CN216595712U - 图像捕获设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及图像捕获设备。图像捕获设备可以包括：在图像捕获设备的主体中的透镜镜筒；能够在图像捕获设备的主体上安装的可替换透镜结构，该可替换透镜结构包括第一组两个或更多个堆叠透镜，第一组两个或更多个堆叠透镜包括第一外透镜和第一保持环，该第一保持环被配置为在第一布置中将第一组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固，其中第一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当第一外透镜在水下时，在透镜镜筒和第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到第一外透镜上的光进行准直；以及安装在主体内的透镜镜筒的第二端处的图像传感器。以此方式，可以避免光学失真，提升被捕获图像的质量，并且对能够有效地避免镜头受到冲击而损坏。

Description

图像捕获设备
技术领域
本公开涉及图像捕获设备和可互换透镜结构。
背景技术
图像捕获设备(诸如相机)可以将内容捕获为图像(例如，静止图像或视频的帧)。光可以经由透镜被接收和聚焦并且可以由图像传感器转换为电子图像信号。图像信号可以由图像信号处理器(ISP) 处理以形成图像，该图像可以被存储和/或编码。在一些实施方式中，多个图像或视频帧可以包括在空间上相邻或重叠的内容。外透镜可能在图像捕获设备的使用期间受到来自冲击的划痕、裂纹或其他损坏，这可以造成光学失真和被捕获图像的质量的下降。例如，支持宽视场的透镜(例如，鱼眼透镜)可以从图像捕获设备的主体突出，并且因此特别地容易受到冲击损坏。
实用新型内容
目前的技术中不能够有效地解决光学失真、被捕获图像的质量的下降以及透镜容易受到冲击损坏等问题。本公开主要描述了尤其用于可替换外透镜的装置，以至少部分地解决目前的技术中存在的上述问题。
根据本公开的一个方面，一种图像捕获设备，包括：透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中，透镜镜筒包括多个内透镜；第一可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，第一可替换透镜结构包括第一组两个或更多个堆叠透镜，第一组两个或更多个堆叠透镜包括第一外透镜和第一保持环，第一保持环被配置为在第一布置中将第一组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使第一组两个或更多个堆叠透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当第一外透镜在水下时，在透镜镜筒和第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到第一外透镜上的光进行准直；第二可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，第二可替换透镜结构包括第二组两个或更多个堆叠透镜，第二组两个或更多个堆叠透镜包括第二外透镜和第二保持环，第二保持环被配置为在第三布置中将第二组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二组两个或更多个堆叠透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第二组两个或更多个堆叠透镜被配置为当第二外透镜在空中时，在透镜镜筒和第二可替换透镜结构之间的接口处对入射到第二外透镜上的光进行准直；以及图像传感器，在透镜镜筒的第二端处被安装在主体内，并且被配置为当第一保持环在第一布置中时，基于通过第一组两个或更多个堆叠透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像，并且被配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二组两个或更多个堆叠透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像。
在一些实施例中，第一外透镜具有比第二外透镜更高的折射率。
在一些实施例中，第一外透镜具有大于第二外透镜的相应的第二曲率半径的第一曲率半径。
在一些实施例中，第一外透镜是超半球形的。
在一些实施例中，第一外透镜具有大小小于一米的焦距。
在一些实施例中，第一外透镜是非球面的。
在一些实施例中，第一外透镜的外表面具有多个曲率半径。
在一些实施例中，第一组两个或更多个堆叠透镜共同地具有与第二组两个或更多个堆叠透镜相同的光功率。
在一些实施例中，第一保持环包括卡口机构，卡口机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。
在一些实施例中，第二保持环包括卡口机构，卡口机构被配置为促进在第三布置和第四布置之间的过渡。
在一些实施例中，第一保持环包括螺纹机构，螺纹机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。
在一些实施例中，第二保持环包括螺纹机构，螺纹机构被配置为促进在第三布置和第四布置之间的过渡。
在一些实施例中，第一保持环包括卡环机构，卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。
在一些实施例中，第二保持环包括卡环机构，卡环机构被配置为促进在第三布置和第四布置之间的过渡。
根据本公开的另一个方面，一种图像捕获设备，包括：透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中；可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，可替换透镜结构包括一组两个或更多个堆叠透镜，一组两个或更多个堆叠透镜包括外透镜和保持环，保持环被配置为在第一布置中将一组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使一组两个或更多个堆叠透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当外透镜在水下时，在透镜镜筒和可替换透镜结构之间的接口处对入射到外透镜上的光进行准直；以及图像传感器，在透镜镜筒的第二端处被安装在主体内，并且被配置为当保持环在第一布置中时，基于通过一组两个或更多个堆叠透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像。
在一些实施例中，外透镜是超半球形的。
在一些实施例中，外透镜具有大小小于一米的焦距。
在一些实施例中，外透镜是非球面的。
在一些实施例中，透镜镜筒包括多个内透镜，其中多个内透镜中的至少一个内透镜是弯曲的。
在一些实施例中，保持环包括卡口机构或螺纹机构中的至少一个机构，以促进在第一布置和第二布置之间的过渡。
在一些实施例中，保持环包括卡环机构，卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。
在一些实施例中，图像捕获设备包括防水O型环，防水O型环径向地围绕外透镜被定位。
在一些实施例中，透镜镜筒是第一透镜镜筒，可替换透镜结构是第一可替换透镜结构，外透镜是第一外透镜，保持环是第一保持环，并且图像传感器是第一图像传感器，图像捕获设备包括：第二透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中；第二可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，第二可替换透镜结构包括第二外透镜和第二保持环，第二保持环被配置为在第三布置中将第二外透镜抵靠第二透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二外透镜从图像捕获设备的主体脱离；以及第二图像传感器，在第二透镜镜筒的第二端处被安装在主体内，并且被配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二外透镜而入射到第二图像传感器上的光来捕获图像，其中第一图像传感器和第二图像传感器面向相背的方向。
在一些实施例中，第二外透镜是水下超半球形透镜，水下超半球形透镜具有大小小于一米的焦距。
根据本公开的又一个方面，一种图像捕获设备，包括：透镜镜筒，放置在图像捕获设备的主体中；第一可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，第一可替换透镜结构包括第一组堆叠透镜和第一保持环，第一保持环被配置为将第一可替换透镜结构抵靠透镜镜筒的第一端紧固；其中第一组堆叠透镜被配置为当第一外透镜在水下时，在透镜镜筒和第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到第一组堆叠透镜的第一外透镜上的光进行准直；第二可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，第二可替换透镜结构包括第二组堆叠透镜和第二保持环，第二保持环被配置为将第二可替换透镜结构抵靠透镜镜筒的第一端紧固；其中第二组堆叠透镜被配置为当第二外透镜在空中时，在透镜镜筒和第二可替换透镜结构之间的接口处对入射到第二组堆叠透镜的第二外透镜上的光进行准直；以及图像传感器，邻近透镜镜筒的第二端被安装在主体内，并且被配置为：当第一可替换透镜结构被安装在图像捕获设备的主体上并且利用第一保持环被紧固时，基于通过第一组堆叠透镜而入射到图像传感器的光来捕获图像；以及当第二可替换透镜结构被安装在图像捕获设备的主体上并且利用第二保持环被紧固时，基于通过第二组堆叠透镜而入射到图像传感器的光来捕获图像。
在一些实施例中，第一保持环和第二保持环分别包括卡口机构，卡口机构被配置为促进紧固。
在一些实施例中，第一保持环和第二保持环分别包括螺纹机构，螺纹机构被配置为促进紧固。
在一些实施例中，第一保持环和第二保持环分别包括卡环机构，卡环机构被配置为促进紧固。
在一些实施例中，透镜镜筒包括多个内透镜，其中多个内透镜中的至少一个内透镜是弯曲的。
在一些实施例中，第一外透镜具有比第二外透镜更高的折射率和更大的曲率半径。
在第一方面中，本说明书中所描述的技术主题可以被实施在图像捕获设备中，该图像捕获设备包括：透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中，该透镜镜筒包括多个内透镜；第一可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，该第一可替换透镜结构包括第一组两个或更多个堆叠透镜，第一组两个或更多个堆叠透镜包括第一外透镜和第一保持环，该第一保持环被配置为在第一布置中将第一组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使第一组两个或更多个堆叠透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当第一外透镜在水下时，在透镜镜筒和第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到第一外透镜上的光进行准直；第二可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，该第二可替换透镜结构包括第二组两个或更多个堆叠透镜，第二组两个或更多个堆叠透镜包括第二外透镜和第二保持环，该第二保持环被配置为在第三布置中将第二组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二组两个或更多个堆叠透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第二组两个或更多个堆叠透镜被配置为当第二外透镜在空中时，在透镜镜筒和第二可替换透镜结构之间的接口处对入射到第一外透镜上的光进行准直；以及图像传感器，在透镜镜筒的第二端处被安装主体内，并且被配置为当第一保持环在第一布置中时，基于通过第一组两个或更多个堆叠透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像，并且被配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二组两个或更多个堆叠透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像。
