CN101122734A - 全景成像装置 - Google Patents

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CN101122734A CNA2007101411909A CN200710141190A CN101122734A CN 101122734 A CN101122734 A CN 101122734A CN A2007101411909 A CNA2007101411909 A CN A2007101411909A CN 200710141190 A CN200710141190 A CN 200710141190A CN 101122734 A CN101122734 A CN 101122734A
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豊田孝
中尾良纯
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Funai Electric Co Ltd
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    • G—PHYSICS
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Abstract

一种全景成像装置，包括：光电检测器阵列；透镜阵列，在一个平面上具有用于接收36度的前方范围内的光线以在光电检测器阵列上形成中间单位图像的中间透镜，还具有用于接收180度的捕获角中分别为72度的左和右范围内的光线的左和右侧透镜；以及4个棱镜，分为两对，设置为朝向侧透镜。两对左和右棱镜(一对倾斜角大，一对倾斜角小)分别收集位于72度范围内的划分的两对左和右范围(一对离前方范围近，一对离前方范围远)内的光线，一对左和右范围各为36度，从而在光电检测器阵列上形成4个侧单位图像，所述4个侧单位图像与中间单位图像组合后再生出全景图像。本发明的全景成像装置不需要使用广角镜头或者复杂的图像校正处理。

Description

全景成像装置
技术领域
本发明涉及一种全景成像装置。
背景技术
已知有多种用于以大捕获角度或范围来捕获位于附近的图像的装置，例如用于监视汽车周围障碍物的监视器摄像机以及监视器系统。例如，一种已知的用于监视汽车周围三个方向(即前方、左方和右方)的摄像机装置使用安置在成像元件的光线进入侧的棱镜，使得棱镜折射或弯曲进入左右方向或范围的光线，从而在成像元件的预定区域中形成图像，同时基于从前面方向或范围进入而没有通过棱镜的光线，在成像元件的分离区域中形成图像。形成的左边和右边的图像以及形成的前面的图像分别显示在监视器屏幕上(参见例如日本特开2003-207836)。一种已知的广角成像装置使用多个光学成像单元，用于在成像平面或焦平面上形成光学图像，使得多个光学成像单元的光轴在透镜附近的一个点交叉，并且使相邻的光学成像单元的图像观察角度或范围不间断。各个光学成像单元捕获的图像被再生为全景图像，该全景图像显示在监视器屏幕上(参见例如日本特开2006-25340)。
已知的成像装置有很多问题有待解决。在引用的第一个专利公开中所描述的摄像机装置(日本特开2003-207836)能够在汽车的三个方向上(前方以及左方/右方)获取图像。但是，这些图像在监视器屏幕上显示为三个独立的图像，而不是再生为连续图像(全景图像)。此外，为了让摄像机装置能够监视较大范围，例如摄像机周围的180度，要求三个方向上的三个图像中的每一个都具有60度或更大的像角(picture angle)。这就要求采用所谓的广角镜头(wide-angle lens)作为成像透镜。但是，采用广角镜头可能导致在这样捕获的图像周围出现桶形失真(barrel distortion)。虽然可以对图像周围的桶形失真进行数字校正，但是要校正桶形失真就必须采用复杂的程序。
在引用的第二个专利公开中所描述的广角成像装置(日本特开2006-25340)能够根据各个光学成像单元捕获的图像来再生全景图像。在使用广角成像装置作为监视器摄像机时，能获得很好的监视功能而不会在图像之间出现所谓的死角(无成像区域)。但是，广角成像装置存在这样的问题：由于是三维地安置多个光学成像单元，它的整个体积可能变大。
发明内容
