CN108600739B - 一种镜头灰尘检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镜头灰尘检测装置及方法，包括准直系统、滤光片、红外发射管、红外接收管、发射端单片机、三极管、接收端单片机及发光强度调节器。本发明通过检测红外接收管输出端的电压变化，从而判断相机镜头是否覆盖灰尘。本发明电路结构简单，操作方便，能够实现快速、实时检测相机镜头灰尘。
Description
技术领域
本发明属于相机镜头灰尘检测领域，涉及一种根据红外接收系统输出端电压变化进行灰尘检测的系统。
背景技术
相机在长期地使用过程中，镜头不可避免地会被灰尘所污染，这些灰尘会布满在相机镜头上，当进行拍摄时，势必会在图像上留下暗斑，影响成像的质量。在检测相机镜头是否存在灰尘的现有技术中，大多采用图像处理的方法，但该方法工作量大、复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镜头灰尘检测装置及方法，可以简便、快速地检测相机镜头是否覆盖灰尘。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种镜头灰尘检测装置，包括红外光调制与解调电路，所述红外光调制与解调电路包括用于控制红外光强度周期性变化的调制器、用于根据红外光强度变化幅度判断待测镜头有无灰尘的解码器以及并联的红外发射支路和红外接收支路，所述红外发射支路包括串联的红外光发射器及发光强度调节器，所述调制器与红外发射支路相连，红外接收支路包括红外光接收器，所述解码器与红外接收支路相连，红外光接收器的红外光接收端及红外光发射器的红外光发射端与所述镜头相对。
优选的，所述调制器包括发射端单片机，该发射端单片机通过脉宽调制输出产生37～39KHz的方波脉冲。
优选的，所述发射端单片机与设置于所述红外发射支路上的用于控制所述红外光发射器开闭的三极管相连。
优选的，所述发光强度调节器选自电阻器R1，R1的阻值为330Ω～20KΩ，所述红外光发射器选自红外发射二极管。
优选的，所述红外光接收器包括电容器C、电阻器R2及具有解调功能的红外接收二极管，电容器C跨接在所述红外接收二极管的供电端和接地端之间，电阻器R2跨接在所述红外接收二极管的供电端及信号输出端之间。
优选的，所述电容器C的电容为0.1μF～10μF，电阻器R2的阻值为>10KΩ。
优选的，所述红外光发射器、红外光接收器采用侧边对称布置的方式，红外光发射器与所述镜头之间的红外光出光光路上设置有准直系统，红外光接收器与所述镜头之间的红外光回光光路上设置有滤光系统，所述红外光调制与解调电路采用同一电源供电，并且所述红外发射支路和红外接收支路采用共地处理。
一种镜头灰尘检测方法，包括以下步骤：
1)利用一定频率的脉冲信号对连续发射至待测镜头的红外光信号进行调制，得到调制红外信号；
2)将经所述镜头反射后的调制红外信号转换为电信号，然后对电信号进行解调；
3)对解调后的电信号进行解码，若发现该电信号出现跳变，则判断所述镜头被灰尘覆盖。
优选的，所述红外光信号由红外发射二极管发射至所述镜头，所述脉冲信号选自37～39KHz的方波脉冲，该脉冲信号通过控制红外发射二极管开闭实现调制；所述调制红外信号经所述镜头反射后由红外接收二极管接收，然后依次进行光电转换及解调，解调后的电压信号由单片机进行解码。
优选的，所述步骤1)之前，利用与所述红外发射二极管串联的发光强度调节器对所述红外光信号的强度进行调节，使所述解调后的电信号不受外界环境光干扰；以及，利用跨接在所述红外接收二极管的供电端及信号输出端之间的电阻器R2对所述跳变的幅度进行调节。
本发明的有益效果体现在：
相比现有采用图像处理的方法，本发明通过检测红外接收管输出端的电压变化，能够快速检测镜头是否覆盖灰尘。本发明电路结构简单，操作方便，能够实现快速、实时检测相机镜头灰尘。
附图说明
图1a为相机镜头灰尘检测装置的结构示意图；
图1b为相机镜头灰尘检测装置的红外光调制与解调电路示意图；
图2为38KHz红外信号调制示意图；
图3为38KHz红外信号解调示意图；
图中：镜头1，准直系统2，滤光片3，红外发射管4，红外接收管5，发射端单片机6，三极管7，接收端单片机8，发光强度调节器9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参见图1a，本发明利用38KHz红外发射接收系统进行相机镜头灰尘检测，根据灰尘覆盖相机镜头后对相机镜头透射光及反射光比例的改变(光照射在镜头的内表面，灰尘覆盖在镜头外表面)，仅需通过测量红外接收管输出端的电压变化，就能够快速检测相机镜头1是否覆盖灰尘。其中，38KHz红外发射系统包括发射端单片机6、三极管7、发光强度调节器9、红外发射管4及准直系统2；38KHz红外接收系统包括带通滤光片3(带宽范围为940±25nm)、红外接收管5及接收端单片机8。
