CN104717482A - 多光谱多景深阵列拍摄方法与拍摄相机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照相机领域，为提供一种多光谱阵列相机和一种多景深阵列相机。主要用于移动终端。为此，多光谱多景深阵列拍摄相机，由镜头模块、滤光模块、图像传感器模块、图像处理模块、显示屏以及控制模块组成；所述镜头模块，是包括多个透镜元件的N×N共平面镜头阵列；所述滤光模块，是由N×N个不同波段的滤光片构成的滤光片阵列，所有滤光片是共平面的，并且尺寸均相同，其所在平面与镜头阵列所在平面平行；所述图像传感器模块，是由N×N片共平面的黑白图像传感器构成的传感器阵列，所有传感器的规格均相同，其所在平面与镜头阵列所在平面平行；每一个镜头都有一个传感器和一个滤光片与之相对应。本发明主要应用于照相机的设计制造。

Description

多光谱多景深阵列拍摄方法与拍摄相机

技术领域

本发明涉及照相机领域。尤其涉及一种多光谱多景深的阵列相机。

背景技术

传统的相机只有一个镜头，要得到多光谱图像和多景深图像往往需要采用分时探测的方法，拍摄多张图片。阵列相机则是用多个小镜头，如3×3或4×4的较低像素阵列来取代原有的单个相机镜头，相比于传统相机来说，阵列式相机的视野更广，拍出的照片也更大，同时其体积也更小。同时，传统相机只能选择一个清晰的焦距，其余部分均为模糊的，而阵列相机则对一定景深范围内的数据实施全部采集，因此可以实现先拍照后调焦的功能。由于阵列相机在成像过程中为全景深数据采集，因此阵列相机可实现一定范围内的立体成像。所以阵列相机是未来相机发展的大势所趋。

发明内容

为克服现有技术的不足，提供一种多光谱阵列相机和一种多景深阵列相机。主要用于移动终端。为此，本发明采取的技术方案是，多光谱多景深阵列拍摄相机，由镜头模块、滤光模块、图像传感器模块、图像处理模块、显示屏以及控制模块组成；

所述镜头模块，是包括多个透镜元件的N×N共平面镜头阵列，镜头阵列中所有镜头的规格完全一致，N为正整数；

所述滤光模块，是由N×N个不同波段的滤光片构成的滤光片阵列，所有滤光片是共平面的，并且尺寸均相同，其所在平面与镜头阵列所在平面平行；

所述图像传感器模块，是由N×N片共平面的黑白图像传感器构成的传感器阵列，所有传感器的规格均相同，其所在平面与镜头阵列所在平面平行；

每一个镜头都有一个传感器和一个滤光片与之相对应，镜头的图像数据经滤波片进入传感器；

图像处理模块，主要用于处理来自传感器的图像数据；

所述显示屏，主要用于显示相机所成的相片；

所述控制模块，主要用于控制以上所述的各个模块及显示屏，协调它们正常工作。

多光谱多景深阵列拍摄方法，利用镜头阵列，滤光片阵列、图像传感器阵列获取图像，其中镜头阵列中的每个镜头分别对应一个滤光片阵列中的滤光片、一个图像传感器阵列中的传感器，将图像传感器中的数据输出到图像处理模块进行处理之后再行输出；其中，需要对镜头阵列中的每一个镜头所拍摄的图像设置不同的对焦点。

所述镜头与场景之间的距离为U，V是镜头到传感器之间的距离，传感器的宽度为L，其有效感光区域宽度为S，场景视差在传感器上的宽度为X，设图像分辨率为n×m，则根据相似三角形定理有：

$\frac{L}{U}=\frac{X}{V}$

则有，n、m分别代表水平、垂直分辨率；在传感器上,每个像素所占的宽度为要使相片之间的差异在一个像素以内，则有

$x=\frac{\mathrm{VL}}{U}\≤\frac{S}{m}$

则有，故当相机镜头与场景的距离时，阵列相机每个镜头所拍得的图像之间的差异小于一个像素，这时认为每个镜头所拍得的图像基本一样。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

