CN118265949A - 拍摄装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够以较高的分辨率得到长焦图像和广角图像的拍摄装置。拍摄装置(10)包括：拍摄光学系统(11)，包括具有半透过性的反射面的第一光学构件(111)和具有反射面的第二光学构件(112)；以及拍摄元件(12)，拍摄经由拍摄光学系统成像的像；焦距不同的复数个像在拍摄元件的同一受光面成像。拍摄装置(10)可以包括从控制器(13)，所述控制器(13)从拍摄元件(12)获取图像信号，并通过图像处理来分离复数个像。

Description

拍摄装置

相关申请的相互参照

本申请主张日本专利申请2021-186508号(2021年11月16日申请)的优先权，并将该申请的全部引入于此。

技术领域

本发明涉及拍摄装置。

背景技术

使观察对象成像的拍摄光学系统具有焦距、视角等多种物理特性。由于焦距变长时，形成观察对象被放大的像，因此，能够得到远方的观察对象的详细的光学信息，换言之能够得到被放大的光学信息。视角越广角化，越能够得到位于大范围的观察对象的光学信息。但是，焦距和视角存在权衡关系，若焦距变长则视角窄角化，若焦距变短则视角广角化。

因此，进行焦距的调整以能够根据状况得到期望的光学信息。例如，通过使拍摄光学系统中包括的变焦透镜发生位移，来进行焦距的调整。或者，通过切换复数个单焦点透镜，来进行焦距的调整(参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-311832号公报

专利文献2：日本特开2004-279556号公报

发明内容

本公开的一实施方式的拍摄装置包括：

拍摄光学系统，包括具有半透过性的反射面的第一光学构件和具有反射面的第二光学构件；以及

拍摄元件，拍摄经由所述拍摄光学系统而成像的像；

焦距不同的复数个像在所述拍摄元件的同一受光面成像。

附图说明

图1是例示一实施方式的拍摄装置的构成的框图。

图2是例示一实施方式的拍摄装置的构成的剖视图。

图3是用于说明重叠图像和由重叠图像生成的长焦图像和广角图像的图。

图4是用于说明控制器执行的图像处理的流程图。

图5是例示一实施方式的拍摄装置的另一构成的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一实施方式的拍摄装置进行说明。在以下的附图示出的构成要素中，对于相同的构成要素赋予了相同的附图标记。解释实施方式的附图是示意性的。附图上的尺寸比例等不一定与实际一致。

图1和图2是例示一实施方式的拍摄装置10的构成的图。图1是例示逻辑结构的框图。另外，图2是示出在拍摄装置10中配置的构成要素的剖视图。首先，说明拍摄装置10的构成的概要。如图1所示，本公开的实施方式的拍摄装置10可以包括拍摄光学系统11、拍摄元件12。拍摄装置10还可以包括控制器13。

拍摄光学系统11包括第一光学构件111和第二光学构件112。第一光学构件111和第二光学构件112分别由一个光学元件或通过组合复数个光学元件而构成。例如，光学元件可以是透镜、反射镜或光圈等。第一光学构件111具有半透过性的反射面111a。另外，第二光学构件112具有反射面112a。

拍摄光学系统11使透过第一光学构件111射入到拍摄元件12的被拍体光束成像。另外，拍摄光学系统11使在第一光学构件111的反射面111a和第二光学构件112的反射面112a反射并射入到拍摄元件12的被拍体光束成像。以下，有时将被拍体光束简单地表述为光。

拍摄元件12拍摄经由拍摄光学系统11而在受光面12a成像的像。拍摄元件12可以拍摄基于可见光的像，可以拍摄基于红外线或紫外线等不可见光的像，也可以拍摄基于可见光和不可见光的像。例如，拍摄元件12可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器、CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器等。拍摄元件12可以是彩色图像传感器。换言之，配置于拍摄元件12的受光面12a的复数个像素可以被例如RGB滤色器覆盖。拍摄元件12生成与受光的图像相应的图像信号。拍摄元件12可以以例如30fps等的规定的帧频生成图像信号。

控制器13包括至少一个处理器、至少一个专用电路或它们的组合。处理器是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)等通用处理器或用于特定的处理的专用处理器。专用电路可以是例如FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)等。控制器13从拍摄元件12获取图像信号，并对图像信号实施图像处理。图像处理包括分离复数个像的处理。关于图像处理的详细说明，将在后面进行。

