專利名稱：全景成像裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全景成像裝置。
背景技術：
已知有多種用于以大捕獲角度或范圍來捕獲位于附近的圖像的裝置，例如用于 監(jiān)視汽車周圍障礙物的監(jiān)視器攝像機以及監(jiān)視器系統(tǒng)。例如，一種已知的用于監(jiān)視汽車 周圍三個方向(即前方、左方和右方)的攝像機裝置使用安置在成像元件的光線進入側 的棱鏡，使得棱鏡折射或彎曲進入左右方向或范圍的光線，從而在成像元件的預定區(qū)域中 形成圖像，同時基于從前面方向或范圍進入而沒有通過棱鏡的光線，在成像元件的分離區(qū) 域中形成圖像。形成的左邊和右邊的圖像以及形成的前面的圖像分別顯示在監(jiān)視器屏幕 上(參見例如日本特開2003-207836)。一種已知的廣角成像裝置使用多個光學成像單 元，用于在成像平面或焦平面上形成光學圖像，使得多個光學成像單元的光軸在透鏡附近 的一個點交叉，并且使相鄰的光學成像單元的圖像觀察角度或范圍不間斷。各個光學成像 單元捕獲的圖像被再生為全景圖像，該全景圖像顯示在監(jiān)視器屏幕上(參見例如日本特開 2006-25340)。已知的成像裝置有很多問題有待解決。在引用的第一個專利公開中所描述的攝像 機裝置(日本特開2003-207836)能夠在汽車的三個方向上(前方以及左方/右方)獲取 圖像。但是，這些圖像在監(jiān)視器屏幕上顯示為三個獨立的圖像，而不是再生為連續(xù)圖像(全 景圖像)。此外，為了讓攝像機裝置能夠監(jiān)視較大范圍，例如攝像機周圍的180度，要求三個 方向上的三個圖像中的每一個都具有60度或更大的像角(picture angle)。這就要求采用 所謂的廣角鏡頭(wide-angle lens)作為成像透鏡。但是，采用廣角鏡頭可能導致在這樣 捕獲的圖像周圍出現(xiàn)桶形失真(barrel distortion)。雖然可以對圖像周圍的桶形失真進 行數(shù)字校正，但是要校正桶形失真就必須采用復雜的程序。在引用的第二個專利公開中所描述的廣角成像裝置(日本特開2006-25340)能夠 根據(jù)各個光學成像單元捕獲的圖像來再生全景圖像。在使用廣角成像裝置作為監(jiān)視器攝像 機時，能獲得很好的監(jiān)視功能而不會在圖像之間出現(xiàn)所謂的死角(無成像區(qū)域)。但是，廣 角成像裝置存在這樣的問題由于是三維地安置多個光學成像單元，它的整個體積可能變 大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種全景成像裝置，用于形成像角至少為大約180度的全景 圖像，而不需要使用捕獲角大于60度的廣角鏡頭，并且能夠將多個圖像組合為全景圖像而 不需要復雜的圖像校正，也不會導致在相鄰的圖像之間留下不自然的過渡，此外，還能夠減
4少整個裝置的體積和厚度。根據(jù)本發(fā)明的第一方案，上述目的通過這樣的全景成像裝置來實現(xiàn)，其包括光學 透鏡系統(tǒng)，用于收集進入至少為180度的捕獲角中的光線，以在預定焦平面上形成圖像；成 像器件，設置在所述焦平面上，用于將所述光學透鏡系統(tǒng)形成的圖像轉換為電子圖像信息； 以及圖像再生器件，用于對從所述成像器件獲得的電子圖像信息進行成像處理，以再生出 全景圖像。所述光學透鏡系統(tǒng)包括光學透鏡陣列；以及多個棱鏡，設置在所述側透鏡的光 線進入側，用于彎曲和收集進入捕獲角的劃分的多對左和右范圍內、由所述側透鏡接收的 光線，且分別沿著所述左和右側透鏡的光軸引導所述光線，使所述光線指向所述左和右側 透鏡。其中所述光學透鏡陣列包括中間透鏡，具有光軸，所述中間透鏡形成在一個平面上， 用于接收進入捕獲角的前方范圍內的光線；以及多對左和右側透鏡，形成在所述一個平面 上，分別位于所述中間透鏡的左側和右側，所述多對左和右側透鏡的光軸與所述中間透鏡 的光軸平行，以分別接收進入捕獲角的左和右范圍內的光線，所述左和右范圍被分成多對 左和右范圍，使得所述多對左和右側透鏡分別接收進入劃分的多對左和右范圍內的光線。所述成像器件由光電檢測器陣列形成，所述光電檢測器陣列與所述光學透鏡陣列 平行并相距預定距離，用于捕獲所述中間透鏡以及所述左和右側透鏡形成的圖像。