TWI402607B - 成像設備 - Google Patents

Description

成像設備

本發明涉及光學成像領域，特別是一種基於複數攝像裝置的成像設備。

目前，為了拍攝某一物體的整體且細節的影像，可將整排攝像裝置排列在一起，同時進行取像及影像處理，也就是所謂的陣列影像。如圖1所示，傳統的成像設備20包括複數攝像裝置10，且所述複數攝像裝置10排成一排，同時對被拍物體200進行拍攝。如果攝像裝置10距離被拍物體200較遠，取像範圍102則較大，攝像裝置10距離被拍物體200較近，取像範圍102則較小。

一般而言，取像範圍102的大小決定取像的解析度，即取像範圍102越大則取像的解析度越差，而取像範圍102越小則解析度越高。當取像範圍102較大，攝像裝置10間的距離較寬，這時攝像裝置10的排列較沒有問題。

但是，因為拍攝精度的要求，很多時候都需要較高的解析度，此時攝像裝置10距離被拍物體200較近，攝像裝置10間的距離受到攝像裝置10尺寸的限制而無法再縮短時，各攝像裝置10的取像範圍之間就可能出現空隙104，也即不能同時取得 被拍物體200當前位置的完整影像。

鑒於此，有必要提供一種可取得被拍物體完整且高精度影像的成像設備。

一種成像設備，其包括複數攝像裝置，用於同時對被拍物體取像，該複數攝像裝置至少分為二組，該二組攝像裝置平行且相對設置，且在攝像裝置的取像方向上，其中一組攝像裝置與另一組攝像裝置交替設置；該成像設備還包括光學元件，該光學元件位於至少一組攝像裝置與被拍物體之間的光路中，且該組攝像裝置通過該光學元件對被拍物體取像；該光學元件包括至少兩組反射鏡或三棱鏡，該兩組反射鏡或三棱鏡交替設置，且該兩組反射鏡或三棱鏡的反射面分別與二組攝像裝置對應；每一反射鏡或三棱鏡的反射面均與相對應的攝像裝置的取像方向成45度角，以使得來自被拍物體的光線沿兩個相反且與原傳播方向垂直的方向分別傳播至該二組攝像裝置。

上述成像設備利用光學元件改變來自被拍物體的部分或者全部光線的傳播方向，那麼就可以將原本需要排成一排的複數攝像裝置分散，為攝像裝置之間爭取了空間。同時，由於位於同一排的攝像裝置的取像範圍之間都可以留下間隙，因為這些間隙正好由其他排攝像裝置的取像範圍來填補，如此便有效地解決了因為攝像裝置尺寸限制而導致不能取得完整影像的問題，從而取得被拍物體完整且高精度影像。

20、30、50、70、90、91、99‧‧‧成像設備

301、303、305、307、309‧‧‧第一攝像裝置

302、304、306、308‧‧‧第二攝像裝置

10‧‧‧攝像裝置

104‧‧‧空隙

102、311、322、333‧‧‧取像範圍

250‧‧‧半透半反射透鏡

950‧‧‧直角三稜鏡

550‧‧‧反射鏡

951‧‧‧第一組三稜鏡

551‧‧‧第一組反射鏡

952‧‧‧第二組三稜鏡

552‧‧‧第二組反射鏡

470‧‧‧間隔

401、404、407‧‧‧第三攝像裝置

402、405、408‧‧‧第四攝像裝置

403、406、409‧‧‧第五攝像裝置

450‧‧‧第三組反射鏡

460‧‧‧第四組反射鏡

圖1為傳統成像設備結構示意圖。

圖2為第一較佳實施方式之成像設備的結構示意圖。

圖3為第二較佳實施方式之成像設備的結構示意圖。

圖4為第三較佳實施方式之成像設備的結構示意圖。

圖5為第四較佳實施方式之成像設備的結構示意圖。

圖6為第五較佳實施方式之成像設備的結構示意圖。

圖7為第六較佳實施方式之成像設備的結構示意圖。

請參閱圖2，其為第一較佳實施方式的成像設備30的結構示意圖。成像設備30包括：複數第一攝像裝置301、303、305、307、309，複數第二攝像裝置302、304、306、308，長條形半透半反射透鏡250。

複數第一攝像裝置301、303、305、307、309排成一排且取像方向一致，下稱其為：第一排攝像裝置。複數第二攝像裝置302、304、306、308也排成一排且取像方向一致，下稱其為：第二排攝像裝置。第一排攝像裝置與第二排攝像裝置相互平行且取像方向相互垂直。長條形半透半反射透鏡250與第一排攝像裝置和第二排攝像裝置平行，且位於第一排攝像裝置和第二排攝像裝置的取像方向的相交處，半透半反射透鏡250分別與第一排攝像裝置和第二排攝像裝置的取像方向呈45度角。在同時垂直第一排攝像裝置和第二排攝像裝置的 方向上，第一排攝像裝置的複數第一攝像裝置301、303、305、307、309與第二排攝像裝置的複數第二攝像裝置302、304、306、308交替設置。

