CN112204434A - 使用一个或多个棱镜记录图像的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种使用相机记录图像的方法和系统。所述方法包括以下步骤：将第一反射棱镜设置在所述相机的前方，以使第一棱镜将来自第一视场的光偏转到所述相机的传感器上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机的入射镜表面的非垂直方向对称地延伸；使用传感器在所述第一视场的至少一部分范围内捕获第一图像；以及在所述第一棱镜设置在所述相机前面的情况下，使用相同的传感器，在与所述第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

Description

使用一个或多个棱镜记录图像的方法和系统

发明领域

本发明广泛地涉及使用一个或多个棱镜记录图像的方法和系统，尤其涉及使用一个或多个棱镜进行广角观察和检测的方法和系统。

背景技术

在整个说明书中对现有技术的任何提及和/或讨论都不应以任何方式被认为是承认该现有技术是众所周知的或形成了本领域公知常识的一部分。

已经提出，例如在智能手机中，放置在前置或后置摄像头入射表面的顶部上的单个小的棱镜，以通常在55°至75°的范围内的角度，改变观看方向，这取决于棱镜的几何形状。

本发明的实施例寻求进一步开发使用一个或多个棱镜记录图像的方法和系统，特别是提供光检测(和/或透射)的广角场。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种使用相机记录图像的方法，该方法包括以下步骤：

将第一反射棱镜布置在相机的前方，以使所述第一棱镜将来自第一视场的光偏转到所述相机的所述传感器上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机的入射透镜表面的非垂直方向对称地延伸；

使用传感器在第一视场的至少一部分范围内捕捉第一图像；和

使用相同的传感器，在所述相机前面放置所述第一棱镜的情况下，在与第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

根据本发明的第二方面，提供一种相机设备，包括：

第一反射棱镜，其布置在所述相机设备的相机单元的前方，使得第一棱镜将来自第一视场的光偏转到所述相机单元的所述传感器上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机单元的入射透镜表面的非垂直方向对称地延伸；

其中，所述相机设备被配置为使用所述传感器在所述第一视场的至少一部分范围内捕获第一图像，并且，使用相同的传感器，在所述相机前面放置所述第一棱镜的情况下，在与所述第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

附图的简要说明

以下仅通过示例并结合附图进行书面描述，本领域的普通技术人员将更好地理解本发明的实施例，并且对本领域的普通技术人员来说是显而易见的，其中：

图1(a)示出了在正常观看方向上进入相机的入射角的整个范围的示意图。

图1(b)示出了在正常观看方向上进入相机的入射角的限制(一半)范围的示意图。

图1(c)示出了在正常观看方向上进入相机的入射角的限制(另一半)范围的示意图。

图2(a)示出了结合单个棱镜一起以偏转中心射线的情况下，进入相机的入射角的整个范围的示意图。

图2(b)示出了结合单棱镜一起以偏转中心射线的情况下，进入相机的入射角的限制范围(不同的一半)的示意图。

图3示出了根据示例实施例结合两个棱镜一起的情况下，进入相机的入射角的限制范围的示意图。分开的阴影仅突出显示了分别记录的不同全色FOV，而并不意味着任何波长选择。

图4(a)示出了根据示例实施例使用两棱镜相机来提供两个FOV的示意图，该两个FOV扩展了两相机系统的第二相机的角度范围。

图4(b)示出了根据示例实施例使用两棱镜相机来提供两个FOV的示意图，该两个FOV扩展了两相机系统的第二相机的角度范围；在该实施例中，两棱镜相机不需要遮光板。

图5示出了根据示例实施例使用两棱镜相机来提供两个FOV的示意图，该两个FOV扩展了两相机系统的第二相机的角度范围。

图6示出了根据示例实施例在两相机系统的相机的分开的FOV的线性总和范围内延伸的连续视场的示意图。

图7示出了在单个相机前方使用不同彩色滤光片的图像。

图8示出了根据示例实施例在单个相机上的两个棱镜前方使用不同彩色滤光片的示意图。

图9示出了根据示例实施例在单个相机上的两个棱镜前方使用液晶(LC)层的示意图。

图10(a)示出了根据示例实施例结合一个棱镜并且在暴露的相机表面提供的第二FOV范围内记录垂直于表面的图像的情况下，进入相机的入射角的限制范围的示意图。

图10(b)示出了根据示例实施例结合两个棱镜并且在暴露的相机表面提供的第三FOV范围内记录垂直于表面的图像的情况下，进入相机的入射角的限制范围的示意图。

图11示出了根据示例实施例使用机械或电子快门在三个不同的观看方向之间进行切换的示意图。

图12示出了根据示例实施例在单个相机上使用立方棱镜以得到两个正交的全FOV的示意图。

图13示出了根据示例实施例利用立方棱镜以及单个相机以得到两个正交的全FOV的示意图。

图14显示公共汽车和货车的盲点的图像和示意图。

图15示出了向前方向上的公共汽车和货车的盲点的示意图。

图16示出了根据示例实施例使用相机记录图像的方法的流程图。

图17示出了根据示例实施例的相机设备的示意图。

详细说明

在此使用的视场(FOV)的定义是指视场在单个方向(通常假定为水平方向)上的角度范围。FOV的定义与其他地方通常使用的不同，它通常是指水平和垂直方向上的视场的均方根值，即最大角度范围。此外，为了清楚地描述基础方法，在此未考虑根据本发明的示例性实施例的为了将照片和视频正确地缝合在一起而要使用的相邻视场之间的角度重叠。而且，“图像”在此处通常被用作包括“视频”，注意除非本发明另有说明，否则本发明的实施例同样均适用于两者。