接着，对拍摄装置10的构成要素的配置进行说明。在此，如图2所示，有时将相对于拍摄装置10存在被拍体的一侧表述为物体侧或前方。另外，有时将与物体侧相反的一侧表述为像侧或后方。图2是在包括拍摄元件12的位置切开拍摄装置10的剖视图。

如图2所示，拍摄光学系统11包括将第一光学构件111作为主镜，将第二光学构件112作为副镜的卡塞格伦光学系统。在本实施方式中，第一光学构件111的反射面111a是凹面镜，第二光学构件112的反射面112a是凸面镜。来自远方被拍体的被拍体光束被反射面111a反射而向反射面112a行进(光路L1)，并被反射面112a反射而通过第一光学构件111的区域R到达拍摄元件12(光路L2)。本实施方式中，经由光路L1和光路L2的被拍体光束在受光面12a成像而得到的图像是长焦图像。另外，区域R是开口。

另外，第一光学构件111的反射面111a为半透过性，第一光学构件111在像侧具有具有开口(区域R)的透镜113。虽然透镜113透明，但是不限于透明。在本实施方式中，透镜113是所谓的甜甜圈透镜。但是，区域R不限于开口，只要不妨碍从上述卡塞格伦光学系统的副镜到拍摄元件12的光即可。例如，透镜113可以在区域R的部分包括曲率与其他部分不同的透镜，区域R也可以包括透明板、滤光片等。与广角图像对应的被拍体光束透过反射面111a并经由透镜113到达拍摄元件12(光路L0)。透镜113的曲率等被设定为，使光经由透镜113在受光面12a成像。反射面111a的曲率与透镜113的像侧的面的曲率可以不同。即，第一光学构件111的表面(反射面111a)和背面111b的曲率可以不同。在此，广角图像是拍摄比长焦图像更宽广的视角的图像即可，不限于特定视角以上的图像。另外，长焦图像是图像倍率比广角图像高的图像即可，不限于特定的图像倍率以上的图像。

在与长焦图像对应的被拍体光束通过光路L1和光路L2到达拍摄元件12同时，与广角图像对应的被拍体光束也通过光路L0到达拍摄元件12。然后，在受光面12a形成有复数个像，即经由卡塞格伦光学系统成像的像和不经由作为副镜的第二光学构件112而经由透镜113成像的像。换言之，焦距不同的复数个像在拍摄元件12的同一受光面12a成像。

在此，如图2所示，在第二光学构件112的物体侧的面也可以设置有另一个透镜114。另一个透镜114也可以具有作为固定第二光学构件112的位置的支撑部的功能。

图3是用于说明重叠图像olim和由重叠图像olim生成的长焦图像im1和广角图像im2的图。在图3的例中，长焦图像im1与以高分辨率拍摄位于广角图像im2的中心部分的远方的路上的被拍体的图像对应。在受光面12a成像的像的图像是长焦图像im1和广角图像im2的重叠图像olim(图3的上图)。重叠图像olim包含长焦图像im1和广角图像im2的光学信息。拍摄元件12生成重叠图像olim的图像信号，并向控制器13输出。

控制器13通过图像处理将重叠图像olim分离为长焦图像im1和广角图像im2。控制器13通过使用例如独立成分分析、小波方法、图像分离模型等的图像处理方法，来分离重叠图像olim。例如，图像分离模型是预先制作将复数个图像重叠的重叠图像，并对该重叠图像将复数个图像作为正解进行机器学习而构建的模型。图像分离模型可以是使用使像Encoder-Decoder(编码器-解码器)模型那样生成图像的generator(生成器)和判断所生成的图像是否为伪图像的discriminator(鉴别器)竞争而生成反映了该关系的一对图像的Pix-to-Pix技术的模型。

在此，在控制器13执行利用预先通过机器学习构建的图像分离模型来分离图像的图像处理的情况下，图像分离模型可以存储在控制器13可访问的存储部。存储部是一个以上的存储器。例如，存储器是半导体存储器、磁存储器等，但是不限于此，可以是任意的存储器。例如，存储部可以内置于控制器13，也可以设置在控制器13的外部。

图4是用于说明控制器13执行的图像处理的流程图。在本实施方式中，控制器13利用预先通过机器学习构建的图像分离模型，将重叠图像olim分离为长焦图像im1和广角图像im2。