此外，所 述圖像再生器件將由位于捕獲角的前方范圍內的所述中間透鏡所形成的圖像與分別由位 于捕獲角的劃分的多對左和右范圍內的所述多對左和右側透鏡所形成的圖像相組合，從而 再生出像角至少為180度的全景圖像。優(yōu)選地，所述中間透鏡和所述側透鏡接收的各光線為進入至少為180度的捕獲角 的小于大約60度的范圍內的光線。更優(yōu)選地，捕獲角為大約180度，其中，所述中間透鏡接收的光線為進入捕獲角的 大約36度的前方范圍內的光線，以及其中，所述側透鏡包括兩個左側透鏡和兩個右側透 鏡，分別接收進入劃分的兩對左和右范圍且每個范圍大約為36度內的光線，所述光線是分 別進入所述捕獲角的左和右范圍各約為77度的光線。更優(yōu)選地，所述捕獲角為大約180度，其中，所述中間透鏡接收的光線為進入所述 捕獲角的大約26度的前方范圍內的光線，以及其中，所述側透鏡包括三個左側透鏡和三 個右側透鏡，分別接收進入劃分的三對左和右范圍且每一個大約為26度的內的光線，所述 光線是分別進入所述捕獲角的左和右范圍各約為77度的光線。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，上述目的通過這樣的全景成像裝置來實現(xiàn)，其包括光學 透鏡系統(tǒng)，用于收集進入大約為180度的捕獲角中的光線，以在預定焦平面上形成圖像；成 像器件，設置在所述焦平面上，用于將所述光學透鏡系統(tǒng)形成的圖像轉換為電子圖像信息； 以及圖像再生器件，用于對從所述成像器件獲得的電子圖像信息進行成像處理，以再生出 全景圖像。設置在所述左和右側透鏡的光線進入側，且在避免大約為36度的前方范圍內的 光線進入所述中間透鏡時發(fā)生中斷的位置處分別面對所述左和右側透鏡，所述光學透鏡系統(tǒng)包括光學透鏡陣列；以及兩對左和右直角棱鏡，設置在所述 左和右側透鏡的光線進入側，且在避免大約為36度的前方范圍內的光線進入所述中間透 鏡時發(fā)生中斷的位置處分別面對所述左和右側透鏡，用于彎曲和收集進入所述捕獲角內劃 分的兩對左和右范圍且每個范圍大約為36度、將要由所述左和右側透鏡接收的光線，且分別沿著所述左和右側透鏡的光軸引導所述光線，使所述光線指向所述左和右側透鏡。其中 所述光學透鏡陣列包括中間透鏡，具有光軸，所述中間透鏡形成在一個平面上，用于接收 進入捕獲角的大約為36度的前方范圍內的光線；以及兩對左和右側透鏡，形成在所述一個 平面上，位于所述中間透鏡的左側和右側，所述兩對左和右側透鏡的光軸與所述中間透鏡 的光軸平行，以分別接收進入捕獲角的左和右范圍各約為72度的光線，其中，所述左和右 范圍劃分成兩對左和右范圍且每個范圍大約為36度，使得所述兩對左和右側透鏡分別接 收進入所劃分的兩對左和右范圍內的光線。所述成像器件由光電檢測器陣列形成，所述光電檢測器陣列與所述光學透鏡陣列 平行并相距預定距離，用于捕獲所述中間透鏡以及所述兩對左和右側透鏡形成的圖像。此 外，所述圖像再生器件將由位于捕獲角的大約為36度的前方范圍內的所述中間透鏡所形 成的圖像與分別由位于捕獲角的劃分的兩對左和右范圍且每個范圍約為36度內的所述兩 對左和右側透鏡所形成的圖像組合，從而再生出像角大約為180度的全景圖像。根據(jù)本發(fā)明的再一方案，上述目的通過這樣的全景成像裝置來實現(xiàn)，其包括光學 透鏡系統(tǒng)，用于收集進入至少為180度的捕獲角中的光線，以在預定焦平面上形成圖像；成 像器件，設置在所述焦平面上，用于將所述光學透鏡系統(tǒng)形成的圖像轉換為電子圖像信息； 以及圖像再生器件，用于對從所述成像器件中獲得的電子圖像信息進行成像處理，以再生 出全景圖像。其中，所述光學透鏡系統(tǒng)包括光學透鏡陣列，由在二維平面上以行和列的矩陣布 置的多個透鏡構成，包括多個中間透鏡，各中間透鏡具有光軸，且形成在所述二維平面上，用于接收進入所 述捕獲角的前方范圍內的光線；以及多對左和右側透鏡，形成在所述二維平面上，分別位于所述中間透鏡的左側和右 側，所述多對左和右側透鏡的光軸與各所述中間透鏡的光軸平行，以分別接收進入所述捕 獲角的左和右范圍內的光線，所述左和右范圍被劃分成多對左和右范圍，使得所述多對左 和右側透鏡分別接收進入所劃分的多對左和右范圍內的光線；以及多個棱鏡，設置在所述左和右側透鏡的光線進入側，用于彎曲和收集進入所述捕 獲角內劃分的多對左和右范圍、將要由所述左和右側透鏡接收的光線，從而分別沿著所述 左和右側透鏡的光軸弓I導所述光線，使所述光線指向所述左和右側透鏡。