CN1976398A - 成像装置 - Google Patents

Abstract

一种成像装置包括各自具有成像元件的多个成像器。无视差点位于在成像元件的下游，且所有无视差点共同位于在以无视差点之一为中心的预定半径区域内。将最接近目标物的透镜沿着不包括光轴的平面截切，且满足a＞H，其中H是当从光轴朝相邻成像器的光轴扫描成像元件时从光轴到图像与相邻成像器的图像重叠的重叠区域的中心部分的距离，且a是从光轴到一位置的距离，在该位置处即使孔径光阑从打开孔径状态转到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也不改变，尽管将该位置位于扫描方向上相对于最大照明度的照明率随着与成像器的光轴的距离增加而降低的区域内。

Description

成像装置

技术领域

本发明涉及一种可在前向120度或更宽、所有空中(所有方向)等范围内提取图像的成像装置。

背景技术

已研发出一种摄像装置，其在外壳内具有多个摄像机以同时提取所有方向上或所有围绕摄像装置延伸的图像。

具有上述构造的摄像装置一般具有视差的问题，为了抑制视差，提出一种不使用反射镜抑制视差的光学系统(例如，参见公开号为2003-162018的日本待审专利申请)。

没有反射镜的光学系统具有这样的优点：因为不需要容纳反射镜的空间，该装置可整体地减小尺寸，且作为仅包括常规透镜的光学系统容易操作。

然而，基本上不可避免的是，为抑制视差，在图像续接处到达成像部件的光量降低。

如果图像续接处的光量降低，则续接部可能显示为暗带部分，导致续接处不平滑。

在图像续接处，视差量和光量是彼此抵触的。如果视差量降低，则光量逐渐降低。因而，可造成图像续接处的图像质量降低。

发明内容

因此，根据本发明，希望提供一种可在图像续接处平滑地续接图像且利用多个成像器在宽范围内提供图像的成像装置。

根据本发明的一实施方案的成像装置包括：多个成像器，每一个成像器提取通过分开在宽范围内的目标物所获得的多个子目标物中每一个子目标物的图像；以及处理部件，其用于根据从成像器输出以及输入到处理部件的图像信息来续接图像以形成合成图像。每个成像器包括具有孔径光阑的至少一个透镜和用于感测通过至少一个透镜的光线的成像元件。当从每个成像器的至少一个透镜的孔径光阑中心通过的主光线选出位于高斯区域内的主光线时，且将在每个成像器的至少一个透镜的光轴与所选择的位于目标物空间的主光线的延长线部分相交处的点限定为NP点，对每个成像器，该NP点位于每个成像器的成像元件的下游，对多个成像器，NP点共同位于以一个NP点为中心的预定半径区域内。在每个成像器中，将在至少一个透镜中包括的且最靠近目标物设置的透镜沿着不包括每个成像器的光轴的平面截切，且满足a＞H，其中H是从多个成像器之一的光轴到重叠区域中心部分的距离，其中当从光轴朝相邻的成像器的光轴扫描一个成像器的成像元件时，所述一个成像器的图像与相邻成像器的图像重叠，且a是从所述一个成像器的光轴到一位置的距离，在该位置处即使将孔径光阑从打开孔径状态转换为关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也不改变，尽管将该位置定位在相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着到所述一个成像器的光轴的距离增加而降低的区域内。

具有上述根据本发明的实施方案的成像装置的构造，由于NP点位于每个成像器的成像元件的下游，所以诸如成像器的透镜等光学系统不与其它成像器的光学路径干涉。此外，由于多个成像器的NP点共同位于以一个NP点为中心的预定半径区域内，所以可抑制在这些成像器的图像间产生的视差，且因此几乎不产生视差。

由于多个成像器提取通过分开宽范围内的目标物所获得的多个子目标物的图像，所以可在几乎不产生视差的同时提取宽范围内的目标物。

此外，将最接近目标物设置的透镜沿着不包括光轴的平面截切。于是，这些具有相邻图像区域的相邻成像器可在截切面处连接在一起，由此容易在连接成像器的同时使NP点共同定位在预定半径区域内。

此外，由于满足a＞H，其中H是从光轴到重叠区域的中心部分的距离，其中当将从光轴朝相邻成像器的光轴扫描成像元件时图像与相邻成像器的图像重叠，且a是从光轴到一位置的距离，该位置处即使孔径光阑从打开孔径状态到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也不改变，尽管该位置位于相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着到成像器的光轴的距离增加而降低的区域内。因此，在从光轴到重叠区域的中心部分的范围内，可在从打开孔径状态到关闭孔径状态的任何孔径状态下提供足够的光量。

在与光轴距离为a的位置处，即使当孔径光阑从打开孔径状态转换到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率仍不改变，虽然在该位置位于相对于在扫描方向上的最小照明度的照明率随着到光轴的距离增加而降低的区域内。因此可提供一定的光量，且重叠区域的中心部分与满足a＞H时的位置相比较更靠近光轴。

