凸透镜位置固定时通过电机驱动第一凸透镜沿主光轴左右移动至距离第二凸透镜f1+f2的位置、或者在第一凸透镜位置固定时通过电机驱动第二凸透镜沿主光轴左右移动至距离第一凸透镜f1+f2的位置。
一种红外摄像机，包括主控器，还包括与主控器连接的变焦式红外灯；该变焦式红外灯，包括依次连接的控制器、电机、红外灯镜头，还包括与控制器连接的平行红外光发生装置；所述平行红外光发生装置，用于产生平行的红外光；所述红外灯镜头包括第一凸透镜和第二凸透镜，顺序放置于红外光路传播方向的主光轴上，其中的一个凸透镜位置固定、另一个凸透镜位置可调；
所述主控器用于在红外摄像机视角改变时，向所述变焦式红外灯的控制器发送当前的变焦倍数信息；
所述变焦式红外灯，用于根据所接收到的变焦倍数信息以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，在主光轴上左右移动第一凸透镜/第二凸透镜使得两凸透镜的间距调整至对应值，以使得经过第一凸透镜和第二凸透镜的红外光线的发散角度与摄像机视角相匹配。
其中，还包括与主控器连接的光敏电阻；所述主控器，还用于根据光敏电阻的电压变化来控制所述变焦式红外灯的开启/关闭。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于。
1）本发明通过光敏电阻控制变焦式红外灯的开启/关闭，根据变焦倍数控制红外光线的发散角度，使控制更加准确和简便，同时提高了红外光的利用率。
2）本发明采用平行红外光发生装置来产生平行均匀的红外光线，进而通过两凸透镜获得发散角度与红外摄像机视角相匹配的红外光，该实现方式更加便于对红外光的发散角度进行控制，同时可以解决摄像机的图像画面亮度不均匀，有白斑的问题。
3）当摄像机变焦倍数增大时，摄像机视角变小，变焦式红外灯可通过增大两凸透镜的间距来减小红外光线的发散角度以使其与摄像机视角匹配，此时可同时通过增大红外LED的工作电流来增大光强，以延长照射距离；当摄像机变焦倍数减小时，摄像机视角变大，变焦式红外灯仍可通过减小两凸透镜的间距来增大红外光线的发散角度以使其与摄像机视角匹配，此时可同时通过减小红外LED的驱动电流来减小功耗，以延长红外LED的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例中变焦式红外灯的结构示意图。
图2是本发明实施例中红外光线发散角度为0度时的红外灯镜头示意图。
图3是本发明实施例中红外光线发散角度为80度时的红外灯镜头简图。
图4是本发明实施例中变焦式红外灯的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例中，请参阅图1和图2，变焦式红外灯包括：控制器1，平行红外光发生装置2，位置检测器3，电机4，红外灯镜头5。
请参阅图1，控制器1与平行红外光发生装置2、位置检测器3、电机4分别连接，电机4与红外灯镜头5连接；请参阅图2，平行红外光发生装置2由红外灯板21、反光杯22以及散热片23组成，其中的红外灯板21固定在散热片23上，而反光杯22的尾部扣合在散热片23上，并且红外灯板21位于反光杯22内侧的焦点处；红外灯镜头5，包括凸透镜51和凸透镜52，顺序放置在红外光路传播方向的主光轴上，在具体实现时，可使其中任一凸透镜的位置固定同时使另一凸透镜的位置可调，而因为凸透镜51位置固定、凸透镜52位置可调时与凸透镜52位置固定、凸透镜51位置可调时变焦式红外灯的实现原理完全相同，区别仅仅在于通过电机控制在主光轴上左右移动的凸透镜不同，因而本实施例中以凸透镜52位置固定、凸透镜51位置可调为例进行描述，对另一方式不再描述。
上述变焦式红外灯中，红外灯板21由多颗大功率贴片式红外LED构成，红外LED成矩阵排列在铝基板上，采用可调电流的驱动电路来驱动。
位置检测器3，用于当变焦式红外灯通电后检测凸透镜51是否在零点位置（该零点位置即凸透镜51和凸透镜52的焦点重合时凸透镜51所处的位置），即是否在图2中所示位置；如果凸透镜51的位置不在零点位置，控制器1会控制电机4旋转带动凸透镜51移到零点位置，此时红外光线发散角度为0度；本实施例中，位置检测器3可采用光耦传感器，置于零点位置，控制器可以通过判断光耦传感器是否能够正常收发信号来判定凸透镜51是否在零点位置。
