使用无视差假影的折叠式光学器件的多相机系统技术方案

本发明专利技术提供一种在所捕获图像中展现极少或不展现视差假影的相机阵列(310D到310F)，其中阵列相机的中心镜表面的平面位于沿着对应相机位置与虚拟相机位置(V)之间的线的中点处且正交于所述线，其中所述阵列中的所有所述相机的视锥在由所述镜折叠之后，看起来好像来自所述虚拟相机位置(V)，所述阵列中的每一传感器使用中心镜棱镜(312D到312F)的对应刻面看到所述图像场景的一部分；每一个别传感器/镜对表示总阵列相机的子光圈。所述整个阵列相机具有由所有个别光圈光线的总和产生的合成光圈。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含多相机阵列的成像系统和方法。明确地说，本专利技术涉及启用移动装置的低轮廓成像系统同时维持或改进图像质量的系统和方法。
技术介绍
例如移动电话和平板计算装置等许多移动装置包含可由用户操作以捕获静态和/或视频图像的相机。因为移动装置通常设计成相对较小，所以将相机或成像系统设计成尽可能薄的可能是重要的，以便维持低轮廓移动装置。折叠式光学图像传感器阵列(“阵列相机”)允许创建低轮廓图像捕获装置，而不缩短焦距或减小图像在传感器阵列的视野内的分辨率。通过使用主和次表面朝向阵列中的每一传感器再引导光，并且通过定位用以将入射光聚焦于主表面与次表面之间的透镜组合件，传感器阵列可定位于垂直于透镜组合件的平坦衬底上。较长的焦距使得有可能实施例如光学变焦等特征，且并入有需要比通常由传统移动相机获得的空间更多的空间的更复杂光学器件，例如添加更多光学元件。一些阵列相机使用中心镜或棱镜，其具有多个小面，以将包括目标图像的入射光分裂成多个部分来供所述阵列中的传感器捕获，其中每一小面将来自所述目标图像的光的一部分朝所述阵列中的传感器引导。所述分裂的光的每一部分可穿过透镜组合件，并从位于传感器正上方或下方的额外表面反射回来，使得每一传感器捕获所述图像的一部分。传感器视野可重叠以辅助将所俘获部分拼接在一起成为完整图像。
技术实现思路
本文所述的折叠光学传感器阵列和图像捕获技术允许创建低轮廓图像俘获装置，而不缩短焦距或减小所述图像跨传感器阵列的视野的分辨率，且所捕获的图像没有(或几乎没有)视差假影。阵列相机的挑战是归因于如从所述阵列的不同相机看到的同一物体的不同视图之间的视差的质量降级。视差阻止了将每一相机所捕获的图像无缝拼接成完全无假影的最终图像。相机视图可部分地重叠(例如，重叠大约20％)。取决于图像中的场景的深度(例如从透镜到物体的距离)，来自一个相机的图像可相对于来自另一相机的图像移位。当图像拼接或熔合在一起时，所得视差和倾斜可导致对应于重叠视野的图像区域中的“双图像”鬼影。即使构造所述阵列使得传感器视野中不存在重叠，当此类特征越过传感器视野之间的边界时，视差导致所述图像中的不连续特征，例如线和边缘。在各种实施例中，通过如本文所述的无视差和倾斜假影的阵列相机来解决尤其上述问题。所述实施例中的一些可使用中心镜或棱镜，例如具有多个表面或小面，以将包括所述目标图像的入射光分裂成多个部分，供所述阵列中的传感器捕获。镜表面和传感器可经配置以避免导致所捕获图像中的视差和倾斜假影。举例来说，阵列相机的中心镜表面的平面可沿着对应相机位置与虚拟相机位置之间的线位于中点处，并与所述线正交。因此，在镜将入射光折叠之后，阵列中的所有相机的所投影视野(FOV)视锥看起来来自虚拟相机位置。经分裂的光的每一部分可穿过透镜组合件，且从位于传感器正上方或下方的任选额外反射表面反射回来，使得每一传感器捕获所述图像的一部分。在一些情况下，所述阵列中的每一传感器可捕获所述图像的与所述阵列中的相邻传感器捕获的部分稍微重叠的一部分，且可将这些部分组合成所述目标图像，例如通过线性混合或其它图像拼接技术。一个创新包含一种用于捕获场景的目标图像的系统，所述系统包含具有投影的虚拟中心的多个相机的阵列，所述多个相机中的每一者经配置以捕获场景的目标图像的多个部分中的一者，且所述多个相机中的每一者包含图像传感器，透镜组合件包含至少一个透镜，所述透镜组合件具有投影中心，所述透镜组合件定位成将光聚焦在所述图像传感器上，所述透镜组合件的投影中心沿着穿过虚拟投影中心的线定位，且镜相对于所述透镜组合件定位，以将光提供到所述透镜组合件，所述镜进一步位于镜平面上(或内)，(本文有时称为“镜平面”)，所述镜平面定位成与沿着穿过虚拟投影中心的线的点(例如中点)相交。