專利名稱：圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像拾取設(shè)備，其用于拾取諸如全天空(全方向)范 圍的寬范圍內(nèi)的圖像。
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域公知的，已經(jīng)開發(fā)了各種攝像機(jī)系統(tǒng)，所述攝像機(jī)系統(tǒng)具有 布置在一個(gè)殼體中的多個(gè)視頻攝像機(jī)，用于同時(shí)拾取全方向或全景范圍內(nèi) 或者廣角或者寬角度范圍內(nèi)的圖像。
為了解決這樣的攝像機(jī)系統(tǒng)的視差問題，已經(jīng)提出了用于消除視差而 無需反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)(參見例如日本專利早期公開No. 2003-162018)。
沒有反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)椴恍枰糜诎惭b反射鏡的體 積，所以整個(gè)攝像機(jī)系統(tǒng)的尺寸很小，并且光學(xué)系統(tǒng)的尺寸很小，并且僅 僅因?yàn)闆]有反射鏡，所以可以與具有普通鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)相同的方式容易 地處置。
根據(jù)上述光學(xué)系統(tǒng)，多個(gè)視頻攝像機(jī)被布置成使得其NP (non-parallax, 無視差)點(diǎn)基本彼此對齊。NP點(diǎn)被定義為選自多個(gè)通過攝像機(jī) 的光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌的中心的主光線中處于高斯區(qū)域中的主光線的物空 間中的直分量的延長線與光學(xué)系統(tǒng)的光軸相交的點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
目前，單CCD攝像機(jī)己經(jīng)被用于攝像機(jī)系統(tǒng)(不管是單色系統(tǒng)還是彩色系統(tǒng))，因?yàn)閳D像拾取元件周圍的體積被限制以保持?jǐn)z像機(jī)的NP點(diǎn) 彼此基本對齊。結(jié)果，由攝像機(jī)系統(tǒng)拾取的圖像的色彩再現(xiàn)性和分辨率較差。
下面參考附圖中的圖8描述圖像拾取元件周圍的有限體積。圖8以示 意性剖視圖示出了在多個(gè)被組合在一起以同時(shí)拾取寬范圍中(例如在全方 向或者全景范圍或者廣角范圍或?qū)挿秶?的圖像的攝像機(jī)中的一個(gè)攝像
機(jī)100。
在圖8的攝像機(jī)100中，已經(jīng)通過了在最靠近對象的透鏡(前透鏡) 101的邊緣處的各個(gè)點(diǎn)111， 112的主光線105， 106通過透鏡組102 (在途 圖中省略了處于透鏡IOI和透鏡組102之間的中間部件)，并且到達(dá)圖像 拾取元件103的光檢測表面上的端點(diǎn)。
為了拾取寬范圍中的圖像，攝像機(jī)100的NP點(diǎn)104被與其它攝像機(jī) 的NP點(diǎn)對齊，并且攝像機(jī)100的外周表面IOOA與其它攝像機(jī)中的相鄰攝 像機(jī)的外周表面IOOB保持接觸。
因?yàn)橄噜彽臄z像機(jī)100的外周表面IOOA， 100B彼此保持接觸，所以 需要布置在圖像拾取元件103附近的電路板、線纜等不得不被布置在圖8 中的陰影線所示的空間S中。
空間S由外周表面IOOA， IOOB和圖像拾取元件103附近垂直于光軸 107的平面所包圍。
考慮到圖像拾取元件103、電路板、線纜等被布置在空間S中這一事 實(shí)，攝像機(jī)100應(yīng)該理想地是(并且目前事實(shí)上是)單CCD攝像機(jī)。
監(jiān)視攝像機(jī)等高度需要拾取處于低亮度環(huán)境中的對象的圖像。在單 CCD彩色攝像機(jī)中，不通過色彩過濾器的顏色的光不能被圖像拾取元件檢 測。因此，用于拾取全方向或全景范圍或廣角度或?qū)挿秶械膱D像的單 CCD彩色攝像機(jī)不具有用于拾取低亮度環(huán)境中的對象的圖像的監(jiān)視攝像機(jī) 應(yīng)用中所需要的足夠靈敏度水平。
理想的是，提供一種圖像拾取設(shè)備，其具有優(yōu)異的色彩再現(xiàn)性和分辨 率，能夠減小色差，并且能夠獲取寬范圍中的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取設(shè)備包括多個(gè)圖像拾取單元，用于分別拾取多個(gè)從寬范圍中的對象所劃分出的對象片斷的各自圖像；以及處理單元， 用于將由所述多個(gè)圖像拾取單元拾取的所述圖像合成為一個(gè)圖像，所述圖 像拾取單元中的每一個(gè)包括多個(gè)透鏡和用于檢測已經(jīng)通過所述透鏡的光線 的多個(gè)圖像拾取元件，其中，在所述圖像拾取單元中的每一個(gè)中，無視差 點(diǎn)被定義為選自多個(gè)通過與所述透鏡相關(guān)的孔徑光闌的中心的主光線中處 于高斯區(qū)域中的主光線的物空間中的直分量的延長線與所述圖像拾取單元
的光軸相交的點(diǎn)；所述無視差點(diǎn)被設(shè)置在所述圖像拾取元件的后方，并且 所述多個(gè)圖像拾取單元的所述無視差點(diǎn)位于圍繞所述無視差點(diǎn)中的一個(gè)半 徑為約20毫米的區(qū)域中；以及所述圖像拾取單元中的每一個(gè)包括分離單
元，所述分離單元用于將已經(jīng)通過所述透鏡的光線分成具有不同波長的多 組光線，所述多組光線將分別由所述多個(gè)圖像拾取元件檢測。
