WO2014081341A1 - Оптико-электронный фотоприемник (варианты) - Google Patents

Оптико-электронный фотоприемник (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2014081341A1
WO2014081341A1 PCT/RU2013/000995 RU2013000995W WO2014081341A1 WO 2014081341 A1 WO2014081341 A1 WO 2014081341A1 RU 2013000995 W RU2013000995 W RU 2013000995W WO 2014081341 A1 WO2014081341 A1 WO 2014081341A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
matrices
lenses
row
groups
group
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000995
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Николаевич БАРЫШНИКОВ
Владимир Сергеевич БЕЗОБРАЗОВ
Александр Алексеевич ГРИБАЧ
Василий Петрович ИВАНОВ
Сергей Петрович МАКСИМЯК
Original Assignee
Baryshnikov Aleksandr Nikolaevich
Bezobrazov Vladimir Sergeevich
Gribach Aleksandr Alekseevich
Ivanov Vasilyi Petrovich
Maximyak Sergey Petrovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baryshnikov Aleksandr Nikolaevich, Bezobrazov Vladimir Sergeevich, Gribach Aleksandr Alekseevich, Ivanov Vasilyi Petrovich, Maximyak Sergey Petrovich filed Critical Baryshnikov Aleksandr Nikolaevich
Priority to EP13856531.2A priority Critical patent/EP2851748B1/en
Priority to US14/413,701 priority patent/US9356062B2/en
Priority to CA2879526A priority patent/CA2879526C/en
Publication of WO2014081341A1 publication Critical patent/WO2014081341A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/45—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from two or more image sensors being of different type or operating in different modes, e.g. with a CMOS sensor for moving images in combination with a charge-coupled device [CCD] for still images
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/90—Arrangement of cameras or camera modules, e.g. multiple cameras in TV studios or sports stadiums