根据上述构造，在从打开孔径状态到关闭孔径状态的任何孔径状态下，可在成像部件中从光轴到重叠区域的中心部分的范围内提供足够的光量。因此，当通过这些相邻成像器的成像部件提取的图像被续接在一起时，即使在图像的续接部(重叠区域)也可提供足够的光量。

由此，这种构造可避免图像的续接部处光量不足，且在图像续接处提供平滑的图像，由此在任何孔径状态下提供高质量的图像。

此外，该构造可在几乎不产生视差的同时提取宽范围内的目标物图像。

因此，根据本发明实施方案的构造，例如可在前向120度或更大、或在所有方向等宽范围内提取高质量的图像。

此外，由于将图像区域分别分配给多个具有摄像机的透镜，所以可通过利用提供高分辨率的摄像机提取图像来在宽范围内提取具有高分辨率的图像。

附图说明

图1是概要描述根据本发明的一般实施例的成像装置的视图；

图2是概要描述根据本发明的一般实施例的成像装置的视图；

图3是示出根据本发明实施例的成像装置的构造的示意性视图；

图4是示出沿光轴方向从目标物观察到的图3所示的前透镜的平面图；

图5是示出图3所示的成像元件的有效像素区域的平面图；

图6是示出沿箭头方向从其中心部分扫描图5所示的成像元件的照明率的变化的视图；

图7是示出图3所示的两个相邻的摄像机的成像区域的视图，所述成像区域彼此相邻设置且相连；

图8是示出根据本发明另一实施方案的成像装置的构造的示意性视图；

图9是示出沿光轴方向从目标物观察到的图8所示的前透镜的平面图；

图10是示出图8所示的成像元件的有效像素区域的平面图；

图11是示出沿箭头方向从其中心部分扫描图10所示的成像元件的照明率的变化的视图；

图12是示出图8所示的两个相邻的摄像机的成像区域的视图，所述成像区域彼此相邻设置且连接在一起；

图13A到13D是示出根据其它实施方案的成像器的前透镜的横截面的视图；

图14是示出根据关于本发明的对比实施例的成像装置的构造的示意图；

图15是示出沿光轴方向从目标物观察到的图14所示的前透镜的平面图；

图16是示出图14所示的成像元件的有效像素区域的平面图；

图17是示出沿箭头方向从其中心部分扫描图16所示的成像元件的照明率的变化的视图；

图18是示出图14所示的两个相邻的摄像机的成像区域的视图，所述成像区域彼此相邻设置且连接在一起。

具体实施方式

在本发明的具体实施方案之前将给出本发明的一般描述。

将用于摄像机等等的透镜系统设计为包括用于最小化诸如色差、场曲和光斑等像差所组合的多个透镜。该透镜系统理论上可形成为图1所示的薄凸透镜201。将用于摄像机的成像装置设置在凸透镜201的焦点位置处，该摄像机采用如CCD或MOS等固态成像元件或用于银盐摄像机的薄膜成像元件202。

在具有一般构造的成像装置中，假定凸透镜201不存在折射，则视角α由实质为成像元件202直径的直径d1以及凸透镜201和成像元件202之间的距离d4(焦距)限定，且可以通过表达式：tan(α/2)＝(d1/2)/(d4)表示。

因此，为了利用摄像机对目标物成像，如果在使摄像机围绕下文详述的NP点(无视差点)203转动的同时提取图像，则在获得的多个图像中不产生视差，NP点位于凸透镜201内部中心。

基于光学系统的基本原理，根据本申请的发明人进行的很多实验感测到NP点，以降低在将多个图像续接在一起时各图像间产生的视差。如图2所示，下面将描述在从目标物反射的光通过等效凸透镜300(equivalent convexlens)并在成像器301内聚焦成图像的情形下的NP点。

等效凸透镜300包括多个透镜302到308，并且孔径光阑309位于透镜304和305之间。

图2所示的附图标记321表示摄像机镜筒，而322表示摄像机。

随后，从通过孔径光阑309的主光线中选出通过孔径光阑309的最接近光轴310的区域的主光线311，即通过色差最小的高斯区域的主光线311。

将位于目标物空间312内的主光线311的线性部分延长，并将延长的线性部分与光轴310的交点设定为NP点(无视差点)313。

验证NP点313时，将NP点313应用到同时使用多个提取图像的摄像机来代替一个旋转的摄像机的情形中。

在图1示出的一个凸透镜201中，由于NP点203位于受限的位置，所以理论上很难布置多个摄像机共用一个NP点203。

相反，当组合多个透镜成为图2所示的等效凸透镜300时，NP点位于基本在光轴310的延长线上的任意位置处。

当将多个摄像机用于同时提取图像以使得各个NP点彼此重叠时，可构造如图2所示使NP点313定位在透镜(302和303)之间的空气中，或可构造使反射镜(未示出)定位在透镜上游，以便由反射镜反射、由摄像机收集光，并且使得摄像机的NP点的虚像的位置彼此重叠。

