CN107613177A - 基于复眼透镜的摄像头、成像方法及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子设备领域，尤其涉及一种基于复眼透镜的摄像头，包括由多个位于非同一平面的微透镜组成的复眼透镜，该复眼透镜用于捕捉光线信号和输出多个光学图像信号，所述复眼透镜后方设置有多个用于将所述多个光学图像信号转换成多个模拟图像信号的感光传感器，所述多个感光传感器连接于用于将所述多个模拟图像信号转换为多个数字图像信号的多个模数转换器，所述多个模数转换器连接于用于拼接和处理所述多个数字图像信号的图像拼接处理器。本发明的优点在于：使用复眼透镜，不但能减小摄像头的厚度，还能扩大其成像视野，提高成像质量。

Description

基于复眼透镜的摄像头、成像方法及移动终端

技术领域

本发明属于电子设备领域，尤其涉及一种基于复眼透镜的摄像头、成像方法及移动终端。

背景技术

目前，人们对于手机、单纯相机、监控器等的摄像头要求越来越高，尤其是发展非常迅速的智能手机发展，研发出更薄、更轻、拍照效果更好、拍照时也更大的手机一直是各大手机公司竞争的热点,而在研发更薄、更轻、拍照效果更好的手机过程中，手机摄像头的厚度、重量、拍照范围是制约其改进的主要因素。但是，现有的手机摄像头镜头都是凸透镜，其成像原理如图1所示，对拍照效果而言，在镜头品质和ISP处理水平不成为瓶颈的情况下，单位像素面积越大，噪点越少，暗光下表现越好；而像素数越高，图像的解析力更好，细节更多，因此，手机摄像头镜头的像素越大、单位像素的面积越大，则手机照相的质量越高，但手机摄像头的厚度也会更大，由此可见，在该方案下要同时提高手机摄像头照相质量和减小手机厚度是相矛盾的，另外，相同大小的凸透镜，镜面越凸，即透镜越厚，拍照范围越广，因此，拍照范围的扩大与手机厚度的减小也是相矛盾的。

为了解决上述技术问题，人们进行了长期的探索，有部分厂家开始尝试使用普通微透镜阵列作为手机摄像头，我公司也做了这方面的努力，例如中国专利公开了我公司申请的一种摄像头、摄像头成像方法及移动终端[申请号：CN201710287067.1]，其方法包括：镜头，所述镜头由多个微透镜组成，用于捕捉光线信号和输出多个光学图像信号；多个感光传感器，所述多个感光传感器与所述多个微透镜一一对应，用于将所述多个光学图像信号转换成多个模拟图像信号；多个模数转换器，用于转换所述多个模拟图像信号为多个数字图像信号；图像拼接处理器，用于拼接和处理所述多个数字图像信号。

但是，普通微透镜阵列都在同一平面上，虽能减少手机厚度，但不能扩大拍照视野，仍然存在改进空间。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种照相质量高，视野广的基于复眼透镜的摄像头；

本发明的另一目的是提供一种基于上述复眼透镜的摄像头的成像方法；

本发明的另一目的是提供一种基于上述复眼透镜的摄像头的移动终端。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本发明的基于复眼透镜的摄像头、成像方法及移动终端包括由多个位于非同一平面的微透镜组成的复眼透镜，该复眼透镜用于捕捉光线信号和输出多个光学图像信号，所述复眼透镜后方设置有多个用于将所述多个光学图像信号转换成多个模拟图像信号的感光传感器，所述多个感光传感器连接于用于将所述多个模拟图像信号转换为多个数字图像信号的多个模数转换器，所述多个模数转换器连接于用于拼接和处理所述多个数字图像信号的图像拼接处理器。

