激光辅助照明系统的制作方法

本实用新型涉及一种照明领域，具体涉及一种激光辅助照明系统。

背景技术：

近些年来，随着城市轨道交通基础设施建设事业的快速发展，地铁隧道安全及道健康评估和实时监测变得日益重要。国内，对隧道监测大都采用图像采集设备图像采集分析的方法。但是隧道内环境照度低，必须对隧道内环境进行辅助照明的。LED因为发光效率高达100Lm/W，成为图像采集设备辅助照明的首选方案。

然而，LED辅助照明存在两大难点：

1)LED照明系统功耗高，效率低

如今隧道图像采集大都采用LED进行辅助照明。LED发光效率约为100Lm/W，为了保证图像采集设备足够的曝光量，LED连续工作模式下，其功耗高达kW甚至10kW级别。这对轨道监测车的能源供应来说是一个巨大的负担。这是目前辅助照明必须解决的一大难题。

2)LED照明受环境及光照影响较大

LED照明因为其发光谱线较宽并且处于隧道光照光谱范围内，很难从技术上杜绝环境光对图像采集设备的影响。严重的甚至会导致图像采集设备曝光过度，造成采集图像质量严重下降。同时由于其发射光谱较宽，图像采集设备采集到的图像很难对相似的目标进行识别，比如渗水和漏油。无法满足系统对隧道健康状况进行甄别的要求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种功耗低的激光辅助照明系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种激光辅助照明系统,包括激光驱动电路、激光器以及激光光斑匀化器，所述激光驱动电路的触发端连接图像采集设备的触发信号输出端，所述激光驱动电路输出端连接所述激光器，所述激光光斑匀化器设置于所述激光器的光束发出正前方，所述激光器发出的光束透过所述激光光斑匀化器。

激光驱动电路接收到图像采集设备发出的触发信号后，驱动激光器开始工作。其发光脉冲宽度和强度受外部触发脉冲控制。因为激光发光效率约为LED发光效率的两倍，因此，对同一个系统，采用激光光源较LED光源而言，能极大的提高系统效率，降低系统功耗。同时，激光光束经过激光光斑匀化器重排后，克服了激光光束均匀性较差的问题，满足图像采集系统需要。

进一步的，所述图像采集设备包括主控板和时序控制器，所述主控板输出端连接所述时序控制器，所述主控板的触发信号输出端连接所述时序控制器触发信号输入端，所述时序控制器的激光器延时控制输出端连接所述激光驱动电路触发端，所述主控板按规定的时间间隔向所述时序控制器发送触发信号，所述时序控制器接收到触发信号后，对激光器进行触发。

更进一步的，所述图像采集设备还包括图像采集单元，所述时序控制器的相机延时控制输出端连接所述图像采集单元触发端，所述主控板按规定的时间间隔向所述时序控制器发送触发信号，所述时序控制器接收到触发信号后，同步触发所述激光器和图像采集单元。

采用时序控制器同步触发激光器和图像采集单元，有利于更好的在图像采集设备工作时为图像采集单元提供足够的曝光量。

进一步的，所述激光驱动电路包括第一电阻、上拉电阻、第一电容、第二电容和场效应管；

所述图像采集设备的脉冲控制信号输出端连接所述第一电阻和第一电容的一端，所述第一电阻和第一电容的另一端均连接所述场效应管的栅极，所述场效应管的漏极连接所述上拉电阻的一端，所述上接电阻的另一端连接电源VCC，所述第一电容一端连接电源VCC，另一端接地；所述场效应管的源极连接激光器的驱动端。该电路结构简单，生产成本低。

优选的，所述激光光斑匀化器为微透镜。和传统的匀化技术相比，采用微透镜匀化能使得激光光斑分布能量更均匀，更有利于图像采集设备的工作。且针对图像采集设备的水平和竖直视场的大小，光斑形状亦可通过微透镜的设计进行变更，消除了传统匀化技术圆形光斑大于视场的光能损失，使得光源利用效率更高。

本发明的有益效果是：该激光辅助照明系统在图像采集设备曝光时间内，通过图像采集设备进行外部触发，可提高系统效率，降低系统功耗。加之激光发射光谱窄，一方面，可以采用波长滤光的手段杜绝环境光的影响；另一方面，因为各种物质对各种波长的光的吸收率不同，比如水和油对激光的吸收率不同，它们在图像采集设备上成像的灰度等级会有一定的差别，从而可在本质上对不同物质进行甄别。再者，因为光谱较窄，除了利用传统的几何光学办法进行光束整形外，还可以利用物理光学的衍射理论对光斑的能量分布进行重排，达到辅助照明系统均匀照明的基本要求。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为激光驱动电路；

图3为实施例的优选方案的原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示的一种激光辅助照明系统,包括激光驱动电路、激光器以及激光光斑匀化器，所述激光驱动电路的触发端连接图像采集设备的触发信号输出端，所述激光驱动电路输出端连接所述激光器的驱动端，所述激光光斑匀化器设置于所述激光器的光束发出正前方，所述激光器发出的光束透过所述激光光斑匀化器。

其中，如图2所示，激光驱动电路包括第一电阻R1、上拉电阻RX、第一电容C1、第二电容C2、场效应管Q和二极管D1；

所述图像采集设备的脉冲控制信号输出端连接所述第一电阻R1和第一电容C1的一端，所述第一电阻R1和第一电容C1的另一端均连接所述场效应管Q的栅极，所述场效应管Q的漏极连接所述上拉电阻RX的一端，所述上接电阻RX的另一端连接电源VCC，所述第一电容C1一端连接电源VCC，另一端接地；所述场效应管Q的源极连接激光器LD的驱动端,激光器LD的接地端接地，二极管D1的负极接场效应管Q的源极，二极管D1的正极接地。

激光驱动电路接收到图像采集设备发出触发信号后，驱动激光器开始工作。因为激光发光效率约为LED发光效率的两倍，这极大的提高了系统效率，降低系统功耗。触发信号一般多为脉冲信号。例如：对同一个系统，若需要2000W的LED照明，则所需的激光发射峰值功率约为1000W，以图像采集设备曝光时间为300μs，图像采集速率为30FPS计算，其功耗约为9W，约为2000WLED照明系统的0.5％。

本实施例中，激光光斑匀化器优选但不限于为微透镜，其中微透镜优选但不限于为衍射微透镜阵列。采用衍射微透镜阵列重排后，激光光斑非均匀性约为5％，满足图像采集系统需要。

作为本实施例的优选方案，如图3所示，所述图像采集设备包括主控板、时序控制器和图像采集单元，所述主控板输出端连接所述时序控制器，所述主控板的触发信号输出端连接所述时序控制器触发信号输入端，所述时序控制器的激光器延时控制输出端连接所述激光驱动电路触发端，所述时序控制器的相机延时控制输出端连接所述图像采集单元触发端，所述主控板按规定的时间间隔向所述时序控制器发送触发信号，所述时序控制器接收到触发信号后，同步触发所述激光器和图像采集单元。在具体实施中，时序控制器采用51单片机但不限于51系列单片机实现,图像采集单元至少有一组，每组图像采集单元包含两个相机，两个相机同步进行隧道图像采集，激光器为其提供光源，主控板也可与服务器进行连接，实现信息的交互。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。