其中，所述多個棱鏡以如下方式將光線引導至所述左和右側透鏡，即使得布置在 同一列的左和右側透鏡接收處于不同水平范圍、相同垂直范圍內的光線；所述成像器件由 光電檢測器陣列形成，所述光電檢測器陣列與所述光學透鏡陣列平行并相距預定距離，用 于捕獲所述中間透鏡以及所述左和右側透鏡形成的圖像；所述圖像再生器件將由位于所述 捕獲角的前方范圍內的所述中間透鏡所形成的圖像與分別由位于所述捕獲角內劃分的多 對左和右范圍內的所述多對左和右側透鏡所形成的圖像相組合，從而再生像角至少為180 度的全景圖像。根據(jù)本發(fā)明形成的全景成像裝置不需使用具有例如60度或更大的捕獲角的光學 透鏡(廣角鏡頭)，從而能夠使形成的圖像基本上不失真，因此在組合圖像時，不需要對圖 像進行復雜的圖像校正處理，并且能夠將圖像組合成像角至少為180度或大約180度的全 景圖像，而不會在相鄰圖像之間產生不自然的過渡。此外，這樣還能夠減少整個全景成像裝置的體積和厚度。雖然在所附的權利要求書中說明了本發(fā)明的新穎性特征，但是從以下結合附圖進 行的詳細說明中將更好的理解本發(fā)明。


以下參照附圖描述本發(fā)明。應注意所示附圖用于示出本發(fā)明或者其實施例的技 術原理，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的全景成像裝置的透視圖；圖2為上述全景成像裝置中光學透鏡系統(tǒng)的前視圖；圖3為沿著圖2中的A-A線的放大橫截面視圖，示出全景成像裝置的光學透鏡系 統(tǒng)的光路圖，其中，光通量(light flux)通過每一個透鏡；圖4A和圖4B為分別從對角的左上方以及對角的右上方觀看時，放置為朝向在180 度的范圍內待成像的目標物體的全景成像裝置的透視圖；圖5為示意圖，在左邊示出全景成像裝置的光電檢測器陣列上的單位圖像 (single-eye image)的矩陣圖像，在中間和在右邊的矩陣圖像示出對作為圖像信息的單位 圖像進行處理而形成全景圖像的過程；圖6為根據(jù)第一改型實例的全景成像裝置的前視圖；圖7為根據(jù)第二改型實例的全景成像裝置的前視圖。
具體實施例方式以下參照附圖描述本發(fā)明的實施例，作為實施本發(fā)明的最佳模式。本發(fā)明涉及全 景成像裝置。應理解的是，這些實施例并非用于限制本發(fā)明或者包含本發(fā)明的全部范圍。注 意附圖中相似的部分使用同樣的參考數(shù)字、字符或者記號進行標識。參照圖1至圖5，描述根據(jù)本發(fā)明實施例的全景成像裝置1。如圖1至圖3所示， 本實施例的全景成像裝置1包括光學透鏡系統(tǒng)2，用于收集以至少180度(大約180度) 的捕獲角(圖像獲取角)進入其中的光線，從而在預定焦平面上形成圖像；光電檢測器陣列 (稱作“成像器件”)3，安置在光學透鏡系統(tǒng)2的焦平面上，用于將光學透鏡系統(tǒng)2形成的 圖像轉換為電子圖像信息；以及處理電路，用于信號處理和顯示。該處理電路包括A/D(模 擬-數(shù)字)轉換器4，用于將光電檢測器陣列3的電子圖像信息轉換為數(shù)字信號；DSP (數(shù) 字信號處理器)5，用于接收由光電檢測器陣列3從圖像轉換而來的電子圖像信息的數(shù)字信 號；以及圖像再生微處理器(稱作“圖像再生器件”)6，用于對DSP5接收的圖像信息的數(shù)字 信號進行圖像處理，以再生出全景圖像；以及顯示單元7 (例如液晶面板)，用于顯示圖像再 生微處理器6再生出的全景圖像。根據(jù)本實施例的光學透鏡系統(tǒng)2包括光學透鏡陣列9，具有9(九)個光學透鏡 L，這9個光學透鏡具有相互平行的光軸La，設置為3 (三)行3 (三)列的矩陣，并在透明基 底8的一個平面或表面上整體地構成為單個凸透鏡；以及4個45-45-90度直角棱鏡P，左 右各兩個，安置在光學透鏡陣列9的光線進入側，分別朝向4個光學透鏡L。以下，各個光學 透鏡L通過附在后面對應于在3行3列矩陣中位置的后綴來指定和區(qū)分彼此。例如，位于 行1 (第一行)-列1 (第一列)的光學透鏡L指定為Ll-I。
