專利名稱：廣角攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣角攝像裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知一種攝像裝置，其為了得到視場角超過12(T的全景 (panorama)圖像和立體圖像，具有由透鏡和CCD受光元件等構(gòu)成的多個 攝像光學(xué)系統(tǒng)，將利用該多個攝像光學(xué)系統(tǒng)拍攝的圖像合成后得到全景圖像 和立體圖像。例如，已知一種多眼式照相機，具有4個攝影光學(xué)系統(tǒng)；CCD，其拍 攝由該攝影光學(xué)系統(tǒng)成像的被攝體像；濾光器，其對于4個攝影光學(xué)系統(tǒng)的 透射率各不相同。該多眼式照相機對拍攝到的4個像進行合成，從而得到高 動態(tài)范圍的被攝體像(例如，參照專利文獻l)。此外，已知一種圖像輸入裝置，其為了使由多個攝像部拍攝到的多個圖 像間的像的大小和對焦的狀態(tài)沒有差異，具有計測距對象物(被攝體)的距 離的距離計測裝置，基于由距離計測裝置計測到的距離，個別地調(diào)整多個攝 像部的焦點等(例如，參照專利文獻2)。另一方面，已知一種復(fù)眼攝像裝置，其具有由多個光學(xué)單元構(gòu)成的復(fù)眼 式光學(xué)系統(tǒng)、和拍攝由多個光學(xué)單元形成的多個像的攝像元件(例如，參照 專利文獻3和專利文獻4)。另外，己知一種具有在用于確認(rèn)汽車的后方等中使用的棱鏡的全方位圖 像俘獲裝置(例如，參照專利文獻5)。專利文獻l: JP特開2002—281361號公報專利文獻2: JP特開2001 —148866號公報專利文獻3: JP特開2005 — 167443號公報專利文獻4: JP特開2002 — 171430號公報專利文獻5: JP實用新型登錄第3118678號公報發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的問題然而，存在這樣的問題要利用一個光學(xué)系統(tǒng)匯聚來自超過12(T的廣角 的被拍攝角度內(nèi)的光從而拍攝全景圖像，就需要像魚眼透鏡這樣的超廣角的 透鏡，在拍攝到的圖像中產(chǎn)生大的圓筒狀畸變。因此，為了使用歪曲像差小且視場角在4(T左右的通常的透鏡而通過很 少的光學(xué)系統(tǒng)來拍攝12(T左右的被拍攝角度范圍，需要考慮將被拍攝角度范 圍分割成各錯開大致40°角度的正面區(qū)域和正面區(qū)域左右的區(qū)域(以下稱作 左右區(qū)域)這3個區(qū)域，利用各光學(xué)系統(tǒng)匯聚來自各區(qū)域的光。為了構(gòu)成匯聚的角度各錯開大致4(T的光學(xué)系統(tǒng)，考慮各光學(xué)系統(tǒng)的透 鏡自身的朝向相互各傾斜40。來安裝的結(jié)構(gòu)，但在小型化設(shè)計整個攝像裝置 方面，難以設(shè)置各傾斜4(T的微小的透鏡。作為能夠容易且小型化地設(shè)計整 個攝像裝置，并且具有匯聚的角度各錯開40°的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，考慮如專 利文獻3和專利文獻4中記載的那樣在復(fù)眼攝像裝置中組合了棱鏡的結(jié)構(gòu)。具體地說，考慮這樣的結(jié)構(gòu)在復(fù)眼攝像裝置所具有的光學(xué)透鏡陣列的 被攝體側(cè)配置使匯聚光路彎曲的棱鏡，使來自左右區(qū)域的光分別經(jīng)過該棱鏡 而入射到光學(xué)透鏡陣列的多個透鏡中的2個透鏡中，使來自正面區(qū)域的光不 經(jīng)過棱鏡而入射到另外的 一個透鏡中。但是，在上述結(jié)構(gòu)的攝像裝置中，由經(jīng)過棱鏡入射到復(fù)眼攝像裝置中的 光所形成的左右區(qū)域的圖像和由不經(jīng)過棱鏡而入射到復(fù)眼攝像裝置中的光 所形成的正面區(qū)域的圖像，它們的亮度產(chǎn)生差異，因此，必須在接合3個圖 像的數(shù)字處理的過程中實施亮度修正，將3個圖像的亮度調(diào)整為大致相同。