本发明的目的是提供一种全景成像装置，用于形成像角至少为大约180度的全景图像，而不需要使用捕获角大于60度的广角镜头，并且能够将多个图像组合为全景图像而不需要复杂的图像校正，也不会导致在相邻的图像之间留下不自然的过渡，此外，还能够减少整个装置的体积和厚度。
根据本发明的第一方案，上述目的通过这样的全景成像装置来实现，其包括：光学透镜系统，用于收集进入至少为180度的捕获角中的光线，以在预定焦平面上形成图像；成像器件，设置在所述焦平面上，用于将所述光学透镜系统形成的图像转换为电子图像信息；以及图像再生器件，用于对从所述成像器件获得的电子图像信息进行成像处理，以再生出全景图像。
所述光学透镜系统包括：光学透镜阵列；以及多个棱镜，设置在所述侧透镜的光线进入侧，用于弯曲和收集进入捕获角的划分的多对左和右范围内、由所述侧透镜接收的光线，且分别沿着所述左和右侧透镜的光轴引导所述光线，使所述光线指向所述左和右侧透镜。其中所述光学透镜阵列包括：中间透镜，具有光轴，所述中间透镜形成在一个平面上，用于接收进入捕获角的前方范围内的光线；以及多对左和右侧透镜，形成在所述一个平面上，分别位于所述中间透镜的左侧和右侧，所述多对左和右侧透镜的光轴与所述中间透镜的光轴平行，以分别接收进入捕获角的左和右范围内的光线，所述左和右范围被分成多对左和右范围，使得所述多对左和右侧透镜分别接收进入划分的多对左和右范围内的光线。
所述成像器件由光电检测器阵列形成，所述光电检测器阵列与所述光学透镜阵列平行并相距预定距离，用于捕获所述中间透镜以及所述左和右侧透镜形成的图像。此外，所述图像再生器件将由位于捕获角的前方范围内的所述中间透镜所形成的图像与分别由位于捕获角的划分的多对左和右范围内的所述多对左和右侧透镜所形成的图像相组合，从而再生出像角至少为180度的全景图像。
优选地，所述中间透镜和所述侧透镜接收的各光线为进入至少为180度的捕获角的小于大约60度的范围内的光线。
更优选地，捕获角为大约180度，其中，所述中间透镜接收的光线为进入捕获角的大约36度的前方范围内的光线，以及其中，所述侧透镜包括：两个左侧透镜和两个右侧透镜，分别接收进入划分的两对左和右范围且每个范围大约为36度内的光线，所述光线是分别进入所述捕获角的左和右范围各约为77度的光线。
更优选地，所述捕获角为大约180度，其中，所述中间透镜接收的光线为进入所述捕获角的大约26度的前方范围内的光线，以及其中，所述侧透镜包括：三个左侧透镜和三个右侧透镜，分别接收进入划分的三对左和右范围且每一个大约为26度的内的光线，所述光线是分别进入所述捕获角的左和右范围各约为77度的光线。
根据本发明的第二方案，上述目的通过这样的全景成像装置来实现，其包括：光学透镜系统，用于收集进入大约为180度的捕获角中的光线，以在预定焦平面上形成图像；成像器件，设置在所述焦平面上，用于将所述光学透镜系统形成的图像转换为电子图像信息；以及图像再生器件，用于对从所述成像器件获得的电子图像信息进行成像处理，以再生出全景图像。设置在所述左和右侧透镜的光线进入侧，且在避免大约为36度的前方范围内的光线进入所述中间透镜时发生中断的位置处分别面对所述左和右侧透镜，
所述光学透镜系统包括：光学透镜阵列；以及两对左和右直角棱镜，设置在所述左和右侧透镜的光线进入侧，且在避免大约为36度的前方范围内的光线进入所述中间透镜时发生中断的位置处分别面对所述左和右侧透镜，用于弯曲和收集进入所述捕获角内划分的两对左和右范围且每个范围大约为36度、将要由所述左和右侧透镜接收的光线，且分别沿着所述左和右侧透镜的光轴引导所述光线，使所述光线指向所述左和右侧透镜。其中所述光学透镜阵列包括：中间透镜，具有光轴，所述中间透镜形成在一个平面上，用于接收进入捕获角的大约为36度的前方范围内的光线；以及两对左和右侧透镜，形成在所述一个平面上，位于所述中间透镜的左侧和右侧，所述两对左和右侧透镜的光轴与所述中间透镜的光轴平行，以分别接收进入捕获角的左和右范围各约为72度的光线，其中，所述左和右范围划分成两对左和右范围且每个范围大约为36度，使得所述两对左和右侧透镜分别接收进入所划分的两对左和右范围内的光线。中间
所述成像器件由光电检测器阵列形成，所述光电检测器阵列与所述光学透镜阵列平行并相距预定距离，用于捕获所述中间透镜以及所述两对左和右侧透镜形成的图像。此外，所述图像再生器件将由位于捕获角的大约为36度的前方范围内的所述中间透镜所形成的图像与分别由位于捕获角的划分的两对左和右范围且每个范围约为36度内的所述两对左和右侧透镜所形成的图像组合，从而再生出像角大约为180度的全景图像。
