CZ2012372A3 - Ozarovací zarízení pro CCTV kamery - Google Patents

Abstract

Ozarovací zarízení urcené pro zobrazovací zarízení, napríklad kameru, obsahující zdroje zárení, napríklad LED, spocívá v tom, ze na nosici jsou umísteny zdroje zárení, které jsou rozdeleny do nejméne dvou podskupin, pricemz první podskupina má n.sub.1.n.zdroju zárení a druhá podskupina má n.sub.2.n.zdroju zárení, a kde teziste úcinné zárící plochy zdroju zárení kazdé podskupiny lezí na plose nosice, která má tvar toru.

Description

Ozařovací zařízení pro CCTV kamery

Oblast techniky

Technickým řešení vynálezu je ozařovací zařízení určené pro zobrazovací zařízení se selektivní zářivostí do jednotlivých oblastí pozorované scény.

Dosavadní stav techniky

Ozařovací zařízení jsou často doplňkem CCTV kamer. U běžných ozařovacích zařízení jsou zdroje zářivého toku umístěny na prstenci nebo na jednom nebo i na více rovinných panelech, pomocí kterých je možné, natočením panelů, přizpůsobit úhel vyzařování zornému poli kamery. Hlavní nevýhodou těchto řešení je, že zářivý výkon do jednotlivých oblastí scény nelze nezávisle a průběžně distribuovat podle aktuálního charakteru scény. Následkem špatných světelných podmínek tak kvalita obrazu, z pohledu rozlišení objektů, není optimální.

Evropský patent EP 1273962 Bl, firmy BOSH (zveřejněný 8.1.2003), popisuje přísvitové zařízení běžně používané pro zařízení pořizující obraz (CCTV kamera). Toto zařízení se skládá z tištěného spoje prstencového tvaru a z většího množství LED diod. LED diody mají v každém případě dvě elektrody, které jsou prstencovitě uspořádány na tištěném spoji, přičemž každá z LED diod má alespoň jeden vyzařovací směr, který se liší od optické osy celého aparátu o úhel beta. Diody jsou dále uspořádány tak, že směr, kterým vyzařují světlo, není rovnoběžný. Každá z diod má 4 nožičky, kde dvě z nich jsou ohnuty a vyvedeny ven a připájeny na tištěný spoj, jako přisazené součástky, kde jsou mezery a náklon diod určeny ohnutím a velikostí zbývajících nožiček. S výhodou úhel beta mezi směrem záření s maximální intenzitou a optickou osou je 15-45 stupňů a průměrně se pohybuje kolem 30 stupňů. Světelné diody LED jsou pravidelně rozestaveny na podkladu přísvitového zařízení. Diody jsou umístěny prstencovitě podél optické osy zařízení. Diody použité v tomto řešení mají mít 4 nožičky, nejméně jednu připojenou jako katodu a jednu jako anodu. Výhodou je, že vlastní zařízení obsahuje 4—16 diod, nejvýhodněji 8. Alespoň některé z použitých diod musí být typu HPWT-DH00. S výhodou se zařízení použije v motorových vozidlech. Dále existuje patentová přihláška US 2005168625 Al firmy Airbus (zveřejněná 4. 8. 2005), která popisuje podobné vyřešení problému. Rozdíl existuje v možnosti natáčení diod do vícero směrů a také v možnosti více kruhových úrovní diod. Diody na rozdíl od řešení společnosti Bosh nemusí být striktně v kruhu kolem optiky kamery, která se také nalézá ve středu optické plochy. Vynález podle US přihlášky US 2005168625 AI firmy Airbus umožňuje diody umísit i do jiných částí vlastní desky. Přísvit podle firmy Airbus (přihlášky US 2005168625 AI) je adaptován podle nastavení diod při výrobě desky s LED diodami a není možné tento přísvit dále měnit jinak, než zapínáním/vypínáním napětí, které do těchto diod teče.