如此，第一排攝像裝置分別利用來自被拍物體200並透過半透半反射透鏡250的光線取像。第二排攝像裝置分別利用來自被拍物體200並由半透半反射透鏡250反射的光線取像。由於第一排攝像裝置與第二排攝像裝置的相互平行且交替設置，使得第一排攝像裝置的取像範圍311與第二排攝像裝置的取像範圍322也排成一排且交替排列。相對現有技術，該成像設備30利用半透半反射透鏡250將原本需要排成一列的複數攝像裝置(301~309)分成了位置交錯設置的兩排攝像裝置，為攝像裝置之間爭取了空間。而且每一排攝像裝置的複數取像範圍之間都可以留下間隙，因為這些間隙可以由另一排攝像裝置的取像範圍來填補，如此便有效地解決了因為攝像裝置尺寸限制而導致不能取得完整影像的問題，從而能夠取得被拍物體完整且高精度影像。後續可藉由圖像分析即可實現對被拍物體200的光學檢測或者用於其他用途。

本實施方式中，半透半反射透鏡250作為一個改變來自被拍物體200光線傳播方向的光學元件，且為一個獨立光學元件。其他實施方式中，半透半反射透鏡250也可以由複數半透半反射透鏡組成，每個半透半反射透鏡對應一個攝像裝置。

請參閱圖3，其為第二較佳實施方式的成像設備50的結構示意圖。成像設備50與圖2所示的成像設備30的區別在於：成 像設備50利用複數反射鏡550代替了成像設備30中的半透半反射透鏡250，第一排攝像裝置與第二排攝像裝置平行且相對設置，在二者的取像方向上，第一排攝像裝置的複數第一攝像裝置301、303、305、307、309與第二排攝像裝置的複數第二攝像裝置302、304、306、308交替設置。

所述複數反射鏡550排成一排，並與第一排攝像裝置和第二排攝像裝置平行，且位於二者之間。所述複數反射鏡550分為二組：第一組反射鏡551和第二組反射鏡552，第一組反射鏡551和第二組反射鏡552的反射鏡550交替設置，以分別與第一排攝像裝置與第二排攝像裝置對應。第一組反射鏡551的反射面面向第一排攝像裝置，並與第一排攝像裝置的取像方向成45度角。第二組反射鏡552的反射面面向第二排攝像裝置，並與第二排攝像裝置的取像方向成45度角。

如此，第一排攝像裝置分別利用來自被拍物體200並由第一組反射鏡551反射的光線取像。第二排攝像裝置分別利用來自被拍物體200並由第二組反射鏡552反射的光線取像。同樣，由於第一排攝像裝置與第二排攝像裝置的平行以及交錯設置，使得第一排攝像裝置的取像範圍311與第二排攝像裝置的取像範圍322排成一排且交替排列，也解決了因為攝像裝置尺寸限制而導致不能取得完整影像的問題，從而能夠取得被拍物體完整且高精度影像。

請參閱圖4，其為第三較佳實施方式的成像設備70的結構示意圖。成像設備70與圖3所示的成像設備50的區別在於：成 像設備70去掉了第一組反射鏡551。與之對應的，第一排攝像裝置的取像方向變為與第二排攝像裝置的取像方向垂直，從而通過第二組反射鏡552之間的間隔直接對被拍物體200取像，如此可以減少成像設備70的光學器件。

請參閱圖5，其為第四較佳實施方式的成像設備90的結構示意圖。成像設備90與圖3所示的成像設備50的區別在於：成像設備90利用複數直角三稜鏡950代替成像設備30中的複數反射鏡550。複數直角三稜鏡950同樣也分為兩組：第一組三稜鏡951和第二組三稜鏡952，其位置關係與複數反射鏡550相同，不再贅述。所有直角三稜鏡950的一個直角面軍與其對應的攝像裝置的取向方向垂直，以利用直角三稜鏡950斜面的反射特性將來自被拍物體200的光線分別反射到第一排攝像裝置和第二排攝像裝置上。本實施方式採用直角三稜鏡950的原因是因為三稜鏡950在裝配時更容易固定。

請參閱圖6，其為第五較佳實施方式的成像設備91的結構示意圖，成像設備91與圖5所示的成像設備90的區別在於：成像設備91去掉了第一組三稜鏡951。與之對應的，第一排攝像裝置的取像方向變為與第二排攝像裝置的取像方向垂直，從而通過第二組三稜鏡952之間的間隔直接對被拍物體200取像，如此可以減少成像設備91的光學器件。

