用于半球形和球形成像的宽视场阵列相机制造技术

各方面涉及用于产生超宽视场图像的方法和系统。在一些实施例中，用于俘获宽视场图像的图像俘获系统包括光圈；经定位以经由所述光圈接收光的中心相机，所述中心相机具有光轴；多个外围相机，其安置在所述中心相机旁侧且指向所述中心相机的所述光轴的一部分，所述多个相机环绕所述中心相机布置；以及多个可延伸反射器。所述反射器经配置以从第一位置移动到第二位置且具有背向所述中心相机的所述光轴的镜面化第一表面和面向所述中心相机的所述光轴的第二黑色表面，所述多个外围相机环绕所述中心相机布置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含多相机阵列的成像系统和方法。具体来说，本专利技术涉及实现低剖面成像系统和移动装置同时俘获宽视场图像的系统和方法。
技术介绍
许多移动装置(例如，移动电话和平板计算机计算装置)包含可由用户操作以俘获静态和/或视频图像的相机。因为移动装置通常设计为相对较小，所以可为重要的是将相机或成像系统设计成尽可能的薄以便维持低剖面移动装置。折叠式光学图像传感器阵列(“阵列相机”)允许创建低剖面图像俘获装置，而不缩短焦距或减小图像在传感器阵列的视场内的分辨率。通过使用主和次表面朝向阵列中的每一传感器重新引导光，且通过定位用以将入射光聚焦于主表面与次表面之间的透镜组合件，传感器阵列可定位于垂直于透镜组合件的平坦衬底上。较长的焦距使得有可能实施例如光学变焦等特征，且有可能并入更复杂的光学装置(其需要比通常由传统移动相机提供的更多的空间)，例如添加更多光学元件。相机可需要昂贵且较大的光学组件以产生宽视场(“FOV”)从而用于俘获图像。一些相机(例如，在移动装置上)可具有对可用于产生宽或超宽FOV的透镜的大小和/或重量限制，使得俘获宽FOV所需的较大光学组件的使用不可行。因此，能够使用小成像设备(例如，如实施于移动装置中)产生宽、超宽或半球形图像对于许多用户来说可为合意的。
技术实现思路
本文所描述的折叠光学传感器阵列和图像俘获技术允许创建低剖面图像俘获装置，而不缩短焦距或减小图像在传感器阵列的视野内的分辨率，其中所俘获图像具有宽视场且不受视差和倾斜伪影影响。薄外观尺寸阵列相机的挑战为在不增大总体阵列的高度的情况下俘获具有宽视场的图像。现有阵列相机的另一挑战为归因于如由阵列的不同相机可见的相同对象的不同视图之间的视差和倾斜的质量降低。视差防止通过每一相机所俘获的图像完全无缝拼接成最终图像而无伪影。相机视图可部分地重叠(例如，大致20％)。取决于深度(例如，从透镜到对象的距离)，来自一个相机的图像可相对于来自另一相机的图像移位。当图像拼接或融合在一起时，所得视差和倾斜可导致对应于重叠视场的图像区域中的“双图像”鬼影。即使构造所述阵列使得传感器视场中不存在重叠，当此类特征越过传感器视场之间的边界时，视差导致所述图像中的非连续特征，例如线和边缘。在一些实施例中，通过如本文中所描述的无视差和倾斜伪影的宽视场阵列相机解决尤其上述问题。一些实施例可采用中心相机以俘获中心视场。如本文中所使用，“相机”可指代图像传感器(或多区域传感器衬底的专用部分)和影响提供到所述图像传感器的光的任何对应光学组件。举例来说，光学组件可包含(但不限于)光圈、透镜、透镜组合件中的一或多者，所述透镜组合件可包含多个透镜和/或其它光聚焦或准直组件、镜面、折射元件和/或反射元件以及任何任选的光学折叠元件(例如，反射表面或折射棱镜)。中心相机可被数个额外外围相机环绕。镜面的中心结构(例如，具有多个表面或刻面的固定式结构或数个可延伸反射器)可经定位以允许表示目标图像的中心部分的光穿过以到达中心相机且将表示目标图像的圆周部分(例如，环绕中心部分的180度全景)的入射光分裂成多个部分以供阵列中的额外相机俘获。额外外围相机可包含一或多个光学折叠元件以朝向相机的传感器或朝向多区域传感器衬底的专用部分重新引导从对应反射器所接收到的光。因此，在一些实施例中，阵列中的每一相机的传感器可位于基本上平坦衬底上且可形成为具有多个图像感测区域的单个衬底。相较于具有位于不同平面中的传感器，此类配置可用以减小阵列的高度。此配置还可降低制造和/或定位多个传感器的成本。镜面表面和相机可根据预定空间关系定位以避免引起所俘获图像中的视差和倾斜伪影。表示目标图像场景的经分裂光的每一部分可经历任何所需处理(例如，投影转换)，且例如通过线性掺合或其它图像拼接技术组装到目标图像中。通过使用中心相机、反射结构以及外围相机，宽视场阵列的一些实例可实现半球形视场，其中中心相机俘获半球形视场的中心部分且周围的相机协作俘获半球形视场的圆周部分，所述圆周部分在与中心部分拼接时形成完整半球形视场。此半球形相机可维持相对薄的外观尺寸，例如大致9mm的高度(其中相机阵列的高度大致5mm且反射器的高度大致4mm)，同时俘获宽视场而在用于形成完整视场的个别图像之间无视差。