CN108924390A - 一种摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置，包括补光模块、图像采集模块以及与图像采集模块连接的图像处理模块；图像采集模块包括镜头组件，用于采集来自被摄像物体反射的光线，图像处理模块包括感光单元以及与感光单元连接的数据处理单元；补光模块包括电路板和设置于电路板上的多个光源，光源为能够发出白光的LED光源，白光波长至少包括450‑680nm且相对光谱功率均大于0.3，显指大于90。本发明采用特殊白光LED光源做补光模块的光源，各种色光比例较高，显色性好，图像色度对比度高，采用该摄像装置进行拍摄时，能够真实的体现拍摄环境中各种物体的颜色，避免因某种色光的缺失和不足导致色彩失真，改善摄像效果。

Description

一种摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像技术领域，特别涉及一种摄像装置。

背景技术

摄像机是日常生活的常用物品，其主要包括镜头和数据处理系统，其中的镜头用于收集被拍摄区域的光线，该光线是物体反射的光线，对于普通的物体拍摄，在环境光较充足的情况下(例如晴朗的白天)，阳光照射物体后被反射的光线由镜头捕捉，并传输至相应的数据处理系统进行图像的生成。当然，在夜晚或者环境光线较弱的情况下，就需要主动提供照明以正常成像，进而摄像装置通常设有补光系统。可以理解，补光系统会根据摄像机的类型匹配，例如红外摄像机，其常常用于监控，那么补光系统是红外光源。而用于日常活动拍摄的摄像机，补光系统通常是白光源，以能够真实的体现物体的本色。

现有的采用白光照明的摄像机，存在一定程度的色彩失真问题，主要体现在拍摄的场景与真实场景存在色彩差异，色度对比度和显色性较差，这主要是由补光系统的光谱成分不完整或者某些色光不足导致的，该问题有待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摄像装置，旨在解决传统摄像机的拍摄效果存在色彩失真的问题。

本发明是这样实现的，一种摄像装置，包括补光模块、图像采集模块以及与所述图像采集模块连接的图像处理模块；所述图像采集模块包括镜头组件，用于采集来自被摄像物体反射的光线，所述图像处理模块包括感光单元以及与所述感光单元连接的数据处理单元；所述补光模块包括电路板和设置于所述电路板上的多个光源，所述光源为能够发出白光的LED光源，所述白光的波长至少包括450-680nm且各波段的相对光谱功率均大于0.3，所述白光的显色指数Ra大于90，显色指数R9大于90，显色指数R12大于75。

进一步地，所述补光模块包括一个块状电路板，多个LED光源集中且均匀设置于所述块状电路板上，所述补光模块设置于所述镜头组件的成像侧，在所述补光模块和所述镜头组件之间设有导光组件，用于将LED光源发出的光线传导至所述镜头组件的周围并投向摄像区域。

进一步地，所述块状电路板的中心轴与所述镜头组件的光轴平行或共线。

进一步地，所述补光模块包括一个环形电路板，所述LED光源均匀设置于所述环形电路板上，所述镜头组件位于所述环形电路板的内侧中空区域，所述LED光源发出的光线直接投向摄像区域。

进一步地，所述LED光源包括载体、设置于所述载体上的反射杯、设置于所述反射杯中的第一发光体和第二发光体，所述第一发光体用于产生第一白光，所述第一白光的波长至少包括450-640nm，所述第二发光体用于产生红光，所述红光的波长大于640nm。

进一步地，所述第一发光体的数量和所述第二发光体的数量之比为1-4:1，所述第一发光体的总光通量和所述第二发光体的总光辐射量之比为2-3:1。

进一步地，所述第一发光体和第二发光体组合后产生的所述白光中，红色光的相对光谱功率大于0.60；橙色光的相对光谱功率大于0.55；黄色光的相对光谱功率大于0.50；绿色光的相对光谱功率大于0.35；青色光的相对光谱功率大于0.30；蓝色光的相对光谱功率小于0.75且大于0.3。

进一步地，所述第一发光体包括蓝光芯片和设置于所述蓝光芯片上的荧光胶体，所述蓝光芯片的波长大于457nm。

进一步地，所述LED光源的出光角度为120°-150°，所述LED光源的长度和宽度小于6mm，高度小于3mm。

进一步地，所述LED光源的第一发光体和第二发光体串联，通过相同的电流驱动发光，所述驱动电流为20-100mA。

本发明实施例提供的摄像装置具有如下有益效果：

采用能够发出特殊白光的LED光源做补光模块的光源，该特殊白光能够覆盖450-680nm波段，即覆盖蓝光至红光的可见光波段，并且各种波段的相对光谱功率均大于0.3，其中综合显色指数Ra大于90，显色指数R9大于85，显色指数R12大于75，这使得每种波长的色光均不会过低，保证白光的显色性较好，图像色度对比度高，采用该摄像装置进行拍摄时，能够真实的体现拍摄环境中各种物体的颜色，避免因某种色光的缺失和不足导致色彩失真，改善摄像效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的摄像装置的第一种结构示意图；