艮P，入射到棱鏡中的光因為棱鏡的外周面的反射和棱鏡內(nèi)部的散射而導(dǎo) 致光量減少，因此，由經(jīng)過棱鏡入射到復(fù)眼攝像裝置中的光所形成的左右區(qū) 域的圖像比由不經(jīng)過棱鏡而入射到復(fù)眼攝像裝置中的光所形成的正面區(qū)域 的圖像亮度小，為了接合3個圖像再現(xiàn)為一系列的全景圖像，必須實施補償 左右區(qū)域的圖像的亮度的修正。具體地說，通過將圖像的亮度數(shù)據(jù)乘以預(yù)先設(shè)定的修正常數(shù)(通常是大 于1的值)來進行數(shù)字處理過程中的亮度修正，但由于圖像的濃淡程度與修正常數(shù)成反比例而減少，所以對于適用更大的修正常數(shù)的左右區(qū)域的圖像而 言，其濃淡程度大大低于正面區(qū)域的圖像，因此在接合3個圖像而作為全景 圖像時，有可能左右區(qū)域的畫質(zhì)比正面區(qū)域的畫質(zhì)更粗糙，從而變成視覺效 果差的圖像。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種這樣的廣角攝像裝置，即，在用于 攝像全景圖像的廣角攝像裝置中，無需使用廣角透鏡，從而能夠通過盡量少 的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成裝置，能夠得到視覺效果好的全景圖像，并且裝置整體不增 大而能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化，其中，視覺效果好是指，在對由從不同的被拍攝角度 入射的光所形成的分別獨立的圖像實施了用于調(diào)整亮度的修正之后的圖像 中，不產(chǎn)生濃淡程度的顯著差異，而且接合部分不顯眼。用于解決問題的手段為了達到上述目的，權(quán)利要求l的發(fā)明的一種廣角攝像裝置，具有透 鏡光學(xué)系統(tǒng)，其在各規(guī)定的被拍攝角度內(nèi)匯聚從廣角的被拍攝角度內(nèi)入射的 光，從而在焦平面上形成多個像；攝像裝置，其配置在上述焦平面上，用于 將通過上述透鏡光學(xué)系統(tǒng)形成的多個像變換為電子的圖像信息；圖像再現(xiàn)裝 置，其對上述攝像裝置變換后的多個像的圖像信息實施亮度修正，并在此基 礎(chǔ)上進行接合，從而再現(xiàn)為全景圖像，上述廣角攝像裝置的特征在于，上述 透鏡光學(xué)系統(tǒng)具有光學(xué)透鏡陣列，其在一個平面上形成有中心透鏡和左右 的側(cè)面透鏡而成，該中心透鏡用于接受從上述被拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域入射 的光，該左右的側(cè)面透鏡配置在該中心透鏡的左右兩側(cè)，而且其光軸與該中 心透鏡的光軸平行，用于接受從上述被拍攝角度內(nèi)的左右區(qū)域入射的光；棱鏡，其配置在上述左右的側(cè)面透鏡的光入射側(cè)，用于使從上述被拍攝角度內(nèi) 的左右區(qū)域入射的光以與上述各側(cè)面透鏡的光軸一致的方式折射而引導(dǎo)至上述各側(cè)面透鏡；側(cè)面光量限制裝置，其用于限制由上述棱鏡引導(dǎo)而經(jīng)過上 述側(cè)面透鏡后向上述攝像裝置匯聚的光量；中心光量限制裝置，其用于比上 述側(cè)面光量限制裝置更大幅度地限制不經(jīng)過上述棱鏡而直接入射到上述中 心透鏡后向上述攝像裝置匯聚的光量，其中，上述攝像裝置具有受光元件陣 列，該受光元件陣列從上述光學(xué)透鏡陣列隔著規(guī)定距離而以平行于上述光學(xué) 透鏡陣列的方式配置，用于拍攝由上述中心透鏡以及左右的側(cè)面透鏡分別形 成的像，上述圖像再現(xiàn)裝置分別對上述受光元件陣列變換為圖像信息的上述被拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域的圖像以及上述被拍攝角度內(nèi)的左右區(qū)域的圖像 實施亮度修正，并合成已實施了亮度修正的各圖像而再現(xiàn)為全景圖像。