本發(fā)明涉及照明裝置和圖像采集系統(tǒng)，尤其涉及一種具有高光強(qiáng)的作為線光源的照明裝置和采用該照明裝置的圖像采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，列車(chē)車(chē)廂側(cè)面包含有列車(chē)編號(hào)等信息，對(duì)高速運(yùn)行的列車(chē)車(chē)廂進(jìn)行圖像采集，然后提取車(chē)廂圖像中的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)在不停車(chē)的前提下獲取列車(chē)的信息，是統(tǒng)計(jì)管理列車(chē)信息的必要手段。在采集列車(chē)圖像時(shí)，通常，由于光照不足，需要配備光源進(jìn)行補(bǔ)光。為圖像采集系統(tǒng)補(bǔ)光的光源有面光源和線光源。線光源主要用于配合線陣相機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)使用。

目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)線光源，在5000mm處測(cè)量光強(qiáng)時(shí)，其實(shí)際光強(qiáng)不大于8000Lux，照明范圍不大于1000mm。這種線光源很難滿足在惡劣條件下，例如夜晚、雨雪天、霧霾天，拍攝列車(chē)圖像的要求。

目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)線光源存在投射距離短、范圍小、光強(qiáng)低的缺陷，而應(yīng)用于鐵路、高速公路等場(chǎng)景的圖像采集系統(tǒng)迫切需要遠(yuǎn)距離、大范圍、高亮度的線光源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種光強(qiáng)高、照射范圍大的作為線光源的照明裝置以及采用這種照明裝置的圖像采集系統(tǒng)。

本發(fā)明一方面提供了一種作為線光源的照明裝置，包括：一維排列的多個(gè)LED元件，其分別發(fā)出散射光；多個(gè)第一會(huì)聚元件，其分別接收從所述多個(gè)LED元件發(fā)出的散射光，將其會(huì)聚成彼此疊加的多個(gè)面光斑；第二會(huì)聚元件，其接收從所述多個(gè)第一會(huì)聚元件分別發(fā)出的所述多個(gè)面光斑，將其會(huì)聚成線光斑。

優(yōu)選地，所述多個(gè)LED元件按規(guī)定間隔布置在導(dǎo)熱基板上，所述導(dǎo)熱基板固定連接至所述殼體。

優(yōu)選地，所述多個(gè)面光斑是半徑相等的圓光斑，每個(gè)圓光斑的中心之間的距離等于其半徑。

優(yōu)選地，所述第一會(huì)聚元件為凸透鏡，所述多個(gè)凸透鏡與所述多個(gè)LED元件隔開(kāi)規(guī)定間隔對(duì)置，所述凸透鏡的直徑略小于所述多個(gè)LED元件的間隔。

優(yōu)選地，所述第二會(huì)聚元件為柱面透鏡。

本發(fā)明另一方面提供了一種用于列車(chē)的圖像采集系統(tǒng)，包括：照明裝置，其設(shè)置在所述龍門(mén)兩側(cè)，對(duì)通過(guò)所述龍門(mén)的列車(chē)進(jìn)行照明，圖像采集裝置，其設(shè)置在所述龍門(mén)兩側(cè)，在所述照明裝置對(duì)所述列車(chē)進(jìn)行照明時(shí)，采集通過(guò)所述龍門(mén)的列車(chē)的圖像，所述照明裝置包括：殼體；以及容納在所述殼體內(nèi)的照明單元，照明單元包括：一維排列的多個(gè)LED元件，其分別發(fā)出散射光；多個(gè)第一會(huì)聚元件，其分別接收從所述多個(gè)LED元件發(fā)出的散射光，將其會(huì)聚成彼此疊加的多個(gè)面光斑；第二會(huì)聚元件，其接收從所述多個(gè)第一會(huì)聚元件分別發(fā)出的所述多個(gè)面光斑，將其會(huì)聚成線光斑。

優(yōu)選地，所述多個(gè)LED元件按規(guī)定間隔布置在導(dǎo)熱基板上，所述導(dǎo)熱基板固定連接至所述殼體。

優(yōu)選地，所述多個(gè)面光斑是半徑相等的圓光斑，每個(gè)圓光斑的中心之間的距離等于其半徑。

優(yōu)選地，所述第一會(huì)聚元件為凸透鏡，所述多個(gè)凸透鏡由透鏡支架支承，使得所述多個(gè)凸透鏡與所述多個(gè)LED元件隔開(kāi)規(guī)定間隔對(duì)置，所述凸透鏡的直徑略小于所述多個(gè)LED元件的間隔。