在第一方面中，第一外透镜可以具有比第二外透镜更高的折射率。在第一方面中，第一外透镜可以具有大于第二外透镜的相应的第二曲率半径的第一曲率半径。在第一方面中，第一外透镜可以具有大小小于一米的焦距。在第一方面中，第一组两个或更多个堆叠透镜共同地可以具有与第二组两个或更多个堆叠透镜相同的光功率。在第一方面中，第一外透镜可以是非球面的。在第一方面中，第一外透镜的外表面具有多个曲率半径。在第一方面中，第一外透镜可以是超半球形的。例如，多个内透镜中的至少一个内透镜可以是弯曲的。在第一方面中，透镜镜筒可以是第一透镜镜筒并且图像传感器可以是第一图像传感器，并且图像捕获设备可以包括：第二透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中；第二可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，该第二可替换透镜结构包括第二外透镜和第二保持环，该第二保持环被配置为在第三布置中将第二外透镜抵靠第二透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二外透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第二外透镜是水下超半球形透镜，水下超半球形透镜具有大小小于一米的焦距的；以及第二图像传感器，在第二透镜镜筒的第二端处被被安装在主体内，并且被配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二外透镜而入射到第二图像传感器上的光来捕获图像，其中第一图像传感器和第二图像传感器面向相背的方向。在第一方面中，第一保持环可以包括卡口(bayonet)机构，该卡口机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第一方面中，第一保持环可以包括螺纹机构，该螺纹机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第一方面中，第一保持环可以包括卡环 (snap-ring)机构，该卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第一方面中，图像捕获设备可以包括防水O型环，该防水O型环径向地围绕第一外透镜被定位。第一方面可以包括在本段中所描述特征的任意组合。
在第二方面中，本说明书所描述的主题可以被实施在图像捕获设备中，该图像捕获设备包括：透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中；第一可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，该第一可替换透镜结构包括第一组两个或更多个堆叠透镜，第一组两个或更多个堆叠透镜包括第一外透镜和第一保持环，该第一保持环被配置为在第一布置中将第一组两个或更多个堆叠透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使第一组两个或更多个堆叠透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当第一外透镜在水下时，在透镜镜筒和第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到第一外透镜上的光进行准直；以及图像传感器，在透镜镜筒的第二端处安装在主体内，并且被配置为当第一保持环在第一布置中时，基于通过第一组两个或更多个堆叠透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像。
在第二方面中，第一外透镜可以具有比第二外透镜更高的折射率。在第二方面中，第一外透镜可以具有大于第二外透镜的相应的第二曲率半径的第一曲率半径。在第二方面中，第一外透镜可以具有大小小于一米的焦距。在第二方面中，第一组两个或更多个堆叠透镜共同地可以具有与第二组两个或更多个堆叠透镜相同的光功率。在第二方面中，第一外透镜可以是非球面的。在第二方面中，第一外透镜的外表面具有多个曲率半径。在第二方面中，第一外透镜可以是超半球形的。在第二方面中，透镜镜筒可以包括多个内透镜。例如，多个内透镜中的至少一个内透镜可以是弯曲的。在第二方面中，透镜镜筒可以是第一透镜镜筒并且图像传感器可以是第一图像传感器，并且图像捕获设备可以包括在图像捕获设备的主体中的第二透镜镜筒；能够在图像捕获设备的主体上安装的第二可替换透镜结构，该第二可替换透镜结构包括第二外透镜，以及第二保持环，该第二保持环被配置为在第三布置中将第二外透镜抵靠第二透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二外透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第二外透镜是有大小小于一米的焦距的水下超半球形透镜；以及安装在主体内的第二透镜镜筒的第二端处的第二图像传感器，并且被配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二外透镜而入射到第二图像传感器上的光来捕获图像，其中第一图像传感器和第二图像传感器面向相背的方向。在第二方面中，第一保持环可以包括卡口机构，该卡口机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第二方面中，第一保持环可以包括螺纹机构，该螺纹机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第二方面中，第一保持环可以包括卡环机构，该卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第二方面中，图像捕获设备可以包括防水O型环，该防水O型环在径向上被定位围绕第一外透镜。第二方面可以包括在本段中所描述特征的任意组合。
在第三方面中，本说明书所描述的技术主题可以被实施在图像捕获设备中，该图像捕获设备包括在图像捕获设备的主体中的透镜镜筒；能够在图像捕获设备的主体上安装的第一可替换透镜结构，该第一可替换透镜结构包括第一外透镜，以及第一保持环，该第一保持环被配置为在第一布置中将第一外透镜抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使第一外透镜从图像捕获设备的主体脱离，其中第一外透镜是有大小小于一米的焦距的水下超半球形透镜；以及安装在主体内的透镜镜筒的第二端处的图像传感器，并且被配置为当第一保持环在第一布置中时，基于通过第一外透镜而入射到图像传感器上的光来捕获图像。
在第三方面中，透镜镜筒可以是第一透镜镜筒并且图像传感器可以是第一图像传感器，并且图像捕获设备可以包括：第二透镜镜筒，在图像捕获设备的主体中；第二可替换透镜结构，能够在图像捕获设备的主体上安装，该第二可替换透镜结构包括第二外透镜和第二保持环，该第二保持环被配置为在第三布置中将第二外透镜抵靠第二透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二外透镜从图像捕获设备的主体脱离；以及第二图像传感器，在第二透镜镜筒的第二端处被安装在主体内，并且被配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二外透镜而入射到第二图像传感器上的光来捕获图像。例如，第一图像传感器和第二图像传感器可以面向相背的方向。例如，第二外透镜可以是水下超半球形透镜，水下超半球形透镜具有大小小于一米的焦距。在第三方面中，透镜镜筒可以包括多个内透镜。例如，多个内透镜中的至少一个内透镜可以是弯曲的。在第三方面中，第一保持环可以包括卡口机构，该卡口机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第三方面中，第一保持环可以包括螺纹机构，该螺纹机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第三方面中，第一保持环可以包括卡环机构，该卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。在第三方面中，图像捕获设备可以包括防水O型环，该防水O型环在径向上被定位围绕第一外透镜。第三方面可以包括在本段中所描述特征的任意组合。
以此方式，可以避免光学失真，提升被捕获图像的质量，并且对能够有效地避免镜头受到冲击而损坏。
本公开的这些和其他方面在以下详细描述、所附权利要求和附图中被公开。
附图说明
所公开的实施例具有其他优点和特征。从详细描述、所附权利要求书和附图中，这些优点和特征将变得更加显而易见。附图的简要介绍如下。
图1是用于内容捕获的图像捕获系统的示例的示图。
图2是图像捕获设备的示例的框图。
图3A示出了能够捕获球形内容的图像捕获设备。
图3B是包括重叠视场的图像捕获装置的示例的横截面图。
图4A示出了可互换透镜结构的示例的横截面侧视图，该可互换透镜结构被配置用于水下的图像捕获，该可互换透镜结构安装在透镜镜筒上方，图像传感器上方。
图4B示出了可互换透镜结构的示例的横截面侧视图，该可互换透镜结构被配置用于在空中的图像捕获，该可互换透镜结构安装在透镜镜筒上方，图像传感器上方。
图5A示出了包括卡口机构的可互换透镜结构的示例。
图5B示出了包括螺纹机构的可互换的镜头结构的示例。
图5C示出了包括卡环机构的可互换透镜结构的示例。
图5D示出了包括螺钉孔的可互换透镜结构的示例。
图6A示出了具有径向O型环的可互换透镜结构的示例的分解图。
图6B示出了具有径向O型环的可互换透镜结构的示例的侧视图。
图7A示出了具有径向胶的可互换透镜结构的示例的分解图。
图7B示出了具有径向胶的可互换透镜结构的示例的侧视图。
图8示出了外透镜的示例的横截面侧视图。
图9是用于替换安装在透镜镜筒上方的外透镜的示例过程的流程图。
具体实施方式
下面描述用于可互换透镜结构的系统和方法。设计为空中使用的用于图像捕获的透镜结构(例如，透镜L1至Ln的堆叠)在水下操作时，可以存在图像质量下降的问题。当这种透镜结构在水下使用时可以出现的另一个问题是，由于透镜的基本光学不变性，角视场可能变得更小(例如，h*n*NA＝h'*n'*NA'，其中h、h'、n、n'、NA和NA' 分别是物体和图像高度、物体和图像空间中的指数，以及物体和图像空间中的数值孔径)。通过将包括整体透镜结构的一个或多个最外层透镜的可替换透镜结构更换成为水下使用而设计的可替换透镜结构，可以避免或减轻这些问题。两个可替换透镜结构(例如，一个用于水下使用并且一个用于空中使用)两者可以被设计成与图像捕获设备的主体中的固定透镜镜筒在光学上相兼容，该固定透镜镜筒包括整体透镜结构的一个或多个最内层透镜，这些透镜在两种使用情况下是共用的。例如，通过将可替换透镜结构构造成在可替换透镜结构和共同的透镜镜筒之间的接口处准直来自相应环境(例如，水或空气)的入射光，可以促进可替换透镜结构的互换，这可以使整体透镜结构对可替换透镜结构相对于固定透镜镜筒的错位较不敏感。这些技术可以使得能够使用水下外透镜，该水下外透镜是超半球形的(例如，具有大于 180度的视场)并且具有高光功率，而不会在用不同的可替换透镜结构进行空中操作期间扭曲图像捕获。
鉴于宽视场透镜需要覆盖的视场，宽视场透镜(例如，超半球形透镜)经常无法获得平坦透镜盖的保护。然而，宽视场透镜确实像所有其他透镜一样划伤并且受到冲击损坏。如果没有一种机构来保护透镜或允许修理/保养/替换这些镜头，由图像捕获设备(例如，相机) 所提供的图像质量可以显著下降，在图像捕获设备的使用期间发生的透镜损坏，可以使图像捕获设备无法使用。本文所描述的是可互换的外透镜结构，该透镜结构促进将透镜组件的图像质量保持在可接受规格内所需的维护操作。
可以使用不同的技术将可替换外透镜与透镜镜筒的光学器件(例如，一个或多个内透镜)和/或在透镜镜筒另一端处的图像传感器对齐。例如，可以使用压配合、过渡配合、间隙配合、锥形和/或螺纹技术来用于对齐外透镜。不同的机构(诸如螺纹、卡口和/或卡入机构)可以用于将外透镜紧固在覆盖透镜镜筒的端部的位置。可以被采用以用于组装可互换透镜结构的不同技术的示例包括(但是不限于)1件式卡入透镜、通过将保持环紧固到透镜镜筒或图像捕获设备的主体的另一部分而用摩擦锁将透镜夹持在位置上的保持环、安装(例如，使用胶) 到外透镜的保持环、安装到凸缘和保持环的外透镜、安装到保持环和透镜镜筒保持插入件(例如，包括螺纹)的外透镜，或安装到凸缘、保持环和透镜镜筒保持插入件的外透镜。
本文所描述的用于可替换外透镜的系统和方法可以提供优点，诸如节省替换具有内透镜的透镜镜筒的成本，以及当外透镜由于划痕或其他损坏而必须被替换时，和/或通过使带内透镜的透镜镜筒与图像传感器保持始终如一的对齐而改善外透镜替换之后所捕获的图像质量。
