一種面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置，包括光學(xué)鏡頭、分束裝置、第一面陣圖像傳感器以及第二面陣圖像傳感器；分束裝置位于光學(xué)鏡頭后面，其入射光軸與光學(xué)鏡頭光軸重合；兩個(gè)面陣圖像傳感器分別位于各自物平面的共軛位置；分束裝置將光學(xué)鏡頭捕獲的前后兩個(gè)物平面發(fā)出的光線分成兩個(gè)光路，分別于兩個(gè)面陣圖像傳感器上成像。本發(fā)明面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，能對(duì)不同深度的兩個(gè)物體成像，能夠大相對(duì)孔徑情況下，獲取大景深高分辨率的圖像，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于雙像面光學(xué)成像相機(jī)。
【專利說(shuō)明】
-種面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 景深是指在攝影機(jī)鏡頭或其他成像器前沿能夠取得清晰圖像的成像所測(cè)定的被 攝物體前后距離范圍。在聚焦完成后，在焦點(diǎn)前后的范圍內(nèi)都能形成清晰的像，運(yùn)一前一后 的距離范圍，便叫做景深；當(dāng)鏡頭對(duì)準(zhǔn)被攝景物時(shí)，被攝景物前面的清晰范圍叫前景深，后 面的清晰范圍叫后景深。前景深和后景深加在一起，也就是整個(gè)電視畫(huà)面從最近清晰點(diǎn)到 最遠(yuǎn)清晰點(diǎn)的深度，叫全景深，如圖1所示。
[0003] 如圖2所示，擴(kuò)展景深鏡頭的光學(xué)成像原理如下：
[0004] 擴(kuò)展景深鏡頭7可W分別對(duì)物平面2和物平面5成像，兩物平面對(duì)應(yīng)的像平面分別 為平面8和平面9;物平面2有景深，其前景平面為平面1，其后景平面為平面4;物平面5也有 景深，其前景平面為平面3，其后景平面為平面6;擴(kuò)展景深鏡頭7能夠?qū)?物平面2與像平面 8"和"物平面5與像平面9"兩對(duì)共輛位置校正像差，同時(shí)使平面3和平面4重合或者使平面3 處于平面4前方，達(dá)到景深銜接的目的。基于上述擴(kuò)展景深鏡頭的光學(xué)成像原理，由于平面8 處的圖像傳感器會(huì)阻擋到達(dá)平面9圖像傳感器的光線;無(wú)法于獲取兩個(gè)物平面的圖像。
[0005] 隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)拍攝畫(huà)面的要求越來(lái)越高，因此，景深原理在攝像上有著 極其重要的作用;決定景深大小的因素有光圈、焦距W及物距，目前為了擴(kuò)大景深一般采用 的方法有兩種:一種是通過(guò)改變鏡頭的光學(xué)特性來(lái)擴(kuò)展景深，例如縮小孔徑，減小焦距，但 是縮小孔徑會(huì)帶來(lái)分辨率下降，減小焦距不適于遠(yuǎn)距離拍攝;另外一種是通過(guò)移動(dòng)鏡頭組 或者像面CCD拍攝不同位置處的物體，W達(dá)到擴(kuò)展景深的目的，但運(yùn)種方式存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，動(dòng)態(tài)拍攝不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
[0006] 公開(kāi)號(hào)為CN103703413A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種使用顏色相關(guān)波前編碼擴(kuò)展透鏡 系統(tǒng)中景深的系統(tǒng)和方法，其系統(tǒng)包括:相位掩模和有色波前編碼透鏡;有色波前編碼透鏡 通過(guò)在由透鏡創(chuàng)建的圖像中生成指定色差來(lái)提供光的軸向色分離;相位掩模驅(qū)使光學(xué)系統(tǒng) 的光學(xué)傳遞函數(shù)在遠(yuǎn)離像平面的指定范圍內(nèi)保持基本恒定，并且系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)在至 少一個(gè)感興趣的光譜通帶內(nèi)不包含零值;可W在圖像上執(zhí)行數(shù)字處理W通過(guò)反轉(zhuǎn)由相位掩 模生成的調(diào)制傳遞函數(shù)的下降來(lái)生成最終圖像，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展景深的目的，但運(yùn)種方法系統(tǒng)復(fù) 雜，成本高，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)和使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有通過(guò)縮小光圈、減小鏡頭焦距、遠(yuǎn)離主體等擴(kuò)展景深技術(shù)存在的成 