CN107003601B - 全方向折反射镜头结构 - Google Patents

Abstract

至少一个限定出圆筒形孔隙(116)的镜头元件(104、106)包括具有围绕公共竖直轴线(112)从末端按大致45度向上到所述竖直轴线的圆锥形镜面(110)的圆锥形元件(108)。所述镜头元件具有相对于穿过镜头元件并包含竖直轴线的平面所限定出的横截面形状(104、106)，所述横截面形状在围绕竖直轴线的旋转方向上是恒定的并且给予所述镜头元件大致环形形状以用于从周围现场捕获图像信息并且将所捕获光变换成朝向圆锥形镜面定向的水平投影，该圆锥形镜面朝向光敏传感器(212)的图像平面(204)90度竖直向下的反射投影以用于生成所述周围现场的摄影表示。

Description

全方向折反射镜头结构

技术领域

本发明的多方面涉及从周围环境捕获的供摄影娱乐和重现中使用的可视图像信息。

背景技术

现实世界的摄影绘图、传播、娱乐和重现可通过使用镜头元件将光信息聚焦到记录介质或者传输介质(例如，摄影机传感器、感光胶片、光敏阵列等)上来捕获表示可视物理环境的图像信息。图像可被捕获并储存以用于随后观看或者实况传播给相对于提供摄像的环境本地和外地两者的各式各样的最终用户。

虚拟现实(VR)是指以计算机产生的数据置换使用者所居住环境的感官知觉数据，在某些方面能使使用者经历与使用者的现今实际地点完全不同的世界。例如，在寒冷的冬天期间在家的使用者可接合VR装置来输送来自许多英里外的海滩度假目的地的摄像和声音。增强现实(AR)是指呈现现实世界和所产生元素的组合，有时通过处理通过计算机的摄影机馈入来在将其展示给使用者之前增加所产生元素，诸如，叠加在使用者目前行走街区的摄影机馈入上的导航路径覆盖层的抬头显示器。某些系统可提供VR和AR两种性能，其中利用计算机产生的数据混合现实世界的摄影图像馈入的AR显示装置可被用来从摄影机馈入中去掉现实世界图像数据、仅留下所产生的或者模拟世界视图来产生VR显示。

发明内容

本发明提供一种用于从周围现场捕获图像信息并且生成所述周围现场的摄影表示的系统，包括：

围绕竖直轴线限定的并且在所述竖直轴线上具有末端的圆锥形元件，和圆锥形镜面，该圆锥形镜面按至所述竖直轴线大致45度角度从所述末端向上限定；和

围绕所述圆锥形元件设置的至少一个镜头元件，其中所述至少一个镜头元件限定出包围所述圆锥形元件的大致圆柱形孔隙，其中所述至少一个镜头元件具有横截面形状，该横截面形状被相对于穿过所述至少一个镜头元件并且包含所述竖直轴线的平面来限定，其中所述至少一个镜头元件的横截面形状在围绕所述竖直轴线旋转上是恒定的并且给予了所述至少一个镜头元件相对于所述竖直轴线的大致环形形状；

其中所述至少一个镜头元件的横截面形状被选择成捕获来自周围现场的光数据输入并且将所捕获的光数据朝向所述圆锥形镜面变换成水平定向，其被所述圆锥形镜面90度竖直向下朝向图像平面反射成向下的图像投影数据以用于被至少一个光敏传感器接收；和

其中至少一个镜头元件是多个镜头元件，包括：

外部弯月形负透镜元件，该外部弯月形负透镜元件具有从周围现场捕获光输入并且将所捕获的光输入变换成所捕获光数据的第一投影的第一横截面形状，该第一投影被朝向所述圆锥形镜面定向成第一大致水平定向；和

双凹面的内部元件，该双凹面的内部元件被设置在所述外部弯月形负透镜元件和所述圆锥形元件之间并且具有第二横截面形状，该第二横截面形状将从所述外部弯月形负透镜元件捕获的光数据的第一投影朝向所述圆锥形镜面变换成第二投影，其中所述第二投影具有不同于第一大致水平定向的第二大致水平定向。

本发明还提供一种用于从周围现场捕获图像信息并且生成所述周围现场的摄影表示的方法，所述方法包括：

经由至少一个镜头元件捕获来自周围现场的光输入，该镜头元件围绕圆锥形元件设置，其中所述圆锥形元件围绕竖直轴线限定并且在所述竖直轴线上具有末端，其中所述圆锥形元件具有圆锥形镜面，该圆锥形镜面被按关于所述竖直轴线大致45度地从所述末端向上限定，其中所述至少一个镜头元件限定出包围所述圆锥形元件的大致圆柱形孔隙，其中所述至少一个镜头元件具有横截面形状，该横截面形状被相对于穿过所述至少一个镜头元件并且包含所述竖直轴线的平面来限定，其中所述至少一个镜头元件的横截面形状在围绕所述竖直轴线旋转上是恒定的并且给予了所述至少一个镜头元件相对于所述竖直轴线的大致环形形状；

作为所述至少一个镜头元件的横截面形状的函数，将所捕获的光输入变换成朝向所述圆锥形镜面定向的至少一个水平投影；和

经由所述圆锥形镜面，将所捕获光输入的至少一个水平投影90度竖直向下朝向图像平面反射成向下的图像投影数据以用于被至少一个光敏传感器接收；

其中至少一个镜头元件是包括外部弯月形负透镜元件和双凹面内部元件的多个镜头元件，该双凹面内部元件设置在所述外部弯月形负透镜元件和所述圆锥形元件之间，所述方法进一步包括：