正如本文所使用的，术语“弯曲透镜”指有光学表面的实质曲率的透镜(例如，塑料或玻璃透镜)，该透镜用于聚焦通过透镜入射的光。例如，弯曲透镜可以包括光学表面的一部分，其具有小于光学表面的宽度或直径的10倍的曲率半径。
正如本文所使用的，当修改透镜时，术语“水下”指透镜(例如，塑料或玻璃透镜)，该透镜被构造成将从水介质入射到透镜上的光聚焦到目标上(例如，透镜堆叠中的下一个透镜或图像传感器)。例如，水下透镜可以具有形状和折射率，该形状和折射率导致穿过水进入透镜的外表面的光被导向到对应的目标上。
参考附图详细描述实施方式，这些附图被提供作为示例以使本领域技术人员能够实践该技术。附图和示例并不旨在将本公开的范围限制为单个实施方式或实施例，并且其他实施方式和实施例通过与所描述或图示的元件中的一些或全部的互换或组合是可能的。在任何方便的地方，在所有附图中将使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。
图1是用于内容捕获的图像捕获系统100的示例的示图。如图1 所示，图像捕获系统100可以包括图像捕获装置110、外部用户接口 (UI)设备120或其组合。
在一些实施方式中，图像捕获装置110可以是多面装置并且可以包括多个图像捕获设备(诸如图1中所示的图像捕获设备130、132、 134)，图像捕获设备被布置在结构140中(诸如图示的立方体形状保持架)。虽然在图1中为简单起见示出了三个图像捕获设备130、132、134，但是图像捕获装置110可以包括任意数量的图像捕获设备。例如，图1中所示的图像捕获装置110可以包括六个相机，其可以包括所示的三个图像捕获设备130、132、134和未示出的三个相机。
在一些实施方式中，结构140可以具有诸如在25mm和150mm 之间的尺寸。例如，结构140的每条边的长度可以是105mm。结构 140可以包括安装端口142，该安装端口可以能够可移除地附接到支撑结构，诸如三脚架、拍照杆或任何其它相机安装件(未示出)。结构140可以是刚性支撑结构，使得图像捕获装置110的图像捕获设备 130、132、134的相对取向可以被维持在相对静止或固定的对齐中，本文所描述的情况除外。
图像捕获装置110可以获得或捕获有360°视场的图像内容(诸如图像、视频或两者)，本文中可以被称为全景或球形内容。例如，图像捕获设备130、132、134中的每个图像捕获设备可以包括用于接收和聚焦光的相应透镜，以及用于将被接收和聚焦的光转换为图像信号的图像传感器(诸如通过对光进行测量或采样)，并且多个图像捕获设备130、132、134可以被布置成使得相应图像传感器和透镜捕获以球形或近球形视场为特征的组合视场。
在一些实施方式中，图像捕获设备130、132、134中的每个图像捕获设备可以具有相应的视场170、172、174，诸如在纬度尺寸180、 182、184中包括90°并且在经度尺寸190、192、194中包括120°的视场170、172、174。在一些实施方式中，具有重叠视场170、172、 174的图像捕获设备130、132、134或其图像传感器可以相对于彼此以限定的角度(诸如以90°)被定向。在一些实施方式中，图像捕获设备130的图像传感器沿X轴线被导向，图像捕获设备132的图像传感器沿Y轴线被导向，并且图像捕获设备134的图像传感器沿Z轴被导向。相邻的图像捕获设备130、132、134的相应视场170、172、 174可以被定向以允许重叠而实现拼接功能。例如，用于图像捕获设备130的视场170的经度尺寸190可以相对于用于图像捕获设备134 的视场174的纬度尺寸184以90°被定向，用于图像捕获设备130 的视场170的纬度尺寸180可以相对于用于图像捕获设备132的视场172的经度尺寸192以90°被定向，并且用于图像捕获设备132的视场172的纬度尺寸182可以相对于用于图像捕获设备134的视场174 的经度尺寸194以90°被定向。
通过用于相邻的四个图像捕获设备130、132、134(未全部示出) 的90°、120°、90°、120°相应视场170、172、174(未全部示出) 的相继重叠，图1中所示的图像捕获装置110可以在垂直和/或水平平面中具有420°角覆盖。例如，分别用于图像捕获设备130、132的视场170、172以及与图像捕获设备130、132相对的两个图像捕获设备 (未示出)的视场(未示出)可以被组合以提供水平面中的420°角覆盖。在一些实施方式中，具有包括在垂直和/或水平平面中小于360°角覆盖的组合视场的图像捕获设备130、132、134的视场之间的重叠可以被对齐并且合并或组合以产生全景图像。例如，图像捕获装置110 可以处于运动中(诸如旋转)并且由图像捕获设备130、132、134中的至少一个图像捕获设备捕获的源图像可以被组合以形成全景图像。作为另一个示例，图像捕获装置110可以是静止的，并且由每个图像捕获设备130、132、134同时捕获的源图像可以被组合以形成全景图像。
在一些实施方式中，图像捕获设备130、132、134可以包括透镜 150、152、154或其他光学元件。光学元件可以包括一个或多个透镜、微距透镜、变焦透镜、特殊用途透镜、远摄透镜、定焦透镜、消色差透镜、复消色差透镜、分色透镜、直线性透镜、广角透镜、超广角透镜、球形透镜、鱼眼透镜、红外透镜、紫外透镜、透视控制透镜、其他透镜和/或其他光学元件。在一些实施方式中，透镜150、152、154 可以是直线性透镜并且产生直线性视场图像。在一些实施方式中，透镜150、152、154可以是鱼眼透镜并且产生鱼眼或近鱼眼视场图像。例如，图像捕获设备130、132、134的相应透镜150、152、154可以是鱼眼透镜。在一些实施方式中，由图像捕获装置110的两个或更多个图像捕获设备130、132、134捕获的图像可以通过拼接或合并被捕获图像的鱼眼投影来组合，以产生球形平面图像(equirectangular planarimage)。例如，第一鱼眼图像可以是圆形或椭圆形图像，并且可以被转变为第一矩形图像，第二鱼眼图像可以是圆形或椭圆形图像，并且可以被转变为第二矩形图像，并且第一和第二矩形图像可以被并排布置，其中可以包括重叠以及拼接在一起以形成球形平面图像。
图像捕获设备130、132、134可以包括可替换透镜结构，该可替换透镜结构允许图像捕获设备的外透镜150、152、154被替换，而不用替换包括一个或多个内透镜的底层透镜镜筒，该内透镜可以是弯曲的。例如，外透镜150可以是可替换透镜结构(例如，图4A的可替换透镜结构430)的一部分，该可替换透镜结构被构造用于水下使用。例如，外透镜150可以是可替换透镜结构(例如，图4B的可替换透镜结构470)的一部分，该可替换透镜结构被构造用于空中使用。例如，外透镜150可以是可替换透镜结构(例如，图5A的可互换透镜结构500)的一部分。
虽然在图1中未明确示出，但是在一些实施方式中，图像捕获设备130、132、134可以包括一个或多个图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)传感器、有源像素传感器(APS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)传感器和/或任何其他图像传感器或图像传感器的组合。
虽然在图1中未明确示出，但是在一些实施方式中，图像捕获装置110可以包括一个或多个麦克风，该麦克风可以接收、捕获和记录音频信息，该信息可以与图像传感器获取的图像相关联。
虽然在图1中未明确示出，但是图像捕获装置110可以包括一个或多个其他信息源或传感器，诸如惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)接收器部件、压力传感器、温度传感器、心率传感器、或可以包括在图像捕获装置中的任何其他单元或单元的组合。
在一些实施方式中，图像捕获装置110可以经由有线(未示出) 或无线(如所示)计算通信链路160与外部设备(诸如外部用户接口 (UI)设备120)接口或通信。虽然在图1中为简单起见示出了单个计算通信链路160，但可以使用任何数量的计算通信链路。虽然在图 1中计算通信链路160被示出为直接计算通信链路，但是可以使用间接计算通信链路，诸如包括另一设备或网络(诸如互联网)的链路。在一些实施方式中，计算通信链路160可以是Wi-Fi链路、红外链路、蓝牙(BT)链路、蜂窝链路、ZigBee链路、近场通信(NFC)链路 (诸如ISO/IEC 23243协议链路)、高级网络技术互操作性(ANT+) 链路和/或任何其他无线通信链路或链路的组合。在一些实施方式中，计算通信链路160可以是HDMI链路、USB链路、数字视频接口链路、显示端口接口链路(诸如视频电子标准协会(VESA)数字显示接口链路)、以太网链路、Thunderbolt链路和/或其他有线计算通信链路。
在一些实施方式中，用户接口设备120可以是计算设备，诸如智能手机、平板电脑、平板手机、智能手表、便携式电脑和/或其他设备或设备的组合，该其他设备或设备的组合被配置为接收用户输入，经由计算通信链路160与图像捕获设备110通信信息，或经由计算通信链路160接收用户输入并且与图像捕获设备110通信信息。
在一些实施方式中，图像捕获装置110可以经由计算通信链路 160向用户接口设备120传送图像(诸如全景图像或其部分)并且用户接口设备120可以存储、处理、显示全景图像或其组合。
在一些实施方式中，用户接口设备120可以显示或以其他方式呈现由图像捕获装置110获取的内容(诸如图像或视频)。例如，用户接口设备120的显示可以是进入三维空间中的视口，该三维空间由图像捕获装置110捕获或创建的全景图像或视频所表示。
在一些实施方式中，用户接口设备120可以向图像捕获装置110 通信信息(诸如元数据)。例如，用户接口设备120可以将用户接口设备120相对于限定坐标系的取向信息发送到图像捕获装置110，使得图像捕获装置110可以确定用户接口设备120相对于图像捕获装置 110的取向。基于所确定的取向，图像捕获装置110可以标识由图像捕获装置110捕获的全景图像或视频的一部分，以便图像捕获装置110发送给用户接口设备120以作为视口呈现。在一些实施方式中，基于所确定的取向，图像捕获装置110可以确定用户接口设备120的位置和/或用于观看全景图像或视频的一部分的尺寸。
在示例中，用户可以通过空间中的弧线或路径122(如图1中122 处所示的箭头所指示)旋转(挥动)用户接口设备120。用户接口设备120可以使用诸如计算通信链路160的通信接口将显示取向信息通信给图像捕获装置110。图像捕获装置110可以提供编码比特流，以在图像捕获装置110穿越路径122时，能够观看与显示位置的环境的一部分相对应的全景内容的一部分。相应地，来自用户接口设备120 的显示取向信息可以被传送到图像捕获装置110，以控制用户对被捕获的图像和/或视频的可选择的观看。
在一些实施方式中，图像捕获装置110可以经由有线或无线计算通信链路(未示出)与一个或多个其他外部设备(未示出)通信。
在一些实施方式中，由图像捕获装置110获得的数据(诸如图像数据、音频数据和/或其他数据)可以被包含到组合的多媒体流中。例如，多媒体流可以包括视频轨道和/或音频轨道。作为另一个示例，来自图像捕获装置110内和/或耦接至图像捕获装置110的各种元数据传感器和/或源的信息可以被处理以产生与视频和/或音频轨道相关联的元数据轨道。元数据轨道可以包括元数据，诸如白平衡元数据、图像传感器增益元数据、传感器温度元数据、曝光时间元数据、透镜光圈元数据、划界(bracketing)配置元数据和/或其他参数。在一些实施方式中，可以生成复用流以包含视频和/或音频轨道以及一个或多个元数据轨道。
在一些实施方式中，用户接口设备120可以实现或执行一个或多个应用程序(诸如GoPro Studio、GoPro App或两者)以管理或控制图像捕获装置110。例如，用户接口设备120可以包括用于控制相机配置、视频采集、视频显示或图像捕获装置110的任何其他可配置或可控制方面的应用程序。
在一些实施方式中，用户接口设备120，诸如经由应用程序(例如，GoPro App)，可以生成和分享(诸如经由基于云的或社交媒体服务)一个或多个图像或短视频剪辑(诸如响应于用户输入)。
在一些实施方式中，用户接口设备120，诸如经由应用程序(例如，GoPro App)，可以远程控制图像捕获装置110(诸如响应于用户输入)。
在一些实施方式中，用户接口设备120，诸如经由应用程序(例如，GoPro App)，可以在由图像捕获装置110捕获图像或视频的同时显示由图像捕获装置110捕获的未处理或最低程度地处理的图像或视频(诸如用于拍摄取景，本文中可以将其称为实时预览，并且可以响应于用户输入而被执行)。
在一些实施方式中，用户接口设备120，诸如经由应用程序(例如，GoPro App)，可以在由图像捕获装置110捕获图像或视频的同时标记一个或多个关键时刻(诸如用HiLightTag，诸如响应于用户输入)。
