CN208724013U - 一种图像采集设备、电子设备及成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种图像采集设备、电子设备及成像装置，该图像采集设备包括阻光膜，位于所述阻光膜中的至少两个用于小孔成像的第一成像孔以及位于所述阻光膜一侧的图像传感器，目标物发出的光线通过所述第一成像孔射向所述图像传感器，所述至少两个第一成像孔用于获得目标物的至少两个图像，根据所述至少两个图像建立目标物的3D模型。本实用新型实施例使用小孔成像方式代替现有技术中使用占用较大面积的摄像头，进行图像采集，由于用于小孔成像的成像孔占用面积远小于摄像头，从而可以极大的减小使用面积，从而在应用于手机等终端设备上时，可以提供更大的面积给屏幕，提供更高的屏幕占比。

Description

一种图像采集设备、电子设备及成像装置

技术领域

本实用新型实施例涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种图像采集设备、一种电子设备以及一种成像装置。

背景技术

目前为较大程度地增大手机的显示区域，可以采用如图1所示的刘海屏。手机上的前置摄像头11、扬声器12以及环境光传感器(未在图1中画出)等均设置于刘海部位1，刘海部位1以外的周边位置可以采用窄边框或者无边框设计。

对于采用人脸识别技术的手机，现有技术是将人脸图像采集所需要的红外光源13以及红外摄像头14设置于刘海部位。并且为实现3D人脸识别，需要设置两个红外摄像头14。红外摄像头14的直径较大，这样会增大刘海部位1的面积，影响用户的视觉体验。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种图像采集设备，以解决现有图像采集设备上的红外摄像头比较占空间的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种图像采集设备，包括阻光膜，位于所述阻光膜中的至少两个用于小孔成像的第一成像孔以及位于所述阻光膜一侧的图像传感器，目标物发出的光线通过所述第一成像孔射向所述图像传感器，所述至少两个第一成像孔用于获得目标物的至少两个图像，根据所述至少两个图像建立目标物的3D模型。

进一步地，所述图像采集设备还包括红外光源，所述红外光源用于照射目标物，并产生反射光，所述反射光根据小孔成像原理通过所述第一成像孔射向所述图像传感器并成像。

进一步地，所述图像采集设备还包括显示屏，所述显示屏面向目标物。

进一步地，所述第一成像孔位于所述显示屏的非显示区域内，所述非显示区域包括图像采集设备的边框部位和刘海部位。

进一步地，所述第一成像孔位于所述显示屏的显示区域内，所述显示屏中设置有与所述第一成像孔对应的透光孔，目标物发出的光线依次通过所述透光孔、所述第一成像孔射向所述图像传感器。

进一步地，所述显示屏包括发光板，所述发光板上设置有发光单元，所述透光孔设置于所述发光板中，所述第一成像孔与所述透光孔一一对应，每个所述透光孔占用一个发光单元的位置或占用一个像素点的位置。

进一步地，所述图像传感器内设置有与所述第一成像孔相对应的腔体，所述腔体底部设置有感光部位。

进一步地，所述第一成像孔的靠近所述图像传感器的一侧设置有凸透镜，所述凸透镜将目标物上每个点所发出的光在通过所述第一成像孔后形成的光斑重新收缩，并在所述图像传感器上形成一个较小的像斑。

进一步地，每个所述第一成像孔用于采集目标物的完整图像。

进一步地，所述第一成像孔的直径为5微米-100微米。

进一步地，每两个所述第一成像孔的中心之间的距离为1毫米-100毫米。

进一步地，所述第一成像孔与所述图像传感器的感光部位之间的距离为1毫米-4毫米。

进一步地，所述第一成像孔适用于采集距离所述第一成像孔5厘米-100厘米的目标物的图像。

进一步地，所述阻光膜中还设置有用于小孔成像的第二成像孔，所述第一成像孔与所述第二成像孔用于采集不同目标物的图像。

进一步地，所述第二成像孔用于采集指纹图像。

进一步地，所述第一成像孔与第二成像孔共用图像传感器。

第二方面，本实用新型实施例还包括一种图像采集方法，包括：

利用至少两个成像孔通过小孔成像原理采集目标物的图像，每个所述成像孔均对应所述目标物的一个图像；

根据所述至少两个成像孔对应的图像建立3D模型。

进一步地，所述利用至少两个成像孔通过小孔成像原理采集目标物的图像，包括：

利用红外线照射目标物，并利用所述至少两个成像孔通过小孔成像原理采集目标物的红外图像。

进一步地，所述方法还包括：

在每个所述成像孔之后设置凸透镜以约束光路，使得所述目标物上每个点所成像斑直径缩小。

进一步地，所述图像包括人脸图像和用于动作捕捉的图像，所述人脸图像用于建立 3D人脸模型，所述用于动作捕捉的图像用于得到3D动作模型。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括上述第一方面所述的图像采集设备。

