CN104076522A - 激光补光组件和视频监控设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光补光组件和视频监控设备，该激光补光组件包括：激光光源和变焦系统；消散斑装置，设置于所述激光光源和所述变焦系统之间，包括驱动结构和消散斑透镜，所述驱动结构用于驱动消散斑透镜绕中心轴线转动，所述消散斑透镜透射所述激光光源射出的激光；其中，所述消散斑透镜包括透镜本体和多个凸起结构，且所述凸起结构在所述消散斑透镜转动时切割所述激光的出射光线。通过本发明的技术方案，可以在使用激光进行补光照明时，有效缓解激光散斑问题，提升监控视频质量。

Description

激光补光组件和视频监控设备

技术领域

本发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及激光补光组件和视频监控设备。

背景技术

随着监控技术的发展，全天候实时监控已经成为安防监控行业的标准。为了使监控设备适用于低照度使用环境，尤其是夜间时段，需要在监控设备工作时进行主动补光照明。

红外半导体激光器补光是监控设备常用且非常有效的照明光源。但是，红外半导体激光器出射光的特性为出光截面的水平与垂直方向发散角不一致，出射光斑为各向异性的椭圆像散高斯光束，且出射光还具有高度相干性，往往会在照射面出现部分干涉图样(即散斑)，导致亮度不均匀，图像清晰度，对比度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种新的技术方案，可以解决相关技术中采用激光进行补光照明时，容易在照射面上产生散斑的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种激光补光组件，应用于视频监控设备，包括：

激光光源和变焦系统；

消散斑装置，设置于所述激光光源和所述变焦系统之间，包括驱动结构和消散斑透镜，所述驱动结构用于驱动消散斑透镜绕中心轴线转动，所述消散斑透镜透射所述激光光源射出的激光；

其中，所述消散斑透镜包括透镜本体和多个凸起结构，且所述凸起结构在所述消散斑透镜转动时切割所述激光的出射光线。

根据本发明的第二方面，还提出了一种视频监控设备，包括第一方面中任一技术方案所述的激光补光组件。

由以上技术方案可见，本发明通过设置消散斑透镜，可以在使用激光进行补光照明时，有效缓解激光散斑问题，提升监控视频质量。

附图说明

图1示出了根据本发明的一示例性实施例的激光补光组件的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一示例性实施例的消散斑装置的结构示意图；

图3示出了根据本发明的一示例性实施例的消散斑透镜的立体结构示意图；

图4A-4D示出了根据本发明的一示例性实施例的消散斑透镜上多个凸起结构之间的结构关系示意图；

图5示出了根据本发明的一示例性实施例的消散斑透镜上凸起结构的示意图；

图6示出了根据本发明的一示例性实施例的激光补光组件的具体结构示意图；

图7示出了根据本发明的另一示例性实施例的激光补光组件的具体结构示意图；

图8A示出了相关技术中采用激光补光时的采样图像；

图8B示出了采用本发明的激光补光组件进行激光补光时的采样图像。

具体实施方式

本发明通过设置消散斑透镜，可以在使用激光进行补光照明时，有效缓解激光散斑问题，提升监控视频质量。

为对本发明进行进一步说明，提供下列实施例：

图1示出了根据本发明的一示例性实施例的激光补光组件的结构示意图。

如图1所示，根据本发明的一示例性实施例的激光补光组件，包括：激光光源1和变焦系统3；消散斑装置2，设置于所述激光光源1和所述变焦系统3之间。下面分别对构成激光补光组件的各个部分进行详细说明。

1、激光光源1

在监控设备中，用于图像采集的摄像机的CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)/CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)等硅元器件的最敏感感光波长850nm；因此，可以选用激光峰值波长为808nm的红外半导体激光器，以作为激光补充组件中的激光光源1，使得激光峰值波长与摄像机中硅元器件的最敏感感光波长接近，且具有很好的隐蔽性。

2、消散斑装置2

请参考图2，本发明的消散斑装置1可以包括：驱动结构21和消散斑透镜22，所述驱动结构21用于驱动消散斑透镜22绕中心轴线OO’转动，所述消散斑透镜22透射所述激光光源1射出的激光。

在本实施例中，在激光补光组件工作时，驱动结构21使得消散斑透镜22持续转动，以消除激光在被拍摄物体表面形成的散斑。具体地，该驱动结构21可以为电机；或者，本领域技术人员应该理解的是，其他能够驱动消散斑透镜22转动的装置，显然也可以作为本发明技术方案中的驱动结构21。

请参考图3，进一步示出了消散斑透镜22的立体结构，则消散斑透镜22可以包括：透镜本体221和多个凸起结构222。因此，结合图2和图3可知，所述凸起结构222在所述消散斑透镜22转动时切割激光的出射光线。