图2是本发明实施例提供的摄像装置的第一种补光模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的摄像装置的第二种结构示意图；

图4是本发明实施例提供的摄像装置的第二种补光模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的第一种LED光源的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的第一种LED光源的剖视图；

图7是本发明实施例提供的第二种LED光源的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的第三种LED光源的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的LED光源和自然光的光谱对比图；

其中，L1是本发明实施例中LED光源的光谱曲线，L2是自然光的全谱曲线；

图10是本发明实施例提供的LED光源的光谱测试报告示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

参考图1至图4，本发明实施例提供一种摄像装置，包括补光模块10、图像采集模块20以及与图像采集模块20连接的图像处理模块30(图3中示意)；图像采集模块20包括镜头组件21，用于采集来自被摄像物体反射的光线，图像处理模块30包括感光单元31以及与感光单元连接的数据处理单元32；补光模块10包括电路板11和设置于电路板11上的多个光源12，该光源12为能够发出白光的LED光源12，该白光的波长至少包括450-680nm且各波段的相对光谱功率均大于0.3，白光的显色指数Ra大于90，显色指数R9大于90，显色指数R12大于75。参见图10，该白光中各种波段的相对光谱功率比较接近自然光，参见图9，根据实测数据，该白光的显色指数Ra大于90，能够达到97以上，显色指数R9大于90，能够达到99，显色指数R12大于75，能够达到83。

对相对光谱功率的解释：一种光源所发射的光谱往往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功率分布。

用于表征光谱功率大小的参数分为绝对光谱功率和相对光谱功率。进而绝对光谱功率分布曲线：指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲线；

相对光谱功率分布曲线：指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功率分布曲线。辐射功率最大的相对光谱功率为1，其他波长的相对光谱功率均小于1。

对各种色光的解释：各种色光的波长范围如下：红色光(622～700nm)，橙色光(597～622nm)，黄色光(577～597nm)，绿色光(492～577nm)，青色光(475～492nm)，蓝色光(435～475nm)，紫色光(380～435nm)。

该摄像装置的工作原理是：通过补光模块10发射白光，照射被拍摄物体，白光被物体反射后由镜头组件21收集，该光线经过镜头组件21传输至图像处理模块30，光信号进入图像处理模块30的感光单元31后进行光电信号的转换，并通过数据处理单元32进行数据分析后生成图像信息，保存于摄像装置内，用于播放图像。

采用这种光源12的补光模块10，其发射的白光接近自然光，表现为波长的完整性和各波段相对光谱功率较高以接近自然光。在摄像机(照相机)领域，照明光源产生的白光的七色光中的每一光色的光谱缺失，都会影响色彩效果。任何波段的相对光谱若低于0.3，都会明显的影响色彩效果。图像的色度对比度与相对光谱的大小关系很密切。色度对比度是指色度空间里，各种波长(颜色)呈现的真实特性，若某一波段的相对光谱过低，就会出现对应光色清晰度的弱化，也就是对应颜色的“色弱”。摄像装置所采用的照明光源如果其某些波长缺失或不足、相对光谱偏低时，就会导致相应的色彩难以真实体现，且色度对比不足，图像不清晰。

本发明实施例提供的摄像装置，采用能够发出特殊白光的LED光源12做补光模块10的光源12，该特殊白光能够覆盖450-680nm波段，即覆盖蓝光至红光的可见光波段，并且各种波段的相对光谱功率均大于0.3，并且根据附图还可以确认有更多波段的相对光谱功率已经远超过0.3，显色指数得以提升，这使得每种波长的色光均不会过低，保证白光的显色性较好，图像色度对比度高，采用该摄像装置进行拍摄时，能够真实的体现拍摄环境中各种物体的颜色，避免因某种色光的缺失和不足导致色彩失真，改善摄像效果。

进一步地，该补光模块10的结构可以有多种。如图1和图2，补光模块10包括一个块状电路板11，具体可以是矩形或者圆形等，本实施例不限制。多个LED光源12集中且均匀设置于块状电路板11上，该补光模块10类似一小型灯板，其与摄像装置的驱动电路连接。该补光模块10设置于镜头组件21的成像侧，在补光模块10和镜头组件21之间还设有导光组件40，用于将LED光源12发出的光线传导至镜头组件21的周围并投向摄像区域。即，镜头组件21的外周侧预留一定空间用于出光，光线经过导光组件40导出，该导光组件40可以是一系列反射镜构成的多次反射光路结构。或者是反射镜和透视镜组合构成的折射反射光路结构，本实施例不局限于一种。