一些实施例可具有相机阵列中的任一者或两者的较小高度和反射器的高度。通过例如以背靠背配置组合两个此类相机，一些实例可实现完整球形视场同时维持相对薄的外观尺寸，例如大致18mm的高度。在一些实施例中，反射器可为可伸缩的以与含有阵列的壳体相抵平放，使得在并不处于使用中时，半球形相机具有大致5到6mm的薄外观尺寸且球形相机具有大致10到12mm的薄外观尺寸。通过对材料的谨慎的选择，其它实施例可甚至更小(例如，具有更低高度和更薄外观尺寸)。当然，对于实施方案并不必要的薄外观尺寸的应用，一些实施例还可较大。用于俘获宽视场图像的图像俘获系统的一个实施例包含光圈、经定位以经由光圈接收光的中心相机，所述中心相机具有光轴。在一些实施例中，中心相机的光轴经过图像俘获系统的入射光瞳的中心且垂直于传感器平面。在一些实施例中，光圈为入射光瞳。在一些实施例中，多个外围相机安置在中心相机旁侧且指向中心相机的光轴的一部分。所述多个外围相机可环绕中心相机布置。举例来说，在一些实施例中，六(6)个外围相机(或更多或更少，视特定设计和传感器区域需要)可环绕呈基本上圆形配置的中心相机相等地间隔开且与呈基本上圆形配置的中心相机等距。外围相机的间距和距离可取决于阵列的特定设计要求而改变。在一些实施例中，多个可延伸反射器可经配置以从第一(或缩回)位置(基本上平行于光圈所安置的平面(例如，含有中心相机和外围相机的相机壳体的上部表面))移动到第二(或经延伸)位置(更接近于中心相机的光轴)。反射器可包含背向中心相机的光轴的镜面化(或另外通常光反射)第一表面和面向中心相机的光轴的黑色(或另外通常光吸收)第二表面。所述多个外围相机和所述多个镜面可相对于彼此布置使得在所述多个可延伸反射器处于第二位置中时从镜面化第一表面反射的光的至少一部分进入多个外围相机中的一者。在宽视场阵列相机的一个特定实施方案中，例如当相机用于具有所需薄外观尺寸的移动装置(例如，蜂窝电话、平板计算机计算装置或其它便携式计算装置)中时，环绕中心相机的镜面可缩回，因此中心相机为唯一在使用中的相机。在此位置中，中心相机相较于在镜面经延伸时可具有较宽视场。当镜面经延伸到其第二位置时，例如在如图5A中所展示的高度“G”处，中心相机相较于在镜面经缩回时可具有较窄视场，但在此配置中，周围的外围相机可接收光以延伸阵列相机的总体视场(相较于在反射器缩回的情况下中心相机的视场)，例如从而实现完整半球形视场。经延伸镜面的高度G(图5A)(经测量平行于中心相机的入射光瞳与周围镜面的高度G之间的中心相机光轴)可为由相机设计器提供的给定值或可为由优化设计软件自动地产生的高度。可设置此类软件以优化所需结果的集合，例如发现必要的最短高度，其中考虑例如制造容限的因素或物理机械设计约束。镜面的倾角(即，镜面561与平行于中心相机光轴的平面之间形成的角度)通过图5A中的“β”说明，其可为给定值，例如如通过优化设计软件确定。β的角度可为0到+/-360°。在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于俘获宽视场图像的图像俘获系统，其包括：第一成像系统，其包括：第一光圈；第一中心相机，其经定位以经由所述第一光圈接收光，所述第一中心相机具有延伸穿过所述光圈的光轴；第一多个外围相机，其环绕所述第一中心相机布置且指向所述第一中心相机的所述光轴的一部分；以及第一多个可延伸反射器，其经配置以从第一位置移动到第二位置，所述第一成像系统在所述第一多个可延伸反射器处于所述第一位置中的情况下具有第一FOV且在所述第一多个可延伸反射器处于所述第二位置中的情况下具有第二FOV，所述第二FOV大于所述第一FOV，所述第二位置更接近于所述第一中心相机的所述光轴，所述第一多个外围相机和所述第一多个可延伸反射器相对于彼此布置，使得在所述第一多个可延伸反射器处于所述第二位置中时，从所述第一多个可延伸反射器中的一者反射的光的至少一部分进入所述第一多个外围相机中的对应一者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 US 62/015,329;2015.06.15 US 14/739,3111.一种用于俘获宽视场图像的图像俘获系统，其包括：第一成像系统，其包括：第一光圈；第一中心相机，其经定位以经由所述第一光圈接收光，所述第一中心相机具有延伸穿过所述光圈的光轴；第一多个外围相机，其环绕所述第一中心相机布置且指向所述第一中心相机的所述光轴的一部分；以及第一多个可延伸反射器，其经配置以从第一位置移动到第二位置，所述第一成像系统在所述第一多个可延伸反射器处于所述第一位置中的情况下具有第一FOV且在所述第一多个可延伸反射器处于所述第二位置中的情况下具有第二FOV，所述第二FOV大于所述第一FOV，所述第二位置更接近于所述第一中心相机的所述光轴，所述第一多个外围相机和所述第一多个可延伸反射器相对于彼此布置，使得在所述第一多个可延伸反射器处于所述第二位置中时，从所述第一多个可延伸反射器中的一者反射的光的至少一部分进入所述第一多个外围相机中的对应一者。