由上述技术方案可知，通过设置具有多个凸起结构222的消散斑透镜22，使得消散斑透镜22在转动的过程中，激光在消散斑透镜22上对应的透镜厚度随凸起结构222的交替而不断变化，则由于多个凸起结构222连续切割激光，导致激光对应的空间相位也相应发生连续变化，减少了干涉,因而最终缓解散斑问题，甚至在人眼的分辨程度上消除散斑。

作为一示例性实施例，在图3所示的消散斑透镜22中，多个凸起结构222可以沿消散斑透镜22的圆心(即中心轴线OO’与消散斑透镜22的交点)呈放射状分布，则在消散斑透镜22绕中心轴线OO’转动时，多个凸起结构222可以反复、均匀地切割激光的光线，确保在整个时间段内持续、均匀地缓解散斑问题。

比如图4A-4D所示，所述凸起结构222在所述透镜本体221上的投影(图4A-4D所示的阴影部分)为由两段同心圆弧和从所述同心圆弧所在圆内部发出的两条线段围成的图形。而作为一示例性实施方式，图4A所示的两条线段为所述同心圆弧所在圆心O’’(对应于上述的中心轴线OO’)发出的两条半径；当然，本领域技术人员应该理解的是，两条线段不是圆心O’’对应的半径时，显然也能够适用于本发明的技术方案，比如图4B所示，两条线段可以由同心圆弧内部的点P(与圆心O’’不重合)发出，或者如图4C所示，两条线段可以分别由同心圆弧内部的点M和点N(至少一个点与圆心O’’不重合)发出，或者如图4D所示，两条线段可以分别由同心圆弧内部的点M’和点N’(至少一个点与圆心O’’不重合)发出。实际上，任意形状的凸起结构222，只要能够使得激光的空间相位发生变化，均可应用于本发明的技术方案中，以缓解或消除散斑问题。其中，当凸起结构222的投影由两段同心圆弧和从所述同心圆弧所在圆心O’’发出的两条半径围成时，消散斑透镜22可以采用机床等直接切割加工，有助于降低加工成本、提供加工效率。

同时，本领域技术人员应该理解的是，凸起结构222在透镜本体221上的分布方式、每个凸起结构222的形状等，显然不限于上述技术方案，只要在消散斑透镜22转动的过程中该凸起结构222能够切割激光的出射光线，即可缓解或消除散斑问题。

以图3所示的消散斑透镜22的结构为例，下面结合图5来详细描述多个凸起结构222之间的结构和位置关系。请参考图5，作为一种具体形式，凸起结构222A为消散斑透镜22上的“独立凸起”，即该凸起结构222A与相邻的凸起结构222B等并不相连，使得在凸起结构222A和凸起结构222B之间形成了间隔区域223；作为另一种具体形式，凸起结构222B与凸起结构222C相邻且直接相连。

对于凸起结构222A和间隔区域223：当消散斑透镜22转动时，激光在凸起结构222A形成相位1、在间隔区域223形成相位2，且由于凸起结构222A和间隔区域对应的透镜厚度不同，使得相位1与相位2也不同，则激光在从凸起结构222A进入间隔区域223(或从间隔区域223进入凸起结构222A)时，将导致空间相位的变化，从而相应实现了消散斑的效果。类似地，当激光进一步从间隔区域223进入凸起结构222B时，也将导致激光的空间相位发生变化，从而进一步实现了消散斑的效果。

对于凸起结构222B和凸起结构222C：由于凸起结构222B和凸起结构222C直接相连，则凸起结构222B和凸起结构222C的高度应当不同，使得激光从凸起结构222B进入凸起结构222C(或从凸起结构222C进入凸起结构222B)时，消散斑透镜22的厚度发生变化，导致激光的空间相位发生变化，从而实现消散斑的效果。

通过空间相位的变化，能够实现对散斑大小的调节，当散斑大小小于或等于人眼瞳孔直径的1/10(约0.004mm)时，人眼将无法直接识别散斑，从而实现“消散斑”的效果。

实际上，为了达到人眼无法直接识别的效果，还需要结合实际应用环境。作为一示例性实施例，可以使得激光在每个凸起结构222或间隔区域223内的滞留时间小于预设时间长度，该预设时间长度满足：

$T=\frac{2}{[\left(\frac{\mathrm{\δ}}{1.22\mathrm{\λ}}\right)+L]\×S_0};$

其中，T为所述预设时间长度，δ为所述视频监控设备的镜头最小分辨率，λ为激光波长，L为所述镜头与被监控对象之间的距离，S₀为所述视频监控设备的图像采样频率。

而对于消散斑透镜22，激光在每个凸起结构222或间隔区域223内的滞留时间，实际上与每个凸起结构222或间隔区域223的宽度、消散斑透镜22的转速相关。因此，在设计和生产消散斑透镜22时，应当事先确定视频监控设备的镜头最小分辨率δ、镜头与被监控对象之间的距离L、视频监控设备的图像采样频率S₀等参数，以准确计算出上述的预设时间长度T，则根据预设时间长度T、驱动装置21的转速和每个凸起结构222或间隔区域223的宽度之间的关联关系，即可计算出：在预设时间长度T为一定数值、驱动装置21采用的转速为一定数值的情况下，每个凸起结构222或间隔区域223的最大宽度(即实际宽度应当小于该最大宽度)。