所述红外发射管4采用封装的GaAs/GaAlAs红外发射二极管TSAL6200(以下简称为TSAL6200红外发射管)，红外接收管5采用HS0038B红外一体化接收管(以下简称HS0038B红外接收管)。HS0038B红外接收管5属于光敏二极管，使用时需加反向偏压，才能正常工作。本发明所选TSAL6200红外发射管4，与HS0038B红外接收管5配合使用，可以提高红外光的抗干扰能力，避免大气中的红外线干扰。
如图1a所示，TSAL6200红外发射管4和HS0038B红外接收管5采用侧边对称布置的方式，TSAL6200红外发射管4和HS0038B红外接收管5平行放置在相机镜头1内表面的对称位置(相对于镜头中心位置对称)，为了减少外界环境光对HS0038B红外接收管5输出电压的影响，TSAL6200红外发射管4和HS0038B红外接收管5均垂直相机镜头1。TSAL6200红外发射管4发射的红外光经过相机镜头1反射后，入射到HS0038B红外接收管5，HS0038B红外接收管5接收到的红外光线的光通量会影响系统电路中电流的大小，进而改变HS0038B红外接收管5输出的电压值。所述准直系统2对TSAL6200红外发射管4发射的红外光进行聚焦处理，使红外光最大效率的耦合进入到相机镜头1，带通滤光片3用于分离出940±25nm的红外光。为了更有效的避免HS0038B红外接收管5受到外界环境光干扰，本发明利用发射端单片机6的脉宽调制输出(PWM控制器)产生38KHz的方波脉冲，并利用这一方波脉冲对TSAL6200红外发射管4发射的红外光进行调制，相应的，HS0038B红外接收管5对接收到红外光进行解调。
参见图1b，在电路设计方面，38KHz红外发射接收系统的红外光调制与解调电路采用5V供电电源，并且对对应发射、接收两个系统的电路部分进行共地处理，避免产生浮地，影响检测结果的准确度。具体地，三极管7的基极与发射端单片机6相连，三极管7的发射极接地(GND)，三极管7的集电极与TSAL6200红外发射管4的负极相连，TSAL6200红外发射管4的正极通过电阻R1接电源(VCC)。HS0038B红外接收管5的供电端接电源(VCC)，接地端接地(GND)，信号输出端(OUT)与接收端单片机8相连，电阻R2分别与HS0038B红外接收管5的供电端及信号输出端相连，电容C分别与HS0038B红外接收管5的供电端及接地端相连。
参见图2，发射端单片机6的脉宽调制输出(PWM控制器)产生38KHz的方波脉冲，其产生过程为：如图2A所示，首先产生二进制信号的编码波形，二进制信号中的“1”的高低电平宽均为0.26ms，二进制信号中的“0”的低电平宽为0.52ms，高电平宽为0.26ms；将该二进制信号转变为如图2B所示的频率为38KHz(周期约为26μs)的连续脉冲信号(“10个脉冲”和“20个脉冲”对应图2A中“1”和“0”高低电平所占的脉冲数，)，连续脉冲信号经调制后得到间断脉冲信号(如图2C所示)，即用于发送给三极管7的信号(图2C就是图2A与图2B“与”的结果)。该脉冲通过控制三极管7的通断来控制TSAL200红外发射管4的亮暗变化(开闭)。
所述R1为发光强度调节器9，在38KHz红外发射接收系统中，供电电源为5V，TSAL6200红外发射管4的正向电流最大值是100mA，正向电压典型值是1.35V，根据串联电路的特点，计算电阻R1的最小阻值为34Ω。但实验发现，电阻R1的阻值大小会改变经过相机镜头1后的反射光与透射光的比例(灰尘存在情况下)，阻值较小时(例如≤330Ω)，系统对外界光比较敏感，严重影响了检测结果；阻值较大时(例如≥20KΩ)，TSAL6200红外发射管4发出微弱的光信号，HS0038B红外接收管5很难检测到经相机镜头1反射后的光信号；当R1阻值调节到最佳值时，HS0038B红外接收管5的输出电压不受外界环境光的影响，仅与相机镜头1上是否覆盖灰尘有关。
参见图3，二进制信号的解调由HS0038B红外接收管5来完成，首先HS0038B红外接收管5接收到的光信号(具有图3D所示波形，亦即图2C所示波形)经内部处理(指光电转换形成电流信号，再转变为电压信号)并解调复原，输出如图3E所示的波形(正好是图2A所示波形的取反)，解调后的信号以外部中断的形式送入接收端单片机8，接收端单片机8对其进行解码处理。
解码处理：当红外发射管开闭时，HS0038B红外接收管5的OUT脚将会输出一系列的高低电压，传输到接收端单片机8，接收端单片机8启动解码程序，并采用格拉布斯准则剔除解码出的所有坏值(粗大误差)，再计算剩余测量值的算术平均值，并将该算术平均值作为输出电压。