優(yōu)選地，所述第二會(huì)聚元件為柱面透鏡，所述柱面透鏡固定連接至所述殼體。

優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為線陣相機(jī)，其采用高速快門(mén)對(duì)通過(guò)所述龍門(mén)的列車(chē)進(jìn)行圖像采集。

本發(fā)明的照明裝置采用第一會(huì)聚元件和第二會(huì)聚元件對(duì)LED元件發(fā)出的光進(jìn)行二次會(huì)聚，使LED元件發(fā)出的光盡可能少地浪費(fèi)，并且經(jīng)過(guò)一次會(huì)聚的光斑彼此疊加，提高了能量密度，因此能夠獲得高亮度、大范圍的線光源。本發(fā)明的照明裝置在2000mm處測(cè)量光強(qiáng)達(dá)到16000Lux、有效照明范圍達(dá)2000mm，即使在夜間環(huán)境下也可以無(wú)損耗地穩(wěn)定地進(jìn)行照明，尤其適用于鐵路、高速公路等場(chǎng)景的圖像采集。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的照明裝置的立體圖。

圖2是本發(fā)明的照明裝置的安裝狀態(tài)圖。

圖3是本發(fā)明的照明單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是本發(fā)明的LED元件的排列方式的示意圖。

圖5是本發(fā)明的LED元件與凸透鏡的位置關(guān)系的示意圖。

圖6A、圖6B分別是本發(fā)明的柱面透鏡部的正視圖和剖視圖。

圖7是本發(fā)明的照明裝置的柱面透鏡的入射面上的光斑疊加的示意圖。

圖8是本發(fā)明的照明裝置的整體光路圖。

圖9是圖8的沿A-A線截取的示意性光路圖。

圖10是本發(fā)明的照明裝置的線光源的光強(qiáng)測(cè)試圖。

圖11是本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)的示意圖。

圖12是圖11的圖像采集系統(tǒng)的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

首先，對(duì)本發(fā)明的照明裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明的照明裝置1的立體圖。

如圖1所示，本發(fā)明的照明裝置1由殼體2以及容納在殼體2內(nèi)的照明單元(圖1中未示出)組成。殼體2呈四棱柱狀、圓柱狀或局部半圓形結(jié)構(gòu)，作用是覆蓋并保護(hù)照明單元。殼體2的形狀并不限于圖1所示，可以根據(jù)需要適當(dāng)設(shè)計(jì)。

圖2是本發(fā)明的照明裝置的安裝狀態(tài)圖。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的照明裝置1的兩個(gè)端部設(shè)置有支架20a和20b，支架20a和20b的截面呈L型，通過(guò)至少一組U型固定件22a、22b可以固定在期望的位置。

下面參照?qǐng)D3-9更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的照明裝置1的結(jié)構(gòu)。

圖3是本發(fā)明的照明單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是本發(fā)明的LED元件的排列方式的示意圖。

如圖3和圖4所示，照明裝置1的照明單元3包括：一維排列的多個(gè)LED元件4，其分別發(fā)出散射光；多個(gè)第一會(huì)聚元件5，其分別接收從多個(gè)LED元件4發(fā)出的散射光，將其會(huì)聚成彼此疊加的多個(gè)面光斑；第二會(huì)聚元件6，其接收從多個(gè)第一會(huì)聚元件5分別發(fā)出的多個(gè)面光斑，將其會(huì)聚成線光斑。

參照?qǐng)D4和圖5，多個(gè)LED元件4按規(guī)定間隔布置在導(dǎo)熱基板7上。導(dǎo)熱基板7固定連接至殼體2(未示出)。例如，導(dǎo)熱基板7可以是鋁基板。

雖然圖中未示出，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明的照明裝置1還具有與外部電源相連接的電源接線。

