監(jiān)控技術(shù)正在快步從標(biāo)清進(jìn)入高清時代，然而高清攝像機(jī)對攝像時的照度有更高的要求，需要在夜間或者光線昏暗的環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)光，以取得清晰的攝像效果。LED(發(fā)光二極管)燈對高清監(jiān)控攝像系統(tǒng)配套補(bǔ)光具有天然的優(yōu)勢。
LED是半導(dǎo)體發(fā)光器件，光開關(guān)速度很快，在微秒數(shù)量級，可以與攝像機(jī)快門同步，實現(xiàn)只在快門攝像時LED發(fā)光，進(jìn)行補(bǔ)光，在快門關(guān)閉時滅光，實現(xiàn)與攝像同步的頻閃。LED還具有使用壽命長的特點，減少燈的維護(hù)和更換。當(dāng)然，LED還節(jié)能，能以較低的功耗，達(dá)到照明補(bǔ)光的效果。
目前監(jiān)控集成商或工程商基本不生產(chǎn)補(bǔ)光燈具，少部分廠商制作燈具，要外購基本LED器件，但缺乏光學(xué)設(shè)計專長;而LED封裝廠商又不了解特種照明產(chǎn)品光學(xué)設(shè)計要求;傳統(tǒng)燈具生產(chǎn)廠商對LED特性又不熟悉,對熱的處理和電的控制能力不強(qiáng)。很多廠商或工程商都嘗試當(dāng)光照度達(dá)不到要求時盲目地通過提高LED功率上做文章，結(jié)果是LED壽命大受影響，直至損壞LED。
監(jiān)控市場光的需求分析
道路監(jiān)控攝像機(jī)要在夜間清楚拍攝車牌照，一方面要求攝像機(jī)強(qiáng)光抑制指標(biāo)要好，可以有效抑制迎面的強(qiáng)光，使車牌照較清晰地被捕捉到，畫面真實完整;另一方面要求給物體進(jìn)行補(bǔ)光。一個背光補(bǔ)償技術(shù)的好壞，是直接關(guān)系到是否能清晰看清車牌，能否使后端視頻檢測和分析系統(tǒng)給出正確的判斷結(jié)果。照片的清楚程度取決于選擇具有背光補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)控攝像機(jī)，同時還需要增加一個補(bǔ)光燈具。戶外車輛除了車輛燈具本身發(fā)出來的光(該光線是對攝像有害的)，另外就是環(huán)境本身光線，環(huán)境光在車輛上漫反射到攝像機(jī)的光線是很少的，這就需要增加補(bǔ)光燈具來增加照射物體的亮度來滿足攝像機(jī)對光線的要求。
市場主流智能交通集成商對補(bǔ)光燈具的照度要求目前分類較多，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，都要求在20米左右能照清楚物體。大致可以分為兩類：一類為17米到20米的距離，需要的照度為100Lux;另外一類是20米到23米的距離，照度要求達(dá)到200Lux。
單車道的情況下，即燈在高度6米，距離20米，車道寬3.5米時，實際需求光型角度為9.58度，如圖1。
雙車道的情況下，即高度6米，距離20米， 雙車道寬7米時，實際需求光型角度為19度，如圖2。
上述二種方案可采用反光碗加透鏡的組合方式設(shè)計，利用反光碗小角度聚光的優(yōu)勢，和透鏡對光的分布來達(dá)到最大的光效利用，又可同時在需求的范圍內(nèi)達(dá)到光照均勻的最佳效果。[nextpage]
LED配光設(shè)計
大功率封裝的LED發(fā)光燈珠一般發(fā)光分布為瑯勃型，光是均勻四射的。要將光線聚集在10度以內(nèi)，達(dá)到射燈的效果，需要結(jié)合反射和聚光兩次光學(xué)設(shè)計才能達(dá)到對光的最有效利用。理論的簡單推論，只有小于47.5%的光能夠被利用，下面分析一下我們的設(shè)計和達(dá)到的效果。
反光碗設(shè)計
