CN109068038B - 成像系统、成像方法和摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成像系统、成像方法和摄像机，成像系统包括：折返镜头，折返镜头的一端形成为第一进光端，另一端形成为第一出光端，第一出光端设有第一成像孔；直通镜头，折返镜头的一端形成为第二进光端，另一端形成为第二出光端，第二出光端设有第二成像孔，直通镜头设在折返镜头的第一进光端且第二出光端朝向第一进光端；第一图像传感器，第一图像传感器设在第一成像孔处；第二图像传感器，第二图像传感器设在第二成像孔处；图像处理器，图像处理器与第一图像传感器和第二图像传感器相连以合成图像。本发明实施例的成像系统，能够控制第一图像传感器和第二图像传感器同时曝光，保证合成后的宽动态图像不会出现重影，提高宽动态图像的效果。

Description

成像系统、成像方法和摄像机

技术领域

本发明涉及摄像技术领域,更具体地，涉及一种成像系统、成像方法和摄像机。

背景技术

宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于感光元件的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。宽动态技术是短时间内曝光两次，曝光时间一次长，一次短，再将两张图片进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。

现有的成像系统在运用宽动态技术时，比如拍摄高速运动物体或者相机在运动时，最终生成的宽动态照片会产生重影。在短时间内拍摄两张曝光时间不同的图片然后合成。在拍摄第一张图片时，运动物体处于A位置。拍摄第二张图片时，运动物体处于B位置，合成后宽动态照片便会出现重影。

再比如，拍摄较近物体的时候，最终生成的宽动态照片会产生重影。由于两个镜头并排安放，会产生视差，尤其是拍摄较近物体的时候，相当于在不同的位置拍摄同一个物体。拍摄的两张照片中，同一物体的位置、角度并不一致，导致合成后的宽动态照片产生重影。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种成像系统、成像方法和摄像机，该成像系统能够控制第一图像传感器和第二图像传感器同时曝光且没有视差，并且保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致或者拍摄方位不一致而导致的重影。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的成像系统，包括：折返镜头，所述折返镜头形成为柱状，所述折返镜头的一端形成为第一进光端，另一端形成为第一出光端，所述第一出光端设有第一成像孔，所述折返镜头能够将从所述第一进光端射入的光线经过多次折返后从所述第一成像孔成像；直通镜头，所述直通镜头形成为柱状，所述直通镜头的一端形成为第二进光端，另一端形成为第二出光端，所述第二出光端设有第二成像孔，所述直通镜头设在所述折返镜头的第一进光端且所述第二出光端朝向所述第一进光端，所述直通镜头能够将从所述第二进光端射入的光线经过折射后穿过所述第二成像孔成像；第一图像传感器，所述第一图像传感器设在所述第一成像孔处以接收所述折返镜头的成像并输出图像信号；第二图像传感器，所述第二图像传感器设在所述第二成像孔处以接收所述直通镜头的成像并输出图像信号；图像处理器，所述图像处理器与所述第一图像传感器和所述第二图像传感器相连以合成图像。

根据本发明的一个实施例，所述第一图像传感器设在所述折返镜头内，所述第二图像传感器设在所述直通镜头内。

根据本发明的一个实施例，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器与所述直通镜头和所述折返镜头同轴设置。

根据本发明的一个实施例，所述折返镜头包括：折返镜头本体，所述折返镜头本体形成为中空柱状，所述折返镜头本体的一端形成为所述第一进光端，另一端形成为所述第一出光端；第一透镜，所述第一透镜设在所述折返镜头本体的第一进光端，所述第一透镜能够穿透光线，所述直通镜头设在所述第一透镜上且与所述第一透镜同轴；第一镜面，所述第一镜面设于所述第一出光端，所述第一镜面能够反射穿透所述第一透镜的光线，所述第一镜面的中心设有所述第一成像孔；第二镜面，所述第二镜面设在所述第一透镜的中心位置，所述第二镜面能够将所述第一镜面反射的光线反射到所述第一成像孔成像。

根据本发明的一个实施例，所述第一镜面形成为环形反光镜，且所述第一镜面的截面形成为弧形。

根据本发明的一个实施例，所述第一成像孔沿所述第二镜面的轴向向外延伸形成为柱状通道，所述柱状通道的一端与所述折返镜头本体结合，另一端封闭，所述第一图像传感器设在所述柱状通道的与折返镜头结合端上。

