用于基于成像的入侵检测的高效率nir光分布的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本申请涉及安全系统，且更具体的涉及监控(suve i I Iance)系统。
【背景技术】
[0002]保护受防护的区域内的人和资产的系统是已知的。这样的系统典型地基于检测受防护的区域内的威胁的一个或多个传感器的使用。
[0003]对人和资产的威胁可源自多个不同源中的任一个。例如，诸如窃贼之类的未授权的入侵者可由于盗窃而对受防护的区域内的资产产生威胁。入侵者还已经已知会伤害或杀害生活在该区域内的人。
[0004]可经由放置在家庭的门或窗的开关来检测入侵者。可替换地，该区域可经由多个安全摄像机来监视。
[0005]安全摄像机可被主动或被动地使用。在被动模式中，警卫可通过放置在警卫站处的监视器而监视来自每个摄像机的图像。在警卫检测到威胁的情况下，警卫可采取适当的行动(例如，呼叫警察，等等)。
[0006]可替换地，摄像机可被用于主动地检测威胁。例如，摄像机内或其它位置的处理器可监视来自摄像机的连续帧，以检测指示入侵者的存在的改变。在检测到入侵者时，处理器可向警卫警告入侵者的可能性。
[0007]许多安全系统自动操作，而没有对于人类警卫的需要。在该类型的系统中，当人们离开时，他们使系统戒备(arm)，并且当他们返回时，使该系统解除戒备(disarm)。
[0008]—旦被戒备，安全面板监视用于激活的周界(perimeter)开关和针对运动的摄像机。虽然这样的系统工作良好，但它们在黑暗区域或能见度差的地方不总是工作良好。因此，存在对于检测入侵者的更好的方法的需要。
【附图说明】
[0009]图1图示了据此的系统的框图；
[0010]图2a_c描绘了图1的光分布透镜的细节，其提供光的水平分布；
[0011 ]图3a_c描绘了图1的透镜的细节，其提供光的垂直分布；
[0012]图4描绘了由距传感器12米处径向放置的表面上的图1的透镜提供的光的水平分布；以及
[0013]图5描绘了由距传感器各种径向距离处的表面上的图1的透镜提供的光的水平分布和垂直分布二者。
【具体实施方式】
[0014]虽然所公开的实施例可采取许多不同的形式，其特定实施例被在附图中示出并将在本文中被详细描述，其中理解到本公开应被视为其原理的范例以及实践所述原理的最佳模式，且并非意图于将本申请或权利要求限制于所说明的特定实施例。
[0015]图1是通常根据所说明的实施例示出的安全系统10的框图。多个传感器12、14和/或用于保护受防护的区域22的摄像机16、18被包括在系统内。传感器可包括一个或多个限制开关，其可被放置在提供进入受防护的区域和从受防护的区域外出的门和/或窗上。所述传感器还可包括检测受防护的区域内的入侵者的一个或多个被动红外(PIR)设备。
[0016]可经由控制面板24来监视传感器和摄像机。在激活传感器之一或经由摄像机之一检测到入侵者时，控制面板可组成并发送报警消息给中央监视站26。中央监视站可通过召唤适当的帮助(例如，警察、消防员等)来进行响应。
[0017]控制面板内包括的传感器和/或摄像机可以是一个或多个处理器装置(处理器)28、36，其均在从非瞬态计算机可读介质(存储器)34加载的一个或多个计算机程序30、32的控制下操作。如本文中所使用的，对由处理器所执行的步骤的引用也是对执行计算机程序的该步骤的处理器的引用。
[0018]光分布透镜20(此后被称作“透镜”，其不会与形成摄像机的部分的成像透镜相混淆)可被包括在基于成像的检测器内，所述检测器合并摄像机和/或合并摄像机的PIR传感器。在一个所说明的实施例下，透镜可被用于改进对受防护的区域内的对象(例如，入侵者)38的照明(illuminat1n)。
[0019]通常，存在对于具有较长电池寿命的低成本无线的基于图像的运动检测器的需要。基于图像的运动检测器可解决与被动红外(PIR)运动检测器相关的许多缺陷(例如，由房间内高环境温度引起的错过的检测、由宠物引起的假警报、在宠物与爬行的人类之间进行区分的能力等等)。然而，与常规的PIR不同，基于较低成本电荷耦合器件(CCD)技术的基于图像的运动检测器在黑暗中不能“看见”。当光水平下降到低于某个水平时，基于图像的运动检测器必须对受防护的区域进行照明以确定可能包括入侵者的场景内容。
[0020]典型地，包含摄像机的PIR、基于图像的运动检测器或监控摄像机将装备有许多近红外(NIR)发光二极管(LED)，以对要被保护的区域进行照明。在常规设备中，这些LED被放置在NIR透明窗之后。在该情况中，照明模式简单地为LED的光分布模式的函数(例如，窄角或宽角朗伯(Lambertian)模式，等等)。
[0021]常规照明设备由于多个因素而没有高效地对要被保护的区域进行照明，所述多个因素包括以下事实:大部分光能量越过在长范围处的入侵者的头部，近场中的光强度比所需的高得多，能量水平由于LED模式的性质而下降到要被保护的区域的侧部，并且成像器的透镜在视场(FOV)周界处比在中心导致更低的敏感度。