直接出來的光有60% 需要通過反光碗反射回來。對反光碗的深度，曲面，光潔度等進(jìn)行設(shè)計。
透鏡設(shè)計
對反射回來的光和直射出來的光進(jìn)行設(shè)計，達(dá)到單車道10度的聚光要求，和雙車道20度的聚光要求，考慮出光要在一個矩形有效窗口內(nèi)。
光學(xué)效果模擬
筆者對設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)還進(jìn)行了分布分析，圖3是光學(xué)CAE分析結(jié)果。
光強(qiáng)度的實際測量比較
采用遠(yuǎn)方620角度光強(qiáng)儀對單個LED配光模塊實際光強(qiáng)進(jìn)行角分布測量。
另外，筆者實地測量一個集合32顆LED配光模塊的單車道燈，20米實測結(jié)果為107Lux，光利用效率約為35%。還實地測量一個集合32顆LED配光模塊的雙車道燈，20米實測結(jié)果數(shù)據(jù)45Lux，光利用效率約為30%。這些結(jié)果與設(shè)計模擬結(jié)果非常接近，達(dá)到了設(shè)計的要求。理論值最高可達(dá)47.5%，還有提高光利用率的可能，但需要更加細(xì)致的分析、設(shè)計和選料等工作。[nextpage]
電流控制設(shè)計
頻閃燈特點是LED燈在攝像機(jī)拍攝時才亮燈補(bǔ)光，一般攝像機(jī)是以每秒8-25幀拍攝錄像圖片的，LED頻閃燈會在接到攝像機(jī)信號時，與其快門同步亮燈，保證在攝像瞬間有足夠的補(bǔ)光，得到清晰的圖片。LED燈與攝像快門的同步就非常關(guān)鍵。市面上的攝像機(jī)提供給補(bǔ)光燈具的信號主要有： TTL電平信號、485信號、開關(guān)量信號和電平跟隨信號等幾種， 電路控制板上要有能承接這些信號的能力。
一般攝像機(jī)攝像是8-25幀，若直接按照這個頻率來做頻閃補(bǔ)光，人們會感覺很晃眼。為了保證燈具不晃眼，一般需要保證閃爍頻率維持在50HZ以上，甚至達(dá)到80HZ，人眼基本感覺不到閃爍現(xiàn)象?？刂瓢逍枰谂c攝像機(jī)同步的同時，還要增加頻閃頻率，達(dá)到不閃的效果。
頻閃燈是為環(huán)境照度不夠時進(jìn)行補(bǔ)光的，在強(qiáng)光下不需要使用?？梢蕴砑右粋€光敏控制，使得燈只在較暗時才閃亮補(bǔ)光，平時不亮。這樣減少了燈的使用時間，可以節(jié)省大量電能，也大大延長了補(bǔ)光的使用壽命(圖4)。
除了LED配光模塊和控制電路外，LED頻閃燈還要符合GB17626.5防雷等級要求、滿足IP65的防水等級要求、滿足安裝的結(jié)構(gòu)要求，以及壽命使用要求等。
結(jié)語
隨著智能交通的發(fā)展，電子警察的功能正在不斷提高，常用的氣體放電閃光燈因為本身器件性能問題無法實現(xiàn)毫秒級連續(xù)閃爍，并給行人，駕駛員以及周圍環(huán)境民眾帶來不適;而LED頻閃以其低亮度不晃眼，采用獨特數(shù)字控制電路，實現(xiàn)了極短時間內(nèi)高能量發(fā)光，使燈的發(fā)光時間與攝像機(jī)曝光時間達(dá)到最完美的結(jié)合，滿足在各種光線條件下，輔助攝像系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛和駕駛員最清晰的拍照要求，并最大限度的減少對駕駛員和周邊居民的干擾和影響。新型LED智能頻閃技術(shù)更加節(jié)能、環(huán)保，其頻閃燈具有高壽命，補(bǔ)光均勻，防炫目，防浪涌等眾多優(yōu)點。在LED發(fā)光芯片亮度不斷提高的技術(shù)背景下，智能頻閃燈將會逐步替代傳統(tǒng)的氣體放電燈，實現(xiàn)整體電子警察系統(tǒng)方案的重大革新。
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