电机4，当摄像机视角大小改变时，控制器1会发出相应的控制信号给电机4，电机4驱动凸透镜51或者凸透镜52沿着主光轴左右移动以使得两凸透镜的间距达到目标值。
红外灯镜头5，包括凸透镜51和凸透镜52，顺序放置在红外光路传播方向的主光轴上；凸透镜51和凸透镜52联合作用以实现将平行的红外光改变为具有一定发散角度的红外光，两者的间距最大范围为f1 ~f1+f2（f1为第一凸透镜的焦距、f2为第二凸透镜的焦距），如图2所示，凸透镜51位于零点位置，红外线发散角度为0度，此时两个凸透镜的焦点重合，从凸透镜52射出的红外光线为平行光；假设凸透镜51从零点位置水平移动到零点位置右边的点M处，如图3所示，凸透镜51的焦点在凸透镜52的一倍焦距f2之内，从凸透镜52射出的红外光线为发散光线，此时红外光线发散角度为80度。本实施例中若凸透镜51的移动范围固定在零点位置到M点之间，那么红外光线发散角度为0度到80度可调。
反光杯22，由于红外灯板21位于反光杯22的焦点处，所以反光板22不仅可以聚集红外灯板21发出的红外光线，而且可以将红外光线反射从而形成平行光。
由于红外灯的发热量很大，本实施例还将红外灯板21固定在散热片23上，通过散热片23来为红外灯散热，提高了散热效率，从而提高了红外灯的发光效率，同时延长红外灯的使用寿命。
本实施例中还提出了一种红外摄像机，包括主控器、上述的变焦式红外灯和光敏电阻。
其中，主控器，用于在摄像机视角大小改变时向变焦式红外灯的控制器发送当前的变焦倍数信息，还用于根据光敏电阻的电压变化来控制变焦式红外灯的开启/关闭；由于光敏电阻具有对光敏感的特性，光线变化都会引起它的阻值变化，从而使得它两端电压变化，所以主控器可以根据光敏电阻的电压变化判断当前是白天还是黑夜，进而准确地根据需要开启/关闭变焦式红外灯，在具体实施过程中，此光敏电阻要配备红外滤光片。
变焦式红外灯，可以根据所接收到的变焦倍数信号以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，在主光轴上移动凸透镜51到相应位置使得两凸透镜的间距调整至对应值，以使得经过凸透镜51和凸透镜52的红外光线的发散角度与摄像机视角相匹配。
如图4所示，本实施例中变焦式红外灯的工作流程包括。
401、在变焦式红外灯通电时，通过位置检测器3检测凸透镜51是否位于零点位置，若是，则执行步骤402；否则，执行步骤403。
402、通过电机将变焦式红外灯的凸透镜51移动至零点位置。
403、红外摄像机根据光敏电阻的电压变化判断是否开启变焦式红外灯，若是，则执行下一步。
404、红外摄像机开启变焦式红外灯。
405、由于红外摄像机视角大小与变焦倍数相关联，当变焦式红外灯开启后，红外摄像机在摄像机视角大小发生改变时即将当前的变焦倍数信息发送给变焦式红外灯中控制器1，该控制器1查询预存储的摄像机变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，根据该信息和当前的变焦倍数信息控制电机驱动凸透镜在主光轴上方向上51移动到相应位置，以调整红外光线的发散角度，使红外光线的发散角度与摄像机视角相匹配（相匹配是指0度≤红外光线发散角度-红外摄像机的视角≤2度）。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种变焦式红外灯，应用于红外摄像机，其特征在于，包括依次连接的控制器、电机、红外灯镜头；还包括与控制器连接的平行红外光发生装置；
所述平行红外光发生装置，用于产生平行的红外光；
所述红外灯镜头包括第一凸透镜和第二凸透镜，顺序放置于红外光路传播方向的主光轴上，其中的一个凸透镜位置固定、另一个凸透镜位置可调，且所述第一凸透镜和第二凸透镜之间的最大间距可调范围为f1~f1+f2，所述f1为第一凸透镜的焦距、f2为第二凸透镜的焦距；
所述控制器，用于接收红外摄像机当前的变焦倍数信息，根据该变焦倍数信息以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，通过电机驱动第一凸透镜/第二凸透镜在主光轴上左右移动以调整红外光线的发散角度。