作为所述外部弯月形负透镜元件的第一横截面形状的函数，从周围现场捕获所述光输入；

作为所述外部弯月形负透镜元件的第一横截面形状的函数，将从所述周围现场所捕获的光输入变换成所捕获的光数据的第一投影，该第一投影被在第一大致水平定向上朝向所述圆锥形镜面定向；和

作为所述双凹面内部元件的第二横截面形状的函数，将从所述外部弯月形负透镜元件捕获的光数据的第一投影朝向所述圆锥形镜面变换成第二投影，其中所述第二投影具有不同于第一大致水平定向的第二大致水平定向。

根据本发明的用于从周围现场捕获图像信息并且生成所述周围现场的摄影表示的系统和方法具有通过180度的竖直视野(“全方向”视野)捕获整个360度水平面上的视觉图像和图像信息的能力。

附图说明

图1示出了现有技术的抛物面镜的结构。

图2示出了现有技术的极度鱼眼镜头结构、具有极度广角的传统的摄影鱼眼镜头。

图3示出了现有技术的多摄影机全景结构。

图4示出了传统鱼眼镜头实际上的投影。

图5示出了现有技术的抛物面镜实际上的投影。

图6是根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的一个实例的横截面图。

图7是根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的另一透视图。

图8提供了具有根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的实施例的简图。

图9是一般(现有技术)的鱼眼镜头的横截面图的透视图。

图10是根据本发明的折射鱼眼元件的横截面图的透视图。

图11是根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的另一截面图并且大致相当于图6的视图。

图12是图11的圆锥元件的截面图的详图。

图13是根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的另一截面图并且大致相当于图6、11和12的视图。

图14提供了根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的元件的另一组透视和截面图。

图15提供了根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构的元件的另一组透视和截面图。

图16示出了传统的摄影镜头结构内部的元件的截面轮廓。

图17示出了一种根据本发明的结构。

图18示出了传统的摄影镜头结构内部的元件的截面轮廓。

图19示出了一种根据本发明的结构。

图20示出了单个基本的薄的现有技术的双凸面镜头的截面轮廓。

图21示出了一种根据本发明的结构。

图22提供了中心圆锥体、内部鱼眼和外部鱼眼元件的实施例的摄影图解；处于组装的元件的透视、横截面图；和处于组装的元件的透视图。

图23示出了原图像的模拟镜头输出的表示和当由聚焦阵列接收时由鱼眼结构极变换或者输出(或者选择性地由镜头阵列产生的聚焦输出)的图像数据的表示。

图24示出了一种根据本发明的用于从周围现场捕获图像信息并产生周围现场的摄影表示的方法。

图25示出了根据本发明的多方面的示例性的计算机化的实施例。

具体实施方式

通过180度的竖直视野(“全方向”视野)捕获整个360度水平面上的视觉图像和图像信息的能力对于VR视频产生及其他应用是所希望的。包括第一人的遥控机器人、监视和安全监控、无法接近空间(塌陷结构、人体内部)的探测、计算机视感和仍然其他的实例对本领域的普通技术人员将是显而易见的。

图1示出了现有技术的抛物面镜的结构。安装在正常的摄影机镜头的前面的曲面镜将来自所有角度的光水平地反射到摄影机内。实例包括由GoPano.com提供的装置、由0-360.com提供的0-360Panoramic Optic^TM和由eye-mirror.com提供的“眼镜(Eye mirror)”。图2示出了现有技术的极度鱼眼镜头结构、具有极度广角的传统的摄影鱼眼镜头。实例包括由Nikon的6mm鱼眼镜头；iboolo的235度特大鱼眼镜头；由VOXX电子设备公司(360fly.com)的360Fly；和由Tamaggo(tamaggo.com)的提供了360×200度视野的ibi。

传统的鱼眼和抛物线镜头可以整个360覆盖度提供水平视野，但是竖直角是受限的。如图4中所示，具有200度的标定视野的传统鱼眼镜头实际上产生360×100度的投影，该投影完全覆盖了稍微超过总球形视野的一半的上部区域10内部的一个极点，但是省略了包括相反极点和大部分周围半球的下部区域11，以任何所产生图像地留下该下部区域11空白。如图5中所示，一种现有技术的抛物面镜在360度的水平覆盖范围上覆盖了图像12的中央60度的条带，分别在球形的上下极点处在覆盖范围中留出很大的缺口14和16。

图3示出了一种现有技术的多摄影机全景结构，其中摄影机被如此径向地设置，即它们的相应的图像具有重叠。所记录的可视化数据可被编成一个360度的图像，其中单独地从每个摄影机提取图像数据并且然后数字地处理以便产生最终的图像。然而，所述结果由于利用摄影机校准或者帧同步而易于错误地拼接。拼接错误经常表示为可视的裂隙或者其他脱节或者在所拼接图像的重叠处感觉出的未对准的图像数据。