在一些实施方式中，用户接口设备120，诸如经由应用程序(例如，GoPro App)，可以显示或以其他方式呈现与图像或视频相关联的标记或标签(诸如HiLight标签，诸如响应于用户输入)。例如，标记可以在GoPro Camera Roll应用中被呈现，用于位置审查和/或视频亮点的回放。
在一些实施方式中，用户接口设备120，诸如经由应用程序(例如，GoPro App)，可以无线控制相机软件、硬件或两者。例如，用户接口设备120可以包括用户可访问的基于web的图形界面，用于选择来自图像捕获装置110的实时或先前录制的视频流以显示在用户接口设备120上。
在一些实施方式中，用户接口设备120可以接收指示用户设置的信息，诸如图像分辨率设置(例如，3840像素×2160像素)、帧率设置(例如，每秒60帧(fps))、位置设置和/或上下文设置，这些信息可以响应于用户输入而指示活动(诸如山地骑车)，并且可以将设置或相关信息通信给图像捕获装置110。
图2是根据本公开的实施方式的图像捕获设备200的示例的框图。在一些实施方式中，图像捕获设备200(诸如图1所示的图像捕获设备130、132、134中的一个图像捕获设备，可以是运动型相机) 可以包括音频部件210、用户接口(UI)单元212、输入/输出(I/O) 单元214、传感器控制器220、处理器222、电子存储单元224、图像传感器230、元数据单元232、光学单元234、通信单元240、电源系统250或其组合。
在一些实施方式中，音频部件210(可以包括麦克风)可以接收、采样、捕获、记录或其组合的音频信息(诸如声波)，该音频信息可以与图像捕获设备200同时捕获的图像或视频内容相关联(诸如与其相关联地存储)。在一些实施方式中，可以使用例如高级音频编码(AAC)、音频压缩-3(AC3)、运动图像专家组层-3音频(MP3)、线性脉冲码调制(PCM)、运动图像专家组-异构环境中的高效编码和媒体传输(MPEG-H)和/或其他音频编码格式(音频编解码器)对音频信息进行编码。在球形视频和/或音频的一个或多个实施方式中，音频编解码器可以包括三维音频编解码器(诸如Ambisonics)。例如， Ambisonics编解码器可以产生包括高度尺寸的全环绕音频。使用G格式的Ambisonics编解码器，可以省略特殊的解码器。
在一些实施方式中，用户接口单元212可以包括一个或多个单元，该一个或多个单元可以登记或接收来自用户的输入和/或向用户呈现输出(诸如显示器、触摸接口、近距离感应接口、光接收/发射单元、声音接收/发射单元、有线/无线单元和/或其他单元)。在一些实施方式中，用户接口单元212可以包括显示器、一个或多个触觉元件(例如，按键和/或虚拟触摸屏按键)、灯(LED)、扬声器和/或其他用户接口元件。用户接口单元212可以接收用户输入和/或向用户提供与图像捕获设备200的操作相关的信息。
在一些实施方式中，用户接口单元212可以包括显示单元，该显示单元呈现与相机控制或使用相关的信息，诸如操作模式信息(例如，图像分辨率、帧率、捕获模式、传感器模式、视频模式、照片模式)、连接状态信息(例如，连接、无线、有线连接)、电源模式信息(例如，待机模式、传感器模式、视频模式)、与其他信息源(例如，心率、GPS)相关的信息和/或其他信息。
在一些实施方式中，用户接口单元212可包括用户接口部件(诸如一个或多个按键)，该用户接口部件可以由诸如用户等操作，以控制相机操作(诸如启动、停止、暂停和/或恢复传感器和/或内容捕获)。与相应用户接口操作相关联的相机控制可以被限定。例如，与相应用户接口操作相关联的相机控制可以基于按键按压的持续时间(脉冲宽度调制)、按键按压的次数(脉冲码调制)或其组合来限定。在示例中，可以响应于检测两个短按键按压而开始传感器采集模式。在另一个示例中，视频模式的开始和照片模式的中止，或者照片模式的开始和视频模式的中止，可以响应于单个短按键按压而被触发(切换)。在另一个示例中，可以响应于单个短按键按压而触发用于给定时间持续时间或若干帧的视频或照片捕获(突发捕获)。还可以实现其他用户命令或通信实施方式(诸如一个或多个短或长按键按压)。
在一些实施方式中，I/O单元214可以将图像捕获设备200与其他相机和/或与其他外部设备同步，诸如遥控器、第二图像捕获设备、智能手机、用户接口设备(例如，图1所示的用户接口设备120)和/ 或视频服务器。I/O单元214可以在I/O部件之间通信信息。在一些实施方式中，I/O单元214可以被连接到通信单元240，以提供有线和/或无线通信接口(例如，Wi-Fi、蓝牙、USB、HDMI、无线USB、近场通信(NFC)、以太网、射频收发器和/或其他接口)，用于与一个或多个外部设备(诸如图1所示的用户接口设备120等用户界面设备)或另一个元数据源进行通信。在一些实施方式中，I/O单元214 可以与LED灯、显示器、按键、麦克风、扬声器和/或其他I/O部件接口。在一些实施方式中，I/O单元214可以与能量源(例如，电池和/或直流(DC)电源)接口。
在一些实施方式中，如本文所述，图像捕获设备200的I/O单元 214可以包括与外部计算机化设备的一个或多个连接，用于远程设备的配置和/或管理。I/O单元214可以包括本文所述的任何无线或有线接口和/或可以包括用于特定应用程序的定制或专有连接。
在一些实施方式中，传感器控制器220可以操作或控制图像传感器230，诸如响应于输入(诸如用户输入)。在一些实施方式中，传感器控制器220可以从图像传感器230接收图像和/或视频输入，并且可以从音频部件210接收音频信息。
在一些实施方式中，处理器222可以包括片上系统(SOC)、微控制器、微处理器、CPU、DSP、专用集成电路(ASIC)、GPU和/ 或其他处理器，该其他处理器可以控制图像捕获设备200的操作和功能。在一些实施方式中，处理器222可与传感器控制器220接口，以获取和处理用于例如物体检测、人脸跟踪、立体视觉和/或其他图像处理的感测信息。
在一些实施方式中，传感器控制器220、处理器222或两者可以同步由图像捕获设备200接收的信息。例如，定时信息可以与被接收的传感器数据相关联，并且基于定时信息，元数据信息可以与图像传感器230捕获的内容(照片/视频)相关。在一些实施方式中，元数据捕获可以与视频/图像捕获解耦。例如，在一个或多个视频片段和/或图像的捕获、处理或存储之前、之后和中间，元数据可以被存储。
在一些实施方式中，传感器控制器220、处理器222或两者可以评估或处理接收到的元数据，并且可以生成其他元数据信息。例如，传感器控制器220可以整合接收到的加速度信息以确定图像捕获设备 200与录制视频同时进行的速度简档。在一些实施方式中，视频信息可以包括多个像素的帧，并且可以使用编码方法(例如，H.265、H.264、 CineForm和/或其他编解码器)进行编码。
虽然在图2中没有单独示出，但以下项中的一项或多项可以与一个或多个其他单元进行信息、电源或两者的通信，诸如经由电子通信途径(诸如系统总线)：图像捕获设备200的音频部件210、用户接口单元212、I/O单元214、传感器控制器220、处理器222、电子存储单元224、图像传感器230、元数据单元232、光学单元234、通信单元240或电源系统250。例如，处理器222可以经由一个或多个驱动接口和/或软件抽象层与音频部件210、用户接口单元212、I/O单元214、传感器控制器220、电子存储单元224、图像传感器230、元数据单元232、光学单元234、通信单元240或电源系统250进行接口。在一些实施方式中，图2所示的单元的一个或多个可以包括专用处理单元、存储器单元或两者(未示出)。在一些实施方式中，一个或多个部件可以由一个或多个其它控制过程操作。例如，GPS接收器可以包括处理装置，该处理装置可以根据限定的时间表(例如，10 赫兹的经纬度和海拔的值)向处理器222提供位置和/或运动信息。
在一些实施方式中，电子存储单元224可以包括系统存储器模块，该系统存储器模块可以存储可执行的计算机指令，当由处理器222执行时，该指令执行包括本文所述的各种功能。例如，电子存储单元224 可以是非暂时性计算机可读存储介质，该介质可以包括可执行指令，并且处理器(诸如处理器222)可以执行指令以执行本文所描述的一个或多个操作，或一个或多个操作的一部分。电子存储单元224可以包括存储存储器，用于存储由图像捕获设备200捕获的内容(例如，元数据、图像、音频)。
在一些实施方式中，电子存储单元224可以包括非暂时性存储器，用于存储视频信息和元数据捕获的配置信息和/或处理代码，和/或根据本公开的内容产生可以包括视频信息和元数据的多媒体流。在一些实施方式中，配置信息可以包括捕获类型(视频、静止图像)、图像分辨率、帧率、突发设置、白平衡、记录配置(例如，循环模式)、音频轨道配置和/或可以与音频、视频和/或元数据捕获相关联的其他参数。在一些实施方式中，电子存储单元224可以包括可以由图像捕获设备200的其他硬件/固件/软件元件使用的存储器。
在一些实施方式中，图像传感器230可以包括电荷耦合器件传感器、有源像素传感器、互补金属氧化物半导体传感器、N型金属氧化物半导体传感器和/或另一种图像传感器或图像传感器的组合。在一些实施方式中，图像传感器230可以基于来自传感器控制器220的控制信号进行控制。
图像传感器230可以感测或采样由光学单元234收集的光波，并且可以产生图像数据或信号。图像传感器230可以生成输出信号，该输出信号传达关于与光学单元234所接收的光波相对应的物体或其他内容的视觉信息。视觉信息可以包括以下项中的一项或多项：图像、视频和/或其他视觉信息。
在一些实施方式中，图像传感器230可以包括视频传感器、声学传感器、电容传感器、无线电传感器、振动传感器、超声波传感器、红外传感器、雷达传感器、光检测和测距(LIDAR)传感器、声纳传感器，或能够在计算环境中检测或确定信息的任何其他感测单元或感测单元的组合。
在一些实施方式中，元数据单元232可以包括传感器(诸如IMU)，该传感器可以包括一个或多个加速计和/或陀螺仪、磁力计、罗盘、 GPS传感器、高度计、环境光传感器、温度传感器和/或其他传感器或传感器的组合。在一些实施方式中，图像捕获设备200可以包含一个或多个其他元数据/遥测源(例如，图像传感器参数、电池监视器参数、存储参数和/或与相机操作和/或内容的捕获相关的其他信息)。元数据单元232可以获取与图像捕获设备200的环境和内容被捕获的方面相关的信息。
例如，元数据单元232可以包括加速度计，该加速度计可以提供设备运动信息，包括表示图像捕获设备200的运动的速度和/或加速度矢量。在另一个示例中，元数据单元232可以包括陀螺仪，该陀螺仪可以提供描述图像捕获设备200的取向的取向信息。在另一个示例中，元数据单元232可以包括GPS传感器，该GPS传感器可以提供GPS 坐标、时间和标识图像捕获设备200的位置的信息。在另一个示例中，元数据单元232可以包括高度计，该高度计可以获得指示图像捕获设备200的高度的信息。
在一些实施方式中，元数据单元232或其一个或多个部分可以被刚性地耦接到图像捕获设备200，使得可以由元数据单元232准确地检测图像捕获设备200的运动、取向的变化或位置的变化。虽然示出为单个单元，但是元数据单元232或其一个或多个部分可以被实现为多个独特的单元。例如，元数据单元232可以包括作为第一物理单元的温度传感器和作为第二物理单元的GPS单元。在一些实施方式中，元数据单元232或其一个或多个部分可以被包括在如图所示的图像捕获设备200中，或者可以被包括在物理上单独的单元中，该物理上单独的单元被操作性地耦接至图像捕获设备200(诸如与图像捕获设备 200通信)。
在一些实施方式中，光学单元234可以包括以下项中的一项或多项：透镜、微距透镜、变焦透镜、特殊用途透镜、远摄透镜、定焦透镜、消色差透镜、复消色差透镜、分色透镜、广角透镜、超广角透镜、鱼眼透镜、红外透镜、紫外透镜、透视控制透镜、其他透镜和/或其他光学部件。在一些实施方式中，光学单元234可以包括聚焦控制器单元，该聚焦控制器单元可以控制相机透镜的操作和配置。光学单元234 可以接收来自物体的光，并且可以将接收的光聚焦到图像传感器230 上。虽然在图2中未单独示出，但是在一些实施方式中，光学单元234 和图像传感器230可以被组合，诸如在组合的物理单元中(诸如外壳)。
在一些实施方式中，通信单元240可以与I/O单元214耦接，并且可以包括部件(例如，加密狗)，该部件具有红外传感器、射频收发器和天线、超声波换能器和/或用于发送和接收无线通信信号的其他通信接口。在一些实施方式中，通信单元240可以包括本地(例如，蓝牙、Wi-Fi)和/或广域(例如，蜂窝LTE)通信接口，用于在图像捕获设备200和远程设备(例如，图1中的用户接口设备120)之间进行通信。通信单元240可以使用例如以太网、802.11、微波存取全球互通(WiMAX)、3G、长期演进(LTE)、数字用户线(DSL)、异步传输模式(ATM)、InfiniBand、PCI Express高级交换和/或其他通信技术进行通信。在一些实施方式中，通信单元240可以使用网络协议进行通信，诸如多协议标签交换(MPLS)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、文件传输协议(FTP)和/或其他网络协议。
