CN108600651A - 一种用于安防系统的白光补光装置及其补光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于安防系统的白光补光装置及其补光方法。它包括外壳、灯盘、LED灯、电源和整灯玻璃罩，外壳上罩设整灯玻璃罩，外壳内设灯盘、LED灯和电源，灯盘上设若干颗LED灯，灯盘下面设电源，LED灯与电源相电连接；透镜设在LED灯上，透镜用于LED灯的配光；每颗LED灯包括支架、设在支架内的焊盘、导热焊盘、若干个发光芯片,导热焊盘采用铜面板镀银的加工工艺，导热焊盘上设若干个发光芯片，发光芯片包括红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片，发光芯片通过金线与焊盘相连接。该装置能实现不刺眼/不刺激眼睛；能补充暗视觉能量，减低明暗适应转换过程中的“暂盲现象”(看不清物体)的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种安防技术领域，尤其涉及一种用于安防系统的白光补光装置及其补光方法。
背景技术
目前，在安防领域应用中，在夜间等低照度环境中，一般都采用补光灯进行补光，以增强夜间画面监控效果。常用补光灯分为白光补光灯和红外补光灯两大类。白光补光灯主要配合摄像机(相机)达到拍摄清晰目标(人或物体)的目的，是分辨人或物体的辅助光源。随着智能识别技术的发展和公共安全需求的增加，白光补光灯的应用越来越广泛，通常见于安防领域，应用于电子闯红灯、智能交通、卡口系统、收费站、工厂、平安城市、小区、银行、仓库、博物馆、厂矿、油田、监狱、边防等能够很好的给摄像机(相机)夜视监控系统提供辅助照明，有效照亮监控场景，改变摄像机(相机)夜间由于照度不够而出现图像虚焦、昏暗、噪点等现象，还原摄像机(相机)高逼真色彩夜视监控，从而保证摄像机(相机)夜间能获取良好的夜视图像。在中国发明专利说明书CN 104301623B中公开了一种混合补光方法，该方法应用于监控摄像机(相机)，包括：A、将监控摄像机(相机)初始化为白光灯补光。B、周期性的计算画面的补光质量。C、当画面的补光质量低于白光补光切换为红外光补光阀值时，由白光补光切换到红外补光，同时切换摄像机(相机)到黑白模式，同时将监控摄像机(相机)此时的仰角记录下来作为指示红外补光灯切换到白光补光灯的仰角阀值。D、当监控摄像机(相机)当前的仰角小于所述当前记录的仰角阀值时，由红外光补光切换到白光补光；同时切换摄像机(相机)到彩色模式；返回步骤B。本发明的方案能够在夜间低照度环境下，充分发挥白光补光和红外补光各自的优势，以达到摄像机(相机)最佳的监控效果。目前除一部分需要超高照度才能抓拍当前信息的环境(如隔着玻璃抓拍人脸或远距离照明)使用氙气灯之外，大多数环境下都用蓝光芯片激发黄色荧光粉的LED光源。为了给摄像机(相机)补光足够的光线，大部分补光灯都很亮，尤其是在交通领域，氙气爆闪灯，LED频闪灯，瞬间亮度是常亮灯的好几倍，甚至十几倍，人眼在较暗环境下使用较多的杆视细胞来视物，当高亮的补光灯进入人的视线内，瞳孔急剧缩小，同时大多数锥视细胞开始工作，在此过程中，人会感觉睁不开眼睛，看不清物体，这个过程叫做明适应；人眼在亮环境到暗环境也会发生相反的过程，人会看不清周围的物体，叫做暗适应。驾驶员在监控路口会先暗适应，然后再明适应，整个过程人眼都看不清物体，同时高亮的灯光会让眼睛经常会干扰司机的视线，分散驾驶员的注意力，极易发生安全事故。另外，这种高亮的白光不仅对驾驶员还是对行人及附近居住民等造成影响。随着城市的发展，白光污染已经变成一个不可忽视的问题。但是，目前大多数白光补光灯为配合人眼明视觉曲线，LED使用蓝光芯片加黄色荧光粉的方式实现，形成光谱如图1为普通LED补光灯光谱图；人眼在明视觉环境下的视见函数如图2为明视觉视见函数和普通LED补光灯光谱(大多数光功率集中在人眼最敏感位置)。LED发出的光功率大部分都集中在人眼敏感度较高的位置，所以造成了这种白光亮度过高，刺眼的问题。由于在安防监控领域高亮的白光不仅对行人及驾驶员引起刺眼等眼部不适，还会因明暗视觉适应引起“暂盲现象”极易引发交通事故。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于安防系统的白光补光装置及其补光方法。它具有结构简单、组装方便、使用方便、工作安全可靠等特点。该装置能实现不刺眼/不刺激眼睛；能补充暗视觉能量，减低明暗适应转换过程中的“暂盲现象”(看不清物体)的发生；更适合夜晚人眼看清补光灯照射场景细节，且光品质不劣与普通LED；对摄像机(相机)夜晚拍摄进行补光，对摄像机(相机)进行配置后，不会影响白天的抓拍信息。