根据本发明的一个实施例，所述折返镜头还包括：第二透镜，所述第二透镜设在所述柱状通道的一端，所述第二透镜能够将从所述第二镜面反射的光线聚焦到所述第一图像传感器上。

根据本发明的一个实施例，所述第二图像传感器的电源线和信号线沿所述第一透镜向外引出。

根据本发明第二方面实施例的成像系统的成像方法，包括：在需要输出宽动态图像时，控制所述第一图像传感器和所述第二图像传感器同时曝光；由图像处理器合成具有宽动态特性的图像。

根据本发明第三方面实施例的摄像机，包括上述实施例中所述的成像系统。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的成像系统，能够控制第一图像传感器和第二图像传感器同时曝光，并且保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致而导致的重影，提高宽动态图像的效果。并且该成像系统的折返镜头和直通镜头的光轴重合，视场角一致，可以保证合成后的宽动态图像不会出现因视差而导致的重影，进一步提高宽动态图像的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的成像系统的成像原理图；

图2为本发明实施例的成像方法的流程图。

附图标记：

成像系统100；

折返镜头本体11；第一透镜12；第一镜面13；第二镜面14；第一成像孔15；第二透镜16；

直通镜头20；第二进光端21；

第一图像传感器30；

第二图像传感器40；

成像方法200。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的成像系统100。

如图1所示，根据本发明实施例的成像系统100包括折返镜头、直通镜头20、第一图像传感器30、第二图像传感器40和图像处理器。

具体而言，折返镜头形成为柱状，折返镜头的一端形成为第一进光端，另一端形成为第一出光端，第一出光端设有第一成像孔15，折返镜头能够将从第一进光端射入的光线经过多次折返后从第一成像孔15成像。直通镜头20形成为柱状，直通镜头20的一端形成为第二进光端21，另一端形成为第二出光端，第二出光端设有第二成像孔，直通镜头20设在折返镜头的第一进光端且第二出光端朝向第一进光端，直通镜头20能够将从第二进光端21射入的光线经过折射后穿过第二成像孔成像。第一图像传感器30设在第一成像孔15处以接收折返镜头的成像并输出图像信号。第二图像传感器40设在第二成像孔处以接收直通镜头20的成像并输出图像信号。图像处理器与第一图像传感器30和第二图像传感器40相连以合成图像。

换言之，根据本发明实施例的成像系统100主要由折返镜头、直通镜头20、第一图像传感器30、第二图像传感器40和图像处理器组成。其中，折返镜头可以加工成柱状，折返镜头的一端可以加工成第一进光端，折返镜头的另一端可以加工成第一出光端。第一出光端可以加工有第一成像孔15，折返镜头能够将从第一进光端射入的光线经过多次折返后从第一成像孔15成像。直通镜头20可以加工成柱状，直通镜头20的一端可以加工成第二进光端21，直通镜头20的另一端可以加工成第二出光端。第二出光端可以加工有第二成像孔，直通镜头20可以安装在折返镜头的第一进光端上，并且第二出光端可以朝向第一进光端，通过将直通镜头20安装在折返镜头内，充分利用了折返镜头内多余空间，有效减小成像系统100的整体体积，保证外观简洁漂亮。直通镜头20能够将从第二进光端21射入的光线经过折射后穿过第二成像孔成像折返镜头和直通镜头20可以构成光轴重合且视场角一致的成像系统100，保证合成后的宽动态图像不会出现因视差而导致的重影，提高宽动态图像的效果。

第一图像传感器30可以安装在第一成像孔15处，第一图像传感器30可以接收折返镜头的成像并输出图像信号。第二图像传感器40可以安装在第二成像孔处，第二图像传感器40可以接收直通镜头20的成像并输出图像信号。成像系统100可以在需要输出宽动态图像时，控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光，保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致而导致的重影。图像处理器可以与第一图像传感器30和第二图像传感器40相连，并且可以由图像处理器合成具有宽动态特性的图像。需要特别说明的是图1中带箭头的短线可以表示光线的入射、折射或反射的路径。

由此，根据本发明实施例的成像系统100，能够控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光，并且保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致而导致的重影，提高宽动态图像的效果。并且该成像系统100的折返镜头和直通镜头20的光轴重合，视场角一致，可以保证合成后的宽动态图像不会出现因视差而导致的重影，进一步提高宽动态图像的效果。

