專利名稱：一種攝像照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及攝像照明技術(shù)。
背景技術(shù)：
攝象機的CCD將光圖像轉(zhuǎn)換為電信號的方法是每個像素根據(jù)光照度進行電荷積累，得到一幅與光圖像對應的電荷圖像，電荷積累的時間受電子快門控制，在標準快門速度下，電荷的積累時間為20ms(PAL制一場時間)或40ms(PAL制一幀時間)，稱為場積累式或幀積累式。在幀積累方式中，每場隔行讀出電荷，即一場只將奇數(shù)行電荷轉(zhuǎn)移到寄存器中，另一場只將偶數(shù)行電荷轉(zhuǎn)移寄存器中。在拍攝電視節(jié)目時，采用場積累方式，以提高活動圖像的清晰度，在拍攝靜止圖像時可采用幀積累方式，以提高靈敏度和圖像垂直方向的動態(tài)清晰度。
而攝像機在拍攝快速運動物體時，例如賽跑、跳水、球賽等場面時，圖像易模糊，通常通過提高攝像機的快門速度來縮短曝光時間，以得到每一幀都清晰的畫面，無論是做慢動作重放或逐幀觀看都可以獲得滿意的效果。在現(xiàn)有的CCD攝像機中，通過控制每個像素的電荷積累時間，即控制入射光在CCD芯片上的作用時間來實現(xiàn)電子快門。即在每一場內(nèi)只將某一段時間產(chǎn)生的電荷作用為圖像信號輸出，而將其余時間產(chǎn)生的電荷溢出放掉。這樣就用縮短存儲電荷的時間，如同數(shù)碼照相機通過機械快門縮短光線照射CCD的時間一樣，這就是攝像機的電子快門。PAL制攝像機的電子快門一般有1/50s～1/2000s等速度。
由此看來，要得到清晰的高質(zhì)量畫面就必須以犧牲畫面亮度為代價。若是晴天在室外拍攝且在最大光圈允許情況下一般還不會對畫面亮度產(chǎn)生太大的影響.但如果是在室內(nèi)燈光照度不高時，電子快門的開啟時間過短則會對畫面亮度以及色彩還原產(chǎn)生影響甚至是嚴重影響。倘若一味追求短時間快門下的清晰，就會使畫面亮度昏暗、色彩晦澀，因此電子快門又不能設(shè)的太快。
為了能在弱光環(huán)境下，實現(xiàn)對高速運動目標的清晰攝像，常常采用外部照明進行補光，在攝影朋中，通常借助于幾百瓦到幾千瓦的大功率鹵素燈，這種照明方式不僅功耗大，而且應用很不靈活，如果遇到需要移動攝像的情況，則需要超大容量電池，而且體積和重量都較大，應用很不靈活；工業(yè)監(jiān)視以及家用攝像機則通常選用發(fā)光效率較高的發(fā)光二極管作照明燈，功耗大大降低，但是這種照明方式對于通過電池供電的移動攝像機來說，仍然顯得功耗過大。
以上幾種攝像照明方式，都是采用連續(xù)發(fā)光方式，使得攝像照明的平均功耗大，所用電池容量、體積和重量都很大，使用很不方便，也難以在便攜攝像機中推廣使用。而攝像機在高速電子快門的拍攝下，CCD并不是連續(xù)曝光的，在電子快門關(guān)閉期間，攝像照明的功耗被白白浪費掉了。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種攝像照明裝置，該攝像照明裝置一方面受攝像機快門控制信號的控制，在攝像機控制快門開啟的同時，攝像照明裝置發(fā)光，攝像機控制快門關(guān)閉時，攝像照明裝置不發(fā)光，使得攝像照明裝置發(fā)出的光得到充分利用。另一方面該攝像照明裝置還根據(jù)環(huán)境的照度和快門的速度控制發(fā)光器件的發(fā)光功率，使攝像的總曝光量基本一致。
為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案將攝像機的快門控制信號通過熱靴引出，經(jīng)熱腳進入攝像燈，對攝像燈進行控制。
攝像照明裝置的發(fā)光狀態(tài)受環(huán)境照度和快門速度兩個因素控制，其中，發(fā)光器件發(fā)光時間的長短受快門速度控制，與快門同步開啟和關(guān)閉，以保證發(fā)出的光被充分利用；發(fā)光器件的發(fā)光功率受環(huán)境照度和快門速度兩個因素控制，環(huán)境照度越高或快門速度越慢(即曝光時間越長)，發(fā)光器件的發(fā)光功率就越小，保證了CCD的總曝光量的穩(wěn)定。
發(fā)光器件與快門同步開啟和關(guān)閉的方法是用攝像機的快門控制脈沖同步控制發(fā)光器件的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)二者同步。
快門速度對發(fā)光器件發(fā)光功率的控制方法是對快門控制脈沖經(jīng)反相和濾波，得到一個直流電平V1，V1的大小與快門速度有關(guān)，快門速度越慢V1越小，發(fā)光器件的發(fā)光功率就越小。
