CN102495513A - 应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，其包括激光发生器、电动扩束准直镜头、光偏转器、具有自动变倍镜头的摄像机、DSP。激光发生器出射的激光束经过电动扩束准直镜头进入光偏转器，激光发光器、电动扩束准直镜头、光偏转器、摄像机分别与DSP电性连接。DSP可通过光偏转器的扫描驱动电路驱动X-Y扫描器动作，以控制激光束在物体上的照射扫描。本发明将传统的面照明改为新颖的点照明，点照明是对被照物体的一个个像素点逐个照亮，逐个曝光，其照亮的时序与摄像机图像传感器的像素读取是同步的，这样就可以实现在整个光照范围内，任意角度，任意方向，任意形状，任意物体，无论它们的距离远近都可以分别获得不同的曝光量。
Description
技术领域
本发明涉及夜视摄像机照明技术，具体涉及应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，其尤其适用于需要24小时全天候监控的公安、国防。
背景技术
目前，除热成像和微光摄像机（在全黑的情况下也无法工作）外，夜间拍摄图像都是采用灯光照明。公安、国防的应用主要采用不可见的红外光，无论什么光源也只能是一束投射光，被照明的物体的光强度与光源的距离和不同物体的物质有关，由于不同的距离和不同的物质表面对光的吸收、反射千差万别，尤其是单色光，明暗反差更为强烈。而摄像机受图像传感器动态范围的限制，就会导致所摄取的图像亮暗差距悬殊的物体亮的部分过分曝光泛白，暗的地方又光照不足。目前，现有的技术是可以根据图像明暗自动调整光的强度，但不能分别调整亮与暗的图像，反光（亮）的地方合适了，暗的部位就更暗以致无法看清。特别是在公安、国防的应用上，由于图像的细节无法清晰摄取，几乎得不到有价值的夜晚图像。如何从根本上解决照射角度、距离、物体大小、形状、物体不同部位的反射面都能得到如同白昼般的均匀照明，是世界上还没有解决的难题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，在夜晚（全黑）环境下，使得被照物体在有效照射范围内，无论其形状，大小，物质结构的表面反光系数如何，物体距光源的距离如何均可以得到均匀的照明。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，其包括激光发生器、电动扩束准直镜头、光偏转器、具有自动变倍镜头的摄像机、数字信号处理器。激光发生器产生的激光束经过电动扩束准直镜头调整到合适的光斑尺寸后投射出去；所述合适的光斑尺寸为：根据光偏转器对光照面扫描后读出的X幅度值和Y幅度值的比例数据在数字信号处理器内计算后，数字信号处理器控制电动扩束准直镜头，使光斑尺寸均匀覆盖整个光照面；调整后的激光束进入光偏转器，光偏转器控制激光束在X方向及Y方向按摄像机的行场扫描时序对光照面进行同步扫描；激光束在物体上照亮的点也是摄像机的图像传感器读取的像素点，所述物体位于光照面内，该点的感光量信息被送至数字信号处理器进行运算，数字信号处理器根据运算结果对激光发生器的输出功率进行控制，使被照射的物体的每个像素点的光强度都分别被调整，把激光束产生的光照明总功率均匀投射在不同距离、不同物质、不同大小的被照射的物体上。
优选的，激光束在X方向及Y方向的扫描幅度与摄像机的自动变倍镜头的取景角度、图像比例相匹配。
本发明与现有技术相比，将传统的“面照明”改为新颖的“点照明”。面照明是将整个被照物体同时照射，在同一距离的照射面上光强度是一样的，而点照明是对被照物体的一个个像素点逐个照亮，逐个曝光，其照亮的时序与摄像机图像传感器的像素读取是同步的，这样就可以实现在整个光照范围内，任意角度，任意方向，任意形状，任意物体，无论它们的距离远近都可以分别获得不同的曝光量。这种能在X、Y、Z三个方向光的角度和强度都能自动控制调节的照明，我们称之为：“三维立体照明”。
这种三维立体照明装置采用激光源，光偏转器，并与云台，变倍镜头，摄像机一起联动。使得旋转方位角，镜头取景的视场角，摄像机传感器的像素曝光量，点照明的覆盖面都达到统一步调彼此自动协调。
实现这种智能照明的要素是：具有可以控制投射角，准直，发散的光束，可以对这些光束做高速行场偏转，对投射光的强度调节具有极快的反应时间，对摄像机图像传感器中像素的曝光量做出运算，可以读出激光点扫描坐标位置，像素曝光量的数值。激光点扫描的速度，相位与摄像机图像传感器靶面像素的读取同步。
由于激光点扫描速度与电视帧频一样，人眼看不出闪烁，效果就像一束奇妙的光投射出去，遇到吸收物体表面自动加强光照，遇到反光物体自动减少光照，使得整个照射场面的图像犹如白昼般匀称。
附图说明
图1为本发明实施例的应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置的原理方框图；
图2为本发明实施例的应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置的照明距离示意图，图中箭头表示为激光束；