利用上述結(jié)構(gòu)，圖像拾取單元的NP點(diǎn)被布置在圖像拾取元件后方， 因此圖像拾取單元中的每一個(gè)的包括多個(gè)透鏡的光學(xué)系統(tǒng)不會(huì)阻擋其它圖 像拾取單元的光學(xué)路徑。圖像拾取單元的NP點(diǎn)位于圍繞NP點(diǎn)中的一個(gè) 半徑為約20毫米的區(qū)域中，所以圖像拾取單元之間的任何視差被幾何減 小到零。
因?yàn)槎鄠€(gè)圖像拾取單元分別拾取多個(gè)從寬范圍中的對象所劃分出的對 象片斷的各自圖像，所以圖像拾取設(shè)備可以以無視差方式拾取寬范圍中的 對象的圖像。
圖像拾取設(shè)備具有分離單元，所述分離單元用于將已經(jīng)通過所述透鏡 的光線分成具有不同波長的多組光線，所述多組光線將分別由所述多個(gè)圖 像拾取元件檢測。因此，用于檢測各種顏色的光的像素?cái)?shù)量大于單CCD 圖像拾取設(shè)備上的像素?cái)?shù)量，所以圖像拾取設(shè)備的色彩再現(xiàn)性和分辨率更 好。圖像拾取設(shè)備還能夠比單CCD圖像拾取設(shè)備以更好的靈敏度更有效 地檢測入射光線，其中，所述單CCD圖像拾取設(shè)備不能夠檢測沒有通過 色彩過濾器的光線。
色彩再現(xiàn)性和分辨率更好的圖像拾取設(shè)備因此能夠拾取高清晰度的圖像。
上述圖像拾取設(shè)備可以以無視差的方式拾取寬范圍中的高質(zhì)量圖像。圖像拾取設(shè)備因此能夠拾取諸如全方向范圍的寬范圍內(nèi)的高清晰度、 高質(zhì)量圖像。
而且，因?yàn)檩^之單CCD圖像拾取設(shè)備，本發(fā)明的圖像拾取設(shè)備可以 更高效地檢測入射光線，獲得更高靈敏度，所以本發(fā)明的圖像拾取設(shè)備提 供低亮度環(huán)境下的優(yōu)異可視性，用于拾取寬范圍中的高清晰度、高質(zhì)量圖
結(jié)合以示例方式示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖，根據(jù)下面的描 述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的示意性垂直剖視圖； 圖2是圖1所示的圖像拾取設(shè)備的中心部分的放大垂直剖視圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的示意性水平剖視圖； 圖4是圖3所示的圖像拾取設(shè)備的中心部分的放大水平剖視圖5是從根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的對象側(cè)觀察時(shí)的平面
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的示意性垂直剖視
圖7是圖6所示的圖像拾取設(shè)備的中心部分的放大垂直剖視圖；以及 圖8是在多個(gè)被組合在一起以同時(shí)拾取寬范圍中的圖像的攝像機(jī)中的 一個(gè)攝像機(jī)的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考圖l-5描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備。圖l是 圖像拾取設(shè)備的示意性垂直剖視圖，圖2是圖像拾取設(shè)備的中心部分的放 大垂直剖視圖，圖3是圖像拾取設(shè)備的示意性水平剖視圖，圖4是圖3所 示的圖像拾取設(shè)備的中心部分的放大水平剖視圖，以及圖5是從圖像拾取 設(shè)備的對象側(cè)觀察時(shí)的平面圖。
由標(biāo)號(hào)10總體表示的圖像拾取設(shè)備包括四個(gè)攝像機(jī)11， 12， 13，14，每一個(gè)在其靠近對象的一端包括透鏡(前透鏡)1。圖像拾取設(shè)備10
從由攝像機(jī)ll， 12， 13， 14分別拾取的圖像產(chǎn)生一個(gè)合成圖像。
攝像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)包括四角錐形式的中空殼體，其 具有基本方形的橫截面，并且其中容納前透鏡1、包括四個(gè)透鏡的透鏡組 2、孔徑光闌(沒有示出)以及圖像拾取元件?？讖焦怅@被布置在透鏡組2 的前方、之中或者后方。對于細(xì)節(jié)可以參考日本專利早期公開No. 2004-80088以及日本專利早期公開No. 2004-191593。
最靠近對象的前透鏡1的前方(圖1的左側(cè))的空間將被稱作物體空間。
在通過孔徑光闌的中心的光線(主光線)中，位置靠近光學(xué)系統(tǒng)的光 軸7 (處于高斯區(qū)域中)的物空間中的主光線的延長線與光軸7的相交點(diǎn) 被定義為NP點(diǎn)5。
透鏡1、透鏡組2、孔徑光闌等構(gòu)成了光學(xué)系統(tǒng)，使得攝像機(jī)11， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5處于每一個(gè)具有四角錐形式的殼體的頂點(diǎn)。每一個(gè) 具有四角錐形式的殼體具有延伸成為由連接前透鏡1的邊緣和NP點(diǎn)5的 一組線段所構(gòu)成的平面的側(cè)表面。
攝像機(jī)ll， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5被設(shè)置在透鏡組2和圖像拾取元件 的后方。為了將NP點(diǎn)定位在透鏡組2和圖像拾取元件的后方，由透鏡 1、透鏡組2、孔徑光闌等構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)可以例如是遠(yuǎn)距攝像型的。