根据本发明形成的全景成像装置不需使用具有例如60度或更大的捕获角的光学透镜(广角镜头)，从而能够使形成的图像基本上不失真，因此在组合图像时，不需要对图像进行复杂的图像校正处理，并且能够将图像组合成像角至少为180度或大约180度的全景图像，而不会在相邻图像之间产生不自然的过渡。此外，这样还能够减少整个全景成像装置的体积和厚度。
虽然在所附的权利要求书中说明了本发明的新颖性特征，但是从以下结合附图进行的详细说明中将更好的理解本发明。
附图说明
以下参照附图描述本发明。应注意：所示附图用于示出本发明或者其实施例的技术原理，其中：
图1为根据本发明实施例的全景成像装置的透视图；
图2为上述全景成像装置中光学透镜系统的前视图；
图3为沿着图2中的A-A线的放大横截面视图，示出全景成像装置的光学透镜系统的光路图，其中，光通量(light flux)通过每一个透镜；
图4A和图4B为分别从对角的左上方以及对角的右上方观看时，放置为朝向在180度的范围内待成像的目标物体的全景成像装置的透视图；
图5为示意图，在左边示出全景成像装置的光电检测器阵列上的单位图像(single-eye image)的矩阵图像，在中间和在右边的矩阵图像示出对作为图像信息的单位图像进行处理而形成全景图像的过程；
图6为根据第一改型实例的全景成像装置的前视图；
图7为根据第二改型实例的全景成像装置的前视图。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的实施例，作为实施本发明的最佳模式。本发明涉及全景成像装置。应理解的是，这些实施例并非用于限制本发明或者包含本发明的全部范围。注意：附图中相似的部分使用同样的参考数字、字符或者记号进行标识。
参照图1至图5，描述根据本发明实施例的全景成像装置1。如图1至图3所示，本实施例的全景成像装置1包括：光学透镜系统2，用于收集以至少180度(大约180度)的捕获角(图像获取角)进入其中的光线，从而在预定焦平面上形成图像；光电检测器阵列(称作“成像器件”)3，安置在光学透镜系统2的焦平面上，用于将光学透镜系统2形成的图像转换为电子图像信息；以及处理电路，用于信号处理和显示。该处理电路包括：A/D(模拟-数字)转换器4，用于将光电检测器阵列3的电子图像信息转换为数字信号；DSP(数字信号处理器)5，用于接收由光电检测器阵列3从图像转换而来的电子图像信息的数字信号；以及图像再生微处理器(称作“图像再生器件”)6，用于对DSP5接收的图像信息的数字信号进行图像处理，以再生出全景图像；以及显示单元7(例如液晶面板)，用于显示图像再生微处理器6再生出的全景图像。
根据本实施例的光学透镜系统2包括：光学透镜阵列9，具有9(九)个光学透镜L，这9个光学透镜具有相互平行的光轴La，设置为3(三)行3(三)列的矩阵，并在透明基底8的一个平面或表面上整体地构成为单个凸透镜；以及4个45-45-90度直角棱镜P，左右各两个，安置在光学透镜阵列9的光线进入侧，分别朝向4个光学透镜L。以下，各个光学透镜L通过附在后面对应于在3行3列矩阵中位置的后缀来指定和区分彼此。例如，位于行1(第一行)-列1(第一列)的光学透镜L指定为L1-1。
4个45-45-90度直角棱镜P分别放置为朝向光学透镜L1-1、L1-3、L3-1、L3-3。以下，各个45-45-90度直角棱镜P也通过附在后面对应于其位置的后缀来指定和区分彼此。例如，安置在朝向位于第一行第一列的光学透镜L1-1的45-45-90度直角棱镜P指定为P1-1(参见图1和图2)。如图3所示，每一个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P3-1、P3-3的横截面都是等腰直角三角形(两个边Pa和Pb构成直角，斜边Pc朝向直角)，并且向光学透镜阵列9倾斜。
45-45-90度直角棱镜P1-1和P1-3以较大的角度(大约26度)向光学透镜阵列9倾斜，而45-45-90度直角棱镜P3-1和P3-3以较小的角度(大约10度)向光学透镜阵列9倾斜。注意：图3示出沿图2中的A-A线的放大的横截面。所有9个光学透镜L1-1、L1-2...的捕获角都为36度(小于60度，相对不大)，因此各个光学透镜形成的图像基本上不会产生失真。这里要注意：虽然未示出，但是在光学透镜阵列9与各个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P3-1、P3-3之间设置有阻隔件。还要注意：光学透镜L1-1、L1-2...不要求在透明基底8上整体地形成，而可以例如通过透镜夹持器夹持来设置在二维平面上。
