專利名稱：自適應(yīng)視頻同步led照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于視頻拍攝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，基于視頻圖像采集的各種監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，包括室內(nèi)視頻監(jiān)控、治安安全監(jiān)控、交通安全監(jiān)控及電子警察系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)基本上都采用視頻圖像為監(jiān)控和取證的核心，其使用效果取決于視頻圖像的成像質(zhì)量。但是，很多監(jiān)控系統(tǒng)需要全天候工作，或者長期在光照不足的環(huán)境下工作，因此往往需要通過各種補光手段對視頻監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行輔助照明。目前常用的輔助照明方法主要包括長明燈照明、閃光燈照明和長明LED照明等，但是這些照明設(shè)備存在一些不足，主要有 I)對于長明燈照明，由于光束不夠集中，所以要想獲得合適的照度，往往需要300瓦甚至更大功率的照明燈具，其缺點是功耗大，能量浪費嚴(yán)重(因為攝像和拍照設(shè)備只在曝光時間內(nèi)需要光照，其他時間的光照沒有意義，而交通監(jiān)控系統(tǒng)中曝光時間往往只占總時間的10%以下)；2)對于閃光燈照明，由于其充電時間較長，至少在O. 5秒以上，因此只能用于低拍攝密度(2張/秒)情況下的單張抓拍，無法滿足連續(xù)視頻圖像拍攝中至少每秒25次閃光的需求；另外，閃光燈的使用壽命較短；3)目前的LED視頻輔助照明產(chǎn)品主要采用恒流工作模式，為了保證LED的發(fā)熱量不大，一般總功率不會很大，照度偏低，只能適應(yīng)于近距離(2 3米)的監(jiān)控系統(tǒng)輔助照明；此外，采用頻閃工作方式必須與攝像機(jī)同步，通常是與特定攝像機(jī)配套設(shè)計，安裝使用都受到很大的限制，使用不便。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種節(jié)約能源、使用方便、適用于多種攝像機(jī)使用的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，為各種視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供靈活高效的輔助照明設(shè)備。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，包括LED照明燈、燈罩和控制器，其特征在于，所述控制器包括主控芯片、和與主控芯片相連的視頻信號同步分離器、數(shù)據(jù)通訊接口、外部觸發(fā)接口和改變柵極信號的可控開關(guān)管，所述視頻信號同步分離器連接著視頻信號輸入接口，所述自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備還包括與控制器相適應(yīng)的脈沖電流抑制電路，所述脈沖電流抑制電路包括抑制電流的電感和充電電容。本實用新型設(shè)計了與視頻同步的LED照明系統(tǒng)控制器，如圖I所示。圖中視頻信號輸入接口輸入的是攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號；數(shù)據(jù)通訊接口是來實現(xiàn)對系統(tǒng)個參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控調(diào)整，方便多種光線的自適應(yīng)和調(diào)節(jié)維護(hù)；外部觸發(fā)口主要用來在單張抓拍時與抓拍設(shè)備的同步出發(fā)；視頻信號同步分離器用來檢測和分析視頻信號，保證同步效果；主控芯片，產(chǎn)生LED電源得控制信號。此方案就解決了現(xiàn)在常用長明燈的問題，節(jié)省了能源。本實用新型的視頻信號同步分離器使用了 LM1881芯片，設(shè)計合適的外圍電路。芯片把輸入的視頻信號進(jìn)行同步分離，準(zhǔn)確獲得所需要的視頻圖像信號，同步信號進(jìn)行時序邏輯控制，把獲得的場同步信號輸入到主控芯片進(jìn)行精確的延時控制，輸出脈沖控制信號來控制可控開關(guān)管。本實用新型數(shù)據(jù)通訊接口使用了 RS485芯片，配合設(shè)計合適的外圍電路。為了實現(xiàn)控制中心的PC與主控芯片的通信，我們采用了 RS485總線，并且它適合幾十米到上千米的通信。RS485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾能力，加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米外得到恢復(fù)。