攝像機(jī)ll， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5被設(shè)置在透鏡組2和圖像拾取元件 的后方，因此攝像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)的光學(xué)系統(tǒng)不會(huì)阻擋其 它攝像機(jī)的光路。
因?yàn)閿z像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)的前透鏡1被布置在具有基 本方形的橫截面的殼體中，所以前透鏡1也具有與殼體的橫截面形狀互補(bǔ) 的基本方形橫截面。具有如此形狀的前透鏡1可以通過如下方式來制造 沿不通過其中心線的平面切割具有圓形橫截面的球透鏡，使得經(jīng)切割的透 鏡具有基本方形橫截面形狀。
圖1-4示出了沿兩個(gè)垂直或者水平布置的攝像機(jī)的光軸的平面中的橫 截面。具體地，圖3是沿圖1的線A-A的平面中的剖視圖，以及圖l是沿圖3的線B-B的平面中的剖視圖。這些平面由圖5中的點(diǎn)劃線A和B表 示。
如圖1所示，沿垂直方向V布置的兩個(gè)攝像機(jī)11， 13的NP點(diǎn)5彼此
基本對齊。
如圖3所示，沿水平方向H布置的兩個(gè)攝像機(jī)11， 12的NP點(diǎn)5彼此
基本對齊。
雖然沒有示出，但是攝像機(jī)12， 14的NP點(diǎn)5和攝像機(jī)n， 14的NP 點(diǎn)5也彼此基本對齊。
因此，圖5所示的攝像機(jī)11， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5彼此基本對齊。 因?yàn)樗膫€(gè)攝像機(jī)ll， 12， 13， 14彼此組合，使得其NP點(diǎn)5彼此基本 對齊，所以攝像機(jī)11， 12， 13， 14的底表面稍微傾斜到圖5的紙面之 外，并且它們在圖5中不是嚴(yán)格的方形形狀。但是，因?yàn)槿鐖D1和3所 示，攝像機(jī)ll， 12， 13， 14的長度是前透鏡1的尺寸的大約5倍并且攝像 機(jī)11， 12， 13， 14的底表面傾斜小的角度，所以在圖5中，這些底表面 被示為方形形狀。
圖像拾取設(shè)備IO還包括布置在攝像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)的 透鏡組2和圖像拾取元件之間的分光棱鏡組件3，作為用于將入射光線分 成不同波長范圍(紅光、綠光和藍(lán)光)的分離單元。由分光棱鏡組件3分 離的光線分別由圖像拾取元件4R， 4G， 4B來檢測。
如沿圖3中的水平方向H所示，兩個(gè)攝像機(jī)ll， 12的NP點(diǎn)5彼此基 本對齊，并且攝像機(jī)11， 12的四角錐形式的殼體分別具有彼此保持接觸 的側(cè)表面IID， 12C。因此，位于任意距離處的對象的由兩個(gè)攝像機(jī)11， 12拾取的圖像可以通過對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的圖像處理過程而被彼此結(jié) 合，不會(huì)在它們之間留下過分顯眼的邊界。
在圖3中，攝像機(jī)11的殼體的側(cè)表面IID和攝像機(jī)12的殼體的側(cè)表 面12C由連接NP點(diǎn)5和物體空間(更接近對象的空間)中的主光線25與 前透鏡1的第一表面(面對對象的透鏡表面)1A相交的點(diǎn)25A之間線段 的表示。
攝像機(jī)11的殼體具有相反的側(cè)表面IIC，其由連接NP點(diǎn)5和物體空間中的主光線24與前透鏡1的第一表面1A相交的點(diǎn)24A之間線段的表示。
攝像機(jī)12的殼體具有相反的側(cè)表面12D，其由連接NP點(diǎn)5和物體空 間中的主光線26與前透鏡1的第一表面1A相交的點(diǎn)26A之間線段的表示。
來自對象的主光線24通過攝像機(jī)11的前透鏡1，所述前透鏡1將主 光線24折射為主光線35。主光線35通過包括四個(gè)透鏡的透鏡組2，然后 通過分光棱鏡組件3，到達(dá)處于水平方向H的端點(diǎn)42的圖像拾取元件4G 的光檢測表面。
類似地，來自對象的主光線25通過攝像機(jī)11的前透鏡1，所述前透 鏡1將主光線25折射為主光線36。主光線36通過透鏡組2，然后通過分 光棱鏡組件3，到達(dá)處于水平方向H的端點(diǎn)41的圖像拾取元件4G的光檢
主光線25也通過攝像機(jī)12的前透鏡1，所述前透鏡1將主光線25折 射為主光線37。主光線37通過透鏡組2，然后通過分光棱鏡組件3，到達(dá) 處于水平方向H的端點(diǎn)42的圖像拾取元件4G的光檢測表面。端點(diǎn)42與 端點(diǎn)41在光軸7兩側(cè)在角度上相距180度。
來自對象的主光線26通過攝像機(jī)12的前透鏡1，所述前透鏡1將主 光線26折射為主光線38。主光線38通過透鏡組2，然后通過分光棱鏡組 件3，到達(dá)處于水平方向H的端點(diǎn)41的圖像拾取元件4G的光檢測表面。
因此，攝像機(jī)ll， 12的光學(xué)系統(tǒng)被布置成到達(dá)圖像拾取元件4G的端 點(diǎn)41， 42的主光線35， 36， 37， 38通過前透鏡1的邊緣上的點(diǎn)24A， 25A， 26A。因?yàn)閿z像機(jī)11， 12使得其各自的圖像拾取范圍彼此接合而不 存在任何損失，所以由攝像機(jī)ll， 12的圖像拾取元件4G拾取的圖像可以 彼此合成在一起。
因此，在物體空間中的主光線24， 26之間所定義的沿水平方向H的 視角中，兩個(gè)攝像機(jī)ll， 12可以以無盲角的方式拾取圖像。
