CN112383717A

CN112383717A - 电流可调红外补光控制电路以及具备该控制电路的dms摄像头

Info

Publication number: CN112383717A
Application number: CN202011261502.1A
Authority: CN
Inventors: 赵翔; 闫小华
Original assignee: Anbofu Electronics Suzhou Co ltd
Current assignee: Anbofu Electronics Suzhou Co ltd
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: CN112383717B

Abstract

本公开提供一种电流可调红外补光控制电路，包括开关电路、电流调节模块和电流稳定模块。开关电路包括MOS管，MOS管的栅极用于接收时序控制信号，源极接地。电流调节模块用于接收脉宽调制信号作为输入，并将脉宽调制信号转换为直流信号施加到MOS管的漏极。电流稳定模块的输入端连接到MOS管的漏极，输出端连接到一个或多个红外发光二极管。电流稳定模块用于向一个或多个红外发光二极管提供稳定的输出电流。该电流可调红外补光控制电路能通过改变脉宽调制信号的占空比来调节对红外发光二极管的输出电流。

Description

电流可调红外补光控制电路以及具备该控制电路的DMS摄像头

技术领域

本公开涉及汽车电子技术领域，特别是涉及一种红外补光控制电路以及DMS摄像头。

背景技术

IRLED(Infrared Emitting Diode：红外发光二极管)能够为摄像机提供照明(即红外补光)来进行成像。红外补光的应用场景之一是DMS(Driver Monitor System，驾驶员监视系统)，其能够实现对驾驶员的身份识别、驾驶员疲劳监测以及危险驾驶行为等的监测功能。

DMS利用摄像头采集用户的脸部特征。已知的DMS摄像头采用黑白成像与红外补光的组合方式实现。然而，现有的IRLED采用不可自适应调节的恒流电路控制。由于IRLED的光功率正比于供电电流，因此电流不可调节会导致IRLED的光功率无法改变。然而在实际应用中，环境的变化是实时且不可预计的，固定的光功率无法满足各种应用环境的需求。例如在存在额外红外光的环境中，固定光功率的IRLED会导致被补光物体过曝。

发明内容

在本公开的示例实施例中，提供了一种电流可调红外补光控制电路，包括开关电路、电流调节模块和电流稳定模块。开关电路可以包括MOS管，MOS管的栅极用于接收时序控制信号，源极接地。电流调节模块可以用于接收脉宽调制信号，并将脉宽调制信号转换为直流信号施加到MOS管的漏极。电流稳定模块输入端可以连接到MOS管的漏极，其输出端可以连接到一个或多个红外发光二极管。电流稳定模块用于向一个或多个红外发光二极管提供稳定的输出电流。

在一个实施例中，电流调节模块可以包括低通滤波器。

在一个实施例中，电流稳定模块可以包括至少一个分压电阻。

在一个实施例中，输出电流的大小可以与脉宽调制信号的占空比成正比。

在本公开的另一示例实施例中，提供了一种DMS摄像头，包括图像传感器、环境光传感器、一个或多个红外发光二极管、根据上述示例实施例的电流可调红外补光控制电路、以及控制器。控制器可以被配置成用于至少基于由环境光传感器检测到的环境光强度改变脉宽调制信号的占空比，以获得所需的红外补光强度。

在一个实施例中，控制器被配置成用于当环境光强度上升时，提高脉宽调制信号的占空比。

附图说明

图1图示出示例恒电流红外补光控制电路100的电路图。

图2图示出根据实施例的示例电流可调红外补光控制电路200的框图。

图3图示出根据实施例的示例电流可调红外补光控制电路300的电路图，示出了电流调节模块2和电流稳定模块4的一种示例电路结构。

图4示出图3所示的示例电流可调红外补光控制电路300的U1(t)、U2(t)和Ui(t)的波形图。

图5示出图3所示的示例电流可调红外补光控制电路300在不同的PWM2占空比下的输出电流值i的波形图。

图6示出根据实施例的示例DMS摄像头组件600的框图。

具体实施方式

在以下描述中，陈述了众多特定细节。然而，应当理解，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术，以免使对本描述的理解模糊。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定都包括该特定的特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一个实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合无论是否被明确描述的其他实施例而影响此类特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内的。

出于本公开的目的，短语“A和/或B”意指(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B、和/或C”意指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。