通过上述技术方案，采用了复眼透镜作为手机摄像头的镜头，不但能减小摄像头的厚度，还能扩大其成像视野，提高成像质量。

在上述的基于复眼透镜的摄像头中，多个微透镜排列于一弧形面上。

在上述的基于复眼透镜的摄像头中，所述的微透镜的通光孔径为四边形或六边形。

在上述的基于复眼透镜的摄像头中，所述的多个感光传感器与所述的多个微透镜一一对应。

在上述的基于复眼透镜的摄像头中，所述的多个模数转换器与所述的多个感光传感器一一对应。

在上述的基于复眼透镜的摄像头中，所述的微透镜为可变微透镜，可在电压作用下发生形态改变以改变主光角。

一种基于上述基于复眼透镜的摄像头的成像方法，包括以下步骤：

S1：通过复眼透镜获取多个光线信号并将由多个光线信号组成的光线信号组透射给感光传感器；

S2：感光传感器将所述多个光线信号转换成与之对应的多个模拟图像信号并获得由多个模拟图像信号组成的模拟图像信号组；

S3：模数转换器将所述多个模拟图像信号转换成与之对应的多个数字图像信号获得由多个数字图像信号组成的数字图像信号组；

S4.图像拼接处理器将所述数字图像信号组的多个数字图像信号进行拼接处理，获得最终的拼接数字图像信号。

一种移动终端，包括基于复眼透镜的摄像头。

在上述的移动终端中，还包括连接于图像拼接处理器的终端处理器，所述终端处理器用于处理拼接数字图像信号，并通过控制施加给所述可变微透镜的电压大小，以实现对所述多个微透镜的主光角的调节。

在上述的移动终端中，还包括旋转头和终端存储器，所述摄像头设置在所述旋转头内，所述旋转头上还包括闪光灯和光感装置，所述终端存储器连接于终端处理器且用于保存通过终端处理器处理后的数字图像信号。

本发明相较于现有技术具有以下优点：1、扩大视野范围；2、提高照片质量；3、减小摄像头厚度。

附图说明

图1是本发明现有技术中摄像头的成像原框理；

图2是本发明实施例一中摄像头成像原框理；

图3是本发明实施例一中摄像头成像方法流程图；

图4是本发明实施例三中图像拼接处理器的模块示意图；

图5是本发明实施例四中图像拼接处理器的模块示意图。

附图标记：复眼透镜1；微透镜11；感光传感器2；模数转换器3；图像拼接处理器4；获取单元41；畸变校正单元42；配准计算单元43；拼接单元44；审核修正单元45；终端处理器5；终端存储器6；凸透镜7。

具体实施方式

本发明的基于复眼透镜的摄像头、成像方法及移动终端主要应用于医学计算机断层扫描技术，可以被应用于手机、平台、监控器、照相机等电子产品，克服了现有技术拍照视野、拍照质量与电子产品轻薄等要求无法兼得的问题。以下是本发明的优选实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明不限于这些实施例。

实施例一

如图2所示，基于复眼透镜的摄像头包括由多个排列于一弧形面上的微透镜11组成的复眼透镜1，该复眼透镜1用于捕捉光线信号和输出多个光学图像信号，由于该复眼透镜1的多个微透镜11不是简单的分布在同一个平面上，所以比一般微透镜11阵列要宽很多，大大提高了摄像头的视野范围，另外，多个微透镜11将所拍摄图像分成多个部分进行光线采集，得到多个部分的光学图像，可将光学图像个别化有针对的处理，能较全面的采集实际的景物还原真实图像从而达到高质量的获取光学图像，并且多个微透镜11是通光孔径和浮雕深度为微米级的透镜，相比传统透镜，微透镜11具有质量轻、结构小等诸多优点，可在一定程度上减小了镜头的整体厚度和减轻摄像头重量。

进一步地，复眼透镜1后方设置有多个与多个微透镜11一一对应感光传感器2，感光传感器2用于将光学图像信号转换成模拟图像信号，一一对应的设置，提高了传感器响应速度，使得穿过多个微透镜11的光线都可以聚焦到每个对应感光传感器2上，实现光学图像信号到模拟图像信号的一对一转换，增加转换程度，提高整体转换率。