然而，采用这些构造，具有成像元件和信号处理电路的摄像机可部分地与其它摄像机的成像范围物理干扰。因此，可能不能提取干扰部分的图像。

根据本发明，将NP点位于每个摄像机的成像元件的下游。此外，将所有摄像机的NP点定位在预定半径区域(球形区域)内。

如果将NP点定位在成像元件的下游，那么成像器的诸如透镜的光学系统将不会与其它成像器的光路干扰。

此外，如果将摄像机的所有NP点定位在预定半径区域(球形区域)内，则可抑制在相邻的摄像机的图像之间产生的视差。

优选地，预定半径区域可以为半径范围20mm的区域。

为了将NP点定位在如上述的成像元件的下游，可组合多个透镜以形成远摄型的光学系统。

为了形成远摄型的光学系统和在成像元件的下游定位NP点，例如，可将用作凸透镜(聚焦作用)的透镜设置在目标物空间侧(目标物侧)，以及可将用作凹透镜(发散作用)的透镜设置在图像空间侧(成像元件侧)。

此外，在根据本发明的实施方案的每个成像器中，沿不含光轴的平面截切最接近目标物设置的透镜。

采用这样的构造，可在成像器的截切面处将具有相邻图像的成像器连接起来。将成像器连接在一起时，这使得NP点容易定位在上述的预定半径区域内。

现在，将在图14中示出根据关于本发明对比实施例的成像装置。

图14中所示的成像装置110通过连接两个成像器(摄像机)111和112形成。成像装置110提供通过续接由两个成像器(摄像机)111和112分别提取的图像而形成的合成图像。图14是沿着连接两个相邻的摄像机111和112的透镜光轴的平面截取的横截面图。

摄像机111和112分别包括前透镜101、外壳102、透镜组103以及成像元件104。外壳102具有带有顶角θ的伞形横截面和基本上与上述的NP点重叠的顶点105。此外，在两个摄像机111和112中，外壳102的顶点105彼此重叠，即，NP点是共用的。

图14也示出当光圈数是2.0时的光路，该光圈数是对应于打开孔径状态的光圈数。

此外，图15示出一平面图，其示出在光轴方向上从目标物观察到的图14所示的前透镜101。图15所示的线X-X是连接两个相邻的摄像机111和112的透镜光轴的平面(图14所示的横截面)。

为了使摄像机111的NP点与摄像机112的NP点在伞形外壳的顶点105处基本重叠，将圆形透镜沿着包括线109的截切面(不包括透镜光轴的平面)截切，以形成如图15所示的前透镜101。

因此，到达线109外部的光线不被前透镜101接收，且如图14所示，到达成像元件104的边缘的光线107和108的量比到达成像元件104的中心的光线106的量少。

图16示出一平面图，其示出成像元件104的有效像素区域。在图16中的每个点104A是连接相邻的摄像机111和112的透镜光轴的平面X-X与有效像素区域的边缘相交的交点。

图17是示出当从图16示出的成像元件104的中心CE(设置在前透镜101和透镜组103的光轴上)沿箭头方向(即，沿朝着相邻的摄像机的光轴方向)扫描成像元件104时的照明率的变化的视图。图17的水平轴表示与成像元件104的中心CE的距离(图像高)，且垂直轴表示照明率，假定扫描方向上最大照明度为1。曲线A、B、C、D和E表示光圈数从2.0(打开孔径状态)转变到8.0的照明率的变化。

如图17所示，由于到达线109的外部的光线不由前透镜101接收，所以在图像高度(与中心CE的距离)为D或更高的区域内，当光圈数是2时(曲线A)照明率降低。若光圈数增加，则照明率开始降低的点远离中心CE(图像高度为0)，然而照明率快速降低。

图18示出两个相邻的摄像机111和112的图像区域彼此相邻设置且连接在一起。

参见图18，摄像机111的图像区域113α和摄像机112的图像区域113β在附图内的阴影区(重叠部分)122处重叠。重叠区域122内，通过两个摄像机111和112提取相同目标物的图像。

在连接两个摄像机111和112的两个光轴CEα和CEβ的平面X-X内，通过连接左侧摄像机111的图像区域113α的图像边缘120α的中间点和右侧摄像机112的图像区域113β的图像边缘120β的中间点的线的中间点的线限定出重叠区域122的中心线121。

在这个实施例中，如图14所示，NP点由两个摄像机111和112共用，且NP点与每个摄像机的伞形外壳的顶点105基本重叠。因此，图像的重叠区域122的面积非常小。由此，连接两个相邻的摄像机111和112的透镜光轴的平面X-X内的图像边缘120α和120β(对应于成像元件104的边缘)与重叠区域(阴影面积)122的中心部分123以很接近的间隔设置，且几乎彼此重合。