Definitions

  • the invention relates to digital photographic equipment, in particular to optical electronic systems (ECO) for obtaining digital photo images of a mosaic type.
  • ECO optical electronic systems
  • a known optical-electronic photodetector comprising a lens and a digital sensor located in the focal plane of the lens (Chinese Patent JN ° CN 101556758, 2010).
  • a digital camera includes an optical system and a digital electronic sensor located in the focal plane of the optical system (US Patent Application JY ° 2012/0082441, 2012).
  • a disadvantage of known devices of this type is the small received image field due to the size of the sensor and lens.
  • optical-electronic photodetector for aerial photography, including an optical system and an electronic photosensitive device located on its focal surface (US Patent Application N ° 201 1/0122300, 201 1 g).
  • hybrid photodetectors 8192x8192 pixels (64 M), size 129x129 mm, Loral Fairchild (USA), a hybrid of 8 matrices with one-sided outputs; 8192x8192 pixels (64 M), size 90x90 mm, Fortune Aerospace (USA), a hybrid of 4 matrices with two-sided outputs.
  • the hybrid direction is not promising for use for the following main reasons: the technological complexity of manufacturing “mosaic” hybrid matrices with a minimum gap between the mosaic elements, comparable with the complexity of the technological process of manufacturing the matrices themselves; the impossibility of obtaining the resulting sensor capacity exceeding the capacity of the source matrices by more than 4-5 times; the need to use the source matrices of the maximum available capacity, which differ (at a given reading pace) by the long read time of the full image and are made using the frame-readout technology (the mandatory use of mechanical shutters, the low shooting rate and the significant limitations on the speed of the medium resulting from it).
  • the overdetermination of the generating frame from subframes of a 3-dimensional function j - consists in the fact that the same point in the space of the originals can correspond to a point in each of the spaces of the base images (or, at least, in two adjacent base spaces).
  • the transformation of subframes into frames is described in each case as a single generating function related to the class of piecewise linear polynomial transformations and sets of rules for correlating particular subdomains of spaces of subframes with non-overlapping adjacent subdomains of the space of the output frame.
  • the relative position of the lenses for a multi-objective lens.
  • the application of this approach to the construction of systems having several lenses and several matrices under each of them makes it possible to uniquely determine the complex of conversion functions to obtain an optoelectronic system that is free from all or most of the restrictions on the type of projection. So, the output image can be obtained free from the influence of perspective, reduced to a theoretically defined projection (frame, panoramic, etc.), it can be introduced into a well-known spatially-defined distortion defined by some table (grid model).
  • the technical problem solved by this invention is to increase the shooting format of an optoelectronic photodetector while reducing geometric and chromatic distortions.
  • the optical system is made in the form of at least two lenses
  • the electronic photosensitive device is made in the form of the same number of lenses of separate groups of the same digital photosensitive matrices with a total number of all matrices not less than the number of lenses
  • the matrices of each group are arranged in a row with gaps, the value of which does not exceed the product of the number of effective pixels by the physical size of a pixel of one matrix along the axis of its symmetry oriented in the fraction of the row multiplied by the number of groups minus one
  • the groups of matrices are arranged in parallel rows, each on the focal surface of the corresponding lens, so that the matrices of one group are offset relative to the matrices of the other group along the direction of their row by an amount not exceeding the maximum interval between matrices in a row.
  • the optical system is made in the form of at least two lenses
  • the electronic photosensitive device is made in the form of the corresponding number of lenses of separate groups of identical digital photosensitive matrices with a total number of all matrices not less than the number of lenses
  • the matrices of each group are located on a focal surface of the corresponding lens in a row with gaps along one axis on which the symmetry axes of the same name lie, with
  • the arrays of matrices of different groups are located in parallel planes, the projections of the optical axes of the lenses on which form an angle in radians with each other that does not exceed the quotient of dividing the distance between adjacent matrices in a row by the product of the number of lenses by their focal length.
  • the third embodiment characterizes the condition under which the matrices of one group are offset relative to the matrices of the other group along the direction of their row by an amount not exceeding the maximum gap between the matrices in the row, and the axis of the rows of matrices of different groups are located in parallel planes, the projections of the optical axes of the lenses onto which an angle between themselves, the value of which is inversely proportional to the displacement between groups of matrices relative to each other and does not exceed, expressed in radians, the quotient from division The distance between adjacent arrays in a row on the product of the number of lenses in their focal length.
  • the implementation of the photodetector in the form of several identical lenses with rows of identical matrices located on a common focal surface in a checkerboard pattern with a distance between adjacent matrices of no more than the length of the effective number of pixels oriented along a row allows you to form a single large shooting field from many separate matrices.
  • This design allows you to use a number of separate small lenses instead of one large and expensive, as well as many small matrices instead of one expensive matrix of large size.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of an optoelectronic photodetector consisting of two lenses and four arrays.
