[發明專利]三反射鏡全景相機

無效

• 申請號: 200980137595.2
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN102177468A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 謝爾蓋·特魯布科;文卡特·佩里
• 申請（專利權）人: 遠程保真公司
• 主分類號: G03B35/00
• 分類號: G03B35/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭;郝傳鑫

相關專利申請的交叉引用

本申請要求2008年8月14日提交的申請號為61/088,983的美國臨時申請的優先權，所述申請公開的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及圖像檢測。更為具體地，本發明涉及適于超廣視場角的全景相機。

背景技術

目前已知存在許多采用各種折射和反射光學元件的全景成像相機和光學系統。例如，嚴格由折射透鏡構成的魚眼透鏡。魚眼透鏡可覆蓋非常寬的視場，高達220度。魚眼透鏡的缺點是眾所周知的。所述缺點之一為在寬視場內圖像照度和分辨率不均勻。單純的折射光學系統(例如魚眼透鏡)通常稱為折光系統。

另外一種全景成像系統包括反射鏡和透鏡。這種光學系統稱為反折射光學系統。反折射光學系統一般采用一個或兩個凹反射鏡和/或凸反射鏡以及一個或兩個中繼透鏡，所述中繼透鏡通常置于所述凹反射鏡和/或凸反射鏡之后。已研發出反折射系統獲得超廣角的視場。

James?S.Conant提出一種具有一個反射鏡和一個中繼透鏡的簡易反折射系統(美國專利2,299,682)。該美國專利中描述了產生彎曲的虛像的凸拋物面反射鏡或半球狀反射鏡，所述彎曲的虛像由相機的透鏡投影至照相膠片或底片上。在此種情形下，標準相機的透鏡充當中繼透鏡。該Conant光學系統，與大多數廣角光學系統一樣，主要缺點是圖像質量差，這是由于未校正像散和場曲之類的場像差(field?aberrations)。

減少上述有害影響將產生更清晰的圖像。進一步地，需要更高的光圈級數值(F-stop?number)并必須增加曝光時間以保持靜態圖片的圖像質量以及提高視頻錄制的幀速率。

使用凸拋物面反射鏡以及遠心中繼物鏡和標準相機透鏡的全景照相機的發明者Shree?K.Nayar對Conant光學系統作出了有效的改進，所述全景照相機能夠使來自單個視角點的半球景象渲染到二維形式上(美國專利5,760,826)。

所述Nayar光學系統的主要缺點在于場曲未校正，降低了圖像的質量，尤其是在具有低光圈級數(F-stop)的緊湊光學系統中。為了得到令人滿意的清晰圖像，所述Nayar光學系統的光圈級數根據傳感器形式應當設置為大于或等于8，并因此要求較高的目標照度和較長的曝光時間。較高的圖像照度需要使用笨重的整體包裝，如拋物面反射鏡的直徑應當近似于3-4英寸，光學系統的長度大約為12英寸。

小Edward?Driscoll等人描述了另一種在采用拋物面鏡的反折射全景光學系統中改善圖像質量的嘗試(美國專利6,480,229B1)。在Driscoll光學系統中，引入了兩個平視場校正透鏡(field-flattening?correction?lenses)。第一校正透鏡放置在所述拋物面鏡和相機透鏡之間，第二校正透鏡放置在所述相機透鏡和傳感器平面之間。所述第一校正透鏡校正像散，所述第二校正透鏡校正場曲。在Driscoll的專利中沒有詳細敘述所述兩個校正透鏡，沒有提供有關這種校正的水平或能獲得的光學圖像質量的數據。此外，如果所述平視場透鏡未位于所述像平面內，將很難分離像散效應和場曲效應。所述Driscoll光學系統是第二種Nayar光學系統的衍生，其中所述Driscoll光學系統中的第一和第二校正透鏡替代了Nayar中繼透鏡。兩種光學系統都提高了原始Conant光學系統的圖像質量，所述Conant光學系統未提供平視場校正。

Javaan?Singh?Chahl等(美國專利5,790,181)、Alfred?M.Bruckstein等(美國專利5,920,376)以及Yasushi?Yagi等(美國專利6,130,783)提出了單反射鏡和雙反射鏡全景光學系統，但沒有光學圖像形成和光學圖像質量的具體描述。基本上，Chahl、Bruckstein和Yagi敘述了主光線和將主光線映射至傳感器平面。在這三篇專利中，未解決光線束以及相關的光學像差，例如未校正的場曲、像散以及橫向顏色位移(color?displacement)。對于上述三篇專利中的每一篇所描述的光學系統，必需要較高的光圈級數來銳化圖像，產生低圖像照度水平和低對比度。

為了進一步校正全景光學系統中的場曲，Gottfried?R.Rosendahl等(美國專利4,395,093)提出凸雙曲面反射鏡與包含21個透鏡元件的定制物鏡結合使用。