4個45-45-90度直角棱鏡P分別放置為朝向光學透鏡Ll-1、Ll-3、L3-1、L3-3。 以下，各個45-45-90度直角棱鏡P也通過附在后面對應于其位置的后綴來指定和區(qū)分彼 此。例如，安置在朝向位于第一行第一列的光學透鏡Ll-I的45-45-90度直角棱鏡P指定 為Pl-I (參見圖1和圖2)。如圖3所示，每一個45-45-90度直角棱鏡Pl-1、Pl-3、P3-1、 P3-3的橫截面都是等腰直角三角形(兩個邊Pa和Pb構成直角，斜邊Pc朝向直角)，并且 向光學透鏡陣列9傾斜。45-45-90度直角棱鏡Pl_l和Pl_3以較大的角度(大約26度)向光學透鏡陣列 9傾斜，而45-45-90度直角棱鏡P3-1和P3-3以較小的角度(大約10度)向光學透鏡陣 列9傾斜。注意圖3示出沿圖2中的A-A線的放大的橫截面。所有9個光學透鏡L1-1、 L1-2…的捕獲角都為36度(小于60度，相對不大)，因此各個光學透鏡形成的圖像基本上 不會產生失真。這里要注意雖然未示出，但是在光學透鏡陣列9與各個45-45-90度直角 棱鏡Ρ1-1、Ρ1-3、Ρ3-1、Ρ3-3之間設置有阻隔件。還要注意光學透鏡Ll_l、L1-2…不要求 在透明基底8上整體地形成，而可以例如通過透鏡夾持器夾持來設置在二維平面上。如圖3所示，位于中間位置的光學透鏡L2_2(以下稱作“中心透鏡”)直接接收進入 捕獲角大約36度的前方范圍的光線，而另外四個光學透鏡Ll-l、Ll-3、L3-l、L3-3(以下稱 作“側透鏡”)分別通過45-45-90度直角棱鏡Ρ1-1、Ρ1-3、Ρ3-1、Ρ3-3接收進入捕獲角的左 右范圍各大約72度的光線，更具體而言，接收進入處于左右范圍中各大約36度的兩個劃分 范圍，即，總共四個各大約36度的范圍的光線。每一個45-45-90度直角棱鏡P1_1、P1_3… 設置為使得光線通過構成直角的兩個邊Pa、Pb中向外的邊Pa進入，被斜邊Pc反射后經(jīng)另 一邊Pb出射，從而將光線引導并指引到(進入各個光學透鏡L)各個光學透鏡L的光軸并 沿著各個光學透鏡L的光軸。在此說明書中，各個直角棱鏡L用于引導和使得光線進入的 表面以及用于反射和出射光線的表面稱作“邊”和“斜邊”，以參照圖3的光路圖來描述這些 表面。更具體而言，如圖3所示，45-45-90度直角棱鏡Pl_l和Pl_3設置為彎曲并收集 進入范圍Zl (以下稱作“第一左和右范圍”)的光線，第一左和右范圍分別大約為36度，所 述范圍Zl為在各個大約為72度的左和右范圍中的劃分的范圍，并且分別鄰近(靠近)大 約為36度的前方范圍的左方和右方，從而將光線引導至光學透鏡Ll-1、L1-3。另一方面， 45-45-90度直角棱鏡P3-1和P3-3設置為彎曲并收集進入范圍Z2 (以下稱作“第二左和右 范圍”)的光線，第二左和右范圍分別大約為36度，所述范圍Z2為在各個大約為72度的左 和右范圍中的劃分的范圍，并且分別鄰近第一左和右范圍Zl的左方和右方(S卩，比第一左 和右范圍Zl離大約為36度的前方范圍更遠)，從而將光線引導至光學透鏡L3-1、L3-3。各個45-45-90度直角棱鏡P1-1、P1-3、P3-1、P3_3收集的光線被它們的斜邊Pc反 射，并通過各個棱鏡朝向光學透鏡陣列9的另一個邊Pb出射，這樣，從45-45-90度直角棱 鏡Pl-I、Pl-3、P3-1、P3-3出射的光線分別被側透鏡Ll-I、Ll_3、L3_l、L3-3收集。注意 從中間透鏡L2-2來觀察，45-45-90度直角棱鏡P完全不出現(xiàn)在捕獲角大約為36度的前方 范圍內，因此進入中間透鏡L2-2的光線能夠避免被中斷。換而言之，左右側透鏡L1-1、L1_3以及左右側透鏡L3_1、L3_3接收大約為180度 的捕獲范圍中左和右范圍內各為72度的光線。一對左和右45-45-90度直角棱鏡P1-1、 Pl-3(比45-45-90度直角棱鏡P3_l、P3-3相對于光學透鏡陣列9傾斜得更多)彎曲并收集72度范圍內各自大約為36度的一對第一左和右范圍Zl內的光線，并將光線引導至側透 鏡Ll-l、Ll-3。另一方面，一對左和右45-45-90度直角棱鏡P3_1、P3_3(比45-45-90度直 角棱鏡Pl-I、P1-3相對于光學透鏡陣列9傾斜得少)彎曲并收集72度范圍內各自大約為 36度的一對第二左和右范圍Z2內的光線，并將光線引導至側透鏡L3-1、L3-3。這里注意 顯然，通過簡單地增大各光學透鏡L以及將光線彎曲、收集并引導至各光學透鏡L的各棱鏡 P的捕獲范圍，就能夠使大約180度的捕獲角得到擴展。以下描述光電檢測器陣列3。光電檢測器陣列3設置為與光學透鏡陣列9平行， 并相距預定距離。