CN101452109A - 大屏幕大偏角图像采集方法及其采集装置和采集用镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大屏幕大偏角图像采集方法及其采集装置和采集用镜头，该方法包括以下步骤：(1)在大屏幕的四周的其中一侧边缘处设置一反射式图像采集广角镜头；(2)在图像采集镜头前的大屏幕光线反射路径上设置一成像透光屏；(3)利用图像数据采集装置从成像透光屏上采集大屏幕图像数据。本发明的方法解决了现有投影成像光学系统视场较小，镜头片数多，结构复杂，对于较大视场，近距离大偏角，存在较大畸变，影响成像质量，难以进行数据采集后定位这一难题。本发明可对近距、大偏角屏幕进行投影成像，也可对近距显示器进行光学成像，可外接手机摄像头或其他光学系统，可对100英寸大屏幕进行数据采集，能广泛应用于教学、科研、计算机屏幕拍摄和数据采集定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够对超大屏幕可见光或近红外光进行大角度投影成像的大屏幕大偏角图像采集方法，同时还涉及了一种该采集方法所用的采集装置及采集用镜头。
背景技术
现有投影成像光学系统一般视场较小，屏幕与投影或摄影成像镜头距离较远，对于较大视场-60度～+60度视场，现有光学专利镜头采用的是广角鱼眼镜头，此种镜头存在着如下问题：结构复杂，镜头片数多，成像质量存在很大畸变，即使修正了畸变，由于成像光线偏转很大，也会影响进一步使用芯片探测接收。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大屏幕大偏角图像采集方法，以对近距、大偏角屏幕进行投影成像，也可对近距显示器进行光学成像。
同时，本发明的目的还在于提供一种大屏幕大偏角图像采集装置，以解决现有投影成像光学系统视场较小，镜头片数多，结构复杂，对于较大视场，近距离大偏角，存在较大畸变，影响成像质量，难以进行数据采集后定位这一难题。
本发明的目的还提供了一种大屏幕大偏角图像采集用镜头，以提高成像质量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种大屏幕大偏角图像采集方法，该方法包括以下步骤：
(1)在大屏幕的四周的其中一侧边缘处设置一反射式图像采集广角镜头；
(2)在图像采集镜头前的大屏幕光线反射路径上设置一成像透光屏；
(3)利用图像数据采集装置从成像透光屏上采集大屏幕图像数据。
同时，本发明的技术方案还采用了一种大屏幕大偏角图像采集装置，该装置由反射式图像采集广角镜头、广角镜头前镜头轴线一旁反射光路的半孔径上设置的成像透光屏、成像透光屏的背面与成像透光屏正对设置的图像数据采集设备构成，其中，反射式图像采集广角镜头由沿镜头轴线设置的前端的广角镜片、中间的聚光凸透镜片和后端的凹透镜片构成，后端的凹透镜片的后镜面为凸面，在该凸面上的光阑面上设有反射镜。
所述的反射镜是通过镀膜或胶合的方式设置的。
所述的广角镜片、聚光凸透镜片及凹透镜片的镜片材料折射率依次减小。
所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面的曲率相同且相互吻合贴合。
所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面之间相互用光学透明胶胶粘在一起。
本发明的技术方案还采用了一种大屏幕大偏角图像采集用镜头，该镜头为反射式图像采集广角镜头，由沿镜头轴线设置的前端的广角镜片、中间的聚光凸透镜片和后端的凹透镜片构成，后端的凹透镜片的后镜面为凸面，在该凸面上的光阑面上设有反射镜。
所述的反射镜是通过镀膜或胶合的方式设置的。
所述的广角镜片、聚光凸透镜片及凹透镜片的镜片材料折射率依次减小。
所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面的曲率相同且相互吻合贴合。
所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面之间相互用光学透明胶胶粘在一起。