控制器13从拍摄元件12获取重叠图像olim的图像信号(步骤S1)。

控制器13通过利用图像分离模型从重叠图像olim的图像信号提取判定为长焦图像im1的成分，分离出长焦图像im1(步骤S2)。

控制器13通过从重叠图像olim的图像信号减去长焦图像im1的成分，分离出广角图像im2(步骤S3)。

控制器13将分离出的长焦图像im1和广角图像im2输出到例如各种显示器那样的显示装置(步骤S4)。

在此，步骤S2和步骤S3中的长焦图像im1和广角图像im2的应对可以相反。即，作为另一例子，可以在步骤S2中分离出广角图像im2，并在步骤S3中通过从重叠图像olim的图像信号减去广角图像im2的成分来分离出长焦图像im1。

另外，控制器13能够利用通过机器学习而生成的图像分离模型，将重叠图像olim高精度地分离为长焦图像im1和广角图像im2，但为了提高分离的精度，可以限制至少一方的图像的颜色成分。例如，拍摄装置10可以构成为将具有第一颜色成分的第一像和具有与第一颜色成分不同的第二颜色成分的第二像作为复数个像重叠地在受光面12a成像。第一像、第二像是在受光面12a成像的复数个像，与长焦图像im1、广角图像im2分别对应。另外，例如第一颜色成分可以是RGB(red、green、blue：红绿蓝)的一部分，第二颜色成分可以是未作为第一颜色成分选择的剩余的颜色成分。

为了使限制了上述那样的颜色成分的像成像，拍摄装置10可以在第一光学构件111和第二光学构件112的至少一方具有滤色器。例如，第一光学构件111的反射面111a可以是仅使特定颜色的光反射或透过的二向色镜(dichroic mirror)。另外，第一光学构件111可以在将反射面111a作为表面时的背面111b设置反射防止膜。在图2的例中，反射防止膜可以设置在透镜113的像侧的面，通过反射防止膜，能够提高特定颜色的光的透过率。

例如，设置在反射面111a的二向色镜使RGB中的G成分反射，设置在透镜113的像侧的面的反射防止膜使R成分和B成分以高透过率透过。此时，与具有G成分的长焦图像im1对应的像和与具有R成分和B成分的广角图像im2对应的像重叠地在受光面12a成像。作为另一组合，也可以是反射防止膜仅使R成分、B成分中的一方以高透过率透过，具有G成分的长焦图像im1和仅具有R成分、B成分中的一方的广角图像im2重叠地在受光面12a成像。另外，作为又一组合，也可以是二向色镜使G成分和B成分反射，具有G成分和B成分的长焦图像im1和具有R成分的广角图像im2重叠地在受光面12a成像。

控制器13也可以使用图像分离模型、和/或替代图像分离模型而使用颜色成分，从重叠图像olim的图像信号分离长焦图像im1或广角图像im2。当将图像分离模型和颜色成分一起使用时，例如控制器13可以将从利用图像分离模型分离出的长焦图像im1或广角图像im2的候袖图像进一步仅提取所包含的特定颜色成分的图像，作为长焦图像im1或广角图像im2分离。

如上所述，本实施方式的拍摄装置10能够通过上述构成以较高的分辨率得到长焦图像和广角图像。

关于本公开的实施方式，基于附图和实施例进行了说明，但是，应当注意的是，本领域技术人员基于本公开容易进行各种变形或修正。因此，应当注意，这些变形或修正属于本公开的范围。例如，各构成部等中包括的功能等只要在逻辑上不产生矛盾，就可以重新配置，也可以将复数个构成部等组合成一个，或者进行分割。

例如，在上述实施方式中，拍摄光学系统11构成为包括卡塞格伦光学系统，但是不限于这种构成。图5是示例拍摄装置10的另一构成的剖视图。在图5中，对于与图2相同的构成要素赋予了相同的附图标记。本变形例的拍摄装置10包括与上述实施方式相同的构成要素，但是，如图5所示，第二光学构件112具有供光通过的区域R，而不是第一光学构件111。详细地说，在本变形例的拍摄装置10的拍摄光学系统11中，第一光学构件111的反射面111a的至少一部分和第二光学构件112的反射面112a相向，在比第一光学构件111更靠近物体侧设置有第二光学构件112。第一光学构件111设置在，从物体侧通过第二光学构件112的区域R的光的一部分在第一光学构件111的反射面111a被反射，并且光的一部分透过第一光学构件111的位置。在此，区域R可以是如图5所示的开口，但是可以设置有透镜、透明板、滤光片等光学元件。在受光面12a成像的复数个像包括，透过第一光学构件111而成像的像和在第一光学构件111的反射面111a和第二光学构件112的反射面112a反射而成像的像。