在圖3中，攝像機(jī)ll， 12中的每一個(gè)的透鏡組2具有最接近成像平面 的透鏡表面，所述成像平面沿與光軸7垂直的平面39與光軸7相交。平面39和所述攝像機(jī)11的殼體的側(cè)表面11C， 12C，以及平面39和 攝像機(jī)12的殼體的側(cè)表面IID和12D—起分別限定了空間Sl， S2，所述 攝像機(jī)11， 12的分光棱鏡組件3、圖像拾取元件4G以及攝像機(jī)電路(沒 有示出)被容納的所述空間Sl， S2中。這樣，攝像機(jī)11， 12的NP點(diǎn)5
被彼此基本對齊。
殼體的側(cè)表面11C， IID， 12C， 12D由通過沿垂直于圖3的紙面方向 移動(dòng)連接NP點(diǎn)5和前透鏡1的邊緣上的點(diǎn)24A， 25A， 26A的線段所描述 的平面來表示，其中，主光線24， 25， 26分別被施加到所述點(diǎn)24A， 25A， 26A。
圖1是沿垂直方向觀察時(shí)，即當(dāng)圖3所示的圖像拾取設(shè)備10被旋轉(zhuǎn) 90度時(shí)所觀察的圖像拾取設(shè)備10的示意性剖視圖。
如圖1和2所示，分光棱鏡組件3包括三個(gè)棱鏡3A， 3B， 3C。用于 根據(jù)波長分離可見入射光的光學(xué)膜被布置在棱鏡3A， 3B， 3C中的每一個(gè) 和與之相鄰一個(gè)棱鏡的邊界表面之間。這些光學(xué)膜將可見入射光分成紅 光、綠光和藍(lán)光。光學(xué)膜通過涂層或者任何其它膜生長工藝結(jié)合到或者生 長在棱鏡3A， 3B， 3C的邊界表面上。
用于檢測藍(lán)光的圖像拾取元件4B被安裝在最靠近透鏡組2的第一棱 鏡3A上。用于檢測紅光的圖像拾取元件4R被安裝在緊鄰第一棱鏡3A布 置的第二棱鏡3B上。用于檢測綠光的圖像拾取元件4G被安裝在最遠(yuǎn)離透 鏡組2布置的第三棱鏡3C上。
如圖1中的沿垂直方向V的示意性垂直剖視圖所示，類似于圖3中的 水平方向H的視圖，兩個(gè)攝像機(jī)ll， 13的NP點(diǎn)5彼此基本對齊，并且攝 像機(jī)11， 13的四角錐形式的殼體分別具有彼此保持接觸的側(cè)表面IIB， 13A。因此，位于任意距離處的對象的由兩個(gè)攝像機(jī)11， 13拾取的圖像可 以通過對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的圖像處理過程而被彼此結(jié)合，不會(huì)在它們之 間留下過分顯眼的邊界。
在圖1中，攝像機(jī)11的殼體的側(cè)表面IIB和攝像機(jī)13的殼體的側(cè)表 面13A由連接NP點(diǎn)5和物體空間(更接近對象的空間)中的主光線22與 前透鏡1的第一表面(面對對象的透鏡表面)1A相交的點(diǎn)22A之間線段的表示。
攝像機(jī)11的殼體具有相反的側(cè)表面IIA，其由連接NP點(diǎn)5和物體空 間中的主光線21與前透鏡1的第一表面1A相交的點(diǎn)21A之間線段的表
不o
攝像機(jī)13的殼體具有相反的側(cè)表面13B，其由連接NP點(diǎn)5和物體空 間中的主光線23與前透鏡1的第一表面1A相交的點(diǎn)23A之間線段的表
不o
來自對象的主光線21通過攝像機(jī)11的前透鏡1，所述前透鏡1將主 光線21折射為主光線31。主光線31通過包括透鏡組2，然后通過分光棱 鏡組件3。在波長范圍從400 nm到700 nm的可見光中，紅色分量(紅 光)到達(dá)圖像拾取元件4R的光檢測表面，綠色分量(綠光)到達(dá)沿垂直 方向V的端點(diǎn)44處的圖像拾取元件4G的檢測表面，并且藍(lán)色分量(藍(lán) 光)到達(dá)圖像拾取元件4B的光檢測表面。
類似地，來自對象的主光線22通過攝像機(jī)11的前透鏡1，所述前透 鏡1將主光線22折射為主光線32。主光線32通過透鏡組2，然后通過分 光棱鏡組件3。紅色分量到達(dá)圖像拾取元件4R的光檢測表面，綠色分量到 達(dá)沿垂直方向V的端點(diǎn)43處的圖像拾取元件4G的檢測表面，并且藍(lán)色分 量到達(dá)圖像拾取元件4B的光檢測表面。端點(diǎn)43與端點(diǎn)44在光軸7兩側(cè) 在角度上相距180度。
主光線22也通過攝像機(jī)13的前透鏡1，所述前透鏡1將主光線22折 射為主光線33。主光線33通過透鏡組2，然后通過分光棱鏡組件3。紅色 分量到達(dá)圖像拾取元件4R的光檢測表面，綠色分量到達(dá)沿垂直方向V的 端點(diǎn)44處的圖像拾取元件4G的檢測表面，并且藍(lán)色分量到達(dá)圖像拾取元 件4B的光檢測表面。
主光線23通過攝像機(jī)13的前透鏡1，所述前透鏡1將主光線23折射 為主光線34。主光線34通過透鏡組2，然后通過分光棱鏡組件3。紅色分 量到達(dá)圖像拾取元件4R的光檢測表面，綠色分量到達(dá)沿垂直方向V的端 點(diǎn)43處的圖像拾取元件4G的檢測表面，并且藍(lán)色分量到達(dá)圖像拾取元件 4B的光檢測表面。因此，攝像機(jī)ll， 13的光學(xué)系統(tǒng)被布置成到達(dá)圖像拾取元件4G的端 點(diǎn)43， 44的主光線31， 32， 33， 34通過前透鏡1的邊緣上的點(diǎn)21A， 22A， 23A。這些主光線31， 32， 33， 34由分光棱鏡組件3分離，并且通 過圖像拾取元件4R， 4B的端點(diǎn)。
因?yàn)閿z像機(jī)11， 13使得其各自的圖像拾取范圍彼此接合而不存在任 何損失，所以由攝像機(jī)11， 13的圖像拾取元件4R， 4G， 4B拾取的圖像 可以彼此合成在一起。
因此，在物體空間中的主光線21， 23之間所定義的沿垂直方向B的 視角中，兩個(gè)攝像機(jī)ll， 13可以以無盲角的方式拾取圖像。
圖1所示的平面39表示與圖3中標(biāo)號(hào)39表示的相同的平面。