应注意，术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其它变型旨在覆盖非排他性的包括，使得构成、具有、包括、包含要素的列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素，还可包括对这种过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其它要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”、“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成有、具有、包括、包含该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个，除非本文中另有明确声明。

图1图示出示例恒电流红外补光控制电路100的电路图。在图1中，脉宽调制信号PWM1作为控制电路100的时序控制信号，来控制提供给红外补光灯组IRLED1～IRLED4的输出电流的通断。

图1所示的红外补光控制电路100主要包括由电阻器R6、R7、R8以及电容器C6、C7、C8构成的三阶RC低通滤波电路、分别由运算放大器OP1、OP2构成的电压跟随器以及分压电阻R3、R4、R5。滤波电路用于对输入PWM1信号进行滤波。电压跟随器起到隔离和增强驱动能力的作用。

在该电路中，电压Ur取决于PWM1的高电平电压值。然而，脉宽调制信号的幅值是稳定的，因此电压Ur稳定。由于IRLED1～IRLED4的驱动电流取决于电压Ur、以及分压电阻R₃与R₄的电阻比，因此IRLED1～IRLED4的驱动电流也是稳定的。在不更改硬件参数的情况下，无法改变IRLED1～IRLED4的驱动电流大小。在实际应用中，例如对于DMS摄像头，IRLED1～IRLED4通常用于对图像传感器的红外辐射通量进行补偿。在太阳光直接照射摄像机窗口的情况下，需要提高IRLED的辐射通量来抵消太阳光的干扰。若采用图1所示的恒电流红外补光控制电路100，则无法通过提高IRLED1～IRLED4的电流来提高红外辐射通量，造成成像质量的显著降低，这对于驾驶员的状态监测是不利的。因此，需要一种电流可调的红外补光控制电路以满足复杂的环境光条件。

本公开提供了一种电流可调红外补光控制电路以及具备该电流可调红外补光控制电路的DMS摄像头。其中，控制电路包括电流调节模块。通过调整电流调节模块的供电输入信号，能够调节IRLED的电流。

图2图示出根据实施例的示例电流可调红外补光控制电路200的框图。如图2所示，示例控制电路200包括电流调节模块2、开关电路3、电流稳定模块4，用来控制由IRLED1～IRLED4构成红外补光灯组。IRLED的数量仅为例示，可以根据需要任意变更。

开关电路3包括MOS管Q1。MOS管Q1的栅极用于接收时序控制信号。MOS管Q1的源极接地，漏极连接到电流调节模块2的输出端以及电流稳定模块4的输入端。红外补光灯组的输出端接地。电流调节模块2接收供电输入信号作为输入，用于调节MOS管Q1的漏极电压。供电输入信号例如可以是PWM信号。电流稳定模块4将电流调节模块2的输出转换为针对IRLED1～IRLED4的稳定驱动电流。

在DMS应用的情况下，时序控制信号可以基于DMS摄像头的控制器的时序信号来产生，使得红外补光灯组的工作时序与DMS摄像头的曝光时序保持同步。

DMS摄像头的工作机制为分时工作，即摄像头拍照为间断的且在很短的时间内分时工作(如1秒内采集30帧图像，也就是连续的30张画面)。DMS摄像头的主控芯片可以通过软件编程的方式控制图像传感器的曝光时间，曝光时拍照，非曝光时关闭不工作。在一些实施例中，该时序控制信号可以为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号(即固定占空比的周期方波，周期占空比可调)。

具体地，基于DMS摄像头的主控芯片的时序信号生成PWM信号来控制MOS管Q1的通断。例如，通过拉低MOS管Q1的栅极电平，使得MOS管Q1截止，供电输入信号经由电流调节模块2和电流稳定模块4流入红外补光灯组，IRLED1～IRLED4点亮；反之，若MOS管Q1导通，则电流稳定模块4和红外补光灯组的IRLED1～IRLED4被短路，因此IRLED1～IRLED4熄灭。

为了改变红外补光灯组的电流以应对不同环境，需要改变MOS管Q1的漏极电压。漏极电压越高，流过红外补光灯组的电流越大。这可以通过改变供电输入信号来实现。

在图3所示的示例中，采用PWM1作为时序控制信号并采用PWM2作为供电输入信号。

电流调节模块2包括由电阻器R1、R2以及电容器C1、C2组成的二阶RC低通滤波器，以滤除PWM2信号的交流分量。RC低通滤波器之后可以包括由运算放大器OP3构成的电压跟随器，以提高输出的驱动能力。应理解，RC低通滤波器不限于图2所示的二级，也可以采用一阶或更高阶的滤波电路。

