CN107370966B - 一种智能红外控制电路及其控制方法 - Google Patents

一种智能红外控制电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能红外控制电路及其控制方法，所述控制电路包括：摄像头，用于拍摄画面；DSP处理器，用于控制系统工作，将所述摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号；红外电压调整模块，在所述DSP处理器输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压；多个红外灯D2－DN，连接于所述输出电压间，用于产生红外光，本发明可解决红外摄像机在近距离时导致物体过曝的问题。

Description

一种智能红外控制电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及智能监控及图像处理技术领域，特别是涉及一种智能红外控制电路及其控制方法。
背景技术
随着视频监控技术的不断发展，在实际工程中越来越多的使用红外摄像机，红外一直是在夜晚作为监控的方式，红外摄像机在夜晚能清晰地成像克服了普通摄像机夜晚成像模糊的问题，在交通、银行和公共安全等领域红外摄像机应用越来越广泛。
红外摄像技术一般分为主动式红外摄像技术和被动式红外摄像技术。被动式红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度以上都有红外线辐射，物质的温度越高，辐射的红外线越多的原理制成的摄像机，这种被动式红外摄像机造价昂贵，仅限于军事或极特殊场所使用；而主动式红外摄像技术采用红外灯在可见光不够明亮的场景下进行红外补光照明，使普通低照度摄像机即可清晰监控，应用越来越广。
目前市面上的主动式红外摄像机的红外灯光强一般不能控制，红外灯光强一般按照预定频率调制(例如无锡中星微电子有限公司申请的专利号为201010275107.9的中国专利申请)或按照最远监控距离设计，红外灯的光强会比较大。但是这样的设计会存在如下两个问题：
1、只要红外灯开启其工作电流就会比较大，当然功耗也比较大，长时间大功耗的工作会导致红外灯的寿命下降。而红外灯是主动式红外摄像机所有器件中平均寿命最短的器件之一，红外灯的寿命直接决定主动式红外摄像机的寿命。
2、在监控近距离物体的时候会因为红外光过强而产生过曝，图像效果不理想。
红外摄像机之所以能在黑夜看清物体是因为摄像机根据不同的镜头毫米数配备了红外灯源。红外灯一般发射峰值波长为850nm的近红外光。红外光同可见光一样，照射亮度随着距离增加而降低。因此，要在红外摄像机可视距离内降低夜视噪点，只能从增加红外灯功率，或者增大镜头孔径，使用优质滤光片等几方面解决。摄像机在使用红外灯之后，整体的夜视效果得到大幅提升，表现好的产品，除了视频图像是黑白之外，与白天彩色清晰度没有区别。随着红外灯技术不断进步，从早期的LED红外灯，到现在的市场的主流灯源，点阵灯、激光灯，红外灯技术的发展为摄像机更广泛的应用奠定了坚实的基础。
但是无论从哪一点入手，目前市场上大多数的摄像机产品都无法从根本上解决红外摄像机近距离(十米左右)照射高反射率物体(特别是人脸)时出现的过曝问题。因为这不是光均不均匀的问题，而是近距离照射的亮度已经超出感光元器件的感光范围，或者动态范围。摄像机单凭处理器DSP的电子快门调整已经失去作用，因为普通电子快门不具智能检测功能，
综上所述，现有技术的红外摄像机存在近距离时导致物体过曝的问题，因此实有必要提出一种技术手段，以解决上述问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种智能红外控制电路及其控制方法，通过利用DSP处理器将摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号，并利用红外电压调整模块在输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压，解决了红外摄像机在近距离时导致物体过曝的问题。
为达上述及其它目的，本发明提出一种智能红外控制电路，包括：
摄像头，用于拍摄画面；
DSP处理器，用于控制系统工作，将所述摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号；
红外电压调整模块，在所述DSP处理器输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压；
多个红外灯D2－DN，连接于所述输出电压间，用于产生红外光。
进一步地，当检测到画面低于设定的亮度时，所述DSP处理器提高所述PWM信号的占空比，以提高红外灯功率，当检测到画面高于设定的亮度时，所述DSP处理器降低所述PWM信号的占空比，以降低红外灯功率。
进一步地，所述红外电压调整模块包括：
低通滤波电路，用于将所述DSP处理器输出的PWM信号转化为一平滑电平并连接至DC－DC模块的输出电压控制端；
DC－DC模块，用于产生随输出电压控制端的平滑电平变化的开关信号并从开关信号输出端输出；
电流设定电路，用于设定输出电压的最大电流；
输出电压产生电路，用于在所述开关信号输出端出的开关信号的控制下产生稳定的输出电压。
进一步地，所述红外电压调整模块还包括退耦电容，所述退耦电容连接所述DC－DC模块以及电流设定电路，用于滤除所述红外电压调整模块产生的杂波以防干扰其他模块。