对于位置关系，满足照明率IL＞0，其中H是从成像元件104的中心(光轴)CE到重叠区域122的中心线121的距离(图像高度)，且如图17所示，对应于打开孔径状态(光圈数2.0，曲线A)的光圈数，在重叠区域122的中心部分123(图像高H)处，照明率IL约为0.4。

然而，当光圈数从对应于打开孔径状态的2.0逐渐增加且孔径光阑变窄时，重叠区域122的中心部分123(图像高H)处的照明率降低。当光圈数为8.0时，照明率低至约0.1。

因此，在重叠区域122内的图像，即，图像的续接部将是暗的，且不可能将图像平滑地连接在一起。

在该对比实施例中，如图17所示确定a＜H，其中a是即使光圈数从打开孔径状态转换为关闭孔径状态下照明率仍恒定的位置处的图像高度(与光轴CE的距离)，尽管该位置位于随着与光轴CE的距离增加、相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率降低的区域(图像高度＞D的区域)内。

类似上述对比实施例中的构造，当将图像区域连接在一起且使用多个图像时，本发明可抑制图像的续接部变暗。

在本发明中，除了上述构造外，满足a＞H，其中H是当从光轴朝着相邻成像器的光轴扫描成像元件时从光轴到重叠区域的中心部分的距离，在该重叠区域中成像器的图像与相邻成像器的图像重叠，而a是从光轴到一位置的距离，在该位置处即使孔径状态从打开孔径状态转换到关闭孔径状态、相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率仍恒定，尽管该位置位于随着与光轴CE的距离增加、相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率降低的区域内。

通过转换由光圈数表示的孔径光阑的孔径状态，改变成像元件上的由成像元件接收的光量。在打开孔径状态下光量增加，且它随着光圈数的增加和孔径光阑变窄而降低。

然而，根据每个成像器的前透镜和透镜组的构造，根据光圈数变化的光量在成像元件上可能不平滑变化。尤其，如上所述，当沿着不通过光轴的平面截切至少前透镜时，到达截切面的外部入射光不被前透镜所接收，且在对应于成像元件的截切面的边缘处光量降低。同时，当从成像元件的中心(光轴)朝着相邻成像器的光轴扫描成像元件时，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率可在成像元件的边缘附近降低。即，如图17已示出的，获得了相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着到光轴的距离增加而降低的区域(图17所示的区域，图像高度＞D)。

在该区域内，如图17已示出的，在打开孔径状态下，在相对接近光轴的位置处照明率开始降低，照明率趋向于缓慢降低，而在关闭孔径状态下，在相对远离光轴的位置处照明率开始降低，照明率趋向于迅速降低。在该区域内，存在一位置，在该位置处，即使孔径状态从打开孔径状态转换为关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也仍不改变。从光轴到该位置的距离(图像高度)设定为a。在该位置处，照明率小于光轴附近的照明率，然而，可在任何孔径状态下获得一定量的照明率(图17示出的0.4)。

图17中，由于确定a＜H，所以关闭孔径状态下的照明率在重叠区域122的中心部分123(图像高度H)处相当小。因此，图像的续接部将是暗的，且图像不可能平滑地连接在一起。

相反，由于本发明的构造满足a＞H，所以重叠区域的中心部分(图像高度H)相对于图像高度a的位置位于光轴侧，且因此重叠区域的中心部分(图像高度H)处的照明率比图像高度a的位置处的照明率大。在图像高度a的位置处，照明率比光轴附近的照明率小。然而，如上所述，在任何孔径状态下均可获得一定量光。因此在重叠区域的中心部分(图像高度H)处比在图像高度a的位置处可提供更足量的照明率。

注意到在重叠区域的中心部分(图像高度H)处的照明率不可能等于光轴附近的照明率(例如，0.9或更多)。

这是因为，只要保证一定量的照明率，如果在消除噪声分量之后放大信号分量，那么照明率可为接近光轴附近的照明率的值。由于如图17所示的实施例，照明率小，因而信号分量可极大地受到噪声分量的影响，因此很难通过放大恢复。

例如，在重叠区域的中心部分(图像高度H)处的照明率可以为约0.5或更高，尤其在噪声分量大的情况中可约为0.6或更高。

另外，在重叠区域的中心部分(图像高度H)的位置外部处可能不可能根据成像器保证照明率。然而，也可通过相邻成像器提取图像，且根据相邻成像器将该位置定位在重叠区域的中心部分(图像高度H)处，由此通过相邻成像器提供足够的照明率。