所述镜平面可以与所述线正交的角度定位。各种实施例可包含额外特征。以下是此类系统的一些特征和实施例的非限制性实例。举例来说，所述系统可进一步包含中心反射性元件(例如，金字塔形反射性组件)，其包含多个主要光再引导表面，所述表面经配置以将表示所述场景的目标图像的光分裂成所述多个部分，所述多个相机中的每一者的镜形成主要光折叠表面中的一者。中心反射性元件可包含由所述多个主要光再引导表面中的每一者的相交形成的顶点。所述多个相机中的每一者的光轴可穿过所述顶点。所述顶点和虚拟投影中心位于穿过所述顶点和所述虚拟投影中心的虚拟光轴上，使得所述虚拟光轴形成所述多个相机的阵列的光轴。所述系统可进一步包含相机外壳，其包括至少一上表面，所述上表面具有定位成允许表示所述场景的光穿过所述孔径到中心反射性元件的光圈。所述上表面可定位成与中心反射性元件的顶点处或上方的虚拟光轴正交。所述外壳可进一步包含大体上平行于所述上表面定位且位于中心反射性元件的下表面处或下方的下表面。所述多个相机中的每一者可位于相机外壳的上表面与下表面之间。所述系统可进一步包含处理器，其经配置以从所述多个相机中的每一者接收包括所述场景的一部分的图像的图像数据，且执行拼接操作以产生所述目标图像。所述系统可进一步(例如，为了校正图像数据中的倾斜假影)包含处理器，其进一步经配置以至少部分地基于虚拟投影中心与所述多个相机中的每一者的透镜组合件的投影中心之间的几何关系以及用于所述多个相机中的每一者的镜在对应镜平面内的位置，对所述图像数据执行投影变换。所述系统可进一步包含与所述多个相机中的每一者相关联的次要光再引导表面，所述次要光再引导表面定位成将从所述透镜组合件接收到的光引导到所述图像传感器上。所述系统可进一步包含具有至少一个光圈的衬底，所述至少一个光圈定位成允许表示所述场景的光穿过所述至少一个孔径到所述多个相机中的每一者的镜，其中用于所述多个相机中的每一者的所述图像传感器定位在衬底上或衬底内。另一创新包含一种生产所捕获图像中基本上无视差假影的阵列相机的方法。在各种实施例中，所述方法包含定位阵列中的多个相机，所述多个相机中的每一者经配置以捕获目标图像场景的多个部分中的一者，所述多个相机定位成各自从具有虚拟投影中心的虚拟相机的位置捕获图像数据，所述多个相机中的每一者包含：具有至少一个透镜的透镜组合件，相机投影中心具有至少部分地由所述透镜组合件的光学器件确定的位置；以及传感器，其定位成从所述透镜组合件接收光。所述方法可进一步包含为所述多个相机中的每一者提供定位在镜平面上的镜，所述镜平面定位成与沿着连接所述相机的投影中心与所捕获的虚拟投影中心的线的点(例如中点)相交。所述镜平面可定位成垂直于所述线。以下是此类方法的一些特征和实施例的非限制性实例。举例来说，所述方法可进一步包含为所述多个相机中的每一者提供所述镜，作为中心反射性元件的小面所述多个相机定位在所述中心反射性元件或反射性组件周围。所述方法可包含提供所述中心反射性元件，使得用于所述多个相机中的每一者的镜在所述中心反射性元件的顶点处相交。所述方法可包含将所述多个相机中的每一者定位成使得所述多个相机中的每一者的光轴与所述顶点相交。所述方法可包含为所述多个相机中的每一者提供次要光折叠表面。所述方法可包含将次要光折叠表面定位在所述透镜组合件与所述传感器之间，以将从所述透镜组合件接收到的光引导到所述传感器上。所述方法可包含提供具有至少一个光圈的衬底，所述光圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于捕获场景的目标图像的系统，所述系统包括：具有虚拟投影中心的多个相机的阵列，所述多个相机中的每一者经配置以捕获场景的目标图像的多个部分中的一者；以及所述多个相机中的每一者包括图像传感器；透镜组合件，其包括至少一个透镜，所述透镜组合件具有投影中心，所述透镜组合件定位成将光聚焦在所述图像传感器上，所述透镜组合件的所述投影中心沿着穿过所述虚拟投影中心的线定位；以及镜，其定位成将所述光反射到所述透镜组合件，所述镜进一步定位在镜平面上，所述镜平面定位成与沿着穿过所述虚拟投影中心的线的点相交。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 US 62/015,316;2015.01.30 US 14/611,0451.