平面39和所述攝像機(jī)11的殼體的側(cè)表面IIA， 13A，以及平面39和 攝像機(jī)13的殼體的側(cè)表面IIB和13B—起分別限定了空間Sl， S3，所述 攝像機(jī)ll， 13的分光棱鏡組件3、圖像拾取元件4R， 4G， 4B以及攝像機(jī) 電路(沒有示出)被容納的所述空間Sl， S3中。這樣，攝像機(jī)11， 13的 NP點(diǎn)沿垂直方向V彼此基本對齊。
殼體的側(cè)表面11A， IIB， 13A， 13B由通過沿垂直于圖1的紙面方向 移動(dòng)連接NP點(diǎn)5和前透鏡1的邊緣上的點(diǎn)21A， 22A， 23A的線段所描述 的平面來表示，其中，主光線21， 22， 23分別被施加到所述點(diǎn)21A， 22A, 23A 。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備10具有分光棱鏡組件3 (3A， 3B， 3C)，其用于將通過了前透鏡1和透鏡組2的光線分成具有 不同波長的三組光線(紅光、綠光和藍(lán)光)；以及三個(gè)圖像拾取元件 4R， 4G， 4B，其用于檢測經(jīng)分離的各組光線。因?yàn)橛糜跈z測各種顏色的 光的像素?cái)?shù)量大于單CCD圖像拾取設(shè)備上的像素?cái)?shù)量，所以圖像拾取設(shè) 備10的色彩再現(xiàn)性和分辨率更好。圖像拾取設(shè)備10還能夠比單CCD圖 像拾取設(shè)備以更好的靈敏度更有效地檢測入射光線，其中，所述單CCD 圖像拾取設(shè)備不能夠檢測沒有通過色彩過濾器的光線。
色彩再現(xiàn)性和分辨率更好的圖像拾取設(shè)備10因此能夠拾取高清晰度 的圖像。更靈敏的圖像拾取設(shè)備10提供了用于拾取低亮度水平下的圖像的足夠靈敏度水平。
根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)樗膫€(gè)攝像機(jī)ll， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5彼此基本 對齊，所以相鄰兩個(gè)攝像機(jī)之間的任何視差幾何被減到零。
因此，圖像拾取設(shè)備10可以以無視差的方式拾取寬范圍中的高質(zhì)量 圖像。
圖像拾取設(shè)備10因此能夠拾取諸如全方向范圍的寬范圍內(nèi)的高清晰 度、高質(zhì)量圖像。
而且，圖像拾取設(shè)備10提供低亮度環(huán)境下的優(yōu)異可視性，用于拾取 寬范圍中的高清晰度、高質(zhì)量圖像。
此外，根據(jù)本實(shí)施例，攝像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)的作為分 離單元的分光棱鏡組件3和圖像拾取元件4R， 4G， 4B被容納在空間S1， S2， S3中，其中所述空間Sl， S2， S3是在垂直于所述光軸7通過透鏡組 2的最靠近圖像拾取元件的透鏡的透鏡表面與所述光軸7的相交點(diǎn)延伸的 平面39，與連接無視差點(diǎn)5和主光線(諸如主光線31， 32， 33， 34， 35， 36， 37， 38)和前透鏡1的對象側(cè)的透鏡表面1A之間的一組相交點(diǎn) 構(gòu)成的線段的平面(攝像機(jī)11的四角錐形式的殼體的側(cè)表面IIA， IIB， 11C禾卩11D)之間所限定的空間。
換句話說，作為分離單元的分光棱鏡組件3和圖像拾取元件4R， 4G， 4B被容納在空間Sl， S2， S3中，所述空間Sl， S2， S3是通過從在 NP點(diǎn)5和被施加到圖像拾取元件4G的光檢測表面上的端點(diǎn)41， 42， 43， 44的主光線(主光線31， 32， 33， 34， 35， 36， 37， 38)通過前透鏡1 的點(diǎn)(21A， 22A， 23A, 24A, 25A， 26A)之間定義的空間去除從前透鏡 1延伸到透鏡組2的最靠近圖像拾取元件的透鏡的空間之后，留下的空 間。
因?yàn)榉止饫忡R組件3和圖像拾取元件4R， 4G， 4B被容納在空間S1， S2， S3中，所以電路板、線纜等也可以被容納在空間Sl， S2， S3中，允 許相鄰的攝像機(jī)被結(jié)合在一起，以保持NP點(diǎn)5彼此基本對齊。
圖像拾取設(shè)備10因此可以以緊湊的設(shè)計(jì)被構(gòu)造。
根據(jù)本實(shí)施例，攝像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)的殼體為具有基本方形底面的四角錐形式，并且前透鏡1具有基本方形橫截面形狀。因 此，攝像機(jī)11， 12， 13， 14可以使得其外周表面沒有間隙地彼此接合。
因?yàn)閿z像機(jī)11， 12， 13， 14的外周表面可以沒有間隙地彼此接合，所以 相鄰的攝像機(jī)的圖像拾取范圍自前透鏡1的更靠近對象的透鏡表面1A彼 此交疊，在圖像拾取設(shè)備IO前方不留下任何死角。因?yàn)閳D像拾取元件的 圖像拾取范圍通常是矩形或方形形狀的，所以光學(xué)系統(tǒng)(透鏡1，透鏡組 2，孔徑光闌等)可以被布置成使得通過了具有基本方形橫截面形狀的前 透鏡1的邊緣的主光線到達(dá)處于圖像拾取元件的圖像拾取范圍的邊緣處的 像素。這樣，足夠量的光到達(dá)可以是方形或者矩形形狀的圖像拾取范圍的 角部的像素，從而有效地利用圖像拾取元件的圖像拾取范圍。
如果每一個(gè)攝像機(jī)的殼體和前透鏡的底表面是矩形形狀的，則圖像拾 取設(shè)備具有與上述的基本相同的優(yōu)點(diǎn)。
