CN213213603U - 摄像机补光系统和摄像机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种摄像机补光系统和摄像机。摄像机补光系统包括：光敏元件，光敏元件随光线强度变化输出电压；控制器，控制器连接光敏元件；连接控制器的电流驱动模块，电流驱动模块用于连接电源；还包括连接电流驱动模块的发光装置；控制器接收光敏元件的输出电压，输出PWM控制信号；电流驱动模块接收PWM控制信号，驱动发光装置在恒流状态下工作。本申请的摄像机补光系统具有直流驱动、无级调光、无频闪、高效率等特点，即满足以往摄像无级调光功能，又解决了频闪干扰问题，适合于灵敏度高对补光系统要求较高的摄像机应用。

Description

摄像机补光系统和摄像机

技术领域

本申请涉及灯光控制技术领域，特别是涉及一种摄像机补光系统和摄像机。

背景技术

在摄像机系统中，补光灯的作用不可或缺，在环境或者图像采集对象的亮度较低的情况下就需要补光灯来提供光源，增加亮度，达到较好的成像效果。在早期的摄像机系统中，补光灯的控制用持续驱动方式，使用电子开关控制补光灯启动或关闭，补光灯开启后，在图像采集过程中补光灯持续点亮以提供良好的光照度。随着视频摄像技术的发展，出现了补光强度可调的补光灯控制系统，利用PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)方法对补光灯的亮度进行精确控制，实现无级调光，以适应不同环境光线下的精准补光需求。但是，由于补光灯工作在开关状态，摄像机在图像采集过程中，补光灯不停通断会带来频闪干扰，影响成像质量，同时，工作在开关状态的驱动电路也会对摄像机其他电子部件带来电磁干扰。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前PWM调光系统，存在频闪严重等问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种摄像机补光系统和摄像机。

为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种摄像机补光系统，包括：

光敏元件，光敏元件随光线强度变化输出电压；

控制器，控制器连接光敏元件；

连接控制器的电流驱动模块，电流驱动模块用于连接电源；

还包括连接电流驱动模块的发光装置；

控制器接收光敏元件的输出电压，输出PWM控制信号；电流驱动模块接收PWM控制信号，驱动发光装置在恒流状态下工作。

在其中一个实施例中，电流驱动模块为LED驱动器。

在其中一个实施例中，LED驱动器包括PWM电流控制器和恒流驱动器；恒流驱动器用于连接电源；

PWM电流控制器分别连接控制器、恒流驱动器；

恒流驱动器和发光装置相连接。

在其中一个实施例中，PWM电流控制器和恒流驱动器集成于电路板上。

在其中一个实施例中，控制器为MCU；

MCU的AD采样端连接光敏元件；

MCU的PWM信号输出端与PWM电流控制器相连接。

在其中一个实施例中，发光装置为LED。

在其中一个实施例中，光敏元件为光敏电阻。

在其中一个实施例中，光敏元件为光敏二极管。

在其中一个实施例中，光敏元件为光敏三极管。

一种摄像机，包括如上述的摄像机补光系统。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请的电流驱动模块采用恒流驱动模式，驱动发光装置在恒流状态下工作，克服了以往传统补光系统的补光灯频闪严重的问题；本申请提供了一种直流驱动可无级调光的摄像机补光系统，实现了直流调光、恒流驱动，使得本申请中的发光装置亮度稳定，避免了频闪干扰摄像机成像效果。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中摄像机补光系统的第一结构框图；

图2为一个实施例中摄像机补光系统的第二结构框图；

图3为一个实施例中摄像机补光系统的第三结构框图；

图4为一个实施例中摄像机的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

传统PWM调光补光灯控制系统，在不同的环境光线下，光敏元件随不同的光线强度输出不同的电压，摄像机MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)控制器接收光敏元件输出的电压并控制驱动功率管NMOS(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体)的导通和关闭，补光灯的开启时间随NMOS的导通时间而变化。PWM占空比越高，一个脉冲周期下NMOS的导通时间越长，补光灯的开启时间就越长，亮度就越高。