本实用新型实施例使用小孔成像方式代替现有技术中使用占用较大面积的摄像头，进行图像采集，由于用于小孔成像的成像孔占用面积远小于摄像头，从而可以极大的减小使用面积，从而在应用于手机等终端设备上时，可以提供更大的面积给屏幕，提供更高的屏幕占比。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种刘海屏的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种图像采集设备的截面示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种图像采集设备的截面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种图像采集设备的平面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种图像采集设备的分解示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种图像采集设备的截面示意图；

图7为本实用新型实施例提供的图像采集设备中发光板的平面结构示意图；

图8为目标物上一点与成像孔的位置关系示意图；

图9为目标物上一点经过成像孔后形成光斑的光路图；

图10为目标物上一点经过成像孔以及凸透镜后形成光斑的光路图；

图11为目标物上一点经过成像孔以及凸透镜后形成光斑的光路图；

图12为目标物上一点经过成像孔以及焦距较短的凸透镜后形成光斑的光路图；

图13为本实用新型实施例提供的另一种图像采集设备的截面示意图；

图14为本实用新型实施例提供的另一种图像采集设备的截面示意图；

图15为本实用新型实施例提供的一种图像采集设备的平面结构示意图；

图16为本实用新型实施例提供的图像采集设备中阻光膜的平面结构示意图；

图17为本实用新型实施例提供的图像采集设备中发光板的平面结构示意图；

图18为本实用新型实施例提供的一种图像采集方法的流程示意图。

其中，1、刘海部位；11、前置摄像头；12、扬声器；13、红外光源；14、红外摄像头；2、阻光膜；21、第一成像孔；22、第二成像孔；3、图像传感器；31、腔体；32、感光部位；4、发光板；41、透光孔；42、发光单元；43、电路网；5、凸透镜；A、目标物上的点；B、成像孔；C、光斑。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的一个发明构思是使用小孔成像方式代替现有技术中使用占用较大面积的摄像头，进行图像采集。由于用于小孔成像的成像孔占用面积远小于摄像头，从而可以极大的减小使用面积，从而在应用于手机等终端设备上时，可以提供更大的面积给屏幕，提供更高的屏幕占比。

如图2所示，本实用新型实施例提供的图像采集设备包括阻光膜2，位于所述阻光膜2中的至少两个用于小孔成像的第一成像孔21以及位于所述阻光膜2一侧的图像传感器3，光线通过所述第一成像孔21射向所述图像传感器3。所述至少两个第一成像孔21 用于获得同一目标物的至少两个图像，根据视差原理以建立目标物的3D模型。每个第一成像孔21可以采集目标物的完整图像，例如可以用于采集完整的人脸。根据采集到的人脸图像可以建立3D人脸模型，以进行人脸识别。也可以利用第一成像孔21采集用于动作捕捉的图像。根据同一目标物的至少两个图像，根据视差原理还原目标物的空间位置，追踪该空间位置以获得目标物动作轨迹，从而完成动作捕捉。动作捕捉可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域。

现有的摄像头采集图像利用透镜成像原理，相比透镜成像，小孔成像不需要调焦，占用面积也更小。然而，一般来说，小孔成像获得的图像分辨率会低于透镜成像，捕获的光的能量总量也低于透镜。所以，小孔成像方式更适用于对分辨率、对比度要求不高的场景，例如人脸识别或动作捕捉。人脸识别的要求是远低于自拍的要求的，一般来说自拍用透镜类摄像头更合适。

图像采集设备上可以还设置有用于射出红外线的红外光源13，例如红外灯，或称为红外补光灯。在环境较暗的情况下，可以开启红外光源13，当采集目标物的图像时，红外光源13照射目标物，目标物反射红外线产生反射光，反射光根据小孔成像原理通过第一成像孔21射向图像传感器3并成像，从而采集到红外图像。另外，目标物自身发射的红外线也可以通过第一成像孔21射向图像传感器3从而采集到红外图像。

如图2所示，图像传感器3内设置有与所述第一成像孔21相对应的腔体31，所述腔体31底部设置有感光部位32。对于腔体31的设置可以如图2所示，全部的第一成像孔21对应一个腔体31。为节省感应部位的面积，也可以如图3所示，第一成像孔21与腔体31一一对应。