在此，图5的fl是设置在第一光学构件111的像侧的透镜113的焦距。

本变形例的拍摄装置10能够通过上述构成以较高的分辨率得到长焦图像和广角图像。在此，控制器13进行的图像处理与上述实施方式相同。

关于本公开记载的构成要件的全部和/或所公开的全部的方法或处理的全部的步骤，除非这些特征有彼此排他的组合，否则可以任意组合。另外，除非有明确否定，否则本公开记载的特征中的每一个能够能够置换为为了同一目的、同等目的或类似的目的而动作的代替特征。因此，除非有明确否定，否则公开的每一个特征不过是一系列的相同或等同特征中的一个示例。

进一步，本公开的实施方式不限于上述实施方式的任意的具体的构成。本公开的实施方式能够扩展到本公开记载的全部的新特征或它们的组合或者所记载的全部的新的方法或处理步骤或它们的组合。

在本公开中，“第一”和“第二”等记载是用于区分相应的构成的标识符。本公开中用“第一”和“第二”等记载区分的构成能够交换该构成的编号。标识符的交换同时进行。在标识符的交换之后也能够区分该构成。标识符可以删除。删除了标识符的构成用附图标记来区分。仅基于本公开的“第一”和“第二”等标识符的记载，不能用于该构成的顺序的解释、存在小的编号的标识符的依据。

附图标记的说明：

10：拍摄装置

11：拍摄光学系统

12：拍摄元件

12a：受光面

13：控制器

111：第一光学构件

111a：反射面

111b：背面

112：第二光学构件

112a：反射面

113：透镜

114：另一透镜

Claims (11)

1.一种拍摄装置，其中，

包括：

拍摄光学系统，包括具有半透过性的反射面的第一光学构件和具有反射面的第二光学构件；以及

拍摄元件，拍摄经由所述拍摄光学系统而成像的像；

焦距不同的复数个像在所述拍摄元件的同一受光面成像。

2.根据权利要求1所述的拍摄装置，其中，

包括控制器，所述控制器从所述拍摄元件获取图像信号，并通过图像处理分离所述复数个像。

3.根据权利要求2所述的拍摄装置，其中，

所述控制器利用预先通过机器学习而构建的图像分离模型，来执行所述图像处理。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的拍摄装置，其中，

具有第一颜色成分的第一像和具有与所述第一颜色成分不同的第二颜色成分的第二像作为所述复数个像重叠地在所述受光面成像。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的拍摄装置，其中，

在所述第一光学构件中，所述半透过性的反射面为二向色镜，在将所述半透过性的反射面作为表面时的背面设置有反射防止膜。

6.根据权利要求5所述的拍摄装置，其中，

所述半透过性的反射面的曲率和所述背面的曲率不同。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的拍摄装置，其中，

所述拍摄光学系统包括卡塞格伦光学系统，所述卡塞格伦光学系统将所述第一光学构件作为主镜并将所述第二光学构件作为副镜，

所述第一光学构件在像侧具有供从所述副镜向所述拍摄元件行进的光通过的区域的透镜，

所述复数个像包括经由所述卡塞格伦光学系统成像的像和经由所述透镜而不经由所述副镜成像的像。

8.根据权利要求7所述的拍摄装置，其中，

所述区域是开口。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的拍摄装置，其中，

所述透镜是透明的。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的拍摄装置，其中，

所述拍摄光学系统构成为，所述第一光学构件的反射面的至少一部分和所述第二光学构件的反射面相向，在比所述第一光学构件更靠物体侧设置有所述第二光学构件，

所述第一光学构件设置于，从物体侧通过所述第二光学构件的开口的光的一部分在所述第一光学构件的反射面反射，并且所述光的一部分透过所述第一光学构件的位置，

所述复数个像包括透过所述第一光学构件而成像的像和在所述第一光学构件的反射面和所述第二光学构件的反射面反射而成像的像。

11.根据权利要求10所述的拍摄装置，其中，

所述第一光学构件在像侧具有透镜。