本发明的实施例提供了使用单个相机来记录图像和视频，其包含相对于表面法线成广角定位的两个视场(FOV)，即，在表面法线方向上记录标准图像的同一相机所观看到的视场。根据示例实施例，如果与在标准方向记录图像或视频的第二相机结合使用，则合成的视场被扩展到使用单个相机实现的视场之外。在示例实施例中使用软件缝合来适当地对复合视场的各个部分进行组合。尽管不限于许多智能手机上可用的双摄像头系统，但这是显然的应用，并且此处描述的一些示例实施例专门针对该领域。在一些实施例中，提供了使用单个相机顺序记录两个或三个不同视场，这些视场可以缝合在一起以形成广角复合照片。更一般地，本发明的实施例公开了如何可以使用单个光传感器(其可以是相机或另一形式的光学设备)来检测比透镜所限定的视场更宽的视场上的光。

本发明的实施例提供了使用位于同一相机入射表面上的多个棱镜。根据示例实施例，棱镜以相反的方向定向，使得每个棱镜将光相对于表面法线从相反的方向偏转到同一相机中，从而传感器检测到两个FOV的组合。每个方向上每个FOV的特定量取决于许多因素，包括棱镜的大小和偏转角、它们的间隔以及它们所放置的相机的光圈大小和FOV。此处描述的本发明的多个实施例在如何将每个棱镜的视场角分开的方式上有所不同，使得它们以可以解卷积为两个单独的图像或视频的方式记录在传感器上。

本发明的实施例公开了如何布置一个或多个小棱镜以从两个相机在高达或甚至超过180°的广角范围内产生图像和/或视频。根据示例实施例，这通过使用一个相机来记录图像和视频而实现，该图像和视频包含相对于表面法线成广角定位的两个视场(FOV)，即，在表面法线方向上记录标准图像的同一相机所观看到的视场。根据示例实施例，如果与在标准方向记录图像或视频的第二相机结合使用，则合成视场被扩展到使用单个相机实现的视场之外。如本领域技术人员所理解的，根据示例实施例的软件缝合被用于适当地对复合视场的各个部分进行组合。尽管不限于许多智能手机上可用的双摄像头系统，这是显然的应用，给出的几个示例专门针对该领域。在一些实施例中，示出了如何使用单个相机来顺序记录两个或三个不同的视场，这些视场可以缝合在一起以形成广角复合照片。

使用遮光板来阻挡每个方向的一半视场的示例实施例

考虑图1(a)，其示出了智能电话102上的(后)相机100，尽管相同的概念适用于并入了微型数码相机的所有其他设备。相机100在特定视场(FOV)范围内记录图像，该视场关于垂直于入射镜表面的方向对称地延伸。如图1(b)所示，如果通过适当放置遮光板104有意遮挡了一半的FOV，则一半的图像传感器未记录任何图像，即看起来为黑色。相反，如果另一半的FOV被遮挡，则传感器的另一半将记录使用完整FOV看到的整个图像的另一半，而另一半将显示为黑色，如图1(c)所示。

术语“遮光板”可以表示简单、固定的机械屏障，其可阻止光线进入棱镜的一部分或全部，或者可以是根据需要可移动打开或关闭的电动屏障，即，“快门”。这种电动屏障可以包括致动器以移动机械快门或电动快门，其中，通过向合适的层施加电压来控制透光性。

图2(a)和(b)示出根据示例实施例的使用遮光板200的原理，该遮光板200被施加到位于相机204的顶部、入射透镜表面205上的单个棱镜202。在图2(a)中，全FOV被偏转一定角度(通常为60°)，该角度由棱镜202几何形状确定。如果使用遮光板200将进入棱镜202的光的角度范围限制为全FOV的一半，则图像仅传送到传感器206区域的一半，图2(b)左图。如果选择了FOV的另一半(图2(b)右图)，则在传感器206区域的另一半上形成图像。

图3示出了根据示例实施例的应用于两个棱镜300、302的同样的原理，这两个棱镜300、302位于微型相机304的顶部、入射透镜表面305上。值得注意的是，两个棱镜300、302均接受其全FOV的一半，但是从不同的方向，将光引导到传感器306的不同的两半，使得全FOV的每一半都被记录而彼此之间没有任何干扰。