图3为本发明实施例的应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置的照明形状形成过程的示意图，图中箭头表示为激光束；
图4为本发明实施例的应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置的照明形状形成后的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思想。
需要说明的是，本实施例涉及到的激光发生器、电动扩束准直镜头、光偏转器、具有自动变倍镜头的摄像机、数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processing）的硬件结构均与现有技术相同。电动扩束准直镜头即为图1中的扩束器。光偏转器包括图1中的扫描驱动电路、X-Y扫描器。激光发生器、电动扩束准直镜头、摄像机可通过云台进行联动。图1中所示的X方向与Y方向相互垂直。
如图1所示，一种应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，其包括激光发生器、电动扩束准直镜头、光偏转器、具有自动变倍镜头的摄像机、数字信号处理器。
其结构连接为：激光发生器出射的激光束经过电动扩束准直镜头进入光偏转器，激光发光器、电动扩束准直镜头、光偏转器、摄像机分别与DSP电性连接。DSP可通过光偏转器的扫描驱动电路驱动X-Y扫描器动作，以控制激光束在物体上的照射扫描。
其工作过程包括如下步骤：
射出光斑控制：激光发生器产生的激光束经过电动扩束准直镜头调整到合适的光斑尺寸后投射出去；所述合适的光斑尺寸为：根据光偏转器对光照面扫描后读出的X幅度值和Y幅度值的比例数据在数字信号处理器内计算后，数字信号处理器控制电动扩束准直镜头，使光斑尺寸均匀覆盖整个光照面；无论扫描光栅的大小、形状如何变化，其光扫描的总条数是不变的，光斑的尺寸大小与光照面大小成正比。
光扫描控制：调整后的激光束进入光偏转器，光偏转器控制激光束在X方向及Y方向按摄像机的行场扫描时序对光照面进行同步扫描；激光束在X方向及Y方向的扫描幅度与摄像机的自动变倍镜头的取景角度、图像比例相匹配，也就是说，X-Y扫描器的扫描幅度根据摄像机的自动变倍镜头的取景角度、图像比例（如4:3、16:9）或不规则图案（如T形、S形）等信息经过DSP运算，DSP通过控制X-Y扫描器分别对激光束的X方向偏转角、Y方向偏转角进行变化调整，以配合摄像机的取景要求，既可以自动也可以手动完成。
光照明强度控制：由于激光束在物体上所产生的光点的扫描运动与摄像机的图像传感器的像素点读取是完全同步的，激光束在物体上照亮的点也是摄像机的图像传感器读取的像素点，所述物体位于光照面内，该点的感光量信息被送至数字信号处理器进行运算，数字信号处理器根据运算结果对激光发生器的输出功率进行控制（即对激光强度进行控制），使被照射的物体的每个像素点的光强度都分别被调整，把激光束产生的光照明总功率均匀投射在不同距离、不同物质、不同大小的被照射的物体上，从而得到均匀曝光量的清晰图像。
如图2所示，本实施例的装置的目的是为摄像机、照相机在夜晚（全黑）环境下拍摄提供一个智能的照明系统，使得被照物体在有效照射范围内，无论其形状、大小、物质结构的表面反光系数如何，物体距光源的距离如何均可以得到均匀的照明。目标A、目标B、目标C，在光照范围L内，可以分别获得相同的光照能量，使得整个光照场面能量均匀分布。
如图3和图4所示，本实施例的装置可以根据需要形成任意的、不同形状的照明区域。A区域表示不需要照明的区域，B区域表示需要照明的区域。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (2)
1.应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，其特征在于，包括激光发生器、电动扩束准直镜头、光偏转器、具有自动变倍镜头的摄像机、数字信号处理器；激光发生器产生的激光束经过电动扩束准直镜头调整到合适的光斑尺寸后投射出去；所述合适的光斑尺寸为：根据光偏转器对光照面扫描后读出的X幅度值和Y幅度值的比例数据在数字信号处理器内计算后，数字信号处理器控制电动扩束准直镜头，使光斑尺寸均匀覆盖整个光照面；调整后的激光束进入光偏转器，光偏转器控制激光束在X方向及Y方向按摄像机的行场扫描时序对光照面进行同步扫描；激光束在物体上照亮的点也是摄像机的图像传感器读取的像素点，所述物体位于光照面内，该点的感光量信息被送至数字信号处理器进行运算，数字信号处理器根据运算结果对激光发生器的输出功率进行控制，使被照射的物体的每个像素点的光强度都分别被调整，把激光束产生的光照明总功率均匀投射在不同距离、不同物质、不同大小的被照射的物体上。
2.如权利要求1所述的应用于摄像机夜晚激光立体照明的装置，其特征在于，激光束在X方向及Y方向的扫描幅度与摄像机的自动变倍镜头的取景角度、图像比例相匹配。
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