本发明的多方面提供了当使用单个镜头组和单个摄影机时用于捕获整个球形(360×180度视野)图像的系统和方法。实施例包括具有成角度成大约45度并且旋转成围绕中心竖直轴线的圆锥形的镜面的中心镜元件。其他，外部折射元件相对于中心竖直轴线围绕中心镜元件设置并且将从来自组件周围的整个360度跨度的水平透视的环境所获得的图像的光信息聚焦到中心镜元件的镜面上，其经由镜面的45度定向竖直地直接向下朝向图像接收器(摄影机、人眼、感光胶片、光传感器阵列元件等)反射或者偏转所述水平地定向的光信息。

在结合有外部鱼眼镜头元件的实施例中，所述鱼眼可提供大约180度的有效竖直视野，其是整个或者最大的竖直视野。更特别地，180度的竖直跨度将被理解成由在垂直于水平轴线(或者由多个朝向不同的360度的水平覆盖范围定向的水平轴线所定义的水平面)的竖直轴线上的零点的半径所画的半圆所定义的，因此在竖直轴线上的半径值的正点和相应负点处开始和结束。其中鱼眼镜头结构设置在与圆锥形镜元件共用的竖直轴线整个(360度)周围，所述中心镜元件全面地向下反射光信息以产生全景的、360度的水平视野，围绕其由周围的反射和折射镜头元件提供竖直的视野。

图6是根据本发明的反射折射的鱼眼镜头结构102的一个实例的横截面图，该镜头能通过180度的球面视野捕获整个360的图像。图7是结构102的横截面的另一透视图。结构102包括大致的环形元件104和106，所述环形元件在将来自周围环境的光信息聚焦到圆锥形镜元件108上方面具有折射和反射性能，其中镜头的输出是从圆锥形镜元件的镜面110向下反射的极投影，所述极投影根据需要可以被数字地处理成直线性的或者其他合适的投影。在许多实例性事件中，从极坐标到笛卡儿坐标的简单转换可能是唯一需要处理的。

更特别地，结构102包括弯月形负透镜(negative meniscus)、外部鱼眼元件104(在图6标为“A”)、双凹面的内部鱼眼元件106(在图6标为“B”)和圆锥形镜元件108(在图6标为“C”)，其关于竖直中心线112彼此各对齐，所述竖直中心线穿过中心圆锥形元件108的面向下的锥形镜面110的末端。元件104和106可被描述为相对于轴线112“大致环形的”，它们的相应二维横截面形状或者轮廓304和306围绕竖直轴线112的转动透视自始至终是恒定值，产生了三维的环形(或者环形的)形式。然而，形容词“大致环形”是指由相对于竖直轴线112保持固定截面形状而产生的形状，并且其将被理解成关于横截面的形状和它们的结果元件104和106的形式是不受限的。

图6中标记“D”的区域分别指出上部和下部可视死区区域119和121(在该实例中，采用210度视野的鱼眼元件A和B)。标为“E”的方向箭头指出当被圆锥形镜面110反射时从周围视野所产生的图像信息输出的向下方向(沿着竖直轴线112)，以使设置来接收所述被反射信息的摄影机的光学器件或者光传感器元件(该视图中未显示)聚焦。

图8提供了具有摄影机的元件的结构102的实施例的简图，其中从周围现场所捕获的光输入203穿过折射鱼眼元件104和106，所述鱼眼元件反射并重导向等将输入203变换为朝向圆锥形镜面108的水平定向，其经由圆锥形元件108的大致圆锥形镜面110将所述变换了的输入205 90度竖直向下地反射成向下的图像投影数据207。所述向下的图像投影数据207可经由聚焦阵列或者其他聚焦光学器件202被选择性地朝向图像平面204聚焦成聚焦投影209，以用于由一个或多个感光传感器212(胶片元件、电传感器阵列、人眼的视网膜等)接收。

实施例可包括对圆锥形镜面110的修改或者变动，例如，作视觉畸变或者色像差方面的校正，但是它们是大致圆锥形的并且与竖直轴线112限定出45度的角度，以便使光向下反射90度。

图6中所表达的结构102当用于捕获周围现场的现场图像数据时具有向上的定向，其中轴线112是竖直的并且垂直于水平轴线26或者平面400地定向。这使结构102能从围绕竖直轴线112转动的水平定向的整个360度捕获图像信息。这与传统的鱼眼镜头的镜头元件的典型对准相对比。

图9是一般(现有技术)的鱼眼镜头20的横截面图的透视图，该鱼眼镜头20包括外部镜头元件22和内部镜头元件23，该外部镜头元件和内部镜头元件参考镜头20的水平中心线或者轴线26相对于彼此对准。中心线轴线26指出了镜头20的观察点，并且从传统的摄影镜头20的焦平面24的中心31伸出并穿过外部镜头元件22的中心33，该外部镜头元件的中心限定出传统的镜头20的视野的中心，周围现场的聚焦或者参考的中心，镜头20朝向其指向。因此，在一个方面，所述中心线26指出了镜头20朝向观察点的水平定向，摄影机或者观察者指向或者注视其以便采集可视图像信息。图9的视图的横截面是通过竖直地延伸过水平轴线26的平面截取的并且显露了外部鱼眼镜头元件22的横截面形状28和内部鱼眼镜头元件23的横截面形状30。因此，所述外部鱼眼镜头元件22具有通过围绕水平中心线26转动其横截面形状28所限定的形状，并且内部鱼眼镜头元件23具有通过围绕所述水平中心线26转动其横截面形状30所限定的形状。