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于安防系统的白光补光装置。它包括外壳、灯盘、LED灯、电源和整灯玻璃罩，外壳上罩设玻璃罩，外壳内设灯盘、LED灯和电源，灯盘上设若干颗LED灯，灯盘下面设电源，LED灯与电源相电连接；灯盘为铝基灯盘，用来将每颗LED互联、提供走线，支撑和散热作用，最好是MC-PCB铝基灯盘，MC-PCB铝基灯盘由电路层(铜箔层)、导热绝缘层和金属基层组成，透镜设在LED灯上，透镜用于LED灯的配光；每颗LED灯包括支架、设在支架内的焊盘、导热焊盘、若干个发光芯片,导热焊盘采用铜面板镀银的加工工艺，用于散热和导电，导热焊盘上设若干个发光芯片，发光芯片包括红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片，发光芯片通过金线与焊盘相连接，焊盘的个数为两个或多个铜箔焊盘。
所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为610－670nm，青或绿光发光芯片为500－540nm，蓝光发光芯片为400－460nm。
所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片为610nm，青或绿光发光芯片为500nm，蓝光发光芯片为400nm。
所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片为670nm，青或绿光发光芯片为540nm，蓝光发光芯片为460nm。
所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片为640nm，青或绿光发光芯片为520nm，蓝光发光芯片为430nm。
所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片为610nm，青或绿光发光芯片为540nm，蓝光发光芯片为460nm。
所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片为670nm，青或绿光发光芯片为500nm，蓝光发光芯片为400nm。
本发明还提供一种用于安防系统的白光补光装置的补光方法。与摄像系统结合使用，进行相应配置，用于以达白天和夜晚都具有良好的摄像效果的目的，包括如下步骤：
(1)将摄像机(相机)绿色灵敏度曲线始化为暗视觉光谱光视效曲线；
(2)周期性计算摄像机(相机)进光量(判断周围亮度环境)；
(3)当进光量大于设定阈值时，相机绿色灵敏度曲线切换为明视觉光谱光视效曲线，当进光量小于设定阈值时，相机绿色灵敏度曲线保持暗视觉光谱光视效曲线。
该白光补光装置的补光方法充分利用人眼在不同视觉环境下，对光谱敏感度的差异，避开在补光灯工作环境下人眼最敏感的明视觉曲线，降低明视觉亮度，降低对人眼的刺激；同时增加暗视觉光谱成分，减小明暗适应转换过程带来的各种不适。
与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：由于采用了上述结构与方法，使用时，本发明不仅对光源直射，人眼感觉刺激的问题有效改善，还对照射场景细节和色彩在人眼中的还原也有改善。被补光灯(常亮)照射的场景，由于面积广阔，反射入人眼的强度较弱，为中间视觉环境，人眼中暗视细胞比较活跃，此时光源S/P比值越大，越能激活暗视细胞，人眼对场景的观测更加清晰，本发明中因为光谱补充了暗视能量，S/P比值相对较大，更适合此种环境下视物。同时本发明光源因为R/G/B或R/C/B三波峰半波宽较窄，三颜色颜色较纯，光品质参数CQS值也不劣于普通LED。该发明利用人眼在不同视觉环境下，对光谱敏感度的差异，避开在补光灯工作环境下人眼最敏感的明视觉曲线，降低明视觉亮度，降低对人眼的刺激。同时增加暗视觉光谱成分，减小明暗适应转换过程带来的各种不适。
附图说明
图1为现有技术普通LED补光灯光谱示意图；
图2为现有技术明视觉视见函数和普通LED补光灯光谱示意图；
图3本发明主视结构示意图；
图4本发明灯盘结构示意图；
图5本发明LED灯放大结构示意图；
图6是本发明补光方法工作原理流程图；
图7是本发明相对光谱曲线示意图；
