CN103607528A - 主动红外摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了主动红外摄像机，包括可见光摄像机、RJ45接口、集成了视频编解码电路的处理器、红外光学摄像机、红外发射光源，所述红外发射光源包括多个红外灯珠和同轴设置在红外光学摄像机上的灯座，所述红外灯珠对称设置在灯座上；所述红外光学摄像机的数字输出端连接处理器的数字信号输入端，所述可见光摄像机的视频信号输出端连接处理器的视频信号输入端，所述处理器的通信信号端连接RJ45接口，所述RJ45接口通过网线连接路由器。本发明最终实现全天候、全地域、7X24小时、高质量、多应用地为森林防火监控提供数据采集。

Description

主动红外摄像机

技术领域

本发明涉及安防技术领域，特别涉及一种红外网络摄像装置，更具体说是一种主动式红外网络摄像仪。

背景技术

森林具有空气净化、固土保水、维持生态平衡、提供生产资料的作用。近年来，我国沙尘暴频发，荒漠化不断加剧，这与森林遭到破坏有着密切联系。每年，全球都会发生一定数量的森林火灾。森林火灾，具有突发性、不确定性、短时间造成巨大毁坏的特点，大面积森林火灾，往往由不明显的隐火引发。

最初，人类采用建瞭望塔，人工值守来预警森林火灾，这种方式，只能发现已经较大的林火；后来，通过空中巡航来监测森林火险等级高的林区，不过巡航飞机远离地表，同样很难发现隐火或小火，空中巡航成本高，巡航次数有限，无法实现全天候监控；目前，我国一些大林区已采用卫星监测，但卫星更加远离地球表面，其对温度的分辨率在1000平米左右，更难发现隐火或小火。

近年来，我国许多林区安装了基于可见光的视频监测系统。这种系统，根据林区的地理特点，将林区分割成多个较小的监控区域，在每个监控区域设置监控点，在监控点设置基于可见光的摄像机，一个点可以监控9万亩左右的森林范围。基于可见光的摄像机将采集到的林区视频图像数据传输给远程的监控中心，监控中心通过计算机对比分析图像形态特征，发现森林中的隐火和小火，它在一定程度上克服了人工嘹望、空中巡航、卫星监测等监测手段在发现隐火和小火上的技术缺陷。不过这种基于可见光的摄像机存在以下缺陷：

1.    这种基于可见光的摄像机不具备夜视功能，这种可见光摄像机只能工作在光照强度较好的白天，即使是光照度较差的黄昏和清晨都无法工作，夜晚条件下更无法实现监控。

2.    这种基于可见光的摄像机不具备测温功能，通常林区经常出现随机漂移的云雾，云雾和林火的特征极为相似，在没有温度作为参照值的情况下，很难通过图像特征对比将云雾图像和林火区分开。

3.    这种基于可见光的摄像机的视距短，这种可见光的摄像机，接收的可见光波长相对短，所以视距也就短，在大面积区域的林区需要布置大量摄像机，部署成本高。

目前，用于军用的被动式红外摄像机，采用物体自己发出的红外光作为光源，这种动式红外摄像机造价高且不能反映周围环境状况，不适合林区监控。

发明内容

为了克服现有技术采用的可见光摄像机不具备测温、夜视功能，只能工作在光照强度比较好的白天，对林区云雾和林火不能进行有效的区分，这种可见光摄像机视距和视场均有很大的限制，在林区需要大量部署，用于军用的被动式红外摄像机，采用物体自己发出的红外光作为光源，这种摄像机设备造价高且不能反映周围环境状况，不适合林区监控等技术缺陷，本发明提供主动红外摄像机。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

主动红外摄像机，包括可见光摄像机、RJ45接口、集成了视频编解码电路的处理器、红外光学摄像机、红外发射光源，所述红外发射光源包括多个红外灯珠和同轴设置在红外光学摄像机上的灯座，所述红外灯珠矩阵的方式设置在灯座上；所述红外光学摄像机的数字输出端连接处理器的数字信号输入端，所述可见光摄像机的视频信号输出端连接处理器的视频信号输入端，所述处理器的通信信号端连接RJ45接口，所述RJ45接口通过网线连接路由器。