更特别地，元件22和30是围绕大致水平地对准的中心水平轴线26形成或对准的以捕获可从轴线26的定向观察的现场的部分，其中具有带朝向并沿着轴线26的正值的某些向量的光信息被外部镜头22向内朝向内部部件30反射。因此传统的鱼眼20去掉了从沿相反方向29定向的镜头20周围的现场，诸如从镜头20后面的图像部分所反射的其他光信息，或者是用于采集来自周围区域的光信息的外部镜头元件22的范围外侧的其他方式。

图10是根据本发明的折射鱼眼元件104和106的横截面图的透视图。图10的视图的横截面是由图9的竖直地穿过水平轴线26延伸的相同平面截取的。内部鱼眼元件104和外部鱼眼元件106相对于竖直轴线112限定出或者形成，以产生相对于传统的鱼眼镜头系统不同的和独特的形状并得到复合镜头结构(例如，如图6、11或者13中所示的结构102的实施例)，该竖直轴线垂直于水平中心线或者轴线，该水平中心线或者轴线被用于限定传统的鱼眼镜头或者其定向。更特别地，所述外部折射鱼眼元件104具有通过竖直地围绕竖直中心线112转动其横截面形状304所限定出的大致环形形状，而不是如同传统的外部鱼眼镜头元件22一样围绕水平中心线26，该竖直中心线112垂直于水平中心线26。所述内部折射鱼眼元件106也具有通过竖直地围绕同一竖直中心线112转动其横截面形状306所限定出的大致环形形状。

所述竖直中心线112垂直于传统的鱼眼镜头着眼点的水平轴线/中心线26，并且实际上垂直于由多个不同的水平轴线/中心线26所限定的平面，其描绘相对于周围现场的镜头20的每个360度的水平透视。因此，虽然传统的鱼眼镜头20的外部元件22的横截面形状28可能类似于或相当于外部环形元件104的横截面形状304，并且内部元件23的横截面形状可能类似于或相当于内部环形元件106的横截面形状306，但是外部元件22和104与内部元件23和106的形状当作为通过围绕不同的相应轴线26和112转动其横截面形状所限定的结果形成(挤出、磨削等)时相对于彼此不同。

再参见图6，圆锥形镜面110共用环形鱼眼的竖直转动轴线112，相对于轴线112以45度角定向，并且具有近似相等于由内部镜头元件106的内表面117形成的凹形114的高度的高度尺寸。

已经围绕竖直中心线112转动过360度的鱼眼元件104和106将观察(获得现场视觉信息)围绕中心112形成的并包括水平定向轴线26的平面400的整个360度视野。在零值参考点115(限定在竖直轴线112和包括360度的水平透视上方的水平轴线26的水平面的相交处)上方从轴线112上的任何正值点跨至零值点115下面的轴线112上负的相同值的180度的竖直视野是由作为它们截面形状304和306的特征的鱼眼元件104和106获得的。

除了180度以外所捕获的额外的视角可能用来填充形成在内部镜头元件106中并且由圆锥形镜元件108占据的圆柱形中央腔116的“死角”区域，和结构102上面和下面的区域119和121。除了180度以外所选择覆盖范围的角度值可取决于摄影机的构造以及区域116、119和121的想要的视觉信息的部分。例如，可选择210度范围的覆盖范围以便限定出区域119和121以包括在圆柱形空腔116中或者靠近其的目标，以允许诸如安装硬件、麦克风的设备或者定位在区域119和121内部的其他电子设备对于摄影机保持被隐藏、可隐避的，该圆柱形空腔在向下投影的图像数据209中仍然看不见。如本领域技术人员将意识到的，沿着镜头的中心轴线112从中点115到界定出盲点区域119和121的端部的点123和124的距离和从其目标显露的距离当鱼眼观察角超过180度增大时减小。

本发明的多方面可结合各式各样的镜头横截面和构造并且通过使其围绕与圆锥形镜面110共用的竖直轴线112转动(“包裹”)而使其从传统的尺寸变换。内部圆柱形空间116的尺寸可能是可变的，并且被用于限定镜面110和元件108的尺寸。在某些实例中，镜面被限定为45度的圆锥形，并且圆锥元件108的尺寸是大致按比例的恒定值，并且其在镜头内部空腔116内的放置可一致地确认为中心线的函数和与其他镜头元件104和106的其他几何关系。

图11是结构102的另一截面图并且大致相当于图6的视图，并且图12是图11的圆锥元件108的截面图的详图。图11和12中的标记“A”和“B”设置成指出用于所指尺寸的公用变量，显示了它们是线性倍数，其中数值由用于安装圆锥体108的可用空间决定。线性变量两者(“A”和“B”)的设置被以一倍或者两倍值显示以便指出圆锥体相对于圆锥体108、中心竖直轴线112和水平面400(包括限定360度的水平透视的所有水平轴线26)的放置，该水平面垂直于轴线112并且穿过所述轴线112上的中心(零)参考点115。在本实例中，2B＝A，尽管可能实行所述变量之间的其他关系。