由单个传感器306从两个广角FOV记录全彩色图像或视频。然后，可以使用软件处理将这两半分开，并将它们添加到第二个相机的FOV的两侧，从而形成根据示例实施例的复合显示，该复合显示扩展了两个相机的FOV的总和。通过示例的方式，将在此描述根据示例实施例的该方法的三种实现方式，分别如图4和图5所示。在所有三种情况下，一个相机不设置棱镜，并记录了垂直于表面法线的“标准”FOV。而在图4(a)中，相机400具有120°，即±60°，的宽视场401。为了进一步对其进行扩展，根据示例实施例，使用与相机402分离的组件，该相机具有位于其上的两个等边棱镜404、406。如果相机402的总FOV为60°，则可以将其分解为两个组成部分408、410，每个为30°FOV，并进行排列，以使它们都以(+60°至+90°)以及(-60°至-90°)的额外范围贡献于总FOV。这是使用棱镜404、406完成的，每个棱镜将中心射线偏转60°。两个相机400、402的FOV的总和现在扩展至180°范围内。该实施例使用更靠近表面法线的FOV的两半的阻挡，并用合适的遮光板412覆盖复合装置的顶部。

在图4(b)中，示出了用于产生宽视场的另一实施例。在该实施例中，两个相机420、422的视场均为90°。两个直角棱镜421、423放置在一个相机422上，这样它就可以将来自(+45°至+90°)424和(-45°至-90°)426的两个分开的视场记录在传感器上。角度大于±90°的光可能会进入棱镜，例如423，但是它没有记录在相机传感器上，因为它既不在FOV范围内，也可能不会落在传感器上。另一台相机的FOV 428在(+45°至-45°)之间，因此两个FOV的总和扩展至180°范围内。该实施例示出了可以使用不同的棱镜几何形状，这取决于许多因素，诸如每个相机的FOV。该实施例还强调，在某些情况下，不需要遮光板来限制进入两棱镜相机两侧的FOV。

图5示出了示例性实施例，其中两个相机500、502是相同的，每个相机具有60°的较小FOV。相机500因此提供了±30°范围的FOV 504。相机502对相机500的FOV的两侧贡献附加的30°，即(+30°至+60°)506和(-30°至-60°)508的附加范围。在该实施例中，通过仅允许将来自FOV的较少偏转的那一半的光透射到传感器而实现。与图4(a)中所示的实施例相比，使用了不同形式的遮光板512a、b，这依赖于阻挡来自更宽偏转角的光进入棱镜514、516和传感器。图6示出了使用图5的实施例获得的示例复合图像600。

应当理解，在图4和图5所示的实施例之间的选择取决于所使用的每个相机的FOV以及该应用是什么。在此强调，根据示例实施例，使用位于同一相机上的两个棱镜可以在录制过程中引入什么样的灵活性。示例实施例的另一个优点在于，可以通过改变遮光板的位置，如两个示例实施例的图4和图5中那样，并且还可以通过改变棱镜的几何形状从而在不同的实施例中以不同的角度偏转中心射线，以此来改变分开的视场之间的角距。此外，尽管更容易讨论使用两个相同的棱镜将光偏转相同量的本发明的实施例，但这并不是必然的，并且可以开发出其他形式，其中，在不同的实施例中，来自双棱镜的光以不同的量偏转。

此外，尽管使用阻挡的本发明的实施例是根据阻挡一半FOV的情况进行了讨论，但这不是必然的，并且在不同的实施例中，在阻挡不同量的情况下，可以开发出其其他形式。

参照图4至图6描述的本发明的示例实施例的优点包括：记录了两个全色图像或视频。光进入相机2的绝对的角度范围可以被控制，例如，通过使用适当放置的遮光板和/或通过适当地选择棱镜的几何形状。注意，在那些实施例中，相机2的每一半仅将其FOV的另一半贡献于给相机1录制的FOV的每一附加侧。

使用彩色滤光片的示例实施例

根据一些示例实施例，可能存在这样的情况，希望从位于相机顶部的两个棱镜提供的两个方向在全FOV范围内进行录制。在这样的实施例中，不需要使用遮光板来限制每个棱镜的入射角范围。这可以通过在每个棱镜入射面的前方放置不同的彩色滤光片来完成，例如红色和蓝色滤光片，因此可见光谱上的波长差优选为最大。图7显示了使用这两个滤光片从同一场景记录的不同图像。在每个图像中，都强烈记录了与该颜色对应的不同区域。因此，在具有蓝色滤光片的情况下，红色椅子700、702显得较暗，并且在具有红色滤光片的情况下，蓝色垫子704显得较暗。

图8示出了具有两个棱镜800、802从不同方向在其全FOV 804、806范围内记录图像的示例实施例。由于各滤光片805、807以及记录在传感器808阵列的单独的红色/蓝色组件上的那些图像，每个滤光片仅透射窄波长的图像。因此，根据示例实施例，传感器808记录红色图像和蓝色图像，这些红色图像和蓝色图像可以在软件中分离出的以进行进一步处理。