  • FIG. 2 shows the layout of eight matrices in two groups of four matrices for two lenses in the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a matrix arrangement on two lenses according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a matrix arrangement on two lenses according to a third embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows the arrangement of the optical axes of the lenses for the second and third embodiments of the invention.
  • Optoelectronic photodetector contains holders 1 of lenses 2 with optical axes 3. Digital photosensitive arrays 4 mounted on the boards 5. Axis 3 together form the equivalent optical axis 6 of the optoelectronic photodetector. Matrices form a single image field on a combined field 7 of individual ABCD images corresponding to the same matrix 4.
  • Matrices 4 form separate groups ABCD and EFGH located on the focal surface of the corresponding lenses 2.
  • Groups of 9 matrices 4 are arranged in a row along axis 8 with gaps whose size does not exceed the product of the number of effective pixels by the physical pixel size of one matrix 4 along its axis of symmetry, oriented along a row times the number of groups minus one.
  • Matrix groups are arranged in parallel rows, each on the focal surface of the corresponding lens.
  • Matrices 4 of one group ABCD are shifted relative to matrices 4 of another group EFGH along the direction of their row by an amount not exceeding the maximum gap between the matrices in a row.
  • an image of the same plot will be formed accurate to the parallax of vision (linear, taking into account the distance between the lenses, and, in the general case, angular, taking into account possible unparalleled optical axes) in the form of an overlapping the image formed by the matrices 4 of the group ABCD of the combined field 7. If the matrices 4 are installed in a group of four, the image will consist of combined groups AEBFCGDH (figure 2).
  • the second and third versions of the projection of the optical axes 3 of the lenses 2 onto parallel planes in which the axes 8 lie they form an angle of 10 in radians not exceeding the quotient of dividing the distance between adjacent matrices 4 in a row by the product of the number of lenses by their focal length.
  • the value of the angle 10 is inversely proportional to the amount of displacement between the groups of matrices relative to each other. That is, the third option provides a single inextricable field of view in the case of displacement of one row of matrices relative to another by an amount less than the gap between the matrices 4 in a row.
  • the proposed optoelectronic photodetector is equivalent to a conventional lens with an axis (s-c), in the field of view of which almost the same image is formed as in the field of view of the lenses (aa) and (bb) - i.e., real lenses ( aa) and (bb) twice repeat the plot in the image space that is visible by a virtual lens (cc) of the same focal length and viewing angle as lenses 2.
  • the use of at least two lenses instead of one lens is due to the need to ensure continuity of the field of view when real matrices are used, the size of the photosensitive region of which is significantly smaller than the total geometric size (due to the crystal body, lead frame, and, in fact, conclusions).
  • the proposed optoelectronic photodetector uses a sensor measuring 6.38 x 5.26 mm with a diagonal of the reading area of 1: 2.7 inches, which, with an aspect ratio of 4: 3, corresponds to overall dimensions of the field of view of 5.53 x 4.09 mm.
  • Optoelectronic photodetector is used as follows.
  • the matrices A and C are mounted on the holders 5 in the focal plane of the lens (aa) at a certain distance from each other, and this distance is less than the overall dimensions of the matrix.
  • matrices B and D are placed on similar holders, there is also a gap between them.
  • the fields of view (aa), (bb) and (cc) in the neglect of parallaxes are identical.
  • All the above operations are carried out under visual control by observing the field of view (s-c), in which data obtained from all matrices (optical sensors) are displayed together.
  • the proposed device is technically feasible as long as the size of the visible region of the matrix exceeds the size of the frames of adjacent matrices and holders 5, at least in the assembly direction.
  • optical properties of the lenses used provide a balance of the size of the matrix sensor and the spatial resolution of the optics, sufficient for four matrices 4 to be mounted under the lens on unified holders 5. Accordingly, an optical-electronic photodetector of this design will have a field of view equivalent to the field of view of 8 adjacent matrices.
  • the adjacent rows of 9 matrices may not be offset relative to each other, that is, the groups of matrices 4 on all lenses 2 are located identically. But lenses 2 are tilted relative to each other along the axes 8.
  • the axes 8 are crossed and lie in parallel planes. The projections of the optical axes of the lenses on these planes form an angle of 10 between themselves, which does not exceed in radians the quotient of dividing the distance between adjacent matrices 4 in a row by the product of the number of lenses by their focal length.
  • matrices 4 form separate groups ABCD and EFGH located on the focal surface of the corresponding lens 2.
  • Groups of 9 matrices 4 are arranged in a row along axis 8 with gaps.
  • Matrix groups are arranged in parallel rows, each on the focal surface of the corresponding lens. Under the condition of the indicated angle between the optical axes of the lenses, an image of the same plot will be formed in their focal planes in the form of an overlapping image formed by the matrices 4 of the ABCD group of the combined field 7. If the matrices 4 are set in a group of four, the image will consist of combined groups AEBFCGDH (Fig.Z).
  • the third option reflects the intermediate position of the matrices and angles between the optical axes of the lenses, at which the magnitude of the angle 10 is inversely proportional to the offset between the groups of matrices relative to each other (Fig. 4).
  • the proposed design of the optoelectronic photodetector allows one to form a single large continuous field of view of the photographed surface from the set of individual lenses and the set of separate matrices, which either cannot be made by one, even a very large lens and one large matrix, or such a design will be unreasonably expensive and have excessively large dimensions and weight.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