图13是结构102的另一截面图并且大致相当于图6、11和12的视图，并且描绘了例证性的一个实例组但不限制元件104、106和108的半径和长度和距离尺寸的属性和其彼此的相对位置。镜面的圆锥形表面110被水平面400均匀地分叉。尺寸和半径被选择成通过180竖直度覆盖范围和周围现场提供360水平度，并且本领域的技术人员将意识到，其可能是变化的对提供这种覆盖范围说来是必需的。

图14提供了鱼眼结构102的元件104、106和108的另一组透视和截面图，并且提供了例证性的另一、不同的实例组但不限制元件104、106和108的尺寸。

图15提供了鱼眼结构102的元件104和106的另一组透视和截面图，并且提供了例证性的另一、不同的实例组但不限制元件104和106的尺寸和用于形成实施例的其关系。

任何类折射镜头的准则对于该种镜面方案可能是有效的，并且实施例不限于结合鱼眼镜头的结构。围绕元件侧的中心的45度圆锥体转动折射镜头元件并且向下反射来自元件的视觉信息能使根据本发明的装置总体上采用360度的视图并且将其结合到输入光感测元件(感光胶片、数字式光传感器阵列等)的图像数据中。因此，无论如何竖直视野的部分被传送至中心镜元件，所述特定部分的视野被用于产生来自镜头组件的周围的视觉信息的360度的水平带。

图16示出了传统的50毫米摄影镜头结构1702内部的元件1703、1705、1707、1709、1711和1713的截面轮廓1704、1706、1708、1710、1712和1714，其中最外面的镜头1703从照明现场采集光图像信息1701，并且相应轮廓1706、1708、1710、1712和1714中的其他元件1705、1707、1709、1711和1713中的每个相对于沿着水平轴线26的直线透视图朝向传感器阵列1716逐渐地折射或者变换光信息。图17示出了一种根据本发明的结构1802，包括通过围绕中心圆锥体108和共同的中心竖直轴线112转动50毫米摄影镜头结构1702(图16)的相应截面轮廓形状1704、1706、1708、1710、1712和1714形成的多个元件1804、1806、1808、1810、1812和1814，其中最外面的镜头元件1804从围绕包括水平轴线26的水平面400的照明现场采集来自360度透视的光图像信息，并且其他元件1806、1808、1810、1812和1814中的每个朝向圆锥形镜元件108逐渐地折射或者变换作为围绕中心轴线112转动的其轮廓1704、1706、1708、1710、1712和1714的函数的光信息。

图18示出了传统的28毫米的摄影镜头结构1902内部的元件1903、1905、1907、1909、1911、1913、1915、1917和1919的截面轮廓1904、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918和1920，其中最外面的镜头元件1903的轮廓1904采集来自照明现场的光图像信息1901并且其他相应的元件轮廓1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918和1920中的每个沿着水平轴线26朝向传感器阵列1922逐渐地折射所述光信息。

图19示出了一种根据本发明的结构2002，包括形成并对准以围绕中心圆锥体108和公共的中心竖直轴线112转动28毫米的摄影镜头结构1902(图18)的相应镜头元件横截面形状1904、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918和1920的多个元件2004、2006、2008、2010、2012、2014、2016、2018和2020。最外面的镜头元件2004采集来自包括水平轴线26的水平面400周围的照明现场的根据360度透视的作为其轮廓1904的函数的光图像信息，并且其他元件2006、2008、2010、2012、2014、2016、2018和2020中的每个朝向圆锥形镜元件108逐渐地折射或者变换作为其围绕中心轴线112转动的轮廓1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918和1920的函数的光信息。

图20示出了单个基本的薄的现有技术的双凸面镜头的截面轮廓2102，其采集来自任一侧的光图像信息并且折射所采集的光相对于水平轴线26穿过。图21示出了一种根据本发明的结构2202，包括通过围绕中心圆锥体108和公共的中心竖直轴线112转动双凸面镜头的轮廓2102所形成的外部元件2204。外部镜头元件2204根据360度的透视从围绕包括水平轴线26的水平面400的照明现场采集光图像信息并且朝向定位在由元件2204形成的圆柱形孔隙2206内部的圆锥形镜元件108折射或者变换作为围绕中心轴线112转动其轮廓2102的函数的光信息。

非鱼眼结构(诸如，实例1802、2002和2202)的竖直视野不是180度的鱼眼，而是更小，并且作为特定镜头元件的几何形状的函数相互不同并相对对准。例如，围绕轴线112旋转的20毫米的摄影镜头元件的横截面轮廓给予了90度到360度的视域；对于300毫米的长焦镜头，可获得五度到360度的视域。

因为以根据本发明的结构配置的镜头元件的形状被转动360度，所以根据本发明的结构使来自水平地围绕中心圆锥形镜面110的所有360度的图像聚焦在镜面上，并且然后所述镜面以90度向下反射其。向下反射的该可视信息可以聚焦平面被全部合并成结合所有360水平度的单个图像。

图22提供了中心圆锥体108、内部鱼眼106和外部鱼眼元件104的实施例的摄影图解；处于组装的元件104、106和108的透视、横截面图2302；和，处于组装的元件104、106和108的透视图2304；其中元件104、106和108由透明的和折射材料(塑料、玻璃等)形成并且在圆锥形表面110上包括不透明的、镜面光洁度。