[0022]在所说明的实施例下，光的高效分布将使从电池汲取的电流最小化、使电池寿命最大化、减小所需要的电池的数量、以及使产品中所要求的LED的数量最小化。利用该方法，可以在实现长电池寿命的同时减小成本和产品大小。
[0023]图2a是光学入侵检测器100(即，合并光分布透镜20的摄像机16、18或传感器12、14中的一个)的光生成部分的简化顶透视图。在图2a中，NIR LED已经由附图标记102来引用。类似地，光分布透镜已经由附图标记104来引用。为了简化透镜104的描述，将假设光学设备102是近红外发光二极管(NIR LED) 108。
[0024]通常，图2b_c将被用于描述水平方向上的NIR光分布。图3b_c将被用于描述垂直方向上的光分布。
[0025]在图2c中，被标记为零度的射线将被假设为在水平方向上来自LED的NIR光传输(transmiss1n)的主导轴。类似地，在图3c中，被标记为零度的射线将被假设为在垂直方向上来自相同的LED的NIR光传输的主导轴。
[0026]图2b是示出了从LED通过并离开透镜的光分布的水平平面的剖视图。图2c显示了沿着图2b中示出的水平平面的光分布的细节。
[0027]通常，光的水平分布被透镜的空气到透镜边界(内表面或光进入表面)106处的一系列圆柱形表面所控制。就这一点而言，形成透镜的光进入表面的圆柱体的半径在所示出的水平平面中从主导轴朝向透镜的末端逐渐增加。通过在每个预定角度(例如，5度)上增加空气到透镜边界的半径，光经由折射而优选地被分布远离于来自LED的NIR光传输的主导轴。就这一点而言，在从中心向外延伸的每5度的跨度上使用不同的半径。以另一种方式来说，当从水平平面看时，内曲率的半径从中心处的凹形到透镜的外围边缘上的凸形、从中心向外延伸地持续增加。
[0028]透镜到空气边界(透镜的外表面或光离开表面)108可以在任何单独的水平平面具有恒定的半径，但是可以因水平平面而异。在光进入表面上增加的半径和光离开表面上恒定半径的组合，使得射线离开角从中心离开地持续减小，如在任何水平平面中所见的那样。减小的射线离开角增加远离中心的父(Parent)LED通量密度，从而补偿包括朗伯LED功率分布、成像器透镜的相对照度的多个因素，以及补偿了介质界面传输对入射角效应。通常，透镜的光进入表面是水平光分布中的主控制元件。
[0029]类似地，图3b是通过来自LED的NIR光传输的主导轴的垂直剖视图，并且图3c示出了从LED通过并离开透镜的通量分布。如图3b-c中所示的，垂直方向上的光分布的主控制器是透镜的透镜到空气边界(外表面或光离开表面)的曲率。在该实施例中，光离开表面包括变化的横截表面半径的环形表面。为了实现期望的垂直光分布，半径在LED的主导轴之上的来自LED的每5度角度增量光离开射线之间增加，且在LED的主导轴之下的来自LED的每4度增量光离开射线之间减小，以在4度到8度折射的LED离开射线之间达到最小半径，在其之下，半径在主导LED轴之下连续增加到在24度折射的LED离开射线处的从凸形到凹形的过渡，其中，半径然后连续降低到32度射线处的局部最小值，且然后连续增加。如图3c中所示的，来自透镜的最上方射线在LED的主导轴之上向上转角4.11度的角度。类似地，底部射线在主导轴之下以49.59度的角度向下转角。当被安装在成像检测器中时，该NIR发光系统将向下旋转5度，而同时检测器被安装在底板(floor)之上2.3至3.0米之间。所得到的最上方射线将因此以0.89度向下转角以确保对在12米距离处的6英尺高的入侵者的头顶的照明。
[0030]在图3b和3c中，光离开表面半径在所示出的射线之间不同以控制分布。离开表面曲线是每个半径段增量的连续和。该曲线绕穿过LED的视在(apparent)光学中心的垂直轴旋转，以形成光分布的连续范围。每个光离开段形成环形的一部分。
[0031]图2和3公开了一种透镜，其解决了基于距离对光进行重分布的问题。透镜被专门设计为在第一实例中垂直地分布光以实现一组目的，并且在第二实例中水平地分布光以实现第二组目的。垂直光分布目的是将光能量的大部分发送到远场，并从远场到近场中逐渐减小撞击底板的辐射强度功率(每立体单位角的功率)ο如果从源(LED)发射的辐射强度在所有方向上是均匀的，那么目标上的辐照度(每单位面积或亮度的功率)将与到目标的距离的平方成反比。也就是说，3米处的目标将是6米处的目标的“亮度”的4倍，且是12米处的目标的“亮度”的16倍。因此，可从近场中的目标重定向到远场中的目标的任何光能量将有助于实现该目的。该光分布必须考虑以下事实:大多数LED以朗伯方式发射能量，这意味着辐射强度随着距中心射线的角度的余弦而降低。此外，在目标处于最大范围处(比如1