本實用新型涉及照明裝置和圖像采集系統(tǒng)，尤其涉及一種具有高光強的作為線光源的照明裝置和采用該照明裝置的圖像采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，列車車廂側(cè)面包含有列車編號等信息，對高速運行的列車車廂進行圖像采集，然后提取車廂圖像中的信息進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)在不停車的前提下獲取列車的信息，是統(tǒng)計管理列車信息的必要手段。在采集列車圖像時，通常，由于光照不足，需要配備光源進行補光。為圖像采集系統(tǒng)補光的光源有面光源和線光源。線光源主要用于配合線陣相機采集圖像數(shù)據(jù)使用。

目前市場上絕大多數(shù)線光源，在5000mm處測量光強時，其實際光強不大于8000Lux，照明范圍不大于1000mm。這種線光源很難滿足在惡劣條件下，例如夜晚、雨雪天、霧霾天，拍攝列車圖像的要求。

目前市場上絕大多數(shù)線光源存在投射距離短、范圍小、光強低的缺陷，而應用于鐵路、高速公路等場景的圖像采集系統(tǒng)迫切需要遠距離、大范圍、高亮度的線光源。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型正是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種光強高、照射范圍大的作為線光源的照明裝置以及采用這種照明裝置的圖像采集系統(tǒng)。

本實用新型一方面提供了一種作為線光源的照明裝置，包括：殼體；以及容納在所述殼體內(nèi)的照明單元，該照明單元包括：一維排列的多個LED元件，其分別發(fā)出散射光；多個第一會聚元件，其分別接收從所述多個LED元件發(fā)出的散射光，將其會聚成彼此疊加的多個面光斑；第二會聚元件，其接收從所述多個第一會聚元件分別發(fā)出的所述多個面光斑，將其會聚成線光斑。

優(yōu)選地，所述多個LED元件按規(guī)定間隔布置在導熱基板上，所述導熱基板固定連接至所述殼體。

優(yōu)選地，所述多個面光斑是半徑相等的圓光斑，每個圓光斑的中心之間的距離等于其半徑。

優(yōu)選地，所述第一會聚元件為凸透鏡，所述多個凸透鏡由透鏡支架支承，使得所述多個凸透鏡與所述多個LED元件隔開規(guī)定間隔對置，所述凸透鏡的直徑略小于所述多個LED元件的間隔。

優(yōu)選地，所述第二會聚元件為柱面透鏡，所述柱面透鏡固定連接至所述殼體。

本實用新型另一方面提供了一種用于列車的圖像采集系統(tǒng)，包括：照明裝置，其設置在所述龍門兩側(cè)，對通過所述龍門的列車進行照明，圖像采集裝置，其設置在所述龍門兩側(cè)，在所述照明裝置對所述列車進行照明時，采集通過所述龍門的列車的圖像，所述照明裝置包括：殼體；以及容納在所述殼體內(nèi)的照明單元，照明單元包括：一維排列的多個LED元件，其分別發(fā)出散射光；多個第一會聚元件，其分別接收從所述多個LED元件發(fā)出的散射光，將其會聚成彼此疊加的多個面光斑；第二會聚元件，其接收從所述多個第一會聚元件分別發(fā)出的所述多個面光斑，將其會聚成線光斑。

優(yōu)選地，所述多個LED元件按規(guī)定間隔布置在導熱基板上，所述導熱基板固定連接至所述殼體。

優(yōu)選地，所述多個面光斑是半徑相等的圓光斑，每個圓光斑的中心之間的距離等于其半徑。

優(yōu)選地，所述第一會聚元件為凸透鏡，所述多個凸透鏡由透鏡支架支承，使得所述多個凸透鏡與所述多個LED元件隔開規(guī)定間隔對置，所述凸透鏡的直徑略小于所述多個LED元件的間隔。

優(yōu)選地，所述第二會聚元件為柱面透鏡，所述柱面透鏡固定連接至所述殼體。

優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為線陣相機，其采用高速快門對通過所述龍門的列車進行圖像采集。

本實用新型的照明裝置采用第一會聚元件和第二會聚元件對LED元件發(fā)出的光進行二次會聚，使LED元件發(fā)出的光盡可能少地浪費，并且經(jīng)過一次會聚的光斑彼此疊加，提高了能量密度，因此能夠獲得高亮度、大范圍的線光源。本實用新型的照明裝置在2000mm處測量光強達到16000Lux、有效照明范圍達2000mm，即使在夜間環(huán)境下也可以無損耗地穩(wěn)定地進行照明，尤其適用于鐵路、高速公路等場景的圖像采集。

附圖說明

圖1是表示本實用新型的照明裝置的立體圖。

圖2是本實用新型的照明裝置的安裝狀態(tài)圖。

圖3是本實用新型的照明單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是本實用新型的LED元件的排列方式的示意圖。

