本發(fā)明涉及影像技術領域，具體涉及一種全景光學鏡頭及相應的全景影像采集裝置。

背景技術：

通常將能夠采集周圍360度的一個環(huán)形區(qū)域的影像的裝置稱為全景影像采集裝置。隨著數(shù)碼影像技術的發(fā)展，尤其是像素數(shù)量和圖像處理能力的不斷提高，全景影像采集裝置的使用越來越普遍。

目前已有的全景影像技術包括如下幾種：

1. 采用普通影像采集裝置繞軸進行旋轉拍攝，然后對影像進行無縫拼接以獲得全景影像。這種方式需要進行大量的圖像拼接計算，難以保證實時性，且對同一位置不能進行連續(xù)拍攝，難以記錄連貫的視頻。

2. 在感光器件的前端裝設魚眼鏡頭，利用其超廣角來進行全景成像。由于魚眼鏡頭具有很大場曲及較低的分辨率，難以獲得高質量的影像還原效果。

3. 采用反射鏡獲取全景影像。這種技術的畸變較小，但需要設置離散的反射元件，安裝精度不易控制，且實際進入感光模塊的光量較少，難以獲得清晰的影像。

本發(fā)明的發(fā)明人之一在此前提出的申請?zhí)枮镃N201510183168.5，名稱為“全景影像采集裝置”的中國發(fā)明專利申請中提出了一種使用折反射鏡頭組的全景影像采集裝置。在此基礎上，仍有必要發(fā)展更具實用價值的改進。

技術實現(xiàn)要素：

依據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種全景光學鏡頭，包括：折反射鏡頭組和第一透鏡鏡頭組。其中，折反射鏡頭組包括屈光度為負的第一透鏡和屈光度為正的折反射鏡，第一透鏡沿光線入射的方向設置于折反射鏡之前，第一透鏡的后表面與折反射鏡的前表面的形狀相適配，折反射鏡的后表面為反射面；第一透鏡鏡頭組包括至少一個透鏡，設置于折反射鏡頭組之后的光路上。

依據(jù)本發(fā)明的另一方面提供一種全景影像采集裝置，包括依據(jù)本發(fā)明的全景光學鏡頭和第一影像采集模塊。其中，第一影像采集模塊包括第一感光器件和周邊配置模塊，第一感光器件用于感應經(jīng)全景光學鏡頭會聚的光線，周邊配置模塊至少用于向第一感光器件供電及與其進行信號交互。

依據(jù)本發(fā)明的全景影像采集裝置，優(yōu)選地還包括第二透鏡鏡頭組和第二影像采集模塊，背對于第一感光器件設置，以采集全景光學鏡頭被第一影像采集模塊所遮擋的區(qū)域的影像。

依據(jù)本發(fā)明的全景光學鏡頭，采用折射與反射相結合的折反射鏡頭組來收集入射光，光線在反射前先進行一次會聚，在反射后又再次進行會聚，不僅能夠成倍提升會聚效果，有助于獲得清晰的影像，也使得裝置設計更為緊湊；并且采用屈光度為正和負的兩個鏡片組合形成折反射鏡頭，能夠更便于進行鏡片的光學設計，以簡單的加工來實現(xiàn)優(yōu)越的性能。

