[發明專利]緊湊型全景攝像機：光學系統，裝置，圖像形成方法

在審

• 申請號: 202010928373.0
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN111999861A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 謝爾蓋·圖布科;拉古·梅農;朱艷桂;麥克·茨沃林斯基
• 申請（專利權）人: 遠程保真公司
• 主分類號: G02B13/06
• 分類號: G02B13/06;G02B13/18;G02B17/08;G02B5/18;G03B37/06
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 陳蒙

本公開涉及緊湊型全景攝像機：光學系統，裝置，圖像形成方法。示出了用于感測360度水平和寬垂直視場的光學系統、裝置和方法。強大的光學器件在圖像傳感器上產生高分辨率解壓縮的圖像。緊湊型全景攝像機包括兩個主要的光學組件：(i)包含在折反射光學元件中的軸對稱凸形非球面反射體，能夠提供具有特定圖像壓縮的360度全景場景的彎曲虛像，以及(ii)具有硬件光圈的解壓縮透鏡。解壓縮透鏡包括三個單透鏡元件，并且接受彎曲且壓縮的虛像，并且以高光學分辨率和拋物面圖像解壓縮將其投影到圖像傳感器上，從而同時實現高數字分辨率。解壓縮透鏡的另一版本僅包括單個透鏡元件，并且將高分辨率解壓縮的圖像投影到圖像傳感器上。

分案說明

本申請是申請日為2015年9月15日、申請號為201580059029.X、題為“緊湊型全景攝像機：光學系統，裝置，圖像形成方法”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月15日提交的序列號為62/050,725的美國臨時專利申請的優先權和相關權益，該臨時專利申請通過引用以其整體合并與此。

技術領域

本公開涉及緊湊型全景攝像機：光學系統，裝置，圖像形成方法。

背景技術

存在許多使用各種折射和反射光學組件的全景成像攝像機和光學系統。廣角持續視覺成像的空間可以大致分為單攝像機系統(例如，魚眼和折反射系統)和多攝像機系統。單攝像機系統通過以場壓縮(field compression)功能的形式在視場中引入畸變，能夠看到比通常的視場更廣的視場。一種方法使用寬視場僅折射光學器件(例如，魚眼鏡頭)來獲取相機周圍的寬幅視場。僅折射光學器件在涉及到在視場中所有點處維持統一(或最小)的質量時面臨獨特的挑戰。這是因為僅通過折射提供的場壓縮方法是非常有限的。同時，魚眼鏡頭的場壓縮功能在計算上是復雜的，并且不完全可逆。單獨由鏡頭進行場壓縮在重量方面也產生巨大影響。與折反射系統相比，僅僅是對高折射致密彎月形鏡頭的需求就可能將系統的重量提高一個數量級。

折反射光學系統可以包括一個或多個凹面鏡和/或凸面鏡以及一個或多個折射透鏡元件(通常放置在這些反射鏡后面)。這些光學系統已經被開發以實現超廣角視場，并且利用這個方法可以實現許多場壓縮功能。

發明內容

一個實施例涉及用于感測360度視場的具有旋轉對稱軸的緊湊型全景攝像機。緊湊型全景攝像機包括凸形反射體、硬件光圈和解壓縮(decompression)透鏡。凸形反射體具有軸對稱非球面表面。凸形反射體被配置為提供360度全景場景的具有特定圖像壓縮的、彎曲且壓縮的虛像。硬件光圈被配置為濾除除了從凸形反射體直接反射的那些光線以外的光線，從而提供期望的緊湊型物方空間視點以用于對感測圖像的預期映射。硬件光圈被放置在凸形反射體的幾何焦點處或附近，與凸形反射體相距一定距離。解壓縮透鏡被放置以接收由硬件光圈過濾的、彎曲且壓縮的虛像。解壓縮透鏡被配置為將彎曲且壓縮的虛像解壓縮成具有高光學分辨率和拋物面圖像解壓縮的實像，并且將實像投影到圖像傳感器上。圖像傳感器被放置以接收由解壓縮透鏡投影的360度全景場景的實像。

另一實施例涉及一種用于具有圖像傳感器的緊湊型全景相機的系統。該系統包括凸形反射體和解壓縮透鏡。凸形反射體具有軸對稱非球面表面，該凸形反射體提供全景場景的具有非拋物面圖像壓縮的、彎曲且壓縮的虛像。解壓縮透鏡被放置以接收彎曲且壓縮的虛像。解壓縮透鏡被配置為將彎曲且壓縮的虛像解壓縮成具有高光學分辨率和拋物面圖像解壓縮的實像，并且將實像投影到圖像傳感器上。