更具體而言，光電檢測器陣列3的主平面與光學透鏡陣列9的主平面平 行。在此使用的光電檢測器陣列3為固態(tài)成像元件，該固態(tài)成像元件例如由成像區(qū)域位于 各個光學透鏡Ll-l、Ll-2…的焦平面上的半導體基底構成，并且，例如為CMOS (互補型金屬 氧化物半導體)圖像傳感器。固態(tài)成像元件(光電檢測器陣列幻也可以是CCD (電荷耦合 器件)。通過3行3列矩陣中的9個光學透鏡Ll-1、Ll_2···，在光電檢測器陣列3上形成 9個單位圖像F。如同光學透鏡Ll-l、Ll-2···，各個單位圖像F通過附在后面對應于在3行 3列矩陣中位置的后綴來指定和區(qū)分彼此。例如，對應于光學透鏡Ll-I的單位圖像指定為 F1-1。如同將參照圖5描述的那樣，中間透鏡L2-2形成的單位圖像F2-2相對于原始圖像上 /下和左/右翻轉。另一方面，側透鏡Ll-l、Ll-3、L3-l、L3-3形成的單位圖像F1_1、F1_3、 F3-l、F3-3相對于原始圖像只上/下翻轉，這是由于各個45-45-90度直角棱鏡P1_1、P1_3、 P3-UP3-3的鏡像效應而消除了左/右翻轉。以下參照圖4A、圖4B以及圖5詳細描述全景成像裝置1的操作。圖4A和圖4B為 分別從對角的左上方以及對角的右上方觀看時，放置為朝向在180度的范圍內待成像的目 標物體的全景成像裝置的透視圖。另一方面，在圖5的左矩陣圖像中示出的光電檢測器陣 列3上的圖像為從目標物體B觀看時的圖像。這里假定如圖4A和圖4B所示，放在全景成 像裝置1前面的目標物體B在180度的捕獲角(圖像獲取角)中連續(xù)的36度角范圍內具 有等角(或等長)的圖像片段“Q”、“L”、“C”、“R”以及“P”。在這種情況下，如上所述，中間 圖像片段“C”(即，位于36度角范圍內的中心圖像片斷)如上所述被中間透鏡L2-2上/下 和左/右翻轉，從而在光電檢測器陣列3的中間形成“C”的單位圖像F2-2，但是，當從目標 物體B觀看“C”的單位圖像F2-2時，它相對于“C”的原始圖像片段只出現(xiàn)上/下翻轉。注意在本實施例中，不僅中間透鏡L2-2，還有光學透鏡Ll-2、L2_l、L2_3、L3_2也 接收從大約36度的前方范圍內進入的光線。這樣，如圖5的左矩陣圖像所示，相對于目標 物體B中間的“C”的原始圖像片段上/下翻轉的單位圖像Fl-2、F2-1、F2-3、F3-2在光電 檢測器陣列3的對應位置形成。另一方面，鄰近36度前方范圍(在圖4A和圖4B中用ZO 表示)的第一左和右范圍Zl中的圖像片段“L”和“R”分別被45-45-90度直角棱鏡P1-1、 P1-3左/右翻轉，然后分別被側透鏡Ll-l、Ll-3上/下和左/右翻轉，從而在光電檢測器陣 列3的對應位置上形成“R”和“L”的單位圖像Fl-1、F1-3，如圖5的左矩陣圖像所示。當 從目標物體B觀看時，這些單位圖像“L”和“R”被上/下和左/右翻轉，如圖5的左矩陣圖 像所示。類似地，鄰近第一左和右范圍Zl的第二左和右范圍Z2中的圖像片段“Q”和“P” 分別被45-45-90度直角棱鏡Ρ3-1、Ρ3-3左/右翻轉，然后分別被側透鏡L3_1、L3_3上/下和左/右翻轉，從而在光電檢測器陣列3的對應位置上形成“P”和“Q”的單位圖像F1-1、 F1-3，如圖5的左矩陣圖像所示。當從目標物體B觀看時，這些單位圖像“Q”和“P”被上/ 下和左/右翻轉，如圖5的左矩陣圖像所示。這9個單位圖像F1-1、F1_2…被光電檢測器陣列3轉換為圖像信息。從光電檢測 器陣列3最下方-最左方像素至最上方-最右方像素依次讀取經(jīng)光電檢測器陣列3轉換產 生的圖像信息，如圖5的左矩陣圖像所示。如圖5的中間矩陣圖像(中間步驟)所示，依次 讀取的圖像信息相對于如圖5的左矩陣圖像所示的光電檢測器陣列3上的圖像信息上/下 翻轉，用于正常圖像的恢復。但是，除了 “C”之夕卜，圖像“P”、“Q”、“L”和“R”并沒有完全恢 復正常。更具體而言，左右列“P”、“Q”、“L”和“R”的位置相對于它們在目標物體B上的原 始位置發(fā)生交換或翻轉，而在圖5的中間矩陣圖像的左右列中的“P”、“Q”、“L”和“R”圖像 本身相對于它們在目標物體B上的原始位置而左/右翻轉。圖5的中間矩陣圖像內的這些 圖像信息經(jīng)圖像再生微處理器6處理，以翻轉左右列的位置，并翻轉其中的“P”、“Q”、“L”和 “R”圖像本身，從而再生出像角為180度的全景圖像(單行矩陣圖像)PF，如圖5所示。