Оптико-электронный фотоприемник относится к цифровой фотографической технике и предназначен для получения единых цифровых фотоизображений мозаичного типа. Предложены три варианта исполнения. Фотоприемник выполнен в виде нескольких одинаковых объективов с расположенными на общей фокальной поверхности рядами одинаковых матриц в шахматном порядке с расстоянием между соседними матрицами не больше длины эффективного числа пикселей, ориентированных вдоль ряда. Это позволяет сформировать единое большое поле съемки из множества отдельных матриц. Такая конструкция позволяет использовать ряд отдельных небольших объективов вместо одного большого и дорогостоящего, равно как и множество небольших матриц вместо одной дорогой матрицы крупного размера. Установка объективов под углом друг к другу, имеющим строго определенную зависимость от фокусного расстояния и длины промежутка между матрицами в ряду обеспечивает неразрывное построение изображений отдельными матрицами на снимаемой поверхности с заданными перекрытиями для последующей сшивки отдельных изображений в единое полотно.

Description

Оптико-электронный фотоприемник (варианты)
Область техники
Изобретение относится к цифровой фотографической технике, в частности к оптико-электронным системам (ОЭС) для получения цифровых фотоизображений мозаичного типа. Предшествующий уровень техники
Известен оптико-электронный фотоприемник, включающий объектив и цифровой сенсор, расположенный в фокальной плоскости объектива (Патент Китая JN° CN 101556758, 2010).
Известна цифровая камера, включающая оптическую систему и цифровой электронный сенсор, расположенный в фокальной плоскости оптической системы (Патентная заявка США JY° 2012/0082441, 2012 г.).
Недостатком известных устройств такого типа является небольшое получаемое поле изображения, обусловленное размерами сенсора и объектива.
Наиболее близким техническим решением является оптико-электронный фотоприемник для аэрофотосъемки, включающий оптическую систему и расположенный на ее фокальной поверхности электронный фоточувствительный прибор (Патентная заявка США N° 201 1/0122300, 201 1 г.).
Приведенные выше известные классические конструкции «один объектив-одна матрица» обладают ограничениями, особенно существенными для аэросъемочных систем. Размер (и пиксельная размерность) цифровых фотоприемников технологически и физически ограничена, и почти любой существующий отдельно взятый фотоприемник проигрывает по числу фоточувствительных элементов широкоформатным пленочным носителям классических систем воздушного фотографирования. Компенсировать этот недостаток в моноскопической системе возможно, применив гибридные сенсоры на базе нескольких фотоприемников с выводами, расположенными на трех, двух или одной стороне кристалла (корпуса прибора). Несмотря на то, что известны достаточно емкие гибридные фотоприемники: 8192x8192 пиксела (64 М), размер 129x129 мм, Loral Fairchild (США), гибрид из 8 матриц с односторонними выводами; 8192x8192 пиксела (64 М) размер 90x90 мм, Fortune Aerospace (США), гибрид из 4 матриц с двухсторонними выводами. Но гибридное направление не перспективно для использования по следующим основным причинам: технологическая сложность изготовления «мозаичных» гибридных матриц с минимальным зазором между элементами мозаики, сопоставимая со сложностью технологического процесса производства самих матриц; невозможность получения результирующей емкости сенсора, превышающей емкость исходных матриц более, чем в 4-5 раз; необходимость применения исходных матриц максимальной доступной емкости, отличающихся (при заданном темпе чтения) большим временем считывания полного изображения и выполненных по технологии frame-readout (обязательность применения механических затворов, низкий темп съемки и вытекающие из него существенные ограничения на скорость носителя).
Свободными от недостатков гибридных фотоприемников и некоторых других ограничений, присущих ОЭС, выполненным по схеме «один объектив - одна матрица», являются многообъективные аэрофотографирующие системы с синтезом результирующего изображения (кадра) из нескольких синхронно получаемых базовых изображений (субкадров). Наиболее существенной особенностью ОЭС данной схемы является то, что каждый из используемых объективов формирует свое пространство изображений, независимое от пространств изображений остальных объективов и участвующее в формировании кадра в качестве аргумента 3 -мерной переопределенной функции, не являющейся ни гладкой, ни монотонной, ни непрерывной. Более того, переопределенность порождающей кадр из субкадров 3 -мерной функции j - состоит и в том, что одной и той же точке пространства оригиналов может соответствовать точка в каждом из пространств базовых изображений (или, по крайней мере, в двух смежных базовых пространствах). Таким образом, преобразование субкадров в кадры описывается в каждом конкретном случае единой порождающей функцией, относящейся к классу кусочно-линейных полиномиальных преобразований и наборов правил соотнесения тех или иных подобластей пространств субкадров с неперекрывающимися смежными подобластями пространства выходного кадра.
Такой подход к построению фотоаппаратуры возможен только для случая цифровой фотографии - там, где регистрация изображения осуществляется на покрытую фоточувствительным материалом плоскость, объединение нескольких изображений в единый кадр требует, как минимум, вторичного проецирования или, в более простых случаях, трансформаторов изображений. К тому же коррекция неизбежно возникающих при сопряжении нескольких разномасштабных и расположенных в непараллельных фокальных плоскостях изображений искажений фотографическим способом затруднена или невозможна. Напротив, для цифровых изображений задача кусочно-линейной коррекции сводится к расчету преобразования базовых изображений в исходное по полиномиальной модели с последующим формированием единого изображения методом «мозаики». Одновременно с указанными расчетами могут быть проведены преобразования, учитывающие (устраняющие):
- наклон оси фотографирования к изображаемой местности (перспективные искажения);