因此，图像高度的位置可以在成像元件边缘的内部或外部，只要它位于重叠区域的中心部分(图像高度H)的外部。

当图像高度a的位置位于相对于实际成像元件的边缘离光轴足够远的位置处，则图17所示的图像高度D的位置成为成像元件的边缘的外部，在任何孔径状态下照明率在成像元件上均匀分布。

接下来，下面将描述本发明的具体实施方案。

图3示出显示根据本发明实施方案的成像装置的构造的示意性视图。

成像装置10通过连接两个成像器(摄像机)11和12来形成。该成像装置10提供通过续接由两个成像器(摄像机)11和12分别提取的图像来形成的组合图像。图3是沿着连接两个相邻摄像机11和12的透镜光轴的平面截取的横截面图。

摄像机11和12每个包括前透镜1、具有顶角θ1的伞形横截面的外壳2、透镜组3以及成像元件4。尽管没有示出，但是在透镜组3中提供与图2所示的孔径光阑309等效的孔径光阑。

图3也示出当光圈数为2.0时的光路，该光圈数是对应于打开孔径状态的光圈数。

在根据该实施方案的成像装置10中，两个相邻摄像机11和12的NP点位于伞形外壳2的顶点的上游处，使得NP点位于外壳2的内部。

此外，确定在NP点之间的距离L，使得两个摄像机11和12的NP点定位在半径为20mm的球内(半径区域内)。

图4是示出沿光轴的方向从目标物观察到的图3所示的前透镜1的平面图。图4所示的线A-A是连接两个相邻的摄像机11和12的透镜光轴的平面(图3所示的横截面)。

为了使摄像机11和12的NP点定位于半径为20mm的球内，沿包括线9的截切面(不包括透镜光轴的平面)截切每个摄像机11和12内的圆形透镜，以形成如图4所示的前透镜1。

在该实施方案中，由于线9到光轴的距离DA比根据对比实施例(图15)的距离DX大，所以到达线9外部的光线不能到达成像元件4的有效像素区域。因此，去除线9外部的光线将不影响照明率。由此，如图3所示，到达成像元件4的边缘的光线6和8量与到达成像元件4的中心的光线5的量基本相同。

图5示出显示成像元件4的有效像素区域的平面图。图5中的每个点4A是连接相邻的摄像机11和12的透镜光轴的平面A-A与有效像素区域的边缘相交的交点。

图6是显示从图5的成像元件4的中心CE(位于前透镜1和透镜组3的光轴上)沿箭头方向(即沿朝着相邻的摄像机的光轴方向)扫描成像元件4时照明率变化的视图。图6的水平轴表示到成像元件4的中心CE的距离(图像高度)，且垂直轴表示照明率，假定沿扫描方向的最大照明度为1。曲线A、B、C、D和E表示根据2.0(打开孔径状态)到8.0的光圈数范围的照明率变化。

如图6所示，即使光圈数从2.0增加时照明率也几乎不改变。

图7示出将两个相邻的摄像机11和12的图像区域彼此相邻设置并且连接在一起。

参见图7，摄像机11的图像区域13α和摄像机12的图像区域13β在附图内的阴影区(重叠部分)22处重叠。在该重叠区22内，通过两个摄像机11和12提取相同目标物的图像。

在连接两个摄像机11和12的两个光轴CEα和CEβ的平面A-A内，通过连接左侧摄像机11的图像区域13α的图像边缘20α的中间点和右侧摄像机12的图像区域13β的图像边缘20β的中间点的线的中间点的线限定出重叠区域22的中心线21。

在该实施例中，如图3所示，两个摄像机11和12的NP点存在于半径为20mm的球内，但是它们彼此不重叠。NP点分别存在于各个外壳2的内部，使得重叠区域22的面积较大。由此，以特定间隔布置连接两个相邻的摄像机11和12的透镜光轴的平面A-A内的图像边缘20α和20β(对应于成像元件4的边缘)与重叠区域(阴影面积)22的中心部分23。

对于位置关系，在重叠区域22的中心部分23(图像高H)处，照明率IL满足IL＞0，如图6所示。

此外，如图6所示，即使光圈数从对应于打开孔径状态的2.0逐渐增加，在成像元件上，从光轴到它的边缘照明率几乎不改变。

尤其，当照明率恒定所对应的图像高度(即，曲线A、B、C、D和E彼此相交的图像高度)被作为a时，图像高度a的位置相对于实际成像元件的边缘到光轴的距离足够远，且在任何孔径状态下照明率在成像元件上均匀分布，由此满足H＜a。