多方面可使用多种技术通过圆锥形镜面110(和当由镜头阵列209选择性地聚焦)将向下投射的可视信息207转换成有意义的或者有用的成像和可视数据。图23示出了原图像的模拟镜头输出的表示2302和当由聚焦阵列202接收时由鱼眼结构102极变换或者输出207(或者选择性地由镜头阵列209产生的聚焦输出209)的图像数据的表示2304。在通过根据本发明的处理转换之后在图像平面204接收的输出数据2304设置成直线表示2306。在某些实例中，由2304表示的输出信息是极坐标，该极坐标被轻易地和/或自动地转换为直线数据和可视信息以用于生成直线表示2306。

此外，所捕获的并从圆锥形镜面110向下反射的图像数据可包括比转换成所希望的图像格式所需的更多的信息。因此，某些实施例自动地露出或者滤出不需要的数据以便产生有用的图像数据。

图24示出了一种根据本发明的用于从周围现场捕获图像信息并产生周围现场的摄影表示的方法。在2402，经由一个或多个镜头元件从周围现场捕获光输入数据，该镜头元件关于以上实例中所述的圆锥形元件设置。因此，所述圆锥形元件被围绕竖直轴线限定并且在竖直轴线上具有末端，其中所述圆锥形元件具有从末端大致45度角度向上至竖直轴线的圆锥形镜面，其中所述镜头元件限定出包括圆锥形元件的大致圆柱形孔隙。镜头元件具有相对于穿过至少一个镜头元件并包含竖直轴线的平面所限定的横截面形状，其中所述镜头元件的横截面形状在围绕竖直轴线的旋转方面是恒定的并且给予了镜头元件相对于竖直轴线的大致环形形状。

在2404，所捕获的光输入作为镜头元件的横截面形状的函数被转换成朝向圆锥形镜面定向的水平投影数据。在2406，所述水平投影数据被圆锥形镜面作为极坐标图像投影数据朝向图像平面竖直向下反射90度以用于由至少一个光敏传感器接收。在2408，所述极坐标图像投影数据被转换为线性可视信息。在2410，从所转换的线性可视信息(数据)生成周围现场的摄影表示。

在一些方面，调整机构被设置成将由圆锥形镜面110向下反射的可视信息聚焦到聚焦平面上。例如，调整螺旋机构(未显示)可被设置来调整圆锥形镜面110相对于聚焦平面的距离(或者其他空间关系)以拨入相对于摄影平面的镜面110位置。其他实例可使用插入圆锥形镜面110和聚焦平面之间的可调整镜头(未显示)，其可被机械地操纵以改变聚焦，如本领域技术人员将意识到。

如本领域技术人员将意识到，本发明的多方面可具体化为一种系统、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的多方面可采取全部硬件实施例、全部软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者结合软件和硬件方面的实施例的形式，所述硬件方面在本文中可全部大致涉及“电路”、“模块”或者“系统”。此外，本发明的多方面可采取体现为其上配备计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中所体现的计算机程序产品的形式。

可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可能是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质排除了临时的、传播或者载波信号或者主题并包括电子的、磁性的、光学的或者半导体系统、设备、或装置或者上述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体的实例(未详细列出)包括以下的：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程序只读存储器(EPROM或者闪速存储器)、便携式压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或者上述的任何合适组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可能是任何有形的介质，该介质不传播但可包含或存储程序以由与指令执行系统、设备或装置结合使用。

计算机可读信号介质可能包括利用包含在其中，例如在基带中或者作为载波的一部分的计算机可读程序代码传播的数据信号。所述传播信号可采取多种形式中的任何一种，包括但不限于，电磁或者光形式或者其任何合适的组合。计算机可读信号介质可能是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且可能通过与指令执行系统、设备或装置结合使用来通信、传播或者传送程序。

包含在计算机可读介质上的程序代码可使用任何合适的介质传输，包括但不限于，无线、电缆、光缆、RF等或者上述的任何合适组合。

用于执行本发明的多方面的操作的计算机程序代码可按一种或多种编程语言的任何组合编写，包括目标定向的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++等等和传统的过程编程语言，诸如“C”程序设计语言或者类似的编程语言。程序代码可全部在使用者的计算机上、部分地在使用者的计算机上、作为独立软件包部分地在使用者的计算机并且部分地在远程计算机或者全部在远程计算机或者服务器上执行。在后种方案中，远程计算机可通过任何一种网络连接至使用者的计算机，包括局域网(LAN)或者广域网(WAN)或者所述连接可能是外部计算机(例如，通过使用国际互联网络服务供应商的国际互联网络)。

本发明的多方面参照流程图图解和/或方法、设备(系统)和计算机程序产品的框图来描述。将理解的是，流程图图解和/或框图中的每个框和流程图图解和/或框图中的框的组合可通过计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可设置到通用计算机、专用计算机或者其他可编程的数据处理设备的处理器上以生产机器以使所述指令产生用于实施流程图和/或框图区块或多个区块中所规定的功能/动作的手段，该指令经由计算机或者其他可编程的数据处理设备的处理器执行。

这些计算机程序指令还可被保存在计算机可读介质中，所述计算机可读介质可能指挥计算机、其他可编程的数据处理设备或者其他装置按特定方式起作用，以使得保存在计算机可读介质中的所述指令生产出制造制品，包括执行在流程图和/或框图区块或多个区块中所规定的功能/动作的指令。