如图3所示，位于中间位置的光学透镜L2-2(以下称作“中心透镜”)直接接收进入捕获角大约36度的前方范围的光线，而另外四个光学透镜L1-1、L1-3、L3-1、L3-3(以下称作“侧透镜”)分别通过45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P3-1、P3-3接收进入捕获角的左右范围各大约72度的光线，更具体而言，接收进入处于左右范围中各大约36度的两个划分范围，即，总共四个各大约36度的范围的光线。每一个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3...设置为使得光线通过构成直角的两个边Pa、Pb中向外的边Pa进入，被斜边Pc反射后经另一边Pb出射，从而将光线引导并指引到(进入各个光学透镜L)各个光学透镜L的光轴并沿着各个光学透镜L的光轴。在此说明书中，各个直角棱镜L用于引导和使得光线进入的表面以及用于反射和出射光线的表面称作“边”和“斜边”，以参照图3的光路图来描述这些表面。
更具体而言，如图3所示，45-45-90度直角棱镜P1-1和P1-3设置为弯曲并收集进入范围Z1(以下称作“第一左和右范围”)的光线，第一左和右范围分别大约为36度，所述范围Z1为在各个大约为72度的左和右范围中的划分的范围，并且分别邻近(靠近)大约为36度的前方范围的左方和右方，从而将光线引导至光学透镜L1-1、L1-3。另一方面，45-45-90度直角棱镜P3-1和P3-3设置为弯曲并收集进入范围Z2(以下称作“第二左和右范围”)的光线，第二左和右范围分别大约为36度，所述范围Z2为在各个大约为72度的左和右范围中的划分的范围，并且分别邻近第一左和右范围Z1的左方和右方(即，比第一左和右范围Z1离大约为36度的前方范围更远)，从而将光线引导至光学透镜L3-1、L3-3。
各个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P3-1、P3-3收集的光线被它们的斜边Pc反射，并通过各个棱镜朝向光学透镜阵列9的另一个边Pb出射，这样，从45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P3-1、P3-3出射的光线分别被侧透镜L1-1、L1-3、L3-1、L3-3收集。注意：从中间透镜L2-2来观察，45-45-90度直角棱镜P完全不出现在捕获角大约为36度的前方范围内，因此进入中间透镜L2-2的光线能够避免被中断。
换而言之，左右侧透镜L1-1、L1-3以及左右侧透镜L3-1、L3-3接收大约为180度的捕获范围中左和右范围内各为72度的光线。一对左和右45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3(比45-45-90度直角棱镜P3-1、P3-3相对于光学透镜阵列9倾斜得更多)弯曲并收集72度范围内各自大约为36度的一对第一左和右范围Z1内的光线，并将光线引导至侧透镜L1-1、L1-3。另一方面，一对左和右45-45-90度直角棱镜P3-1、P3-3(比45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3相对于光学透镜阵列9倾斜得少)弯曲并收集72度范围内各自大约为36度的一对第二左和右范围Z2内的光线，并将光线引导至侧透镜L3-1、L3-3。这里注意：显然，通过简单地增大各光学透镜L以及将光线弯曲、收集并引导至各光学透镜L的各棱镜P的捕获范围，就能够使大约180度的捕获角得到扩展。
以下描述光电检测器阵列3。光电检测器阵列3设置为与光学透镜阵列9平行，并相距预定距离。更具体而言，光电检测器阵列3的主平面与光学透镜阵列9的主平面平行。在此使用的光电检测器阵列3为固态成像元件，该固态成像元件例如由成像区域位于各个光学透镜L1-1、L1-2...的焦平面上的半导体基底构成，并且，例如为CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器。固态成像元件(光电检测器阵列3)也可以是CCD(电荷耦合器件)。