圖5是本實用新型的LED元件與凸透鏡的位置關(guān)系的示意圖。

圖6A、圖6B分別是本實用新型的柱面透鏡部的正視圖和剖視圖。

圖7是本實用新型的照明裝置的柱面透鏡的入射面上的光斑疊加的示意圖。

圖8是本實用新型的照明裝置的整體光路圖。

圖9是圖8的沿A-A線截取的示意性光路圖。

圖10是本實用新型的照明裝置的線光源的光強測試圖。

圖11是本實用新型的圖像采集系統(tǒng)的示意圖。

圖12是圖11的圖像采集系統(tǒng)的局部放大圖。

具體實施方式

下面參照附圖詳細說明本實用新型的實施方式。

首先，對本實用新型的照明裝置的結(jié)構(gòu)進行說明。圖1是表示本實用新型的照明裝置1的立體圖。

如圖1所示，本實用新型的照明裝置1由殼體2以及容納在殼體2內(nèi)的照明單元(圖1中未示出)組成。殼體2呈四棱柱狀、圓柱狀或局部半圓形結(jié)構(gòu)，作用是覆蓋并保護照明單元。殼體2的形狀并不限于圖1所示，可以根據(jù)需要適當設計。

圖2是本實用新型的照明裝置的安裝狀態(tài)圖。參照圖2，本實用新型的照明裝置1的兩個端部設置有支架20a和20b，支架20a和20b的截面呈L型，通過至少一組U型固定件22a、22b可以固定在期望的位置。

下面參照圖3-9更詳細地說明本實用新型的照明裝置1的結(jié)構(gòu)。

圖3是本實用新型的照明單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是本實用新型的LED元件的排列方式的示意圖。

如圖3和圖4所示，照明裝置1的照明單元3包括：一維排列的多個LED元件4，其分別發(fā)出散射光；多個第一會聚元件5，其分別接收從多個LED元件4發(fā)出的散射光，將其會聚成彼此疊加的多個面光斑；第二會聚元件6，其接收從多個第一會聚元件5分別發(fā)出的多個面光斑，將其會聚成線光斑。

參照圖4和圖5，多個LED元件4按規(guī)定間隔布置在導熱基板7上。導熱基板7固定連接至殼體2(未示出)。例如，導熱基板7可以是鋁基板。

雖然圖中未示出，但是應該理解，本實用新型的照明裝置1還具有與外部電源相連接的電源接線。

圖5是本實用新型的LED元件與凸透鏡的位置關(guān)系的示意圖。

參照圖5，第一會聚元件5為凸透鏡，多個凸透鏡5由透鏡支架8支承，使得多個凸透鏡5與多個LED元件4隔開規(guī)定間隔對置。為了讓LED元件4發(fā)出的光盡可能多地被凸透鏡5接收，凸透鏡5的直徑可以略小于LED元件4的間隔。

應該理解，雖然圖5中示出的是平凸透鏡，但是也可以采用雙凸、凹凸透鏡，只要能夠?qū)崿F(xiàn)光束會聚作用即可。

圖6A、圖6B分別是本實用新型的柱面透鏡部的正視圖和剖視圖。

在本實用新型的優(yōu)選實施例中，第二會聚元件6為柱面透鏡。柱面透鏡6通過任意適當?shù)倪B接裝置固定連接至殼體2。在照明裝置1中，柱面透鏡6的軸向方向與多個LED元件4的一維排列方向一致，并且平坦的一面面對透鏡5，即，作為光入射表面，可參見圖3。

如圖6A的正視圖所示，柱面透鏡6的光入射表面為矩形。圖6B是沿圖6A的B-B線截取的截面圖。如圖6B所示，柱面透鏡6為圓柱棱鏡。當然，這僅僅是個示例。本實用新型的照明裝置1可以采用任意其他類型的柱棱鏡，只要能夠?qū)⑷肷涞拿婀獍邥蹫榫€光斑即可。

圖7是本實用新型的照明裝置的柱面透鏡的入射面上的光斑疊加的示意圖。

在本實用新型的照明裝置1中，LED元件4發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡5會聚后，形成對應的多個面光斑。在圖7中，這些面光斑是半徑相等的圓光斑9。并且每個圓光斑9的中心之間的距離等于其半徑。這可以通過適當設定LED元件4、凸透鏡5與柱面棱鏡6之間的距離來實現(xiàn)。

通過使每個圓光斑9的中心之間的距離等于其半徑，這些圓光斑9彼此疊加后得到的面光斑，一方面亮度得到了大約2倍的增強，另一方面均勻性也得到了保證，從而為得到高亮度、大射程的線性光源提供了良好的基礎。