图像采集设备可以应用于任何需要图像采集的电子设备中，这些电子设备可以设置有显示屏，也可以不设置显示屏。当图像采集设备应用于设置有显示屏的电子设备中时，图像采集设备还包括显示屏，一般来说，显示屏会面向用户脸部，当用户脸部是目标物时，显示屏同时也是面向目标物的。在现有技术中心，显示屏所在平面，往往包括显示区域和非显示区域，例如，非显示区域包括边框部位，和/或刘海部位1。显示屏的显示区域内设置有发光板4，发光板4由发光单元组成，通过控制发光单元的发光，可以显示各种图案。

所述第一成像孔21可以位于显示屏所在平面的非显示区域内，以下以第一成像孔21位于刘海部位1进行说明。如图4和图5所示，显示屏的刘海部位1位于非显示区域内，刘海部位1上开有用于小孔成像的第一成像孔21，在第一成像孔21下方设置有图像传感器3，以接受目标物通过小孔成像原理所成的像。红外光源13也可以设置于刘海部位1上。

由于本实用新型实施例采用小孔成像原理采集目标物的图像，用于小孔成像的成像孔的直径比摄像头的直径要小，所以本实用新型实施例的成像孔可以占用较小的空间。

所述第一成像孔21也可以位于显示屏的显示区域内，在该实施方式中，显示屏中设置有与第一成像孔21对应的透光孔41，光线依次通过所述透光孔41、所述第一成像孔 21射向所述图像传感器3。透光孔41可以位于发光板4中。如图6和图7所示，所述发光板4可以采用有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)发光板，OLED 发光板上设置有多个发光单元42，每个或多个(例如，每红绿蓝三个)发光单元42对应一个像素点，可以通过控制发光板4上的各个像素点发出的光的颜色，以显示相应的图案。所述第一成像孔21与所述透光孔41一一对应，每个所述透光孔41占用一个发光单元42的位置，也就是说，透光孔41所在位置可以不设置发光单元42，透光孔41可以为通孔或者填装有透明材质。当透光孔41比一个发光单元42所占用的面积较大时，也可以占用较多的发光单元42的位置。在本实用新型实施例中，透光孔41占用的发光单元42的数目，可以根据透光孔的大小以及一个发光单元42所占的位置的大小进行具体限定，透光孔41占用的发光单元42的数目并不一定。就一般用于人眼浏览的显示屏而言，其像素点大小在50微米附近，所以挖掉一个像素点来形成透光孔41已足够，也就是说一个透光孔41可以仅占用一个像素点的位置。

如图7所示，发光板4中还包括驱动各个发光单元42的电路网43。本实施例中，当透光孔41占用一个发光单元42的位置时，透光孔41所在位置上不设置发光单元42，也就不需要控制该发光单元42的电路，所以可以将任一发光单元42及控制其电路的所在部位设置为透光孔41。

在本实用新型实施例中，所述第一成像孔21的直径可以为5微米-50微米。每两个所述第一成像孔21的中心之间的距离可以为1毫米-100毫米。所述第一成像孔21与所述图像传感器3的感光部位32之间的距离可以为1毫米-4毫米，也就是说，图像传感器3中的腔体31的深度可以为1毫米-4毫米。这样设置的第一成像孔21与图像传感器 3可以适用于采集距离第一成像孔21或屏幕5厘米-100厘米的人脸图像。

在本实用新型所使用的小孔成像方法中，成像孔的孔径越大，接受到的光能量越大，但是清晰度也会下降。如图8和9所示，目标物上的点A所发出的光，通过成像孔B后会成为一个大于成像孔B的光斑C，成像孔B的孔径越大，形成的光斑C也就越大，图像也会越不清晰。如果成像孔B较小，则获取的光能量较少，难以成像。而且成像孔较小的情况下，光线衍射也会变得严重，同样会降低图像清晰度。该成像孔B为用于小孔成像的孔。

为了解决这一问题，本实用新型还提出了一种想法，如图10所示，在成像孔B后增加一块凸透镜5，将目标物上的点A所发出的光在通过成像孔B后形成的光斑重新收缩，成为一个较小的光斑C，从而提高图像的清晰度。凸透镜5的两面可以均为曲面。在实际生产中，成像孔B后可能会设置有一层玻璃或其他透明介质，此时如图11所示，可以将凸透镜设置为平凸透镜，即一面为平面，另一面为曲面，平的一面贴合在玻璃或透明介质上，这样较易于生产安装。