通过3行3列矩阵中的9个光学透镜L1-1、L1-2...，在光电检测器阵列3上形成9个单位图像F。如同光学透镜L1-1、L1-2...，各个单位图像F通过附在后面对应于在3行3列矩阵中位置的后缀来指定和区分彼此。例如，对应于光学透镜L1-1的单位图像指定为F1-1。如同将参照图5描述的那样，中间透镜L2-2形成的单位图像F2-2相对于原始图像上/下和左/右翻转。另一方面，侧透镜L1-1、L1-3、L3-1、L3-3形成的单位图像F1-1、F1-3、F3-1、F3-3相对于原始图像只上/下翻转，这是由于各个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P3-1、P3-3的镜像效应而消除了左/右翻转。
以下参照图4A、图4B以及图5详细描述全景成像装置1的操作。图4A和图4B为分别从对角的左上方以及对角的右上方观看时，放置为朝向在180度的范围内待成像的目标物体的全景成像装置的透视图。另一方面，在图5的左矩阵图像中示出的光电检测器阵列3上的图像为从目标物体B观看时的图像。这里假定：如图4A和图4B所示，放在全景成像装置1前面的目标物体B在180度的捕获角(图像获取角)中连续的36度角范围内具有等角(或等长)的图像片段“Q”、“L”、“C”、“R”以及“P”。在这种情况下，如上所述，中间图像片段“C”(即，位于36度角范围内的中心图像片断)如上所述被中间透镜L2-2上/下和左/右翻转，从而在光电检测器阵列3的中间形成“C”的单位图像F2-2，但是，当从目标物体B观看“C”的单位图像F2-2时，它相对于“C”的原始图像片段只出现上/下翻转。
注意在本实施例中，不仅中间透镜L2-2，还有光学透镜L1-2、L2-1、L2-3、L3-2也接收从大约36度的前方范围内进入的光线。这样，如图5的左矩阵图像所示，相对于目标物体B中间的“C”的原始图像片段上/下翻转的单位图像F1-2、F2-1、F2-3、F3-2在光电检测器阵列3的对应位置形成。另一方面，邻近36度前方范围(在图4A和图4B中用Z0表示)的第一左和右范围Z1中的图像片段“L”和“R”分别被45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3左/右翻转，然后分别被侧透镜L1-1、L1-3上/下和左/右翻转，从而在光电检测器阵列3的对应位置上形成“R”和“L”的单位图像F1-1、F1-3，如图5的左矩阵图像所示。当从目标物体B观看时，这些单位图像“L”和“R”被上/下和左/右翻转，如图5的左矩阵图像所示。
类似地，邻近第一左和右范围Z1的第二左和右范围Z2中的图像片段“Q”和“P”分别被45-45-90度直角棱镜P3-1、P3-3左/右翻转，然后分别被侧透镜L3-1、L3-3上/下和左/右翻转，从而在光电检测器阵列3的对应位置上形成“P”和“Q”的单位图像F1-1、F1-3，如图5的左矩阵图像所示。当从目标物体B观看时，这些单位图像“Q”和“P”被上/下和左/右翻转，如图5的左矩阵图像所示。
这9个单位图像F1-1、F1-2...被光电检测器阵列3转换为图像信息。从光电检测器阵列3最下方-最左方像素至最上方-最右方像素依次读取经光电检测器阵列3转换产生的图像信息，如图5的左矩阵图像所示。如图5的中间矩阵图像(中间步骤)所示，依次读取的图像信息相对于如图5的左矩阵图像所示的光电检测器阵列3上的图像信息上/下翻转，用于正常图像的恢复。但是，除了“C”之外，图像“P”、“Q”、“L”和“R”并没有完全恢复正常。
更具体而言，左右列“P”、“Q”、“L”和“R”的位置相对于它们在目标物体B上的原始位置发生交换或翻转，而在图5的中间矩阵图像的左右列中的“P”、“Q”、“L”和“R”图像本身相对于它们在目标物体B上的原始位置而左/右翻转。图5的中间矩阵图像内的这些图像信息经图像再生微处理器6处理，以翻转左右列的位置，并翻转其中的“P”、“Q”、“L”和“R”图像本身，从而再生出像角为180度的全景图像(单行矩阵图像)PF，如图5所示。注意：图5的中间矩阵图像示出图像再生微处理器6进行处理的中间步骤的图像，并可以显示在显示单元7上。这在下文中将作更详细的说明。
图像再生微处理器6基于图5的黑框所示的中间矩阵图像中“P”、“Q”、“C”、“R”和“L”的5个单位图像F3-1、F3-3、F2-2、F1-1、F1-3的图像信息进行图像处理。更具体而言，图像再生微处理器6进行镜像翻转，从而将“P”、“Q”、“L”和“R”的单位图像F3-1、F3-3、F1-3、F1-1(已经被左/右翻转)分别恢复为它们的正常图像，然后通过适当地将“P”、“Q”、“L”和“R”的正常图像相对于中间单位图像“C”进行定位，使“P”、“Q”、“L”和“R”的这些正常图像与中间单位图像“C”相组合，从而再生或形成像角为180度的全景图像(单行矩阵图像)PF，如图5所示。