進一步地，全景影像采集裝置優(yōu)選地采用集成兩個影像采集模塊的方式，使得能夠在幾乎半個球面的區(qū)域沒有盲區(qū)。

以下結合附圖，對依據(jù)本發(fā)明的具體示例進行詳細說明。

附圖說明

圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例1的全景光學鏡頭的結構示意圖；

圖2是依據(jù)本發(fā)明的實施例2的全景光學鏡頭的結構示意圖；

圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例3的全景影像采集裝置的示意圖；

圖4是依據(jù)本發(fā)明的實施例4的全景影像采集裝置的示意圖；

圖5是實施例4中裝置的視場角的示意圖。

具體實施方式

實施例1

依據(jù)本發(fā)明的全景光學鏡頭的一種實施方式可參考圖1，包括折反射鏡頭組110和第一透鏡鏡頭組120。

折反射鏡頭組110包括屈光度為負的第一透鏡111和屈光度為正的折反射鏡112。第一透鏡沿光線入射的方向設置于折反射鏡之前。

第一透鏡鏡頭組120包括至少一個透鏡，設置于折反射鏡頭組之后的光路上。由于折反射鏡頭組主要用于收集光線，而第一透鏡鏡頭組主要用于成像，因此，折反射鏡頭組中的鏡片的尺寸可遠大于第一透鏡鏡頭組中的鏡片的尺寸，例如前者可以是后者的兩倍左右或以上。第一透鏡鏡頭組的設計可參考通常的成像鏡頭的特性。可以根據(jù)應用場景的需要來具體確定每個鏡片的設計參數(shù)。

本實施例中，第一透鏡鏡頭組由六個透鏡組成，沿光路的順序依次為屈光度為負的第二透鏡121，屈光度為正的第三透鏡122，屈光度為負的第四透鏡123，屈光度為正的第五透鏡124，屈光度為正的第六透鏡125和屈光度為負的第七透鏡126。這種組合使得每個鏡片的光學設計變得易于實現(xiàn)，例如，整個全景光學鏡頭中的所有鏡片的材料的折射率可以被設計為不超過1.9。在其他實施方式中，第一透鏡鏡頭組也可包含更多或更少的鏡片數(shù)目，例如通?？砂?至8個透鏡。

本文中，使用“前表面”和“后表面”來描述一個光學鏡片上沿光軸方向相對的兩個表面，其中，入射光先經(jīng)過的表面稱為前表面，后經(jīng)過的表面稱為后表面。在折反射鏡頭組中，入射光會兩次經(jīng)過除反射面以外的其他表面，“前表面”和“后表面”以入射光首次經(jīng)過時的順序來定義。

第一透鏡111的后表面與折反射鏡112的前表面的形狀相適配，以使得這兩個鏡片可以緊密貼合。作為一種優(yōu)選的實施方式，第一透鏡的后表面與折反射鏡的前表面可以膠合在一起，形成為膠合鏡片，不僅加工簡單，而且性能優(yōu)越。在其他實施方式中，根據(jù)光學設計的需要，第一透鏡與折反射鏡也可以不膠合。

折反射鏡112的后表面1121為反射面?？梢圆捎美珏兡せ蛲扛驳确绞絹硇纬煞瓷涿妗?/p>

本實施例中第一透鏡的前表面為凹面，后表面為凹面，折反射鏡的前表面為凸面，后表面為凹面并鍍有反射膜。在其他實施方式中，第一透鏡的前表面可以是凸面、凹面或平面；第一透鏡的前表面以及折反射鏡的后表面（即反射面）可以是球面，也可以是非球面。為兼顧優(yōu)良的系統(tǒng)性能和較低的加工難度，優(yōu)選地，全景光學鏡頭的全部鏡片中可以僅設計一個非球面。例如，可采用如下式所描述的偶次非球面曲面：

z=cr²/(1+√(1-(1+k)c²r²))+a₁r²+a₂r⁴+a₃r⁶+a₄r⁸+a₅r¹⁰+…

其中，z為以各個非球面與光軸的交點為起點，在垂直于光軸的方向上的軸向值，k為二次曲面系數(shù)，c為透鏡表面的中心曲率；r為透鏡表面的高度，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅……為非球面系數(shù)。通過該非球面來校正整個光學系統(tǒng)的像散和色差，一方面使得整個光學系統(tǒng)具有小的像散且成像色差也相對均勻，具有優(yōu)良的成像質量，另一方面使得整個光學系統(tǒng)具有低的復雜度和加工靈敏度，有效降低整體成本。