注 意圖5的中間矩陣圖像示出圖像再生微處理器6進行處理的中間步驟的圖像，并可以顯示 在顯示單元7上。這在下文中將作更詳細的說明。圖像再生微處理器6基于圖5的黑框所示的中間矩陣圖像中“P”、“Q”、“C”、“R”和 “L”的5個單位圖像F3-1、F3-3、F2-2、F1-1、F1_3的圖像信息進行圖像處理。更具體而言， 圖像再生微處理器6進行鏡像翻轉，從而將“P”、“Q”、“L”和“R”的單位圖像F3-1、F3-3、 F1-3、F1-1 (已經(jīng)被左/右翻轉)分別恢復為它們的正常圖像，然后通過適當?shù)貙ⅰ癙”、“Q”、 “L”和“R”的正常圖像相對于中間單位圖像“C”進行定位，使“P”、“Q”、“L”和“R”的這些 正常圖像與中間單位圖像“C”相組合，從而再生或形成像角為180度的全景圖像(單行矩 陣圖像)PF，如圖5所示。根據(jù)本實施例的全景成像裝置1的優(yōu)點在于各個單位圖像F1-1、F1_3…的周圍基 本上不會產生失真，這是由于中間透鏡L2-2以及側透鏡Ll-1、Ll-3、L3_l、L3-3的捕獲角 小至36度(小于大約60度)，因此在組合單位圖像時不需要對各個單位圖像進行復雜的 失真校正處理。此外，由于各個單位圖像Fl-l、Fl-3…為大約36度范圍內的圖像，所以結 合5個單位圖像時在相鄰的兩個單位圖像之間基本上不會出現(xiàn)重疊。這樣，全景成像裝置 1在將多個圖像組合為全景圖像，而不需要復雜的圖像校正，不會在相鄰圖像之間留下不自 然的過渡，并且其整體體積和厚度可以減少。注意本實施例的圖像再生微處理器6基于位于光電檢測器陣列3中間的“C”的 單位圖像F2-2的圖像信息來進行圖像處理。但是，例如圖5的左矩陣圖像所示，各個單位圖 像Fl-2、F2-1、F2-3、F3-2也是對應于位于目標物體像B中間的圖像片段“C”的圖像“C”。 因此，圖像再生微處理器6也可以利用單位圖像Fl-2、F2-l、F2-3、F3-2其中之一的圖像信 息來再生全景圖像PF。在這種情況下，用于形成單位圖像Fl-2、F2-l、F2-3、F3-2其中之一 (在此用于再生全景圖像PF)的光學透鏡Ll-2、L2-l、L2-3、L3-2中的一個對應于或者用作 上面所定義的以及權利要求1和5中“中間透鏡”。相反，如果單位圖像Fl-2、F2-1、F2-3、 F3-2不是用于再生全景圖像PF，則可以省略光學透鏡Ll-2、L2_l、L2_3、L3-2?；蛘撸梢?將對應于各個光學透鏡Ll-2、L2-l、L2-3、L3-2的光圈(stop aperture)關閉，以防止在第
10一行第二列、第二行第一列、第二行第三列以及第三行第二列的位置形成單位圖像。以下參照圖6和圖7詳細描述根據(jù)本實施例的第一改型實例和第二改型實例的 全景成像裝置1。如圖6所示，在根據(jù)第一改型實例的全景成像裝置1有6個45-45-90度 直角棱鏡？1-1、？1-3、？2-1、卩2-3、卩3-1、卩3-3，分別設置為朝向光學透鏡1^1-1、1^1-3、1^2-1、 L2-3、L3-l、L3-3。位于第一行的45-45-90度直角棱鏡P1_1、P1_3，位于第三行的45-45-90 度直角棱鏡Ρ3-1、Ρ3-3，以及位于第二行的45-45-90度直角棱鏡P2_1、P2_3相對于光學透 鏡陣列9傾斜的角度分別是最大、最小以及中等。由于相對于光學透鏡陣列9傾斜的角度最大，所以位于第一行的45-45-90度直角 棱鏡Ρ1-1、Ρ1-3彎曲并收集進入捕獲角內最靠近前方范圍的左右范圍的光線。由于相對于 光學透鏡陣列9傾斜的角度最小，所以位于第三行的45-45-90度直角棱鏡Ρ3-1、Ρ3-3彎曲 并收集進入捕獲角內離前方范圍最遠的左右范圍的光線。另一方面，由于相對于光學透鏡 陣列9傾斜的角度中等，所以位于第二行的45-45-90度直角棱鏡Ρ2-1、Ρ2-3彎曲并收集進 入捕獲角內離前方范圍中等距離的左右范圍的光線。更具體而言，位于中間的光學透鏡L2-2接收進入180度捕獲角的光線中大約為沈 度的前方范圍內的光線。此光學透鏡L2-2對應于并用作“中間透鏡”。180度捕獲角減去大 約26度的前方范圍之后的獲取角被分成各為大約77度的左和右范圍，左和右范圍進而被 分成三對左和右范圍，分別離前方范圍最近、中等距離和最遠。每一對左和右范圍中的每一 個范圍大約為沈度。