图中：100－LED灯、101－青或绿光发光芯片、102－红光发光芯片、103－蓝光发光芯片、104－导热焊盘、105－焊盘、106－支架、107－金线、200－灯盘、201－透镜、300－外壳、400－电源、500－玻璃罩、B－蓝光、R－红光和G－绿光。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1和图7示出了本发明各种结构示意图和补光方法工作原理流程图。如图1所示，本发明提供了一种用于安防系统的白光补光装置。它包括外壳300、灯盘200、LED灯100、电源400和整灯玻璃罩500，外壳300上罩设玻璃罩500，外壳300内设灯盘200、LED灯100和电源400，灯盘200上设若干颗LED灯100，灯盘200下面设电源400，LED灯100与电源400相电连接；灯盘200为铝基灯盘200，用来将每颗LED互联、提供走线，支撑和散热作用，最好是MC-PCB铝基灯盘200，MC-PCB铝基灯盘200由电路层(铜箔层)、导热绝缘层和金属基层组成，透镜201设在LED灯100上，透镜201用于LED灯100的配光；每颗LED灯100包括支架106、设在支架106内的焊盘105、导热焊盘104、若干个发光芯片,导热焊盘104采用铜面板镀银的加工工艺，用于散热和导电，导热焊盘104上设若干个发光芯片，发光芯片包括红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103，发光芯片通过金线107与焊盘105相连接，焊盘105的个数为两个或多个铜箔焊盘105。
所述红光发光芯片102最好是通过导电银胶粘贴设在导热焊盘104上，所述青或绿光发光芯片101及蓝光发光芯片103最好是通过固晶胶固定设在导热焊盘104上。
本发明使用LED多芯片或者其他方式，使用R/G/B或R/C/B三波峰的方式以特定比例，实现白光。由现有技术存在的问题可知：人眼只有4％左右的明视细胞(视锥细胞)，对波长555nm左右的光线最敏感；96％左右的暗视细胞(视柱细胞)，对波长505nm左右的光线最敏感；在大部分光环境下，都是明视与暗视细胞同时工作；夜晚直视高亮度光源，因亮度较高，且光源集中在人眼2°视场内，这时候位于中央窝的锥视细胞起主导作用，对555nm的黄绿光最敏感。在确保摄像机(相机)照片亮度足够的情况下(光功率足够)，S/P比值(暗视觉光和明视觉光功率之比)相对提高，有利于降低在此条件下人眼的刺眼感觉。在夜晚用辅助光源看周围场景时，由于光照条件不足，大部分视柱细胞起主导作用，对505nm的青绿光最敏感，S/P比值的提升，有助于提升视柱细胞的能力，人眼对场景的观测更加清晰。本发明结合摄像机(相机)的光谱灵敏度曲线和人眼光谱光效特性，经大量实验证明，在本发明中使用400nm-460nm的蓝光(B)提供摄像机(相机)所需的蓝色部分能量，使用500-540nm的绿光(G)，提供摄像机(相机)所需的绿色部分能力，使用610-670nm的红光(R)。
所述红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片102为610－670nm，青或绿光发光芯片101为500－540nm，蓝光发光芯片103为400－460nm。
所述红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片102为610nm，青或绿光发光芯片101为500nm，蓝光发光芯片103为400nm。
所述红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片102为670nm，青或绿光发光芯片101为540nm，蓝光发光芯片103为460nm。
所述红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片102为640nm，青或绿光发光芯片101为520nm，蓝光发光芯片103为430nm。
所述红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片102为610nm，青或绿光发光芯片101为540nm，蓝光发光芯片103为460nm。
所述红光发光芯片102、青或绿光发光芯片101和蓝光发光芯片103所发出的光的主波长分别优选预设为：红光发光芯片102为670nm，青或绿光发光芯片101为500nm，蓝光发光芯片103为400nm。
本发明还提供一种用于安防系统的白光补光装置的补光方法。与摄像系统结合使用，进行相应配置，用于以达白天和夜晚都具有良好的摄像效果的目的，包括如下步骤：
(1)将摄像机(相机)绿色灵敏度曲线始化为暗视觉光谱光视效曲线；
(2)周期性计算摄像机(相机)进光量(判断周围亮度环境)；