本发明的大偏转角图像采集装置，对超大屏幕可见光或近红外光进行大角度投影成像，也可对近距显示器进行光学成像，可外接手机摄像头或其他光学系统进行数据采集，成像质量很好，大角度畸变得到很好修正，可对100英寸大屏幕进行数据采集，能广泛应用于教学、科研、计算机屏幕拍摄和数据采集定位。使用一片反射镜或反射膜层折转光路，它不但降低了畸变，而且使光路能实现大偏角投放。本发明的成像光学系统视场很大，对于较大视场，近距离大偏角，存在的较大畸变进行了很好的修正；而且由于偏角很大，不会影响观众观看，二次成像后，方便芯片进行数据采集。本发明设计结构简单，使用三片普通球面镜，三种低折射率材料，加工成本很低。
本发明的方法解决了现有投影成像光学系统视场较小，镜头片数多，结构复杂，对于较大视场，近距离大偏角，存在较大畸变，影响成像质量，难以进行数据采集后定位这一难题。本发明可对近距、大偏角屏幕进行投影成像，也可对近距显示器进行光学成像，可外接手机摄像头或其他光学系统，可对100英寸大屏幕进行数据采集，能广泛应用于教学、科研、计算机屏幕拍摄和数据采集定位。
本发明的方法对近距、大屏幕超大偏角进行投影成像，或近距显示器进行光学成像，可外接手机摄像头或其他光学系统进行数据采集及光点定位。使用一片反射镜(或镀反射膜层)作为光阑进行折转光路，使用了二次成像实现芯片数据采集定位。它不但降低了畸变，而且使光路能实现大偏角投放。这种成像光学系统视场很大，达到近160视场角。对于超大视场，近距离大偏角，存在的较大畸变进行了很好的修正。而且由于偏角很大，不会影响观众观看，将屏幕光信号先投影在一胶片或毛玻璃屏上，再使用了二次成像实现芯片数据采集定位。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明的镜头成像光路图；
图3为本发明的镜头成像点列图；
图4为镜头对100英寸屏幕成像畸变图；
图5为本发明的镜头的结构示意图。
具体实施方式
本发明的大屏幕大偏角图像采集方法，包括以下步骤：(1)在大屏幕的四周的其中一侧边缘处设置一反射式图像采集广角镜头；(2)在图像采集镜头前的大屏幕光线反射路径上设置一成像透光屏；(3)利用图像数据采集装置从成像透光屏上采集大屏幕图像数据。
如图1所示，本发明的大屏幕大偏角图像采集装置，由反射式图像采集广角镜头1、广角镜头1前镜头轴线一旁反射光路的半孔径上设置的成像透光屏2、成像透光屏2的背面与成像透光屏正对设置的图像数据采集设备构成，其中，反射式图像采集广角镜头由沿镜头轴线设置的前端的广角镜片3、中间的聚光凸透镜片4和后端的凹透镜片5构成，后端的凹透镜片5的后镜面为凸面7，在该凸面7上的光阑面上设有反射镜8。反射镜是通过镀膜或胶合的方式设置的，广角镜片、聚光凸透镜片4及凹透镜片5的镜片材料折射率依次减小，聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面的曲率相同且相互吻合贴合，聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面之间相互用光学透明胶胶粘在一起。
广角镜片3使用一片曲率方向相同广角光线收集凸透镜其中第一面曲率小于第二面曲率，聚光凸透镜和凹透镜是一个光线汇聚凸透镜和一个凹透镜，组成的胶合镜头，凹透镜片5的后镜面为凸面7，在该凸面7上的光阑面上设有反射镜8，其作为孔径光阑对光路进行折转，它不仅阔大了视场，而且改善了场曲、矫正了畸变；使用了二次成像实现数据用芯片进行采集后定位。起到偏转光路，实现横向±68度，纵向0度～+78度视场。
广角镜片3的前后表面可用非球面，成像质量会更好。将凹透镜片5后加三片球面镜，反射镜8换为透射光阑，将折反改为透射，形成六片镜头，也可实现此功能，只是长度会增加。另外可将低折射材料改为高折射材料，成像质量会提高，但成本会增加。如果在第一面镜头后加一片或两片镜头，进一步提高像质，可用与数码像机进行数据采集。
凹透镜片5可以采用毛玻璃、白色透明或半透明胶片或塑料薄膜作为采集屏。