传统的PWM调光系统利用脉宽调制方法，以某一特定的频率，让补光灯工作在开关状态。由于补光灯工作在开关状态，摄像机在图像采集过程中，补光灯不停通断会带来频闪干扰，影响成像质量，同时，工作在开关状态的驱动电路也会对摄像机其他电子部件带来电磁干扰。虽然现在有部分摄像机可以实现画质增强，但随着成像传感器灵敏度越来越高，频闪干扰对成像质量的影响变得越来越明显，单纯的PWM调光方式已无法满足高质量的成像要求。对于具备人脸识别、区域入侵侦测、车牌识别等智能识别功能的新型摄像机，对成像质量提出了更高的要求，由于普通PWM调光方式带来的频闪干扰问题，甚至有很多摄像机将PWM调光补光灯改回最原始的非调光补光灯。

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

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种摄像机补光系统，可以包括：

光敏元件，光敏元件随光线强度变化输出电压；

控制器，控制器连接光敏元件；

连接控制器的电流驱动模块，电流驱动模块用于连接电源；

还可以包括连接电流驱动模块的发光装置；

控制器接收光敏元件的输出电压，输出PWM控制信号；电流驱动模块接收PWM控制信号，驱动发光装置在恒流状态下工作。

具体而言，光敏元件在测量到环境的光线强度时，将光信号转换为电信号，向控制器输出电压；控制器接收光敏元件传输的电压，并输出相应占空比的PWM控制信号，该PWM控制信号的占空比可变，控制器将此PWM控制信号传输至电流驱动模块；电流驱动模块根据PWM控制信号的占空比输出相应的恒定电流至发光装置，发光装置在恒流状态下工作，其发光亮度与设定的电流值相对应，电源用于为电流驱动模块供电。

当环境的光线强度发生改变时，光敏元件随光线强度变化向控制器输出不同的电压，即当环境的光线强度变弱时，光敏元件输出的电压变小，控制器接收到光敏元件传输的电压变小，从而调节相应的PWM脉冲宽度减小，电流驱动模块根据PWM脉冲宽度变化降低输出的恒定电流的大小，从而使得发光装置的亮度降低，且无频闪效应；相应地，当环境的光线强度变强时，光敏元件输出的电压变大，控制器接收到光敏元件传输的电压变大，从而调节相应的PWM脉冲宽度增大，电流驱动模块根据PWM脉冲宽度变化提高输出的恒定电流的大小，从而使得发光装置的亮度提高，实现了无级调光以及无频闪效应。

本申请的摄像机补光系统中的电流驱动模块可以为发光装置提供稳定的恒定电流，发光装置在恒流状态下工作，进而没有频闪效应。本申请实现了无级调光，发光装置亮度稳定，避免了频闪干扰影响摄像机成像效果。

此外，本申请实现了恒流驱动，发光装置驱动电路在非开关状态工作，避免了对摄像机其他电路造成电磁干扰，有利于改善电磁兼容性指标。

在一个具体的实施例中，发光装置可以为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)。

具体而言，光敏元件随光线变化输出不同的电压，控制器接收电压后输出相应的PWM控制信号，电流驱动模块根据PWM控制信号的占空比，调节PWM脉冲宽度变化并输出相应的电流，使得LED灯在恒流模式下工作，没有频闪、亮度稳定。

在一个具体的实施例中，光敏元件可以为光敏电阻。

具体地，光敏电阻随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，光敏电阻对光线非常敏感，主要用于环境光检测；当环境光变弱时，光敏电阻输出电压变小，控制器接收到的电压变小，根据电压的大小输出相应占空比的PWM控制信号至电流驱动器，电流驱动器根据PWM控制信号的占空比输出相应的恒定电流，用于发光装置的供电，发光装置的亮度可以随环境光线的强度变化而变化，实现了发光装置的无级调光，且发光装置在恒流状态下工作，无频闪效应。