经由通信单元240交换的信息可以使用包括超文本标记语言 (HTML)、可扩展标记语言(XML)和/或其他格式中的一种或多种格式来表示。可以使用加密技术对图像捕获设备200和远程或外部设备之间的信息的一种或多种交换进行加密，该加密技术包括安全套接层(SSL)、传输层安全(TLS)、虚拟专用网络(VPN)、互联网协议安全(IPsec)和/或其他加密技术中的一个或多个。
在一些实施方式中，一个或多个电源系统250向图像捕获设备 200供应电源。例如，对于小尺寸、较低功率的运动型相机，可以使用无线电源解决方案(例如，电池、太阳能电池、电感(非接触式) 电源、整流和/或其它电源供应)。
与本公开一致，图像捕获设备200的部件可以彼此远离和/或聚集。例如，一个或多个传感器部件可以在图像捕获设备200的远端(例如，如图1所示和关于图1的描述)。多个机械、感测或电气单元可以经由网络/无线电连接由学习装置控制。
图3A图示了能够捕获球形内容的图像捕获设备300。图像捕获设备300包括主体302，该主体302具有被构造在主体302的前表面和后表面上的两个透镜330和332、在相机主体的前表面和/或后表面上的各种指示器(例如，LED、显示器等)、各种输入机构(例如，按键、开关和触摸屏机构)、以及主体302内部的电子装置(例如，成像电子装置、电源电子装置等)，用于经由透镜330和332捕获图像和/或执行其他功能。两个透镜330和332被定向在相背的方向上，并且与安装在主体302内的电路板上的两个图像传感器相耦接。其他电相机部件(例如，图像处理器、相机SoC(片上系统)等)也可以被包括在主体302内的电路板上。
图像捕获设备300可以包括可替换透镜结构，该可替换透镜结构允许外透镜(例如，透镜330或透镜332)被替换而不用替换包括一个或多个可以弯曲的内透镜的底层透镜镜筒。例如，外透镜330可以是可替换透镜结构(例如，图4A的可替换透镜结构430)的一部分，该可替换透镜结构被构造用于水下使用。例如，外透镜330可以是可替换透镜结构(例如，图4B的可替换透镜结构470)的一部分，该可替换透镜结构被构造用于空中使用。例如，外透镜330可以是可替换透镜结构(例如，图5A的可替换透镜结构500)的一部分，该可替换透镜结构有保持环320，该保持环320被配置为将外透镜330紧固在覆盖透镜镜筒的端部的位置，该透镜镜筒在图像捕获设备300的主体中。例如，外透镜332可以是可替换透镜结构(例如，图5A的可替换透镜结构500)的一部分，该可替换透镜结构有保持环322，该保持环322被配置为将外透镜332紧固在覆盖透镜镜筒的端部的位置，该透镜镜筒在图像捕获设备300的主体中。
图3B是包括重叠视场310、312的双透镜图像捕获设备300的示例的横截面图。在一些实施方式中，图像捕获设备300可以是如图3A 和图3B所示的有视场310、312的球形图像捕获装置。图像捕获设备 300包括第一图像传感器340，该第一图像传感器340被安装在主体 302内、第一透镜330后面并且被配置为基于通过第一透镜330入射到第一图像传感器340上的光来捕获图像。图像捕获设备300包括第二图像传感器342，该第二图像传感器342被安装在主体302内、第二透镜332后面并且被配置为基于通过第二透镜332入射到第二图像传感器342上的光来捕获图像。第一图像传感器340和第二图像传感器342可以被布置成背靠背或Janus配置。透镜330和332可以被安装在图像捕获设备300的主体302上，在其相对于第一图像传感器340 和第二图像传感器342的相应位置上。
图像捕获设备300的第一透镜330可以具有如边界350上方所示的视场310。在第一透镜330的后面，第一图像传感器340可以从进入第一透镜330的光中捕获第一超半球形图像平面，对应于第一视场 310。
图像捕获设备300的第二透镜332可以具有如边界352下方所示的视场312。在第二透镜332的后面，第二图像传感器342可以从进入第二透镜332的光中捕获第二超半球形图像平面，对应于第二视场 312。
在一些实施方式中，一个或多个区域(诸如盲点360、362)可以在透镜330、332的视场310、312之外，光可以从透镜330、332和相应的图像传感器340、342被遮掩，并且盲点360、362中的内容可以从捕获中被省略。在一些实施方式中，图像捕获设备300可以被配置为最小化盲点360、362。
在一些实施方式中，视场310、312可以重叠。视场310、312重叠在图像捕获设备300的近端的拼接点370、372处，该拼接点可以在本文中被称为重叠点或拼接点。由在拼接点370、372远端的相应透镜330、332所捕获的内容可以重叠。
在一些实施方式中，由相应图像传感器340、342同时捕获的图像可以被组合以形成组合图像。组合相应图像可以包括将由相应图像传感器340、342所捕获的重叠区域相互关联，将被捕获的视场310、 312，对齐，以及将图像拼接在一起以形成聚合的组合图像。
在一些实施方式中，透镜330、332、图像传感器340、342或两者的对齐(例如，位置和/或倾斜)上的小变化可以改变其相应视场 310、312的相对位置和拼接点370、372的位置。对齐的变化可以影响盲点360、362的尺寸，这可以包括不均等地改变盲点360、362的尺寸。
在一些实施方式中，指示图像传感器340、342的对齐的不完整或不准确信息(诸如拼接点370、372的位置)可以降低生成组合图像的准确度、效率或两者。在一些实施方式中，图像捕获设备300可以维持指示透镜330、332和图像传感器340、342的位置和取向的信息，使得可以准确地确定视场310、312、拼接点370、372或两者，这可以提升生成组合图像的准确性、效率或两者。
在一些实施方式中，通过透镜330、332的光轴线可以基本上相互反平行，使得相应轴线可以在公差内(诸如1°、2°、3°和/或其他公差)。在一些实施方式中，图像传感器340、342可以通过其相应透镜330、332基本上垂直于光轴线，使得图像传感器可以在公差内(诸如1°、2°、3°和/或其他公差)垂直于相应轴线。
在一些实施方式中，透镜330、332可以彼此侧面地偏移，可以自图像捕获设备300的中心轴线偏离中心，或者可以侧面地偏移并且自中心轴线偏离中心。与有背对背透镜(例如，沿同一轴线对齐的透镜)的图像捕获装置相比，包括侧面地偏移的透镜330、332的图像捕获设备300可以包括相对于固定透镜330、332的透镜镜筒的长度而基本上减小的厚度。例如，图像捕获设备300的整体厚度可以接近单个透镜镜筒的长度，而不是如背对背配置中单个透镜镜筒的长度的两倍。减少透镜330、332之间的横向距离可以提升视场310、312中的重叠。
在一些实施方式中，由图像捕获装置(诸如图1所示的图像捕获装置110或图3A至图3B所示的图像捕获设备300)捕获的图像或帧可以被组合、合并或拼接在一起，以产生组合图像(诸如球形图像或全景图像)，该组合图像可以是球形平面图像。在一些实施方式中，生成组合图像可以包括三维或时空、降噪(3DNR)。在一些实施方式中，沿拼接边界的像素可以被准确地匹配以将边界不连续性最小化。
图4A图示了系统400的示例的横截面侧视图，该系统400包括配置用于水下图像捕获的可替换透镜结构430，该可替换透镜结构430 被安装在透镜镜筒410上、图像传感器420上。系统400包括：包括多个内透镜411、412、413和414的透镜镜筒410；图像传感器420；包括外透镜432和两个附加透镜(L2透镜434和L3透镜436)的可替换透镜结构430、可替换镜筒438和保持环440；以及用于防水的 O型环450。例如，系统400可以作为图像捕获设备的一部分被实现，诸如图1的图像捕获设备130或图3A至图3B的图像捕获设备300。
系统400包括图像捕获设备的主体中的透镜镜筒410。透镜镜筒 410可以是图像捕获设备的主体的集成部分。透镜镜筒410包括多个内透镜411、412、413和414。在一些实施方式中，多个内透镜411、412、413和414中的至少一个内透镜是弯曲的。在所描绘的示例中，透镜镜筒410包括弯曲的内透镜412。弯曲的内透镜412可以折射通过透镜镜筒410传播的光，以聚焦光以由图像传感器420捕获。透镜镜筒410包括第二弧形内透镜414。例如，内透镜411、412、413和 414可以被附接(例如，使用胶和/或突出部(ledge)和凸缘(未示出)) 至透镜镜筒410的内壁。内透镜411、412、413和414可以被定向，以将光从透镜镜筒410的第一端(大致平行于透镜镜筒410的光轴线 416)导向至透镜镜筒410的第二端，其中光可以被图像传感器420 检测以捕获图像。
系统400包括第一可替换透镜结构430，该第一可替换透镜结构 430能够在图像捕获设备(例如，图像捕获设备130或图像捕获设备 300)的主体上安装。例如，第一可替换透镜结构430可以包括第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)，第一组两个或更多个堆叠透镜包括第一外透镜432。例如，第一可替换透镜结构430可以包括第一保持环440，该第一保持环440被配置为在第一布置中将第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)抵靠透镜镜筒410的第一端紧固，并且被配置为在第二布置中使第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)从图像捕获设备的主体脱离。在一些实施方式中，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)被配置为当第一外透镜在水下时，在透镜镜筒410和第一可替换透镜结构430之间的接口处对入射到第一外透镜432上的光进行准直。通过在透镜镜筒410和第一可替换透镜结构430之间的接口处(例如，在图4A所描绘的示例中，在L3透镜436和L4透镜411之间)对光进行准直，用于图像捕获的系统400可以对第一组两个或更多个堆叠透镜(432、 434和436)相对于透镜镜筒410的错位较不敏感。
第一外透镜432可以被配置(例如，被塑形和/或定位)以促进捕获有期望视场(例如，90度视场、135度视场或180度视场)的图像。例如，第一外透镜432可以是弯曲透镜。例如，第一外透镜432可以是鱼眼透镜。例如，第一外透镜432可以具有大小小于一米的焦距。在一些实施方式中，第一外透镜是非球面的。例如，第一外透镜432 的外表面可以具有多个曲率半径。在一些实施方式中(图4A未示出)，第一外透镜432是超半球形的。在一些实施方式中(图4A未示出)，第一外透镜432可以是外透镜(诸如关于图8所描述的外透镜中的一个外透镜)。
第一可替换透镜结构430包括可替换镜筒438，该可替换镜筒可以用于将一个或多个附加透镜(本示例中的L2透镜434和L3透镜 436)相对于第一外透镜432保持在固定的位置和/或取向。例如，透镜432、434和436可以被附接(例如，使用胶和/或突出部和凸缘(未示出))至可替换镜筒438的壁。
例如，第一外透镜432可以由S-LAH58制成。例如，L2透镜434 可以由S-LAH87制成。例如，L2透镜434可以由S-LAL13制成。例如，L3透镜436可以由S-NPH制成。
第一保持环440可以包括紧固机构，该紧固机构被配置为通过将第一保持环440可移除地紧固到透镜镜筒410或图像捕获设备的主体的另一附近部分来促进第一布置和第二布置之间的过渡。在图4A所描绘的示例中，采用螺纹机构将第一保持环440紧固到透镜镜筒410 上，并且将第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)紧固到覆盖透镜镜筒410的第一端的位置上。在一些实施方式中(图4A未示出)，保持环440可以采用其他紧固机构以将保持环固定到图像捕获设备的主体。例如，保持环可以包括卡口机构(例如，诸如关于图 5A所描述的卡口机构)，该卡口机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。例如，保持环可以包括螺纹机构(例如，诸如关于图5B所描述的螺纹机构)，该螺纹机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。例如，保持环可以包括卡环机构(例如，诸如关于图5C所描述的卡环机构)，该卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。例如，保持环可以包括螺钉孔，使得螺钉能够在第一布置中将保持环紧固到主体(例如，如关于图5D所描述)。