本发明投入使用时，第一步，调整设备：设定监控点摄像机的网络IP地址，调整红外光学摄像机和可见光摄像机的镜头角度，使摄像机的视角、视场、视距符合监控要求，调整红外灯珠的角度，使红外发射光源的角度和红外光学摄像机的镜头角度一致；第二步，加电测试设备：启动电源，确认设备的工作状态是否正常，设备正常后才将设备投入使用；第三步，执行监控任务：在光照度高于临界值时，可见光摄像机进入工作模式，红外光学摄像机处于停机模式，红外发射光源关闭，可见光摄像机采集林区的图像实况，将采集到的视频图像信号通过视频输出端口传送给处理器，处理器将视频图像信号进行编码，并将编码后的数据通过RJ45接口转发给远端的监控中心。在光照度低于临界值时，红外摄像机处于工作模式，红外发射光源开启，可见光摄像机进入停机模式，红外光学摄像机采集到的红外光信号，经过一系列电路处理后，变成数字信号，传输给处理器，处理器将这些数字信号转发给远端的监控中心。在光照度高于临界值的云雾环境下，可以同时启动红外光学摄像机和可见光摄像机，红外发射光源开启，两个摄像机将采集到的林区图像信号，传输给处理器，经过处理后，处理器将其通过RJ45接口转发给远端的监控中心。

采用红外发射光源作为照明光源，具有成像清晰、对比度高、不受环境光源影响等特点；红外发射光源包括红外灯珠和和同轴设置在红外光学摄像机上的灯座，红外灯珠的角度可以调整，这种设计结构有利于确保红外发射光源和红外光学摄像机镜头的角度保持一致，提高了红外摄像机的成像质量，同时这种结构有利于红外灯的安装、测试、维护；采用双摄像机模式，有利于在光照强度好的时候，采用可见光摄像机，获得更好的图像信息和更多的周围环境信息，采用可以测温的红外光学摄像机，可以更好在云雾天气条件下实现监控，同时红外光学摄像机，具有夜视功能，可以在夜晚环境实现林区监控，从而实现对林区的全天候、7X24小时监控。采用网络接口可以将采集到的数据实时的传输到远端的监控中心。

为了针对不同的林区环境，提供最经济、合理、有效的红外发射光源方案，作为优选，所述红外灯珠为单芯片红外灯珠、阵列式红外灯珠、点阵式红外灯珠中任意一项或任意组合。

通常人们会认为，灯珠亮度越高，灯珠功率越大、灯珠数量越多，红外发射光源就越好，实际运用中发现，适合日照环境的红外发射光源才是最好、最经济、最可行的主动式摄像仪红外发射光源。

以上是对主动红外摄像机的红外发射光源环境适应能力的进一步改进。单芯片红外灯珠，具有生产工艺简单，品质容易保证、发热量低、发光光学系统合理等特点，理论上使用寿命可达10万小时以上。采用单芯片红外灯珠的主动红外摄像机结构简单、成本低廉，易于安装，适用于光照条件好，视野比较开阔的监控点；阵列式红外灯珠，具有使用寿命长、2～3年内光线无明显衰减，光线均匀，画质细腻，清晰度高灯特点，产品光路结构上使用非球面光学玻璃透镜，投射光斑非常均匀，大大提高了监控夜视画面清晰度，达到可识别面貌的新阶段，采用阵列式红外灯珠的主动红外摄像机的夜视图像比较明亮，雪花点少，无暗角，图像均匀无暗角，很大程度解决了画面的手电筒效应，可大幅提升摄像机夜视效果，同时大幅降低视频图像数据的体积，适用于光照条件较差，监控面积大的监控点；点阵式红外灯珠，具有功率大、亮度高、成本低、体积小、散热处理好等特点，可通过独立透镜，按照使用需求任意调节光的分布角度。采用点阵式红外灯珠的主动红外摄像机具有亮度高、体积小、光电转换率高、发光角度广、寿命长、散热快等特点，适用于光照条件复杂，云雾比较多的林区监控点；实际运用中，可以根据林区情况采用以上三种灯珠任意组合的红外发射光源。

