监控技术正在快步从标清进入高清时代，然而高清摄像机对摄像时的照度有更高的要求，需要在夜间或者光线昏暗的环境进行补光，以取得清晰的摄像效果。LED(发光二极管)灯对高清监控摄像系统配套补光具有天然的优势。
 

　　LED是半导体发光器件，光开关速度很快，在微秒数量级，可以与摄像机快门同步，实现只在快门摄像时LED发光，进行补光，在快门关闭时灭光，实现与摄像同步的频闪。LED还具有使用寿命长的特点，减少灯的维护和更换。当然，LED还节能，能以较低的功耗，达到照明补光的效果。
 

　　目前监控集成商或工程商基本不生产补光灯具，少部分厂商制作灯具，要外购基本LED器件，但缺乏光学设计专长;而LED封装厂商又不了解特种照明产品光学设计要求;传统灯具生产厂商对LED特性又不熟悉,对热的处理和电的控制能力不强。很多厂商或工程商都尝试当光照度达不到要求时盲目地通过提高LED功率上做文章，结果是LED寿命大受影响，直至损坏LED。
 

　　监控市场光的需求分析
 

　　道路监控摄像机要在夜间清楚拍摄车牌照，一方面要求摄像机强光抑制指标要好，可以有效抑制迎面的强光，使车牌照较清晰地被捕捉到，画面真实完整;另一方面要求给物体进行补光。一个背光补偿技术的好坏，是直接关系到是否能清晰看清车牌，能否使后端视频检测和分析系统给出正确的判断结果。照片的清楚程度取决于选择具有背光补偿的监控摄像机，同时还需要增加一个补光灯具。户外车辆除了车辆灯具本身发出来的光(该光线是对摄像有害的)，另外就是环境本身光线，环境光在车辆上漫反射到摄像机的光线是很少的，这就需要增加补光灯具来增加照射物体的亮度来满足摄像机对光线的要求。
 

　　市场主流智能交通集成商对补光灯具的照度要求目前分类较多，没有统一标准，都要求在20米左右能照清楚物体。大致可以分为两类：一类为17米到20米的距离，需要的照度为100Lux;另外一类是20米到23米的距离，照度要求达到200Lux。
 

　　单车道的情况下，即灯在高度6米，距离20米，车道宽3.5米时，实际需求光型角度为9.58度，如图1。
 

图1
 

　　双车道的情况下，即高度6米，距离20米，双车道宽7米时，实际需求光型角度为19度，如图2。
 

图2
 

　　上述二种方案可采用反光碗加透镜的组合方式设计，利用反光碗小角度聚光的优势，和透镜对光的分布来达到的光效利用，又可同时在需求的范围内达到光照均匀的效果。
 

　　LED配光设计
 

　　大功率封装的LED发光灯珠一般发光分布为琅勃型，光是均匀四射的。要将光线聚集在10度以内，达到射灯的效果，需要结合反射和聚光两次光学设计才能达到对光的效利用。理论的简单推论，只有小于47.5%的光能够被利用，下面分析一下我们的设计和达到的效果。
 

　　反光碗设计
 

　　直接出来的光有60% 需要通过反光碗反射回来。对反光碗的深度，曲面，光洁度等进行设计。
 

　　透镜设计
 

　　对反射回来的光和直射出来的光进行设计，达到单车道10度的聚光要求，和双车道20度的聚光要求，考虑出光要在一个矩形有效窗口内。
 

　　光学效果模拟
 

　　笔者对设计的光学系统还进行了分布分析，图3是光学CAE分析结果。
 

　　光强度的实际测量比较

 

　　采用远方620角度光强仪对单个LED配光模块实际光强进行角分布测量。
 

　　另外，笔者实地测量一个集合32颗LED配光模块的单车道灯，20米实测结果为107Lux，光利用效率约为35%。还实地测量一个集合32颗LED配光模块的双车道灯，20米实测结果数据45Lux，光利用效率约为30%。这些结果与设计模拟结果非常接近，达到了设计的要求。理论值可达47.5%，还有提高光利用率的可能，但需要更加细致的分析、设计和选料等工作。
 

　　电流控制设计
 

　　频闪灯特点是LED灯在摄像机拍摄时才亮灯补光，一般摄像机是以每秒8-25帧拍摄录像图片的，LED频闪灯会在接到摄像机信号时，与其快门同步亮灯，保证在摄像瞬间有足够的补光，得到清晰的图片。LED灯与摄像快门的同步就非常关键。市面上的摄像机提供给补光灯具的信号主要有： TTL电平信号、485信号、开关量信号和电平跟随信号等几种， 电路控制板上要有能承接这些信号的能力。
 

　　一般摄像机摄像是8-25帧，若直接按照这个频率来做频闪补光，人们会感觉很晃眼。为了保证灯具不晃眼，一般需要保证闪烁频率维持在50HZ以上，甚至达到80HZ，人眼基本感觉不到闪烁现象。控制板需要在与摄像机同步的同时，还要增加频闪频率，达到不闪的效果。
 

　　频闪灯是为环境照度不够时进行补光的，在强光下不需要使用。可以添加一个光敏控制，使得灯只在较暗时才闪亮补光，平时不亮。这样减少了灯的使用时间，可以节省大量电能，也大大延长了补光的使用寿命(图4)。
 

　　除了LED配光模块和控制电路外，LED频闪灯还要符合GB17626.5防雷等级要求、满足IP65的防水等级要求、满足安装的结构要求，以及寿命使用要求等。
 

　　结语
 

　　随着智能交通的发展，电子的功能正在不断提高，常用的气体放电闪光灯因为本身器件性能问题无法实现毫秒级连续闪烁，并给行人，驾驶员以及周围环境民众带来不适;而LED频闪以其低亮度不晃眼，采用*数字控制电路，实现了极短时间内高能量发光，使灯的发光时间与摄像机曝光时间达到的结合，满足在各种光线条件下，辅助摄像系统实现对车辆和驾驶员最清晰的拍照要求，并限度的减少对驾驶员和周边居民的干扰和影响。新型LED智能频闪技术更加节能、环保，其频闪灯具有高寿命，补光均匀，防炫目，防浪涌等众多优点。在LED发光芯片亮度不断提高的技术背景下，智能频闪灯将会逐步替代传统的气体放电灯，实现整体电子系统方案的重大革新。
 

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