2.如权利要求1所述的变焦式红外灯，其特征在于，所述平行红外光发生装置包括用于产生红外光的红外灯板和用于聚集红外灯板发出的红外光线并将其反射形成平行光的反光杯，且所述红外灯板位于反光杯里侧的焦点处。
3.如权利要求2所述的变焦式红外灯，其特征在于，所述平行红外光发生装置还包括散热片，固定于红外灯板的后部，与所述反光杯的尾部相扣合。
4.如权利要求1或2所述的变焦式红外灯，其特征在于，还包括与所述控制器连接的位置检测器，当第二凸透镜的位置固定时设于靠近平行红外光发生装置的方向上距离第二凸透镜f1+f2的位置，当第一凸透镜的位置固定时设于第一凸透镜所在位置；
所述控制器，还用于在变焦式红外灯通电时，通过位置检测器检测第一凸透镜和第二凸透镜的间距是否为f1+f2，若不是，则在第二凸透镜位置固定时通过电机驱动第一凸透镜沿主光轴左右移动至距离第二凸透镜f1+f2的位置、或者在第一凸透镜位置固定时通过电机驱动第二凸透镜沿主光轴左右移动至距离第一凸透镜f1+f2的位置。
5.如权利要求2所述的变焦式红外灯，其特征在于，所述控制器还用于根据所述变焦倍数信息调整红外灯板的红外LED的工作电流或者分段式点亮所述红外LED。
6.如权利要求4所述的变焦式红外灯，其特征在于，所述位置检测器为光耦传感器。
7.一种变焦式红外灯的控制方法，其特征在于，所述变焦式红外灯包括依次连接的控制器、电机、红外灯镜头；还包括与控制器连接的平行红外光发生装置；所述平行红外光发生装置，用于产生平行的红外光；所述红外灯镜头包括第一凸透镜和第二凸透镜，顺序放置于红外光路传播方向的主光轴上，其中的一个凸透镜位置固定、另一个凸透镜位置可调；且所述变焦式红外灯应用于红外摄像机，该方法包括：在变焦式红外灯开启之后，
若红外摄像机视角大小改变，则根据当前红外摄像机镜头的变焦倍数以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，在主光轴上左右移动第一凸透镜/第二凸透镜使得两凸透镜的间距调整至对应值，从而使得经过第一凸透镜和第二凸透镜的红外光线的发散角度与摄像机视角相匹配。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该方法还包括：在所述摄像机视角改变时，根据当前摄像机镜头的变焦倍数，调整变焦式红外灯的红外灯板的红外LED的工作电流或者分段式点亮所述红外LED。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该方法还包括：根据设于红外摄像机上的光敏电阻的电压变化来开启或者关闭所述变焦式红外灯。
10.如权利要求7至9任一权利要求所述的控制方法，其特征在于，该方法还包括：在变焦式红外灯通电时，通过位置检测器检测第一凸透镜和第二凸透镜的间距是否为f1+f2，若不是，则在第二凸透镜位置固定时通过电机驱动第一凸透镜沿主光轴左右移动至距离第二凸透镜f1+f2的位置、或者在第一凸透镜位置固定时通过电机驱动第二凸透镜沿主光轴左右移动至距离第一凸透镜f1+f2的位置。
11.一种红外摄像机，包括主控器，其特征在于，还包括与主控器连接的的变焦式红外灯；该变焦式红外灯，包括依次连接的控制器、电机、红外灯镜头，还包括与控制器连接的平行红外光发生装置；所述平行红外光发生装置，用于产生平行的红外光；所述红外灯镜头包括第一凸透镜和第二凸透镜，顺序放置于红外光路传播方向的主光轴上，其中的一个凸透镜位置固定、另一个凸透镜位置可调；
所述主控器用于在红外摄像机视角改变时，向所述变焦式红外灯的控制器发送当前的变焦倍数信息；
所述变焦式红外灯，用于根据所接收到的变焦倍数信息以及预存的变焦倍数与两凸透镜间距的对应关系数据信息，在主光轴上左右移动第一凸透镜/第二凸透镜使得两凸透镜的间距调整至对应值，以使得经过第一凸透镜和第二凸透镜的红外光线的发散角度与摄像机视角相匹配。
12.如权利要求11所述的红外摄像机，其特征在于，还包括与主控器连接的光敏电阻；所述主控器，还用于根据光敏电阻的电压变化来控制所述变焦式红外灯的开启/关闭。
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