基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括中心基站(1)、光纖通道(2)、遠端單元(3)三大部分，所述中心基站(1)包括激光器(4)、光接收模塊(12)和上位機(13)，所述遠端單元(3)包括分光器(5)、光伏電池(6)、投射透鏡(7)、電源管理單元(8)、攝像頭模塊(9)、處理器(10)以及光發(fā)送模塊(11)。本發(fā)明所提供的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖傳能，為遠距離監(jiān)控提供在多變天氣與惡劣環(huán)境下抗電磁干擾的能源供給方式，得以實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的全天候紅外視頻監(jiān)控。另一方面，在傳能的同時將主動照明所需的紅外激光一并傳輸，在遠端單元(3)通過投射透鏡(7)進行投射，為夜視監(jiān)控提供了方向性更好的激光照明。
【專利說明】
基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，監(jiān)控技術(shù)經(jīng)過不斷演變，在生產(chǎn)生活各領(lǐng)域內(nèi)正發(fā)揮著越來越重要的作用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是管理人員高質(zhì)量管理的理想工具，也是公共安全、防盜防范必不可少的得力助手。利用它可以大大減少不必要的人力，實時監(jiān)視可視區(qū)域，控制現(xiàn)場實際工作現(xiàn)狀，實時快速的反映所發(fā)生的一切事物，便于管理者及時應(yīng)付處理突發(fā)事件等。
[0003]其中，紅外監(jiān)控系統(tǒng)因具備夜視觀測的能力，成為全天候監(jiān)測的最佳選擇之一。紅外監(jiān)控又分為被動紅外監(jiān)控與主動紅外監(jiān)控，被動紅外監(jiān)控技術(shù)無需借助紅外燈，主要利用人或物體因自身溫度不同而向外輻射紅外線強弱不同的原理，將監(jiān)測目標的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換為視頻圖像;而主動紅外監(jiān)控技術(shù)則利用特制的紅外光發(fā)光源產(chǎn)生人眼不可見而攝像機可捕捉到的紅外輻射，進而通過低照度攝像機來感受周圍物體反射回的紅外光，從而實現(xiàn)夜視功能。相比于被動紅外監(jiān)控技術(shù)，主動紅外監(jiān)控抗干擾性更強，探測距離更遠，因而應(yīng)用更為廣泛。
[0004]隨著各種監(jiān)測與傳感技術(shù)的進步，系統(tǒng)工作能量的供給成為了其系統(tǒng)延伸與功能實現(xiàn)的制約性因素。特別是在環(huán)境要求特殊的場合下，系統(tǒng)工作的電力供應(yīng)存在困難，例如高電壓、強磁場對傳統(tǒng)電力線存在電磁干擾，而且在易燃易爆環(huán)境下，電火花則會引發(fā)災(zāi)難性后果。為了克服電力供應(yīng)難題，研究人員研究了諸多方法，如無線電磁傳能、聲波傳能、太陽能供電以及大容量電池供電等，然而上述技術(shù)依然存在很大的局限性，譬如電磁環(huán)境對無線電、聲波產(chǎn)生干擾，太陽能受大氣環(huán)境限制，電池存在壽命問題等。因此，在這些環(huán)境要求特殊的情況下，需要一種穩(wěn)定、安全且可抗電磁干擾的電力供應(yīng)方式，以實現(xiàn)全天候的紅外監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，利用分光設(shè)計，將光纖傳能與光纖傳光相結(jié)合，為監(jiān)控單元提供紅外光照射，實現(xiàn)在特殊環(huán)境下穩(wěn)定、安全且可抗電磁干擾的遠距離電力供給。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，包括中心基站和遠端單元，所述中心基站包括激光器、光接收模塊和上位機，所述遠端單元包括分光器、光伏電池、投射透鏡、電源管理單元、攝像頭模塊、處理器以及光發(fā)送模塊，所述激光器出射紅外激光;所述分光器與激光器連接，并將紅外激光分為傳能激光和紅外照明光;所述投射透鏡位于分光器紅外照明光傳輸尾部;所述光伏電池位于分光器傳能激光傳輸尾部;所述電源管理單元與光伏電池連接，并為攝像頭模塊、處理器和光發(fā)送模塊進行能量供應(yīng);所述攝像頭模塊對紅外圖像進行采集，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器;所述處理器將圖像數(shù)據(jù)壓縮后加載至光發(fā)送模塊。
[0008]進一步地，還包括光纖通道，中心基站通過光纖通道傳送光能量給遠端單元，同時接收遠端單元的圖像數(shù)據(jù)。
[0009]進一步地，所述激光器出射激光，通過光纖通道傳輸至分光器分光，一部分激光至投射透鏡，另一部分激光至光伏電池，經(jīng)電源管理單元分配至攝像頭模塊、處理器以及光發(fā)送模塊;攝像頭模塊對目標圖像數(shù)據(jù)進行采集，并將其傳至處理器，處理器對其壓縮后加載至光發(fā)送模塊，光發(fā)送模塊以光信號形式將圖像數(shù)據(jù)傳至光接收模塊，光接收模塊接收后傳至上位機顯示。
[0010]進一步地，所述投射透鏡的投射方向與攝像頭模塊的采集方向一致，擴散角不小于采集視場角。