在一些实施方式中，第一保持环440被胶合到第一外透镜432。在一些实施方式中，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436) 被固定在第一保持环440中作为被捕获的安装件，使得第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)可以在第一保持环440内旋转。例如，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)和第一保持环440可以相互锁定(例如，使用围绕第一外透镜432的圆周的凸缘和槽接口)并且一起行进，但第一组两个或更多个堆叠透镜(432、 434和436)仍然可以是足够松散的以在第一保持环440内侧独立地转动。在一些实施方式中，通过将第一保持环440抵靠第一外透镜432 按压而形成的摩擦锁，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和 436)在第一布置中被牢固地保持在固定取向上，第一外透镜432在覆盖透镜镜筒410的第一端的位置上。例如，可以执行图9的过程900 来替换包括第一外透镜432和第一保持环440的第一可替换透镜结构 430。
系统400包括图像传感器420，该图像传感器420被安装在图像捕获设备的主体内的透镜镜筒410的第二端处。当第一保持环440在第一布置中时，图像传感器420可以被配置为基于通过第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)入射到图像传感器上的光来捕获图像。当第一保持环440在第一布置中时，图像传感器420可以被配置为基于通过第一外透镜432和弯曲的内透镜412入射到图像传感器上的光来捕获图像。图像传感器420可以被配置为检测某个光谱(例如，可见光谱或红外光谱)的光，并且将构成图像的信息作为电信号 (例如，模拟或数字信号)传递。例如，图像传感器420可以包括电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)中的有源像素传感器。在一些实施方式中，图像传感器420包括数模转换器。例如，图像传感器420可以被配置为使用多个可选择的曝光时间来捕获图像数据。
系统400包括防水O型环450，该防水O型环450在径向上被定位围绕第一外透镜432。该O型环可以由橡胶材料构成。例如，O型环450可以被定位为被压缩在图像捕获设备的第一保持环440、第一外透镜432和主体(例如，透镜镜筒410)之间以形成防水密封(例如，如关于图6A-B所描述)。在一些实施方式中，O型环450可以被胶合到第一保持环440和/或第一外透镜432。在一些实施方式中(图 4A中未示出)，防水O型环可以被定位在第一外透镜432内侧、可替换镜筒438和透镜镜筒410之间。例如O型环可以在可替换镜筒 438和透镜镜筒410之间沿光轴线416的方向(例如，垂直地)被定位和压缩。在一些实施方式中(图4A中未示出)，防水可以由一圈热定型胶提供(例如，如关于图7A至图7B所描述)。
在一些实施方式中(图4A中未示出)，第一可替换透镜结构430 可以包括一个或多个透镜，一个或多个透镜至少包括外透镜(例如，第一外透镜432)但是不一定包括附加透镜(诸如L2透镜434或L3 透镜436)。例如，可替换镜筒438可以被省略。例如，第一可替换透镜结构430可以能够安装在图像捕获设备的主体上，第一可替换透镜结构430包括第一外透镜432以及第一保持环440，该第一保持环440被配置为在第一布置中将第一外透镜432抵靠透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使第一外透镜432从图像捕获设备的主体脱离，其中第一外透镜是有大小小于一米的焦距的水下超半球形透镜。
图4A的系统400可以被采用以用于图像捕获设备(例如，图1 的图像捕获设备130或图3A至图3B的图像捕获设备300)的多个图像传感器，以促进捕获有重叠视场的水下图像，该图像可以被拼接在一起，以获得有更宽的复合视场的拼接图像(例如，全景图像)。例如，图像捕获设备中，透镜镜筒410为第一透镜镜筒，图像传感器420 为第一图像传感器，该图像捕获设备可以包括在图像捕获设备的主体中的第二透镜镜筒、可安装在图像捕获设备的主体上的第二可替换透镜结构，以及安装在主体内的第二图像传感器。例如，第二可替换透镜结构可以包括第二外透镜，以及第二保持环，该第二保持环被配置为在第三布置中将第二外透镜抵靠第二透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使第二外透镜从图像捕获设备的主体脱离。在一些实施方式中，第二外透镜是水下超半球形透镜，水下超半球形透镜具有大小小于一米的焦距。例如，第二图像传感器可以被安装在主体内的第二透镜镜筒的第二端处，并且配置为当第二保持环在第三布置中时，基于通过第二外透镜入射到第二图像传感器上的光来捕获图像。在一些实施方式中，第一图像传感器和第二图像传感器面向相背的方向(例如，如第一图像传感器340和第二图像传感器342所示)。
图4B图示了系统400的示例的横截面侧视图，该系统400包括配置为在空中捕获图像的可替换透镜结构470，该可替换透镜结构470 被安装在透镜镜筒410上、图像传感器420上。例如，第一可替换透镜结构430可被用于水下图像捕获，并且第一可替换透镜结构430可被第二可替换透镜结构470替换以在空中图像捕获期间使用。如图4B 所示，系统400包括透镜镜筒410，透镜镜筒包括多个内透镜411、 412、413和414；图像传感器420；可替换透镜结构470，透镜结构包括外透镜472和两个附加透镜(L2透镜474和L3透镜476)、可替换镜筒478和保持环480；以及用于防水的O型环490。例如，系统400可以作为图像捕获设备(诸如图1的图像捕获设备130或图3A 至图3B的图像捕获设备300)的一部分来实现。
系统400包括图像捕获设备的主体中的透镜镜筒410。透镜镜筒 410可以是图像捕获设备的主体的集成部分。透镜镜筒410包括多个内透镜411、412、413和414。在一些实施方式中，多个内透镜411、 412、413和414中的至少一个内透镜是弯曲的。在所描绘的示例中，透镜镜筒410包括弯曲的内透镜412。弯曲的内透镜412可以折射通过透镜镜筒410传播的光，以聚焦光以由图像传感器420捕获。透镜镜筒410包括第二弧形内透镜414。例如，内透镜411、412、413和 414可以被附接(例如，使用胶和/或突出部和凸缘(未示出))至透镜镜筒410的内壁。内透镜411、412、413和414可以被定向，以将光从透镜镜筒410的第一端(大致平行于透镜镜筒410的光轴线416) 导向至透镜镜筒410的第二端，其中光可以被图像传感器420检测以捕获图像。
系统400包括第二可替换透镜结构470，该第二可替换透镜结构 470可安装在图像捕获设备(例如，图像捕获设备130或图像捕获设备300)的主体上。例如，第二可替换透镜结构470可以包括第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)，第二组两个或更多个堆叠透镜包括第二外透镜472。例如，第二可替换透镜结构470可以包括第二保持环480，该第二保持环480被配置为在第三布置中将第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)抵靠透镜镜筒410的第一端紧固，并且被配置为在第四布置中使第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)从图像捕获设备的主体脱离。在一些实施方式中，第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)被配置为当第一外透镜在空中时，在透镜镜筒410和第二可替换透镜结构470之间的接口处对入射到第二外透镜472上的光进行准直。通过在透镜镜筒 410和第二可替换透镜结构470之间的接口处(例如，在图4所描绘的示例中，在L3透镜476和L4透镜411之间)对光进行准直，用于图像捕获的系统400可以对第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474 和476)相对于透镜镜筒410的错位较不敏感。
第二外透镜472可以被配置(例如，被塑形和/或定位)以促进捕获有期望视场(例如，90度视场、135度视场或180度视场)的图像。例如，第二外透镜472可以是弯曲透镜。例如，第二外透镜472可以是鱼眼透镜。在一些实施方式中，第一外透镜432具有比第二外透镜472更高的折射率。例如，第一外透镜432可以由S-LAH58制成，而第二外透镜472可以由S-LAH55V制成。在一些实施方式中，第一外透镜432可以比第二外透镜472更平坦。例如，第一外透镜432具有第一曲率半径，该第一曲率半径大于第二外透镜472的相应的第二曲率半径。例如，第一外透镜432可以是非球面的(例如，在外表面上具有多个曲率半径)，而第二外透镜472可以在外表面上更接近于球形。在一些实施方式中，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434 和436)共同地具有与第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476) 相同的光功率。在使用第一外透镜432在水下捕获图像和使用第二外透镜472在空中捕获图像时，第一外透镜432和第二外透镜472之间的折射率和/或曲率半径的差异可以提供类似的视场。例如，第二外透镜472可以具有大小小于一米的焦距。在一些实施方式中，第二外透镜472是非球面的。例如，第二外透镜472的外表面可以具有多个曲率半径。在一些实施方式中(图4B中未示出)，第二外透镜472是超半球形的。在一些实施方式中(图4B中未示出)，第二外透镜472 可以是外透镜(诸如关于图8所描述的外透镜中的一个外透镜)。
第二可替换透镜结构470包括可替换镜筒478，该可替换镜筒478 可以用于将一个或多个附加透镜(本示例中的L2透镜474和L3透镜 476)相对于第二外透镜472保持在固定的位置和/或取向。例如，透镜472、474和476可以被附接(例如，使用胶和/或突出部和凸缘(未示出))至可替换镜筒478的壁。
第二保持环480可以包括紧固机构，该紧固机构被配置为通过将第二保持环480可移除地紧固到透镜镜筒410或图像捕获设备的主体的另一附近部分来促进第一布置和第二布置之间的过渡。在图4所描绘的示例中，采用螺纹机构将第一二保持环480紧固到透镜镜筒410 上，并且将第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)紧固到覆盖透镜镜筒410的第一端的位置上。在一些实施方式中(图4未示出)，保持环4480可以采用其他紧固机构以将保持环固定到图像捕获设备的主体。例如，保持环可以包括卡口机构(例如，诸如关于图5A所描述的卡口机构)，该卡口机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。例如，保持环可以包括螺纹机构(例如，诸如关于图5B所描述的螺纹机构)，该螺纹机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。例如，保持环可以包括卡环机构(例如，诸如关于图5C所描述的卡环机构)，该卡环机构被配置为促进在第一布置和第二布置之间的过渡。例如，保持环可以包括螺钉孔，使得螺钉能够在第一布置中将保持环紧固到主体(例如，如关于图5D所描述)。
在一些实施方式中，第一二保持环480被胶合到第二外透镜472。在一些实施方式中，第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476) 被固定在第二保持环480中作为被捕获的安装件，使得第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)可以在第二保持环480内旋转。例如，第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)和第二保持环480可以相互锁定(例如，使用围绕第二外透镜472的圆周的凸缘和槽接口)并且一起行进，但第二组两个或更多个堆叠透镜(472、 474和476)仍然可以是足够松散的以在第二保持环480内侧独立地转动。在一些实施方式中，通过将第二保持环480抵靠第二外透镜472 按压而形成的摩擦锁，第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和 476)在第三布置中被牢固地保持在固定取向上，第二外透镜472在透镜镜筒410的第一端的位置上。例如，可以执行图9的过程900来替换包括第二外透镜472和第二保持环480的第二可替换透镜结构 470。