環(huán)境照度對發(fā)光器件發(fā)光功率的控制方法是用光電探測器對環(huán)境照度進行測光，獲得隨環(huán)境照度變化的電信號V2，由于V2中包含了攝像照明裝置燈光的影響，再用快門控制脈沖對V2進行延時保持的時間選通得到信號V4，然后進行濾波獲得電信號V5，V5的大小反映了環(huán)境照度的大小，環(huán)境照度越大V5越小，發(fā)光器件的發(fā)光功率就越小。
通過偏置電壓源輸出一固定直流電平V6，V6的大小對應發(fā)光器件的額定發(fā)光功率。
V1、V5和V6相加在一起，輸入到功率放大器，功率放大器輸出功率W的大小決定了發(fā)光器件的功率，W經(jīng)電子開關(guān)施加到發(fā)光器件。發(fā)光器件選用開關(guān)響應時間較快的發(fā)光器件，如發(fā)光二極管、激光二極管等。
本實用新型的優(yōu)點效果是由于攝像照明裝置只在快門開啟的時間內(nèi)發(fā)光，快門關(guān)閉期間不發(fā)光，對發(fā)光時間的利用率高，比采用連續(xù)發(fā)光方式節(jié)約電能100×(1-f×T)％，其中f是攝像機的場頻，T是攝像機拍攝時的快門速度，如PAL制式攝像機的場頻為50Hz，快門速度1/50～1/1000s，則節(jié)約電能0～95％，大幅降低了照明燈功耗，使所用電池的容量更小或使用時間更長。此外，本攝像照明裝置還可以根據(jù)環(huán)境照度和快門速度的長短來控制發(fā)光器件的發(fā)光功率，環(huán)境照度越高，發(fā)光器件的發(fā)光功率就越小，快門速度越慢(即曝光時間越長)，發(fā)光器件的發(fā)光功率就越小，保證了CCD的總曝光量的穩(wěn)定。


圖1為攝像照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1電源開關(guān)、2光電探測器、4偏置電壓源、R1電阻、6延時鎖存器、7第一濾波器、R2電阻、9第二濾波器、R3電阻、11反相器、12功率放大器、13電子開關(guān)、14光源、15電源、16熱腳。
圖2為信號時序圖。
其中V1是第二濾波器9的輸出電壓，V2是光電探測器2的輸出電壓，V4是延時鎖存器6的輸出電壓，V5是第一濾波器7的輸出電壓，V6是偏置電壓源4的輸出電壓，W是功率放大器12的輸出功率，P1為快門控制脈沖，P2為反相器11輸出脈沖，T為快門周期，t1為電子快門打開時段，t2為電子快門關(guān)閉時段。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明(1)結(jié)構(gòu)組成一種攝像照明裝置由電源開關(guān)1、光電探測器2、偏置電壓源4、電阻R1、延時鎖存器6、第一濾波器7、電阻R2、第二濾波器9、電阻R3、反相器11、功率放大器12、電子開關(guān)13、光源14、電源15和熱腳16組成。
熱腳16與反相器11輸入端和電子開關(guān)13的控制端連接，反相器11的輸出連接到第二濾波器9及延時鎖存器6的控制端，第二濾波器9的輸出連接到電阻R3；光電探測器2的輸出連接到延時鎖存器6的輸入端，延時鎖存器6的輸出連接到第一濾波器7，第一濾波器7的輸出連接到電阻R2；偏置電壓源4的輸出連接到電阻R1；電阻R1、R2和R3的輸出合并在一起連接到功率放大器12；功率放大器12的輸出經(jīng)電子開關(guān)13連接到發(fā)光器件14；電源15經(jīng)電源開關(guān)1連接到各個需要供電的電路單元。
熱腳16通過熱靴與攝像機快門控制器的輸出相連。
(2)工作原理在快門控制脈沖P1的一個周期T中，t1時段快門打開，t2時段快門關(guān)閉，T＝t1+t2。周期T是固定不變的，而t1和t2與快門速度有關(guān)，快門速度越高t1越短，通常說的快門速度就是t1的大小，t1實際上就是CCD的曝光時間，一般為1/50s～1/2000s。
發(fā)光器件14的發(fā)光狀態(tài)受環(huán)境照度和快門速度兩個因素控制發(fā)光器件14的發(fā)光時間的長短受快門速度控制，發(fā)光器件14與快門同步開啟和關(guān)閉，以保證發(fā)光器件14發(fā)出的光被充分利用；發(fā)光器件14的發(fā)光功率受環(huán)境照度和快門速度兩個因素控制，一方面，環(huán)境照度越高，發(fā)光器件14的發(fā)光功率就越小，另一方面，快門速度t1越長(即曝光時間越長)，發(fā)光器件14的發(fā)光功率就越小，保證了CCD的總曝光量的穩(wěn)定。
發(fā)光器件14與電子快門同步開啟和關(guān)閉的控制過程是從攝像機的快門控制脈沖P1經(jīng)過熱靴和熱腳16進入攝像照明裝置，送到電子開關(guān)13的控制端，快門控制脈沖P1的t1時段內(nèi)，電子開關(guān)13導通，發(fā)光器件14發(fā)光，此時對應電子快門打開；快門控制脈沖P1的t2時段內(nèi)，電子開關(guān)13截止，發(fā)光器件14不發(fā)光，此時對應電子快門關(guān)閉。
