一种矿用高清视频采集系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于视频采集技术领域，涉及一种矿用高清视频采集系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来在矿井等环境比较暗的地方由于视频监控不到位，使得一些故障未能得到及时的发现而酿成事故，使用矿用低照度视频采集设备能够获取低照度甚至全黑环境下的高清视频图像，便于及时发现事故隐患点。
[0003]现有的矿用视频采集设备体积大且笨重，现有使用的方案是CCD图像传感器结合阵列式红外LED辅助照明，常常以增加红外数量来获取更清晰的视频图像，使得功耗加大且不易后期维护，此外价格也较为昂贵。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种矿用高清视频采集系统及方法，以解决在一些矿井的低照度甚至全黑环境下，采集到的视频质量不高的情况。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种矿用高清视频采集系统，包括:视频采集单元；辅助光源和本安电源；
[0006]辅助光源，用于在外部低照度时，为视频采集单元提供补充光源；
[0007]本安电源，与视频采集单元和辅助光源均连接，并用于为视频采集单元提供电能，且用于在照度低于设定值时启动辅助光源，并为其提供电能；
[0008]视频采集单元，包括:光学镜头，以及与光学镜头依次连接设置的MCCD图像传感器、数字信号处理器和视频输出；
[0009]其中，光学镜头，用于获取外部环境图像信息，并将图像信息发送至MCXD图像传感器;MCCD图像传感器，用于接收光学镜头发送的图像信息，并将图像信息转换成图像电信号后，发送至数字信号处理器；数字信号处理器，用于接收MCXD图像传感器发送的图像电信号，并将其转换成模拟的全电视信号，并通过视频输出输出。
[0010]进一步的，辅助光源为红外激光管。
[0011]进一步的，红外激光管发射的激光的波长为940nm。
[0012]进一步的，红外激光管的激光发射端设有用于均匀扩散激光光源的凹透镜。
[0013]进一步的，凹透镜的透光率为95%。
[0014]进一步的，本安电源包括用于启动辅助光源并为其提供恒流源的驱动电路，驱动电路包括同步降压-升压恒流芯片XZ3442，芯片XZ3442通过第一接口插座连接输入电压正负极，芯片XZ3442通过第二接口插座和第四接口插座均连接有光敏电阻，芯片XZ3442通过第三接口插座连接辅助光源；
[0015]两个光敏电阻，为接入驱动电路的可变电阻，其中一个光敏电阻用于控制辅助光源的连接与断开，另一个光敏电阻用于控制辅助光源的亮度。
[0016]进一步的，驱动电路具体为:包括同步降压-升压恒流芯片XZ3442，XZ3442的第一管脚经过第二电容接地，芯片XZ3442第二管脚经过第二电感与第三管脚连接，芯片XZ3442第四管脚接地，芯片XZ3442第五管脚一路接第四电容正极，另一路接第三接口插座的第二管脚，第四电容负极接地，芯片XZ3442第六管脚一路接第一接口插座的第一管脚，另一路接第二接口插座的第一管脚，第一接口插座的第二管脚接地，芯片XZ3442第七管脚一路经过第四电阻连接第二接口插座的第一管脚，另一路连接第一三极管的第三管脚，芯片XZ3442第七管脚还有一路经过第一电容接地，第二接口插座的第一管脚另一路经过第三电容接地，第一三极管的第二管脚接地，第一管脚经过第三电阻连接第二接口插座的第二管脚，第二接口插座的第二管脚另一路经过第一电阻接地，芯片XZ3442第八管脚一路接第三接口插座的第一管脚，另一路接第四接口插座的第一管脚，第四接口插座的第二管脚连接第四电容的正极，芯片XZ3442第八管脚还有一路经过第二电阻接地。
[0017]进一步的，本安电源还包括为视频采集单元提供电源的控制电路，控制电路包括DC/DC降压转换器MP2359，DC/DC降压转换器MP2359的第五管脚一路接正12V电源，另一路经过第一八电容接地，DC/DC降压转换器MP2359的的第四管脚经过第七电阻接正12V电源，DC/DC降压转换器MP2359的第二管脚接地，DC/DC降压转换器MP2359的第一管脚一路经过第三二极管接正5V电源，另一路经过第一七电容接第六管脚，DC/DC降压转换器MP2359的第六管脚一路经过第四稳压二极管接地，另一路接第三电感，第三电感的另一端一路经过第一九电容接地，另一路接正5V电源，DC/DC降压转换器MP2359的第三管脚一路经过第九电阻接地，另一路经过第八电阻接正5V电源。
[0018]本发明所采用的第二种技术方案，一种矿用高清视频采集系统的采集方法，由光学镜头采集外部环境图像信息，并经过MCCD图像传感器转换成量化后的数字图像信号输出给所述数字信号处理器，数字信号处理器经过数字处理转换成模拟的全电视信号通过视频输出向外输出。
[0019]进一步的，当外部照度低于设定值时，本安电源提供大小可调的恒流电源给辅助光源，用于为光学镜头提供辅助照明以获取低照度下的高清视频信息。
[0020]本发明的有益效果是，采用MC⑶传感器结合红外激光管作为辅助光源的方案，MCCD具有更高的可见光及红外灵敏度，低照度下的信噪比也较为优良，使用时配以激光红外管，能够获取低照度甚至全黑环境下的高清视频图像，且符合本质安全原理，设备整体功耗低、重量轻、体积小、成本低，维护简便。