上述側(cè)面光量限制裝置以及上述中心光量限制裝置也可以分別是靠近 上述側(cè)面透鏡以及上述中心透鏡而配置的光闌。上述側(cè)面光量限制裝置以及上述中心光量限制裝置也可以分別是涂敷 在上述側(cè)面透鏡以及上述中心透鏡的表面上的濾光層。在上述光學(xué)透鏡陣列中，上述中心透鏡以能夠接受從上述被拍攝角度內(nèi)的正面4(T范圍區(qū)域入射的光的方式配置，上述左右的側(cè)面透鏡以能夠接受 從上述被拍攝角度內(nèi)的左右各4(T范圍區(qū)域入射的光的方式配置，上述棱鏡 是等腰直角棱鏡或者60°—30°直角棱鏡，上述圖像再現(xiàn)裝置分別對上述受光 元件陣列變換為圖像信息的被拍攝角度內(nèi)的正面4(T范圍區(qū)域的圖像以及上 述被拍攝角度內(nèi)的左右4(T范圍區(qū)域的圖像實施亮度修正，并合成已實施了 亮度修正的各圖像而再現(xiàn)為視場角在120'以上的全景圖像。根據(jù)上述發(fā)明，由于用中心透鏡接受從被拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域入射的 光，并用左右的側(cè)面透鏡接受從被拍攝角度內(nèi)的左右區(qū)域入射的光，因此， 不需使用廣角透鏡而能夠利用盡量少的光學(xué)系統(tǒng)來構(gòu)成裝置，而且，由于具 有側(cè)面光量限制裝置和中心光量限制裝置，因此能夠?qū)⒃跀?shù)字處理的過程中 用于調(diào)整正面區(qū)域的圖像和左右區(qū)域的圖像的亮度的修正常數(shù)的值設(shè)定為 不存在很大差異的值，從而能夠得到在實施了亮度修正后的正面區(qū)域和左右 區(qū)域的圖像之間不產(chǎn)生濃淡程度的顯著差異、且接合部分不顯眼的視覺效果 好的全景圖像，其中，該側(cè)面光量限制裝置用于限制經(jīng)過棱鏡而向受光元件 匯聚的光量，該中心光量限制裝置用于比側(cè)面光量限制裝置更大幅度地限制 直接向中心透鏡入射而向受光元件3匯聚的光量。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式涉及的廣角攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的立 體圖。圖2是表示該廣角攝像裝置中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)和光的傳播路徑的側(cè)視圖。圖3是表示該廣角攝像裝置中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖面圖。圖4是表示該廣角攝像裝置與整個120°的被拍攝角度范圍內(nèi)的被攝體的關(guān)系的立體圖。圖5是表示將利用該廣角攝像裝置中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)所形成的像再現(xiàn)為 全景圖像的過程的圖。圖6A是表示該廣角攝像裝置的亮度修正中的修正常數(shù)C (x、 yl)的例 子的圖，圖6B是表示與修正常數(shù)的坐標(biāo)相對應(yīng)的圖像的例子的圖。圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式涉及的廣角攝像裝置中的透鏡光學(xué)系 統(tǒng)和光的傳播路徑的側(cè)視圖。圖8是表示本發(fā)明的第三實施方式涉及的廣角攝像裝置的透鏡光學(xué)系統(tǒng) 和光的傳播路徑的側(cè)視圖。圖9是表示本發(fā)明的第四實施方式涉及的廣角攝像裝置的透鏡光學(xué)系統(tǒng) 和光的傳播路徑的側(cè)視圖。圖IO是表示該廣角攝像裝置的透鏡光學(xué)系統(tǒng)的俯視圖。圖11是表示本發(fā)明的第五實施方式涉及的廣角攝像裝置中的透鏡光學(xué) 系統(tǒng)的俯視圖。圖12是表示該廣角攝像裝置和大致半球狀的被攝體的關(guān)系的立體圖。 圖13是表示本發(fā)明的第六實施方式涉及的廣角攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的 立體圖。