圖8是本實用新型的照明裝置的整體光路圖。

如圖8所示，在本實用新型的照明裝置1的照明單元3中，多個LED元件4之間、多個凸透鏡5之間以及柱面棱鏡6構(gòu)成了整個光路。通過適當調(diào)節(jié)三者之間的距離關(guān)系，可以在出射距離為2000mm處獲得高度為2000mm的線光斑。

凸透鏡5與LED元件4相對一側(cè)的基準面距離散熱基板7的垂直距離優(yōu)選為3-12mm，例如，可以為3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、8、9、10、11、12mm。

圖9是圖8的沿A-A線截取的示意性光路圖。

如圖9所示，LED元件4發(fā)出的散射光經(jīng)由凸透鏡5進行了一次會聚，被會聚成彼此疊加的多個面光斑(參照圖7)。柱面棱鏡6接收從凸透鏡5分別發(fā)出的多個面光斑，將其會聚成線光斑。

由于從LED元件4發(fā)出的光，最大程度地進入凸透鏡5，損失的光能量很小，并且多個LED元件4產(chǎn)生的光斑疊加在一起，又進一步增強了光能量密度，因此本實用新型的照明裝置1發(fā)射出的光強能夠達到8000-20000勒克斯，甚至更高。

圖10是本實用新型的照明裝置的光強測試圖。

通過計算機模擬，本實用新型的照明裝置1在2000毫米的距離處可以獲得大約16000勒克斯的光強。與現(xiàn)有技術(shù)的線光源相比，光照強度顯著提高，光照距離明顯增加，能量利用率也得到了提升。因此，本實用新型的照明裝置1非常適合應用在鐵路、高速公路等領(lǐng)域，對高速行駛的車輛進行圖像采集，而且能夠應對極端天氣狀況的光照不足。

下面參照圖11說明采用本實用新型的照明裝置1的圖像采集系統(tǒng)。

圖11是本實用新型的圖像采集系統(tǒng)的示意圖。

如圖11所示，本實用新型的圖像采集系統(tǒng)10包括：龍門11，其跨接在鐵軌12上；照明裝置1，其設置在龍門11兩側(cè)，對通過龍門11的列車進行照明；圖像采集裝置13，其設置在龍門11兩側(cè)(圖11中僅示出了一側(cè))，在照明裝置1對列車進行照明時，采集通過龍門11的列車車廂側(cè)面的圖像。

在龍門11的一側(cè)上，照明裝置1和圖像采集裝置13上下并排設置。照明裝置1作為線光源對行駛過的列車進行照明，與此同時，圖像采集裝置13對車廂側(cè)面進行圖像采集。

照明裝置1包括：殼體；以及容納在所述殼體內(nèi)的照明單元，照明單元包括：一維排列的多個LED元件，其分別發(fā)出散射光；多個第一會聚元件，其分別接收從所述多個LED元件發(fā)出的散射光，將其會聚成彼此疊加的多個面光斑；第二會聚元件，其接收從所述多個第一會聚元件分別發(fā)出的所述多個面光斑，將其會聚成線光斑。

照明裝置1的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在上文進行了詳細說明，此處不再贅述。

由于采用了本實用新型的照明裝置1，對于車廂側(cè)面的照明可以達到足夠的強度，根據(jù)上文所述，照明裝置與車廂側(cè)面之間的距離約為2000mm。這種情況下，可以在車廂側(cè)面得到高度約為2000mm，亮度約為16000勒克斯的線光斑。

圖像采集裝置13可以為線陣相機，其采用高速快門對通過龍門的列車車廂進行圖像采集。

以上對本實用新型的照明裝置1和采用該照明裝置1的圖像采集系統(tǒng)10進行了說明。照明裝置1采用第一會聚元件和第二會聚元件對LED元件發(fā)出的光進行二次會聚，使LED元件發(fā)出的光盡可能少地浪費，并且經(jīng)過一次會聚的光斑彼此疊加，提高了能量密度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度、大范圍的線光源。

因此，本實用新型的照明裝置在2000mm處測量光強達到16000Lux、有效照明范圍達2000mm，即使在夜間環(huán)境下也可以無損耗地穩(wěn)定地進行照明，尤其適用于鐵路、高速公路等場景的圖像采集。

另外，本實用新型的圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本效益高、安裝維護極為方便、運行穩(wěn)定，非常適合應用在鐵路、高速公路等領(lǐng)域，對高速行駛的車輛進行圖像采集，而且能夠應對極端天氣狀況的光照不足。

以上實施方式僅僅是為了說明本實用新型的原理而采用的示例性實施例，然而本實用新型并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本實用新型的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進。這些變型和改進也視為本實用新型的保護區(qū)間。