另外，HS0038B红外接收管5内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在HS0038B红外接收管5的VCC与GND之间并入0.1μF的电容C，起到滤波作用。
根据HS0038红外接收管5输出电压值的变化检测相机镜头1是否覆盖灰尘时，首先，发射端单片机6采用定时器0的工作方式2(8位自动重装模式)完成PWM输出。发射端单片机6的脉宽调制输出(PWM控制器)产生38KHz的方波脉冲(间断脉冲信号)。
实验(未覆盖灰尘时)时，使用示波器检测TSAL6200红外发射管4负极波形变化(检测红外发射管是否搭载上编码后的38KHz信号)，确保其波形变化与图2C中波形变化一致。使用示波器检测HS0038B红外接收管5输出端波形变化，确保其波形变化与图3中波形E变化一致。
检测结果显示，在R1＝2KΩ，R2＝20KΩ。对某相机镜头铺撒灰尘前、后，分别进行检测，HS0038B红外接收管5输出电压分别为4.88V、1.35V。
经过大量的检测实验，确定R1的取值范围为510Ω～10KΩ，R2的取值范围为大于10KΩ，在此范围内，若HS0038B红外接收管5输出电压变化幅度范围在0.4～4.5V，则意味着镜头上存在灰尘。
本发明可起到及时检测灰尘的作用，整套检测系统可安装在相机镜头内侧，可以快速检测到相机镜头(外侧)是否覆盖灰尘，为远程可视化操作提供支持。
Claims (9)
1.一种镜头灰尘检测装置，其特征在于：包括红外光调制与解调电路，所述红外光调制与解调电路包括用于控制红外光强度周期性变化的调制器、用于对解调后的电信号进行解码并根据红外光强度变化幅度判断待测镜头(1)有无灰尘的解码器以及并联的红外发射支路和红外接收支路，所述红外发射支路包括串联的红外光发射器及发光强度调节器(9)，所述调制器与红外发射支路相连，红外接收支路包括具有解调功能的红外光接收器，所述解码器与红外接收支路相连，红外光接收器的红外光接收端及红外光发射器的红外光发射端与所述镜头(1)相对；
所述调制器包括发射端单片机(6)，该发射端单片机(6)通过脉宽调制输出产生37～39KHz的方波脉冲；
所述发光强度调节器(9)选自电阻器R1，R1的阻值为330Ω～20KΩ。
2.根据权利要求1所述一种镜头灰尘检测装置，其特征在于：所述发射端单片机(6)与设置于所述红外发射支路上的用于控制所述红外光发射器开闭的三极管(7)相连。
3.根据权利要求1所述一种镜头灰尘检测装置，其特征在于：所述红外光发射器选自红外发射二极管。
4.根据权利要求1所述一种镜头灰尘检测装置，其特征在于：所述红外光接收器包括电容器C、电阻器R2及具有解调功能的红外接收二极管，电容器C跨接在所述红外接收二极管的供电端和接地端之间，电阻器R2跨接在所述红外接收二极管的供电端及信号输出端之间。
5.根据权利要求4所述一种镜头灰尘检测装置，其特征在于：所述电容器C的电容为0.1μF～10μF，电阻器R2的阻值为>10KΩ。
6.根据权利要求1所述一种镜头灰尘检测装置，其特征在于：所述红外光发射器、红外光接收器采用对称布置的方式，红外光发射器与所述镜头(1)之间的红外光出光光路上设置有准直系统(2)，红外光接收器与所述镜头(1)之间的红外光回光光路上设置有滤光系统，所述红外光调制与解调电路采用同一电源供电，并且所述红外发射支路和红外接收支路采用共地处理。
7.一种如权利要求1所述的镜头灰尘检测装置的镜头灰尘检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)利用一定频率的脉冲信号对连续发射至待测镜头(1)的红外光信号进行调制，得到调制红外信号；
2)将经所述镜头(1)反射的调制红外信号转换为电信号，然后对电信号进行解调；
3)对解调后的电信号进行解码，若发现该电信号出现跳变，则判断所述镜头(1)被灰尘覆盖。
8.根据权利要求7所述的镜头灰尘检测方法，其特征在于：所述红外光信号由红外发射二极管发射至所述镜头(1)，所述脉冲信号选自37～39KHz的方波脉冲，该脉冲信号通过控制红外发射二极管开闭实现调制；所述调制红外信号经所述镜头(1)反射后由红外接收二极管接收，然后依次进行光电转换及解调，解调后的电压信号由单片机进行解码。
9.根据权利要求8所述的镜头灰尘检测方法，其特征在于：所述步骤1)之前，利用与所述红外发射二极管串联的发光强度调节器对所述红外光信号的强度进行调节，使所述解调后的电信号不受外界环境光干扰；以及，利用跨接在所述红外接收二极管的供电端及信号输出端之间的电阻器R2对所述跳变的幅度进行调节。
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