具體實施方式
(第一實施方式)以下，參照圖1至圖6，對于本發(fā)明的第一實施方式進行說明。如圖1 和圖2所示，本實施方式的廣角攝像裝置1具有透鏡光學(xué)系統(tǒng)2，其匯聚 從120。的被拍攝角度內(nèi)入射的光，使其成像在規(guī)定的焦平面上；受光元件陣 列(攝像裝置)3，其配置在透鏡光學(xué)系統(tǒng)2的焦平面上，將利用透鏡光學(xué) 系統(tǒng)2成像的像變換為電子圖像信息；DSP (Digital Signal Processor:數(shù)字 信號處理器)5，其通過AD變換器4來獲取由受光元件陣列3變換后的圖 像信息，并將其作為數(shù)字信號；微處理器(圖像再現(xiàn)裝置)6，其對DSP5 獲取的圖像信息實施畸變?nèi)コ土炼刃拚葓D像處理，并將其再現(xiàn)為全景圖 像；液晶面板等顯示裝置7，其顯示由微處理器6再現(xiàn)的圖像。本實施方式的透鏡光學(xué)系統(tǒng)2如圖l和圖3所示，具有光學(xué)透鏡陣列11，其在1片透明基板9的一個平面上形成了光軸L相互平行的3行3列9個光學(xué)透鏡8;光學(xué)透鏡陣列11的支撐框12;形成在支撐框12的上表面的光闌131、 13c、 13r;遮光框14，其以使從各光學(xué)透鏡8射出的光互不干涉 的方式進行分割；光學(xué)濾光器15，其配置在受光元件陣列3的上方；等腰直 角棱鏡161、 16r，其在光學(xué)透鏡陣列11的光入射側(cè)，分別與左右列的光學(xué)透 鏡81、 8r相對配置。9個光學(xué)透鏡8全部具有4(T的視場角。等腰直角棱鏡161、 16r的截面是等腰直角三角形，如圖2所示，相對于 光學(xué)透鏡陣列11而傾斜配置。針對具體的配置以后詳細敘述。光學(xué)透鏡陣列11的中央列的3個光學(xué)透鏡(以下稱作中心透鏡)8c直 接接受從被拍攝角度內(nèi)的正面大致4(T范圍區(qū)域入射的光，左右列各3個光 學(xué)透鏡(以下稱作側(cè)面透鏡)81、 8r通過等腰直角棱鏡161、 16r接受從被拍 攝角度內(nèi)的左右各自大致4(T范圍區(qū)域入射的光。配置等腰直角棱鏡161、 16r，使得光從夾直角的2條邊161a、 161b、 16ra、 16rb中的向外側(cè)的一條邊161a、 16ra入射，入射的光被斜邊161c、 16rc反射 后從另一條邊161b、 16rb射出。此外，在本說明書中，為了方便將棱鏡的光 入射的面和光出射的面等與表示光的傳播路徑的側(cè)面圖(圖2)對照說明， 使用了 "一條邊"、"斜邊"等用語。具體地說，等腰直角棱鏡161、 16r如圖2所示，將與側(cè)面透鏡81、 8r 相對的一條邊161b、 16rb配置為相對于光學(xué)透鏡陣列l(wèi)l傾斜25。角度，將斜 邊161c、 16rc配置為相對于光學(xué)透鏡陣列11傾斜70°的角度。由此構(gòu)成為， 在從中心透鏡8c向正面方向的大致4(T的范圍內(nèi)不存在等腰直角棱鏡161、 16r，不遮擋向中心透鏡8c入射的光。利用側(cè)面透鏡81、 8r匯聚從等腰直角棱鏡161、 16r的夾直角的2條邊 161a、 161b、 16ra、 16rb中的朝向外側(cè)的一條邊161a、 16ra入射的光中的大 致40°角度的范圍的光，并使得在受光元件陣列3上成像。然后形成中心透鏡8c的光闌13c(中心光量限制裝置)，并使該光闌13c 的直徑比側(cè)面透鏡81、 8r的光闌131、 13r (側(cè)面光量限制裝置)的直徑小， 從而更大地限制到達受光元件陣列3的光量(參照圖3)，其中，上述光闌 13c用于使來自被攝體的光不被等腰直角棱鏡161、 16r遮擋而直接入射，上述光闌131、 13r用于使來自被攝體的光通過等腰直角棱鏡161、 16r入射。具體地說，設(shè)定各光闌13c、 131、 13r的直徑，使得從中心透鏡8c和側(cè) 面透鏡81、 8r射出并到達受光元件陣列3的光量大致相等。接著，針對受光元件陣列3進行說明。