因此在该实施方案中，在任何孔径状态中，将在图像续接处提供足够光量，且可将图像续接在一起并使得在图像续接处不出现不规律性。

具有根据上述实施方案的成像装置10的构造，满足a＞H，其中H是从光轴CE到重叠区域22的中心部分23的距离(图像高度)，在该距离下，当从成像元件4的中心(光轴)CE朝着相邻的摄像机的光轴扫描成像元件4时，该图像与相邻成像器的图像重叠，且a是从光轴CE到一个位置的距离(图像高度)，在该位置处，即使孔径光阑从打开孔径状态变化到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也不改变，尽管该位置位于相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着到光轴CE的距离增加而降低的区域内。因此，在从成像元件4的中心(光轴)CE到重叠区域22的中心部分23的范围内，在任何孔径状态下都提供足够的光量。

因此，当将通过两个相邻的摄像机11和12的成像元件4提取的图像续接在一起时，甚至在图像的续接部处(在重叠区域22处)都可提供足够的光量，由此避免光量不足，且在图像续接处提供平滑的图像。因此，在任何孔径状态下均可提供具有高图像质量的图像。

此外，根据该实施方案，由于两个摄像机11和12的NP点位于以NP点为中心的预定半径的范围内，所以限制在两个摄像机11和12图像之间的视差，因此几乎不产生视差。

将前透镜1沿着不包括光轴的平面截切。因此，在截切面处将两个摄像机11和12连接在一起，由此容易地实现将两个摄像机11和12连接在一起且使NP点共同定位于预定的半径区域内。

此外，根据该实施方案，由于在任何孔径状态下，照明率在成像元件4上都均匀分布，所以可以任何光圈数在图像续接处提供足够的光量。

因此，两个摄像机11和12可在宽范围上不产生视差地提取具有高质量的图像。

此外，由于将图像区域分别分配给两个摄像机11和12，所以可通过提供高分辨率的两个摄像机11和12在宽范围内提取具有高分辨率的图像。

接下来，图8示出显示根据本发明的另一实施方案的成像装置的构造的示意性视图。

成像元件50通过连接两个成像器(摄像机)51和52来形成。成像装置10提供通过续接由两个成像器(摄像机)51和52分别提取的图像形成的组合图像。图8是沿着连接两个相邻的摄像机51和52的透镜光轴的平面截取的横截面图。

每个摄像机51和52包括前透镜41、具有顶角θ2的伞形横截面的外壳42、透镜组43以及成像元件44。尽管没有示出，但是在透镜组43中提供与图2所示的孔径光阑309等效的孔径光阑。

图8也示出当光圈数为2.0时的光路，该光圈数是对应于打开孔径状态的光圈数。

在根据该实施方案的类似于根据前述实施方案的成像装置10的成像装置50中，两个相邻摄像机51和52的NP点位于伞形外壳42的顶点的上游，这样NP点定位在外壳42的内部。

此外，确定在NP点之间的距离L使得两个摄像机51和52的NP点位于在半径为20mm的球内(半径区域内)。

注意将NP点的位置定位在下游部分，并且与根据前述的实施方案的成像装置10的NP点相比较更接近伞形外壳42的顶点。

图9是显示沿光轴方向从目标物观察到的图8所示的前透镜41的平面图。图9所示的线B-B是连接两个相邻摄像机51和52的透镜光轴的平面(图8所示的横截面)。

为了使摄像机51和52的NP点位于具有20mm的半径的球内，沿着包括线49(不包括透镜光轴的平面)的截切面截切每个摄像机51和52中的圆形透镜，以形成如图9所示的前透镜41。

在该实施例中，到线49的光轴的距离DB大于对比实施例(图15)的距离DX，且小于前述实施方案(图4)的距离DA(图4)。具体地，该关系表示为DX＜DB＜DA。

此外，到达线49的外部光线不被前透镜41接收，且到达成像元件44边缘的光线46和48量小于到达成像元件44的中心的光线45量。

图10示出显示成像元件44的有效像素区域的平面图。图10中的每个点44A是连接相邻摄像机51和52的透镜光轴的平面B-B与有效像素区域的边缘相交的交点。

图11是显示当在从图10所示的成像元件44的中心CE(在前透镜41和透镜组43的光轴上设置)沿箭头方向(即沿朝着相邻的摄像机的光轴方向)扫描成像元件44时照明率的变化。图11的水平轴表示与成像元件44的中心CE的距离(图像高度)，且垂直轴表示照明率，假定扫描方向上的最大照明度为1。曲线A、B、C、D和E表示根据从2.0(打开孔径状态)到8.0的光圈数范围的照明率的变化。

如图11所示，在图像高度(与中心CE的距离)为D或更高的区域内，当光圈数为2.0时(曲线A)，由于到达线49外部的光线不由前透镜41接收，所以照明率降低且在图像高度H处约为0.7。

图12示出将两个摄像机51和52的图像区域彼此相邻设置，并连接在一起。

参见图12，摄像机51的图像区域53α和摄像机52的图像区域53β在附图内的阴影区(重叠部分)62处重叠。

在连接两个摄像机51和52的两个光轴CEα和CEβ的平面B-B内，通过连接左侧摄像机51的图像区域53α的图像边缘60α的中间点以及右侧摄像机52的图像区域53β的图像边缘60β的中间点的线的中间点的线限定出重叠区域62的中心线61。