为了确保红外灯珠发出的红外光被投送到更远的林区，作为优选，所述红外灯珠的前端设置有聚光镜头。

在室内通常要求红外发射光源发光角度广，但在野外的林区发光角度广，红外发射光源红外光投射距离相对越短。

以上是对主动红外摄像机的红外发射光源红外光投送能力的进一步改进。采用红外灯珠的前端设置有聚光镜头的设计，采用不同方式的聚光镜头，适应不同红外光投射距离的需求。

为了提高红外发射光源和红外光学摄像机的匹配性，作为优选，所述灯座包括铝基基体、开在铝基基体上的多个安装孔、和安装孔数量一样的弹簧锁、双头集线端子，所述安装孔矩阵排列在铝基基体上，每个安装孔旁设置有弹簧锁，所述红外灯珠安装在安装孔内，每个安装孔电连接双头集线端子。

通常有人在选择完摄像机、镜头、防护罩、电源，甚至安装完成之后才考虑红外发射光源，实际应用中红外发射光源和摄像机的匹配性是选择红外发射光源最重要的考察因素，这种匹配性，从结构上来讲，主要体现在安装座上，结构合理的安装座是优秀红外照明方案的重要保证。

以上是对主动红外摄像机的红外发射光源和红外摄像机匹配性的进一步改进。通常灯座采用热塑性好的塑料作为灯座的基体材料以适应高热环境。基座的工作稳定性时解决了，可是如果红外灯珠产生的热量无法及时散去，这种热量累积多了会导致红外灯珠失效，也会影响到红外灯珠的使用寿命。采用高导热性能的铝基基体作为安装座的基体可以将红外灯珠产生的热量及时散去，让红外灯珠工作在较低温度下，其可以达到以下效果：一是提高红外灯珠的使用寿命，二是不影响到红外光学摄像机的工作状态，三是红外灯珠能工作在更大的工作电流下，红外灯珠的光通量自然就提高了。采用弹簧锁将红外灯珠锁紧在灯座上，这种免焊锁紧方式，方便红外灯珠发光角的调整，同时这种方式可以实现标准化的制造流程，降低灯座的成本；灯座带有可松开双头集线端子，安装方便，灵活安排线缆走向以实现最佳布线。采用矩阵的方式将红外灯珠设置在灯座上，一是确保了红外发射光源产生的红外光辐射量均匀分布，有利于提高红外光学摄像机的成像质量，二是确保红外光角度和红外光学摄像机角度一致，有利于扩大摄像机的监控区域。

为了提高红外灯珠的工作寿命，红外灯珠发出的红外光光线均匀，红外摄像机得到的画质细腻，清晰度高，作为优选，所述红外发射光源还包括稳压恒流电路，所述稳压恒流电路电连接红外灯珠。

目前市场上用的恒流电路一般都是大电流恒流电路，但在恒流前提下，疏漏了对电压的稳定。这种芯片工作电压随市电电压波动而大幅变化，加剧了红外灯珠的光衰。

以上是对主动红外摄像机的红外发射光源工作稳定性的进一步改进。采用稳压恒流电路，实现了真正的恒压、恒流，大大延长了红外灯珠的使用时间。

为了提高红外灯红外辐射效率，作为优选，所述红外灯珠发光芯片的P/N结材料为砷化镓。

以上是对主动红外摄像机的红外发射光源工作能力的进一步改进。用砷化镓制成的红外灯珠发光芯片的P/N结的电子迁移率比硅大5～6倍，具有高频、温度性能好、噪声小、辐射能力强等优点。