受光元件陣列3是固體攝像元件， 其平行于光學(xué)透鏡陣列11，并且配置在光學(xué)透鏡陣列11的各光學(xué)透鏡8的 焦平面上，由形成在基板上的CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor:互補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器構(gòu)成。固體攝像元件也 可以是CCD (Charge Coupled Device:電荷耦合器件)。利用3行3列的光學(xué)透鏡8，在受光元件陣列3上成像3行3列的獨立 像。參照圖4，針對受光元件陣列3上形成的獨立像17詳細地進行說明?，F(xiàn) 在假設(shè)如圖4所示，在廣角攝像裝置1的前方，在整個12(T的被拍攝角度內(nèi)， 每隔40。的等間隔配置一個表示為"L" 、 "C" 、 "R"的被攝體B。該情 況下，中央的"C"(中央4(T范圍區(qū)域)被中心透鏡8c上下和左右翻轉(zhuǎn)， 在受光元件陣列3的中央的列上成像為3個的獨立像17。此外，左邊的"L"(左側(cè)40。范圍區(qū)域)和右邊的"R"(右側(cè)40°范 圍區(qū)域)被等腰直角棱鏡161、 16r左右翻轉(zhuǎn)后，分別被側(cè)面透鏡8r、 81上 下和左右翻轉(zhuǎn)，在受光元件陣列3的左右列中各成像為3個獨立像17。這9個獨立像17被受光元件陣列3變換為圖像信息后，微處理器6依 次讀出這些圖像信息，將如上所述上下左右翻轉(zhuǎn)了的圖像修正為正確朝向， 在接合正面區(qū)域的圖像"C"和左右區(qū)域的圖像"L" "R"的同時實施亮度 修正。接著，參照圖5和圖6A、圖6B，說明利用微處理器6對圖像信息的全 景圖像P進行再現(xiàn)和圖像的亮度修正。此外，圖5中的圖像表示在圖4中從 被攝體B側(cè)看到的像，圖5的左側(cè)的像表示成像在受光元件陣列3上的狀態(tài)， 圖5的中央和右側(cè)的圖像表示微處理器6獲取后在微處理器6內(nèi)進行處理的 過程的狀態(tài)。由微處理器6依次讀出的圖像信息根據(jù)從受光元件陣列3的讀出順序， 如圖5的中央所示，左右的列變?yōu)橄喾次恢?，并且左右的列的圖像17自身 左右翻轉(zhuǎn)。在利用微處理器6交換左右列的像17的位置的同時，使圖像自 身左右翻轉(zhuǎn)，然后如圖5的右側(cè)所示將該圖像信息再現(xiàn)為12(T的視場角的全景圖像P。具體地說，微處理器6針對中央行的3個獨立像(在圖5的中央用粗框18表示的部分)的圖像信息進行圖像處理。微處理器6首先將左右翻轉(zhuǎn)后的 "L"(左側(cè)40。范圍區(qū)域的圖像)和"R"(右側(cè)40。范圍區(qū)域的圖像)的 獨立像17鏡面翻轉(zhuǎn)而返回到正常的圖像，將該已返回到正常的圖像"L"和 "R"與中央4(T范圍區(qū)域的圖像"C"合成，從而再現(xiàn)為12(T的全景圖像P。此外，微處理器6在如上所述接合己將位置和朝向返回到正常的圖像"L" "C" "R"時，按照下面的順序?qū)嵤┝炼刃拚?。微處理?在微處理器6自身具有的ROM6a內(nèi)預(yù)先存儲有圖像上的位 置(x、 y)的函數(shù)即亮度修正用的修正常數(shù)C (x、 y)。如圖6B所示，本實施方式中的修正常數(shù)C (x、 y)對圖像的橫向分配x 坐標(biāo)，對縱向分配y坐標(biāo)，對圖像中應(yīng)該修正的平面位置(x、 y)設(shè)定單值 的常數(shù)。圖6B中表示的圖像相當(dāng)于圖5的右側(cè)的圖像。此時，圖6A表示y坐標(biāo)是yl時(圖6B的圖像中的縱向的中央位置) 的修正常數(shù)C (x、 yl)。艮口，如圖6A、圖6B所示，對左區(qū)域的圖像"L"的中間線部分(y=yl) 應(yīng)用曲線C1表示的修正常數(shù)，對正面區(qū)域的圖像"C"的中間線部分(y= yl)應(yīng)用曲線Cc表示的修正常數(shù)，對右區(qū)域的圖像"R"的中間線部分(y =yl)應(yīng)用曲線Cr表示的修正常數(shù)，從而對各圖像中的象素的亮度數(shù)據(jù)分 別乘以修正常數(shù)。