进一步地，该块状电路板11的中心轴与镜头组件21的光轴平行或共线，优选为共线，以便于导光结构的设计。

在另一实施例中，如图3和图4，补光模块10包括一个环形电路板11，LED光源12均匀设置于环形电路板11上，镜头组件21位于环形电路板11的内侧中空区域，LED光源12发出的光线直接投向摄像区域。此时不需要导光结构，但是对LED光源12的发光角度有一定要求，其发光角度不宜过小，以免光线不均匀。优选LED光源12的出光角度为120°-150°。在其他实施例中，还可以在镜头组件21旁某区域设置补光模块10。

进一步地参考图5和图6，该LED光源12包括载体121、设置于载体121上的反射杯122、设置于反射杯122中的第一发光体123和第二发光体124，以及用于驱动第一发光体123和第二发光体124工作的导电线路125，反射杯122中还填充有封装胶体用于密封和调整光的传播方向。

进一步地，该反射杯122设有由多个平面邻接构成的反光面，第一发光体123和第二发光体124产生的部分光线经过反光面反射并混合后由封装胶体的表面射出。具体地，反光面可以是如图5所示的由四个较大的梯形面1221两两相对构成，且相邻两个梯形面1221之间通过较小的斜切面1222连接，以用于调整光的方向，均匀出光。

进一步地，第一发光体123用于产生第一白光，第一白光的波长至少包括450-640nm，第二发光体124用于产生红光，红光的波长大于640nm。该LED光源12是通过第一发光体123和第二发光体124组合获得的上述白光，其中，第一白光的波长至少包括450-640nm，红光的波长大于640nm，具体可以采用640-700nm的红光芯片，恰好可以补偿第一白光相对于自然光所缺少的部分。并且，波长为680～690nm的红光相对光谱可以功率大于0.80；波长为622～680nm的红光相对光谱功率大于0.60。参见图10，经过两种发光体的组合，使得白光各波段的比例均类似自然光中对应波段的比例。

进一步地，上述第一发光体123的数量和第二发光体124的数量之比为1-4:1，第一发光体123的总光通量和第二发光体124的总光辐射量之比为2-3:1，具体地，第二发光体124的光辐射量为80-160mW，第一发光体123的光通量为200-350lm。通过该光通量比的设定，可以有利于上述白光的形成，并且使相应显色指数等参数满足预设的要求。

关于发光体的数量，如图5，第一发光体123有两个，第二发光体124有一个，两个第二发光体124对称地设置于第二发光体124的两侧。如图7，第一发光体123有四个，第二发光体124有一个，四个第一发光体123均匀设置于第二发光体124的周围。如图8，第一发光体123有一个，第二发光体124有一个，第一发光体123和第二发光体124并排设置。

进一步参考图9和图10，第一发光体123和第二发光体124组合后产生的白光中，红色光的相对光谱功率大于0.60；橙色光的相对光谱功率大于0.55；黄色光的相对光谱功率大于0.50；绿色光的相对光谱功率大于0.35；青色光的相对光谱功率大于0.30；蓝色光的相对光谱功率小于0.75且大于0.3；紫色光的相对光谱功率小于0.1。可见，该白光的各波段比例均接近自然光。这与本实施例采用的第一发光体123密切相关。

具体地，第一发光体123包括蓝光芯片和设置于蓝光芯片上的荧光胶体，蓝光芯片的波长为450-480nm，优选为457-480nm。其中，荧光胶体包括胶体和混合于胶体内部的荧光粉，荧光粉包括红粉、绿粉和黄绿粉；红粉的色坐标为X：0.660～0.716，Y：0.340～0.286；绿粉的色坐标为X：0.064～0.081，Y：0.488～0.507；黄绿粉的色坐标为X：0.367～0.424，Y：0.571～0.545；红粉、绿粉和黄绿粉的重量比为：红粉：绿粉：黄绿粉＝(0.010～0.035):(0.018～0.068):(0.071～0.253)；荧光膜的浓度为17％～43％。红粉、绿粉和黄绿粉的粒径均小于15μm，优选为13±2μm。

通过选择上述蓝光芯片和荧光胶体结合，可以获得第一白光，其具有如下光学参数：色温为2700K-3000K时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.30；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.70；色温为4000K-4200K时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.45；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.65；色温为5500K-6000K时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.4；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.60。用于摄像机的光源通常使用色温高于4000K的白光源。

该第一白光中，各波段比例已经很高，但是红光部分不足，因此通过第二发光体124来进行补偿，并且通过光谱优化使最终的白光达到预定的要求。

进一步地，根据图9可见，白光中的青光部分较高(高于0.4)，这在传统的LED白光源中是罕见的，传统的LED白光源中青光的相对光谱通常低于0.3，这对显色指数R12具有直接的影响，进而也影响着综合显色指数Ra。本实施例是通过采用特殊的蓝光芯片配合荧光胶体实现的，具体地，本实施例采用的是457.5-480nm。