- дисторсию используемых объективов;
- отклонения реальных значений фокусного расстояния от теоретических (коррекция масштабов);
- взаимное положение объективов (для многообъективной схемы). Применение данного подхода к построению систем, имеющих несколько объективов и несколько матриц под каждым из них, позволяет при однозначном определении комплекса функций преобразования получить оптико- электронную систему, свободную от всех или большинства ограничений по типу проецирования. Так, выходное изображение может быть получено свободным от влияния перспективы, приведено к теоретически заданной проекции (кадровой, панорамной и т.п), в него могут быть внесены заранее известные пространственно-определенные искажения, заданные некоторой таблицей (сеточной моделью).
Раскрытие изобретения
Технической задачей решаемой данным изобретением является увеличение формата съемки оптико-электронного фотоприемника при уменьшении геометрических и хроматических искажений.
Указанная техническая задача решается тем, что оптическая система выполнена в виде, по меньшей мере, двух объективов, а электронный фоточувствительный прибор выполнен в виде соответствующих числу объективов отдельных групп одинаковых цифровых фоточувствительных матриц с общим числом всех матриц не меньше числа объективов, причем матрицы каждой группы расположены в ряд с промежутками, величина которых не превышает произведения числа эффективных пикселей на физический размер пикселя одной матрицы по оси ее симметрии, ориентированной вдоль ряда, умноженного на количество групп минус один, при этом группы матриц расположены параллельными рядами, - каждый на фокальной поверхности соответствующего объектива, таким образом, что матрицы одной группы смещены относительно матриц другой группы вдоль направления их ряда на величину, не превышающую максимального промежутка между матрицами в ряду. Второй вариант решения технической задачи заключается в том, что оптическая система выполнена в виде, по меньшей мере, двух объективов, а электронный фоточувствительный прибор выполнен в виде соответствующих числу объективов отдельных групп одинаковых цифровых фоточувствительных матриц с общим числом всех матриц не меньше числа объективов, причем матрицы каждой группы расположены на фокальной поверхности соответствующего объектива в ряд с промежутками вдоль одной оси, на которой лежат одноименные оси симметрии матриц, при этом оси рядов матриц разных групп расположены в параллельных плоскостях, проекции оптических осей объективов на которые образуют между собой угол в радианах не превышающий частного от деления расстояния между соседними матрицами в ряду на произведение числа объективов на их фокусное расстояние.
Третий вариант исполнения характеризует условие, при котором матрицы одной группы смещены относительно матриц другой группы вдоль направления их ряда на величину, не превышающую максимального промежутка между матрицами в ряду, а оси рядов матриц разных групп расположены в параллельных плоскостях, проекции оптических осей объективов на которые образуют между собой угол, величина которого обратно пропорциональна величине смещения между группами матриц относительно друг друга и не превышает, выраженного в радианах, частного от деления расстояния между соседними матрицами в ряду на произведение числа объективов на их фокусное расстояние.
Указанные отличительные признаки существенны.
Выполнение фотоприемника в виде нескольких одинаковых объективов с расположенными на общей фокальной поверхности рядов одинаковых матриц в шахматном порядке с расстоянием между соседними матрицами не больше длины эффективного числа пикселей, ориентированных вдоль ряда позволяет сформировать единое большое поле съемки из множества отдельных матриц. Такая конструкция позволяет использовать ряд отдельных небольших объективов вместо одного большого и дорогостоящего, равно как и множество небольших матриц вместо одной дорогой матрицы крупного размера.
Признаки второго и третьего вариантов также обеспечивают решение технической задачи.
Установка объективов под углом друг к другу, имеющим строго определенную зависимость от фокусного расстояния и длины промежутка между матрицами в ряду обеспечивает неразрывное построение изображений отдельными матрицами на снимаемой поверхности с заданными перекрытиями для последующей сшивки отдельных изображений в единое полотно.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое изображение первого варианта оптико-электронного фотоприемника, состоящего из двух объективов и четырех матриц.
На фиг. 2 представлена схема размещения восьми матриц в двух группах по четыре матрицы для двух объективов по первому варианту.
На фиг. 3 изображена схема размещения матриц на двух объективах по второму варианту изобретения.
На фиг. 4 изображена схема размещения матриц на двух объективах по третьему варианту изобретения
На фиг. 5 показано расположение оптических осей объективов для второго и третьего вариантов изобретения.
Лучший вариант осуществления изобретения
Оптико-электронный фотоприемник содержит держатели 1 объективов 2 с оптическими осями 3. Цифровые фоточувствительные матрицы 4 установлены на платах 5. Оси 3 вместе образуют эквивалентную оптическую ось 6 оптико-электронного фотоприемника. Матрицы формируют единое поле изображения на объединенном поле 7 из отдельных изображений ABCD, соответствующим одноименным матрицам 4.
Матрицы 4 образуют отдельные группы ABCD и EFGH, расположенные на фокальной поверхности соответствующих объективов 2. Группы 9 матриц 4 расположены в ряд вдоль оси 8 с промежутками, величина которых не превышает произведения числа эффективных пикселей на физический размер пикселя одной матрицы 4 по оси ее симметрии, ориентированной вдоль ряда, умноженного на количество групп минус один. Группы матриц расположены параллельными рядами, - каждый на фокальной поверхности соответствующего объектива. Матрицы 4 одной группы ABCD смещены относительно матриц 4 другой группы EFGH вдоль направления их ряда на величину, не превышающую максимального промежутка между матрицами в ряду. При условии достаточного удаления предметов наблюдения от объективов в их фокальных плоскостях будет сформировано изображение одного и того же сюжета с точностью до параллаксов видения (линейного, учитывающего расстояние между объективами, и, в общем случае, углового, учитывающего возможную непареллельность оптических осей) в виде перекрывающегося изображения, формируемого матрицами 4 группы ABCD объединенного поля 7. Если матриц 4 установлено в группе по четыре, то изображение будет состоять из совмещенных групп AEBFCGDH (фиг.2).