附图说明

图1为多光谱阵列相机的结构框图。

图2为多景深阵列相机的结构框图。

图3为4×4的多光谱阵列相机的结构示意图。

图4为4×4的多景深阵列相机的结构示意图。

图5为相邻两个镜头成像差异分析图。

具体实施方式

本发明采用的技术方案是，所述多光谱阵列相机能够获取一组多光谱图像。在相机阵列的每个镜头后面放置一个滤光模块，它是一个由不同的滤光片组成的阵列，分别接收景物在不同光谱带上的信息，使得场景在不同频谱范围内成像。当相机镜头与场景之间的距离大于一定距离时，阵列相机上的不同镜头所拍得的图像基本一样，这种情况下用所述阵列相机可以一次获取同一场景的多个光谱图像。

所述多景深阵列相机能够获取一组多景深图像。移动终端采集镜头阵列中每个镜头所拍摄的场景并显示画面，通过触控显示屏对该相机阵列中的每一个镜头所拍摄的图像设置不同的对焦点，对所要拍摄的场景分别采集若干个焦点不同的图像，使得每个相机镜头所拍得的图片景深不同。当相机镜头与场景之间的距离大于一定距离时，阵列相机上的不同镜头所拍得的图像基本一样，这种情况下用所述阵列相机可以一次获取同一场景的多个景深图像。

所述多光谱相机主要是由镜头模块、滤光模块、图像传感器模块、图像处理模块、显示屏以及控制模块组成。

所述镜头模块，主要是一组镜头阵列，包括多个透镜元件。它是一个N×N的共平面阵列，阵列中所有镜头的规格完全一致，N为正整数。

所述滤光模块，主要是一组滤光片阵列，它是由N×N的不同波段的滤光片构成，所有滤光片是共平面的，并且尺寸均相同。其所在平面与镜头阵列所在平面平行。

所述图像传感器模块，主要是一组传感器阵列，它是由N×N片共平面的黑白图像传感器构成，所有传感器的规格均相同。与镜头阵列相对应，其所在平面与镜头阵列所在平面平行。

所述图像处理模块，主要用于处理图像数据。

所述显示屏，主要用于显示相机所成的相片。

所述控制模块，主要用于控制以上所述的各个模块，协调它们正常工作。

下面结合具体的实施例及附图对多光谱阵列相机和多景深阵列相机进行详细的描述，以使其更加清楚。

以4×4的多光谱阵列相机和4×4的多景深阵列相机为例。

图3是4×4的多光谱阵列相机的结构示意图。如图3所示，一种多光谱阵列相机主要包括镜头阵列110、滤光片阵列120、和传感器阵列130。其中，滤光片阵列120是由4×4片共平面不同波段的滤光片构成，112是镜头阵列110中的镜头，共有4×4个镜头。132是传感器阵列130中的传感器，是4×4的黑白图像传感器。其中所述多光谱阵列相机中的镜头阵列110、滤光片阵列120和传感器阵列130所在平面互相平行。镜头阵列110中的每一个镜头分别有一个滤光片和传感器与之相对应。

本发明中的多光谱阵列相机成像方法，包括以下步骤：

步骤一：对所需拍摄的场景选择合适的距离U进行拍照。

步骤二：来自场景各点的入射光进入镜头阵列110中的每一个镜头，经过滤光片阵列120，滤光片阵列120中的滤光片分别与镜头阵列110中的每一个镜头相对应，从而形成一组携带不同波段信息的光束。

步骤三：在传感器阵列130上接收步骤一中得到的一组携带不同波段信息的光束，传感器阵列130中的传感器分别与滤波片阵列120中的每一个滤波片相对应，从而在传感器阵列130中的每一个传感器上得到携带有对应波段信息的场景图像，并将携带有不同波段信息的场景图像转化为电信号进入图像处理模块中。