一种用于捕获场景的目标图像的系统，所述系统包括：具有虚拟投影中心的多个相机的阵列，所述多个相机中的每一者经配置以捕获场景的目标图像的多个部分中的一者；以及所述多个相机中的每一者包括图像传感器；透镜组合件，其包括至少一个透镜，所述透镜组合件具有投影中心，所述透镜组合件定位成将光聚焦在所述图像传感器上，所述透镜组合件的所述投影中心沿着穿过所述虚拟投影中心的线定位；以及镜，其定位成将所述光反射到所述透镜组合件，所述镜进一步定位在镜平面上，所述镜平面定位成与沿着穿过所述虚拟投影中心的线的点相交。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括中心反射性元件，其具有多个主要光再引导表面，所述主要光再引导表面经配置以将所述光分裂成所述多个部分，所述多个相机中的每一者的所述镜形成所述主要光再引导表面中的一者。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述镜平面定位成与沿着穿过所述虚拟投影中心的所述线的中点相交，且定位成以一角度与所述线正交。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述中心反射性元件包括由所述多个主要光再引导表面中的每一者的相交形成的顶点，且其中所述多个相机中的每一者的光轴穿过所述顶点。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述顶点和所述虚拟投影中心位于穿过所述顶点和所述虚拟投影中心的虚拟光轴上，使得所述虚拟光轴形成所述多个相机的所述阵列的光轴。6.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括相机外壳，所述相机外壳包括具有光圈的上表面，所述光圈定位成允许表示所述场景的光穿过所述光圈到达所述中心反射性元件。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述上表面定位成在所述中心反射性元件的所述顶点处或上方与所述虚拟光轴正交，所述相机外壳进一步包括下表面，其大体上平行于所述上表面而定位，且定位在所述中心反射性元件的下表面处或下方。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个相机中的每一者定位在所述上表面与所述下表面之间。9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括处理器，其经配置以从所述多个相机中的每一者接收包括所述场景的一部分的图像的图像数据，且执行拼接操作以产生所述目标图像。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器进一步经配置以至少部分地基于所述虚拟投影中心与所述多个相机中的每一者的所述透镜组合件的所述投影中心之间的几何关系和所述多个相机中的每一者的所述镜在对应镜平面内的位置来对所述图像数据执行投影变换。11.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括与所述多个相机中的每一者相关联的次要光再引导表面，所述次要光再引导表面定位成将来自所述透镜组合件的光引导到所述图像传感器上。12.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括具有至少一个光圈的衬底，所述至少一个光圈定位成允许所述光穿过所述至少一个光圈到达所述多个相机中的每一者的所述镜，其中用于所述多个相机中的每一者的所述图像传感器定位在所述衬底上或内。13.一种制造在所捕获图像中基本上无视差假影的阵列相机的方法，其包括：将多个相机定位成阵列，所述多个相机中的每一者经配置以捕获目标图像场景的多个部分中的一者，所述多个相机定位成各自从具有虚拟投影中心的虚拟相机的位置捕获图像数据，所述多个相机中的每一者包括透镜组合件，其包括至少一个透镜，相机投影中心，其具有至少部分地由所述透镜组合件的光学器件确定的位置，以及传感器，其定位成从所述透镜组合件接收光；以及为所述多个相机中的每一者提供定位在镜平面上的镜，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·格奥尔基耶夫，T·W·奥斯本，S·R·戈马，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US