实际上，综合多方面的因素进行考虑，当凸起结构222的数量≥10个时，相应的消散斑装置2将实现较好的消散斑效果；并且，在其他条件一致的情况下，凸起结构222数量的增多，有助于实现更佳的消散斑效果。

同时，作为一示例性实施例，还可以进一步限定驱动装置21的转动频率，使得消散斑透镜22的转动频率不是视频监控设备的图像采样频率的整数倍，避免每次采样时都对应于消散斑透镜22上的同一位置，有助于消散斑效果在时间上的均匀化，以提升监控视频质量。

3、变焦系统

图6示出了本发明的一种激光补光组件的结构示意图。其中，变焦系统3可以包括滑动变焦镜组31和扩束固定镜组32，以用于对激光进行变焦操作。

在本发明的技术方案中，还可以对激光进行整形准直处理，将透射的激光压缩准直成光强分布均匀的任意光斑图案，比如圆形光斑或者矩形光斑(如CMOS主流的16:9比例)等。

作为一示例性实施例，如图6所示，若激光补光组件中仅包含激光光源1、消散斑装置2和变焦系统3，则可以通过将消散斑透镜22设为自由曲面透镜，或将变焦系统3中的至少一个透镜(比如滑动变焦镜组31)设为自由曲面透镜。

作为另一示例性实施例，如图7所示，激光补光组件还包括：整形准直透镜4，位于所述激光光源1和所述消散斑装置2之间，或位于所述消散斑装置2和所述变焦系统3之间；其中，所述整形准直透镜4为自由曲面透镜。

此外，本发明还提出了一种视频监控设备，包括如上述技术方案中任一项所述的激光补光组件。

因此，本发明通过设置消散斑透镜，可以在使用激光进行补光照明时，有效缓解激光散斑问题，提升监控视频质量。具体地，比如图8A示出了相关技术中采用激光补光时的采样图像；图8B示出了采用本发明的激光补光组件进行激光补光时的采样图像，通过比较可见：采用本发明的激光补光组件进行激光补光时，明显消除了人眼可见的激光散斑，显著提升了监控视频质量。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种激光补光组件，应用于视频监控设备，其特征在于，包括：

激光光源和变焦系统；

消散斑装置，设置于所述激光光源和所述变焦系统之间，包括驱动结构和消散斑透镜，所述驱动结构用于驱动消散斑透镜绕中心轴线转动，所述消散斑透镜透射所述激光光源射出的激光；

其中，所述消散斑透镜包括透镜本体和多个凸起结构，且所述凸起结构在所述消散斑透镜转动时切割所述激光的出射光线。

2.根据权利要求1所述的激光补光组件，其特征在于，多个凸起结构沿所述消散斑透镜的圆心呈放射状分布。

3.根据权利要求2所述的激光补光组件，其特征在于，所述凸起结构在所述透镜本体上的投影为由两段同心圆弧和从所述同心圆弧所在圆内部发出的两条线段围成的图形。

4.根据权利要求3所述的激光补光组件，其特征在于，两条线段为所述同心圆弧所在圆心发出的两条半径。

5.根据权利要求1所述的激光补光组件，其特征在于，若相邻的两个凸起结构相连，则该相邻的两个凸起结构具有不同高度。

6.根据权利要求1所述的激光补光组件，其特征在于，在相邻且不相连的两个凸起结构之间形成间隔区域，所述凸起结构和/或所述间隔区域的宽度小于预设长度；其中，当所述消散斑透镜以预设速度转动时，所述凸起结构和/或所述间隔区域的宽度使所述激光在每个凸起结构和/或间隔区域内的滞留时间小于预设时间长度。

7.根据权利要求6所述的激光补光组件，其特征在于，所述预设时间长度满足：

$T=\frac{2}{[\left(\frac{\mathrm{\δ}}{1.22\mathrm{\λ}}\right)+L]\×S_0};$

其中，T为所述预设时间长度，δ为所述视频监控设备的镜头最小分辨率，λ为激光波长，L为所述镜头与被监控对象之间的距离，S₀为所述视频监控设备的图像采样频率。

8.根据权利要求1所述的激光补光组件，其特征在于，所述消散斑透镜的转动频率非所述视频监控设备的图像采样频率的整数倍。

9.根据权利要求1所述的激光补光组件，其特征在于，

所述消散斑透镜为自由曲面透镜；

或者，所述变焦系统中包含至少一个自由曲面透镜；

或者，所述激光补光组件还包括：整形准直透镜，位于所述激光光源和所述消散斑装置之间，或位于所述消散斑装置和所述变焦系统之间；其中，所述整形准直透镜为自由曲面透镜。

10.一种视频监控设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的激光补光组件。