步骤四：经过图像处理模块处理后，在显示屏上显示不同光谱段中的图像。

经过以上三个步骤，能够同时得到同一场景的一组多光谱图像，共有4×4幅图片。

图4是4×4的多景深阵列相机的结构示意图。如图4所示，一种多景深阵列相机主要包括镜头阵列210和传感器阵列220。212是镜头阵列210中的镜头，共有4×4个镜头。222是传感器阵列220中的传感器，是4×4的彩色图像传感器。其中所述多景深阵列相机中的镜头阵列210、和传感器阵列220所在平面互相平行。镜头阵列210中的每一个镜头都有一个传感器与之相对应。

本发明中多景深阵列相机得到多景深图像的方法：

对所需拍摄的场景选择合适的距离U进行拍照。通过触控显示屏对镜头阵列中的每一个镜头所拍摄的图像设置不同的对焦点，对所要拍摄的场景分别采集若干个焦点不同的图像，使得每个相机镜头所拍得的图片景深不同。用所述4×4的多景深阵列相机对场景照相可以同时得到4×4幅不同景深的图片，从而达到多景深的效果。对焦是指改变镜头光心到底片平面的距离，以获得拍摄物体清晰像的调节过程，改变的是像距。

所述相机镜头与场景之间的距离为U，如图5所示，V是镜头到传感器之间的距离，传感器的宽度为L，其有效感光区域宽度为S，场景视差在传感器上的宽度为X，设图像分辨率为n×m，则根据相似三角形定理有：

$\frac{L}{U}=\frac{X}{V}$

则有， $X=\frac{\mathrm{VL}}{U}$

在传感器上,每个像素所占的宽度为要使相片之间的差异在一个像素以内，则有

$x=\frac{\mathrm{VL}}{U}\≤\frac{S}{m}$

则有，n、m分别代表水平、垂直分辨率；故当相机镜头与场景的距离时，阵列相机每个镜头所拍得的图像之间的差异小于一个像素，这时可以认为每个镜头所拍得的图像基本一样。

Claims (3)

1.一种多光谱多景深阵列拍摄相机，其特征是，由镜头模块、滤光模块、图像传感器模块、图像处理模块、显示屏以及控制模块组成；

所述镜头模块，是包括多个透镜元件的N×N共平面镜头阵列，镜头阵列中所有镜头的规格完全一致，N为正整数；

所述滤光模块，是由N×N个不同波段的滤光片构成的滤光片阵列，所有滤光片是共平面的，并且尺寸均相同，其所在平面与镜头阵列所在平面平行；

所述图像传感器模块，是由N×N片共平面的黑白图像传感器构成的传感器阵列，所有传感器的规格均相同，其所在平面与镜头阵列所在平面平行；

每一个镜头都有一个传感器和一个滤光片与之相对应，镜头的图像数据经滤波片进入传感器；

图像处理模块，主要用于处理来自传感器的图像数据；

所述显示屏，主要用于显示相机所成的相片；

所述控制模块，主要用于控制以上所述的各个模块及显示屏，协调它们正常工作。

2.一种多光谱多景深阵列拍摄方法，其特征是，利用镜头阵列，滤光片阵列、图像传感器阵列获取图像，其中镜头阵列中的每个镜头分别对应一个滤光片阵列中的滤光片、一个图像传感器阵列中的传感器，将图像传感器中的数据输出到图像处理模块进行处理之后再行输出；其中，需要对镜头阵列中的每一个镜头所拍摄的图像设置不同的对焦点。

3.根据权利要求2所述的多光谱多景深阵列拍摄方法，其特征是，所述镜头与场景之间的距离为U，V是镜头到传感器之间的距离，传感器的宽度为L，其有效感光区域宽度为S，场景视差在传感器上的宽度为X，设图像分辨率为n×m，则根据相似三角形定理有：

$\frac{L}{U}=\frac{X}{V}$

则有，n、m分别代表水平、垂直分辨率；

在传感器上,每个像素所占的宽度为要使相片之间的差异在一个像素以内，则有

$x=\frac{\mathrm{VL}}{U}\≤\frac{S}{m}$

则有，故当相机镜头与场景的距离时，阵列相机每个镜头所拍得的图像之间的差异小于一个像素，这时认为每个镜头所拍得的图像基本一样。