为了确保红外光采集、处理系统的成套性，作为优选，所述红外光学摄像机包括红外光学镜头、非制冷探测器、前端处理电路，所述红外光学镜头同轴设置在非制冷探测器的正前方，所述非制冷探测器信号端连接前端处理电路的信号端，所述前端处理电路的数字输出端连接处理器的数字输入端。

以上是对主动红外摄像机的红外数据采集处理能力的进一步改进。非制冷探测器它具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高的特点，采用红外光学镜头同轴设置在非制冷探测器的正前方，这样可以保证非制冷探测器能采集到更多的红外光；采用前端处理电路来预先处理探测到的红外数据信号，可以减少处理器的工作负荷。

为了从根本上提高非制冷探测器的探测灵敏度，工作稳定性高，作为优选，所述非制冷探测器，包括热电制冷器和设置在热电制冷器上的微测辐射热计阵列，所述微测辐射热计阵列包括多个热敏元件，所述热敏元件矩阵排列在非制冷探测器的焦平面上。

非制冷探测器主要是将热敏元件探测到的红外辐射进行采集、积分，变成电流信号、再变成电压信号逐行输出。作为采样基本元件的热敏元件的工作方式和工作质量直接影响到采样的精度和采样效率；热敏元件的探测灵敏度和成像性能受工作温度的影响较大，只有尽量使探测器阵列所有像元温度保持在某个相同的恒定室温下，才能从根本上提高热像仪的探测灵敏度。

以上方案是对主动红外摄像机获取火警视频数据能力的进一步改进。将成千上万的热敏元件，采用矩阵方式设置在非制冷探测器的焦平面构成微测辐射热计阵列，让热敏元件在最佳的成像条件下，用最精细的方式进行采样，从而确保在现有的外部红外条件下获得最好的火警视频数据；将控温用的热电制冷器设置在微测辐射热计阵列下面，它通过采样微测辐射热计阵列上的电压与传感器正常工作所设定的温度相比较，从而调整致冷器中流过的电流的方向和大小来控制温度，从而确保微测辐射热计阵列所有像元温度保持在某个相同的恒定室温下，从而保证热敏元件具有最佳的探测灵敏度和成像性能。

为了便于管理主动红外摄像机的应用类型，作为优选，主动红外摄像机还包括外围接口单元，所述外围接口单元连接处理器。

以上是对主动红外摄像机的应用扩展管理能力的进一步改进。采用外围接口单元可以根据监控的需要增加必要的接口，方便实用，便于接口的管理。

为了便于双向语音对讲、云台控制、串口通信、视频信号的输出输入、报警信号的输出输入，作为优选，所述外围接口单元包括视频输入端口、视频输出端口、报警输入端口、报警输出端口、语音输入口、语音输出口、RS485端口、RS232端口中至少一种。

以上是对主动红外摄像机的应用扩展能力的进一步改进。报警输入端口用于报警信号输入，报警输出端口用于报警信号输出；RS485端口用于与云台通信，向云台发送控制指令，接收云台返回的角度等信息。也可用于控制镜头调焦、光圈等等；语音输入口：用于麦克风信号输入，语音输出口可将监控中心的语音指令输出到扬声器，便于现场指挥；RS232端口可用于与其他设备进行数据通信；视频输入端口用于将本系统的可见光摄像机的图像输入到处理器中，视频输出端口用于将处理器处理过后的红外图像输出到监视器，便于现场观测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、   本发明主动红外摄像机，采用红外光学摄像机和可见光摄像机相结合的双摄像机模式，在光照强度好的无云雾林区环境，使用可见光摄像机采集林区实况数据，它可以获得成像质量最佳的视频图像数据和更佳的林区周围环境信息；在光照强度差的白天和夜晚，使用红外光学摄像机采集林区实况数据，它可以获得更多有效、易于分析对比的视频图像数据，确保监控效果的有效性；在云雾天气条件下，由于红外光学摄像机采集到的数据信息具有很丰富的温度信息，可以很好地将云雾和林火区别开来；从而确保主动红外摄像机能实现对进行全天候、7X24小时监控，同时通过其网络接口将采集到的数据实时的传输到远端的监控中心。

