基于光纤传能的主动红外监控系统

摘要

本发明提供了基于光纤传能的主动红外监控系统，该监控系统包括中心基站(1)、光纤通道(2)、远端单元(3)三大部分，所述中心基站(1)包括激光器(4)、光接收模块(12)和上位机(13)，所述远端单元(3)包括分光器(5)、光伏电池(6)、投射透镜(7)、电源管理单元(8)、摄像头模块(9)、处理器(10)以及光发送模块(11)。本发明所提供的基于光纤传能的主动红外监控系统通过光纤传能，为远距离监控提供在多变天气与恶劣环境下抗电磁干扰的能源供给方式，得以实现稳定、安全的全天候红外视频监控。另一方面，在传能的同时将主动照明所需的红外激光一并传输，在远端单元(3)通过投射透镜(7)进行投射，为夜视监控提供了方向性更好的激光照明。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传能技术领域，尤其涉及一种基于光纤传能的主动红外监控系统。

背景技术

近年来，监控技术经过不断演变，在生产生活各领域内正发挥着越来越重要的作用。视频监控系统是管理人员高质量管理的理想工具，也是公共安全、防盗防范必不可少的得力助手。利用它可以大大减少不必要的人力，实时监视可视区域，控制现场实际工作现状，实时快速的反映所发生的一切事物，便于管理者及时应付处理突发事件等。

其中，红外监控系统因具备夜视观测的能力，成为全天候监测的最佳选择之一。红外监控又分为被动红外监控与主动红外监控，被动红外监控技术无需借助红外灯，主要利用人或物体因自身温度不同而向外辐射红外线强弱不同的原理，将监测目标的温度分布图像转换为视频图像；而主动红外监控技术则利用特制的红外光发光源产生人眼不可见而摄像机可捕捉到的红外辐射，进而通过低照度摄像机来感受周围物体反射回的红外光，从而实现夜视功能。相比于被动红外监控技术，主动红外监控抗干扰性更强，探测距离更远，因而应用更为广泛。

随着各种监测与传感技术的进步，系统工作能量的供给成为了其系统延伸与功能实现的制约性因素。特别是在环境要求特殊的场合下，系统工作的电力供应存在困难，例如高电压、强磁场对传统电力线存在电磁干扰，而且在易燃易爆环境下，电火花则会引发灾难性后果。为了克服电力供应难题，研究人员研究了诸多方法，如无线电磁传能、声波传能、太阳能供电以及大容量电池供电等，然而上述技术依然存在很大的局限性，譬如电磁环境对无线电、声波产生干扰，太阳能受大气环境限制，电池存在寿命问题等。因此，在这些环境要求特殊的情况下，需要一种稳定、安全且可抗电磁干扰的电力供应方式，以实现全天候的红外监控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤传能的主动红外监控系统，利用分光设计，将光纤传能与光纤传光相结合，为监控单元提供红外光照射，实现在特殊环境下稳定、安全且可抗电磁干扰的远距离电力供给。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

基于光纤传能的主动红外监控系统，包括中心基站和远端单元，所述中心基站包括激光器、光接收模块和上位机，所述远端单元包括分光器、光伏电池、投射透镜、电源管理单元、摄像头模块、处理器以及光发送模块，所述激光器出射红外激光；所述分光器与激光器连接，并将红外激光分为传能激光和红外照明光；所述投射透镜位于分光器红外照明光传输尾部；所述光伏电池位于分光器传能激光传输尾部；所述电源管理单元与光伏电池连接，并为摄像头模块、处理器和光发送模块进行能量供应；所述摄像头模块对红外图像进行采集，并将图像数据发送至处理器；所述处理器将图像数据压缩后加载至光发送模块。

进一步地，还包括光纤通道，中心基站通过光纤通道传送光能量给远端单元，同时接收远端单元的图像数据。

进一步地，所述激光器出射激光，通过光纤通道传输至分光器分光，一部分激光至投射透镜，另一部分激光至光伏电池，经电源管理单元分配至摄像头模块、处理器以及光发送模块；摄像头模块对目标图像数据进行采集，并将其传至处理器，处理器对其压缩后加载至光发送模块，光发送模块以光信号形式将图像数据传至光接收模块，光接收模块接收后传至上位机显示。

进一步地，所述投射透镜的投射方向与摄像头模块的采集方向一致，扩散角不小于采集视场角。

进一步地，所述处理器包括单片机或可编程逻辑阵列。

进一步地，所述光伏电池的电信号输出端与电源管理单元的总电量输入端连接。

进一步地，所述光发送模块的光发送速率大于摄像头模块的采集速率和处理器的传送速率。

进一步地，所述上位机具有视频保存功能，用于接收监控图像并显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所提供的基于光纤传能的主动红外监控系统通过光纤传能，为远距离监控提供在多变天气与恶劣环境下抗电磁干扰的能源供给方式，得以实现稳定、安全的全天候红外视频监控。另一方面，在传能的同时将主动照明所需的红外激光一并传输，在远端单元通过投射透镜进行投射，为夜视监控提供了方向性更好的激光照明。采用这样的光纤传光方式，不需在视频监控设备处通过电光转换驱动LED主动照明，从而降低了光纤供能 远端单元的功耗。