(3)当进光量大于设定阈值时，相机绿色灵敏度曲线切换为明视觉光谱光视效曲线，当进光量小于设定阈值时，相机绿色灵敏度曲线保持暗视觉光谱光视效曲线。
该白光补光装置的补光方法充分利用人眼在不同视觉环境下，对光谱敏感度的差异，避开在补光灯工作环境下人眼最敏感的明视觉曲线，降低明视觉亮度，降低对人眼的刺激；同时增加暗视觉光谱成分，减小明暗适应转换过程带来的各种不适。
本发明工作原理为：按照光通量计算公式，光通量等于光谱功率分布函数与视见函数的加权在可见光范围内的积分，如下公式：
而人眼觉得刺眼或者很亮是因为补光灯的强度值很大，如下计算公式，减小光源光通量或者增大光源立体角可以降低光强，一般情况下，增大光源立体角需要增加灯具尺寸，在实际产品中不可行；
本发明通过改变补光装置光谱功率分布，减少Φe(λ)与V(λ)重叠部分，来降低光强，另外将光谱调整到中间视觉状态(明视细胞和暗视细胞共同工作)，有利于减小明暗适应转换过程中带来的各种不适。
本发明不仅对光源直射，人眼感觉刺激的问题有有效改善，还对照射场景细节和色彩在人眼中的还原也有所改善。被补光装置(常亮)照射的场景，由于面积广阔，反射入人眼的强度较弱，为中间视觉环境，人眼中暗视细胞比较活跃，此时光源S/P比值越大，越能激活暗视细胞，人眼对场景的观测更加清晰，本发明中因为光谱补充了暗视能量，S/P比值相对较大，更适合此种环境下视物。同时本发明光源因为RGB三波峰半波宽较窄，三颜色颜色较纯，光品质参数CQS值也不劣于普通LED。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其做出种种变化。
Claims (9)
1.一种用于安防系统的白光补光装置，它包括外壳、灯盘、LED灯、电源和整灯玻璃罩，外壳上罩设玻璃罩，外壳内设灯盘、LED灯和电源，灯盘上设若干颗LED灯，灯盘下面设电源，LED灯与电源相电连接；灯盘为铝基灯盘，用来将每颗LED互联、提供走线，支撑和散热作用，透镜设在LED灯上，透镜用于LED灯的配光；其特征在于：每颗LED灯包括支架、设在支架内的焊盘、导热焊盘、若干个发光芯片,导热焊盘采用铜面板镀银的加工工艺，用于散热和导电，导热焊盘上设若干个发光芯片，发光芯片包括红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片，发光芯片通过金线与焊盘相连接，焊盘的个数为两个或多个铜箔焊盘。
2.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为610－670nm，青或绿光发光芯片为500－540nm，蓝光发光芯片为400－460nm。
3.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片通过导电银胶粘贴设在导热焊盘上，所述青或绿光发光芯片及蓝光发光芯片通过固晶胶固定设在导热焊盘上。
4.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为610nm，青或绿光发光芯片为500nm，蓝光发光芯片为400nm。
5.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为670nm，青或绿光发光芯片为540nm，蓝光发光芯片为460nm。
6.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为640nm，青或绿光发光芯片为520nm，蓝光发光芯片为430nm。
7.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为610nm，青或绿光发光芯片为540nm，蓝光发光芯片为460nm。
8.如权利要求1所述的用于安防系统的白光补光装置，其特征在于：所述红光发光芯片、青或绿光发光芯片和蓝光发光芯片所发出的光的主波长分别预设为：红光发光芯片为670nm，青或绿光发光芯片为500nm，蓝光发光芯片为400nm。
9.如权利要求1至8任一项所述的用于安防系统的白光补光装置的补光方法，与摄像系统结合使用，进行相应配置，包括如下步骤：
(1)将摄像机绿色灵敏度曲线始化为暗视觉光谱光视效曲线；
(2)周期性计算摄像机进光量；
(3)当进光量大于设定阈值时，相机绿色灵敏度曲线切换为明视觉光谱光视效曲线，当进光量小于设定阈值时，相机绿色灵敏度曲线保持暗视觉光谱光视效曲线。
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