快門速度對發(fā)光器件14發(fā)光功率的控制過程是快門控制脈沖P1經(jīng)反相器11反相后變成反相脈沖P2，P2經(jīng)第二濾波器9濾波得到一個直流電平V1，V1的大小與快門速度t1有關(guān)，快門速度t1越長，即CCD曝光時間(即電荷積累時間)越長，直流電平V1越小，使得發(fā)光器件14的發(fā)光功率越小。
環(huán)境照度對發(fā)光器件14發(fā)光功率的控制過程是光電探測器2將環(huán)境照度轉(zhuǎn)化為電信號V2，環(huán)境照度越強，電信號V2越小，使得光源14的發(fā)光功率越小。
由于發(fā)光器件14所發(fā)出的光對探測器2輸出電信號V2產(chǎn)生了影響，電信號V2不能正確反映環(huán)境照度，為此將電信號V2經(jīng)過延時鎖存器6進行時間選通，將發(fā)光器件14發(fā)出光所造成的影響除掉。方法為反相器11輸出的脈沖P1送到延時鎖存器6的控制端，當P1上升沿過后，延時鎖存器6將電信號V2鎖存成V4，直到P1下一個上升沿過后重新鎖存一個新的電平，電平V4經(jīng)過第一濾波器7濾波得到電平V5，V5隨著環(huán)境照度而變化，環(huán)境照度越高電平V5越低，使得發(fā)光器件14的發(fā)光功率越小。
偏置電壓源4輸出一固定直流電平V6，V6的大小決定發(fā)光器件14的最低發(fā)光功率。
V1、V5和V6分別經(jīng)過電阻R3、R2和R1匯合在一起，輸入到功率放大器12，功率放大器12輸出功率W的大小決定了發(fā)光器件14的功率，W經(jīng)電子開關(guān)13施加到發(fā)光器件14。電阻R3、R2和R1的大小用于調(diào)整V1、V5和V6對發(fā)光器件14發(fā)光功率的權(quán)重。
發(fā)光器件14選擇開關(guān)響應時間較快的發(fā)光器件，如發(fā)光二極管、激光二極管等。
電源15可以通過熱腳16和熱靴共享攝像機2的電源，也可以是自帶電源。
權(quán)利要求1.一種攝像照明裝置，其特征在于，該攝像照明裝置由電源開關(guān)(1)、光電探測器(2)、偏置電壓源(4)、電阻R1、延時鎖存器(6)、第一濾波器(7)、電阻R2、第二濾波器(9)、電阻R3、反相器(11)、功率放大器(12)、電子開關(guān)(13)、發(fā)光器件(14)、電源(15)和熱腳(16)組成；熱腳(16)與反相器(11)輸入端和電子開關(guān)(13)的控制端連接，反相器(11)的輸出端連接到延時鎖存器(6)的控制端和第二濾波器(9)的輸入端，第二濾波器9的輸出端連接到電阻R3；光電探測器(2)的輸出端連接到延時鎖存器(6)的輸入端，延時鎖存器(6)的輸出端連接到第一濾波器(7)的輸入端，第一濾波器(7)的輸出端連接到電阻R2；偏置電壓源(4)的輸出端連接到電阻R1；電阻R1、電阻R2和電阻R3的輸出端均與功率放大器(12)的輸入端連接；功率放大器(12)的輸出端經(jīng)電子開關(guān)(13)連接到發(fā)光器件(14)；電源(15)經(jīng)電源開關(guān)(1)與各個需要供電的電路單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攝像照明裝置，其特征在于，所述的發(fā)光器件(14)采用發(fā)光二極管或者激光二極管。
專利摘要本實用新型公開了一種攝像照明裝置，涉及攝像機照明燈技術(shù)。該攝像照明裝置由電源開關(guān)(1)、光電探測器(2)、偏置電壓源(4)、電阻、延時鎖存器(6)、濾波器(7)(9)、反相器(11)、功率放大器(12)、電子開關(guān)(13)、發(fā)光器件(14)、電源(15)和熱腳(16)組成。在攝像機快門信號的控制下，發(fā)光器件與電子快門同步開啟和關(guān)閉，使得攝像照明裝置發(fā)出的光得到充分利用。該攝像照明裝置還根據(jù)環(huán)境的照度和快門的速度調(diào)整發(fā)光功率，使攝像的總曝光量基本一致。本實用新型的優(yōu)點是大幅降低了攝像照明裝置的功耗，使所用電池的容量更小或使用時間更長。
文檔編號H04N5/225GK2867388SQ200520099208
公開日2007年2月7日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者李發(fā)泉, 戴陽, 程學武, 王嘉珉, 龔順生 申請人:中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所