参照图7和图8描述的实施例的优点包括：记录了两个图像，每个图像在整个相机FOV范围内被记录。要注意的是，每个图像基本上是单色的，其中在光中丢失的信息被每个滤光片阻止。对于某些领域的应用，例如机器视觉，以单色记录可能是可接受的，因此该实施例是适用的。

使用液晶的示例实施例

在一些示例实施例中，没有彩色滤光片或者不对进入棱镜的光的角度范围进行限制，因此全彩色图像在来自每个棱镜的全FOV范围内被记录。在这样的实施例中，在录制期间，通过交替地打开/关闭每个棱镜900、902前面或下面的液晶层来分离两个FOV。传感器904因此看得到从每个棱镜900、902方向全彩色的全FOV范围，但是只需一半时间进行视频录制，如图9所述。

参考图9描述的实施例的优点包括：在每个全相机FOV范围内记录两个全彩色图像。注意，穿透液晶层的光是偏振的，因此强度较低。对于广角视频，图像是交替记录的，因此定时分辨率很重要，并且每个图像只记录整个周期的一半。

在根据一些实施例的另一模式中，可以选择使用液晶来切换用于照片或视频记录的方向，在这种情况下，电信号被施加一定的时间段，直到希望观看另一个方向。

使用由一个或两个棱镜产生的FOV的其他组合的示例实施例

参考图3至图9描述的示例实施例涉及布置在同一相机上的两个棱镜的几何形状，其完全覆盖暴露的相机表面。这里描述了其他的示例实施例，其中，相机表面仅被一个或两个棱镜部分地覆盖，从而允许来自表面法线方向的光也被传感器记录。在这样的实施例中，如在参照图3至图9描述的示例实施例中或它们的组合中，不同的FOV可以在被传感器记录之前被分离或准直。

考虑如图3至6所示的两个棱镜的几何形状，但其中一个棱镜被移除的情况，如图10(a)所示，垂直于该表面的FOV 1000也会入射到相机上，并可能被镜头记录下来。记录了两个FOV 1000、1004，分别包括：(i)以源自相机表面未覆盖部分的表面法线为中心的FOV，以及(ii)沿着中心射线的FOV，该中心射线由棱镜1006的偏转，通常分别为60°，所确定。可以通过适当放置遮光板同时在每个方向的一半FOV同时记录图像，或者通过使用彩色滤光片或交替打开/关闭的快门在全FOV上顺序记录图像。

使用如图3至图6所示的基本相同的几何形状的另一示例实施例，但是此处，如图10(b)所示，两个棱镜1006、1008是分开的，从而在它们之间引入了间隙。现在，除了来自进入棱镜的偏转光线的两个FOV 1000、1014之外，还由传感器1002记录了第三FOV 1000，该第三FOV 1000源自相机表面垂直于该表面的未覆盖部分，从而使得三个FOV被记录下来。图11示出了针对三个观看方向的这种情况的示例。通过使用，例如，机械或电动快门1100、1102、1104来阻挡其他两个并且仅允许光依次从三个观看方向的一个观看方向进入，照片可以沿不同的方向顺序地被记录，然后被组合以由单个相机提供宽范围视场。通过快速改变放置在每个观看方向前面的电子快门，该结构也可以用于录制广角视频。

本领域技术人员将认识到，在以上参照图3至图11描述的实施例中，反射棱镜的反射率优选地高，以便实现大量的光捕获，并且有利地，反射率是基本上是100％。

在立方分束棱镜中使用遮光板从两个方向限制FOV的示例实施例

允许将一个以上视场记录在单个相机传感器上的一般方法，可以像上述示例实施例中那样，被扩展至使用两个反射棱镜。考虑根据另一示例实施例的图12中的标准立方分束器1200，该标准立方分束器1200包括接合在一起的两个直角棱镜1202、1204。该设备可以用于将源自单个方向的光分成正交方向的光束。相反，它可以用于将正交方向上的两个图像组合到同一方向上；如图所示，通过依次遮挡每个面，可以看到从未遮挡的面所记录的分开的视场。可以在使用上述彩色滤光片的示例实施例中那样，可以使用不同的彩色滤光片来将来自两个方向的不同的彩色图像传输到单个出射方向上。

然而，也可以使用与上述遮光板的示例实施例相同的方法，其中，遮光板可以用于沿着两个正交方向选择特定的FOV。根据示例实施例，通过FOV的合适的选择，这些FOV可以被布置为使得它们再次被记录在传感器区域的相对的两半上。考虑图13，图13示出了立方体分束器1300，其将来自正交方向的视场传输到微型相机上。此时，在每个方向上的一半视场已使用遮光板1302、1304进行了遮挡，因此光仅从FOV的另一半入射到传感器上。根据示例实施例，由传感器记录的结果图像或视频1306示出了两个视场的所透射的那一半的组合。