例如，對圖像"L"的中間線部分(y=yl)的左端的象素pi應(yīng)用修正 常數(shù)=2，修正亮度到2倍；對中央的象素p2應(yīng)用修正常數(shù)二l，仍保持該 亮度；對圖像"C"的中間線部分(y=yl)的左端的象素p3應(yīng)用修正常數(shù) =1.5，修正亮度到1.5倍；對中央位置的象素p4應(yīng)用修正常數(shù)二l，仍保持 該亮度。此外，對各圖像"L" "C" "R"的修正常數(shù)都描畫向下的二次曲線狀 的曲線，各圖像"L" "C" "R"都通過光學(xué)透鏡8的匯聚作用形成。即， 由于各圖像的周緣部分亮度比中央部分有所不足，因此應(yīng)用比較大的修正常 數(shù)。如上所述，微處理器6在對各圖像"L" "C" "R"實施亮度修正時，對于各圖像中的全部象素，在其亮度數(shù)據(jù)中乘以與象素位置(x、 y)相應(yīng)的修正常數(shù)C (x、 y)而作為數(shù)字值，生成修正后的圖像。然后，在本實施方式的廣角攝像裝置1中，形成中心透鏡8c的光闌13c， 并使該光闌13c的直徑比側(cè)面透鏡81、 8r的光鬧131、 13r的直徑小，從而更 大地限制到達受光元件陣列3的光量，其中，上述光闌13c用于使來自被攝 體B的光直接入射，上述光闌131、 13r用于使來自被攝體B的光通過等腰 直角棱鏡161、 16r入射，因此，形成了受光元件陣列3上形成的正面區(qū)域和 左右區(qū)域的圖像17自身不具有很大亮度差的圖像，從而對于正面區(qū)域的圖 像"C"的修正常數(shù)(曲線Cc)和對于左右區(qū)域的圖像"L" "R"的修正常 數(shù)(曲線C1、 Cr)沒有較大差別。在此，為了比較，在圖6A中用曲線Clt、 Crt (雙點劃線)表示中心透 鏡8c的光闌13c和側(cè)面透鏡81、 8r的光闌131、 13r為相同直徑時(以下稱 作比較例)的修正常數(shù)Ct (x、 yl)。在比較例的情況下，由于左右區(qū)域的 圖像"L" "R"的亮度相對于正面區(qū)域的圖像"C"有所下降，因此，為了 修正該亮度下降，左右區(qū)域的圖像"L" "R"用的修正常數(shù)(曲線Clt、 Crt) 就成為比本實施方式中的修正常數(shù)(曲線C1、 Cr)大的值。具體地說，對于圖像"L" "R"的比較例中的修正常數(shù)Ct (x、 yl)成 為從1.5到3的值。(例如，對于圖像"L"中的象素pl的修正常數(shù)"3，對 于象素p2的修正常數(shù)"1.5)在此，由于按照濃淡程度/修正常數(shù)值而賦予顯示裝置7中顯示的色調(diào) 數(shù)，因此，在濃淡程度是256的情況下，比較例中的圖像"L"的象素pl周 邊的色調(diào)數(shù)就降低到256 / 3^85左右。對此，本實施方式的廣角攝像裝置1中的顯示裝置7中表示的色調(diào)數(shù)是 修正常數(shù)的大小針對各圖像"L" "C" "R"從l到2的范圍的值，因此得 到從256至U 128左右。從而，防止在接合各圖像"L" "C" "R"后再現(xiàn)的 全景圖像P中變?yōu)閮蓚?cè)區(qū)域的圖像畫質(zhì)大幅度下降而導(dǎo)致視覺效果差的全景 圖像P。此外，由于各圖像"L" "C" "R"是大致40°范圍的區(qū)域的圖像，因 此接合3幅圖像而幾乎不會產(chǎn)生接合部的重疊部分。此外，由于中心透鏡8c 和側(cè)面透鏡81、 8r是視場角40'的透鏡，因此與所謂的廣角透鏡不同，幾乎不產(chǎn)生各圖像的外周部分的畸變，不需要圖像彼此之間接合時對于各圖像的 復(fù)雜的畸變修正處理。 (第二實施方式)下面，參照圖7針對第二實施方式進行說明。第二實施方式的廣角攝像 裝置1是與第一實施方式大致相同的結(jié)構(gòu)，針對相同的結(jié)構(gòu)部分標(biāo)記相同附 圖標(biāo)記而省略說明。第二實施方式與第一實施方式的不同部分在于，取代等腰直角棱鏡161、16r，而配置60° — 30°直角棱鏡261、 26r來作為配置在光學(xué)透鏡陣列11的光 入射側(cè)的棱鏡。