Patent US 7593056 B2 firmy Honeywell (zveřejněný 27.4.2006) také používá natočení diod k úpravě zorného pole přísvitového příslušenství. Na rozdíl od vyřešení firmy Bosh EP 1273962 Bl a firmy Airbus US 2005168625 AI, diody v tomto řešení nemusí být orientovány do kruhu kolem optiky kamery, a umístění přísvitových panelů a vlastních diod, je sice stále kolem optiky kamery, ale ve dvou pruzích, každý z boku této optiky. Hlavním znakem přísvitové části řešení společnosti Honeywell US 7593056 B2 je větší množství přísvitových panelů (většinou dva), z nichž každý se skládá z vícero zdrojů záření (např. LED diody). Tyto zdroje záření nemají optickou osu rovnoběžnou s optickou osou kamery, ale ani s optickou osou jiných zdrojů záření. Zároveň, ale všechny zdroje záření svítí jedním směrem skrz opticky průhledné okno v krytu tohoto řešení. Zdroje záření jsou opět umístěny na jedné rovině, i když vlastní optické osy nejsou rovnoběžné. Natočení optických os LED diod je provedeno tak, že každá z diod je osazena do tištěného spoje šikmo tak, aby úhel jejího natočení odpovídal požadavkům. Záření vydávané LED diodami může být viditelné nebo infračervené.

Řešení popsané v americké přihlášce US 2009196593 AI vynálezce CHENG YI-JEN [TW] (zveřejněné 6.8.2009), stejně jako předchozí řešení společnosti Honeywell US 7593056 B2, nemá LED diody umístěny do kruhu kolem kamery, ale do dvou panelů po bocích optiky. Inovací v tomto případě je umístění diod do “schodovité” struktury, která zahrnuje tři stupně na každé straně, čímž tento vynález dosahuje lepšího osvětlení scény, než kdyby byly umístěny v jedné rovině. Všechny zdroje záření mají optickou osu rovnoběžnou se všemi ostatními zdroji i s vlastní optickou osou sledovací kamery. Záření vydávané LED diodami může být viditelné a IR infračervené.

V patentové přihlášce WO 2011/024193 A2 přihlašovatele KANNAN NATARAJAN, (zveřejněné 3.3.2011) se popisuje elektronický variabilní IR přísvit pro kameru obsahující více skupin IR- diod LED s různými přísvitovými úhly, kde celý zorný úhel se řídí centrální jednotkou, která přizpůsobuje přísvit na základě potřeb kamery. Přítomný mikročip kontroluje obraz snímaný kamerou a na základě analýzy pak upravuje vlastní intenzitu a zorné pole přísvitové jednotky. Výhodou tohoto řešení je možnost manuální úpravy pří svitu pomocí vzdálené klávesnice. Mikročip automaticky upravuje zorný úhel podle nastavení zoomu kamery. Mikročip také kontroluje výstupní obraz a případně upravuje přísvit tak, aby zabránil případnému přesvětlení obrazu. LED diody jsou v tomto provedení zapojeny v sériích. Každá série LED diod má vlastní řídící jednotku, která kontroluje napětí. Přísvitových panelů může být ve výhodném provedení více, na všechny se vztahují stejné parametry jako v případě, že je panel jen jeden.

Patentová přihláška US 2008151052 Al přihlašovatele VIDEOLARM INC (zveřejněná 26.6.2008) popisuje první světelný zdroj a druhý světelný zdroj, který je pozičně nastavitelný ve vztahu k prvnímu světelnému zdroji a obsahuje polohový regulační mechanismus pro různé pozice druhého světelného zdroje ve vztahu k prvnímu zdroji světla tak, že paprsky světla u prvního a druhého světelného zdroje mohou být upraveny v závislosti na vstupním signálu z kamery (může jít o vstupní signál z vnitřní kamery nebo o vstupní signál z externího fotoaparátu).

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje tento vynález. Ozařovací zařízení určené pro zobrazovací zařízení, obsahující zdroje záření, spočívá v tom, že na nosiči jsou umístěny zdroje záření, které jsou rozděleny do nejméně dvou podskupin. První podskupina má ni zdrojů záření a druhá podskupina má n₂ zdrojů záření. Těžiště účinné zářící plochy zdrojů záření každé podskupiny leží na ploše, která má tvar toru.