圖5是本發(fā)明的LED元件與凸透鏡的位置關(guān)系的示意圖。

參照?qǐng)D5，第一會(huì)聚元件5為凸透鏡，多個(gè)凸透鏡5由透鏡支架8支承，使得多個(gè)凸透鏡5與多個(gè)LED元件4隔開(kāi)規(guī)定間隔對(duì)置。為了讓LED元件4發(fā)出的光盡可能多地被凸透鏡5接收，凸透鏡5的直徑可以略小于LED元件4的間隔。

應(yīng)該理解，雖然圖5中示出的是平凸透鏡，但是也可以采用雙凸、凹凸透鏡，只要能夠?qū)崿F(xiàn)光束會(huì)聚作用即可。

圖6A、圖6B分別是本發(fā)明的柱面透鏡部的正視圖和剖視圖。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第二會(huì)聚元件6為柱面透鏡。柱面透鏡6通過(guò)任意適當(dāng)?shù)倪B接裝置固定連接至殼體2。在照明裝置1中，柱面透鏡6的軸向方向與多個(gè)LED元件4的一維排列方向一致，并且平坦的一面面對(duì)透鏡5，即，作為光入射表面，可參見(jiàn)圖3。

如圖6A的正視圖所示，柱面透鏡6的光入射表面為矩形。圖6B是沿圖6A的B-B線截取的截面圖。如圖6B所示，柱面透鏡6為圓柱棱鏡。當(dāng)然，這僅僅是個(gè)示例。本發(fā)明的照明裝置1可以采用任意其他類(lèi)型的柱棱鏡，只要能夠?qū)⑷肷涞拿婀獍邥?huì)聚為線光斑即可。

圖7是本發(fā)明的照明裝置的柱面透鏡的入射面上的光斑疊加的示意圖。

在本發(fā)明的照明裝置1中，LED元件4發(fā)出的光經(jīng)過(guò)凸透鏡5會(huì)聚后，形成對(duì)應(yīng)的多個(gè)面光斑。在圖7中，這些面光斑是半徑相等的圓光斑9。并且每個(gè)圓光斑9的中心之間的距離等于其半徑。這可以通過(guò)適當(dāng)設(shè)定LED元件4、凸透鏡5與柱面棱鏡6之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)使每個(gè)圓光斑9的中心之間的距離等于其半徑，這些圓光斑9彼此疊加后得到的面光斑，一方面亮度得到了大約2倍的增強(qiáng)，另一方面均勻性也得到了保證，從而為得到高亮度、大射程的線性光源提供了良好的基礎(chǔ)。

圖8是本發(fā)明的照明裝置的整體光路圖。

如圖8所示，在本發(fā)明的照明裝置1的照明單元3中，多個(gè)LED元件4之間、多個(gè)凸透鏡5之間以及柱面棱鏡6構(gòu)成了整個(gè)光路。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)三者之間的距離關(guān)系，可以在出射距離為2000mm處獲得高度為2000mm的線光斑。

凸透鏡5與LED元件4相對(duì)一側(cè)的基準(zhǔn)面距離散熱基板7的垂直距離優(yōu)選為3-12mm，例如，可以為3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、8、9、10、11、12mm。

圖9是圖8的沿A-A線截取的示意性光路圖。

如圖9所示，LED元件4發(fā)出的散射光經(jīng)由凸透鏡5進(jìn)行了一次會(huì)聚，被會(huì)聚成彼此疊加的多個(gè)面光斑(參照?qǐng)D7)。柱面棱鏡6接收從凸透鏡5分別發(fā)出的多個(gè)面光斑，將其會(huì)聚成線光斑。

由于從LED元件4發(fā)出的光，最大程度地進(jìn)入凸透鏡5，損失的光能量很小，并且多個(gè)LED元件4產(chǎn)生的光斑疊加在一起，又進(jìn)一步增強(qiáng)了光能量密度，因此本發(fā)明的照明裝置1發(fā)射出的光強(qiáng)能夠達(dá)到8000-20000勒克斯，甚至更高。

圖10是本發(fā)明的照明裝置的光強(qiáng)測(cè)試圖。

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，本發(fā)明的照明裝置1在2000毫米的距離處可以獲得大約16000勒克斯的光強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)的線光源相比，光照強(qiáng)度顯著提高，光照距離明顯增加，能量利用率也得到了提升。因此，本發(fā)明的照明裝置1非常適合應(yīng)用在鐵路、高速公路等領(lǐng)域，對(duì)高速行駛的車(chē)輛進(jìn)行圖像采集，而且能夠應(yīng)對(duì)極端天氣狀況的光照不足。