值得注意得是，并非所有的凸透镜都能增加清晰度。如图12所示，如果凸透镜5焦距太短，光线汇聚后会发散开。这时候光斑可能反而会变大，从而降低清晰度。一般来说，设凸透镜5中心到图像传感器的感光部位之间的距离为L，则凸透镜5的焦距设置为2L至L/2之间则可以缩小像斑，提高清晰度。如果焦距大于2L，仍然可以有效果，只是效果会降低。一般来说，焦距设置为L时效果最好。

在本实用新型实施例中，如图13所示，可以在所述第一成像孔21的靠近所述图像传感器3的一侧设置凸透镜5，凸透镜5将目标物上每个点所发出的光在通过所述第一成像孔21后形成的光斑重新收缩，并在图像传感器3上形成一个较小的像斑。凸透镜5 能够约束光路，使得所述目标物上每个点所成像斑直径缩小，提高图像的分辨率。如图 13所示，凸透镜5的两面可以均为曲面，也可以如图14所示，一面为平面，另一面为曲面。该凸透镜为微透镜，直径可以为10微米-1000微米。在具体实施中，凸透镜5的焦距可以为小孔成像的像距的一半至无限大。小孔成像的像距也可以说是腔体的深度。优选地，凸透镜5的焦距与小孔成像的像距相等。凸透镜5的焦距可以为100微米-1毫米。

如果目标物是人脸，且第一成像孔21位于终端设备，例如手机上，这时一个典型的数值是这样的：

人脸与第一成像孔21之间的距离时20厘米-40厘米，第一成像孔21与图像传感器3的感光部位32之间的距离是1毫米。

这时，可以将凸透镜5贴近第一成像孔21，并且将凸透镜5的焦距设置为1毫米，这样人脸上每个点所发出的光，在通过小孔后，可以近似看作是平行光，从而会在焦点上，也就是在感光部件32上汇聚。这样会得到比较好或是最好的清晰度。

优选的，凸透镜5的轴线可以通过第一成像孔的中心，凸透镜5可以贴近第一成像孔21，也可以间隔有一定距离。当凸透镜5贴近第一成像孔21时，可以近似认为凸透镜5的中心与第一成像孔21的中心重合。

另一方面，凸透镜5的中心到感光部位32上的各个点之间的距离是有变化的，一般不会完全相同，但是凸透镜5的焦距设置好之后就不便于变化了。在选取凸透镜5的焦距的时候可以根据最经常使用或者最重要的感光部位32上的点所在的位置综合考虑选取焦距。一般来说，距离成像孔中心最近的感光部位是最重要的。

上述所说的每两个所述第一成像孔21的中心之间的距离为1毫米-100毫米，该距离为常用距离，在具体实施中，每两个第一成像孔21的中心之间的距离也可以大于100 毫米，该距离越大，各个第一成像孔21采集到的图像的视差也就越大，越有助于建立目标物的3D模型。例如，如图15所示，两个第一成像孔21分别位于显示屏的左右两侧。同理，两个第一成像孔21也可以分别位于显示屏的上下两侧。当第一成像孔21之间的距离较大时，每个第一成像孔21可以对应不同的图像传感器3。

如图16所示，当第一成像孔21位于显示区域内时，阻光膜2中还可以设置用于小孔成像的第二成像孔22，所述第一成像孔21与所述第二成像孔22的直径不同，并且用于采集不同目标物的图像。第二成像孔22可以用于采集指纹图像，所述第一成像孔21 与第二成像孔22共用图像传感器3，从而能够简化结构，并且降低图像传感器3的制造成本。所述第二成像孔22的直径可以为5微米-50微米。采集指纹要求的清晰度高于采集人脸所要求的，所以一般而言，需要较小的小孔。然而，如果有非常精密的图像传感器，采集人脸和采集指纹也可以使用同样小的小孔。

如图17所示，发光板4中设置有与所述第二成像孔22对应的透光孔41，由于第二成像孔22对应的透光孔41比第一成像孔21对应的透光孔41要小，并且电路网43分隔发光板4为多个透光区域，所以第二成像孔22对应的透光孔41可以设置于该透光区域，并且不会破坏发光单元42以及电路网43。用于采集指纹的光线可以依次通过透光孔41、第二成像孔22射向图像传感器3中。第二成像孔22对应的透光孔41可以为通孔或填装有透明材质。