成像光路图如图2所示；图3为本发明的镜头成像点列图。
应用实施例1
16英寸＊9英寸屏幕，到镜头的垂直距离是75mm。
应用实施例2
对32英寸＊18英寸屏幕，到镜头的垂直距离是150mm。
应用实施例3
对64英寸＊36英寸屏幕，到镜头的垂直距离是300mm。
图4为镜头对100英寸屏幕成像畸变图。
100英寸屏幕坐标(mm) 照度％
0 ， 0 100
0 ， 402 26.9
0 ，1012 3.2
0 ，1524 1.1
1028 ， 0 3.2
—1028， 0 3.0
—1028，1012 0.4
—1028，1524 0.1
如图5所示，本发明的大屏幕大偏角图像采集用镜头由沿镜头轴线设置的前端的广角镜片3、中间的聚光凸透镜片4和后端的凹透镜片5构成，后端的凹透镜片5的后镜面为凸面7，在该凸面7上的光阑面上设有反射镜8。反射镜是通过镀膜或胶合的方式设置的，广角镜片、聚光凸透镜片4及凹透镜片5的镜片材料折射率依次减小，聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面的曲率相同且相互吻合贴合，聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面之间相互用光学透明胶胶粘在一起。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (11)
1、一种大屏幕大偏角图像采集方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)在大屏幕的四周的其中一侧边缘处设置一反射式图像采集广角镜头；
(2)在图像采集镜头前的大屏幕光线反射路径上设置一成像透光屏；
(3)利用图像数据采集装置从成像透光屏上采集大屏幕图像数据。
2、一种大屏幕大偏角图像采集装置，其特征在于：该装置由反射式图像采集广角镜头、广角镜头前镜头轴线一旁反射光路的半孔径上设置的成像透光屏、成像透光屏的背面与成像透光屏正对设置的图像数据采集设备构成，其中，反射式图像采集广角镜头由沿镜头轴线设置的前端的广角镜片、中间的聚光凸透镜片和后端的凹透镜片构成，后端的凹透镜片的后镜面为凸面，在该凸面上的光阑面上设有反射镜。
3、根据权利要求2所述的大屏幕大偏角图像采集装置，其特征在于：所述的反射镜是通过镀膜或胶合的方式设置的。
4、根据权利要求2所述的大屏幕大偏角图像采集装置，其特征在于：所述的广角镜片、聚光凸透镜片及凹透镜片的镜片材料折射率依次减小。
5、根据权利要求2—4中任一条所述的大屏幕大偏角图像采集装置，其特征在于：所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面的曲率相同且相互吻合贴合。
6、根据权利要求4所述的大屏幕大偏角图像采集装置，其特征在于：所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面之间相互用光学透明胶胶粘在一起。
7、一种大屏幕大偏角图像采集用镜头，其特征在于：该镜头为反射式图像采集广角镜头，由沿镜头轴线设置的前端的广角镜片、中间的聚光凸透镜片和后端的凹透镜片构成，后端的凹透镜片的后镜面为凸面，在该凸面上的光阑面上设有反射镜。
8、根据权利要求7所述的大屏幕大偏角图像采集用镜头，其特征在于：所述的反射镜是通过镀膜或胶合的方式设置的。
9、根据权利要求7所述的大屏幕大偏角图像采集用镜头，其特征在于：所述的广角镜片、聚光凸透镜片及凹透镜片的镜片材料折射率依次减小。
10、根据权利要求7—9中任一条所述的大屏幕大偏角图像采集用镜头，其特征在于：所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面的曲率相同且相互吻合贴合。
11、根据权利要求8所述的大屏幕大偏角图像采集用镜头，其特征在于：所述的聚光凸透镜和凹透镜的相邻镜面之间相互用光学透明胶胶粘在一起。
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