2、   本发明主动红外摄像机，其红外发射光源，采用铝基基体的免焊锡、易于调整红外灯珠发光角的灯座，灯座上矩阵设置多个安装孔，同时还设置有易于布线的可松开双头集线端子，它还包括稳压恒流电路。采用这种安装座，确保红外发射光源同轴设置在红外光学摄像机上。这些特征使红外发射光源的光线角度和红外摄像机的镜头角度能轻松实现一致，同时能确保红外发射光源发出的红外光辐射量均匀分布，有利于提高红外光的云雾的穿透能力，提高红外成像质量；铝基基体的灯座可以将红外灯珠产生的热量，及时地散去，确保红外灯珠在更大的工作电流下工作，同时稳压恒流电路的使用，更能确保红外灯珠具有较长的使用寿命。

3、  本发明主动红外摄像机，其红外发射光源，采用砷化镓为发光芯片P/N结材料的红外灯珠，在红外灯珠的前端设置有聚光镜头，红外灯珠可以为单芯片红外灯珠、阵列式红外灯珠、点阵式红外灯珠中任意一项或他们的任意组合。这种设计可使红外发射光源具有高频、温度性能好、噪声小、辐射能力强的特点，具有很好的红外光投送能力，同时可以确保用最经济的方案为各种林区环境提供合适的照明方案。

4、  本发明主动红外摄像机，采用热电制冷器和设置在热电制冷器上的微测辐射热计阵列的非制冷探测器，红外光学镜头、前端处理电路的红外光学摄像机。这种设计保证了主动红外摄像机具有很强的图像数据采集能力，同时具有相应的数据处理能力。

5、  本发明主动红外摄像机，采用外围接口单元设置各种扩展应用端口，有利于更好地开发和使用主动红外摄像机的扩展应用来满足森林火灾监控。

本发明最终实现全天候、全地域、7X24小时、高质量、多应用地为森林防火监控提供数据采集。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述，本发明的实施例不限于此。

实施例一：

如图1所示，本发明，包括可见光摄像机、RJ45接口、集成了视频编解码电路的处理器、红外光学摄像机、红外发射光源，所述红外发射光源包括多个红外灯珠和同轴设置在红外光学摄像机上的灯座，所述红外灯珠矩阵设置在灯座上；所述红外光学摄像机的数字输出端连接处理器的数字信号输入端，所述可见光摄像机的视频信号输出端连接处理器的视频信号输入端，所述处理器的通信信号端连接RJ45接口，所述RJ45接口通过网线连接路由器。

实施例二：

为了提高主动红外摄像机的红外发射光源环境适应能力，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，本实施例的红外灯珠为单芯片红外灯珠、阵列式红外灯珠、点阵式红外灯珠中任意一项或任意组合。

实施例三：

为了提高主动红外摄像机的红外发射光源红外光投送能力，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的红外灯珠的前端设置有聚光镜头。

实施例四：

为了提高主动红外摄像机的红外发射光源和红外摄像机匹配性，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的灯座包括铝基基体、开在铝基基体上的多个安装孔、和安装孔数量一样的弹簧锁、双头集线端子，所述安装孔矩阵排列在铝基基体上，每个安装孔旁设置有弹簧锁，所述红外灯珠安装在安装孔内，每个安装孔电连接双头集线端子。

实施例五：

为了提高主动红外摄像机的红外发射光源工作稳定性，本实施例在实施例一～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的红外发射光源还包括稳压恒流电路，所述稳压恒流电路电连接红外灯珠。

实施例六：

为了提高主动红外摄像机的红外发射光源工作能力，本实施例在实施例一～五的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的红外灯珠发光芯片的P/N结材料为砷化镓。