[0011]進一步地，所述處理器包括單片機或可編程邏輯陣列。
[0012]進一步地，所述光伏電池的電信號輸出端與電源管理單元的總電量輸入端連接。
[0013]進一步地，所述光發(fā)送模塊的光發(fā)送速率大于攝像頭模塊的采集速率和處理器的傳送速率。
[0014]進一步地，所述上位機具有視頻保存功能，用于接收監(jiān)控圖像并顯示。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所提供的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖傳能，為遠距離監(jiān)控提供在多變天氣與惡劣環(huán)境下抗電磁干擾的能源供給方式，得以實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的全天候紅外視頻監(jiān)控。另一方面，在傳能的同時將主動照明所需的紅外激光一并傳輸，在遠端單元通過投射透鏡進行投射，為夜視監(jiān)控提供了方向性更好的激光照明。采用這樣的光纖傳光方式，不需在視頻監(jiān)控設(shè)備處通過電光轉(zhuǎn)換驅(qū)動LED主動照明，從而降低了光纖供能遠端單元的功耗。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖3為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)光纖供能與照明部分的功能框圖；
[0019]圖4為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)視頻采集與傳輸部分的功能框圖。
[0020]附圖標記說明:
[0021 ] 1-中心基站;2-光纖通道;3-遠端單元;4-激光器;5-分光器;6_光伏電池；7_投射透鏡;8-電源管理單元;9-攝像頭模塊；10-處理器；11-光發(fā)送模塊；12-光接收模塊；13-上位機。
【具體實施方式】
[0022]下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但應(yīng)當(dāng)說明的是，這些實施方式并非是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0023]圖1為本發(fā)明基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。該監(jiān)控系統(tǒng)包括中心基站1、光纖通道2、遠端單元3三大部分。中心基站I 一方面通過光纖通道2傳送光能量為遠端單元3提供能源供給、補光光源供給，另一方面，接收遠端單元3所采集到的圖像數(shù)據(jù)，并實時顯示。
[0024]圖2為本發(fā)明基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，中心基站I包括激光器4、光接收模塊12以及上位機13。遠端單兀3包括分光器5、光伏電池6、投射透鏡7、電源管理單元8、攝像頭模塊9、處理器1以及光發(fā)送模塊11。
[0025]遠端單元3—方面通過分光器5將紅外激光分為傳能激光和紅外照明光；另一方面負責(zé)采集、傳送監(jiān)控圖像，經(jīng)光纖通道2傳回中心基站I。
[0026]其中，激光器4出射一定功率的紅外激光，其出射的固定波段紅外激光具備在光纖通道2內(nèi)低損耗傳輸?shù)奶攸c，出射光強大小由遠端單元3所需供能光、照明光及傳輸損耗決定。
[0027]分光器5，采用1X2設(shè)計，將激光器4出射的紅外激光分為傳能激光與紅外照明光。依照所需照明光與所需供能光大小，計算分光比。紅外照明光出射端與投射透鏡7相接，傳能激光出射端連接光伏電池6。
[0028]光伏電池6位于分光器5傳能激光傳輸尾部，進行光電轉(zhuǎn)換，為后續(xù)系統(tǒng)提供電能供給。光伏電池6，應(yīng)具備散熱性好、可長時間穩(wěn)定工作、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點。光電轉(zhuǎn)換后所能提供的穩(wěn)定電功率應(yīng)大于攝像頭模塊9、處理器10、光發(fā)送模塊11同時工作的最大功耗。光伏電池6的應(yīng)電信號輸出引腳與電源管理單元8的總電量輸入端相接。
[0029]投射透鏡7位于分光器5紅外照明光傳輸尾部，將紅外激光進行擴束散射，為目標物進行紅外照明。投射透鏡7的投射方向應(yīng)與攝像頭模塊9采集方向保持一致，同時擴散角應(yīng)不小于其采集視場角，照射至目標物表面反射出的光亮度應(yīng)大于攝像頭模塊9所能觀測到的最低亮度。
[0030]電源管理單元8與光伏電池6相接，并將光伏電池6提供的電能進行穩(wěn)壓、存儲，并根據(jù)攝像頭模塊9、處理器10、光發(fā)送模塊11所需工作電壓與接口，提供穩(wěn)定電壓與匹配連接方式。
[0031]攝像頭模塊9具備紅外圖像采集能力，并可將圖像數(shù)據(jù)實時發(fā)送至處理器10。攝像頭模塊9的鏡頭前需加裝感紅外濾光片，對投射紅外激光波段敏感，使系統(tǒng)可采集到清晰明亮的紅外監(jiān)控圖像。同時，圖像質(zhì)量與傳輸幀率應(yīng)較高，以滿足實時監(jiān)控條件。攝像頭模塊9通過相應(yīng)接口與處理器10相接。
[0032]處理器10，可采用單片機、可編程邏輯陣列等器件，對攝像頭模塊9的采集過程進行驅(qū)動，包括像素、幀率及圖像輸出格式的設(shè)定。同時，提供I/o接口與傳輸方式，接收已采集數(shù)據(jù)，并加載至光發(fā)送模塊11。