Počet torů, na jejichž plochách jsou umístěny jednotlivé podskupiny zdrojů záření, jsou nejméně dva, s výhodou je počet torů v rozmezí od dvou a do pěti včetně. Plochy toru, na kterých jsou umístěny zdroje záření, mají poloměry křivosti RX1 v rozsahu od 8 mm do 75 mm včetně a poloměry křivosti RX2 nabývají hodnot bud’ 0 mm, nebo hodnot v rozsahu od 9 mm do 350 mm. X v označeních RX1 a RX2 je identifikace příslušného toru.

Zdrojem záření může být jakýkoliv zdroj záření jako je například LED dioda, žárovka, zářivka, chemiluminiscenční žárovka, dioda vyzařující infračervené záření, laserová dioda, halogenová lampa, fluorescenční lampa nebo jakýkoliv zdroj vyzařující optické záření apod.

Pod pojmem zdroj záření se v celé této přihlášce myslí jakýkoliv zdroj vyzařující optické záření, rozhodně není možné zdroj záření omezovat jen na uvedené příklady zdrojů záření.

Každý zdroj záření je samostatně proudově řízen. Každý zdroj záření je samostatně nastavitelný, buď mechanicky, nebo automaticky. Celkový počet zdrojů záření může být od 10 do 101. Celkový vyzařovací úhel jednotlivých zdrojů záření má úhel 5 stupňů až 50 stupňů. Jednotlivé podskupiny zdrojů záření mohou být vůči sobě schodovitě posunuty. Podle výhodného provedení může se ozařovacího zařízení používat buď samostatně, nebo může být připevněno na tělese CCTV kamery.

Vynález je možné použít zejména pro účely optického sledování a hlídání za špatných světelných podmínek. Vynález zlepšuje rozlišení detailů sledovaných objektů v obraze CCTV kamery tím, že na základě obrazové informace mění ozáření v jednotlivých oblastech scény tak, aby obraz sledovaných objektů vytvořený CCTV kamerou byl kontrastní, vyvážený a prostý nežádoucích vysokých úrovní jasů, které jsou způsobeny odrazy od velmi blízkých a/nebo reflexních a/nebo nevhodně natočených objektů ve sledované scéně.

Zář jednotlivých zdrojů záření může být regulovaná řídící jednotkou. Řídící jednotka je s výhodou opatřena zařízením pro získávání vstupních informací z externích čidel a z kamer. Je ovšem také možné, aby předmětné ozařovací zařízení fungovalo i bez řídící jednotky. V takovém případě lze zář regulovat manuálně. Distribuované ozáření oblastí scény se provádí regulací proudu u samostatně proudově řízených a pevně umístěných zdrojů záření. Zdroji záření jsou světelné zdroje zářící ve viditelné a/nebo infračervené oblasti spektra. Každý zdroj záření může být opatřen integrovanou čočkou.

Skupina N - zdrojů záření může být rozdělena do nejméně dvou podskupin s počtem ni a n₂ zdrojů záření, kde n je součet ni a n₂. Každá podskupina je v prostoru umístěna právě na jednom toru a to tak, že těžiště účinné zářící plochy zdroje záření každé podskupiny leží na ploše, která má tvar toru. Jednotlivé podskupiny zdrojů záření mohou být vůči sobě schodovitě posunuty. Celkový počet zdrojů záření je obvykle 12 nejméně však 10 a nejvíce 101.

Zařízení podle vynálezu může být samostatně nebo např. na tělese CCTV kamery. CCTV kamera může pracovat v režimu den-noc (ne však výhradně). U tradičních přísvitů se klade důraz na rovnoměrné ozáření scény a není brána v úvahu aktuální pozice, natočení a charakter objektů ve scéně. Vynález, naproti tomu, dynamicky optimalizuje kvalitu obrazů sledovaných objektů tak, že odděleně řídí ozáření jednotlivých oblastí scény. Základní funkce vynálezu je optimalizace obrazové kvality sledovaných objektů distribuovaným ozářením scény.