如本领域技术人员将理解的，立方棱镜通常反射较低的百分比，例如50％，并使其余的透射，因此可以将其视为部分反射棱镜，并且通常称为分束棱镜。

根据示例实施例的视场之间的角距

上面已经根据示例实施例描述了记录FOV的不同两半的两种主要方法。首先，如参考图3-6所描述的示例实施例中那样具有两个棱镜，其次如参考图13所描述的那样具有立方分束器。考虑在这两种广泛方法中两个所记录的FOV之间的角距。对于立方分束器，来自每个完整FOV的中心射线是正交的，即90°的角距。与用于记录分离视场的两个棱镜相比，如图3-6所示，角距更大；如果使用中心射线偏转±60°的两个等边棱镜，则总角距为120°。相反，如果每个棱镜将中心射线偏转±70°，则总角距为140°。因此，使用根据示例实施例的双棱镜方法可以更容易地实现非常宽的角距，并且使用根据示例实施例的立方分束器可以更容易地实现窄的角距。

根据示例实施例的用于消除在车辆的前视方向上的盲点的应用

图14显示了关于在提供给公交车和货车司机的视图中盲点如何出现的几种图示。既存在侧视障碍物，例如后视镜和挡风玻璃框架，又存在垂直限制，其中，因为驾驶员倾向于坐在高处，并且对于在前方和车辆侧面的地面上的行人和骑自行车的人的视场有限。

在图15中，示出了由挡风玻璃框架产生的两个前盲点之间的角度相对于驾驶员坐着的位置具有大约120°的角距1500。该角距1500非常适合由根据参照图3-6描述的示例实施例的两棱镜装置产生的角距。如果将这样的设备1502放置在驾驶员的前面，例如在车辆仪表板上，其将有利地以对应于或覆盖盲点的角度提供两个狭窄的视场1504、1506，从而提供了根据示例实施例的消除盲点的方法和系统。

根据示例实施例的用于广角光信号检测和传输的应用

上面已经描述了如何通过使用棱镜以允许来自不同方向的光被记录在同一传感器上，如参考图10描述的示例实施例那样，从而可以增加单个相机的视角。这使用一个单一视场的光进入相机。然而，存在其他类型的光学系统，其中使用了类似的棱镜布置，即在广角上的光信号检测。在这种情况下，唯一的要求可能是检测入射角锥上的入射光，而对传感器的各部分是否从不同的FOV接收光并没有限制，因此，此时无需将光角锥限制为如参照图10描述的示例实施例中所做的那样，对单个棱镜或裸露的表面进行加工。

例如，LiFi(基于可见光的WiFi)系统正在开发为WiFi的光学等效版本。它们的一个当前问题是它们的检测视场受到限制，图16(b)中的接收器1600仅能够检测通常与表面法线成±30°的角度范围内的光脉冲。参考图10描述的棱镜布置可以将视场变为双倍或者三倍，并且因此允许LiFi接收器总是在启用LiFi的光源的角锥内。棱镜阵列在宽视场上传输而不是仅仅是接收光的能力也是如此。此外，视场可能是不对称的，因此调整到最佳形状以适合于固定发射器/接收器单元以及光发射器和接收器的分布的方式。

图16示出了流程图1600，该流程图示出了根据示例实施例的使用相机记录图像的方法。在步骤1602，将第一反射棱镜设置在所述相机的前方，以使第一棱镜将来自第一视场的光偏转到所述相机的传感器上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机的入射镜表面的非垂直方向对称地延伸。在步骤1602，使用传感器在所述第一视场的至少一部分范围内捕获第一图像。在步骤1604，在所述第一棱镜设置在所述相机前面的情况下，使用相同的传感器，在与第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

该方法可以包括：将所述第二反射棱镜布置在所述相机的前方与所述第一棱镜相邻，使得所述第二棱镜将来自所述第二视场的光偏转到所述相机的所述传感器上，其中，与所述第一视场相比，所述第二视场围绕相对于所述相机的所述入射镜表面的不同的非垂直方向对称地延伸。

棱镜可以包括立方棱镜，并且第一和第二视场可以从立方棱镜的正交侧延伸。

可以同时捕获第一图像和第二图像。

在一个这样的实施例中，该方法可以包括：使用第一遮光板遮挡所述第一视场的另一部分，使用第二遮光板遮挡所述第二视场的另一部分，并且所述同时捕获的图像被分别记录在所述传感器的各自不同的区域上。

在一个这样的实施例中，该方法可以包括：在整个所述第一视场范围内捕获所述第一图像的期间应用第一滤光片，以及在整个所述第二视场范围内捕获所述第二图像的期间应用不同的第二滤光片，并且所述同时捕获的图像在传感器的不同颜色组件上被捕获。