在该实施例中，如图8所示，两个摄像机51和52的NP点存在于半径为20mm的球内，但是它们彼此不重叠。NP点分别存在于各外壳42的内部，这样生成重叠区域62。该重叠区域62的面积大于对比实施例(图18)的面积，且小于前述实施方案(图7)的面积。

在重叠区域62的中心部分63(图像高H)处，照明率IL满足IL＞0，如图11所示。

如图11所示，确定a＞H(从透镜光轴CE到重叠区域62的中心线61的距离)，其中a是在照明率恒定而透镜的光圈数从2.0逐渐增加的位置处的图像高度。因此重叠区域62的中心部分63(图像高度H)的照明率从光圈数为2.0(打开孔径状态)时的照明率的最小值(如图11所示，约为0.7)开始随光圈数的增加而增加。即，在重叠区域62的中心部分63处可提供足够的照明率。

因此，甚至在当光圈数增加时，也可将图像也平滑地且完整地续接在一起。

根据该实施方案，在如图11所示的图像高度＞H的区域内照明率降低，然而，如图12所示相邻的摄像机的图像区域在图像高度＞H的区域内彼此重叠，且相邻的摄像机在图像高度＜H的区域内，由此通过相邻的摄像机提供足够的光量。

因此，可通过进行添加两个摄像机51和52的图像信号的预定处理，将图像平滑地续接在一起。

对于噪音等，图像高度＝H的照明率优选约为0.6或更高。

具有根据上述实施方案的成像装置50的构造，满足a＞H，其中H是当从成像元件44的中心(光轴)CE朝着重叠区域62的中心部分63的距离，在该重叠区域中，从成像元件44的光轴CE向相邻成像器的光轴扫描成像元件44时，该图像与相邻的摄像机的图像重叠，且a是从光轴CE到一位置的距离(图像高度)，在该位置处，即使光圈数从打开孔径状态转换到关闭孔径状态下，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率仍恒定，虽然该位置位于相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着离光轴CE的距离增加而降低的区域(图像高度＞D的区域)内。因此，可在从成像元件44的中心(光轴)CE到重叠区域62的中心部分63的范围内，在任何孔径状态下提供足够的光量。

因此，当将通过两个相邻的摄像机51和52的成像元件提取的图像续接在一起时，甚至在图像的续接部(即在重叠区域62)处都可提供足够的光量，由此防止光量的不足，且在图像的续接部处提供平滑的图像。因此，在任何孔径状态下可提供具有高图像质量的图像。

此外，根据该实施方案，由于将两个摄像机51和52的NP点共同定位在以NP点为中心的预定半径区域内，限制摄像机51和52的图像之间的视差，因此几乎不产生视差。

将前透镜1沿着不包括光轴的平面截切。由此，可在截切面处接合两个摄像机51和52，从而容易地将两个摄像机51和52接合在一起且将NP点布置在预定半径区域内。

因此，两个摄像机51和52可在宽范围内不产生视差地提取具有高图像质量的图像。

此外，由于将图像区域分别分配给两个摄像机51和52，所以可通过由提供高分辨的两个摄像机51和52提取图像而在宽范围上提取具有高分辨率的图像。

通过将对比例与上述的两个实施方案进行比较可明显看出，从光轴CE到一位置的距离(图像高度)可通过变化前透镜截切面(每个平面图内的线部分)的位置和透镜的截切量而改变，在该位置处，即使光圈数从打开孔径状态转换到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率仍不改变。

即，对前透镜的截切量的控制可控制距离a的大小。

在根据本发明的实施方案的成像装置中，不具体限制提取图像的范围，其可以通过组合多个图像而改变。

在上述实施方案中，将两个摄像机接合在一起以形成成像装置10、50。然而，可将三个或更多摄像机连接以形成本发明的成像装置。

在上述实施方案中，在水平方向内续接图像，且在水平的细长带区(360度)上提取图像。然而，除了水平地续接之外也可垂直续接图像，使得图像区域进一步重叠以在更宽范围上提取图像。

图像区域可覆盖所有空间的一部分，例如前向的半球形区域，或可以形成多面体，以提取几乎所有空间上的图像。

当通过垂直续接图像而重叠图像区域时，在除了水平方向之外的每个其它方向内彼此相邻设置成像器。因此，该构造中，沿着连接沿扫描方向彼此相邻的摄像机的透镜光轴的平面在扫描方向上优选地满足a＞H。

现在，图13A到13D示出摄像机的前透镜的其它实施方案。这些实施例应用于将该成像器垂直连接且图像区域重叠的情形。

图13A和13B分别示出当将成像器在垂直和水平方向上彼此相邻设置时前透镜的实施方案。如每个附图中的箭头表示的，扫描方向是垂直方向和水平方向，且在任何扫描方向上满足a＞H。