本發(fā)明的基本原理，是利用聚光鏡將LED發(fā)出的點(diǎn)光源會(huì)聚為面光源，再由柱透鏡將面光源會(huì)聚為線光源，在此過(guò)程中，面光源彼此疊加，進(jìn)一步增大了光強(qiáng)密度。

下面參照?qǐng)D11-12說(shuō)明采用本發(fā)明的照明裝置1的圖像采集系統(tǒng)。

圖11是本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)的示意圖。

如圖11所示，本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)10包括：龍門(mén)11，其跨接在鐵軌12上；照明裝置1，其設(shè)置在龍門(mén)11兩側(cè)，對(duì)通過(guò)龍門(mén)11的列車(chē)進(jìn)行照明；圖像采集裝置13，其設(shè)置在龍門(mén)11兩側(cè)(圖11中僅示出了一側(cè))，在照明裝置1對(duì)列車(chē)進(jìn)行照明時(shí)，采集通過(guò)龍門(mén)11的列車(chē)車(chē)廂側(cè)面的圖像。

圖12是圖11的圖像采集系統(tǒng)的局部放大圖。

如圖12所示，在龍門(mén)11的一側(cè)上，照明裝置1和圖像采集裝置13上下并排設(shè)置。照明裝置1作為線光源對(duì)行駛過(guò)的列車(chē)進(jìn)行照明，與此同時(shí)，圖像采集裝置13對(duì)車(chē)廂側(cè)面進(jìn)行圖像采集。

照明裝置1包括：殼體；以及容納在所述殼體內(nèi)的照明單元，照明單元包括：一維排列的多個(gè)LED元件，其分別發(fā)出散射光；多個(gè)第一會(huì)聚元件，其分別接收從所述多個(gè)LED元件發(fā)出的散射光，將其會(huì)聚成彼此疊加的多個(gè)面光斑；第二會(huì)聚元件，其接收從所述多個(gè)第一會(huì)聚元件分別發(fā)出的所述多個(gè)面光斑，將其會(huì)聚成線光斑。

照明裝置1的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在上文進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，此處不再贅述。

由于采用了本發(fā)明的照明裝置1，對(duì)于車(chē)廂側(cè)面的照明可以達(dá)到足夠的強(qiáng)度，根據(jù)上文所述，照明裝置與車(chē)廂側(cè)面之間的距離約為2000mm。這種情況下，可以在車(chē)廂側(cè)面得到高度約為2000mm，亮度約為16000勒克斯的線光斑。

圖像采集裝置13可以為線陣相機(jī)，其采用高速快門(mén)對(duì)通過(guò)龍門(mén)的列車(chē)車(chē)廂進(jìn)行圖像采集。

以上對(duì)本發(fā)明的照明裝置1和采用該照明裝置1的圖像采集系統(tǒng)10進(jìn)行了說(shuō)明。照明裝置1采用第一會(huì)聚元件和第二會(huì)聚元件對(duì)LED元件發(fā)出的光進(jìn)行二次會(huì)聚，使LED元件發(fā)出的光盡可能少地浪費(fèi)，并且經(jīng)過(guò)一次會(huì)聚的光斑彼此疊加，提高了能量密度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度、大范圍的線光源。

因此，本發(fā)明的照明裝置在2000mm處測(cè)量光強(qiáng)達(dá)到16000Lux、有效照明范圍達(dá)2000mm，即使在夜間環(huán)境下也可以無(wú)損耗地穩(wěn)定地進(jìn)行照明，尤其適用于鐵路、高速公路等場(chǎng)景的圖像采集。

另外，本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本效益高、安裝維護(hù)極為方便、運(yùn)行穩(wěn)定，非常適合應(yīng)用在鐵路、高速公路等領(lǐng)域，對(duì)高速行駛的車(chē)輛進(jìn)行圖像采集，而且能夠應(yīng)對(duì)極端天氣狀況的光照不足。

以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施例，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)。這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)區(qū)間。