根据本实施例的全景成像装置1的优点在于各个单位图像F1-1、F1-3...的周围基本上不会产生失真，这是由于中间透镜L2-2以及侧透镜L1-1、L1-3、L3-1、L3-3的捕获角小至36度(小于大约60度)，因此在组合单位图像时不需要对各个单位图像进行复杂的失真校正处理。此外，由于各个单位图像F1-1、F1-3...为大约36度范围内的图像，所以结合5个单位图像时在相邻的两个单位图像之间基本上不会出现重叠。这样，全景成像装置1在将多个图像组合为全景图像，而不需要复杂的图像校正，不会在相邻图像之间留下不自然的过渡，并且其整体体积和厚度可以减少。
注意：本实施例的图像再生微处理器6基于位于光电检测器阵列3中间的“C”的单位图像F2-2的图像信息来进行图像处理。但是，例如图5的左矩阵图像所示，各个单位图像F1-2、F2-1、F2-3、F3-2也是对应于位于目标物体像B中间的图像片段“C”的图像“C”。因此，图像再生微处理器6也可以利用单位图像F1-2、F2-1、F2-3、F3-2其中之一的图像信息来再生全景图像PF。在这种情况下，用于形成单位图像F1-2、F2-1、F2-3、F3-2其中之一(在此用于再生全景图像PF)的光学透镜L1-2、L2-1、L2-3、L3-2中的一个对应于或者用作上面所定义的以及权利要求1和5中“中间透镜”。相反，如果单位图像F1-2、F2-1、F2-3、F3-2不是用于再生全景图像PF，则可以省略光学透镜L1-2、L2-1、L2-3、L3-2。或者，可以将对应于各个光学透镜L1-2、L2-1、L2-3、L3-2的光圈(stop aperture)关闭，以防止在第一行第二列、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单位图像。
以下参照图6和图7详细描述根据本实施例的第一改型实例和第二改型实例的全景成像装置1。如图6所示，在根据第一改型实例的全景成像装置1有6个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3、P2-1、P2-3、P3-1、P3-3，分别设置为朝向光学透镜L1-1、L1-3、L2-1、L2-3、L3-1、L3-3。位于第一行的45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3，位于第三行的45-45-90度直角棱镜P3-1、P3-3，以及位于第二行的45-45-90度直角棱镜P2-1、P2-3相对于光学透镜阵列9倾斜的角度分别是最大、最小以及中等。
由于相对于光学透镜阵列9倾斜的角度最大，所以位于第一行的45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3弯曲并收集进入捕获角内最靠近前方范围的左右范围的光线。由于相对于光学透镜阵列9倾斜的角度最小，所以位于第三行的45-45-90度直角棱镜P3-1、P3-3弯曲并收集进入捕获角内离前方范围最远的左右范围的光线。另一方面，由于相对于光学透镜阵列9倾斜的角度中等，所以位于第二行的45-45-90度直角棱镜P2-1、P2-3弯曲并收集进入捕获角内离前方范围中等距离的左右范围的光线。
更具体而言，位于中间的光学透镜L2-2接收进入180度捕获角的光线中大约为26度的前方范围内的光线。此光学透镜L2-2对应于并用作“中间透镜”。180度捕获角减去大约26度的前方范围之后的获取角被分成各为大约77度的左和右范围，左和右范围进而被分成三对左和右范围，分别离前方范围最近、中等距离和最远。每一对左和右范围中的每一个范围大约为26度。45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-3分别弯曲并收集进入最靠近前方范围的一对左和右范围(每一个大约为26度)的光线，以使光线进入光学透镜L1-1、L1-3。