系统400包括图像传感器420，该图像传感器420被安装在图像捕获设备的主体内的透镜镜筒410的第二端处。当第二保持环480在第三布置中时，图像传感器420可以被配置为基于通过第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)入射到图像传感器上的光来捕获图像。当第二保持环480在第三布置中时，图像传感器420可以被配置为基于通过第二外透镜472和弯曲的内透镜412入射到图像传感器上的光来捕获图像。图像传感器420可以被配置为检测某个光谱(例如，可见光谱或红外光谱)的光，并且将构成图像的信息作为电信号 (例如，模拟或数字信号)传递。例如，图像传感器420可以包括电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)中的有源像素传感器。在一些实施方式中，图像传感器420包括数模转换器。例如，图像传感器420可以被配置为使用多个可选择的曝光时间来捕获图像数据。
系统400包括防水O型环490，该防水O型环490在径向上被定位围绕第二外透镜472。该O型环可以由橡胶材料构成。例如，O型环490可以被定位为被压缩在图像捕获设备的第二保持环480、第二外透镜472和主体(例如，透镜镜筒410)之间以形成防水密封(例如，如关于图6A至图6B所描述)。在一些实施方式中，O型环490 可以被胶合到第二保持环480和/或第二外透镜472。在一些实施方式中(图4中未示出)，防水O型环可以被定位在第二外透镜472内侧、可替换镜筒478和透镜镜筒410之间。例如O型环可以在可替换镜筒 478和透镜镜筒410之间沿光轴线416的方向(例如，垂直地)被定位和压缩。在一些实施方式中(图4中未示出)，防水可以由一圈热定型胶提供(例如，如关于图7A至图7B所描述)。
图5A图示了包括卡口机构的可互换透镜结构500的示例。可互换透镜结构500包括透镜镜筒510(例如，类似于图4的透镜镜筒410)，该透镜镜筒510可以包括一个或多个可以被弯曲的内透镜。透镜镜筒 510是图像捕获设备的主体的一部分，该图像捕获设备包括公卡口环 512，该公卡口环512可以被附接到透镜镜筒510或主体的另一部分，或以其他方式被整合到透镜镜筒510或主体的另一部分。可互换透镜结构500包括保持环514，该保持环514包括母卡口环。例如，保持环514可以在未锁定位置上被推到主体的公卡口环上，并且转动到锁定位置以将保持环514紧固到主体上，并且将包括外透镜516的一个或多个透镜(例如，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)、第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)或图8中描绘的透镜中的一个透镜)紧固到覆盖透镜镜筒510的第一端的位置上。可互换透镜结构500包括O型环518，该O型环518可以在径向上被定位围绕外透镜516，并且被压缩在保持环514和外透镜516和/或主体之间，以使可互换透镜结构500防水。例如，保持环514、外透镜516 和/或O型环518可以使用图9的过程900进行替换。可互换透镜结构500可以提供超越备选透镜组件的优点，诸如在多次移除和替换外透镜的周期后强大的重复使用性、过中心锁定、增强的用户体验(例如，易于移除/替换)，并且保持环514可以通过将保持环514由强金属制成而变得坚固。缺点可以是保持环514的外径相对较大。
图5B图示了包括螺纹机构的可互换透镜结构520的示例。可互换透镜结构520包括透镜镜筒530(例如，类似于图4的透镜镜筒410)，该透镜镜筒530可以包括一个或多个可以弯曲的内透镜。透镜镜筒 530是图像捕获设备的主体的一部分，该图像捕获设备包括公螺纹接口534，该公螺纹接口534可以被附接到透镜镜筒530或主体的另一部分，或以其他方式被整合到透镜镜筒530或主体的另一部分。可互换透镜结构520包括保持环532，该保持环532包括母螺纹接口。例如，保持环532可以被扭转到主体的公螺纹接口534上以将保持环532 紧固到主体上，并且将包括外透镜516的一个或多个透镜(例如，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)、第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)或图8中描绘的透镜中的一个透镜) 紧固到覆盖透镜镜筒530的第一端的位置上。可互换透镜结构520包括O型环538，该O型环538可以被定位在外透镜536的内侧(例如，垂直于外透镜536的下方)，并且被压缩在外透镜536和主体(例如，透镜镜筒530)之间，以使可互换透镜结构520防水。例如，保持环 532、外透镜536和/或O型环538可以使用图9的过程900进行替换。可互换透镜结构520可以提供超越备选透镜组件的优点(诸如低轮廓)。缺点可以是螺纹错扣或剥离的风险。
图5C图示了包括卡环机构的可互换透镜结构540的示例。可互换透镜结构540包括透镜镜筒550(例如，类似于图4的透镜镜筒410)，该透镜镜筒550可以包括一个或多个可以弯曲的内透镜。透镜镜筒 550是图像捕获设备的主体的一部分，该图像捕获设备包括公卡环接口554，该公卡环接口554可以被附接到透镜镜筒550或主体的另一部分，或以其他方式被整合到透镜镜筒550或主体的另一部分。可互换透镜结构540包括保持环552，该保持环552包括母卡环接口。例如，保持环552可以被推到主体的公卡环接口554上以将保持环552紧固到主体上，并且将包括外透镜516的一个或多个透镜(例如，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)、第二组两个或更多个堆叠透镜(472、474和476)或图8中描绘的透镜中的一个透镜) 紧固到覆盖透镜镜筒550的第一端的位置上。可互换透镜结构540包括O型环558，该O型环558可以在径向上被定位围绕外透镜556，并且被压缩在保持环552和外透镜556和/或主体之间，以使可互换透镜结构540防水。例如，保持环552、外透镜556和/或O型环558 可以使用图9的过程900进行替换。可互换透镜结构540可以提供超越备选透镜组件的优点，诸如易于安装。缺点可以是在移除保持环552 方面困难更大。
图5D图示了包括螺钉孔的可互换透镜结构560的示例。可互换透镜结构560包括透镜镜筒570(例如，类似于图4的透镜镜筒410)，该透镜镜筒570可以包括一个或多个可以弯曲的内透镜。透镜镜筒 570是图像捕获设备的主体的一部分，该图像捕获设备包括螺钉孔574，该螺钉孔574可以被附接到透镜镜筒570或主体的另一部分，或以其他方式被整合到透镜镜筒570或主体的另一部分。可互换透镜结构560包括保持环572。例如，通过将螺钉580和582穿过保持环 572的螺钉孔驱动到主体的螺孔574中，保持环572可以被紧固到主体以将包括外透镜516的一个或多个透镜(例如，第一组两个或更多个堆叠透镜(432、434和436)、第二组两个或更多个堆叠透镜(472、 474和476)或图8中描绘的透镜中的一个透镜)紧固到覆盖透镜镜筒570的第一端的位置上。可互换透镜结构560包括O型环578，该 O型环578可以在径向上被定位围绕外透镜576，并且被压缩在保持环572和外透镜576和/或主体之间，以使可互换透镜结构560防水。例如，保持环572、外透镜576和/或O型环578可以使用图9的过程 900进行替换。可互换透镜结构560可以提供超越备选透镜组件的优点，诸如将保持环572和外透镜576牢固地紧固到位置。缺点可以是保持环572的尺寸大且美观性差。
图6A图示了具有径向O型环的可互换透镜结构600的示例的分解图。图6B图示了具有径向O型环的可互换透镜结构600的示例的侧视图。可互换透镜结构600包括外透镜610(例如，图8中所描绘的透镜中的一个透镜)、保持环620和O型环630。保持环620、O 型环630和外透镜可以被堆叠(如图6A所示)，O型环630在外透镜610和保持环620之间适配并且在径向上被压缩。保持环620的紧固机构(例如，螺纹)可以继而被用于将这些部件紧固在覆盖透镜镜筒640的第一端的位置。在该位置，O型环可以进一步被压缩在保持环620和主体的透镜镜筒640之间。例如，被压缩的O型环630可以在1mm＝0.23mm的压缩下提供到10米的深度的防水密封。
图7A图示了具有径向胶的可互换透镜结构700的示例的分解图。图7B图示了已设置具有径向胶的可互换透镜结构700的示例的侧视图。可互换透镜结构700包括外透镜710(例如，图8中所描绘的透镜中的一个透镜)、保持环720和胶环730。保持环720、胶环730 和外透镜可以被堆叠(如图7A所示)，胶环730在外透镜710和保持环720之间在径向上适配。胶环730可以被设置(例如，通过施加热量或激光)以将外透镜710固定到保持环720上并且提供防水密封。保持环720的紧固机构(例如，螺纹)可以继而被用于将这些部件紧固在位置上，使得外透镜710覆盖透镜镜筒740的第一端。例如，被设置的胶环730可以提供到6米的深度的水密封。
图8图示了外透镜的示例的横截面侧视图。外透镜810具有圆柱形外径。外透镜820在其外径上具有锥形倒角。外透镜830具有下凸缘(上切口)。外透镜840具有中凸缘(上切口和下切口)。外透镜 850具有中切口(上切口)。例如，外透镜850可以由有卡合机构的保持环所捕获。外透镜860具有比外透镜810更大的厚度的圆柱形外径。
外透镜870利用胶被安装到环872上。例如，环872可以具有1mm 的厚度或高度。外透镜880利用胶被安装到环882上。例如，环872 可以具有1.75mm的厚度或高度。在一些实施方式中，被胶合到外透镜的环可以具有比外透镜的外径更大的厚度或高度。在一些实施方式中(未示出)，环可以用收缩配合(shrink-fit)被安装到外透镜上。
图9是用于替换安装在透镜镜筒上的外透镜的示例过程900的流程图。过程900包括使第一保持环从图像捕获设备的主体脱离910以将第一外透镜从覆盖透镜镜筒的第一端的位置上移除，并且将920第二保持环连接到图像捕获设备的主体上以将第二外透镜安装在覆盖透镜镜筒的第一端的位置。例如，过程900可以使用图4A至图4B 的系统400来执行。例如，过程900可以使用图5A的可互换透镜结构500来执行。例如，过程900可以使用图5B的可互换透镜结构520 来执行。例如，过程900可以使用图5C的可互换透镜结构540来执行。例如，过程900可以使用图5D的可互换透镜结构560来执行。例如，过程900可以由图像捕获设备的最终用户作为自己动手维修或维护操作来执行。例如，过程900可以由技术人员执行。
过程900包括使910第一保持环从图像捕获设备的主体脱离，以将包括第一外透镜的第一组一个或多个透镜从覆盖透镜镜筒的第一端的位置移除。例如，透镜镜筒可以包括多个内透镜。例如，透镜镜筒可以包括至少一个弯曲的内透镜。例如，在第一保持环包括卡口机构的情况下(例如，如关于图5A所描述)，使第一保持环从主体脱离910可以包括将第一保持环从锁定位置扭转到未锁定位置，并且将保持环拉离主体以将第一外透镜从覆盖透镜镜筒的第一端的位置移除。例如，在第一保持环包括螺纹机构的情况下(例如，如关于图5B所描述)，使第一保持环从主体脱离910可以包括逆时针地扭转第一保持环，并且将保持环拉离主体以将第一外透镜从覆盖透镜镜筒的第一端的位置移除。例如，在第一保持环包括卡环机构的情况下(例如，如关于图5C所描述)，使第一保持环从主体脱离910可以包括将第一保持环撬离主体(例如，使用手指和/或螺丝刀)，以将第一外透镜从覆盖透镜镜筒的第一端的位置移除。例如，在第一保持环包括螺钉孔的情况下(例如，如关于图5D所描述)，使第一保持环从主体脱离910可以包括通过螺钉孔拧下螺钉，并且将保持环拉离主体以将第一外透镜从覆盖透镜镜筒的第一端的位置移除。
