光学定位相机补光电路的制作方法

本发明涉及相机电路领域，尤其涉及一种光学定位相机补光电路。

背景技术：

光学定位相机广泛用于空间坐标标志点的精准定位，通过连续高速实时采集，将各帧图像对应的标志点位置连贯起来，从而实现动作捕捉。动作捕捉广泛应用于电影动漫制作、动作训练、虚拟教育等领域。

光学定位相机通过led红外光源发出红外光照射到被定位目标物体上，被定位目标物体上的反光球标志点将该红外光反射，反射光传到相机内转化成数字图像，相机通过算法处理提取出标志点的坐标信息，通过计算两个或以上的相机采集到的标志点进而计算出标志点的空间坐标。补光功率的大小直接影响到光学定位相机探测距离的远近。而光学定位相的电源基本都是通过网线由带poe功能的交换机提供。

现有技术的光学定位相机的补光电路一般都采用dc/dc降压芯片将poe的48v直流电压降压后再输出到补光灯电路，再由控制开关管的导通来控制led红外灯补光；poe电源经过dc/dc降压后再输出给led补光灯，必然带来能耗损失，降低效率，在从poe交换机获取有限电源功率的情况下，现在的补光灯电路方式严重降低了poe电源的利用效率，不利于提高光学定位相机的探测距离；同时，现有技术中的光学定位相机的补光电路，无法根据各种场景的应用要求构建定制化的定位相机以满足使用者对不同定位精度的需求。

技术实现要素：

针对现有技术中的弊端，本发明提供了一种光学定位相机补光电路，能够有效解决现有光学定位相机补光电路不能高效利用poe电源的问题。

为此，本发明需要具备以下三处重要的发明点：

(1)储能模块包括一个以上串联的储能子模块，各个储能子模块的结构相同，储能模块使用的储能子模块的数量与光学定位相机的定位精度成正比，从而提升光学定位相机控制的智能化水准；

(2)在基于电源电压和红外led灯工作电压的红外led灯数量设定机制的基础上，将红外led灯模块直接与poe电源连接，二者之间不设置电压转换设备，避免因为降压带来的能耗损失，提升了红外led灯模块的发光效率，提升了光学定位相机的探测距离和成像景深；

(3)多级储能电路的具体化结构设计，提升了储能电路的储能效率，有效避免光学定位相机曝光时poe电源瞬间供应不上而影响红外led灯模块正常工作的情况发生。

根据本发明的一方面，提供了一种光学定位相机补光电路，所述光学定位相机面对待定位的标志点执行多帧图像的实时连续采集，基于分别存在于多帧图像中的多个标志点成像位置实现标志点的动作捕捉和定位，所述电路包括：

poe电源，通过网线与poe交换机连接，用于从poe交换机处获取电源功率以作为预设电压值的直流电源进行电力供应，所述poe电源包括电源接地端和预设电压值的电源输入端；

储能模块，分别与poe电源和红外led灯模块连接，用于在光学定位相机不进行曝光时存储poe电源输出的电能，还用于在光学定位相机进行曝光时向红外led灯模块进行电力供应；

红外led灯模块，包括多个红外led灯，用于发出红外光照射到光学定位相机面对的待定位的标志物体，待定位的标志物体上的待定位的标志点为红外反光球，用于将红外光反射以传到光学定位相机以便于光学定位相机执行逐帧成像；

开关模块，与红外led灯模块连接，具有信号控制端，用于接收外部控制电路发送的开关控制信号以控制红外led灯模块的亮灭；

其中，储能模块包括一个以上串联的储能子模块，各个储能子模块的结构相同，储能模块使用的储能子模块的数量与光学定位相机的定位精度成正比；

其中，红外led灯模块包括一个以上并联的红外led灯子模块，各个红外led灯子模块的结构相同，每一个红外led灯子模块由一个以上红外led灯以及一个或以上串联电阻组成，红外led灯子模块内各个元器件串联，红外led灯模块内各个红外led灯的工作电压相同，基于红外led灯的工作电压确定每一个红外led灯子模块中的一个以上红外led灯的数量，一个以上红外led灯的数量与红外led灯的工作电压成反比；