进一步地，多个感光传感器2连接于用于将多个模拟图像信号转换为多个数字图像信号的多个模数转换器3，且多个模数转换器3与多个感光传感器2一一对应，一一对应使转换速率提高的同时保证了转换的数量，减小图像的畸变，并且微透镜11的通光孔径为六边形。通过将多个模数转换器3与多个感光传感器2一一对应使用，保证图像顺利完整的转换，为高质量成像保驾护航。

进一步地，多个模数转换器3连接于用于拼接和处理多个数字图像信号的图像拼接处理器4，图像拼接处理器4利用图像拼接技术将所有的数字图像信号进行拼接处理，得到与手机相机照摄场景一致的数字图像信号。

通过上述结构的设计，本实施例中的摄像头视野范围大，在成像质量上也比较突出，相比传统摄像头功能强大，在实际生产中还可以设置呈现各种形态，使用在不同的需要摄像的电子设备中，使用范围广。

如图3所示，一种基于上述基于复眼透镜1的摄像头的成像方法，包括以下步骤：

S1：通过复眼透镜1获取多个光线信号并将由多个光线信号组成的光线信号组透射给感光传感器2；

S2：感光传感器2将多个光线信号转换成与之对应的多个模拟图像信号并获得由多个模拟图像信号组成的模拟图像信号组；

S3：模数转换器3将多个模拟图像信号转换成与之对应的多个数字图像信号获得由多个数字图像信号组成的数字图像信号组；

S4.图像拼接处理器4将所述数字图像信号组的多个数字图像信号进行拼接处理，获得最终的拼接数字图像信号。

本实施例中的方法从常规的成像原理上进行突破，使得运用该成像原理的摄像头都可以改进，其运用覆盖面广，且成像质量高。

本实施例还提供了一种移动终端(比如手机、平板电脑等)，包括上述摄像头，使用该摄像头的移动终端等于是使移动终端拥有了打开更薄更轻世界大门的敲门砖，因为现有的移动终端中摄像头的使用一直是局限移动终端整体厚度的主要原因之一。

移动终端还包括连接于图像拼接处理器4且用于处理拼接数字图像信号的终端处理器5，以及旋转头和终端存储器6，摄像头设置在旋转头内，可旋转操作实现前置摄像头和后置摄像头的共用，旋转头上还包括闪光灯和光感装置，闪光灯用于增加通光量和提高光线亮度，光感装置用于感应光线的强弱来调节移动终端亮度；终端存储器6连接于终端处理器5，且用于保存通过终端处理器5处理后的压缩图像信号。

采用上述结构的移动终端可以设置成视野范围广，且功能基本符合常规移动终端的要求，还可将同一个摄像头既作为前置摄像头用又作为后置摄像头使用，降低移动终端制造成本同时满足自拍也高质量像素的需求。

实施例二

本实施例与实施例一类似不同之处在于，本实施例的微透镜11采用的是可变微透镜11，它能够在电压作用下发生形态改变以改变主光角，供用户根据实际情况可调整主光角，提高不同景物的成像质量。

本实施例中的终端处理器5包括DSP处理器和终端CPU，DSP处理器用于处理拼接数字图像信号，终端CPU用于控制给予可变微透镜11不同的电压大小，实现对所述多个微透镜11的主光角的调节。

本实施例除了拥有之前实施例中的各种优点外，本实施例中的多个微透镜11可以通过电压改变其形态，来实现主光角调节，便于用户针对不同景色进行调节，用户通过调节选择出最佳的主光角效果，能使得远景、近景不同取景的成像效果都能更加优质；移动终端作为沟通和娱乐的载体，目前基本人手一部，在移动终端中附带上具有该功能的摄像头，可针对不同景物调节出最佳主光角，再对该景物快速响应进行多通道并行处理，能使得用户具有更丰富的体验，照相更流畅，色彩等相关效果还原更真实。