【附图说明】
[0021]图1是本发明一种矿用高清视频采集系统的模块连接图；
[0022]图2是本发明一种矿用高清视频采集系统的辅助光源驱动电路原理图；
[0023]图3是本发明一种矿用高清视频采集系统视频采集单元供电电路原理图。
[0024]图中，1.视频采集单元，2.辅助光源，3.本安电源，4.光学镜头，5.MC⑶图像传感器，6.数字信号处理器，7.视频输出。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0026]本发明提供了一种矿用高清视频采集系统，如图1所示，包括:视频采集单元I ;用于在外部低照度时提供补充光源的辅助光源2 ;以及与视频采集单元I和辅助光源2均连接，并为其提供电能的本安电源3，该本安电源3还用于在照度低于设定值时启动辅助光源2并为其提供电能。
[0027]如图1所示，视频采集单元1，包括:光学镜头4，以及与光学镜头4依次连接设置的MCXD图像传感器5、数字信号处理器6和视频输出7 ;
[0028]光学镜头4，用于获取外部环境图像信息，并将图像信息发送至MCXD图像传感器5 ;MCCD图像传感器5，用于接收光学镜头4发送的图像信息，并将图像信息转换成图像电信号后，发送至数字信号处理器6 ;数字信号处理器6，用于接收MCXD图像传感器5发送的图像电信号，并将其转换成模拟的全电视信号，并通过视频输出7输出。
[0029]视频采集单元I完成视频的采集与输出，辅助光源单元2为视频采集单元工作在低照度甚至全黑环境时提供辅助照明，本安电源单元3为整个设备提供电源供应，装备整体设计符合本质安全原理。
[0030]视频采集单元I主要包括光学镜头4、1/2英寸的MCXD图像传感器5和DSP数字信号处理器6，视频采集单元I所采用的图像传感器为MCCD图像传感器，能够采集到远达30m外全黑环境下的高清视频图像，辅助光源为940nm的激光红外辅助照明，输出的视频信号为模拟全电视信号，采用高灵敏度感光的1/2英寸MCCD图像传感器，双滤光片日夜自动切换，低照度下自动开启红外激光辅助光源，以便于获取低照度下的高清视频。
[0031]辅助光源2为可以调节亮度的红外激光管并对应设置有用于扩散光源，均匀照射环境的凹透镜，使辅助光源能够均匀照射环境，照射时画面范围广、均匀且无亮斑，从而更好的获取低照度下的高清视频。辅助光源2为940nm的红外激光管，红外激光管为贴片式红外激光管，便于焊接安装在铝基板上，在红外激光管的外部安装一个凹透镜用以扩散光源。使辅助光源能够均匀照射环境，照射时画面范围广、均匀且无亮斑，从而更好的获取低照度下的高清视频。当达到弱光环境时自动切换至工作状态，辅助光源2开启，并根据光照的不同，红外激光管的驱动电路提供不同大小的电流，从而调节红外激光管的亮暗程度。
[0032]本安电源3输入端采用磷酸铁锂蓄电池。本安电源单元3通过磷酸铁锂蓄电池供电，提供12V直流电压，通过高效DC-DC电路设计给整个设备供电，其中红外激光管的驱动电源为恒流源，整个电路设计符合本质安全原理。
[0033]如图2所示，本安电源3还包括为辅助光源2提供可调的恒流源的驱动电路，驱动电路具有电路结构简单，外围电路简单，采用双光敏电阻，能够使红外激光管的光照到达更好的调节，使得视频图像质量更高，而且输入电压小，功耗少，能够实现为红外激光管提供恒流源。
[0034]驱动电路具体包括同步降压-升压恒流芯片XZ3442，芯片XZ3442第一管脚经过第二电容C2接地，芯片XZ3442第二管脚经过第二电感L2与第三管脚连接，芯片XZ3442第四管脚接地，芯片XZ3442第五管脚一路接第四电容C4正极，另一路接第三接口插座J3的第二管脚，第四电容C4负极接地，芯片XZ3442第六管脚一路接第一接口插座Jl的第一管脚，另一路接第二接口插座J2的第一管脚，第一接口插座Jl的第二管脚接地，芯片XZ3442第七管脚一路经过第四电阻R4连接第二接口插座J2的第一管脚，另一路连接第一三极管Ql的第三管脚，芯片XZ3442第七管脚还有一路经过第一电容Cl接地，第二接口插座J2的第一管脚另一路经过第三电容C3接地，第一三极管Ql的第二管脚接地，第一管脚经过第三电阻R3连接第二接口插座J2的第二管脚，第二接口插座J2的第二管脚另一路经过第一电阻Rl接地，芯片XZ3442第八管脚一路接第三接口插座J3的第一管脚，另一路接第四接口插座J4的第一管脚，第四接口插座J4的第二管脚连接第四电容C4的正极，芯片XZ3442第八管脚还有一路经过第二电阻R2接地。
[0035]电源控制芯片为XZ3442，红外激光管焊接在散热功能优良的铝基板上，通过外部环境光照的不同控制红外激光管的光照亮暗程度，并在红外激光管的外部装上一个凹透镜，从而达到最佳的辅助照明效果。
[0036]其中，芯片XZ3442通过第一接口插座Jl连接输入电压正负极，芯片XZ3442通过第二接口插座J2和第四接口插座J4均连接有光敏电阻，芯片XZ3442通过第三接口插座J3连接辅助光源2。
[0037]该驱动电路中，两个光敏电阻为接入驱动电路的可变电阻，随着光照降低，第二接口插座J2所接的光敏电阻阻值减小，由第二接口插座J2和第一电阻Rl所组成的分压电路中，第一电阻Rl端电压值达到第一三极管Ql的导通电压值，第一三极管Ql导通，芯片第七管脚为低，芯片XZ3442工作。芯片XZ3442的第五管脚输出