45-45-90度直角棱鏡P1-1、P1_3分別彎曲并收集進入最靠近前方范 圍的一對左和右范圍(每一個大約為沈度)的光線，以使光線進入光學透鏡Ll-l、Ll-3。此外，45-45-90度直角棱鏡P2_1、P2_3分別彎曲并收集進入離前方范圍中等距離 (或較為靠近前方范圍)的一對左和右范圍(每一個大約為沈度)的光線，以使光線進入 光學透鏡L2-l、L2-3。另一方面，45-45-90度直角棱鏡P3_1、P3_3分別彎曲并收集進入離 前方范圍最遠的一對左和右范圍(每一個大約為沈度)的光線，以使光線進入光學透鏡 L3-1、L3-3。根據(jù)第一改型實例，6個光學透鏡Ll-1、Ll_3、L2_l、L2_3、L3_l、L3-3對應于 并用作“側透鏡”。結果，第一改型實例的全景成像裝置1在光電檢測器陣列3上形成7個單位圖像， 這7個單位圖像包括一個對應于大約沈度的前方范圍的單位圖像以及6個對應于三對左 和右范圍的單位圖像，這三對左和右范圍的每一個為大約沈度，由分別為77度的左和右范 圍劃分得到。全景成像裝置1組合這7個單位圖像以再生出全景圖像PF。由于各個光學透 鏡Ll-l、Ll-2…只要求沈度那么小的捕獲角，因此第一改型實例的全景成像裝置1能夠進 一步減少在光電檢測器陣列3上形成的各個單位圖像的失真，并進一步減少組合和再生為 全景圖像PF的相鄰圖像之間不自然的過渡。注意除了將各個分別大約為77度的左和右 范圍(減去大約為沈度的前方范圍)分成三個大約為沈度的范圍之外，也可以將各個大 約為77度的左和右范圍分別分成另一組范圍，例如30度、25度和22度。如圖7所示，根據(jù)第二改型實例的全景成像裝置1的光學透鏡陣列9為1 ( 一)行 5 (五)列，其中4個45-45-90度直角棱鏡P1-1、P1-2、P1-4、P1-5設置為分別朝向光學透 鏡Ll-1、Ll-2、Ll-41、L1-5。相應地，光電檢測器陣列3形成為具有拉長的形狀，以在上面 形成1行5列的單位圖像。根據(jù)第二改型實例，4個光學透鏡L1-1、L1-2、L1-41、L1_5對應 于并用作“側透鏡”，而中間光學透鏡L1-3對應于并用作“中間透鏡”。45-45-90度直角棱鏡Pl-2、P1-4固定為相對于光學透鏡陣列9傾斜較大的角度，而45-45-90度直角棱鏡Pl_l、 P1-5固定為相對于光學透鏡陣列9傾斜較小的角度。因此，45-45-90度直角棱鏡Ρ1-2、Ρ1-4 彎曲并收集進入更靠近捕獲角內對應于光學透鏡L2-2的前方范圍的左和右范圍(第一左 和右范圍)的光線。另一方面，45-45-90度直角棱鏡Ρ1-1、Ρ1-5彎曲并收集進入捕獲角內 離前方范圍更遠的左和右范圍(第二左和右范圍)的光線。結果，第二改型實例的全景成像裝置1在光電檢測器陣列3上形成5個單位圖像， 這5個單位圖像包括一個對應于前方范圍的單位圖像以及4個位于第一左和右范圍以及第 二左和右范圍的單位圖像。全景成像裝置1組合5個單位圖像，以再生出全景圖像PF。由 于光學透鏡陣列9和光電檢測器陣列3的面積都顯著減少，所以能進一步減少全景成像裝 置1的體積和厚度。注意在包括第一和第二改型實例的本實施例中，用于彎曲和收集進入 捕獲角左和右范圍的光線并將此光線引導至側透鏡的棱鏡不限于45-45-90度直角棱鏡， 也可以是30-60-90度直角棱鏡或者等邊三角棱鏡。還要注意上述實施例描述了全景圖像的像角為大約180度的情況。但是顯然，通 過簡單地增大用于將光線彎曲、收集并引導至各光學透鏡的各棱鏡P的捕獲角度或范圍， 就能夠使全景圖像的像角得到擴展。此外應該注意，上述實施例描述了各個棱鏡和光學透 鏡的捕獲角為大約36度或26度等情況。但是，捕獲角不限于此，可以是任何小于大約60 度的角度。顯然，如果各個棱鏡和光學透鏡的捕獲角小于大約60度，就可以實現(xiàn)全景成像 裝置的優(yōu)點，這是因為能夠將不產生圖像失真的光學透鏡用于每一個捕獲范圍。如上所述，在根據(jù)本實施例的全景成像裝置1中，將捕獲角減去前方范圍后分成 左和右范圍，并進一步將左和右范圍分成多對左和右范圍，從而能夠通過分別設置為對應 于多對范圍的棱鏡來彎曲并收集進入多對左和右范圍的光線。因此，不需使用具有例如60 度或更大的捕獲角的鏡頭(廣角鏡頭)，就可以形成全景成像裝置1，從而能夠使形成的單 位圖像基本上不失真，因此在組合單位圖像時，不需要對單位圖像進行復雜的圖像校正處 理，并且能夠將單位圖像組合成像角至少為或大約180度的全景圖像PF，而不會在相鄰的 單位圖像之間產生不自然的過渡。此外，這樣還能夠減少整個全景成像裝置1的體積和厚 度。以上通過優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是這樣的描述不應解釋為限制本發(fā)明。對 于閱讀了此描述的本領域技術人員，各種改型顯而易見。因此，所附權利要求應解釋為涵蓋 落入本發(fā)明原理和范圍內的所有改型和變型。本申請基于2006年8月11日提交的日本專利申請2006-219158，其內容通過參考