根据本发明的一个实施例，第一图像传感器30设在折返镜头内，第二图像传感器40设在直通镜头20内。

也就是说，第一图像传感器30可以安装在折返镜头内，第二图像传感器40可以安装在直通镜头20内。成像系统100可以通过折返镜头和直通镜头20分别控制控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光，保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致而导致的重影，提高宽动态图像的效果。

在本发明的一些具体实施方式中，第一图像传感器30和第二图像传感器40与直通镜头20和折返镜头同轴设置。

换句话说，第一图像传感器30和第二图像传感器40与直通镜头20和折返镜头的中心处于一条直线上，保证直通镜头20和折返镜头的光轴重合，使直通镜头20和折返镜头具有相同的视场角，即可视范围一致，保证合成后的宽动态图像不会出现因视差而导致的重影，进一步提高宽动态图像的效果。

根据本发明的一个实施例，折返镜头包括折返镜头本体11、第一透镜12、第一镜面13和第二镜面14。

具体地，折返镜头本体11形成为中空柱状，折返镜头本体11的一端形成为第一进光端，另一端形成为第一出光端。第一透镜12设在折返镜头本体11的第一进光端，第一透镜12能够穿透光线，直通镜头20设在第一透镜12上且与第一透镜12同轴。第一镜面13设于第一出光端，第一镜面13能够反射穿透第一透镜12的光线，第一镜面13的中心设有第一成像孔15。第二镜面14设在第一透镜12的中心位置，第二镜面14能够将第一镜面13反射的光线反射到第一成像孔15成像。第一镜面13形成为环形反光镜，且第一镜面13的截面形成为弧形。

也就是说，折返镜头主要由折返镜头本体11、第一透镜12、第一镜面13和第二镜面14组成。其中，折返镜头本体11可以加工成中空柱状，折返镜头本体11的一端可以加工成第一进光端，折返镜头的另一端可以加工成第一出光端。第一透镜12可以在折返镜头本体11的第一进光端，第一透镜12能够穿透光线，直通镜头20可以安装在第一透镜12上，并且直通镜头20可以与第一透镜12同轴设置。第一镜面13可以安装在第一出光端处，第一镜面13能够反射穿透第一透镜12的光线。第一镜面13的中心可以加工有第一成像孔15。第二镜面14可以安装在第一透镜12的中心位置，第二镜面14能够将第一镜面13反射的光线反射到第一成像孔15成像。第一镜面13可以加工成环形反光镜，并且第一镜面13的截面可以大致加工成弧形，第一镜面13可以将由第一透镜12进入的光线反射汇聚到第二镜面14上，然后由第二镜面14将光线反射到第一成像孔15处成像。

在本发明的一些具体实施方式中，第一成像孔15沿第二镜面14的轴向向外延伸形成为柱状通道，柱状通道的一端与折返镜头本体11结合，另一端封闭，第一图像传感器30设在柱状通道的另一端上。

换句话说，第一成像孔15可以大致沿第二镜面14的轴向向外延伸并形成柱状通道，柱状通道的一端可以和折返镜头本体11结合，柱状通道的另一端封闭，第一图像传感器30可以安装在柱状通道的封闭的一端上。第一镜面13可以将由第一透镜12进入的光线反射汇聚到第二镜面14上，然后由第二镜面14将光线反射到柱状通道内并将光线聚焦在第一图像传感器30上，最后完成在第一成像孔15处成像。

根据本发明的一个实施例，折返镜头还包括第二透镜16。

具体地，第二透镜16设在柱状通道的一端，第二透镜16能够将从第二镜面14反射的光线聚焦到第一图像传感器30上。

也就是说，折返镜头还可以包括第二透镜16。第二透镜16可以安装在柱状通道的邻近第一镜面13的一端，第二透镜16能够将从第二镜面14反射的光线聚焦到第一图像传感器30上，并完成在第一成像孔15处成像。

在本发明的一些具体实施方式中，第二图像传感器40的电源线和信号线沿第一透镜12向外引出。

换句话说，第二图像传感器40的电源线和信号线可以沿第一透镜12向外引出，避免电源线和信号线与折返镜头发生干涉。

总而言之，根据本发明实施例的成像系统100，能够控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光，并且保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致而导致的重影，提高宽动态图像的效果。并且该成像系统100的折返镜头和直通镜头20的光轴重合，视场角一致，可以保证合成后的宽动态图像不会出现因视差而导致的重影，进一步提高宽动态图像的效果。