附图说明

图1为本发明监控系统整体结构示意图；

图2为本发明监控系统结构框图；

图3为本发明监控系统光纤供能与照明部分的功能框图；

图4为本发明监控系统视频采集与传输部分的功能框图。

附图标记说明：

1-中心基站；2-光纤通道；3-远端单元；4-激光器；5-分光器；6-光伏电池；7-投射透镜；8-电源管理单元；9-摄像头模块；10-处理器；11-光发送模块；12-光接收模块；13-上位机。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但应当说明的是，这些实施方式并非是对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均包括在本发明的保护范围之内。

图1为本发明基于光纤传能的主动红外监控系统整体结构示意图。该监控系统包括中心基站1、光纤通道2、远端单元3三大部分。中心基站1一方面通过光纤通道2传送光能量为远端单元3提供能源供给、补光光源供给，另一方面，接收远端单元3所采集到的图像数据，并实时显示。

图2为本发明基于光纤传能的主动红外监控系统的结构框图，中心基站1包括激光器4、光接收模块12以及上位机13。远端单元3包括分光器5、光伏电池6、投射透镜7、电源管理单元8、摄像头模块9、处理器10以及光发送模块11。

远端单元3一方面通过分光器5将红外激光分为传能激光和红外照明光；另一方面负责采集、传送监控图像，经光纤通道2传回中心基站1。

其中，激光器4出射一定功率的红外激光，其出射的固定波段红外激光具备在光纤通道2内低损耗传输的特点，出射光强大小由远端单元3所需供能光、照明光及传输损耗决定。

分光器5，采用1×2设计，将激光器4出射的红外激光分为传能激光与红外照明光。依照所需照明光与所需供能光大小，计算分光比。红外照明光出射端与投射透镜7相接，传能激光出射端连接光伏电池6。

光伏电池6位于分光器5传能激光传输尾部，进行光电转换，为后续系统提供电能供给。光伏电池6，应具备散热性好、可长时间稳定工作、光电转换效率高等特点。光电转换后所能提供的稳定电功率应大于摄像头模块9、处理器10、光发送模块11同时工作的最大功耗。光伏电池6的应电信号输出引脚与电源管理单元8的总电量输入端相接。

投射透镜7位于分光器5红外照明光传输尾部，将红外激光进行扩束散射，为目标物进行红外照明。投射透镜7的投射方向应与摄像头模块9采集方向保持一致，同时扩散角应不小于其采集视场角，照射至目标物表面反射出的光亮度应大于摄像头模块9所能观测到的最低亮度。

电源管理单元8与光伏电池6相接，并将光伏电池6提供的电能进行稳压、存储，并根据摄像头模块9、处理器10、光发送模块11所需工作电压与接口，提供稳定电压与匹配连接方式。

摄像头模块9具备红外图像采集能力，并可将图像数据实时发送至处理器10。摄像头模块9的镜头前需加装感红外滤光片，对投射红外激光波段敏感，使系统可采集到清晰明亮的红外监控图像。同时，图像质量与传输帧率应较高，以满足实时监控条件。摄像头模块9通过相应接口与处理器10相接。

处理器10，可采用单片机、可编程逻辑阵列等器件，对摄像头模块9的采集过程进行驱动，包括像素、帧率及图像输出格式的设定。同时，提供I/O接口与传输方式，接收已采集数据，并加载至光发送模块11。

光发送模块11，将处理器10传送来的图像数据信号驱动内置激光器，以光信号形式将图像数据传回中心基站1的光接收模块12。光发送速率应大于之前摄像头模块9采集速率与处理器10传送速率，保证实时传输。

光接收模块12，传输带宽需与光发送模块11匹配，大于摄像头模块9采集与图像压缩速率，以提供无延迟传输。在接收数据后，进行低电光转换，并采用合理的通讯方式，将视频信息传至上位机13。

上位机13，将光接收模块12传回的图像数据显示于软件界面，同时具有视频保存功能，可随时随地调取。另一方面对监控过程进行管控，在软件界面可实现开启、关闭、暂停、恢复等操作。

图3为本发明光纤供能与投射部分的功能框图，图4是本发明视频采集与传输部分的功能框图。激光器4出射一定功率的红外激光，经光纤通道2远距离传 输至分光器5分光，一部分红外激光至出射透镜7，为监控目标提供补光照明。另一部分激光至光伏电池6，经光电转换后，以电信号形式传至电源管理单元8，经电源管理单元8稳压、阻抗匹配等步骤后分配至摄像头模块9、处理器10与光发送模块11，为其提供正常工作所需电量。摄像头模块9在处理器10驱动下，对目标进行实时监控，并将采集到的数据以电信号形式传至处理器10，通过处理器10压缩、加载至光发送模块11，由经光纤通道2远距离传输至中心基站1，数据信号被光接收模块12接收并进行光电转换，传至上位机13实时视频显示，完成实时监控。

上述所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。