本實施例中，折反射鏡的后表面（即反射面）被設計為非球面，折反射鏡的前表面以及其他鏡片的前表面和后表面為球面。當然，由于平面可視為曲率半徑為無窮大的球面，因此所稱球面也包括平面。

作為一種優(yōu)選的實施方式，本實施例中，全景光學鏡頭的光圈(Aperture)設置于第三透鏡122的位置。在其他實施方式中，也可設置在第四透鏡123的位置或其他位置。對于采用上述結構的光學系統(tǒng)而言，第三透鏡或第四透鏡的位置是設置光圈的最佳位置，在進行光學設計時，可將整個光學系統(tǒng)的入射光瞳(STO)設計于此。

此外，為了實現(xiàn)更優(yōu)秀的性能，本實施例以及其他依據(jù)本發(fā)明的實施方式的全景光學鏡頭還可進一步具有如下特征中的一個或多個：

第一透鏡鏡頭組中的至少一個透鏡能夠沿光軸移動，使得整個全景光學鏡頭形成為自動對焦鏡頭，透鏡沿光軸移動的驅動裝置可選自：步進馬達、多面體超聲電機、盤式電磁電機和音圈馬達等；

折反射鏡頭組可通過一透明的保護罩支撐在第一透鏡鏡頭組的安裝框架上，使得鏡頭結構更加穩(wěn)固的同時也不妨礙光線的入射，保護罩的形狀可以是例如球形，圓柱形，圓錐形，或其他旋轉對稱的形狀。

本實施例的全景光學鏡頭可以具有30°至170°的視場角，與傳統(tǒng)的魚眼鏡頭相比，具有更高的成像質量，適用于作為監(jiān)控攝像機、車載攝像機等的鏡頭。

實施例2

依據(jù)本發(fā)明的全景光學鏡頭的另一種實施方式可參考圖2，包括折反射鏡頭組210和第一透鏡鏡頭組220。

本實施例與實施例1類似，折反射鏡頭組210包括屈光度為負的第一透鏡211和屈光度為正的折反射鏡212，折反射鏡的后表面2121為反射面；第一透鏡鏡頭組由六個透鏡組成，沿光路的順序依次為屈光度為負的第二透鏡221，屈光度為正的第三透鏡222，屈光度為負的第四透鏡223，屈光度為正的第五透鏡224，屈光度為正的第六透鏡225和屈光度為負的第七透鏡226。因此，如非明確指出的不同之處，實施例1中的各種描述均適用于本實施例。

本實施例與實施例1的區(qū)別之處在于，第一透鏡211的前表面為平面。

本實施例中，同樣僅設置一個非球面，即折反射鏡212的后表面2121（反射面），用于校正整個系統(tǒng)的像差和色散，折反射鏡的前表面以及其他鏡片的前表面和后表面均為球面。本實施例與實施例1相比同樣具有高成像質量和低加工難度的優(yōu)點。不過基于前述區(qū)別，雖然本實施例中的各個鏡片與實施例1相比具有相似的正負特性，但具體光學設計參數(shù)可以不同。

實施例3

依據(jù)本發(fā)明的全景影像采集裝置的一種實施方式可參考圖3，包括全景光學鏡頭和第一影像采集模塊330。

全景光學鏡頭具體可采用依據(jù)本發(fā)明的各種實現(xiàn)方式，例如采用實施例1或2中所描述的結構，包括折反射鏡頭組310和第一透鏡鏡頭組320，內部結構不再贅述。

本實施例中，第一透鏡鏡頭組320為自動對焦鏡頭組，即其中的至少一個透鏡327能夠沿光軸移動，圖3中示出的透鏡327的位置僅為示意性的，實際可以是第一透鏡鏡頭組中的任意一個透鏡。自動對焦具體可采用傳統(tǒng)的音圈馬達或步進馬達的驅動方式，也可采用本發(fā)明的發(fā)明人之一早前提出的多面體超聲電機、盤式電磁電機等驅動方式。折反射鏡頭組310通過一透明的保護罩313支撐在第一透鏡鏡頭組的安裝框架上，本實施例中，支撐在第一影像采集模塊330上。