合并于此。
權利要求
1.一種全景成像裝置，包括光學透鏡系統(tǒng)，用于收集進入至少為180度的捕獲角中的光線，以在預定焦平面上形 成圖像；成像器件，設置在所述焦平面上，用于將所述光學透鏡系統(tǒng)形成的圖像轉換為電子圖 像信息；以及圖像再生器件，用于對從所述成像器件中獲得的電子圖像信息進行成像處理，以再生 出全景圖像，其中，所述光學透鏡系統(tǒng)包括光學透鏡陣列，由在二維平面上以行和列的矩陣布置的多個透鏡構成，包括 多個中間透鏡，各中間透鏡具有光軸，且形成在所述二維平面上，用于接收進入所述捕 獲角的前方范圍內的光線；以及多對左和右側透鏡，形成在所述二維平面上，分別位于所述中間透鏡的左側和右側，所 述多對左和右側透鏡的光軸與各所述中間透鏡的光軸平行，以分別接收進入所述捕獲角的 左和右范圍內的光線，所述左和右范圍被劃分成多對左和右范圍，使得所述多對左和右側 透鏡分別接收進入所劃分的多對左和右范圍內的光線；以及多個棱鏡，設置在所述左和右側透鏡的光線進入側，用于彎曲和收集進入所述捕獲角 內劃分的多對左和右范圍、將要由所述左和右側透鏡接收的光線，從而分別沿著所述左和 右側透鏡的光軸引導所述光線，使所述光線指向所述左和右側透鏡，其中，所述多個棱鏡以如下方式將光線引導至所述左和右側透鏡，即使得布置在同一 列的左和右側透鏡接收處于不同水平范圍、相同垂直范圍內的光線，其中，所述成像器件由光電檢測器陣列形成，所述光電檢測器陣列與所述光學透鏡陣 列平行并相距預定距離，用于捕獲所述中間透鏡以及所述左和右側透鏡形成的圖像，以及其中，所述圖像再生器件將由位于所述捕獲角的前方范圍內的所述中間透鏡所形成的 圖像與分別由位于所述捕獲角內劃分的多對左和右范圍內的所述多對左和右側透鏡所形 成的圖像相組合，從而再生像角至少為180度的全景圖像。
2.如權利要求1所述的全景成像裝置，其中，所述中間透鏡、所述左和右側透鏡接收的各光線為進入至少為180度的捕獲角 的小于60度范圍內的光線。
3.如權利要求2所述的全景成像裝置， 其中，所述捕獲角為大約180度，其中，所述中間透鏡接收的光線為進入所述捕獲角內大約36度的前方范圍內的光線，以及其中，所述左和右側透鏡包括兩個左側透鏡和兩個右側透鏡，分別接收進入劃分成兩 對左和右范圍且每個范圍大約為36度內的光線，其中，所述光線是分別進入所述捕獲角的 左和右范圍各約為72度的光線。
4.如權利要求2所述的全景成像裝置， 其中，所述捕獲角為大約180度，其中，所述中間透鏡接收的光線為進入所述捕獲角的大約26度的前方范圍內的光線，以及其中，所述左和右側透鏡包括三個左側透鏡和三個右側透鏡，分別接收進入劃分成三 對左和右范圍且每個范圍大約為沈度內的光線，其中，所述光線是分別進入所述捕獲角的 左和右范圍各約為77度的光線。
全文摘要
一種全景成像裝置，包括光電檢測器陣列；透鏡陣列，在一個平面上具有用于接收36度的前方范圍內的光線以在光電檢測器陣列上形成中間單位圖像的中間透鏡，還具有用于接收180度的捕獲角中分別為72度的左和右范圍內的光線的左和右側透鏡；以及4個棱鏡，分為兩對，設置為朝向側透鏡。兩對左和右棱鏡(一對傾斜角大，一對傾斜角小)分別收集位于72度范圍內的劃分的兩對左和右范圍(一對離前方范圍近，一對離前方范圍遠)內的光線，一對左和右范圍各為36度，從而在光電檢測器陣列上形成4個側單位圖像，所述4個側單位圖像與中間單位圖像組合后再生出全景圖像。本發(fā)明的全景成像裝置不需要使用廣角鏡頭或者復雜的圖像校正處理。
文檔編號H04N5/225GK102096305SQ201110034828
公開日2011年6月15日 申請日期2007年8月13日 優(yōu)先權日2006年8月11日
發(fā)明者中尾良純, 政木康生, 豊田孝 申請人:船井電機株式會社