通過數(shù)據(jù)通訊接口可以通過指令發(fā)送，二次控制主控芯片，監(jiān)控控制器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)兩機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸和通訊。本實用新型外部觸發(fā)接口由撥碼開關(guān)和攝像機(jī)外部接口組成。撥碼開關(guān)作用是，主控芯片檢測撥碼開關(guān)的狀態(tài)信息，改變脈沖控制信號的輸出狀態(tài)；攝像機(jī)外部接口作用是，主控芯片檢測攝像的工作狀態(tài)信息，從而對輸出脈沖控制信號作出相應(yīng)的變化。 本實用新型中可控開關(guān)管，使用的是大功率的N-M0S744三極管。它主要功能是改變柵極信號，控制著漏極和源極的閉合和斷開。可控開關(guān)管的作用是，它的開關(guān)受到主控芯片輸出的脈沖信號的控制，所以可控開關(guān)管的導(dǎo)通與否，決定照明系統(tǒng)的工作與否。本實用新型中的主控芯片，使用的是ATMEL公司生產(chǎn)的一款經(jīng)典芯片。它是一款低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，內(nèi)片含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序儲存器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，同時有32個外部雙向端口，2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，功能強大穩(wěn)定。它在這個控制器中起著關(guān)鍵的作用，對同步分離的視頻信號進(jìn)行延時控制，檢測外部觸發(fā)端口信息改變控制脈沖信號從而控制開關(guān)管的斷開與閉合，與控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。本實用新型設(shè)計了 LED超額定電流工作模式。LED短時間有電流，且瞬間的脈沖電流大小遠(yuǎn)高于LED的額定工作電流的大小，因為脈沖持續(xù)時間短暫故平均功率不高，采用了恒壓脈沖供電。本實用新型設(shè)計了大功率LED脈沖電流抑制方案。采用電感抑制電流，同時使用電容為LED提供電流，以此來減少脈沖電流對電源的沖擊。本實用新型為了使得光束在一定范圍內(nèi)達(dá)到足夠的光照強度，設(shè)計了由透鏡結(jié)構(gòu)和反光罩組成的燈罩，調(diào)節(jié)好LED在反光罩的位置和距離透鏡的距離，從而實現(xiàn)光束照射角度的控制，保證最為有效的光能利用效率和使用效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是I、采用大功率白光LED作為光源，并采用頻閃工作模式，在提供強光輔助照明的同時，大大降低了照明的能源消耗，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的特點。測試額定功率IOW的LED，在頻閃工作模式下可以為攝像機(jī)提供相當(dāng)于25W功率的長明燈，并且其平均功率只有1.25W。2、在控制電路中加入了視頻同步器，采用智能同步控制方法，從而使得項目所研究的大功率LED照明設(shè)備能夠方便的用于工程實踐，并能方便的與各種攝像機(jī)進(jìn)行配合，使用方便、調(diào)試簡單。3、能夠滿足視頻和抓拍等各種場合。4、具有數(shù)據(jù)通訊接口，可以對曝光時間進(jìn)行設(shè)置，能夠適應(yīng)不同環(huán)境下的攝像機(jī)需求。

圖I是控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是恒壓脈沖工作電路圖；圖3是脈沖電流抑制電路圖；圖4是LED照明系統(tǒng)燈罩結(jié)構(gòu)示意圖；其中I,反光罩；2，透鏡結(jié)構(gòu)；3, LED陣列；4，控制器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。本實用新型提供一種自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，包括LED照明燈、燈罩和控制器。如圖I所示，控制器包括主控芯片、和與主控芯片相連的視頻信號同步分離器、數(shù)據(jù)通訊接口、外部觸發(fā)接口和改變柵極信號的可控開關(guān)管，視頻信號輸入接口輸入的是攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號；數(shù)據(jù)通訊接口是來實現(xiàn)對系統(tǒng)個參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控調(diào)整，方便多種光線的自適應(yīng)和調(diào)節(jié)維護(hù)；外部觸發(fā)口主要用來在單張抓拍時與抓拍設(shè)備的同步出發(fā)；視頻信號同步分離器用來檢測和分析視頻信號，保證同步效果；主控芯片，產(chǎn)生LED電源得控制信號。本實用新型設(shè)計了 LED超額定電流工作模式。