Во втором и третьем вариантах исполнения проекции оптических осей 3 объективов 2 на параллельные плоскости, в которых лежат оси 8, образуют между собой угол 10 в радианах не превышающий частного от деления расстояния между соседними матрицами 4 в ряду на произведение числа объективов на их фокусное расстояние. Причем в третьем варианте величина угла 10 обратно пропорциональна величине смещения между группами матриц относительно друг друга. То есть, третий вариант обеспечивает получение единого неразрывного поля зрения в случае смещения одногоряда матриц относительно другого на величину меньше величины промежутка между матрицами 4 в ряду.
Предлагаемый оптико-электронный фотоприемник эквивалентен условному объективу с осью (с-с), в поле зрения которого формируется практически то же изображение, что и в полях зрения объективов (а-а) и (b-b) - т.е., реальные объективы (а-а) и (b-b) двухкратно повторяют в пространстве изображений сюжет, видимый виртуальным объективом (с-с) того же фокусного расстояния и угла видения, что и объективы 2.
Использование вместо одного объектива, как минимум, двух обусловлено необходимостью обеспечить непрерывность поля зрения при применении реальных матриц, размер фоточувствительной области которых существенно меньше полного геометрического размера (за счет корпуса кристалла, выводной рамки и, собственно, выводов). В предложенном оптико-электронном фотоприемнике применен сенсор размером 6.38 х 5.26 мм при диагонали рабочей области считывания 1 :2,7 дюйма, что при соотношении сторон 4:3 соответствует габаритным размерам поля зрения 5,53 х 4,09 мм.
Оптико-электронный фотоприемник используют следующим образом.
Промышленная применимость
Как показано на фиг. 1 матрицы А и С установлены на держателях 5 в фокальной плоскости объектива (а-а) на некотором расстоянии друг от друга, причем это расстояние меньше габаритных размеров матрицы. В фокальной плоскости объектива (b-b) на аналогичных держателях размещены матрицы В и D, между ними также имеется промежуток. Поля зрения (а-а), (b-b) и (с-с) в пренебрежении параллаксами тождественны. При юстировке такого размещения сенсора В в поле зрения объектива (b-b), обеспечивается условие чтобы зона изображения В совмещалась с зоной изображения А с небольшим (несколько десятков точек) перекрытием. Это достигается тем, что держатели матриц А и В размещены в полях зрения разных объективов и перемещаются независимо, при этом 20 точек при размере пиксела 3,275 мкм составляет около 0,06-0,07 мм и линейная юстировка с таким перемещением реализуема технически.
Далее, зафиксировав положение матриц А-В, регулируют положения матрицы С в фокальной плоскости объектива (а-а) так, чтобы добиться минимального перекрытия с матрицей В по смежной стороне. После этого аналогичным образом юстируют положение матричного сенсора D относительно фокальной плоскости (b-b). Получив удовлетворительный результат, механически фиксируют положение держателей 5 матриц 4.
Все перечисленные выше операции осуществляют под визуальным контролем путем наблюдения поля зрения (с-с), в котором совместно отображаются данные, полученные от всех матриц (оптических сенсоров). Предложенное устройство технически реализуемо до тех пор, пока размер видимой области матрицы превосходит размер рамок смежных матриц и держателей 5, по крайней мере, в направлении сборки.
Оптические свойства примененных объективов обеспечивают сбалансированность размера сенсора матрицы и пространственного разрешения оптики, достаточную для установки под объектив четырех матриц 4 на унифицированных держателях 5. Соответственно оптико-электронный фотоприемник такой конструкции будет иметь поле зрения, эквивалентное полю зрения 8 смежно-расположенных матриц.
Во втором варианте исполнения соседние ряды 9 матриц могут быть не смещены относительно друг друга, то есть группы матриц 4 на всех объективах 2 расположены одинаково. Но объективы 2 наклонены друг относительно друга вдоль осей 8. Оси 8 оказываются перекрещивающимися и лежат в параллельных плоскостях. Проекции оптических осей объективов на эти плоскости образуют между собой угол 10, который не превышает в радианах частного от деления расстояния между соседними матрицами 4 в ряду на произведение числа объективов на их фокусное расстояние.
Аналогично первому варианту матрицы 4 образуют отдельные группы ABCD и EFGH, расположенные на фокальной поверхности соответствующего объектива 2. Группы 9 матриц 4 расположены в ряд вдоль оси 8 с промежутками. Группы матриц расположены параллельными рядами, - каждый на фокальной поверхности соответствующего объектива. При условии указанной величины угла между оптическими осями объективов, в их фокальных плоскостях будет сформировано изображение одного и того же сюжета в виде перекрывающегося изображения, формируемого матрицами 4 группы ABCD объединенного поля 7. Если матриц 4 установлено в группе по четыре, то изображение будет состоять из совмещенных групп AEBFCGDH (фиг.З).
Третий вариант отражает промежуточное положение матриц и углов между оптическими осями объективов, при котором величина угла 10 обратно пропорциональна величине смещения между группами матриц относительно друг друга (фиг. 4).
Предложенная конструкция оптико-электронного фотоприемника позволяет формировать из множества отдельных объективов и множества отдельных матриц единое большое непрерывное поле зрения фотографируемой поверхности, что, либо невозможно сделать одним, даже очень большим объективом и одной большой матрицей, либо такая конструкция будет неоправданно дорогостоящей и иметь чрезмерно большие габариты и вес.