图13A中，前透镜的截切面远离光轴CE，且保留曲线。

图13B中，前透镜的截切面比图13A所示的情形更接近光轴CE，使得前透镜成为正方形。在这种情况中，图像的重叠区域的面积比图13A所示的情况大。

图13C和13D为前透镜的实施方案，其中成像器均彼此垂直且三维地相邻设置成为多面体。图13C所示的前透镜是对应于规则十二面体的规则五角形。图13D所示的前透镜是对应于规则二十面体的规则三角形。

在这些实施方案中，扫描方向是由每个附图中的箭头表示的方向，且在任何扫描方向上优选满足a＞H。

注意到除了最接近目标物设置的透镜(前透镜)之外的其它透镜，可不被截切或可被截切。

应该理解本发明不限于上述的实施方案，且在所附权利要求或其等价物的范围内可存在各种构造。

本发明包括涉及2005年10月11日在日本专利特许厅申请的日本专利申请JP 2005-296529的主题，其整个内容结合在此作为参考。

Claims (5)

1、一种成像装置，其包括：

多个成像单元，每个成像单元拾取通过分开宽范围内的目标物而获得的多个子目标物中每个子目标物的图像；以及

处理单元，用于根据从成像单元输出并输入到处理单元的图像信息续接图像而形成组合图像，其中，

每个成像单元包括具有孔径光阑的至少一个透镜和用于感测通过所述至少一个透镜的光线的成像元件，

当从通过每个成像单元的至少一个透镜的孔径光阑的中心的主光线中选出位于高斯区域的主光线，并且将每个成像单元的所述至少一个透镜的光轴与位于目标物空间内所选择的主光线的延长线部分相交的点定义为无视差点时，就每个成像单元而言，无视差点位于每个成像单元的成像元件的下游，而就所述多个成像单元而言，无视差点共同定位在以无视差点之一为中心的预定半径区域内，

在每个成像单元内，将在所述至少一个透镜中包括的且最接近目标物设置的透镜沿着不包括每个成像单元的光轴的平面截切，

满足a＞H，其中H是从所述多个成像单元之一的光轴到重叠区域的中心部分的距离，在所述重叠区域中，当从光轴朝相邻成像单元的光轴扫描一个成像单元的成像元件时，所述一个成像单元的图像与相邻成像单元的图像重叠，且a是从所述一个成像单元的光轴到一位置的距离，在该位置处，即使孔径光阑从打开孔径状态转换到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也不改变，尽管该位置位于相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着与所述一个成像装置的光轴的距离增加而降低的区域内。

2、根据权利要求1的成像装置，其中，预定半径区域是具有以无视差点之一为中心的半径约20mm或更大的区域。

3、根据权利要求1的成像装置，其中，满足IL＞0，其中，IL是在打开孔径状态下图像与相邻成像器的图像重叠的重叠区域的中心部分处的相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率。

4、根据权利要求1的成像装置，其中，即使将孔径光阑从打开孔径状态转换到关闭孔径状态且从所述一个成像器的光轴朝着相邻成像器的光轴扫描成像元件时，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率在从所述一个成像器的光轴到所述成像元件的边缘的范围内也不改变。

5.一种成像装置，其包括：

多个成像器，每个成像器拾取通过分开宽范围内的目标物而获得的多个子目标物中每个子目标物的图像；以及

处理部件，用于根据从成像器输出并输入到处理部件的图像信息续接图像而形成组合图像，其中，

每个成像器包括具有孔径光阑的至少一个透镜和用于感测通过所述至少一个透镜的光线的成像元件，

当从通过每个成像器的至少一个透镜的孔径光阑的中心的主光线中选出位于高斯区域的主光线，并且将每个成像器的所述至少一个透镜的光轴与位于目标物空间内所选择的主光线的延长线部分相交的点定义为无视差点时，就每个成像器而言，无视差点位于每个成像器的成像元件的下游，而就所述多个成像器而言，无视差点共同定位在以无视差点之一为中心的预定半径区域内，

在每个成像器内，将在至少一个透镜中包括的且最接近目标物设置的透镜沿着不包括每个成像器的光轴的平面截切，

满足a＞H，其中H是从多个成像器之一的光轴到重叠区域的中心部分的距离，在所述重叠区域中，当从光轴朝相邻成像器的光轴扫描一个成像器的成像元件时，所述一个成像器的图像与相邻成像器的图像重叠，且a是从所述一个成像器的光轴到一位置的距离，在该位置处，即使孔径光阑从打开孔径状态转换到关闭孔径状态，相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率也不改变，尽管该位置位于相对于沿扫描方向的最大照明度的照明率随着与所述一个成像装置的光轴的距离增加而降低的区域内。

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