实施例三

如图4所示，本实施例与前述两个实施例类似，不同之处在于本实施例的图像拼接处理器4包括：

获取单元41，用于获取多个数字图像信号；

畸变校正单元42，用于校正多个数字图像信号存在的畸变参数，生成对应的校正图像；

配准计算单元43，用于计算得出所述校正图像的重叠部分；采用二进制特征匹配算法，逐帧获取相邻两个校正图像之间相同特征部分；

拼接单元44，用于拼接所述校正图像的重叠部分，生成最终数字图像信号。

具体地，本实施例的摄像头成像方法，在步骤S4中摄像头获取多个数字图像信号后分别对各个数字图像信号进行畸变校正处理，生成对应的校正图像，再将校正图像利用配准算法获取图像中重叠部分，将其拼接得到最终完整的数字图像信号；可将镜头中产生的较小畸变校正，使拼接更顺畅，误差更小。

运用本实施例，人员可操作摄像头镜头对准所照景物，通过移动终端中处理器调整电压大小控制主光角改变以达到较佳成像效果，景物反射的光线以较好的角度进入六边形微透镜11圆形阵列照射在感光传感器2上，六边形微透镜11圆形阵列每一个单元都对应一个感光传感器2，每个感光传感器2也都对应一个模数转换器3，可保证每个阶段一一对应的完整转换；上述转换结束后再利用摄像头中图像拼接处理器4获取多个数字图像信号，通过校正、配准一系列处理将多个数字图像信号中的重叠部分充分获取，有效地解决了拼接误差随着图像帧数增加而扩散的问题，保证图像能够拼接良好，最终呈现出一副真实还原实际景物的高分辨率的数字图像，经过上述一个过程，也就完成了景物的一次拍摄，摄像头时刻准备下一次的运作。

实施例四

如图5所示，本实施例与实施例三实施例类似，不同之处在于，本实施例的图像拼接处理器4还包括：

审核修正单元45，与拼接单元相连，用于根据预设的图形图像参数要求对拼接所得的数字图像效果进行审核，若不满足，则采用预定的修正方式对该拼接所得的数字图像进行优化，得到最终符合要求的图像，预设的图形图像参数要求可根据不同用户的实际需求利用外接设备对其进行设置。

一种摄像头成像方法，在步骤S4中摄像头获取多个数字图像信号，分别对各个数字图像信号进行畸变校正处理，生成对应的校正图像，再将校正图像利用配准算法获取图像中重叠部分，将其拼接得到完整的数字图像信号后，还需通过审核修订处理，才最终得到符合用户需求的数字图像信号。

一种移动终端，还包括参数预设模块，用于预先设定摄像头中审核修正单元的图形图像参数。

本实施例丰富了摄像头的功能，保证摄像头所照景物可随用户根据使用当下的情况，按需获取，例如图片尺寸、分辨率以及色彩深度等。

运用本实施例，人员操作摄像头镜头对准所需要获取景物，通过移动终端中处理器调整电压大小控制主光角改变以达到较佳成像效果，通过调取参数预设模块，设置图像尺寸、分辨率以及色彩深度等参数，等待景物反射的光线以较好的角度进入六边形微透镜11圆形阵列照射在感光传感器2上，六边形微透镜11圆形阵列每一个单元都对应一个感光传感器，每个感光传感器2也都对应一个模数转换器3，可保证每个阶段一一对应的转换响应速度和转换程度，可使景物畸变少；上述转换结束后再利用摄像头中图像拼接处理器4获取多个数字图像信号，通过校正、配准一系列处理将多个数字图像信号中的重叠部分充分获取，有效的解决了拼接误差随着图像帧数增加而扩散的问题，保证图像能够拼接良好，再通过用户预先设定好的方式进行审核修正处理，最终呈现出一副真实还原实际景物的、高分辨率的、符合用户实际需求的数字图像。