Claims

Формула изобретения
1. Оптико-электронный фотоприемник, включающий оптическую систему и расположенный на ее фокальной поверхности электронный фоточувствительный прибор, отличающийся тем, что оптическая система выполнена в виде, по меньшей мере, двух объективов, а электронный фоточувствительный прибор выполнен в виде соответствующих числу объективов отдельных групп одинаковых цифровых фоточувствительных матриц с общим числом всех матриц не меньше числа объективов, причем матрицы каждой группы расположены в ряд с промежутками, величина которых не превышает произведения числа эффективных пикселей на физический размер пикселя одной матрицы по оси ее симметрии, ориентированной вдоль ряда, умноженного на количество групп минус один, при этом группы матриц расположены параллельными рядами, - каждый на фокальной поверхности соответствующего объектива, таким образом, что матрицы одной группы смещены относительно матриц другой группы вдоль направления их ряда на величину, не превышающую максимального промежутка между матрицами в ряду.
2. Оптико-электронный фотоприемник, включающий оптическую систему и расположенный на ее фокальной поверхности электронный фоточувствительный прибор, отличающийся тем, что оптическая система выполнена в виде, по меньшей мере, двух объективов, а электронный фоточувствительный прибор выполнен в виде соответствующих числу объективов отдельных групп одинаковых цифровых фоточувствительных матриц с общим числом всех матриц не меньше числа объективов, причем матрицы каждой группы расположены на фокальной поверхности соответствующего объектива в ряд с промежутками вдоль одной оси, на которой лежат одноименные оси симметрии матриц, при этом оси рядов матриц разных групп расположены в параллельных плоскостях, проекции оптических осей объективов на которые образуют между собой угол в радианах не превышающий частного от деления расстояния между соседними матрицами в ряду на произведение числа объективов на их фокусное расстояние.
3. Оптико-электронный фотоприемник, включающий оптическую систему и расположенный на ее фокальной поверхности электронный фоточувствительный прибор, отличающийся тем, что оптическая система выполнена в виде, по меньшей мере, двух объективов, а электронный фоточувствительный прибор выполнен в виде соответствующих числу объективов отдельных групп одинаковых цифровых фоточувствительных матриц с общим числом всех матриц не меньше числа объективов, причем матрицы каждой группы расположены на фокальной поверхности соответствующего объектива в ряд с промежутками вдоль одной оси, на которой лежат одноименные оси симметрии матриц, причем величина промежутков не превышает произведения числа эффективных пикселей на физический размер пикселя одной матрицы по оси ее симметрии, ориентированной вдоль ряда, умноженного на количество групп минус один, при этом группы матриц расположены параллельными рядами таким образом, что матрицы одной группы смещены относительно матриц другой группы вдоль направления их ряда на величину, не превышающую максимального промежутка между матрицами в ряду, а оси рядов матриц разных групп расположены в параллельных плоскостях, проекции оптических осей объективов на которые образуют между собой угол, величина которого обратно пропорциональна величине смещения между группами матриц относительно друг друга и не превышает, выраженного в радианах, частного от деления расстояния между соседними матрицами в ряду на произведение числа объективов на их фокусное расстояние.
PCT/RU2013/000995 2012-11-22 2013-11-08 Оптико-электронный фотоприемник (варианты) WO2014081341A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13856531.2A EP2851748B1 (en) 2012-11-22 2013-11-08 Optoelectronic photodetector (variants)
US14/413,701 US9356062B2 (en) 2012-11-22 2013-11-08 Optoelectronic photodetector (variants)
CA2879526A CA2879526C (en) 2012-11-22 2013-11-08 Optoelectronic photo sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012149706 2012-11-22
RU2012149706/28A RU2518365C1 (ru) 2012-11-22 2012-11-22 Оптико-электронный фотоприемник (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014081341A1 true WO2014081341A1 (ru) 2014-05-30

Family

ID=50775154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000995 WO2014081341A1 (ru) 2012-11-22 2013-11-08 Оптико-электронный фотоприемник (варианты)