根据本发明第二方面实施例的成像系统的成像方法200，包括：在需要输出宽动态图像时，控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光；由图像处理器合成具有宽动态特性的图像。

也就是说，如图2所示，根据本发明实施例的成像系统的成像方法200，第一图像传感器30和第二图像传感器40输出的信号可以连接到图像处理器上进行处理，图像处理器可以内置图像处理芯片以进行图像处理。当需要输出宽动态图像时，可以控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光，曝光的时间长度可以不一致，各自曝光的时间长度可以由拍摄场景的名区和暗区的亮度决定。最后，可以由图像处理器合成具有宽动态特性的图像。

根据本发明第三方面实施例的摄像机包括根据上述实施例中的成像系统100。由于根据本发明实施例的成像系统100具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的摄像机也具有相应的技术效果，即能够控制第一图像传感器30和第二图像传感器40同时曝光，并且保证合成后的宽动态图像不会出现因曝光时机不一致而导致的重影，提高宽动态图像的效果。

根据本发明实施例的摄像机的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“优选实施例”、“具体实施方式”、或“优选实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种成像系统，其特征在于，包括：

折返镜头，所述折返镜头形成为柱状，所述折返镜头的一端形成为第一进光端，另一端形成为第一出光端，所述第一出光端设有第一成像孔，所述折返镜头能够将从所述第一进光端射入的光线经过多次折返后从所述第一成像孔成像；

直通镜头，所述直通镜头形成为柱状，所述直通镜头的一端形成为第二进光端，另一端形成为第二出光端，所述第二出光端设有第二成像孔，所述直通镜头设在所述折返镜头的第一进光端且所述第二出光端朝向所述第一进光端，所述直通镜头能够将从所述第二进光端射入的光线经过折射后穿过所述第二成像孔成像；

第一图像传感器，所述第一图像传感器设在所述第一成像孔处以接收所述折返镜头的成像并输出图像信号；

第二图像传感器，所述第二图像传感器设在所述第二成像孔处以接收所述直通镜头的成像并输出图像信号；

图像处理器，所述图像处理器与所述第一图像传感器和所述第二图像传感器相连以合成图像；

其中所述第一图像传感器和所述第二图像传感器与所述直通镜头和所述折返镜头同轴设置、控制所述第一图像传感器和所述第二图像传感器同时曝光，并合成具有宽动态特性的图像。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一图像传感器设在所述折返镜头内，所述第二图像传感器设在所述直通镜头内。

3.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述第一图像传感器和所述第二图像传感器与所述直通镜头和所述折返镜头同轴设置。

4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述折返镜头包括：

折返镜头本体，所述折返镜头本体形成为中空柱状，所述折返镜头本体的一端形成为所述第一进光端，另一端形成为所述第一出光端；

第一透镜，所述第一透镜设在所述折返镜头本体的第一进光端，所述第一透镜能够穿透光线，所述直通镜头设在所述第一透镜上且与所述第一透镜同轴；

第一镜面，所述第一镜面设于所述第一出光端，所述第一镜面能够反射穿透所述第一透镜的光线，所述第一镜面的中心设有所述第一成像孔；

第二镜面，所述第二镜面设在所述第一透镜的中心位置，所述第二镜面能够将所述第一镜面反射的光线反射到所述第一成像孔成像。

5.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述第一镜面形成为环形反光镜，且所述第一镜面的截面形成为弧形。

6.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述第一成像孔沿所述第二镜面的轴向向外延伸形成为柱状通道，所述柱状通道的一端与所述折返镜头本体结合，另一端封闭，所述第一图像传感器设在所述柱状通道的与折返镜头结合端上。

7.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述折返镜头还包括：

第二透镜，所述第二透镜设在所述柱状通道的一端，所述第二透镜能够将从所述第二镜面反射的光线聚焦到所述第一图像传感器上。

8.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述第二图像传感器的电源线和信号线沿所述第一透镜向外引出。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的成像系统的成像方法，其特征在于，所述方法包括：

在需要输出宽动态图像时，控制所述第一图像传感器和所述第二图像传感器同时曝光；

由图像处理器合成具有宽动态特性的图像。

10.一种摄像机，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的成像系统。

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