其中，光敏元件也可以为光敏二极管和光敏三极管，都是利用了其对光的敏感性、并且在光强变化时可以将光信号转换成相应的电信号的特点。

在一个具体的实施例中，如图2所示，控制器可以为MCU；

MCU的AD(analog to digital converter，模拟数字转换器)采样端连接光敏元件；

MCU的PWM信号输出端与电流驱动模块相连接。

具体地，PWM脉宽调制电路可用于调整脉冲信号的脉冲宽度，包括但不局限于调整脉冲信号的周期和占空比，可通过集成在MCU微控制器或DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理)芯片内部的PWM控制器进行实现，也可采用分立的器件进行实现。

具体而言，PWM电路可包括开关器件，开关器件的一端可用于接收输入电信号。开关器件的开关状态随输入电信号的电压大小进行调整，使得开关器件另一端的电压发生改变，从而实现脉冲信号的输出。通过对输入电信号进行调整，从而可改变开关器件的导通时间和断开时间，进而实现脉冲宽度可调。

在一个示例中，开关器件可以为功率放大器。输入电信号可从功率放大器的正极输入端输入，功率放大器的负极输入端可用于连接参考电源，输出端可用于输出脉冲信号。其中，参考电源用于提供参考电压。在本示例中，参考电源可以为锯齿波发生器；在另一示例中，参考电源可以为直流电源。

当输入电信号的电压大于参考电压时，功率放大器的输出端输出高电平；当输入电信号的电压小于参考电压时，功率放大器的输出端输出低电平。通过调整输入电信号的波形和/或参考电压的波形，从而可调整脉冲信号的脉冲宽度。进一步地，通过对PWM电路输出的矩形波脉冲信号进行调制，从而可输出对应波形的脉冲，包括但不局限于三角波、矩形波和锯齿波等。

本申请中光敏元件根据环境光线的强度输出相应的电压至MCU的AD采样端，MCU内部的AD采样单元将采集的相应的电压模拟信号转换为相应的电压数字信号值，通过MCU软件算法进行运算处理后，MCU的PWM信号发生单元产生相应占空比的PWM控制信号，从PWM信号输出端输出PWM控制信号至电流驱动模块，电流驱动模块根据PWM控制信号的占空比输出相应的恒定电流，为发光装置供电。

当环境光线强度变强时，光敏元件输出的电压变大，MCU的AD采样端接收到的电压变大，MCU内部的AD采样单元采集到的电压数值变大，通过MCU软件算法进行运算处理，MCU根据运算结果调节PWM脉冲宽度增大，通过PWM信号输出端输出占空比增大的PWM控制信号，电流驱动模块根据脉冲宽度变化提高输入LED灯的工作电流大小，使得LED灯的亮度提高；当环境光线减弱时，光敏元件的输出电压相应减小，MCU输出的PWM控制信号的占空比相应减小，电流驱动模块根据PWM脉冲宽度的变化减小输入发光装置的工作电流，使得发光装置的亮度降低。

电流驱动模块可以为发光装置提供可调节的恒定的驱动电流，实现了发光装置的无级调光以及无频闪效应。

以上，本申请的摄像机补光系统的电流驱动模块可以根据环境光线强度的变化，调整发光装置的输入电流，实现了发光装置的无级调光，且使发光装置持续稳定发光，也无频闪。

在一个实施例中，提供了一种摄像机补光系统，可以包括：光敏元件，连接光敏元件的控制器，连接控制器的电流驱动模块以及连接电流驱动模块的发光装置，电流驱动模块还用于连接电源。

其中，控制器接收光敏元件的输出电压，输出PWM控制信号；电流驱动模块接收PWM控制信号，驱动发光装置在恒流状态下工作。

其中，电流驱动模块可以为LED驱动器。

在一个具体的实施例中，发光装置可以为LED，光敏元件可以为光敏电阻。

在一个具体的实施例中，控制器可以为MCU；MCU的AD采样端连接光敏电阻；MCU的PWM信号输出端与LED驱动器相连接。

具体地，光敏电阻测量到环境的光线强度时向MCU的AD采样端输出电压，MCU内部的AD采样单元将采集的电压模拟信号转换为相应的电压数字信号值，通过MCU软件算法进行运算处理后，MCU的PWM信号发生单元产生相应占空比的PWM控制信号，从PWM信号输出端输出PWM控制信号至LED驱动器；LED驱动器根据PWM控制信号的占空比输出相应的恒定电流至LED灯，则LED灯在恒流状态下工作，发光强度稳定。