如果攝像機(jī)是圓錐形的，則因?yàn)樵谙噜彅z像機(jī)的前透鏡之間產(chǎn)生間 隙，則產(chǎn)生死角，所述死角沒有被包括在處于一直到交疊圖像拾取范圍的 區(qū)域中的任一一個(gè)攝像機(jī)的圖像拾取范圍中。因?yàn)榈竭_(dá)各個(gè)圖像拾取范圍 的圖像是圓形或者橢圓形狀的，所以沒有光到達(dá)處于可能是方形或者矩形 形狀的圖像拾取范圍的角部處的像素，從而減小了利用圖像拾取元件的效 率。
如上所述，監(jiān)視攝像機(jī)等高度需要拾取處于低亮度環(huán)境中的對象的圖
因?yàn)樯蔬^濾器吸收光并且各種顏色被單獨(dú)分配到多個(gè)像素，所以用 于拾取全方向范圍或廣角度或?qū)挿秶械膱D像的單CCD攝像機(jī)具有低的 光檢測靈敏度水平。因此，這些攝像機(jī)難以拾取低亮度對象的圖像。
可以設(shè)想應(yīng)用本發(fā)明的原理來用棱鏡分離入射光線，并且利用用于檢 測可見光的圖像拾取元件和用于檢測紅外輻射的圖像拾取元件檢測經(jīng)分離 的入射光線。這樣的布置將在下面討論。
下面將參考圖6和7描述根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的圖像拾取設(shè) 備。圖6是圖像拾取設(shè)備的示意性垂直剖視圖，圖7是圖6所示的圖像拾 取設(shè)備的中心部分的放大垂直剖視圖。
16根據(jù)本實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備采用四個(gè)透鏡和四個(gè)攝像機(jī)來拾取寬范 圍中的高清晰度圖像，如同根據(jù)圖l-5所示的實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備。
如在水平橫截面中觀察到的根據(jù)本實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) 與根據(jù)前一實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備10的那些相同，因此沒有進(jìn)行圖示并 且下面將不進(jìn)行詳細(xì)描述。
在根據(jù)前一實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備10中，其波長范圍從400 nm到 700 nm的可見光被施加到分光棱鏡組件3 (棱鏡3A， 3B， 3C)，所述分 光棱鏡組件3將光分成藍(lán)光、綠光和紅光，這些光到達(dá)分別對應(yīng)于各個(gè)波 長的圖像拾取元件并由其檢測。
根據(jù)本實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備50在每一個(gè)攝像機(jī)中包含包括四個(gè)棱 鏡3A， 3B， 3D， 3E的分光棱鏡組件3，棱鏡3D, 3E被布置來代替根據(jù) 前一實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備10的第三棱鏡3C。用于根據(jù)波長分離可見入 射光的光學(xué)膜被布置在棱鏡3A， 3B， 3D， 3E中的每一個(gè)和與之相鄰一個(gè) 棱鏡的邊界表面之間。
用于檢測藍(lán)光的圖像拾取元件4B被安裝在最靠近透鏡組2的第一棱 鏡3A上。用于檢測紅光的圖像拾取元件4R被安裝在緊鄰第一棱鏡3A布 置的第二棱鏡3B上。用于檢測紅外輻射的圖像拾取元件4IR被安裝在緊 鄰第二棱鏡3B布置的第三棱鏡3D上。用于檢測綠光的圖像拾取元件4G 被安裝在最遠(yuǎn)離透鏡組2布置的第四棱鏡3E上。
因?yàn)閳D像拾取元件4IR被安裝在第三棱鏡3D上，所以布置在第三棱 鏡3D和第四棱鏡3E的邊界表面之間的光學(xué)膜包括用于反射紅外輻射并通 過綠光的光學(xué)膜。
在通過了透鏡組的光中，波長范圍從約400 nm-約1000 nm的可見光 和紅外輻射被施加到分光棱鏡組件3，并且由此被分離。
波長范圍從約700 nm-1000 nm的紅外輻射到達(dá)圖像拾取元件4IR的光 檢測表面。在波長范圍從400 nm到700 nm的可見光中，藍(lán)色分量到達(dá)圖 像拾取元件4B的光檢測表面，綠色分量到達(dá)圖像拾取元件4G的檢測表 面，紅色分量到達(dá)圖像拾取元件4R的光檢測表面。
圖像拾取元件4IR， 4R， 4G， 4B被布置成使得清晰的圖像通過各個(gè)波長的光被聚焦在其各自的光檢測表面上。當(dāng)由圖像拾取元件4IR， 4R， 4G， 4B產(chǎn)生的四個(gè)圖像被合成為一個(gè)圖像時(shí)，合成圖像保持對焦。
圖像拾取設(shè)備50的其它結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)與根據(jù)前一實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備 IO的相同，并且下面將不進(jìn)行詳細(xì)描述。
根據(jù)本實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備50的構(gòu)造，因?yàn)樗膫€(gè)攝像機(jī)11， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5彼此基本對齊，所以如前一實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備10 — 樣，相鄰兩個(gè)攝像機(jī)之間的任何視差幾何被減到零。
因此，圖像拾取設(shè)備50可以以無視差的方式拾取寬范圍中的高質(zhì)量 圖像。
分光棱鏡組件3 (3A， 3B， 3D， 3E)將通過了前透鏡1和透鏡組2的 光線分成具有不同波長的四組光線(紅外輻射、紅光、綠光和藍(lán)光)，并 且四個(gè)圖像拾取元件4IR， 4R， 4G， 4B檢測各組光線。因此，較之比單 CCD圖像拾取設(shè)備，圖像拾取設(shè)備50的色彩再現(xiàn)性和分辨率更好，并且 靈敏度更好。