此外，45-45-90度直角棱镜P2-1、P2-3分别弯曲并收集进入离前方范围中等距离(或较为靠近前方范围)的一对左和右范围(每一个大约为26度)的光线，以使光线进入光学透镜L2-1、L2-3。另一方面，45-45-90度直角棱镜P3-1、P3-3分别弯曲并收集进入离前方范围最远的一对左和右范围(每一个大约为26度)的光线，以使光线进入光学透镜L3-1、L3-3。根据第一改型实例，6个光学透镜L1-1、L1-3、L2-1、L2-3、L3-1、L3-3对应于并用作“侧透镜”。
结果，第一改型实例的全景成像装置1在光电检测器阵列3上形成7个单位图像，这7个单位图像包括一个对应于大约26度的前方范围的单位图像以及6个对应于三对左和右范围的单位图像，这三对左和右范围的每一个为大约26度，由分别为77度的左和右范围划分得到。全景成像装置1组合这7个单位图像以再生出全景图像PF。由于各个光学透镜L1-1、L1-2...只要求26度那么小的捕获角，因此第一改型实例的全景成像装置1能够进一步减少在光电检测器阵列3上形成的各个单位图像的失真，并进一步减少组合和再生为全景图像PF的相邻图像之间不自然的过渡。注意：除了将各个分别大约为77度的左和右范围(减去大约为26度的前方范围)分成三个大约为26度的范围之外，也可以将各个大约为77度的左和右范围分别分成另一组范围，例如30度、25度和22度。
如图7所示，根据第二改型实例的全景成像装置1的光学透镜阵列9为1(一)行5(五)列，其中4个45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-2、P1-4、P1-5设置为分别朝向光学透镜L1-1、L1-2、L1-41、L1-5。相应地，光电检测器阵列3形成为具有拉长的形状，以在上面形成1行5列的单位图像。根据第二改型实例，4个光学透镜L1-1、L1-2、L1-41、L1-5对应于并用作“侧透镜”，而中间光学透镜L1-3对应于并用作“中间透镜”。45-45-90度直角棱镜P1-2、P1-4固定为相对于光学透镜阵列9倾斜较大的角度，而45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-5固定为相对于光学透镜阵列9倾斜较小的角度。因此，45-45-90度直角棱镜P1-2、P1-4弯曲并收集进入更靠近捕获角内对应于光学透镜L2-2的前方范围的左和右范围(第一左和右范围)的光线。另一方面，45-45-90度直角棱镜P1-1、P1-5弯曲并收集进入捕获角内离前方范围更远的左和右范围(第二左和右范围)的光线。
结果，第二改型实例的全景成像装置1在光电检测器阵列3上形成5个单位图像，这5个单位图像包括一个对应于前方范围的单位图像以及4个位于第一左和右范围以及第二左和右范围的单位图像。全景成像装置1组合5个单位图像，以再生出全景图像PF。由于光学透镜阵列9和光电检测器阵列3的面积都显著减少，所以能进一步减少全景成像装置1的体积和厚度。注意：在包括第一和第二改型实例的本实施例中，用于弯曲和收集进入捕获角左和右范围的光线并将此光线引导至侧透镜的棱镜不限于45-45-90度直角棱镜，也可以是30-60-90度直角棱镜或者等边三角棱镜。
还要注意：上述实施例描述了全景图像的像角为大约180度的情况。但是显然，通过简单地增大用于将光线弯曲、收集并引导至各光学透镜的各棱镜P的捕获角度或范围，就能够使全景图像的像角得到扩展。此外应该注意，上述实施例描述了各个棱镜和光学透镜的捕获角为大约36度或26度等情况。但是，捕获角不限于此，可以是任何小于大约60度的角度。显然，如果各个棱镜和光学透镜的捕获角小于大约60度，就可以实现全景成像装置的优点，这是因为能够将不产生图像失真的光学透镜用于每一个捕获范围。
如上所述，在根据本实施例的全景成像装置1中，将捕获角减去前方范围后分成左和右范围，并进一步将左和右范围分成多对左和右范围，从而能够通过分别设置为对应于多对范围的棱镜来弯曲并收集进入多对左和右范围的光线。因此，不需使用具有例如60度或更大的捕获角的镜头(广角镜头)，就可以形成全景成像装置1，从而能够使形成的单位图像基本上不失真，因此在组合单位图像时，不需要对单位图像进行复杂的图像校正处理，并且能够将单位图像组合成像角至少为或大约180度的全景图像PF，而不会在相邻的单位图像之间产生不自然的过渡。此外，这样还能够减少整个全景成像装置1的体积和厚度。
以上通过优选实施例描述了本发明，但是这样的描述不应解释为限制本发明。对于阅读了此描述的本领域技术人员，各种改型显而易见。因此，所附权利要求应解释为涵盖落入本发明原理和范围内的所有改型和变型。
