本發(fā)明涉及一種全景(360度空間)成像裝置，具體涉及一種通過至少三透鏡組分別成像于成像面上從而合成無像差全景圖像的成像裝置。

背景技術(shù)：

隨著處理器技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，處理大數(shù)據(jù)量的全景圖像數(shù)據(jù)變得越來越容易實(shí)現(xiàn)，帶動了諸如虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality)系統(tǒng)的消費(fèi)電子化應(yīng)用。同時(shí)，對于用戶體驗(yàn)的卓越追求，使諸如谷歌(google)街景、Here地圖等應(yīng)用大量的拍攝街景圖像以提供基于某一位置或某一視角下的全景圖片，以幫助用戶足不出戶即可了解目標(biāo)處的情況，識別建筑物等，極大方便了用戶的生活。另外一方面，路面交通的復(fù)雜度隨著機(jī)動車的增長，建筑物的增加和城市的日益膨脹也變得突出，城市管理者、機(jī)動車生產(chǎn)廠商和駕駛者也希望更多的了解路面實(shí)時(shí)情況，以盡量全面的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)優(yōu)化城市交通，避免擁堵和事故。

由此，全景成像裝置應(yīng)運(yùn)而生，廣泛的應(yīng)用于拍攝VR/AR用原始圖像，街景圖像，交通監(jiān)測，安全監(jiān)控等領(lǐng)域。不同于以往技術(shù)中需要通過移動攝像機(jī)鏡頭獲得多幅動態(tài)拍攝下的圖片幀而拼接獲得全景圖像的方式，全景成像裝置利用分布于空間范圍(大都以空間上球面分布)內(nèi)的多個(gè)成像透鏡組分別成像于相應(yīng)像面上的圖像傳感器，再利用圖像處理技術(shù)將多個(gè)圖像傳感器上的圖像進(jìn)行合成，獲得全景圖像。這樣的全景成像裝置拍攝全景圖像時(shí)無需攝像機(jī)鏡頭運(yùn)動，拍攝的圖像質(zhì)量高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，而且獲得全景圖片的時(shí)間明顯縮短，類似的產(chǎn)品Giroptic360cam、IC Real Tech Allie、bulbcam等已經(jīng)在眾多眾籌平臺上亮相，Nokia、Samsung等著名國際廠商也相繼發(fā)布了OZO、gear360等全景相機(jī)。雖然這些產(chǎn)品已經(jīng)從各種方面優(yōu)化了成像效果，但受限于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，依然無法獲得比較友好的全景圖像質(zhì)量，圖像合成中造成的無法依靠軟件處理消除的畸變使用戶在觀看這樣的圖像時(shí)存在不適感，影響了用戶體驗(yàn)。并且，為了保證成像角度盡可能覆蓋較寬的范圍從而盡量少的使用光學(xué)鏡頭并減少合像次數(shù)，當(dāng)光學(xué)等效距離無法再縮短的情況下，即使利用了折光元件，這些全景成像裝置都不可避免的具有一定的體積，對于消費(fèi)者而言，其攜帶和使用都造成了一定的負(fù)擔(dān)，裝配在其他位置也需要一定的空間，限制了這些產(chǎn)品的廣泛普及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種小體積的全景成像裝置，在鏡頭中心位置使用棱鏡等光學(xué)元件，用于對成像空間進(jìn)行360度全視場角(全景)成像。根據(jù)本發(fā)明的全景成像裝置，無需攝像頭進(jìn)行運(yùn)動即可完成全景成像，且交叉視場區(qū)的角度重疊較小，能夠利用盡可能少的視場邊緣圖像信息進(jìn)行合像，成像質(zhì)量高，消耗圖像處理裝置的資源少，在充分滿足便攜式需求的前提下，可以用有限的電池容量支持更長的使用時(shí)間。

根據(jù)本實(shí)用新型的一種全景成像裝置，包括外殼以及N個(gè)光學(xué)成像單元，相鄰的光學(xué)成像單元的視場范圍有重疊；其中，所述每個(gè)光學(xué)成像單元包括第一透鏡組，中間棱鏡，第二透鏡組和成像器件，相應(yīng)視場內(nèi)的光依次經(jīng)由第一透鏡組，中間棱鏡，第二透鏡組而成像在成像器件上；每個(gè)光學(xué)成像單元的視場角大于360/N度，N為光學(xué)成像單元的個(gè)數(shù)，且N大于等于3；沿外殼的外周預(yù)定方向上，一光學(xué)成像單元的第一透鏡組和本光學(xué)成像單元或另一光學(xué)成像單元的成像器件相鄰布置。

作為一種實(shí)施方式，光學(xué)成像單元的個(gè)數(shù)N等于3，外殼呈類球狀，在類球狀的外周預(yù)定方向上，依次布置有第一光學(xué)成像單元的第一透鏡組，第三光學(xué)成像單元的成像器件，第二光學(xué)成像單元的第一透鏡組，第一光學(xué)成像單元的成像器件，第三光學(xué)成像單元的第一透鏡組，以及第二光學(xué)成像單元的成像器件；所述第一、第二、第三光學(xué)成像單元的光軸在中心處相交。