像質(zhì)量下降、系統(tǒng)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)拍攝不穩(wěn)定W及成本高等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種擴(kuò)展景深的 裝置，該裝置采用分光技術(shù)，結(jié)合面陣圖像傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)展景深，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本 低，成像質(zhì)量提升。
[000引一種面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置，包括光學(xué)鏡頭、分束裝置、第一面陣圖像傳 感器W及第二面陣圖像傳感器;所述的分束裝置位于光學(xué)鏡頭后面，其入射光軸與光學(xué)鏡 頭光軸重合;所述的第一面陣圖像傳感器W及第二面陣圖像傳感器分別位于各自物平面的 共輛位置;所述的分束裝置將光學(xué)鏡頭捕獲的前后兩個(gè)物平面發(fā)出的光線分成兩個(gè)光路， 分別于第一面陣圖像傳感器和第二面陣圖像傳感器上成像。
[0009] 所述的光學(xué)鏡頭為擴(kuò)展景深鏡頭，對(duì)物方前后兩個(gè)物平面分別成像，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) 兩個(gè)共輛距校正像差，并使兩個(gè)物平面的景深拼接或部分重疊，且能夠達(dá)到大孔徑情況下 獲取大景深高分辨率的圖像。
[0010] 所述的共輛距即為從物平面到像平面的距離，兩個(gè)共輛距即為物方前后兩個(gè)物平 面到各自像平面的距離。
[0011] 所述的分光裝置可W采用分光棱鏡或半透半反板，可W將光束分為兩束，即將光 能量分為反射光能量和透射光能量，且兩者的比例和透射光的波長(zhǎng)范圍依據(jù)所用的分光裝 置的屬性。
[0012] 所述的面陣圖像傳感器可W選用CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
[0013] 景深的計(jì)算方法如下：
[0014] 對(duì)于給定的光學(xué)系統(tǒng)，已知鏡頭的拍攝光圈值F，焦距f，允許的彌散圓直徑0,根據(jù) W下公式計(jì)算前景深A(yù) b，后景深A(yù) LsW及總景深A(yù) L。
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 本發(fā)明面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，能對(duì)前后兩個(gè)物平面的物體 成像，能夠?qū)崿F(xiàn)大孔徑下擴(kuò)展景深的目的，適用于雙像面光學(xué)成像相機(jī)，具體優(yōu)點(diǎn)如下：
[0019] (1)光學(xué)鏡頭為擴(kuò)展景深鏡頭，實(shí)現(xiàn)了大相對(duì)孔徑情況下，獲取大景深高分辨率的 圖像。
[0020] (2)利用分光裝置對(duì)光學(xué)鏡頭捕獲的光能量分束，成像于兩個(gè)面陣圖像傳感器上， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，克服了擴(kuò)展景深鏡頭成像重疊問(wèn)題。
[0021 ] (3)成像裝置采用面陣圖像傳感器，一次獲得一整幅圖像，無(wú)需加入運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行圖 像掃描，無(wú)需進(jìn)行圖像拼接，可W大幅提高速率，能夠應(yīng)用于對(duì)采集速率高的場(chǎng)合，實(shí)時(shí)拍 攝速度快等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是景深原理圖；
[0023] 圖2是擴(kuò)展景深鏡頭的光學(xué)成像原理示意圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置光學(xué)成像原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] 如圖3所示，本發(fā)明面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置主要包括:擴(kuò)展景深鏡頭7、分 光棱鏡l〇、CCD圖像傳感器8，CCD圖像傳感器9;分光棱鏡10傾斜位于擴(kuò)展景深鏡頭7后面，其 入射光軸與擴(kuò)展景深鏡頭光軸重合;CCD圖像傳感器8和CCD圖像傳感器9分別位于擴(kuò)展景深 鏡頭物方物平面2和物平面5的共輛位置處。