所述第一图像和所述第二图像可以被分别捕获。

在一个这样的实施例中，该方法可以包括：选择性地阻挡整个所述第二视场并且使用所述传感器捕获在整个所述第一视场范围内的所述第一图像；以及选择性地阻挡整个所述第一视场并且使用所述传感器捕获在整个所述第二视场范围内的所述第二图像。所述选择性地阻挡可以包括使用一个或多个机械或电子快门，例如液晶层。所述第一图像和所述第二图像被交替地捕获。在记录一个或多个第二图像之前，可以在第一时间段内记录一系列第一图像。

所述第二视场可以在所述透镜的未被所述第一棱镜覆盖的区域中垂直于所述相机的所述入射透镜表面延伸。

在一个这样的实施例中，该方法可以进一步包括：将第二反射棱镜布置在所述相机的前方，与所述第一棱镜相邻并与所述第一棱镜间隔开一间隙，使得所述第二棱镜将来自第三视场的光偏转到所述相机的所述传感器上；其中，与所述第一视场相比，所述第三视场围绕相对于所述相机的所述入射透镜表面的不同的非垂直方向对称地延伸，并在所述第三视场的至少一部分范围内捕获第三图像。使用机械或电子快门分别捕获各个视场范围内的图像。

该方法可以包括：使用另一相机在另一视场范围内捕获图像，以及基于由所述第一图像、所述第二图像以及所述另一图像组成的组中的两个或更多的图像，形成复合图像。

图17示出了图示根据示例实施例的相机设备1700的示意图，该相机设备1700包括第一反射棱镜1702，该第一反射棱镜1702设置在相机设备1700的相机单元1704的前方，使得所述第一棱镜1702将来自第一视场的光偏转到所述相机单元1704的所述传感器1706上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机单元1704的所述入射透镜表面1708的非垂直方向对称地延伸，其中，所述相机设备1700被配置为：使用所述传感器1706在所述第一视场的至少一部分范围内捕获第一图像，并且在所述第一棱镜设置在所述相机单元1704前方的情况下，使用相同的传感器1706，在与所述第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

相机设备1700可以包括第二反射棱镜，所述第二反射棱镜布置在相机单元1704的前方，与第一棱镜1702相邻，使得所述第二棱镜将来自所述第二视场的光偏转到所述相机单元1704的传感器1706上，其中，与所述第一视场相比，所述第二视场围绕相对于相机单元1704的入射透镜表面1708的不同的非垂直方向对称地延伸。

棱镜1702可以包括立方棱镜，并且第一和第二视场可以从立方棱镜的正交侧延伸。

相机设备1700可以被配置为使得第一图像和第二图像可以被同时捕获。

在一个这样的实施例中，相机设备1700可以包括：第一遮光板，其用于遮挡第一视场的另一部分；以及第二遮光板，其用于使用第二遮光板来遮蔽第二视场的另一部分。并且，所述相机设备1700被配置为使得所述同时捕获的图像被记录在传感器1706的不同的各个区域上。

在一个这样的实施例中，相机设备1700可以包括：第一滤光片，其被配置为在整个所述第一视场范围内捕获所述第一图像的期间被应用；以及不同的第二滤光片，其被配置为在整个所述第二视场范围内捕获所述第二图像的期间被应用。所述相机设备1700被配置为使得所述同时捕获的图像被捕获在传感器1706的不同颜色组件上。

相机设备1700可以被配置为使得所述第一图像和所述第二图像可以被分别捕获。

在一个这样的实施例中，相机设备1700可以包括阻挡装置，该阻挡装置用于选择性地阻挡整个第二视场并且使用传感器1706在整个第一视场范围内捕获第一图像，并且用于选择性地阻挡整个第一视场并且使用传感器1706在整个第二视场范围内捕获第二图像。阻挡装置可以包括一个或多个机械或电快门，例如液晶层。相机设备1700可以被配置为使得第一图像和第二图像被交替地捕获。相机设备1700可以被配置为使得可以在记录一个或更多个第二图像之前在第一时间段上记录一系列第一图像。

第二视场可以在透镜的未被第一棱镜1702覆盖的区域中垂直于相机单元1704的入射镜头表面1708延伸。

在一个这样的实施例中，相机设备1700可以进一步包括第二反射棱镜，该第二反射棱镜设置在相机的前方，与第一棱镜1702相邻，并且与第一棱镜1702间隔开，使得第二棱镜将来自第三视场的光偏转到所述相机单元1704的传感器1706。其中，与第一视场相比，第三视场围绕相对于相机单元1704的入射透镜表面1708的不同的非垂直方向对称地延伸，并且相机设备1700可以是被配置为在第三视场的至少一部分范围内捕获第三图像。相机设备1700可以被配置为使得各个视场范围内的图像分别使用机械或电子快门被捕获。

相机设备1700可以包括另一相机单元以在另一视场范围内捕获图像；并且，相机设备1700可以被配置为基于由第一图像、第二图像和另一图像组成的组中的两个或更多个图像，来形成复合图像。