过程900包括将第二保持环连接920到图像捕获设备的主体，以将包括第二外透镜的第二组一个或多个透镜(例如，换入新的外透镜或将水下透镜结构换成空中透镜结构或反之亦然)安装在覆盖透镜镜筒的第一端的位置。例如，图像传感器可以被安装在主体内的透镜镜筒的第二端处，并且被配置为基于通过第二外透镜和透镜镜筒的一个或多个内透镜入射到图像传感器上的光来捕获图像。在一些实施方式中，第一外透镜被胶合到第一保持环，并且第二外透镜被胶合到第二保持环。例如，在第二保持环包括卡口机构的情况下(例如，如关于图5A所描述)，将第二保持环连接920到主体可以包括将保持环推到主体上，并且将第二保持环从未锁定位置扭转到锁定位置，以将第二外透镜安装在覆盖透镜镜筒的第一端的位置。例如，在第二保持环包括螺纹机构的情况下(例如，如关于图5B所描述)，将第二保持环连接920到主体可以包括顺时针地扭转第二保持环以将第二外透镜安装在覆盖透镜镜筒的第一端的位置。例如，在第二保持环包括卡环机构的情况下(例如，如关于图5C所描述)，将第二保持环连接920 到主体可以包括将第二保持环卡扣(snapping)到主体上(例如，使用手指)，以将第二外透镜安装在覆盖透镜镜筒的第一端的位置。例如，在第二保持环包括螺钉孔的情况下(例如，如关于图5D所描述)，将920第二保持环连接到主体可以包括将螺钉穿过螺钉孔拧入主体以将第二外透镜安装在覆盖透镜镜筒的第一端的位置。
在本说明书中，不应该将示出单数部件的实施方式视为限制性的；相反，除非本文另外明确指出，否则本公开旨在涵盖包括多个相同部件的其他实施方式，并且反之亦然。进一步地，本公开内容涵盖通过图示的方式在本文中提及的部件的当前和将来已知的等同物。例如，本文描所述的可替换外透镜系统和技术可以被应用于图像捕获设备上的任何数量的透镜，诸如用于深度捕获的多个透镜，或者潜在地允许较短的TTL透镜(有较小的图像传感器)，这些透镜继而被融合在一起以创建较大的传感器/透镜组合的总采光能力。
如本文中所使用的，术语“相机”或其变型，以及“图像捕获设备”或其变型可以被用于指代被配置为捕获、记录和/或传递可以对电磁频谱的可见部分、电磁频谱的不可见部分(例如红外线、紫外线) 和/或其他能量敏感的静止图像和/或视频图像的任何成像设备或传感器。
已经描述了上述实施方式和示例，以便于容易理解本公开并且不限制本公开。相反，本公开旨在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等同布置，该范围应该符合法律允许的最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改和等同布置。

Claims (30)

1.一种图像捕获设备，其特征在于，包括：
透镜镜筒，在所述图像捕获设备的主体中，所述透镜镜筒包括多个内透镜；
第一可替换透镜结构，能够在所述图像捕获设备的所述主体上安装，所述第一可替换透镜结构包括第一组两个或更多个堆叠透镜，所述第一组两个或更多个堆叠透镜包括第一外透镜和第一保持环，所述第一保持环被配置为在第一布置中将所述第一组两个或更多个堆叠透镜抵靠所述透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使所述第一组两个或更多个堆叠透镜从所述图像捕获设备的所述主体脱离，其中所述第一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当所述第一外透镜在水下时，在所述透镜镜筒和所述第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到所述第一外透镜上的光进行准直；
第二可替换透镜结构，能够在所述图像捕获设备的所述主体上安装，所述第二可替换透镜结构包括第二组两个或更多个堆叠透镜，所述第二组两个或更多个堆叠透镜包括第二外透镜和第二保持环，所述第二保持环被配置为在第三布置中将所述第二组两个或更多个堆叠透镜抵靠所述透镜镜筒的所述第一端紧固并且被配置为在第四布置中使所述第二组两个或更多个堆叠透镜从所述图像捕获设备的所述主体脱离，其中所述第二组两个或更多个堆叠透镜被配置为当所述第二外透镜在空中时，在所述透镜镜筒和所述第二可替换透镜结构之间的接口处对入射到所述第二外透镜上的光进行准直；以及
图像传感器，在所述透镜镜筒的第二端处被安装在所述主体内，并且被配置为当所述第一保持环在所述第一布置中时，基于通过所述第一组两个或更多个堆叠透镜而入射到所述图像传感器上的光来捕获图像，并且被配置为当所述第二保持环在所述第三布置中时，基于通过所述第二组两个或更多个堆叠透镜而入射到所述图像传感器上的光来捕获图像。
2.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜具有比所述第二外透镜更高的折射率。
3.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜具有大于所述第二外透镜的相应的第二曲率半径的第一曲率半径。
4.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜是超半球形的。
5.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜具有大小小于一米的焦距。
6.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜是非球面的。
7.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜的外表面具有多个曲率半径。
8.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一组两个或更多个堆叠透镜共同地具有与所述第二组两个或更多个堆叠透镜相同的光功率。
9.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一保持环包括卡口机构，所述卡口机构被配置为促进在所述第一布置和所述第二布置之间的过渡。
10.根据权利要求9所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第二保持环包括卡口机构，所述卡口机构被配置为促进在所述第三布置和所述第四布置之间的过渡。
11.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一保持环包括螺纹机构，所述螺纹机构被配置为促进在所述第一布置和所述第二布置之间的过渡。
12.根据权利要求11所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第二保持环包括螺纹机构，所述螺纹机构被配置为促进在所述第三布置和所述第四布置之间的过渡。
13.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一保持环包括卡环机构，所述卡环机构被配置为促进在所述第一布置和所述第二布置之间的过渡。
14.根据权利要求13所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第二保持环包括卡环机构，所述卡环机构被配置为促进在所述第三布置和所述第四布置之间的过渡。
15.一种图像捕获设备，其特征在于，包括：
透镜镜筒，在所述图像捕获设备的主体中；
可替换透镜结构，能够在所述图像捕获设备的所述主体上安装，所述可替换透镜结构包括一组两个或更多个堆叠透镜，所述一组两个或更多个堆叠透镜包括外透镜和保持环，所述保持环被配置为在第一布置中将所述一组两个或更多个堆叠透镜抵靠所述透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第二布置中使所述一组两个或更多个堆叠透镜从所述图像捕获设备的所述主体脱离，其中所述一组两个或更多个堆叠透镜被配置为当所述外透镜在水下时，在所述透镜镜筒和所述可替换透镜结构之间的接口处对入射到所述外透镜上的光进行准直；以及
图像传感器，在所述透镜镜筒的第二端处被安装在所述主体内，并且被配置为当所述保持环在所述第一布置中时，基于通过所述一组两个或更多个堆叠透镜而入射到所述图像传感器上的光来捕获图像。
16.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述外透镜是超半球形的。
17.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述外透镜具有大小小于一米的焦距。
18.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述外透镜是非球面的。
19.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述透镜镜筒包括多个内透镜，其中所述多个内透镜中的至少一个内透镜是弯曲的。
20.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述保持环包括卡口机构或螺纹机构中的至少一个机构，以促进在所述第一布置和所述第二布置之间的过渡。
21.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述保持环包括卡环机构，所述卡环机构被配置为促进在所述第一布置和所述第二布置之间的过渡。
22.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，包括：
防水O型环，所述防水O型环径向地围绕所述外透镜被定位。
23.根据权利要求15所述的图像捕获设备，其特征在于，所述透镜镜筒是第一透镜镜筒，所述可替换透镜结构是第一可替换透镜结构，所述外透镜是第一外透镜，所述保持环是第一保持环，并且所述图像传感器是第一图像传感器，所述图像捕获设备包括：
第二透镜镜筒，在所述图像捕获设备的所述主体中；
第二可替换透镜结构，能够在所述图像捕获设备的所述主体上安装，所述第二可替换透镜结构包括第二外透镜和第二保持环，所述第二保持环被配置为在第三布置中将所述第二外透镜抵靠所述第二透镜镜筒的第一端紧固并且被配置为在第四布置中使所述第二外透镜从所述图像捕获设备的所述主体脱离；以及
第二图像传感器，在所述第二透镜镜筒的第二端处被安装在所述主体内，并且被配置为当所述第二保持环在所述第三布置中时，基于通过所述第二外透镜而入射到所述第二图像传感器上的光来捕获图像，其中所述第一图像传感器和所述第二图像传感器面向相背的方向。
24.根据权利要求23所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第二外透镜是水下超半球形透镜，所述水下超半球形透镜具有大小小于一米的焦距。
25.一种图像捕获设备，其特征在于，包括：
透镜镜筒，放置在所述图像捕获设备的主体中；
第一可替换透镜结构，能够在所述图像捕获设备的所述主体上安装，所述第一可替换透镜结构包括第一组堆叠透镜和第一保持环，所述第一保持环被配置为将所述第一可替换透镜结构抵靠所述透镜镜筒的第一端紧固；
其中所述第一组堆叠透镜被配置为当所述第一外透镜在水下时，在所述透镜镜筒和所述第一可替换透镜结构之间的接口处对入射到所述第一组堆叠透镜的第一外透镜上的光进行准直；
第二可替换透镜结构，能够在所述图像捕获设备的所述主体上安装，所述第二可替换透镜结构包括第二组堆叠透镜和第二保持环，所述第二保持环被配置为将所述第二可替换透镜结构抵靠所述透镜镜筒的所述第一端紧固；
其中所述第二组堆叠透镜被配置为当所述第二外透镜在空中时，在所述透镜镜筒和所述第二可替换透镜结构之间的接口处对入射到所述第二组堆叠透镜的第二外透镜上的光进行准直；以及
图像传感器，邻近所述透镜镜筒的第二端被安装在所述主体内，并且被配置为：
当所述第一可替换透镜结构被安装在所述图像捕获设备的所述主体上并且利用所述第一保持环被紧固时，基于通过所述第一组堆叠透镜而入射到所述图像传感器的光来捕获图像；以及
当所述第二可替换透镜结构被安装在所述图像捕获设备的所述主体上并且利用所述第二保持环被紧固时，基于通过所述第二组堆叠透镜而入射到所述图像传感器的光来捕获图像。
26.根据权利要求25所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一保持环和所述第二保持环分别包括卡口机构，所述卡口机构被配置为促进紧固。
27.根据权利要求25所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一保持环和所述第二保持环分别包括螺纹机构，所述螺纹机构被配置为促进紧固。
28.根据权利要求25所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一保持环和所述第二保持环分别包括卡环机构，所述卡环机构被配置为促进紧固。
29.根据权利要求25所述的图像捕获设备，其特征在于，所述透镜镜筒包括多个内透镜，其中所述多个内透镜中的至少一个内透镜是弯曲的。
30.根据权利要求25所述的图像捕获设备，其特征在于，所述第一外透镜具有比所述第二外透镜更高的折射率和更大的曲率半径。
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