優(yōu)選的，三個(gè)光學(xué)成像單元的中間棱鏡構(gòu)成一整體棱鏡，所述整體棱鏡為一等邊六棱鏡柱或一不等邊六棱鏡柱。所述的不等邊六棱鏡由長邊-短邊順序重復(fù)3次排列而成，所述長邊與各對透鏡組相對，所述短邊與各成像單元相對。

作為一種變形方式，光學(xué)成像單元的個(gè)數(shù)N等于3時(shí)，在類球狀的外周預(yù)定方向上，依次布置有第一光學(xué)成像單元的第一透鏡組，第一光學(xué)成像單元的成像器件，第二光學(xué)成像單元的第一透鏡組，第二光學(xué)成像單元的成像器件，第三光學(xué)成像單元的第一透鏡組，以及第三光學(xué)成像單元的成像器件；所述第一、第二、第三光學(xué)成像單元的光軸延伸線可中心處相交。

在另外的實(shí)施例中，每個(gè)光學(xué)成像單元的中間棱鏡均為一五棱鏡，所述五棱鏡包括面對第一透鏡組的第一面和面向成像器件的第二面；從每一光學(xué)成像單元第一透鏡組入射的光在所述五棱鏡的第四面上反射到所述成像單元；五棱鏡的第一面和第二面也可以為球面。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，光學(xué)成像單元的個(gè)數(shù)N等于4，所述四個(gè)光學(xué)成像單元的中間棱鏡形成為一整體棱鏡，整體棱鏡形成為球狀，所述外殼也呈球狀，整體棱鏡位于所述外殼的中心位置，各光學(xué)成像單元的光軸在所述整體棱鏡的中心點(diǎn)相交，且各光學(xué)成像單 元的光軸之間在空間上呈120度角。

作為變形的方式，當(dāng)光學(xué)成像單元的個(gè)數(shù)N等于4時(shí)，所述整體棱鏡可以一正八面體棱鏡；由第M光學(xué)成像單元的第一透鏡組出射的光入射所述正八面體棱鏡的一入射面，并從所述正八面體棱鏡的與上述入射面平行的出射面出射進(jìn)入第M光學(xué)成像單元的第二透鏡組，其中M為1-4中任一數(shù)字。

在此方式下，外殼可以為大致球狀，第一、第二和第三光學(xué)成像單元的光軸在球狀的預(yù)定圓周上呈約120度平面角度，第四光學(xué)成像單元的光軸與第一、第二或第三光學(xué)成像單元的光軸之間在空間上呈約120度角。

根據(jù)本實(shí)用新型的全景成像裝置，可以在較小的球狀或類球狀體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)置多組高像質(zhì)的光學(xué)成像單元，中間棱鏡的使用有效減小了每組成像單元的光路所需的空間尺寸；借助較小的視場邊緣圖像信息進(jìn)行合像，顯著降低了圖像處理裝置的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，在采用高壓縮比的圖像處理算法時(shí)可以支持更長的拍攝時(shí)間，具有良好的用戶體驗(yàn)。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的全景成像裝置的截面示意圖

圖2(a)、(b)為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的全景成像裝置的中間棱鏡示意圖

圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變形例的示意圖

圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的全景成像裝置的立體圖

圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變形例的示意圖

圖6為根據(jù)本發(fā)明的全景成像裝置的另一種空間布置方式俯視圖

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述以解釋本發(fā)明，其示例表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同部件。除非有明確的表示，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的，第一、第二等詞匯僅理解為區(qū)分不同的部分，而不包含順序的限定性作用，并且，在不同的實(shí)施例中，同樣被稱為第一部分的組件結(jié)構(gòu)也可以是不相同的。

根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的全景成像裝置，如圖1所示，包括三套光學(xué)組件，各套光學(xué)組件A11-A13的光軸在同一平面上，且相互之間呈大約120度角，分別面向不同方向的成像區(qū)域，且成像區(qū)域范圍邊緣彼此有重疊，優(yōu)選的，光學(xué)組件(以光軸計(jì))A11-A13可以具有相同的光學(xué)結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)置方式將簡化成像裝置的光學(xué)組件生產(chǎn)和組裝過程，并且可以減輕 后續(xù)圖像處理中合成圖像的難度。一種示例性的光學(xué)組件A11為廣角鏡頭，包括第一透鏡組(1)和第二透鏡組(2)，其中第一透鏡組靠近物側(cè)，而第二透鏡組靠近像側(cè)，第一透鏡組和和第二透鏡組之間具有中間棱鏡(M)，典型的中間棱鏡為一在垂直于光軸方向的截面呈長方形狀的柱狀棱鏡，并且，進(jìn)一步的，為了便于制造安裝，光學(xué)組件A11-A13的中間棱鏡可以為一體成型的六面體柱狀棱鏡，如圖2(a)所示，其作用等效于三個(gè)呈120度角布置的單一柱狀棱鏡，以傳遞來自于相應(yīng)的各第一透鏡組的光進(jìn)入第二透鏡組，并在后續(xù)成像器件(3)上成像，所述六面體柱狀棱鏡可以為等邊或不等邊形式，作為不等邊形式的六面體柱狀棱鏡，如圖2(b)所示，其相鄰邊對應(yīng)的中心角的和a1+a2為120度，且長邊所對中心角a2與短邊所對中心角a1的差大于等于20度。上述光學(xué)組件A11-A13形成類球狀的全景成像裝置時(shí)，沿外殼的外周預(yù)定方向上，A11光學(xué)組件的第一透鏡組和非光學(xué)組件A11的成像器件相鄰布置。