Řídící jednotku může tvořit počítač, proudový regulátor a interface mezi počítačem řídící jednotky a okolními zařízeními, které dodávají vstupní informace. Řídící jednotka získává vstupní informace z okolních senzorů a z kamery. Mezi senzory patří senzor okolního osvětlení, resp. ozáření, senzor teploty, otevřených vrat, zvuku a mlhy. Počítač řídící jednotky průběžně vyhodnocuje vstupní informace, kde hlavním kritériem pro vyhodnocení je kvalita obrazu CCTV kamery. Na základě této vyhodnocené informace řídící jednotka distribuuje velikost elektrického proudu do jednotlivých zdrojů záření.

Ze stavu techniky je sice známo schodovité uspořádání skupin obsahujících LED diody, podle přihlášky US 2009196593 AI, ale toto řešení má všechny zdroje záření rovnoběžné s optickou osou všech ostatních zdrojů i s vlastní optickou osou sledovací kamery a tím se vynález odlišuje od tohoto vynálezu. Předmětný vynález se odlišuje zejména v tom, že každá podskupina obsahující světelné diody LED má tvar toru.

Pokud jde o patent EP 1273962 B1 firmy Bosh, diody jsou umístěny v jedné rovině, zatímco podle předmětného vynálezu jsou umístěny na ploše ve tvaru toru a je možné adaptivně měnit přísvit podle charakteru scény, což jsou nové znaky předmětného vynálezu.

Optická osa zdroje záření předmětného ozařovacího zařízení je definovaná jako přímka procházející těžištěm účinné zářící plochy zdroje záření a bodem zvaným centroid ozáření, dále jen centroid. Centroid je bod ležící v prostoru uvnitř kulové plochy, ozářené tímto jedním zdrojem záření. Kulová plocha má střed v těžišti účinné zářící plochy tohoto zdroje záření a poloměr křivosti o velikosti minimálně dvacetinásobku maximálního rozměru účinné zářící plochy tohoto zdroje záření.

Pro výpočet souřadnic centroidu platí následující vztahy:

_ Syz _ ^szx „ _ ^— p > Fc ~ p > p kde 2_e jsou souřadnice centroidu v pravoúhlé soustavě souřadnic, kde dále platí

—) dxdv, Jy/ “ rr — r -· t. fSs V . , j

S,„ = |l E(x, V)T Í1 -ř —) + l —) dxdv, ** «Μ · -y \8x f \&y/ kde x, y, z(x,y) jsou souřadnice v pravoúhlé soustavě souřadnic, £(χ,ν) je ozáření výše uvedené kulové plochy příslušným zdrojem záření, kde z(x,y) a E(x,y) jsou funkcemi x a y, přičemž € M a kde P je celkový zářivý tok zdroje záření dopadající na kulovou plochu. Celkový zářivý tok P je definován rovnicí

Celá skupina zdrojů záření je rozdělena do podskupin a každá podskupina leží na ploše právě jednoho toru, který definují poloměry křivosti RX1, RX2, středy křivosti CXI, CX2, osa rotace procházející středem křivosti CX2. Osa rotace je kolmá na přímku procházející středem křivosti CXI a CX2. Pro RX1 a pro RX2 platí, buď RX2 > RXÍ nebo RX2 je rovno nule potom, pokud je RX2 rovno nule, RX1 může nabývat libovolné hodnoty z rozsahu pro RX1 přípustných hodnot. RX2 je vzdálenost mezi středy křivosti CX2 a CX1.

Přehled obrázků na výkresech

Pro lepší pochopení vynálezu jsou přiloženy obrázky.

Na obrázku 1 je znázorněno zařízení podle jednoho provedení vynálezu spolu s CCTV kamerou a řídící jednotkou v izometrickém pohledu.

Na obrázku 2 je znázorněno zařízení spolu s CCTV kamerou a řídící jednotkou v bokorysu.

Na obrázku 3 je znázorněno zařízení spolu s CCTV kamerou a řídící jednotkou v nárysu.

Na obrázku 4 je znázorněna tvorba toru rotací kružnice okolo osy rotace.