[0033]光發(fā)送模塊11，將處理器10傳送來的圖像數(shù)據(jù)信號驅(qū)動內(nèi)置激光器，以光信號形式將圖像數(shù)據(jù)傳回中心基站I的光接收模塊12。光發(fā)送速率應(yīng)大于之前攝像頭模塊9采集速率與處理器10傳送速率，保證實時傳輸。
[0034]光接收模塊12，傳輸帶寬需與光發(fā)送模塊11匹配，大于攝像頭模塊9采集與圖像壓縮速率，以提供無延遲傳輸。在接收數(shù)據(jù)后，進行低電光轉(zhuǎn)換，并采用合理的通訊方式，將視頻信息傳至上位機13。
[0035]上位機13，將光接收模塊12傳回的圖像數(shù)據(jù)顯示于軟件界面，同時具有視頻保存功能，可隨時隨地調(diào)取。另一方面對監(jiān)控過程進行管控，在軟件界面可實現(xiàn)開啟、關(guān)閉、暫停、恢復(fù)等操作。
[0036]圖3為本發(fā)明光纖供能與投射部分的功能框圖，圖4是本發(fā)明視頻采集與傳輸部分的功能框圖。激光器4出射一定功率的紅外激光，經(jīng)光纖通道2遠距離傳輸至分光器5分光，一部分紅外激光至出射透鏡7，為監(jiān)控目標提供補光照明。另一部分激光至光伏電池6，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，以電信號形式傳至電源管理單元8，經(jīng)電源管理單元8穩(wěn)壓、阻抗匹配等步驟后分配至攝像頭模塊9、處理器10與光發(fā)送模塊11，為其提供正常工作所需電量。攝像頭模塊9在處理器10驅(qū)動下，對目標進行實時監(jiān)控，并將采集到的數(shù)據(jù)以電信號形式傳至處理器10，通過處理器10壓縮、加載至光發(fā)送模塊11，由經(jīng)光纖通道2遠距離傳輸至中心基站I，數(shù)據(jù)信號被光接收模塊12接收并進行光電轉(zhuǎn)換，傳至上位機13實時視頻顯示，完成實時監(jiān)控。
[0037]上述所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，包括中心基站(I)和遠端單元(3)，其特征在于，所述中心基站(I)包括激光器(4)、光接收模塊(12)和上位機(13)，所述遠端單元(3)包括分光器(5)、光伏電池(6)、投射透鏡(7)、電源管理單元(8)、攝像頭模塊(9)、處理器(10)以及光發(fā)送模塊(U)，所述激光器(4)出射紅外激光;所述分光器(5)與激光器(4)連接，并將紅外激光分為傳能激光和紅外照明光;所述投射透鏡(7)位于分光器(5)紅外照明光傳輸尾部;所述光伏電池(6)位于分光器(5)傳能激光傳輸尾部;所述電源管理單元(8)與光伏電池(6)連接，并為攝像頭模塊(9)、處理器(10)和光發(fā)送模塊(11)進行能量供應(yīng);所述攝像頭模塊(9)對紅外圖像進行采集，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器(10);所述處理器(10)將圖像數(shù)據(jù)壓縮后加載至光發(fā)送模塊(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括光纖通道(2)，中心基站(I)通過光纖通道(2)傳送光能量給遠端單元(3)，同時通過光纖通道(2)接收遠端單元(3)的圖像數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器(4)出射紅外激光，通過光纖通道(2)傳輸至分光器(5)分光，一部分紅外激光至投射透鏡(7)，另一部分紅外激光至光伏電池(6)，經(jīng)電源管理單元(8)分配至攝像頭模塊(9)、處理器(10)以及光發(fā)送模塊(11)，攝像頭模塊(9)對圖像數(shù)據(jù)進行采集并傳至處理器(10)，處理器(10)將其壓縮后加載至光發(fā)送模塊(11)，光發(fā)送模塊(11)以光信號形式將圖像數(shù)據(jù)傳至光接收模塊(12)，光接收模塊(12)接收后傳至上位機(13)顯示。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述投射透鏡(7)的投射方向與攝像頭模塊(9)的采集方向一致，擴散角不小于采集視場角。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器(10)包括單片機或可編程邏輯陣列。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏電池(6)的電信號輸出端與電源管理單元(8)的總電量輸入端連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述光發(fā)送模塊(11)的光發(fā)送速率大于攝像頭模塊(9)的采集速率和處理器(10)的傳送速率。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳能的主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(13)用于接收顯示監(jiān)控圖像并具有視頻保存功能。
【文檔編號】H04N7/18GK105933662SQ201610374106
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】王瑾, 李奇, 陸云清, 張云山
【申請人】南京郵電大學(xué)