第一影像采集模塊330包括第一感光器件331和周邊配置模塊332。其中第一感光器件用于感應經(jīng)全景光學鏡頭會聚的光線，周邊配置模塊至少用于向第一感光器件供電及與其進行信號交互。例如，可包括以下模塊中的一種或多種：

電源模塊，其包括充電模塊和儲電模塊，其中儲電模塊為可充電電池或超級電容，充電模塊可采用無線充電方式；

系統(tǒng)控制模塊，用于控制整個裝置的運行；

影像處理模塊，用于將感光器件采集到的圓餅狀的影像變換為圓筒狀的影像；

數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)；

通信模塊，包括有線或無線通信模塊，其中有線通信模塊的通信方式可選自以太網(wǎng)通信、模擬信號通信、ADSL通信，USB通信，無線通信模塊的通信方式可選自WiFi通信，3G/4G無線通信，藍牙通信，紅外通信，WiMax通信；

照明模塊，用于為影像采集的區(qū)域提供照明。

各種周邊配置模塊可以與第一感光器件一起集成在電路板上，圖中未一一示出。當裝置的電源模塊采用無線充電方式且通信模塊采用無線通信方式時，裝置的安裝將非常便捷。

實施例4

依據(jù)本發(fā)明的全景影像采集裝置的另一種實施方式可參考圖4。本實施例是在實施例3基礎上的改進，除了包括實施例3中所描述的全景光學鏡頭和第一影像采集模塊330以外，還包括第二透鏡鏡頭組440和第二影像采集模塊450。

第二透鏡鏡頭組440包括至少一個透鏡，用于會聚來自第一感光器件331背面的光線。本實施例中，第二透鏡鏡頭組也采用自動對焦鏡頭，即具有至少一個能夠沿光軸移動的透鏡441。在其他實施方式中，如果對成像質量要求不高，第二透鏡鏡頭組也可采用定焦鏡頭。

第二影像采集模塊450包括第二感光器件451，第二感光器件設置于背對第一感光器件331的方向，用于感應經(jīng)第二透鏡鏡頭組會聚的光線。作為一種優(yōu)選的實施方式，本實施例中，第二感光器件背靠背地設置在第一感光器件的背面，且與第一影像采集模塊共享周邊配置模塊，例如電源模塊、系統(tǒng)控制模塊、影像處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊和照明模塊等。這種背靠背的安裝方式使得裝置的尺寸更為緊湊，安裝也更為簡單。此外，模塊的共享也使得裝置成本大為降低。在其他實施方式中，第二影像采集模塊也可以具有獨立的周邊配置模塊，或者僅與第一影像采集模塊共享部分周邊配置模塊。

第二透鏡鏡頭組和第二影像采集模塊的使用能夠有效地減小影像采集裝置的盲區(qū)。參考圖5，其中示出了本實施例影像采集裝置的視場角。其中Φ1為全景光學鏡頭的最大視場角，Φ2為第一影像采集模塊330在全景光學鏡頭的視場角的中心所形成的盲區(qū)。顯然，對于實施例3中的裝置而言，位于Φ2中的影像是不可見的，而這對于一些重要的應用場合而言是不可容忍的。Φ3為第二透鏡鏡頭組的視場角，其存在使得盲區(qū)Φ2被有效地縮小。

作為一種優(yōu)選的實施方式，將Φ3設計為不小于Φ2，則對于第一影像采集模塊而言不可見的盲區(qū)即可完全被第二影像采集模塊的可視區(qū)域所覆蓋，從而使得整個影像采集裝置在近半個球面的范圍內沒有盲區(qū)。

以上應用具體示例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，應該理解，以上實施方式只是用于幫助理解本發(fā)明，而不應理解為對本發(fā)明的限制。對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，可以對上述具體實施方式進行變化。