其中，在光学定位相机不进行曝光时，开关控制信号控制红外led灯模块熄灭，在光学定位相机进行曝光时，开关控制信号控制红外led灯模块点亮；

其中，一个以上红外led灯的数量乘以红外led灯的工作电压的数值小于预设电压值且距离预设电压值的差值在0-2之间。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

每一个储能子模块包括第一电感、第一二极管、第一电容和第二电容，相邻串联的两个储能子模块中，左侧储能子模块的第二电容与右侧储能子模块的第一电容共用，左侧储能子模块的第一电感的一端分别与poe电源的电源输入端、左侧储能子模块的第一二极管的负端以及左侧储能子模块的第一电容的一端连接，另一端分别与右侧储能子模块的第一电感的一端、左侧储能子模块的第一二极管的正端、右侧储能子模块的第一二极管的负端以及共用电容的一端连接，右侧储能子模块的第一电感的另一端分别与右侧储能子模块的第一二极管的正端以及右侧储能子模块的第二电容的一端连接，左侧储能子模块的第一电容的另一端、共用电容的另一端、右侧储能子模块的第二电容的另一端共同接地；

其中，每一个储能子模块的第一二极管都为续流二极管，用于在光学定位相机不进行曝光时执行其所在储能子模块的第一电感的电流续流；

其中，储能模块中最右侧储能子模块的第一电感的另一端与红外led灯模块的输入端连接；

其中，开关模块分别与红外led灯模块的输出端、接地端以及发出开关控制信号的外部控制电路的输出端连接。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

每一个红外led灯子模块中，一个以上红外led灯从左到右串联后再与串联电阻串联，最左侧的红外led灯的一端与最右侧储能子模块的第一电感的另一端连接，另一端与相邻的红外led灯的一端连接，串联电阻的一端与最右侧的红外led灯的一端连接，另一端与采用nmos管结构的开关模块的漏极连接。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

开关模块采用nmos管结构，其栅极与发出开关控制信号的外部控制电路的输出端连接，其源极与接地端连接。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

所述预设电压值为48v；

其中，一个以上红外led灯的数量乘以红外led灯的工作电压的数值小于48且距离48的差值在0-2之间包括：当红外led灯的工作电压的数值为1.4时，确定的一个以上红外led灯的数量为34；当红外led灯的工作电压的数值为1.8时，确定的一个以上红外led灯的数量为26。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

外部控制电路发出的开关控制信号为脉宽调制信号即pwm信号，外部控制电路为现场可编辑逻辑门阵列fpga器件、单片机和arm处理器之一与外围器件组成的控制电路。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

每一个储能子模块的第一电容和第二电容都为有极性的电容或都为无极性的电容。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

每一个储能子模块的第一电感、第一电容和第二电容用于在光学定位相机不进行曝光时存储poe电源输出的电能。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

每一个红外led灯子模块的一个以上红外led灯都为850nm的红外led灯，每一个红外led灯子模块的串联电阻都为功率型的电阻。

更具体地，在所述光学定位相机补光电路中：

nmos管结构的开关模块的信号控制端接收外部控制电路发出的pwm信号后，nmos管在pwm信号驱动下导通或关断：pwm信号为高时nmos管导通，pwm信号为低时nmos管关断；

其中，当nmos管导通时，poe电源通过储能模块直接加到红外led灯模块上，使红外led灯模块的电压达到poe电源的电压48v，由于红外led灯的工作电压范围为1.4v至1.8v，当26个至34个红外led灯串联起来，每个红外led灯的工作电压为1.4v至1.8v，使红外led灯正常工作发光；

其中，当nmos管关断时，poe电源向每一个储能子模块的第一电容和第二电容进行充电。在nmos管关断时，每一个储能子模块的第一电感的电流不能突变，这时它跟每一个储能子模块的第一二极管形成回路，电流在第一电感和第一二极管之间流动。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案的光学定位相机补光电路的主体结构图。

图2为根据本发明实施方案的实施例1示出的光学定位相机补光电路的结构示意图。

图3为根据本发明实施方案的实施例2示出的光学定位相机补光电路的结构示意图。

图4为根据本发明实施方案的实施例3示出的光学定位相机补光电路的结构示意图。

图5为根据本发明实施方案的光学定位相机补光电路的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的光学定位相机补光电路的实施方案进行详细说明。