本发明实施例突破传统惯例(采用450-455nm蓝光芯片)，选择了457.5nm-480nm(至少为457.5nm-460nm)的蓝光芯片，结合上述荧光胶体，使得青光的相对光谱功率得到明显提升。同时由于青光的提升，提升了显指R12和Ra，进一步改善摄像效果。

进一步地，上述LED光源12中，第一发光体123和第二发光体124均可以选择体积较小的发光体，例如，第一发光体123和第二发光体124的长度和宽度可以小于1mm，高度可以小于0.5mm，间距可以小于1mm，整个光源12的长度和宽度小于6mm，高度小于3mm。该小型单颗LED光源12可以根据需要设置于某电路板上的任何问题，使整个光源板均匀发光，适用性比较好。

作为进一步的改进，为了便于LED光源12的应用，优选将第一发光体123和第二发光体124串联，且通过相同的电流驱动发光，这样，不需要设计控制电路来调整两种发光体的驱动电流，使其应用性得以明显提升，实现拿来即用且随处可用。在本实施例中，该驱动电流为20-100mA，这是通过大量的前期实验研究得以实现的技术方案。在摄像照明领域，乃至LED领域，均未出现能够统一驱动的单颗小型白光源，这在光学领域是非常重要的技术突破。

进一步地，LED光源12的载体121上的导电线路125包括用于将第一发光体123和第二发光体124串联的连接部1252和由连接部1252延伸形成的两个第一引脚部1251，两个第一引脚部1251分别连接外部电路的正负极端子；连接部1252还延伸有两个第二引脚部1253，第二引脚部1253不用于连接电源，而是用于散热，还可进一步提升光源12的结构对称性和与其他电路板的连接强度。

进一步地，本发明的补光模块10采用的LED光源12中，蓝光芯片和红光芯片优选倒装于载体121上，倒装芯片有利于和载体121上的导电线路125有效连接，有利于高效散热，并且有利于设备在芯片上统一成膜，保证不同产品的荧光膜一致性好，进而可以避免正装芯片的点胶过程造成一致性差的问题。

另外，倒装芯片也使得光源12的体积进一步减小，有利于光源12尺寸控制。当然，本发明不局限于采用倒装芯片，采用正装芯片也是可行的。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摄像装置，其特征在于，包括补光模块、图像采集模块以及与所述图像采集模块连接的图像处理模块；所述图像采集模块包括镜头组件，用于采集来自被摄像物体反射的光线，所述图像处理模块包括感光单元以及与所述感光单元连接的数据处理单元；所述补光模块包括电路板和设置于所述电路板上的多个光源，所述光源为能够发出白光的LED光源，所述白光的波长至少包括450-680nm且各波段的相对光谱功率均大于0.3，所述白光的显色指数Ra大于90，显色指数R9大于90，显色指数R12大于75。

2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述补光模块包括一个块状电路板，多个LED光源集中且均匀设置于所述块状电路板上，所述补光模块设置于所述镜头组件的成像侧，在所述补光模块和所述镜头组件之间设有导光组件，用于将LED光源发出的光线传导至所述镜头组件的周围并投向摄像区域。

3.如权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，所述块状电路板的中心轴与所述镜头组件的光轴平行或共线。

4.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述补光模块包括一个环形电路板，所述LED光源均匀设置于所述环形电路板上，所述镜头组件位于所述环形电路板的内侧中空区域，所述LED光源发出的光线直接投向摄像区域。

5.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述LED光源包括载体、设置于所述载体上的反射杯、设置于所述反射杯中的第一发光体和第二发光体，所述第一发光体用于产生第一白光，所述第一白光的波长至少包括450-640nm，所述第二发光体用于产生红光，所述红光的波长大于640nm。

6.如权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，所述第一发光体的数量和所述第二发光体的数量之比为1-4:1，所述第一发光体的总光通量和所述第二发光体的总光辐射量之比为2-3:1。

7.如权利要求6所述的摄像装置，其特征在于，所述第一发光体和第二发光体组合后产生的所述白光中，红色光的相对光谱功率大于0.60；橙色光的相对光谱功率大于0.55；黄色光的相对光谱功率大于0.50；绿色光的相对光谱功率大于0.35；青色光的相对光谱功率大于0.30；蓝色光的相对光谱功率小于0.75且大于0.3。

8.如权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，所述第一发光体包括蓝光芯片和设置于所述蓝光芯片上的荧光胶体，所述蓝光芯片的波长大于457nm。

9.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述LED光源的出光角度为120°-150°，所述LED光源的长度和宽度小于6mm，高度小于3mm。

10.如权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，所述LED光源的第一发光体和第二发光体串联，通过相同的电流驱动发光，所述驱动电流为20-100mA。