本申请基于2006年8月11日提交的日本专利申请2006-219158，其内容通过参考合并于此。

Claims (5)

1.一种全景成像装置，包括：
光学透镜系统，用于收集进入至少为180度的捕获角中的光线，以在预定焦平面上形成图像；
成像器件，设置在所述焦平面上，用于将所述光学透镜系统形成的图像转换为电子图像信息；以及
图像再生器件，用于对从所述成像器件中获得的电子图像信息进行成像处理，以再生出全景图像，
其中，所述光学透镜系统包括：
光学透镜阵列，包括：
多个中间透镜，具有光轴，中间且形成在一个平面上，用于接收进入所述捕获角的前方范围内的光线；以及
多对左和右侧透镜，形成在所述一个平面上，位于所述中间透镜的左侧和右侧，所述多对左和右侧透镜的光轴与所述中间透镜的光轴平行，以分别接收进入所述捕获角的左和右范围内的光线，所述左和右范围被划分成多对左和右范围，使得所述多对左和右侧透镜分别接收进入所划分的多对左和右范围内的光线；以及
多个棱镜，设置在所述左和右侧透镜的光线进入侧，用于弯曲和收集进入所述捕获角内划分的多对左和右范围、将要由所述左和右侧透镜接收的光线，从而分别沿着所述左和右侧透镜的光轴引导所述光线，使所述光线指向所述左和右侧透镜，
其中，所述成像器件由光电检测器阵列形成，所述光电检测器阵列与所述光学透镜阵列平行并相距预定距离，用于捕获所述中间透镜以及所述左和右侧透镜形成的图像，以及
其中，所述图像再生器件将由位于所述捕获角的前方范围内的所述中间透镜所形成的图像与分别由位于所述捕获角内划分的多对左和右范围内的所述多对左和右侧透镜所形成的图像相组合，从而再生像角至少为180度的全景图像。
2.如权利要求1所述的全景成像装置，
其中，所述中间透镜、所述左和右侧透镜接收的各光线为进入至少为180度的捕获角的小于大约60度范围内的光线。
3.如权利要求2所述的全景成像装置，
其中，所述捕获角为大约180度，
其中，所述中间透镜接收的光线为进入所述捕获角内大约36度的前方范围内的光线，以及
其中，所述侧透镜包括：两个左侧透镜和两个右侧透镜，分别接收进入划分成两对左和右范围且每个范围大约为36度内的光线，其中，所述光线是分别进入所述捕获角的左和右范围各约为72度的光线。
4.如权利要求2所述的全景成像装置，
其中，所述捕获角为大约180度，
其中，所述中间透镜接收的光线为进入所述捕获角的大约26度的前方范围内的光线，以及
其中，所述侧透镜包括：三个左侧透镜和三个右侧透镜，分别接收进入划分成三对左和右范围且每个范围大约为26度内的光线，其中，所述光线是分别进入所述捕获角的左和右范围各约为77度的光线。
5.一种全景成像装置，包括：
光学透镜系统，用于收集进入大约为180度的捕获角中的光线，以在预定焦平面上形成图像；
成像器件，设置在所述焦平面上，用于将所述光学透镜系统形成的图像转换为电子图像信息；以及
图像再生器件，用于对从所述成像器件中获得的电子图像信息进行成像处理，以再生出全景图像，
其中，所述光学透镜系统包括：
光学透镜阵列，包括：
多个中间透镜，具有光轴，中间且形成在一个平面上，用于接收进入所述捕获角的大约为36度的前方范围内的光线；以及
两对左和右侧透镜，形成在所述一个平面上，位于所述中间透镜的左侧和右侧，所述两对左和右侧透镜的光轴与所述中间透镜的光轴平行，以分别接收进入捕获角的左和右范围各约为72度的光线，其中，所述左和右范围划分成两对左和右范围且每个范围大约为36度，使得所述两对左和右侧透镜分别接收进入所划分的两对左和右范围内的光线；以及
两对左和右直角棱镜，设置在所述左和右侧透镜的光线进入侧，且在避免大约为36度的前方范围内的光线进入所述中间透镜时发生中断的位置处分别面对所述左和右侧透镜，用于弯曲和收集进入所述捕获角内划分的两对左和右范围且每个范围大约为36度、将要由所述左和右侧透镜接收的光线，且分别沿着所述左和右侧透镜的光轴引导所述光线，使所述光线指向所述左和右侧透镜，
其中，所述成像器件由光电检测器阵列形成，所述光电检测器阵列与所述光学透镜阵列平行并相距预定距离，用于捕获所述中间透镜以及所述两对左和右侧透镜形成的图像，以及
其中，所述图像再生器件将由位于所述捕获角的大约为36度的前方范围内的所述中间透镜所形成的图像与分别由位于所述捕获角内划分的两对左和右范围且每个范围大约为36度的所述两对左和右侧透镜所形成的图像相组合，从而再生像角大约为180度的全景图像。
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