[0027] 擴(kuò)展景深鏡頭物方的前后平面分別為物平面2和物平面5,物平面2有景深，其前景 平面為平面1，其后景平面為平面4;物平面5也有景深，其前景平面為平面3,其后景平面為 平面6;
[0028] 攝像時(shí)，分光棱鏡10將擴(kuò)展景深鏡頭7捕獲的物平面2和物平面5發(fā)出的光線分成 兩個(gè)光路，分別于CCD圖像傳感器8和CCD圖像傳感器9上成像。
[0029] 本實(shí)施例中，分光棱鏡的反射光的能量和透射光能量的比例為1:1，透射光的波長(zhǎng) 范圍是可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍。
[0030] 本實(shí)施例中，擴(kuò)展景深鏡頭7的鏡頭焦距f為100mm，選擇光圈值F為4.8,可接受彌 散圓直徑〇為0.05mm。
[0031] 在此面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)近距離物體進(jìn)行拍攝：
[0032] 當(dāng)物距為2000mm時(shí)，
[003；3] A 1^1 = IOlmm, A L2 = 112mm，A L = 213mm，
[0034] 景深遠(yuǎn)端距離為2112mm，景深近端距離為1899mm;
[0035] 當(dāng)物距為2200mm時(shí)，
[0036] A 1^1 = 120mm，A L2 = A L = 254mm，
[0037] 景深遠(yuǎn)端距離為2334mm，景深近端距離為2080mm;
[0038] 當(dāng)物距為2000mm、2200mm時(shí)，分別于對(duì)應(yīng)的共輛平面處分別放置兩個(gè)CCD圖像傳感 器，可得總景深為435mm，可見(jiàn)景深擴(kuò)展了近兩倍。
[0039] 在此面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)遠(yuǎn)距離物體進(jìn)行拍攝：
[0040] 當(dāng)物距為6300mm時(shí)，
[0041] Al^i = 827mm，AL2 = 1122mm，AL=1949mm，
[0042] 景深遠(yuǎn)端距離為7422mm，景深近端距離為5473mm;
[0043] 當(dāng)物距為8900mm時(shí)，
[0044] Al^i = 1566mm，AL2 = 2417mm，AL = 3983mm，
[0045] 景深遠(yuǎn)端距離為11317mm，景深近端距離為7334mm;
[0046] 當(dāng)物距為6300mm、8900mm時(shí)，分別于對(duì)應(yīng)的共輛平面處分別放置兩個(gè)CCD圖像傳感 器，可得總景深為5844mm，可見(jiàn)景深擴(kuò)展了近兩倍。
[0047] 由此可見(jiàn)采用雙面陣圖像傳感器方案對(duì)近距和遠(yuǎn)距景深都有很大的擴(kuò)展，對(duì)一些 近距離拍攝又要求大景深高分辨率的場(chǎng)合尤為實(shí)用。
[0048] W上所述的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理 解的是W上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范 圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置，其特征在于:包括光學(xué)鏡頭、分束裝置、第一 面陣圖像傳感器以及第二面陣圖像傳感器;所述的分束裝置位于光學(xué)鏡頭后面，其入射光 軸與光學(xué)鏡頭光軸重合;所述的第一面陣圖像傳感器以及第二面陣圖像傳感器分別位于各 自物平面的共輒位置;所述的分束裝置將光學(xué)鏡頭捕獲的前后兩個(gè)物平面發(fā)出的光線分成 兩個(gè)光路，分別于第一面陣圖像傳感器和第二面陣圖像傳感器上成像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置，其特征在于:所述的光學(xué)鏡 頭是擴(kuò)展景深鏡頭。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置，其特征在于:所述的分光裝 置為分光棱鏡或半透半反板。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣圖像傳感器擴(kuò)展景深的裝置，其特征在于:所述的第一面 陣圖像傳感器和第二面陣圖像傳感器為CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
【文檔編號(hào)】G02B27/10GK106019536SQ201610596106
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】岑兆豐, 王智, 李曉彤, 李增
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)