计算机程序指令还可被加载到计算机、其他可编程的数据处理设备或者其他装置上以致使在所述计算机、其他可编程的设备或者其他装置上执行一系列的操作步骤，以产生计算机实施的程序以使得所述指令提供用于实施流程图和/或框图区块或多个区块中所规定的功能/动作的程序，该指令在计算机或者其他可编程设备上执行。

现在参见图25，本发明的多方面的示例性的计算机化的实施包括与一个或多个聚焦平面的传感器540、542和/或544通信的计算机系统或者其他可编程装置522，所述聚焦平面的传感器从如上所述的锥形镜面接收极坐标式图像投影数据。所述可编程装置522还与一个或多个图像数据捕获装置通信。所述可编程装置522进一步与显示屏534和存储装置532通信。

存在计算机可读存储器536或者计算机可读存储系统532中的计算机可读代码内的指令542由可编程装置522的中央处理单元(处理器或CPU)538访问。输入/输出设备(I/O)524进一步能进行无线通信及其他输入和输出。因此，指令当由处理器538执行时致使处理器538经由显示屏534向使用者显示根据由图像捕获装置542所捕获的图像数据的使用者周围的图像；经由显示屏534显示，根据转换的线性可视信息(数据)生成周围现场的摄影表示。

本文中所使用的技术名词仅用于描述特定方面并且不意在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意在同时包括复数形式，除非上下文清楚地指出别样的。将进一步理解到，术语“包括”和“包含”当被用于本说明书中时，规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或分量，但不妨碍存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、分量和/或其组合。本说明书中所描述的某些实例和元件(包含在权利要求中并如附图中所示)可通过独特的形容词(例如，多个元件中的“第一”元件不同于别的“第二”或者“第三”，“主”不同于“副”的一个或者“另一个”物品等)与其他的区分或者识别出。所述识别形容词被大致用来降低混乱或者不可靠，并且不允许被解释将权利要求限制于任何一种具体示出的元件或者具体设备，或者不允许被解释成暗示任一项所要求的元件、限制条件或者处理步骤的任何优先、次序或者等级。

所有器件的相应结构、材料、作用和同等物或步骤加上以下权利要求中的功能元件意图包括用于与如具体要求的其他所要求元件结合来执行功能的任何结构、材料或作用。为了图解和说明起见已经给出了本发明的说明，但是不意在详尽或使本发明限于所公开形式中。在不脱离本发明的范围和精神的情况下许多修改和变动对本领域的普通技术人员是显而易见的。选择和描述所述方面以便最好地说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解当适合于所预期特殊使用时具有各种修改的各实施例的本发明。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各个方面的系统、方法和计算机程序产品的可能实施例的结构、功能和操作。在这方面，流程图或者框图中的每个框可能描绘了代码的模块、部段或者一部分，其包括一个或多个用于执行所指定的逻辑函数的可执行指令。还应注意到，在一些替代实施例中，框中所标注的功能可能在附图中存在不合规则的标注。例如，按顺序示出的两个框实际上可能基本上同时执行，或者所述框有时可能按倒序地执行，取决于所设计的功能。还将注意到，框图的每个框和/或流程图图解，和框图中的框和/或流程图图解的组合，可以通过基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来执行，所述系统执行所规定功能或动作。

Claims (14)

1.一种用于从周围现场捕获图像信息并且生成所述周围现场的摄影表示的系统(102)，包括：

围绕竖直轴线(112)限定的并且在所述竖直轴线上具有末端(118)的圆锥形元件(108)，并且该圆锥形元件(108)具有圆锥形镜面(110)，该圆锥形镜面按至所述竖直轴线大致45度角度从所述末端向上限定；和

围绕所述圆锥形元件(108)设置的至少一个镜头元件(104、106、2204)，其中所述至少一个镜头元件限定出包围所述圆锥形元件的大致圆柱形孔隙(116、2206)，其中所述至少一个镜头元件具有横截面形状(304、306、2102)，该横截面形状被相对于穿过所述至少一个镜头元件并且包含所述竖直轴线的平面来限定，其中所述至少一个镜头元件的横截面形状在围绕所述竖直轴线旋转上是恒定的并且给予了所述至少一个镜头元件相对于所述竖直轴线的大致环形形状；

其中所述至少一个镜头元件(104、106、2204)的横截面形状(304、306、2102)被选择成捕获来自周围现场的光数据输入(203)并且将所捕获的光数据朝向(205)所述圆锥形镜面(110)变换成水平定向，其被所述圆锥形镜面90度竖直向下朝向图像平面(204)反射成向下的图像投影数据(207)以用于被至少一个光敏传感器(212)接收；和

其中至少一个镜头元件是多个镜头元件，包括：

外部弯月形负透镜元件(104、1804、2004)，该外部弯月形负透镜元件具有从周围现场捕获光输入并且将所捕获的光输入变换成所捕获光数据的第一投影的第一横截面形状(304、1704、1904)，该第一投影被朝向所述圆锥形镜面(110)定向成第一大致水平定向；和

双凹面的内部元件(106、1806、1808、1810、1812、1814、2006、2008、2010、2012、2014、2016、2018、2020)，该双凹面的内部元件被设置在所述外部弯月形负透镜元件和所述圆锥形元件(108)之间并且具有第二横截面形状(306、1706、1708、1710、1712、1714、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918、1920)，该第二横截面形状将从所述外部弯月形负透镜元件捕获的光数据的第一投影朝向所述圆锥形镜面(110)变换成第二投影，其中所述第二投影具有不同于第一大致水平定向的第二大致水平定向。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