阻光膜2中可以设置多个第二成像孔22，第二成像孔22可以成阵列排布。图像传感器3中设置有与所述第二成像孔22对应的腔体31，腔体31底部设置有感光部位32。第二成像孔22对应的腔体31的深度可以与第一成像孔21对应的腔体31的深度不同。全部的第二成像孔22可以对应一个腔体31，或者，每个第二成像孔22均对应一个腔体 31，也就是说，第二成像孔22与腔体31一一对应。

第一成像孔21的集合与第二成像孔22的集合可以位于阻光膜2不同的区域内，第二成像孔22也可以围绕第一成像孔21设置，在此不对第一成像孔21与第二成像孔22 的排列进行具体限定。

如图18所示，本实用新型实施例还提供了一种图像采集方法，该方法可以包括：

步骤1801，利用至少两个成像孔通过小孔成像原理采集目标物的图像，每个所述成像孔均对应所述目标物的一个图像。

在具体实施中，可以开启红外照射，利用红外线照射目标物，并利用所述至少两个成像孔通过小孔成像原理采集目标物的红外图像。

在每个所述成像孔之后可以设置凸透镜以约束光路，使得所述目标物上每个点所成像斑直径缩小。

步骤1802，根据所述至少两个成像孔对应的图像建立3D模型。

所述图像包括人脸图像和用于动作捕捉的图像，所述人脸图像用于建立3D人脸模型，所述用于动作捕捉的图像用于得到3D动作模型。

本实施例提供的图像采集方法应用于上述图像采集设备中，图像采集方法的具体过程及说明可以参考上述对图像采集设备的描述，在此不对该图像采集方法进行赘述。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的图像采集设备。该电子设备可以包括手机、平板电脑、智能手环、摄像机、个人数字助理(Personal DigitalAssistant，PDA)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种图像采集设备，其特征在于，包括阻光膜，位于所述阻光膜中的至少两个用于小孔成像的第一成像孔以及位于所述阻光膜一侧的图像传感器，目标物发出的光线通过所述第一成像孔射向所述图像传感器，所述至少两个第一成像孔用于获得目标物的至少两个图像，根据所述至少两个图像建立目标物的3D模型。

2.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，还包括红外光源，所述红外光源用于照射目标物，并产生反射光，所述反射光根据小孔成像原理通过所述第一成像孔射向所述图像传感器并成像。

3.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，所述图像采集设备还包括显示屏，所述显示屏面向目标物。

4.如权利要求3所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔位于所述显示屏的非显示区域内，所述非显示区域包括图像采集设备的边框部位和刘海部位。

5.如权利要求3所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔位于所述显示屏的显示区域内，所述显示屏中设置有与所述第一成像孔对应的透光孔，目标物发出的光线依次通过所述透光孔、所述第一成像孔射向所述图像传感器。

6.如权利要求5所述的图像采集设备，其特征在于，所述显示屏包括发光板，所述发光板上设置有发光单元，所述透光孔设置于所述发光板中，所述第一成像孔与所述透光孔一一对应，每个所述透光孔占用一个发光单元的位置或占用一个像素点的位置。

7.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，所述图像传感器内设置有与所述第一成像孔相对应的腔体，所述腔体底部设置有感光部位。

8.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔的靠近所述图像传感器的一侧设置有凸透镜，所述凸透镜将目标物上每个点所发出的光在通过所述第一成像孔后形成的光斑重新收缩，并在所述图像传感器上形成一个较小的像斑。

9.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，每个所述第一成像孔用于采集目标物的完整图像。

10.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔的直径为5微米-100微米。

11.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，每两个所述第一成像孔的中心之间的距离为1毫米-100毫米。

12.如权利要求7所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔与所述图像传感器的感光部位之间的距离为1毫米-4毫米。

13.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔适用于采集距离所述第一成像孔5厘米-100厘米的目标物的图像。

14.如权利要求1所述的图像采集设备，其特征在于，所述阻光膜中还设置有用于小孔成像的第二成像孔，所述第一成像孔与所述第二成像孔用于采集不同目标物的图像。

15.如权利要求14所述的图像采集设备，其特征在于，所述第二成像孔用于采集指纹图像。

16.如权利要求14所述的图像采集设备，其特征在于，所述第一成像孔与第二成像孔共用图像传感器。

17.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-16中任一项所述的图像采集设备。

18.一种成像装置，其特征在于，包括用于小孔成像的成像孔，以及处于小孔一侧的凸透镜，所述凸透镜将处于小孔另一侧的目标物上每个点所发出的光在通过所述成像孔后形成的光斑收缩，并形成一个较小的像斑。