本发明的实施例可以具有以下一个或多个特征和益处/优势：

本发明实施例的应用包括但不限于：

-无论针对智能手机或任何成像应用(例如笔记本电脑、安全摄像头、无人机)，仅使用一个摄像头即可解决有限的视场的问题，其中，在一个或两个视平面中，更宽的视场为优选。

-对于智能手机，由于需要添加大量的光学元件，因此目前尚无法将来自不同视场的图像组合成静态图像或视频图像-本发明的实施例可以提供此解决方案，从而为智能手机提供了高度原始的功能，使得单个有关的制造商比竞争对手具有优势。

-对于LiFi接收器-本发明的实施例允许在不使用笨重的光学器件的情况下，相比当前能够实现的广角更广的范围内实现广角收集和/或传输光。

如本文所述的系统和方法的各方面，例如但不限于，配置相机单元以执行图像捕获，图像捕获的定时，以及对捕获的图像的处理，包括例如图像的缝合，如本文所述，可以实现为以编程到各种电路中的任何一种电路的功能，这些电路包括可编程逻辑设备(PLD)，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)设备、电可编程逻辑和存储设备以及基于标准单元的设备以及专用集成电路(ASIC)。用于实现系统各方面的一些其他可能性包括：具有存储器的微控制器(例如电可擦可编程只读存储器(EEPROM))、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，系统的各方面可以体现在具有软件的微处理器中电路仿真、离散逻辑(顺序和组合)、定制设备、模糊(神经)逻辑、量子设备以及上述任何设备类型的混合。当然，可以以各种组件类型提供基础的设备技术，例如，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术，诸如发射极耦合逻辑(ECL)的双极技术，聚合物技术(例如硅共轭聚合物和金属共轭聚合物-金属结构)，模拟和数字混合等。

系统和方法的图示实施例的以上描述并非旨在穷举或将系统和方法限制为所公开的精确形式。尽管本文出于说明性目的描述了系统组件和方法的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在系统、组件和方法的范围内可以进行各种等效修改。本文提供的系统和方法的教导可以应用于其他处理系统和方法，而不仅适用于上述系统和方法。

可以将上述各种实施例的元素和动作组合以提供其他实施例。可以根据以上详细描述对系统和方法进行这样以及其他的改变。

通常，在以下权利要求书中，不应将所使用的术语解释为将系统和方法限于说明书和权利要求书中公开的特定实施例，而是应解释为包括在权利要求书下操作的所有处理系统。因此，所述系统和方法不受本公开的限制，相反，所述系统和方法的范围将完全由权利要求书确定。

除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”(”comprise”、”comprising”)等应理解为包含性含义，而不是排他性或穷举性含义。也就是说，在某种意义上说“包括但不限于”。使用单数或复数的词也分别包括复数或单数。另外，词语“在此”、“以下”，“在上面”、“在下面”以及类似含义的词语是指本申请整体，而不是本申请的任何特定部分。当单词“或”用于指两个或多个项目的列表时，该词涵盖该词的以下所有解释：列表中的任何项目，列表中的所有项目以及列表中的项目的任意组合。

Claims (30)

1.一种使用相机记录图像的方法，所述方法包括以下步骤：

将第一反射棱镜设置在所述相机的前方，以使第一棱镜将来自第一视场的光偏转到所述相机的传感器上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机的入射镜表面的非垂直方向对称地延伸；

使用传感器在所述第一视场的至少一部分范围内捕获第一图像；以及

在所述第一棱镜设置在所述相机前面的情况下，使用相同的传感器，在与所述第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

2.如权利要求1所述的方法，包括：将所述第二反射棱镜布置在所述相机的前方与所述第一棱镜相邻，使得所述第二棱镜将来自所述第二视场的光偏转到所述相机的所述传感器上，其中，与所述第一视场相比，所述第二视场围绕相对于所述相机的所述入射镜表面的不同的非垂直方向对称地延伸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一反射棱镜包括立方棱镜，并且所述第一视场和所述第二视场可以从所述立方棱镜的正交侧延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一图像和所述第二图像被同时捕获。

5.根据权利要求4所述的方法，包括：使用第一遮光板遮挡所述第一视场的另一部分，使用第二遮光板遮挡所述第二视场的另一部分，并且所述同时捕获的图像被分别记录在所述传感器的各自不同的区域上。

6.根据权利要求4所述的方法，包括：在整个所述第一视场范围内捕获所述第一图像的期间应用第一滤光片，以及在整个所述第二视场范围内捕获所述第二图像的期间应用不同的第二滤光片，并且所述同时捕获的图像在传感器的不同颜色组件上被捕获。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一图像和所述第二图像被分别捕获。

8.根据权利要求7所述的方法，包括：选择性地阻挡整个所述第二视场并且使用所述传感器捕获在整个所述第一视场范围内的所述第一图像；以及选择性地阻挡整个所述第一视场并且使用所述传感器捕获在整个所述第二视场范围内的所述第二图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述选择性地阻挡包括使用一个或多个机械或电子快门，例如液晶层。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述第一图像和所述第二图像被交替地捕获。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在记录一个或多个第二图像之前，在第一时间段内记录一系列第一图像。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二视场在所述透镜的未被所述第一棱镜覆盖的区域中垂直于所述相机的所述入射透镜表面延伸。