设置在所述圆锥形镜面(110)和所述图像平面(204)之间的至少一个聚焦光学元件(202)，其将所述向下的图像投影数据聚焦到所述图像平面上。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的系统，其中所述圆锥形镜面(110)包括与所述竖直轴线(112)的至45度角度的变动以用于视觉畸变或者色像差方面的校正。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一横截面形状不同于所述第二横截面形状。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述外部弯月形负透镜元件的第一横截面形状是由传统摄影镜头(20、1702、1902)的外部元件(22、1704、1904)在竖直地通过水平轴线(26)延伸的平面上截取的平坦的横截面形状(28、1704、1904)来定义的，该水平轴线从传统摄影镜头的聚焦平面(24、1716、1922)延伸并且穿过所述传统摄影镜头的视野(27、1901、1701)的中心；和

其中所述双凹面的内部元件(106)的第二横截面形状(306)是由传统摄影镜头的内部元件(1706、1708、1710、1712、1714、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918、1920)在竖直地通过所述水平轴线延伸的平面上截取的平坦的横截面形状(30、1706、1708、1710、1712、1714、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918、1920)定义的。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述传统摄影镜头是一种鱼眼镜头(20)，并且其中所述向下的图像投影数据从周围现场的整体传送可视信息，该周围现场的整体通过水平地360度、竖直地180度跨过周围现场。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述向下的图像投影数据是极投影数据，所述系统进一步包括：

处理器(538)，该处理器与计算机可读存储器(536)和计算机可读存储介质(532)处于电路连通，其中所述处理器经由计算机可读存储器执行存储在计算机可读存储介质上的程序指令并且因此将所述向下的图像极投影数据转换成直线可视信息以用于生成所述周围现场的直线摄影表示。

8.一种用于从周围现场捕获图像信息并且生成所述周围现场的摄影表示的方法，所述方法包括：

经由至少一个镜头元件捕获来自周围现场的光输入，该镜头元件围绕圆锥形元件设置，其中所述圆锥形元件围绕竖直轴线限定并且在所述竖直轴线上具有末端，其中所述圆锥形元件具有圆锥形镜面，该圆锥形镜面被按关于所述竖直轴线大致45度地从所述末端向上限定，其中所述至少一个镜头元件限定出包围所述圆锥形元件的大致圆柱形孔隙，其中所述至少一个镜头元件具有横截面形状，该横截面形状被相对于穿过所述至少一个镜头元件并且包含所述竖直轴线的平面来限定，其中所述至少一个镜头元件的横截面形状在围绕所述竖直轴线旋转上是恒定的并且给予了所述至少一个镜头元件相对于所述竖直轴线的大致环形形状；

作为所述至少一个镜头元件的横截面形状的函数，将所捕获的光输入变换成朝向所述圆锥形镜面定向的至少一个水平投影；和

经由所述圆锥形镜面，将所捕获光输入的至少一个水平投影90度竖直向下朝向图像平面反射成向下的图像投影数据以用于被至少一个光敏传感器接收；

其中至少一个镜头元件是包括外部弯月形负透镜元件和双凹面内部元件的多个镜头元件，该双凹面内部元件设置在所述外部弯月形负透镜元件和所述圆锥形元件之间，所述方法进一步包括：

作为所述外部弯月形负透镜元件的第一横截面形状的函数，从周围现场捕获所述光输入；

作为所述外部弯月形负透镜元件的第一横截面形状的函数，将从所述周围现场所捕获的光输入变换成所捕获的光数据的第一投影，该第一投影被在第一大致水平定向上朝向所述圆锥形镜面定向；和

作为所述双凹面内部元件的第二横截面形状的函数，将从所述外部弯月形负透镜元件捕获的光数据的第一投影朝向所述圆锥形镜面变换成第二投影，其中所述第二投影具有不同于第一大致水平定向的第二大致水平定向。

9.根据权利要求8所述的方法，包括：

经由至少一个设置在所述圆锥形镜面和所述图像平面之间的聚焦光学元件将所述向下的图像投影数据聚焦在所述图像平面上。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述圆锥形镜面包括与所述竖直轴线的至45度角度的变动以用于色像差的校正。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一横截面形状不同于所述第二横截面形状。

12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

通过在竖直地穿过水平轴线延伸的平面上截取的传统摄影镜头的外部元件的平坦横截面形状来限定所述外部弯月形负透镜元件的第一横截面形状，该水平轴线从所述传统摄影镜头的聚焦平面延伸并且穿过所述传统摄影镜头的视野的中心；和

通过在竖直地穿过所述水平轴线延伸的平面上截取的所述传统摄影镜头的内部元件的平坦横截面形状来限定所述双凹面内部元件的第二横截面形状。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述传统摄影镜头是一种鱼眼镜头，并且其中所述向下的图像投影数据从周围现场的整体传送可视信息，该周围现场的整体通过水平地360度、竖直地180度跨过周围现场。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述向下的图像投影数据是极投影数据，所述方法进一步包括：

将所述向下的图像极投影数据转换成直线可视信息；和

从所述直线可视信息生成所述周围现场的摄影表示。