实施例七：

为了提高主动红外摄像机的红外数据采集处理能力，本实施例在实施例一～六的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的红外光学摄像机包括红外光学镜头、非制冷探测器、前端处理电路，所述红外光学镜头同轴设置在非制冷探测器的正前方，所述非制冷探测器信号端连接前端处理电路的信号端，所述前端处理电路的数字输出端连接处理器的数字输入端。

实施例八：

为了提高主动红外摄像机获取火警视频数据能力，本实施例在实施例七的基础上进一步地改进，本实施例的非制冷探测器，包括热电制冷器和设置在热电制冷器上的微测辐射热计阵列，所述微测辐射热计阵列包括多个热敏元件，所述热敏元件矩阵排列在非制冷探测器的焦平面上。

本发明组件的具体数据为：微测辐射热计阵列采用ULIS公司的UL03191的非晶硅微测辐射热计，其具体参数为像感面面积为9.6mmx7.2mm, 阵列格式1000×1000元,像元尺寸为25μm×25μm , 最高帧频100 MHz,  热电制冷器采用AD公司的ADN-8830热电制冷器。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

实施例九：

为了提高主动红外摄像机的应用扩展管理能力，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的主动红外摄像机还包括外围接口单元，所述外围接口单元连接处理器。

实施例十：

为了提高对主动红外摄像机的应用扩展能力，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的外围接口单元包括视频输入端口、视频输出端口、报警输入端口、报警输出端口、语音输入口、语音输出口、RS485端口、RS232端口中至少一种。

如上所述便可实现该发明。

Claims (10)

1.主动红外摄像机，包括可见光摄像机、RJ45接口、集成了视频编解码电路的处理器，其特征在于：还包括红外光学摄像机、红外发射光源，所述红外发射光源包括多个红外灯珠和同轴设置在红外光学摄像机上的灯座，所述红外灯珠设置在灯座上；所述红外光学摄像机的数字信号输出端连接处理器的数字信号输入端，所述可见光摄像机的视频信号输出端连接处理器的视频信号输入端，所述处理器的通信信号端连接RJ45接口。

2.根据权利要求 1 所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述红外灯珠为单芯片红外灯珠、阵列式红外灯珠、点阵式红外灯珠中任意一项或任意组合。

3.根据权利要求 1 所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述红外灯珠的前端设置有聚光镜头。

4.根据权利要求 1 所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述灯座包括铝基基体、开在铝基基体上的多个安装孔、和安装孔数量一样的弹簧锁、双头集线端子，所述安装孔矩阵排列在铝基基体上，每个安装孔旁设置有弹簧锁，所述红外灯珠安装在安装孔内，每个安装孔电连接双头集线端子。

5.根据权利要求 1 所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述红外发射光源还包括稳压恒流电路，所述稳压恒流电路电连接红外灯珠。

6.根据权利要求 1 所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述红外灯珠发光芯片的P/N结材料为砷化镓。

7.根据权利要求 1 所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述红外光学摄像机包括红外光学镜头、非制冷探测器、前端处理电路，所述红外光学镜头同轴设置在非制冷探测器的正前方，所述非制冷探测器信号端连接前端处理电路的信号端，所述前端处理电路的数字输出端连接处理器的数字输入端。

8.根据权利要求7所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述非制冷探测器，包括热电制冷器和设置在热电制冷器上的微测辐射热计阵列，所述微测辐射热计阵列包括多个热敏元件，所述热敏元件矩阵排列在非制冷探测器的焦平面上。

9.根据权利要求1所述的主动红外摄像机，其特征在于：还包括外围接口单元，所述外围接口单元连接处理器。

10.根据权利要求 9所述的主动红外摄像机，其特征在于：所述外围接口单元包括视频输入端口、视频输出端口、报警输入端口、报警输出端口、语音输入口、语音输出口、RS485端口、RS232端口中至少一种。

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