本发明的有益效果是：

1、通过使用多个微透镜11分布在非同一平面上的复眼透镜1，能够大大提高镜头的视野宽度；

2、由多个微透镜11阵列状排布代替常规凸透镜作为摄像头镜头，将所照景物分成多个小景物可短焦距聚焦成像，可减小镜头厚度，减轻摄像头重量，甚至可以在一定程度上提高摄像头成像质量，解决摄像头拍照质量的提高与厚度减小之间的矛盾；

3、多个微透镜11为可变微透镜11，改变了镜头一成不变的形象，通过施加不同电压可控制镜头主光角调节，选择最佳主光角，控制近景远景的成像，可供用户根据实际情况提高不同景物的成像质量；

4、通过使用多个图像传感器和多个模数转换器3与微透镜11阵列中多个微透镜11一一对应，实现多通道并行处理，并利用图像拼接处理器4拼接处理图像，有助于使景物的成像更加细腻，获得更高品质的照片；

5、本发明从成像原理的角度出发改进了摄像头构造，使摄像头运用覆盖面，移动终端等电子设备使用了上述摄像头之后，也能使其往更轻更薄的发展更进了一步。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了复眼透镜1；微透镜11；感光传感器2；模数转换器3；图像拼接处理器4；获取单元41；畸变校正单元42；配准计算单元43；拼接单元44；审核修正单元45；终端处理器5；终端存储器6；凸透镜7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于复眼透镜(1)的摄像头，其特征在于，包括由多个位于非同一平面的微透镜(11)组成的复眼透镜(1)，该复眼透镜(1)用于捕捉光线信号和输出多个光学图像信号，所述复眼透镜(1)后方设置有多个用于将所述多个光学图像信号转换成多个模拟图像信号的感光传感器(2)，所述多个感光传感器(2)连接于用于将所述多个模拟图像信号转换为多个数字图像信号的多个模数转换器(3)，所述多个模数转换器(3)连接于用于拼接和处理所述多个数字图像信号的图像拼接处理器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜(1)的摄像头，其特征在于，多个微透镜(11)排列于一弧形面上。

3.根据权利要求2述的一种基于复眼透镜(1)的摄像头，其特征在于，所述的微透镜(11)的通光孔径为四边形或六边形。

4.据权利要求1所述的一种基于复眼透镜(1)的摄像头，其特征在于，所述的多个感光传感器(2)与所述的多个微透镜(11)一一对应。

5.据权利要求4所述的一种基于复眼透镜(1)的摄像头，其特征在于，所述的多个模数转换器(3)与所述的多个感光传感器(2)一一对应。

6.权利要求1所述的一种基于复眼透镜(1)的摄像头，其特征在于，所述的微透镜(11)为可变微透镜(11)，可在电压作用下发生形态改变以改变主光角。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的基于复眼透镜(1)的摄像头的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过复眼透镜(1)获取多个光线信号并将由多个光线信号组成的光线信号组透射给感光传感器(2)；

S2：感光传感器(2)将所述多个光线信号转换成与之对应的多个模拟图像信号并获得由多个模拟图像信号组成的模拟图像信号组；

S3：模数转换器(3)将所述多个模拟图像信号转换成与之对应的多个数字图像信号获得由多个数字图像信号组成的数字图像信号组；

S4.图像拼接处理器(4)将所述数字图像信号组的多个数字图像信号进行拼接处理，获得最终的拼接数字图像信号。

8.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的基于复眼透镜(1)的摄像头。

9.根据权利要求8所述的一种移动终端，其特征在于，还包括连接于图像拼接处理器(4)的终端处理器(5)，所述终端处理器(5)用于处理拼接数字图像信号，并通过控制施加给所述可变微透镜(11)的电压大小，以实现对所述多个微透镜(11)的主光角的调节。

10.根据权利要求9所述的一种移动终端，其特征在于，还包括旋转头和终端存储器(6)，所述摄像头设置在所述旋转头内，所述旋转头上还包括闪光灯和光感装置，所述终端存储器(6)连接于终端处理器(5)且用于保存通过终端处理器(5)处理后的数字图像信号。