Na obrázku 5 je znázorněn zdroj záření s těžištěm účinné zářící plochy zdroje záření a optickou a mechanickou osou zdroje záření.

Na obrázku 6 je znázorněna podskupina zdrojů záření na příslušném toru.

Na obrázku 7 je znázorněna druhá podskupina zdrojů záření a jejich umístění na příslušné ploše toru.

Na obrázcích 8a a 8b jsou znázorněny zdroje záření na příslušných torech v podskupině v bokorysu.

Na obrázku 9 jsou znázorněny zdroje záření na příslušných torech v podskupinách v půdorysu.

Na obrázku 10 je znázorněn torus druhé podskupiny se šesti umístěnými a orientovanými zdroji záření, kde dva z těchto zdrojů záření jsou v částečném řezu.

Na obrázku 11 jsou znázorněny kužely 50% zářivosti jednotlivých zdrojů záření v prostoru.

Obrázky 12 až 16 znázorňují úhlové rozložení zářivosti dosažené distribuovaným zářivým tokem ze zdrojů záření podle vynálezu. Křivka na obrázku 12 odráží rozložení intenzity záření při plném ozáření scény. Křivka na obrázku 13 odráží rozložení zářivosti při směrovém ozáření scény. Křivka na obrázku 14 odráží rozložení zářivosti při směrovém ozáření scény. Křivka na obrázku 15 odráží rozložení zářivosti při směrovém ozáření scény. Křivka na obrázku 16 odráží rozložení zářivosti při směrovém ozáření scény.

Příklady provedení vynálezu

Dále se uvádějí konkrétní provedení vynálezu, které však nijak neomezují rozsah ochrany zařízení popsaného v patentových nárocích:

Příklad 1

Na obr. 1 je znázorněno zařízení podle jednoho provedení vynálezu spolu s CCTV kamerou 5 a řídící jednotkou 3. Ke kameře je připevněn nosič 1 zdrojů záření s objektivem 4 kamery. Zařízení obsahuje nosič 1 světelných diod LED, na kterém jsou umístěny dvě podskupiny. Každá podskupina leží na ploše ve tvaru toru 9. V první podskupině je podle tohoto příkladu provedení šest světelných diod LED, ve druhé podskupině je dvanáct světelných diod LED. Každá podskupina leží právě na jednom toru 9 a to tak, že optická osa 12 každé světelné diody LED z dané podskupiny je kolmá na plochu příslušného toru 9 a těžiště 10 účinné zářící plochy 8 každé světelné diody LED této podskupiny se příslušného toru 9 dotýkají. Takto je k první podskupině přiřazen torus 9 tvořený poloměry křivostí Rll = 27,2 mm a R12 = 250,0 mm, ke druhé podskupině torus 9 s poloměry křivosti R21 = 14,9 mm a R22 = 18,1 mm.

Obr. 12 až 16 znázorňuje v prostorovém řezu úhlové rozložení zářivosti, které se dosáhne podle vynálezu. Čísla v půlkruhu odpovídají prostorovému směru. Čím je křivka užší, tím je zářivý tok podle vynálezu směřován do menší oblasti scény. Selektivně mohou být ozářeny i oblasti scény, které spolu přímo nesousedí, kdežto ozáření sousedních oblastí může být potlačeno. V důsledku toho se získá distribuovaného ozáření prostoru před zdrojem záření, které se může měnit i v průběhu jednotlivých snímků kamery.