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括处理器，所述处理器经配置以使用由所述第一中心相机产生的图像和在所述第一多个可延伸反射器位于所述第二位置中时所俘获的来自所述第一多个外围相机中的每一者的图像形成半球形图像。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一多个可延伸反射器各自包括背向所述第一中心相机的所述光轴的镜面化第一表面。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一多个可延伸反射器各自包括面向所述第一中心相机的所述光轴的第二黑色表面。5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一多个可延伸反射器中的所述一者的所述镜面化第一表面在所述第一多个可延伸反射器处于所述第二位置中时反射朝向所述第一多个外围相机中的所述对应一者反射的所述光的所述至少一部分。6.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一多个可延伸反射器中的每一者的所述镜面化第一表面为凹面或凸面表面中的一者。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一多个可延伸反射器中的所述一者包括对应于所述第一多个外围相机中的所述对应一者的FOV的基本上椭圆形形状。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一多个外围相机和所述第一中心相机中的每一者包括透镜组合件和图像传感器。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一多个外围相机和所述第一中心相机中的每一者的所述图像传感器安置于共同衬底上，所述共同衬底形成基本上与所述中心相机的所述光轴正交的平面。10.根据权利要求9所述的系统，其中在所述第一位置中，所述第一多个可延伸反射器呈缩回配置，使得所述第一多个反射器中的每一者的反射表面基本上平行于所述衬底而定位。11.根据权利要求9所述的系统，其中在所述第二位置中，所述第一多个可延伸反射器呈经延伸配置，使得所述第一多个反射器中的每一者的反射表面与平行于所述衬底成角度地定位，所述角度具有对应于产生所述第二FOV的180度的值的预定值。12.根据权利要求11所述的系统，其中在所述第一多个可延伸反射器处于所述第二位置中时，在平行于所述衬底的方向上接近所述第一中心相机的所述光轴的光线的至少一部分反射离开所述第一多个经延伸反射器朝向所述第一多个外围相机。13.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：第二成像系统，其包括：第二光圈；第二中心相机，其经定位以经由所述第二光圈接收光，所述第二中心相机具有延伸穿过所述第二光圈的光轴；第二多个外围相机，其环绕所述第二中心相机布置且指向所述第二中心相机的所述光轴的一部分；以及第二多个可延伸反射器，其经配置以从第三位置移动到第四位置，所述第二成像系统在所述第二多个可延伸反射器处于所述第三位置中的情况下具有所述第一FOV且在所述第二多个可延伸反射器处于所述第二位置中的情况下具有所述第二FOV，所述第四位置相较于所述第三位置更接近于所述第二中心相机的所述光轴，所述第二多个外围相机和所述第二多个可延伸反射器相对于彼此布置，使得在所述第二多个可延伸反射器处于所述第四位置中时，从所述第二多个额外可延伸反射器中的一者反射的光的至少一部分进入所述第二多个外围相机中的对应一者。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二成像系统中的每一者的所述第二FOV为半球形形状且相较于所述第一和第二成像系统中的另一者的所述半球形形状的FOV观察基本上不同的图像场景。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二成像系统呈背靠背布置安置，使得包括所述第一和第二成像系统中的每一者的所述第二FOV的组合的总FOV为球形形状。16.一种用于使用单个阵列相机俘获宽视场图像的方法，其包括：控制环绕中心相机定位的多个可延伸反射器的定位，多个外围相机也环绕所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·W·奥斯本，T·G·格奥尔基耶夫，S·R·戈马，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US