如圖7所示，60°—30°直角棱鏡261、 26r是一種截面為直角 三角形、且與直角相對置的2個角形成為60°和30。的棱鏡。對60°_30°直角棱鏡261、 26r進行配置，使夾直角的2條邊261a、 261b、 26ra、 26rb中的短邊261b、 26rb平行于光學(xué)透鏡陣列11，使夾直角的長邊 261a、 26ra向外側(cè)垂直。從而，斜邊261c、 26rc相對于光學(xué)透鏡陣列11具有 60°的傾斜。然后，來自被拍攝角度120。內(nèi)的左右40°范圍區(qū)域的光從60。一3(T直角 棱鏡261、 26r的長邊261a、 26ra入射，被斜邊261c、 26rc反射，從短邊261b、 26rb射出后被側(cè)面透鏡81、 8r匯聚，在受光元件陣列3上成像為左右大致 4(T范圍區(qū)域的圖像。在該第二實施方式中，也以比側(cè)面透鏡81、 8r的光闌131、 13r的直徑小 的直徑形成中心透鏡8c的光闌13c，形成在受光元件陣列3上的各像的亮度 大致同等，從而能夠使得在實施了亮度修正后的正面區(qū)域和左右區(qū)域的圖像 間沒有濃淡程度的顯著差異，得到接合部分不顯眼而視覺效果好的全景圖像 P。(第三實施方式)下面，參照圖8，針對能夠拍攝大致180。的視場角的全景圖像的第三實 施方式進行說明。第三實施方式的廣角攝像裝置1是與第一實施方式大致相 同的結(jié)構(gòu)，針對相同的結(jié)構(gòu)部分標(biāo)記相同附圖標(biāo)記而省略說明。第三實施方式與第一實施方式不同的部分在于，為了擴寬可攝像的視場 角，用具有60。的視場角的透鏡來構(gòu)成各光學(xué)透鏡81、 8c、 8r，并且取代等 腰直角棱鏡，而配置正三角形棱鏡361、 36r作為光學(xué)透鏡陣列11的光入射側(cè)的棱鏡。正三角形棱鏡361、 36r如圖8所示，是截面是正三角形的棱鏡。 配置正三角形棱鏡361、 36r，使得一條邊361b、 36rb平行于光學(xué)透鏡陣 列11。從而，向著內(nèi)側(cè)的斜邊361c、 36rc相對于光學(xué)透鏡陣列11而具有60° 的傾斜。然后，來自被拍攝角度180°內(nèi)的左右60。范圍區(qū)域的光從正三角形 棱鏡361、 36r的向外側(cè)的斜邊361a、 36ra入射，被向著內(nèi)側(cè)的斜邊361c、 36rc 反射，從平行于光學(xué)透鏡陣列11的邊361b、 36rb射出后被側(cè)面透鏡81、 8r 匯聚，在受光元件陣列3上成像為左右大致60。范圍區(qū)域的圖像。在該第三實施方式中，也以比側(cè)面透鏡81、 8r的光闌131、 13r的直徑小 的直徑形成中心透鏡8c的光闌13c，形成在受光元件陣列3上的各像的亮度 大致同等，從而能夠使得在實施了亮度修正后的正面區(qū)域和左右區(qū)域的圖像 間沒有濃淡程度的顯著差異，得到接合部分不顯眼而視覺效果好的全景圖像 P。(第四實施方式)下面，參照圖9和圖10，針對能夠攝像大致180。的視場角的全景圖像的 第四實施方式進行說明。第四實施方式的廣角攝像裝置1是與第一實施方式 大致相同的結(jié)構(gòu)，針對相同的結(jié)構(gòu)部分標(biāo)記相同附圖標(biāo)記而省略說明。第四實施方式與第一實施方式不同的部分在于，為了擴寬可攝像的視場 角，用具有6(T的視場角的透鏡來構(gòu)成各光學(xué)透鏡81、 8c、 8r，并且取代等 腰直角棱鏡，配置一個大的正三角形棱鏡46作為光學(xué)透鏡陣列11的光入射 側(cè)的棱鏡。正三角形棱鏡46的1條邊的大小構(gòu)成為跨光學(xué)透鏡陣列11的1 行3個的光學(xué)透鏡81、 8c、 8r的總長度。將正三角形棱鏡46配置為一條邊46c平行于光學(xué)透鏡陣列11。從而， 另外的2條邊46a、 46b相對于光學(xué)透鏡陣列11而具有60。的傾斜。然后， 來自被拍攝角度180°內(nèi)的左右60。范圍區(qū)域的光從正三角形棱鏡46的2條斜 邊46a、 46b入射，被相互對置的斜邊46b、 46a反射，從邊46c射出后被側(cè) 面透鏡81、 8r匯聚，從而在受光元件陣列3上成像為左右大致60。