电流稳定模块4的电路结构与图1所示的实施例相同，包括滤波电路、分压电路以及电压跟随器。

在图3所示的示例中，PWM2信号通过电流调节模块2后得到稳定的电压。电压U_r等于U₂(t)。电压U₂(t)的大小取决于电阻器R1、R2的电阻值、电容器C1、C2的电容值、PWM2信号的占空比和高电平幅值。电压U_r经过电流稳定模块4的电阻器R3～R5分压后得到设定的输出电流值i用于驱动IRLED1～IRLED4。输出电流i的大小如下式(1)所示。

其中，t_on是PWM2的高电平时间，T是PWM2的周期，u_H是PWM2的高电平电压值，u_L是PWM2的低电平电压值。

对式(1)进行变换可以得到下式(2)

在式(2)中，u_H、u_L、R₃、R₄和R₅均为固定值，因此输出电流i的大小与PWM2的占空比

成正比。因此能够通过调节PWM2的占空比

来改变输出电流i。

在一些实施例中，PWM2可以由控制器以软件方式提供，诸如MCU(MicrocontrollerUnit：微控制单元)、SOC(System on Chip：片上系统)等。在DMS应用下，PWM2可以由DMS相机的主控芯片根据所需的红外补光强度提供。所需的红外补光强度可以基于环境光传感器的环境光检测信号来确定。

图4示出图3所示的示例电流可调红外补光控制电路300的U₁(t)、U₂(t)和U_i(t)的波形图。图5示出图3所示的示例电流可调红外补光控制电路300在不同的PWM2占空比下的输出电流值i的波形图。

如图4和图5所示，PWM2信号(U_i(t))经一阶低通滤波后得到大致稳定的电压(U₁(t)，电压波动约为0.01伏)，经二级低通滤波后得到基本稳定的电压(U₂(t))。输出电流i的大小正比于PWM2信号的占空比。

与图1所示的恒电流红外补光控制电路100相比，根据实施例的示例电流可调红外补光控制电路300能通过调节PWM2信号的占空比来调节IRLED1～IRLED4的光功率。

图6示出根据实施例的示例DMS摄像头组件600的框图。在图6的示例中，控制器63用作DMS摄像头组件600的主控芯片，其控制图像传感器62的曝光时序，并向补光控制电路66提供时序控制信号，使得补光时序与图像传感器62的曝光时序一致。控制器63还基于来自环境光传感器64的光强检测信号改变提供给补光控制电路66的供电控制信号，例如PWM信号的占空比，来调节对IRLED68的输出电流以便获得所需的补光强度。例如在环境光较强时，提高PWM信号的占空比来提高补光强度，反之亦然。

以上详细描述了本发明的优选实施方式。但应当理解为本发明在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种电流可调红外补光控制电路，包括：

开关电路，包括MOS管，所述MOS管的栅极用于接收时序控制信号，源极接地；

电流调节模块，用于接收脉宽调制信号作为输入，并将所述脉宽调制信号转换为直流信号施加到所述MOS管的漏极；以及

电流稳定模块，其输入端连接到所述MOS管的漏极，输出端连接到一个或多个红外发光二极管，所述电流稳定模块用于向所述一个或多个红外发光二极管提供稳定的输出电流。

2.如权利要求1所述的电流可调红外补光控制电路，其特征在于，所述电流调节模块包括低通滤波器。

3.如权利要求1所述的电流可调红外补光控制电路，其特征在于，所述电流稳定模块包括至少一个分压电阻。

4.如权利要求1所述的电流可调红外补光控制电路，其特征在于，所述输出电流的大小与所述脉宽调制信号的占空比成正比。

5.一种DMS摄像头，包括：

图像传感器；

环境光传感器；

一个或多个红外发光二极管；

如权利要求1至4中任一项所述的红外补光控制电路；以及

控制器，所述控制器被配置成用于至少基于由所述环境光传感器检测到的环境光强度改变所述脉宽调制信号的占空比，以获得所需的红外补光强度。

6.如权利要求5所述的DMS摄像头，其特征在于，所述控制器被配置成用于当所述环境光强度上升时，提高所述脉宽调制信号的占空比。