具體地，因?yàn)閺耐ㄟ^了前透鏡1和透鏡組2的紅外輻射被分離和被圖 像拾取元件4IR檢測，可以由紅外輻射產(chǎn)生圖像。因此，較之根據(jù)前一實(shí) 施例的圖像拾取設(shè)備10，圖像拾取設(shè)備50提供更好的在低亮度環(huán)境中的 可視性。
因此，圖像拾取設(shè)備50提供了優(yōu)異的在低亮度環(huán)境中的可視性，用 于拾取寬范圍中的高清晰度、高質(zhì)量圖像。
用于檢測紅外輻射的圖像拾取元件4IR的結(jié)構(gòu)可以與用于檢測可見光 的其它圖像拾取元件4R， 4G， 4B的不同。例如，圖像拾取元件4IR可以 包括光電二極管，作為深度形成的固態(tài)圖像拾取元件，用于提高檢測紅外 輻射的效率，或者可以被專門地設(shè)計(jì)用于檢測更長波長的紅外輻射。
由圖像拾取元件4IR檢測的波長范圍不限于從約700 nm到1000 nm 的范圍，而是可以是諸如更寬或者更窄范圍的另一范圍。根據(jù)由圖像拾取 元件4IR檢測的波長范圍，可以構(gòu)建圖像拾取元件4IR本身和用于分離紅 外輻射的光學(xué)膜。
圖l-5所示的圖像拾取設(shè)備IO可以被修改，使得結(jié)合有第二棱鏡3B的圖像拾取元件能夠檢測紅光和紅外輻射兩者。在此情況下，第二棱鏡
3B和第三棱鏡3C之間的光學(xué)膜應(yīng)該不僅能夠反射紅外輻射，而且能夠反
射近紅外輻射。
分光棱鏡組件可以包括兩個(gè)棱鏡，用于將波長范圍從400 nm-約1000 nm的可見光分成波長范圍從約400 nm-約700 nm的可見光和波長范圍從 約700 nm-約1000 nm的近紅外輻射，并且兩個(gè)圖像拾取元件可以用于檢 測已經(jīng)被分離成各個(gè)波長范圍的可見光和近紅外輻射。
在上述實(shí)施例中的每一個(gè)中，圖像拾取設(shè)備10， 50的攝像機(jī)11， 12， 13， 14中的每一個(gè)具有四角錐形式的殼體，該殼體具有基本方形形狀 的底表面。但是，殼體的底表面可以是具有不同的垂直和水平長度的矩 形。例如，殼體的底表面可以是與電視機(jī)的顯示屏的高寬比(3: 4或9: 16)匹配的矩形形狀。
在上述實(shí)施例中的每一個(gè)中，用于根據(jù)波長將光線分成多組光線的分 離單元包括分光棱鏡組件3，所述分光棱鏡組件3包括多個(gè)棱鏡，所述棱 鏡之間布置有光學(xué)膜。
但是，根據(jù)本發(fā)明的分離單元可以是任何其它不同的結(jié)構(gòu)。例如，用 于分離光線的光學(xué)膜可以被布置在玻璃板的表面上，如投影儀等上所使用 的那些。分離單元應(yīng)該被構(gòu)造成與各個(gè)圖像拾取單元(攝像機(jī)等)相比不 是太大。
但是，根據(jù)上述實(shí)施例的包括結(jié)合在一起的棱鏡的分光棱鏡組件3較 之玻璃板更有利，因?yàn)槠湓试S光學(xué)系統(tǒng)容易地被調(diào)節(jié)以獲得更高的精度。
在上述實(shí)施例中的每一個(gè)中，分光棱鏡組件3和圖像拾取元件4R， 4G， 4B被容納在空間Sl， S2， S3中，其中所述空間Sl， S2， S3是在垂 直于所述光軸7通過透鏡組2的最靠近圖像拾取元件的透鏡的透鏡表面與 所述光軸7的相交點(diǎn)延伸的平面，與攝像機(jī)殼體的外周表面之間所限定的 空間。這樣的布置使得可以簡化圖像拾取設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并且減小圖像拾取 設(shè)備的尺寸。
但是，根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取設(shè)備不必將分離單元和圖像拾取元件容 納在上述空間中。例如，可以將圖像拾取元件安裝在殼體的與相鄰圖像拾取單元(攝像機(jī)等)被安裝在其上的表面相對的外周表面上(例如圖5所
示的表面11A， 11C上)(參見例如日本專利早期公開No. 2006-30664，
其是基于本申請人的一個(gè)較早申請的)，或者也可以將分離單元布置成延 伸超出殼體的外周表面。如果圖像拾取設(shè)備以此方式被構(gòu)造，則圖像拾取 單元的殼體具有從四角錐突出的部分。這樣構(gòu)造的圖像拾取設(shè)備具有較好 的色彩再現(xiàn)性和分辨率，并且能夠利用被結(jié)合在一起多個(gè)圖像拾取單元以 無視差的方式拾取寬范圍中的圖像。
在上述實(shí)施例中的每一個(gè)中，四個(gè)攝像機(jī)ll， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5 被彼此基本對齊。根據(jù)本發(fā)明，四個(gè)攝像機(jī)ll， 12， 13， 14的NP點(diǎn)5可 以被布置在圍繞NP點(diǎn)5中的一個(gè)半徑為約20 mm的區(qū)域中。在NP點(diǎn)5 位于這樣的區(qū)域的情況下，有圖像拾取單元中的每一個(gè)的圖像拾取元件產(chǎn) 生的圖像可以以無視差的范圍被合成在一起。