当光线强度变强时，光敏电阻随光线强度变化输出电压变大，AD采样单元采集到的电压数值增大，通过MCU软件算法进行运算处理，MCU根据运算结果调节PWM脉冲宽度增大，并通过PWM信号输出端向LED驱动器输入该占空比增大的PWM控制信号，LED驱动器根据PWM脉冲宽度的变化提高LED灯的的工作电流，使得LED的亮度增大，且无频闪；光线强度变弱时，光敏电阻随光线强度变化输出电压变小，AD采样单元采集到的电压数值变小，通过MCU软件算法进行运算处理，MCU根据运算结果调节PWM脉冲宽度减小，并通过PWM信号输出端向LED驱动器输入该占空比减小的PWM控制信号，LED驱动器根据PWM脉冲宽度的变化降低LED灯的的工作电流，使得LED的亮度降低。

LED驱动器为LED灯提供可调节的恒定的驱动电流，保证了LED灯在恒流状态下工作，无频闪且可以无级调光。

在一个具体的实施例中，如图3所示，LED驱动器可以包括PWM电流控制器和恒流驱动器；恒流驱动器用于连接电源；

PWM电流控制器分别连接恒流驱动器、MCU的PWM信号输出端；

恒流驱动器和LED相连接。

具体地，光敏电阻测量到环境的光线强度时向MCU的AD采样端输出电压，MCU内部的AD采样单元将采集的电压模拟信号转换为相应的电压数字信号值，通过MCU软件算法进行运算处理后，MCU的PWM信号发生单元产生相应占空比的PWM控制信号，从PWM信号输出端输出PWM控制信号至LED驱动器的PWM电流控制器，恒流驱动器根据PWM电流控制器接收到的PWM控制信号的占空比值、输出相应大小的恒定电流为LED灯供电。

当环境的光线强度变弱时，光敏电阻的输出电压变小，光敏电阻将其传输至MCU的AD采样端，MCU内部的AD采样单元采集到的电压数值变小，经过MCU软件算法进行运算处理后，MCU根据运算结果调节PWM脉冲宽度减小，PWM信号输出端将占空比减小的PWM控制信号传输至PWM电流控制，PWM电流控制器根据脉冲宽度变化调节恒流驱动器降低LED灯的工作电流，使得LED亮度降低；当环境的光线强度变强时，光敏电阻的输出电压变大，并将其传输至MCU的AD采样端，MCU内部的AD采样单元采集到的电压数值变大，经过MCU软件算法进行运算处理后，MCU根据运算结果调节PWM脉冲宽度增大，PWM信号输出端将占空比增大的PWM控制信号传输至PWM电流控制，PWM电流控制器根据脉冲宽度变化调节恒流驱动器提高LED灯的工作电流，使得LED亮度提高。

MCU集成AD采样单元和PWM信号发生单元，负责采集光敏元件输出电压值，运行软件算法，产生PWM控制信号，PWM脉冲宽度调节；LED驱动器的PWM电流控制器控制恒流驱动器根据PWM脉冲宽度的变化调节输入LED的工作电流，恒流驱动器为LED灯提供恒定的驱动电流使LED灯持续点亮，实现了LED的亮度无级调节，LED在恒流状态下工作，避免了频闪效应。

在一个具体的实施例中，PWM电流控制器和恒流驱动器集成于电路板上。

具体而言，LED驱动器可以为TPS5420X驱动器，TPS5420X驱动器包括TPS54200驱动器和TPS54201驱动器；LED驱动器集成恒流驱动器和PWM电流控制器于电路板上，电路板可以为印刷电路板；LED驱动器可以用集成恒流驱动器、PWM电流控制器的其他器件代替，也可以用具有同等功能的分立元件或集成电路代替，其目的都是将接收的PWM控制信号根据其PWM脉冲宽度的变化调整输出电流大小，为发光装置提供稳定、恒定的工作电流。