进一步地，所述低通滤波电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述DSP处理器输出的PWM信号连接至所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端、所述第二电阻的一端以及所述DC－DC模块的输出电压控制端相连，所述第一电容与第二电阻的另一端接地。
进一步地，所述电流设定电路包括多个并联的精密电阻，各并联电阻的一端连接所述DC－DC模块的输出电流设定端，另一端连接电源电压。
进一步地，所述输出电压产生电路包括续流二极管、储能电感和滤波电容,所述续流二极管的阴极连接至电源电压，阳极与所述储能电感的一端相连并连接至所述DC－DC模块的开关信号输出端，所述滤波电容的一端与所述DC－DC模块的输出电流设定端连接，组成第一输出电压节点，所述储能电感的另一端与所述滤波电容的另一端相连组成第二输出电压节点。
进一步地，所述多个红外灯以串连、并联或串并联组合方式连接于第一输出电压节点和第二输出电压节点之间。
为达到上述目的，本发明还提供一种智能红外控制电路的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，利用摄像头拍摄画面；
步骤二，利用DSP处理器将所述摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号；
步骤三，利用红外电压调整模块在输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压；
步骤四，利用连接于输出电压间的多个红外灯产生红外光。
进一步地，于步骤二中，当检测到画面低于设定的亮度时，所述DSP处理器提高所述PWM信号的占空比，以提高红外灯功率，当检测到画面高于设定的亮度时，所述DSP处理器降低所述PWM信号的占空比，以降低红外灯功率。
与现有技术相比，本发明一种智能红外控制电路及其控制方法通过利用DSP处理器将摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号，并利用红外电压调整模块在输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压，解决了红外摄像机在近距离时导致物体过曝的问题。
附图说明
图1为本发明一种智能红外控制电路的电路结构图；
图2为本发明一种智能红外控制电路的控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种智能红外控制电路的电路结构图。如图1所示，本发明一种智能红外控制电路，包括：摄像头10、DSP处理器20、红外电压调整模块30以及多个红外灯D2－DN。
其中，摄像头10，用于拍摄画面，在本发明具体实施例中，摄像头10可用于黑暗环境中拍摄画面；DSP处理器20，用于控制系统工作，将摄像头10拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号，具体地，例如当画面低于设定的亮度(可定义为判断阈值)时，提高PWM信号的占空比，以提高红外灯功率，达到照射远的目的，当检测到画面高于设定的亮度(即有物体靠近或者外界光源补光)时，降低PWM信号的占空比，以降低红外灯功率，这样使得近处物体也能清晰可见；红外电压调整模块30由低通滤波电路301、DC－DC模块302、电流设定电路303、输出电压产生电路304以及退耦电容C2组成，用于在DSP处理器20输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压LED+/LED-；多个红外灯D2－DN，以串连、并联或串并联组合方式连接于输出电压LED+/LED-间，用于产生红外光以照亮黑暗环境。
具体地，第一电阻R18、第二电阻R17和第一电容C5组成低通滤波电路301，用于将DSP处理器20输出的PWM信号转化为一平滑电平并连接至DC－DC模块302的输出电压控制端EN，DC－DC模块302用于产生随输出电压控制端EN的平滑电平变化的开关信号并从开关信号输出端LX输出，电流设定电路303由多个精密电阻组成，图示为第三电阻R7、第四电阻R8、第五电阻R9、第六电阻R23，用于设定输出电压的最大电流；输出电压产生电路304由续流二极管D1、储能电感L1和滤波电容C1组成，用于在开关信号输出端LX输出的开关信号的控制下产生稳定的输出电压LED+/LED-，退耦电容C2用于滤除红外电压调整模块30产生的杂波以防干扰DSP处理器20等其他电路；多个红外灯D2－DN，以串连、并联或串并联组合方式连接于输出电压LED+/LED-间，用于产生红外光以照亮黑暗环境。
摄像头10与DSP处理器20双向连接受控于DSP处理器20并将拍摄画面数据向DSP处理器20传输，DSP处理器20输出的PWM信号连接至第一电阻R18的一端，第一电阻R18的另一端与第一电容C5的一端、第二电阻R17的一端以及DC－DC模块302的输出电压控制端EN相连，第一电容C5的另一端、第二电阻R17的另一端接地，退耦电容C2的一端与第三电阻R7的一端、第四电阻R8的一端、第五电阻R9的一端、第六电阻R23的一端、DC－DC模块302的电源正端VIN、续流二极管D1的阴极连接至电源电压VCC，第三电阻R7的另一端、第四电阻R8的另一端、第五电阻R9的另一端、第六电阻R23的另一端与滤波电容C1的一端以及DC－DC模块302的输出电流设定端SEN相连组成第一输出电压节点LED+，续流二极管D1的阳极与储能电感L1的一端相连连接至DC－DC模块302的开关信号输出端LX，储能电感L1的另一端与滤波电容C1的另一端相连组成第二输出电压节点LED-，退耦电容C2的另一端与DC－DC模块302的电源负端接地，多个红外灯D2－DN连接在第一输出电压节点LED+与第二输出电压节点LED-间。