雖然詳細(xì)地示出和描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解， 可以在其中進(jìn)行各種變化和修改，而不偏離所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種圖像拾取設(shè)備，包括多個(gè)圖像拾取裝置，用于分別拾取從寬范圍中的對象所劃分出的多個(gè) 對象片斷各自的圖像；以及處理裝置，用于將由所述多個(gè)圖像拾取裝置拾取的所述圖像合成為單 一圖像，所述圖像拾取裝置中的每一個(gè)包括透鏡和用于檢測已經(jīng)通過所述透鏡 的光線的圖像拾取元件，其中，在所述圖像拾取裝置中的每一個(gè)中，無視差點(diǎn)被定義為選自多 個(gè)通過與所述透鏡相關(guān)的孔徑光闌的中心的主光線中處于高斯區(qū)域中的主 光線的物空間中的直分量的延長線與所述圖像拾取裝置的光軸相交的點(diǎn)；所述無視差點(diǎn)被設(shè)置在所述圖像拾取元件的后方，并且所述多個(gè)圖像 拾取裝置的所述無視差點(diǎn)位于圍繞所述無視差點(diǎn)中的一個(gè)半徑為約20毫 米的區(qū)域中；并且所述圖像拾取裝置中的每一個(gè)包括分離裝置，所述分離裝置用于將已 經(jīng)通過所述透鏡的光線分成具有不同波長的多組光線，所述多組光線將分 別由所述多個(gè)圖像拾取元件檢測。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，所述分離裝置被容納在 如下的空間中，所述空間是在通過所述透鏡中的最靠近所述圖像拾取元件 的一個(gè)透鏡的透鏡表面與所述光軸的相交點(diǎn)并垂直于所述光軸的平面，與 連接所述無視差點(diǎn)和所選定的主光線和所述透鏡中最靠近對象的另一個(gè)透 鏡的透鏡表面之間的一組相交點(diǎn)構(gòu)成的線段的平面之間所限定的空間。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像拾取設(shè)備，其中，其中每一個(gè)檢測多組光 線的所述多個(gè)圖像拾取元件被容納在所述空間中。
4. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，所述分離裝置將波長范 圍從約400 nm到約700 nm的光線分成對應(yīng)于藍(lán)、綠、紅的三個(gè)波長范圍 中的光線，并且所述多個(gè)圖像拾取元件包括用于分別檢測所述三個(gè)波長范 圍中的經(jīng)分離光線的三個(gè)圖像拾取元件。
5. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，所述分離裝置將波長范圍從約400 nm到約1000 nm的光線分成波長范圍從約400 nm到約700 nm 的可見光和波長范圍從約700 nm到約1000 nm的近紅外輻射，并且所述 多個(gè)圖像拾取元件包括用于分別檢測所述可見光和所述近紅外輻射的兩個(gè) 圖像拾取元件。
6. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，所述分離裝置將波長范 圍從約400 nm到約1000 nm的光線分成對應(yīng)于藍(lán)、綠以及紅的三個(gè)波長 范圍中的光線，并且所述多個(gè)圖像拾取元件包括用于分別檢測所述三個(gè)波 長范圍中的經(jīng)分離光線的三個(gè)圖像拾取元件。
7. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，所述分離裝置將波長范 圍從約400 nm到約1000 nm的光線分成對應(yīng)于藍(lán)、綠、紅以及近紅外輻 射的四個(gè)波長范圍中的光線，并且所述多個(gè)圖像拾取元件包括用于分別檢 測所述四個(gè)波長范圍中的經(jīng)分離光線的四個(gè)圖像拾取元件。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，所述分離裝置布置在所 述透鏡和所述圖像拾取元件之間。
9. 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取設(shè)備，其中，在所述圖像拾取元件中 的每一個(gè)中，所述透鏡中最靠近對象的一個(gè)透鏡具有方形或者三角形橫截 面形狀，并且所述圖像拾取裝置中的每一個(gè)包括其中容納所述透鏡的具有 四角錐形式的殼體。
10. —種圖像拾取設(shè)備，包括多個(gè)圖像拾取單元，其被構(gòu)造來分別拾取從寬范圍中的對象所劃分出 的多個(gè)對象片斷的各自圖像；以及處理單元，其被構(gòu)造來將由所述多個(gè)圖像拾取單元拾取的所述圖像合 成為單一圖像，所述圖像拾取單元中的每一個(gè)包括多個(gè)透鏡和用于檢測已經(jīng)通過所述 透鏡的光線的多個(gè)圖像拾取元件，其中，在所述圖像拾取單元中的每一個(gè)中，無視差點(diǎn)被定義為選自多 個(gè)通過與所述透鏡相關(guān)的孔徑光闌的中心的主光線中處于高斯區(qū)域中的主 光線的物空間中的直分量的延長線與所述圖像拾取單元的光軸相交的點(diǎn)；所述無視差點(diǎn)被設(shè)置在所述圖像拾取元件的后方，并且所述多個(gè)圖像 拾取單元的所述無視差點(diǎn)位于圍繞所述無視差點(diǎn)中的一個(gè)半徑為約20毫米的區(qū)域中；并且所述圖像拾取單元中的每一個(gè)包括分離單元，所述分離單元用于將已 經(jīng)通過所述透鏡的光線分成具有不同波長的多組光線，所述多組光線將分 別由所述多個(gè)圖像拾取元件檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像拾取設(shè)備，包括多個(gè)圖像拾取單元，其被構(gòu)造來分別拾取多個(gè)從寬范圍中的對象所劃分出的對象片斷的各自圖像；以及處理單元，其被構(gòu)造來將由所述多個(gè)圖像拾取單元拾取的所述圖像合成為一個(gè)圖像。
文檔編號(hào)G03B33/12GK101311819SQ200810098198
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者吉川功一 申請人:索尼株式會(huì)社