相机是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备，是用于摄影的光学器械。在现代社会生活中有很多可以记录影像的设备，它们都具备照相机的特征，比如医学成像设备、天文观测设备等。被摄景物反射出的光线通过照相镜头(摄景物镜)和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理(即显影、定影)构成永久性的影像，这种技术称为摄影术，分为一般照相与专业摄像。

定位相机是通过对待定位物体的多帧图像采集结果，进行待定位物体的位置判断和运动判断的一种专业相机，广泛用于空间物体的精准定位。然而，现有技术中的定位相机由于在电源设备和红外led灯之间需要增设电压转换设备以满足红外led灯的工作电压，导致浪费大量的能耗，同时，无法根据各种场景的应用要求构建定制化的定位相机以满足使用者对不同定位精度的需求。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种光学定位相机补光电路，能够有效解决相应的技术问题。所述光学定位相机面对待定位的标志点执行多帧图像的实时连续采集，基于分别存在于多帧图像中的多个标志点成像位置实现标志点的动作捕捉和定位。

如图1所示，所述电路包括poe电源、储能模块、红外led灯模块和开关模块，将储能模块的电源端直接与poe电源的输出端连接，将储能模块的输出端与红外led灯模块的输入端连接，红外led灯模块的输出端与开关模块的输入端连接，储能模块的接地端和开关模块的输出端共接于poe电源的电源地，开关模块的信号控制端接收外部控制电路发送的开关控制信号，并根据输入的开关控制信号控制红外led灯模块的亮灭。

其中，储能模块包括一个以上串联的储能子模块，各个储能子模块的结构相同，储能模块使用的储能子模块的数量与光学定位相机的定位精度成正比，从而提升光学定位相机控制的智能化水准；

其中，在基于电源电压和红外led灯工作电压的红外led灯数量设定机制的基础上，将红外led灯模块直接与poe电源连接，二者之间不设置电压转换设备，避免因为降压带来的能耗损失，提升了红外led灯模块的发光效率，提升了光学定位相机的探测距离和成像景深；

其中，多级储能电路的具体化结构设计，提升了储能电路的储能效率，有效避免光学定位相机曝光时poe电源瞬间供应不上而影响红外led灯模块正常工作的情况发生。

根据光学定位相机补光电路中储能模块的具体结构以及红外led灯模块的具体结构的不同，本发明提供了以下三个实施例。

<实施例1>

如图2所示：

本光学定位相机补光灯电路用于光学定位相机主动向放光标志点发射红外光，相机再接收标志点的反射光，得到标志点的清晰图像，相机再通过图像处理算法提取标志点的坐标数据。光学定位相机补光灯电路包括：储能模块、led红外灯模块和开关模块。

储能模块的电源端直接跟48v的poe电源的输出端连接。储能模块的输出端跟led红外灯模块的输入端连接，led红外灯的输出端跟开关模块的输入端连接。储能模块的接地端和开关模块的输出端共接于poe的电源地。开关模块的信号控制端接收外部控制电路发送的开关控制信号，并根据输入的开关控制信号控制红外led灯的亮灭。

具体的，外部控制电路可以为由现场可编辑逻辑门阵列(fpga)、单片机或者arm处理器及外围器件组成的控制电路；外部控制电路发送的开关控制信号为脉宽调制pwm信号；开关控制模块在外部输入的开关控制信号控制下通断工作，从而可以控制红外led灯的亮灭，实现红外led灯发光与不发光的功能。

poe电源是相机通过以太网接口按poe供电协议获取到的电源，中间没有电压降压转换的电路。

储能模块的输入端、输出端和接地端分别跟poe电源、红外led灯模块和poe电源地连接。储能模块在相机不进行曝光时存储poe电源输出的电能，在相机进行曝光时向红外led灯模块提供电源。防止相机曝光时poe电源瞬间供应不上而影响红外led灯模块工作。

储能模块包括第一电容、第一电感、第一二极管和第二电容。第一电容的第一端和第一电感的第一端、第一二极管的负极端连接在一起，是储能模块的输入端。第一电感的第二端和第一二极管的正极端、第二电容的第一端连接在一起，是储能模块的输出端。第一电容的第二端和第二电容的第二端连接在一起，是储能模块的接地端。