本发明通过控制PWM信号占空比，并利用红外电压调整模块，最终到达控制电压高低精准控制；当进入夜晚环境后，红外灯亮起，DSP处理器把画面分割成不同区域，实时检测画面亮度，当画面低于设定的亮度时，提高红外灯功率，达到照射远的目的，当检测到画面高于设定的亮度(即有物体靠近或者外界光源补光)时，降低红外功率，这样使得近处物体也能清晰可见。
需说明的是，如果目标的亮度检测精度为某一个值时，画面只要稍微的变化，就会导致画面来回调节，但是在现实场景中，难免会因为其他或者设备本身的精度调节带来亮度的调节。因此本发明加入判断阀值，使画面的轻微变化时，不会介入PWM调节，从而稳定平滑的调节PWM信号。
图2为本发明一种智能红外控制电路的控制方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种智能红外控制电路的控制方法，包括如下步骤：
步骤201，利用摄像头拍摄画面，在本发明具体实施例中，可利用摄像头于黑暗环境中拍摄画面；
步骤202，利用DSP处理器将摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号，具体地，例如当画面低于设定的亮度(可定义为判断阈值)时，提高PWM信号的占空比，以提高红外灯功率，达到照射远的目的，当检测到画面高于设定的亮度(即有物体靠近或者外界光源补光)时，降低PWM信号的占空比，以降低红外灯功率，这样使得近处物体也能清晰可见；
步骤203，利用红外电压调整模块在输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压LED+/LED-；
步骤204，利用以串连、并联或串并联组合方式连接于输出电压LED+/LED-间的多个红外灯D2－DN产生红外光以照亮黑暗环境。
可见，本发明通过控制PWM信号占空比，并利用红外电压调整模块，最终到达控制电压高低精准控制的目的：当进入夜晚环境后，红外灯亮起，DSP处理器把画面分割成不同区域，实时检测画面亮度，当画面低于设定的亮度(即判断阈值)时，提高红外灯功率，达到照射远的目的，当检测到画面高于设定的亮度(即有物体靠近或者外界光源补光)时，降低红外功率，这样使得近处物体也能清晰可见。
综上所述，本发明一种智能红外控制电路及其控制方法通过利用DSP处理器将摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号，并利用红外电压调整模块在输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压，解决了红外摄像机在近距离时导致物体过曝的问题。
任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种智能红外控制电路，包括：
摄像头，用于拍摄画面；
DSP处理器，用于控制系统工作，将所述摄像头拍摄的画面进行分区获取画面区域最高亮度并输出占空比随亮度变化的PWM信号；
红外电压调整模块，在所述DSP处理器输出的PWM信号的控制下产生随亮度变化的输出电压；
多个红外灯D2-DN，连接于所述输出电压间，用于产生红外光；
当检测到画面低于设定的亮度时，所述DSP处理器提高所述PWM信号的占空比，以提高红外灯功率，当检测到画面高于设定的亮度时，所述DSP处理器降低所述PWM信号的占空比，以降低红外灯功率；
所述红外电压调整模块包括：
低通滤波电路，用于将所述DSP处理器输出的PWM信号转化为一平滑电平并连接至DC-DC模块的输出电压控制端；
DC-DC模块，用于产生随输出电压控制端的平滑电平变化的开关信号并从开关信号输出端输出；
电流设定电路，用于设定输出电压的最大电流；
输出电压产生电路，用于在所述开关信号输出端出的开关信号的控制下产生稳定的输出电压。
2.如权利要求1所述的一种智能红外控制电路，其特征在于：所述红外电压调整模块还包括退耦电容，所述退耦电容连接所述DC-DC模块以及电流设定电路，用于滤除所述红外电压调整模块产生的杂波以防干扰其他模块。
3.如权利要求2所述的一种智能红外控制电路，其特征在于：所述低通滤波电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述DSP处理器输出的PWM信号连接至所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端、所述第二电阻的一端以及所述DC-DC模块的输出电压控制端相连，所述第一电容与第二电阻的另一端接地。
4.如权利要求3所述的一种智能红外控制电路，其特征在于：所述电流设定电路包括多个并联的精密电阻，各并联电阻的一端连接所述DC-DC模块的输出电流设定端，另一端连接电源电压。
5.如权利要求4所述的一种智能红外控制电路，其特征在于：所述输出电压产生电路包括续流二极管、储能电感和滤波电容，所述续流二极管的阴极连接至电源电压，阳极与所述储能电感的一端相连并连接至所述DC-DC模块的开关信号输出端，所述滤波电容的一端与所述DC-DC模块的输出电流设定端连接，组成第一输出电压节点，所述储能电感的另一端与所述滤波电容的另一端相连组成第二输出电压节点。
6.如权利要求5所述的一种智能红外控制电路，其特征在于：所述多个红外灯以串连、并联或串并联组合方式连接于第一输出电压节点和第二输出电压节点之间。
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