作為一種變形方式，上述第一實(shí)施例中的中間棱鏡可以形成為對應(yīng)A11-A13光學(xué)組件的三個(gè)五邊形棱鏡，且每個(gè)具有全反射表面，來自第一透鏡組的光經(jīng)過五邊形棱鏡的光入射面進(jìn)入棱鏡中，并在全反射表面上反射，再經(jīng)由光出射表面出射進(jìn)入第二透鏡組，如圖3所示。此時(shí)，五邊形棱鏡的兩個(gè)相鄰表面分別作為光入射面和光出射面，面對第一和第二透鏡組。在形成類球狀的全景成像裝置時(shí)，沿外殼的外周預(yù)定方向上，A11光學(xué)組件的第一透鏡組和光學(xué)組件A11的成像器件相鄰布置。

在上述第一實(shí)施例及其變形方式中，各中間棱鏡的入射面和出射面可以形成為具有光焦度的球面或者非球面，以提供一定的光焦度，幫助部分像差的校正，從而獲得更好的成像質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，如圖4所示，包括四套光學(xué)組件，其中，各套光學(xué)組件A111-A114的光軸可以不共面(以最外側(cè)的透鏡標(biāo)記作為示意)，四套光學(xué)組件的各光軸互相之間均呈120度角，且各光軸均相交于同一點(diǎn)，與上述第一實(shí)施例類似的，各套光學(xué)組件可以具有相同的光學(xué)結(jié)構(gòu)，例如包括第一和第二透鏡組，以及中間的中間棱鏡。但是，各套光學(xué)組件也可以具有不相同的光學(xué)結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明第二實(shí)施例中的中間棱鏡，可以形成為一呈球狀的整體棱鏡，由于這樣的整體棱鏡在各角度上均具有相同的性質(zhì)，因此，當(dāng)中間棱鏡可以呈一球體時(shí)，優(yōu)選采用具有相同光學(xué)結(jié)構(gòu)的A111-A114光學(xué)組件，各組件光軸呈大約120度的空間角度，從而最大程度上減輕制造難度。此時(shí)全景成像裝置可形成為標(biāo)準(zhǔn)的球狀體，在球狀體中心固定有上述整體棱鏡。

作為本發(fā)明第二實(shí)施例中的一種變形方式，中間棱鏡可以形成為一八面體的整體棱鏡， 如圖5所示，其中正八面體的每一對平行平面構(gòu)成對應(yīng)于一光學(xué)組件A111(或A112-A114任一)的光入射面和出射面，從光學(xué)組件A111靠近物側(cè)的第一透鏡組出射的經(jīng)由正八面體的一光入射面，并從與此光入射面平行的光出射面出射，進(jìn)入光學(xué)組件A111靠近像側(cè)的第二透鏡組，進(jìn)而在成像器件上成像。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，包括四套光學(xué)組件的全景成像裝置布局方式也不限于此，如圖6所示，本發(fā)明的一種全景成像裝置的俯視圖，在橫截面上，光學(xué)組件A111-A113之間呈固定角度的，并分別與光學(xué)組件A114之間呈空間另一固定角度，光學(xué)組件A111-A113具有相同的結(jié)構(gòu)和成像范圍，A114不具有與A111相同的結(jié)構(gòu)，同樣可以使成像范圍可以覆蓋360度空間區(qū)域，這樣的設(shè)置可以有效減少大廣角光學(xué)組件的使用，減輕全景成像裝置合成圖像時(shí)的計(jì)算量。

根據(jù)本發(fā)明的上述各全景成像裝置，由于各光學(xué)組件最靠近物側(cè)的透鏡通常都具有較大的孔徑以盡可能的收集大視場范圍內(nèi)的光線，而成像器件通常不具有大尺寸，使用大約6度的圖像重疊角度即可滿足圖像合成的要求，并且為了有效控制到達(dá)成像器件上的光線范圍，以及沿周布置的緊湊性需要，可選擇的，在棱鏡的出光面附近設(shè)置有光闌。進(jìn)一步的，本發(fā)明的全景成像裝置還包括圖像合成器，每個(gè)光學(xué)成像單元獲取的圖像均傳送到圖像合成器進(jìn)行合成以生成全景圖像。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，雖然上述實(shí)施例中示例了包括3～4套光學(xué)組件的全景成像裝置，但本發(fā)明的全景成像裝置不限于此組成，可以包括更多套的光學(xué)組件，更多的光學(xué)組件使用可以降低每一光學(xué)組件成像范圍的要求。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。