13.如权利要求12所述的方法，包括：将第二反射棱镜布置在所述相机的前方，与所述第一棱镜相邻并与所述第一棱镜间隔开一间隙，使得所述第二棱镜将来自第三视场的光偏转到所述相机的所述传感器上；其中，与所述第一视场相比，所述第三视场相对于所述相机的所述入射透镜表面围绕不同的非垂直方向对称地延伸，并在所述第三视场的至少一部分范围内捕获第三图像。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，各个视场范围内的图像分别使用机械或电子快门被捕获。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，包括：使用另一相机在另一视场范围内捕获图像，以及基于由所述第一图像、所述第二图像以及所述另一图像组成的组中的两个或更多的图像，形成复合图像。

16.一种相机设备，包括：

第一反射棱镜，其布置在相机设备的相机单元的前方，使得所述第一棱镜将来自第一视场的光偏转到所述相机单元的所述传感器上，其中，所述第一视场围绕相对于所述相机单元的入射透镜表面的非垂直方向对称地延伸；

其中，所述相机设备被配置为：使用所述传感器在所述第一视场的至少一部分范围内捕获第一图像，并且在所述第一棱镜设置在所述相机单元前方的情况下，使用相同的传感器，在与所述第一视场不同的第二视场的至少一部分范围内捕获第二图像。

17.根据权利要求16所述的相机设备，包括第二反射棱，所述第二反射棱镜布置在所述相机单元的前方，与所述第一棱镜相邻，使得所述第二棱镜将来自所述第二视场的光偏转到所述相机单元的所述传感器上，其中，与所述第一视场相比，所述第二视场围绕相对于所述相机单元的所述入射镜表面的不同的非垂直方向对称地延伸。

18.根据权利要求16或17所述的相机设备，其中，所述第一棱镜包括立方棱镜，并且所述第一视场和所述第二视场可以从所述立方棱镜的正交侧延伸。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的相机设备，其被配置为使得所述第一图像和所述第二图像可以被同时捕获。

20.根据权利要求19所述的相机设备，包括：第一遮光板，用于遮挡所述第一视场的另一部分；以及第二遮光板，用于使用所述第二遮光板遮挡所述第二视场的另一部分；并且，所述相机设备被配置为使得所述同时捕获的图像被记录在所述传感器的不同区域上。

21.根据权利要求19所述的相机设备，包括：

第一滤光片，其被配置为在整个所述第一视场范围内捕获所述第一图像的期间被应用；以及

不同的第二滤光片，其被配置为在整个所述第二视场范围内捕获所述第二图像的期间被应用；并且

所述相机设备被配置为使得所述同时捕获的图像被捕获在传感器的不同颜色组件上。

22.根据权利要求16至18中任一项所述的相机设备，其被配置为使得所述第一图像和所述第二图像可以被分别捕获。

23.根据权利要求22所述的相机设备，包括阻挡装置，其用于选择性地阻挡整个所述第二视场并且使用所述传感器捕获在整个所述第一视场范围内的所述第一图像；以及用于选择性地阻挡整个所述第一视场并且使用所述传感器捕获在整个所述第二视场范围内的所述第二图像。

24.根据权利要求23所述的相机设备，其中，所述阻挡装置包括一个或多个机械或电子快门，例如液晶层。

25.根据权利要求22或23所述的相机设备，其被配置为使得所述第一图像和所述第二图像被交替地捕获。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的相机设备，被配置为使得在记录一个或多个第二图像之前，在第一时间段内记录一系列第一图像。

27.根据权利要求16所述的相机设备，其中，所述第二视场在所述透镜的未被所述第一棱镜覆盖的区域中垂直于所述相机的所述入射透镜表面延伸。

28.根据权利要求27所述的相机设备，包括第二反射棱镜，所述第二反射棱镜布置在所述相机的前方，与所述第一棱镜相邻并且与所述第一棱镜间隔开一间隙，使得所述第二棱镜将来自第三视场的光偏转到所述相机单元的所述传感器上；

其中，与所述第一视场相比，所述第三视场围绕相对于所述相机单元的入射透镜表面的不同的非垂直方向对称地延伸，并且所述相机设备被配置为在所述第三视场的至少一部分范围内捕获第三图像。

29.根据权利要求28所述的相机设备，其被配置为使得各个视场范围内的图像分别使用机械或电子快门被捕获。

30.根据权利要求16至29中任一项所述的相机设备，包括另一个相机单元，以在另一视场范围内捕获图像；并且，所述相机设备被配置成基于由所述第一图像、所述第二图像以及所述另一图像组成的组中的两个或更多的图像，形成复合图像。

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