特殊情況下，若要求拍攝影像的解析度很高，也許兩排攝像裝置緊靠時的取像範圍之間仍然存在間隙，那麼就需要三排甚至更多排攝像裝置來同時取像，下面以三排為例進行詳細 說明。

請參閱圖7，其為第六較佳實施方式的成像設備99的結構示意圖。成像設備99具有三排攝像裝置：複數第三攝像裝置401、404、407，複數第四攝像裝置402、405、408，複數第五攝像裝置403、406、409。複數第三攝像裝置401、404、407排成一排且取像方向一致，下稱其為：第三排攝像裝置。複數第四攝像裝置402、405、408排成一排且取像方向一致，下稱其為：第四排攝像裝置。複數第五攝像裝置403、406、409也排成一排且取像方向一致，下稱其為：第五排攝像裝置。三排攝像裝置相互平行，第三排攝像裝置相對第四排攝像裝置設置，第五排攝像裝置的取像方向與第三排攝像裝置和第四排攝像裝置設置的取像方向垂直。

成像設備99還包括第三組反射鏡450，第四組反射鏡460。所述第三組反射鏡450和第四組反射鏡460排成一排且與第三排攝像裝置、第四排攝像裝置、第五排攝像裝置平行，並位於第三排攝像裝置和第四排攝像裝置之間。所述第三組反射鏡450和第四組反射鏡460的複數反射鏡交替排列且兩個兩個一套，每套之間具有間隔470。第三排攝像裝置通過第三組反射鏡450對被拍物體200取像，第四排攝像裝置通過第四組反射鏡460對被拍物體200取像，第五排攝像裝置透過所述間隔470直接對被拍物體200取像。如此，第三排攝像裝置，第四排攝像裝置，第五排攝像裝置的取像範圍也排成一排且交替排列。

從上述列舉的第一至第六個實施方式可以看出，其原理就是利用光學元件改變將來自被拍物體200的部分或者全部光線，藉由反射、透射甚至折射的形式改變為一個或者複數與原始光線傳播方向不同的光線，那麼就可以將原本需要排成一排的攝像裝置分成兩組或兩組以上甚至更為分散的複數攝像裝置，為攝像裝置之間爭取了空間。同時，由於位於同一排的攝像裝置的取像範圍之間都可以留下間隙，因為這些間隙可由其他排的攝像裝置的取像範圍來填補，如此便可有效地解決因為攝像裝置尺寸限制而導致不能取得完整影像的問題，從而取得被拍物體完整且高精度影像。

本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍之內，對以上實施例所作的適當改變和變化都落在本發明要求保護的範圍之內。

30‧‧‧成像設備

311、322‧‧‧取像範圍

301、303、305、307、309‧‧‧第一攝像裝置

302、304、306、308‧‧‧第二攝像裝置

250‧‧‧半透半反射透鏡

200‧‧‧被拍物體

Claims (6)

1. 一種成像設備，其包括複數攝像裝置，用於同時對被拍物體取像，其改良在於，該複數攝像裝置至少分為二組，該二組攝像裝置平行且相對設置，且在攝像裝置的取像方向上，其中一組攝像裝置與另一組攝像裝置交替設置；該成像設備還包括光學元件，該光學元件位於至少一組攝像裝置與被拍物體之間的光路中，且該組攝像裝置通過該光學元件對被拍物體取像；該光學元件包括至少兩組反射鏡或三棱鏡，該兩組反射鏡或三棱鏡交替設置，且該兩組反射鏡或三棱鏡的反射面分別與二組攝像裝置對應；每一反射鏡或三棱鏡的反射面均與相對應的攝像裝置的取像方向成45度角，以使得來自被拍物體的光線沿兩個相反且與原傳播方向垂直的方向分別傳播至該二組攝像裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成像設備，其中每個攝像裝置具有不同的取像範圍，並且相鄰兩個取向範圍對應的取像光線的傳播方向不同。
3. 如申請專利範圍第1項所述之成像設備，其中該複數攝像裝置的取像範圍排成一排。
4. 如申請專利範圍第3項所述之成像設備，其中每組攝像裝置排成一排，並且相鄰兩個取向範圍對應不同排的攝像裝置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之成像設備，其中至少一組攝像裝置是利用來自被拍物體並透過該光學元件的光線對被拍物 體取像。
6. 如申請專利範圍第5項所述之成像設備，其中光學元件為半透半反射透鏡，至少一組攝像裝置是利用來自被拍物體並透過該半透半反射透鏡的光線對被拍物體取像，還有另外至少一組攝像裝置是利用該半透半反射透鏡反射來自被拍物體的光線來對被拍物體取像。