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9356062B2 (ru)
EP (1) EP2851748B1 (ru)
CA (1) CA2879526C (ru)
RU (1) RU2518365C1 (ru)
WO (1) WO2014081341A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571452C1 (ru) * 2014-10-15 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Способ сборки мозаичного фотоприемного модуля большого формата из фотоприемных модулей меньшей площади
RU2599917C1 (ru) * 2015-07-28 2016-10-20 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Устройство фотографическое с изменяемым направлением фотографирования, управляемой величиной поля зрения и масштаба фотографирования
AU2020285361A1 (en) * 2019-05-24 2022-01-20 Aerometrex Pty Ltd An aerial imaging system and method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU44838U1 (ru) * 2004-11-26 2005-03-27 Автономная некоммерческая организация "Космос-Наука и Техника" Авиационная оптико-электронная система наблюдения и регистрации
WO2008075335A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Elbit Systems Electro-Optics Elop Ltd. Airborne photogrammetric imaging system and method
CN101556758A (zh) 2009-04-23 2009-10-14 杭州镭星科技有限公司 一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法
US20110122300A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Microsoft Corporation Large format digital camera with multiple optical systems and detector arrays
US20110122223A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-26 Michael Gruber Multi-resolution digital large format camera with multiple detector arrays
US20120082441A1 (en) 2010-09-30 2012-04-05 Trimble Germany Gmbh Aerial digital camera and method of controlling the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5942511B2 (ja) * 1982-04-13 1984-10-15 株式会社東芝 密着センサ
US7009638B2 (en) * 2001-05-04 2006-03-07 Vexcel Imaging Gmbh Self-calibrating, digital, large format camera with single or multiple detector arrays and single or multiple optical systems
UA73299C2 (en) * 2001-11-15 2005-07-15 Optoelectronic device for air photography ?? ?? ????
US7893957B2 (en) * 2002-08-28 2011-02-22 Visual Intelligence, LP Retinal array compound camera system
US7206136B2 (en) * 2005-02-18 2007-04-17 Eastman Kodak Company Digital camera using multiple lenses and image sensors to provide an extended zoom range
WO2007014293A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-01 The Regents Of The University Of California Digital imaging system and method to produce mosaic images
DE102008058311A1 (de) * 2008-11-18 2010-07-22 Jena-Optronik Gmbh Anordnung zur flugkörpergestützten Bilddatenaufnahme von der Oberfläche eines Himmelskörpers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU44838U1 (ru) * 2004-11-26 2005-03-27 Автономная некоммерческая организация "Космос-Наука и Техника" Авиационная оптико-электронная система наблюдения и регистрации
WO2008075335A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Elbit Systems Electro-Optics Elop Ltd. Airborne photogrammetric imaging system and method
CN101556758A (zh) 2009-04-23 2009-10-14 杭州镭星科技有限公司 一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法
US20110122300A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Microsoft Corporation Large format digital camera with multiple optical systems and detector arrays
US20110122223A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-26 Michael Gruber Multi-resolution digital large format camera with multiple detector arrays
US20120082441A1 (en) 2010-09-30 2012-04-05 Trimble Germany Gmbh Aerial digital camera and method of controlling the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2851748A4

Also Published As

Publication number Publication date
CA2879526C (en) 2018-05-01
CA2879526A1 (en) 2014-05-30
EP2851748B1 (en) 2018-05-02
EP2851748A4 (en) 2015-09-30
US20150187829A1 (en) 2015-07-02
EP2851748A1 (en) 2015-03-25
RU2012149706A (ru) 2014-05-27
US9356062B2 (en) 2016-05-31
RU2518365C1 (ru) 2014-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11025886B2 (en) Multi-lens camera with a single image sensor
CN102870032B (zh) 图像显示装置
CN105303574B (zh) 一种基于单应性变换的集成成像摄像机阵列标定方法
JP5672989B2 (ja) 撮像装置
WO2012120584A1 (ja) 撮像装置および測距装置
US20120300041A1 (en) Image capturing device
CN103650475A (zh) 图像转换装置、摄像机、图像转换方法以及记录有程序的记录介质
WO2007055943A3 (en) Multi-user stereoscopic 3-d panoramic vision system and method
TW200913662A (en) Method for the orientation of a parallax barrier screen on a display screen
JP2012100204A5 (ru)
JP2007071922A (ja) 立体画像撮像装置及び立体画像表示装置
CN103019021A (zh) 一种3d光场相机及其拍摄图像的处理方法
CN104007556A (zh) 基于微透镜阵列组的低串扰集成成像三维显示方法
RU2518365C1 (ru) Оптико-электронный фотоприемник (варианты)
CN103348668A (zh) 光场摄像装置以及摄像元件
JP2007286521A (ja) 複数の撮像体の画像から裸眼立体視可能な立体画像を生成する簡易撮像装置
JP2009048033A (ja) 立体画像撮像装置
JP2012175194A (ja) 撮像装置及び画像信号処理装置
TWI251683B (en) Solid state image apparatus
JP3676916B2 (ja) 立体撮像装置および立体表示装置
JP2020153865A (ja) ３次元情報取得装置、情報処理装置、およびシステム
TWI794571B (zh) 包含用於累積圖像資訊的多孔徑成像裝置的裝置
JP2007264261A (ja) 投射型立体表示装置
CN103563369B (zh) 图像处理装置、摄像装置以及图像处理方法
JP2003075946A (ja) 立体撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13856531

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013856531

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14413701

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2879526

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE