CN103293830A

CN103293830A - 监控摄像机

Info

Publication number: CN103293830A
Application number: CN2013100571145A
Authority: CN
Inventors: 卡尔-阿克塞尔·阿尔马; 维克托·古斯塔夫松; 斯蒂芬·伦德贝里; 米卡埃尔·佩尔松
Original assignee: Axis AB
Current assignee: Axis AB
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: EP2635017B1; US9219850B2; US20130222683A1; CN103293830B; EP2635017A1

Abstract

本发明涉及一种监控摄像机，特别涉及监控摄像机的温度调节。一种监控摄像机，包含摄像机镜头、图像传感器和包围所述图像传感器的壳。所述壳可进一步包围一定量的相变材料PCM，所述相变材料PCM具有20~80℃范围内的相变温度。

Description

监控摄像机

技术领域

本发明涉及监控摄像机，特别涉及监控摄像机的温度调节。

背景技术

摄像机，特别是摄像机的图像传感器对热非常敏感。温度升高时，图像传感器传输的图片质量显著下降。此外，包含图像传感器的摄像机的电子器件也对热敏感。电子器件的性能受热影响，热甚至可能对电子器件产生永久的损害。

因此现代摄像机中的电子器件和图像传感器经常热连接至散热装置。散热装置为将热散发到周围空气中的无源元件。传统上这些冷却系统装备有机械风扇，引导气流穿过散热装置以提高冷却效果。然而，当周围空气的温度升高时，这些系统越来越难以从摄像机的部件和摄像机本身中将热转移走。

发明内容

本发明的一个目的是提供改善的摄像机部件的运行温度。

该目的用根据权利要求1的监控摄像机来实现。从属权利要求给出了本发明进一步的实施方式。

特别是，根据本发明的一个实施方式，监控摄像机包含摄像机镜头、图像传感器和包围所述图像传感器的壳。所述壳可进一步包围一定量的相变材料PCM，所述相变材料PCM具有直至它的温度上升到预定的相变温度以上才开始相变的特性，其中，所述相变温度在20~80℃的范围内。像这样设置PCM的好处是摄像机可靠性操作的可能性增加。此外，通过选择在上述范围内的相变温度，根据其应用，PCM能够通过PCM的相而有效循环，因而可提高系统的热惯性。

根据一个实施方式，所述PCM的相变温度T_p在40~50℃的范围内。这个温度范围可在较温暖的气候中有效，且仍允许所述PCM通过PCM的相而循环。

在另一个实施方式中，所述一定量的PCM热连接至所述图像传感器。益处为所述图像传感器的温度更可能被保持得足够低以不降低产生的图片的质量。

在再一个实施方式中，所述PCM热连接至包含在摄像机中的处理装置。这样的一个益处是热从摄像机中的其它部件快速地转移走。摄像机运行质量降低的风险减小了。

在一个实施方式中，所述摄像机包含PCM冷却装置，所述PCM冷却装置被设置以使当环境温度低于PCM的相变温度时，增加暴露于环境温度的PCM的量。

在另一个实施方式中，所述监控摄像机进一步包含温度传感器，设置所述温度传感器以用于测量PCM的温度。

在再一个实施方式中，所述监控摄像机进一步包含调节器，基于用所述温度传感器测量的温度，设置所述调节器以用于控制摄像机的能量消耗。

根据一个实施方式，所述壳为外壳，其中，所述摄像机进一步包括包围所述图像传感器的内壳，并且其中，设置PCM在内壳和外壳之间。

根据另一个实施方式，所述外壳包含遮阳板。

在一个实施方式中，通过支架的方式固定所述摄像机到结构，并且其中，设置所述支架以使摄像机与所述结构热绝缘。

在进一步的实施方式中，配置所述PCM包围所述摄像机镜头。

由下面给出的详细说明，本发明应用的进一步的范围将变得明显。但是，由于在详细的说明中在本发明的范围内的各种修改和改变对本领域技术人员来说将变得明显，应理解上述详细的说明和具体的实施例在表示本发明优选的实施方式的同时仅以说明的方式给出。这里，由于说明的装置和方法可变化，应理解本发明不限于说明的装置的具体部件部分或说明的方法的步骤。还应理解这里使用的术语仅用于说明具体的实施方式的目的，而不旨在限制。必须注意，如在说明书和所附权利要求中使用的，冠词“一个（a）”、“一个（an）”、“所述（the）”和“所述（said）”旨在表示有一个或多个部件，除非文中另有明确规定。因此，例如，提及的“一个传感器”或“所述传感器”可包含几个传感器，以此类推。此外，单词“包括”不排除其它部件或步骤。

附图说明

根据下面参照附图的对目前优选的实施方式的详细说明，本发明的其它特征和益处将变得明显，其中

图1为根据本发明的一个实施方式的摄像机的示意图，

图2为说明被暴露于相同的温度随时间的变化的壳体中的温度的图，一条曲线表示包含PCM的壳体中的温度，并且一条曲线表示不包含PCM的壳体中的温度，

图3为根据本发明的一个实施方式的包含使PCM更有效地恢复的装置的摄像机的示意图，

图4为根据本发明的一个实施方式的包含连接摄像机的电路至PCM的热导体的图1中的摄像机的示意图，

图5为根据本发明的一个实施方式的包含感知PCM温度的温度传感器的摄像机的示意图，

图6为根据本发明的一个实施方式的摄像机中PCM分布的示意性正视图，

图7为根据本发明的一个实施方式的摄像机中PCM另一种分布的示意图，

图8为图7中显示的PCM分布的示意性正视图，和

图9为根据本发明的另一个实施方式的摄像机的示意图，其中，图像捕获装置与多个处理装置和能量消耗（power intensive）装置物理隔离。

此外，所有几个图中，相似的附图标记指代相似或相应的部分。

具体实施方式

监控摄像机置于许多不同的位置，以便在所述位置监控事件。这些位置的一些可在较温暖的气候或温暖的环境中，例如，在沙漠，在温暖气候的城市、在热加工和工业环境中。这些环境中的问题为周围空气可变得如此温暖，以至于上述被动冷却系统不再有效，导致装置不能如预期工作，或者更糟，装置被破坏。

这个应用中的发明基于以下想法，即尽量使摄像机由于摄像机周围空气的温度变化或摄像机自身的电子部件的温度排放而更小地倾向于改变它的温度。不是试图冷却摄像机，而是设置摄像机缓慢改变温度，或根本不改变温度，即将摄像机配置为具有大的热惯性。根据本发明，通过提供相变材料(PCM)给摄像机而实现上述目的。

现参照图1，根据本发明一个实施方式的监控摄像机10包含图像传感器12、电子部件14和摄像机镜头16。摄像机进一步包含包围图像传感器12和电子部件14的内壳18及包围内壳18的外壳20。如图1中描述的，可设置摄像机镜头16从内壳18伸出，并被外壳包围。然而，虽未显示，摄像机镜头16同样可被内壳18实质上包围，或者甚至由外壳20伸出。可提供有线计算机网络通信技术给摄像机10，并且因此摄像机10具有连接电子部件14至计算机网络24的计算机网络线22。此外，可通过独立的电源线26、通过电池（未显示）或使用通过网络连接的电源（未显示），例如以太网供电（Power Over Ethernet）给摄像机10提供动力。例如，摄像机10的电子部件可包含用于处理图像的图像处理单元28、用于其它摄像机功能的通用处理单元30、网络电路32、存储器34和用于给摄像机10提供动力的动力电子部件36。此外，摄像机10包含PCM 40。在这个实施方式中，设置PCM 40在内壳18的外部，但是在外壳20的内部。

在这个具体的情形中，摄像机镜头16为设置通过聚集图像视图的光到图像传感器12上而形成图像的光学器件。摄像机镜头16为包含至少两个设置为共同光径46的透镜元件42、44的光学系统。摄像机镜头16的透镜元件42、44形成并结合，以产生用于应用的适当的图像投影，其中，这使用摄像机来实现。通常需要这些类型的摄像机镜头以获得高的光学性能。

PCM 40为当加热时在物理状态等温地变化的材料。例如，所述材料可由第一状态改变为第二状态，例如从固体到液体，从液体到气体，从一种固体状态到另一种固体状态。当热从所述材料去除，并在第二状态时，所述材料由第二状态恢复为第一状态，例如从液体到固体。图2中的曲线说明了当引入PCM 40时，壳内温度受到的影响。虚线50表示在不具有任何PCM的壳中温度随时间的变化，而实线52表示暴露于如导致虚线图50的相同的温度随时间的变化的相同的壳的温度。因此，PCM的效果是作为温度缓冲器，防止温度超过预定的值。PCM通过消耗热能来改变材料的相而不提高温度，然后当周围温度降至阈值以下时通过恢复至先前状态而释放热能来产生作用。PCM可吸收的热能的量取决于材料和材料的体积。

在本发明的一个实施方式中，选择PCM具有在20~80℃范围内的相变温度。选择具有在这个范围内的相变温度的PCM的一个原因为在较冷的温度期间，能够使PCM从第二相恢复成第一相。当选择温度范围时，一个考虑的因素为在摄像机的位置上较长的期间内的平均温度。为了使PCM能够恢复，平均温度应低于PCM的相变温度。对于位于较温暖的气候条件下，例如热的城市、沙漠、工业设备中温暖的场所等的摄像机，一个特别感兴趣的温度范围为40~50℃的范围。在一个实施方式中，基于下述来选择用于PCM的相变温度，即我们已经发现使用当今部件的摄像机在小于60℃的温度下可运作并可提供可接受的质量。另一个选择40~50℃的相变温度的原因为，一日夜的平均温度很少，如果有的话，超过50℃，甚至将来自摄像机的额外的热计算在内也是如此，因此，有很大可能使所有的PCM在较低温度的期间，例如晚上，恢复至它的初始状态。可使用的PCM的实例为脂肪酸或水合盐。

根据另一个实施方式，摄像机进一步包含用于测量周围空气温度的装置62，和用于当周围空气的温度低于具体的阈值时，增加暴露于周围空气的PCM 40的量的装置60、64。通过设置这样的装置，PCM 40材料可更快地以具有更小的温度差异，或更有效地恢复至它的初始状态。这类实施方式可通过在摄像机10中包含风扇60和用于测量周围空气的温度的温度传感器62而实现，参看图3，并且设置风扇以使空气通过PCM 40的表面。当周围空气的温度低于预定的温度阈值T_p时，开启风扇60。或者，壳20可包含空气流通装置64和执行器66，所述空气流通装置64包含用于空气在壳20的内部和外部之间通过的壳的开口，所述执行器66被摄像机的处理装置30控制以打开或关闭所述空气流通装置64。根据另一个方案，壳20包含设置在壳20的壁上的热交换器模块（未显示），其受摄像机的处理装置30控制以开启或关闭壳20内部和外部之间的热交换。使用热交换器代替在外壳20上的开口的一个益处为例如沙子、水、昆虫、动物等物体进入壳20的危险减小。其它方案可包含上面实施方式的任何组合。

根据本发明的另一个实施方式，参照图4，PCM 40通过热导体82热连接至图像传感器12，通过热导体84热连接至电子部件14，例如热连接至包含电子元件的电子电路板，通过专用的热导体86热连接至图像处理单元28，以及通过专用的热导体88热连接至通用处理单元30。这些热导体82~88使这些装置至PCM 40的热输送更有效，并且因此可改善装置和/或部件的性能和/或寿命。所有热连接体82~88可装在摄像机10内，如图4中描述的。或者，在一些应用中，可应用选自图4的热导体82~88的组中的单个热导体；在其它应用中，可应用输送热导体82~88的任何组合。图像传感器12图像质量主要依赖于图像传感器12的温度，例如，传感器中的噪点随温度的上升而增加。因此，在图像质量特别重要的应用中可包含连接图像传感器12至PCM 40的热导体82。

摄像机部件产生的热部分取决于部件的性能。这个观察结果应用在包含被设置以用于测量PCM 40的温度的温度传感器90的一个实施方式中，参照图5。根据这个实施方式的摄像机10进一步包含如下装置，例如，被设置以用于基于测量的温度调节通用处理单元30的处理频率、被设置以用于调节将被传输的图像频率或被设置以用于调节本领域技术人员已知具有这个效果的任何其它参数的通用处理单元30和合适的程序代码。

图6从显示摄像机镜头16的视图，即正视图，显示了根据一个实施方式的壳20的内部。根据这个实施方式，在内壳18的所有侧面设置PCM 40。还可在关于图1、3、4和5的摄像机的实施方式中的内壳18的所有侧面设置PCM 40。还可设置PCM以填充空的体积92，以提供更多的PCM 40。

根据一个实施方式，外壳20作用为遮阳板，其包含观察口，摄像机10的摄像机镜头16通过观察口捕获图像。观察口可为在外壳20中的开口，或可为在外壳20中的开口且其中已经设置了透明材料。此外，这个外壳20可具有在观察口上方伸出的遮光罩，并且外壳20的外表面可被能提供用于反射太阳光的反射表面的材料，例如涂层、箔、薄片等覆盖。

使用时，可通过支架的方式将所述摄像机10固定到一个结构上。根据本发明的一个实施方式，设置所述支架以使摄像机10与其在上面安装的所述结构热绝缘。这可通过设置热绝缘材料到连接到摄像机10的部分上和面向摄像机的表面的部分上而实现。如果摄像机支架包含球窝接头，所述球窝接头可热绝缘。此外，全部支架可由热绝缘材料制造。实施这些实施方式的任一个的益处是来自摄像机10安装在其上的结构的热未传导到摄像机10。

此外，可用前面讨论的图中说明的以外的其它方式设置PCM 40。例如，参照图7和图8，可设置PCM 40包围摄像机镜头16，以减小摄像机镜头16中成问题的温度波动的风险，由于热应力和其它温度相关的问题，可导致摄像机镜头16劣化的质量。这个实施方式可与其它实施方式的任一个结合。通过设置PCM 40接近于摄像机镜头16，可确保摄像机镜头16温度的稳定性。这个实施方式的额外益处是PCM 40还能够对设置于摄像机镜头16中的聚焦电机和/或变焦电机具有冷却效果。

另一个方案为直接在电子部件14和图像传感器12上设置PCM 40，例如不提供任何内壳18。进一步的方法为成形PCM 40为结构装置，以容纳至少部分内壳18。在这样的实施方式中，PCM结构和摄像机10可在模块摄像机系统中形成两个分开的模块。

根据一个实施方式，摄像机10为检测可见光并基于检测结果产生数字图像的摄像机10。然而，根据可选择的实施方式，摄像机为热感摄像机，例如检测红外光的摄像机，以在图像视图中显示温度差异的图像。

在另一个实施方式中，参照图9，图像捕获部分102包含电子器件，例如图像传感器12和用于将来自图像传感器12的输出传送到分离装置104的电子器件。而且，分离装置104可包含用于处理图像的图像处理单元28、用于其它摄像机功能的通用处理单元30、网络电路32、存储器34和动力电子部件36。这个分离装置104可远离包含摄像机镜头16和图像传感器12的图像捕获部分102。

Claims

1.监控摄像机(10)，包括摄像机镜头(16)、图像传感器(12)和包围所述图像传感器(12)的壳(20)，其特征在于：

所述壳(20)进一步包围一定量的相变材料PCM(40)，所述相变材料PCM具有直至它的温度上升到预定的相变温度(T_p)以上才开始相变的特性，其中，所述相变温度(T_p)在20~80℃的范围，并且

设置所述PCM(40)包围所述摄像机镜头(16)。

2.如权利要求1所述的监控摄像机(10)，其中，所述相变温度(T_p)在40~50℃的范围内。

3.如权利要求1或2的任一项所述的监控摄像机(10)，其中，所述一定量的PCM(40)热连接至所述图像传感器(12)。

4.如权利要求2或3的任一项所述的监控摄像机(10)，其中，所述PCM(40)热连接至包含在摄像机(10)中的处理装置(28，30)。

5.如权利要求1~4的任一项所述的监控摄像机(10)，其中，所述的摄像机(10)包含PCM冷却装置(60，64)，所述PCM冷却装置(60，64)被设置以使得当环境温度低于所述PCM的相变温度(T_p)时，增加暴露于环境温度的PCM(40)的量。

6.如权利要求1~5的所述的监控摄像机(10)，进一步包含被设置以用于测量PCM(40)的温度的温度传感器(90)。

7.如权利要求6所述的监控摄像机(10)，进一步包含被设置基于用所述温度传感器(90)测量的温度，以用于控制摄像机(10)的能量消耗的调节器(30)。

8.如权利要求1~7的任一项所述的监控摄像机(10)，其中，所述壳(20)包含遮阳板。

9.如权利要求1~8的任一项所述的监控摄像机(10)，其中，所述壳(20)为外壳(20)，其中所述摄像机(10)进一步包含包围所述图像传感器(12)的内壳(18)，并且其中设置所述PCM(40)在所述内壳(18)和所述外壳(20)之间。

10.如权利要求1~9的任一项所述的监控摄像机(10)，其中，通过支架的方式将所述摄像机(10)固定到结构上，并且其中，设置所述支架以使得摄像机(10)与所述结构热绝缘。