具体的，电感和电容用于存储poe电源输出的电能，二极管用于曝光停止时电感的电流续流。二极管可以使普通的电流二极管。电容可以是有极性的也可以是无极性的，有极性的电容，则电容的第一端和第二端分别为电容的正极和负极。

红外led灯模块包括第一红外led灯至第n个红外led灯以及第三电阻，n值的范围为26至34。第一红外led灯的正极是红外led灯模块的输入端，第一红外led灯的负极连接到第二红外led灯的正极，依次连接，直到第n个红外led灯，第n个红外led灯的负极连接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端是红外led灯模块的输出端。

具体的，优选的n值为28，红外led灯可以是850nm的红外led灯，电阻可以是功率型的电阻。

开关控制模块包括第一开关管、第一电阻和第二电阻。第一开关管的输入端是开关控制模块的输入端。第一电阻的第一端跟第二电阻的第一端连接，是开关模块控制模块的开关信号控制输入端。第一开关管的驱动端跟第一电阻的第二端连接。第一开关管的输出端跟第二电阻的第二端连接，是开关控制模块的输出端。

第一开关管为nmos管。nmos管的栅极、漏极及源极分别为第一开关管的驱动端、输入端和输出端。

具体的，如图2所示。第一电感对应l1，第一电容和第二电容分别对应c1和c2，第一二极管对应d1，第一红外led灯至第n个红外led灯分别对应led1至ledn，第一电阻、第二电阻和第三电阻分别对应r1、r2和r3，第一开关管对应q1。

结合图5对光学定位相机红外补光灯的工作原理进行说明：

开关控制模块的开关信号控制输入端接收外部控制电路的pwm控制信号，第一开关管q1在pwm控制信号驱动下导通和关断；pwm信号为高时q1导通，pwm信号为低时q1关断；当第一开关管q1导通时，poe电源通过储能模块直接加到led红外灯模块上，使led红外灯模块的电压达到poe电压48v。由于红外led灯的工作电压范围为1.4v至1.8v，当26个至34个红外led串联起来，每个红外led灯的工作电压为1.4v至1.8v，可以使红外led灯正常工作发光，优选的采用28个红外led灯。当第一开关管q1关断时，poe电源向第一电容c1和第二电容c2进行充电，在第一开关管q1关断时，第一电感l1的电流不能突变，这时它跟第一二极管d1形成回路，电流在l1和d1之间流动。

<实施例2>

如图3所示：

提供了多级储能电路模块的光学定位相机补光灯电路结构。电感l2、电容c3和电容c1构成一组储能电路，电感l1、电容c1和电容c2构成一组储能电路。多组储能电路可以进一步平滑红外led灯上的电压，使红外led灯工作时维持一个稳定的状态。

多组储能电路除了可以更好的平滑红外led灯上的电压功能之外，其余的步骤与实施例1完全相同，这里不再赘述。

<实施例3>

如图4所示：

提供了多组红外led灯模块的光学定位相机补光灯电路结构。红外led灯led1至ledn和电阻r3构成一组红外led灯组，红外led灯ledn+1至lde2n和电阻r4构成一组红外led灯组。多组红外led灯电路可以进一步发散红外led灯的照射范围，使在相机视野范围内的反光球标识点反射回相机的红外光更均匀，图像效果更好，便于标识点坐标的提取。

多组红外led灯模块除了可以更好的发散红外led灯发射红外光的功能之外，其余的步骤与实施例1完全相同，这里不再赘述。

另外，poe(poweroverethernet)指的是在现有的以太网cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于ip的终端(如ip电话机、无线局域网接入点ap、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。poe技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。

poe也被称为基于局域网的供电系统(pol,poweroverlan)或有源以太网(activeethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。ieee802.3af标准是基于以太网供电系统poe的新标准，它在ieee802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。

ieee在1999年开始制定该标准，最早参与的厂商有3com,intel,powerdsine,nortel,mitel和nationalsemiconductor。但是，该标准的缺点一直制约着市场的扩大。直到2003年6月，ieee批准了802.3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向ip电话、安全系统以及无线lan接入点等设备供电的方式进行了规定。ieee802.3af的发展包含了许多公司专家的努力，这也使得该标准可以在各方面得到检验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。