LED短時間有電流，且瞬間的脈沖電流大小遠(yuǎn)高于LED的額定工作電流的大小，因為脈沖持續(xù)時間短暫故平均功率不高，采用了恒壓脈沖供電。其實現(xiàn)方案如圖2所示，視頻信號經(jīng)過分離處理后，輸入到單片機(jī)外部中斷，從而控制單片機(jī)內(nèi)部脈沖信號的產(chǎn)生，這樣來打開或者關(guān)閉Q2開關(guān)管，從而控制恒壓脈沖電流的。將采集到的攝像機(jī)分離信號輸入單片機(jī)核心控制器，用以觸發(fā)單片機(jī)自適應(yīng)的輸出脈沖信號，脈沖信號打通開關(guān)管，實現(xiàn)恒壓脈沖電流點亮LED燈。本實用新型設(shè)計了大功率LED脈沖電流抑制方案。采用電感抑制電流，同時使用電容為LED提供電流，以此來減少脈沖電流對電源的沖擊。其實現(xiàn)電路如圖3所示，為避免脈沖電流對電源的沖擊，電路采用間接向LED提供脈沖電流的方法，并選用電感對脈沖電流進(jìn)行有效的抑制，保證了系統(tǒng)對沖擊電流的抑制效果?；陂_關(guān)管時斷時開，采取開關(guān)管斷開時候先給電容充電。開關(guān)管閉合后主要由電容為LED提供大的脈沖電流，而電源只提供很小的電流；開關(guān)管斷開后，電源給電容充電，并且有電感對充電電流起到抑制作用。對電路的設(shè)計進(jìn)行數(shù)學(xué)和仿真分析，得到每個元件的參數(shù)電感(Inductor) LI的大小65mH，電容值10000uF/100V的時候能對電流起到最佳抑制。我們發(fā)現(xiàn)閉合SWITCH的瞬間，由于給電容充電，電路回路有一個極大的沖擊電流，我們通過仿真采取使得脈沖延遲I秒打開Q開關(guān)管，沖擊電流就不會對LED產(chǎn)生破壞性影響。燈罩由透鏡結(jié)構(gòu)和反光罩組成，透鏡的材質(zhì)是玻璃(透光率97%以上)，反光杯的材質(zhì)是塑料電鍍，發(fā)光的角度是70度左右，50W的LED在5米范圍內(nèi)光照強度可達(dá)380Lux，設(shè)計圖如圖4所示。[0034]以上所述僅為本發(fā)明的一個實例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或流程變換， 或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，包括LED照明燈、燈罩和控制器，其特征在于，所述控制器包括主控芯片、和與主控芯片相連的視頻信號同步分離器、數(shù)據(jù)通訊接口、外部觸發(fā)接口和改變柵極信號的可控開關(guān)管，所述視頻信號同步分離器連接著視頻信號輸入接口，所述自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備還包括與控制器相適應(yīng)的脈沖電流抑制電路，所述脈沖電流抑制電路包括抑制電流的電感和充電電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，其特征是，所述視頻信號同步分離器采用LM1881芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，其特征是，所述數(shù)據(jù)通訊接口采用RS485芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，其特征是，所述外部觸發(fā)接口由撥碼開關(guān)和攝像機(jī)外部接口組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，其特征是，所述可控開關(guān)管采用大功率的N-M0S744三極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，其特征是，所述主控芯片為CMOS 8位單片機(jī)，內(nèi)片含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序儲存器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，同時有32個外部雙向端口，2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，其特征是，所述燈罩包括透鏡結(jié)構(gòu)和反光罩。
專利摘要本實用新型提供一種節(jié)約能源、使用方便、適用于多種攝像機(jī)使用的自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備，包括LED照明燈、燈罩和控制器，其特征在于，所述控制器包括主控芯片、和與主控芯片相連的視頻信號同步分離器、數(shù)據(jù)通訊接口、外部觸發(fā)接口和改變柵極信號的可控開關(guān)管，所述視頻信號同步分離器連接著視頻信號輸入接口，所述自適應(yīng)視頻同步LED照明設(shè)備還包括與控制器相適應(yīng)的脈沖電流抑制電路，所述脈沖電流抑制電路包括抑制電流的電感和充電電容。
文檔編號G03B15/05GK202713746SQ20122040377
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者張輝, 張校強, 阮晉, 劉漫霞 申請人:中山大學(xué)