以上，本申请将PWM电流控制器和恒流驱动器集成于一体，提升了电路板的空间利用率，使得电路板空间占用更小，有利于实现摄像机小型化设计，同时也保证了发光装置无级调光、无频闪的功能。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种摄像机，可以包括摄像机补光系统；

摄像机补光系统可以包括：光敏元件，连接光敏元件的控制器，连接控制器的电流驱动模块以及连接电流驱动模块的发光装置，电流驱动模块还用于连接电源。

其中，控制器接收光敏元件的输出电压，输出PWM控制信号；电流驱动模块接收PWM控制信号，驱动发光装置在恒流状态下工作。

在一个具体的实施例中，电流驱动模块可以为LED驱动器，LED驱动器可以包括PWM电流控制器和恒流驱动器，恒流驱动器分别与PWM电流控制器、发光装置相连接，恒流驱动器还用于连接电源，PWM电流控制器和恒流驱动器集成于电路板上；控制器可以为MCU，MCU的AD采样端连接光敏元件，MCU的PWM信号输出端与PWM电流控制器相连接。

在一个具体的实施例中，发光装置可以为LED，光敏元件可以为光敏电阻。

在一个具体的实施例中，光敏元件还可以为光敏二极管或者光敏三极管。

具体而言，在使用本申请摄像机进行拍摄时，摄像机接通电源使用摄像机补光功能时，摄像机补光系统可以根据环境光线强度的变化为摄像机的LED补光灯提供相应大小的恒定的驱动电流，使得摄像机的LED补光灯可以随环境光线强度的变化而调整其亮度变化，环境光线增强，LED补光灯亮度随之增强，环境光线减弱，LED补光灯亮度随之减弱，实现了摄像机LED灯的无级调光；并且摄像机的LED补光灯在恒流状态下工作，没有频闪效应；摄像机在图像采集过程中，补光灯不会带来频闪干扰，避免了频闪干扰影响成像质量，同时，补光灯的驱动电路在非开关状态下工作，避免了对摄像机其他电路造成电磁影响，有利于改善电磁兼容性指标；驱动电路集成化设计使得电路板空间占用更小，有利于实现摄像机小型化设计。

综上所述，本申请的基于PWM无级调光方式，对发光装置的驱动部分进行了改进，将驱动电路集成化设计，集成了恒流驱动器，提升了电路板空间利用率，提供了一种直流驱动可无级调光的摄像机补光系统，本申请具有直流驱动、无级调光、无频闪、高效率以及节省空间的特点，满足了以往摄像机补光灯无级调光的功能，又解决了频闪干扰问题，适用于灵敏度高、对补光系统要求较高的摄像机应用。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种摄像机补光系统，其特征在于，包括：

光敏元件，所述光敏元件随光线强度变化输出电压；

控制器，所述控制器连接所述光敏元件；

连接所述控制器的电流驱动模块，所述电流驱动模块用于连接电源；

还包括连接所述电流驱动模块的发光装置；

所述控制器接收所述光敏元件的输出电压，输出PWM控制信号；所述电流驱动模块接收所述PWM控制信号，驱动所述发光装置在恒流状态下工作。

2.根据权利要求1所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述电流驱动模块为LED驱动器。

3.根据权利要求2所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述LED驱动器包括PWM电流控制器和恒流驱动器；所述恒流驱动器用于连接所述电源；

所述PWM电流控制器分别连接所述控制器、所述恒流驱动器；

所述恒流驱动器和所述发光装置相连接。

4.根据权利要求3所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述PWM电流控制器和所述恒流驱动器集成于电路板上。

5.根据权利要求3所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述控制器为MCU；

所述MCU的AD采样端连接所述光敏元件；

所述MCU的PWM信号输出端与所述PWM电流控制器相连接。

6.根据权利要求3所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述发光装置为LED。

7.根据权利要求1至6任一项所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述光敏元件为光敏电阻。

8.根据权利要求1至6任一项所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述光敏元件为光敏二极管。

9.根据权利要求1至6任一项所述的摄像机补光系统，其特征在于，所述光敏元件为光敏三极管。

10.一种摄像机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的摄像机补光系统。

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