Příklad 2

Vynález se skládá z nosiče i vhodného zdroje záření a z řídící jednotky 3. Zdroje záření jsou na nosiči 1 prostorově rozmístěny do tří podskupin. V první podskupině je podle tohoto příkladu provedení dvanáct zdrojů záření, ve druhé podskupině je deset zdrojů záření a ve třetí podskupině je osm zdrojů záření. Těžiště účinné zářící plochy zdrojů záření každé podskupiny leží na ploše, která má tvar toru. Ke každé optické ose zdroje záření je přiřazený jednotkový vektor. Orientace jednotkového vektoru je ve stejném směru jako převládající směr účinného vyzařování zdrojů záření v blízké infračervené spektrální oblasti. Tři libovolně vybrané jednotkové vektory jedné podskupiny jsou komplanární. Libovolná rovina rovnoběžná se všemi vektory dané podskupiny je rovinou podskupiny. Rovina první podskupiny svírá s rovinou druhé podskupiny úhel 9 stupňů a rovina třetí podskupiny svírá s rovinou první podskupiny první úhel 15,5 stupňů. Řídící jednotku 3 tvoří počítač, proudový regulátor a interface mezi počítačem řídící jednotky 3 a okolními zařízeními, které dodávají vstupní informace. Řídící jednotka 3 získává vstupní informace z okolních senzorů a z kamery 5. Mezi senzory patří senzor okolního osvětlení resp. ozáření, senzor teploty, otevřených vrat, zvuku a mlhy. Počítač řídící jednotky 3 průběžně vyhodnocuje vstupní informace, kde hlavním kritériem pro vyhodnocení je kvalita obrazu CCTV kamery 5. Na základě této vyhodnocené informace řídící jednotka 3 distribuuje velikost elektrického proudu do jednotlivých zdrojů záření.

/MO

Seznam vztahových značek nosič zdrojů záření zdroje záření řídící jednotka objektiv CCTV kamery

CCTV kamera osa rotace s poloměrem rotace RX2 střed křivosti CX1 střed křivosti CX2 torus těžiště účinné zářící plochy zdroje záření centroid záření optická osa zdroje záření mechanická osa zdroje záření řez LED diodou torus druhé skupiny ozařovací zařízení kužele s 50% zářivostí jednotlivých zdrojů záření základna

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ozařovací zařízení určené pro zobrazovací zařízení, obsahující zdroje záření, vyzná č u j í c í se t í m, ž e na nosiči (1) jsou umístěny zdroje (2) záření, které jsou rozděleny do nejméně dvou podskupin, přičemž první podskupina má ni zdrojů záření a druhá podskupina má n₂ zdrojů záření, a kde těžiště účinné zářící plochy zdrojů záření každé podskupiny leží na ploše, která má tvar toru (9).
2. 2. Ozařovací zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že počet torů (9), na jejichž plochách jsou umístěny jednotlivé podskupiny zdrojů (2) záření, jsou nejméně dva.
3. 3. Ozařovací zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že počet torů, na jejichž plochách jsou umístěny jednotlivé podskupiny zdrojů (2) záření, jsou s výhodou v rozmezí od dvou a do pěti včetně.
4. 4. Ozařovací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se t í m, že plochy toru (9), na kterých jsou umístěny zdroje (2) záření, mají poloměry křivosti RX1 v rozsahu od 8 mm do 75 mm včetně a poloměry křivosti RX2 nabývají hodnot buď 0 mm, nebo hodnot v rozsahu od 9 mm do 350 mm.
5. 5. Ozařovací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se t í m, že zdrojem (2) záření může být jakýkoliv zdroj záření, jako je například LED dioda, žárovka, zářivka, chemiluminiscenční žárovka, dioda vyzařující infračervené záření, laserová dioda, halogenová lampa, fluorescenční lampa nebo jakýkoliv zdroj vyzařující optické záření.
6. 6. Ozařovací zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že každý zdroj (2) záření je samostatně proudově řízen.
7. 7. Ozařovací zařízení podle nároku 5 a/nebo 6, vyznačující se tím, že každý zdroj (2) záření je samostatně nastavitelný, buď mechanicky, nebo automaticky.
8. 8. Ozařovací zařízení podle některého z nároků 5 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m, že celkový počet zdrojů (2) záření může být od 10 do 101.
9. 9. Ozařovací zařízení podle některého z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že celkový vyzařovací úhel jednotlivých zdrojů (2) záření je v úhlu 5 stupňů až 50 stupňů.
10. 10. Ozařovací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že jednotlivé podskupiny zdrojů (2) záření jsou vůči sobě schodovitě posunuty.
11. 11. Ozařovací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že ozařovacího zařízení se použije buď samostatně, nebo na tělese CCTV kamery.