范圍區(qū)域 的圖像。另一方面，來自向著正面的大致6(T范圍區(qū)域的光被光學(xué)透鏡陣列11的 下行中央的中心透鏡8cd (圖IO)匯聚，在受光元件陣列3上成像為中央大 致6(T范圍區(qū)域的圖像。然后，與第一實施方式同樣地，利用微處理器6將左右大致60°范圍區(qū)域的圖像和中央大致60。范圍區(qū)域的圖像再現(xiàn)為大致180°視場角的全景圖像 P。此外，在該第四實施方式的情況下，由于不需要交換左右列的獨立像， 因此簡化了該部分的利用微處理器6的再現(xiàn)處理的過程。在該第四實施方式中，以比側(cè)面透鏡81、 8r的光鬧131、 13r的直徑小的 直徑形成光學(xué)透鏡陣列11的下行中央的中心透鏡8cd的光闌13c，形成在受 光元件陣列3上的各像的亮度大致同等，從而能夠使得在實施了亮度修正后 的正面區(qū)域和左右區(qū)域的圖像間沒有濃淡程度的顯著差異，得到接合部分不 顯眼而視覺效果好的全景圖像P。 (第五實施方式)下面，參照圖11和圖12，針對能夠拍攝從廣角攝像裝置1看來前方的 大致半球狀的全景圖像的第五實施方式進行說明。第五實施方式的廣角攝像 裝置1與第一實施方式的全景攝像裝置1同樣地具備光學(xué)透鏡陣列11，其 具有3行3列的9個光學(xué)透鏡8;受光元件陣列3，其配置在距光學(xué)透鏡陣 列11規(guī)定距離的位置上。針對與第一實施方式相同的結(jié)構(gòu)部分標(biāo)記相同附 圖標(biāo)記而省略說明。第五實施方式與第一實施方式不同的部分在于，雖然棱鏡設(shè)置在光學(xué)透 鏡陣列11的光入射側(cè)，但將該棱鏡配置為與3行3列中除了中央的光學(xué)透 鏡8ce以外剩余的8個光學(xué)透鏡8f全部相對，從而能夠匯聚來自大致半球的 全部方向的光。具體地說，如圖11所示，在與3行3列中除了中央的光學(xué)透鏡8ce以外 剩余的8個光學(xué)透鏡8f相對的位置，以中央的光學(xué)透鏡8ce為中心按放射狀 配置等腰直角棱鏡56。等腰直角棱鏡56相對于光學(xué)透鏡陣列11的傾斜姿勢 與第一實施方式同樣地配置，使得與光學(xué)透鏡陣列11相對置的一條邊相對 于光學(xué)透鏡陣列11傾斜25°角度，斜邊相對于光學(xué)透鏡陣列11傾斜7(T角度。 這樣，從中央的光學(xué)透鏡8ce向正面方向的大致4(T的范圍內(nèi)不存在等腰直 角棱鏡56，來自被攝體的光不被棱鏡56遮擋而向中央的光學(xué)透鏡8ce入射。此外，在該第五實施方式中，僅3行3列的中央的l個光學(xué)透鏡8ce是 中心透鏡，剩余的8個光學(xué)透鏡8f相當(dāng)于側(cè)面透鏡。在受光元件陣列3上，利用中心透鏡8ce成像正面大致4(T范圍區(qū)域的圖像作為獨立像，利用8個側(cè)面透鏡8f分別成像大致半球的周邊側(cè)大致40°范圍區(qū)域B1 B8 (圖12)的圖像作為獨立像。然后，利用微處理器6，將 這些9個圖像(獨立像)再現(xiàn)為大致半球狀的全景圖像。此外，各區(qū)域B1 B8如圖12所示，縱向的視場角是4(T，橫向的視場角是45°。在該第五實施方式中，以比剩余8個的光學(xué)透鏡8f的光闌的直徑小的直 徑形成中央的1個光學(xué)透鏡8ce的光闌13c，形成在受光元件陣列3上的各 像的亮度大致同等，從而能夠使得在實施了亮度修正后的正面區(qū)域和左右區(qū) 域的圖像間沒有濃淡程度的顯著差異，得到接合部分不顯眼而視覺效果好的 全景圖像P。(第六實施方式)下面，參照圖13針對第六實施方式進行說明，在該第六實施方式中， 將來自180°的被拍攝角度內(nèi)的光分為大致各36°范圍的5個區(qū)域，利用各自 的匯聚光路對5個區(qū)域分別匯聚，然后在受光元件陣列3上成像為5個獨立 像。第六實施方式的廣角攝像裝置1是與第一實施方式的廣角攝像裝置1大 致相同的結(jié)構(gòu)，但在光學(xué)透鏡陣列11的光入射側(cè)設(shè)置的棱鏡左右分別各有2 個。在第六實施方式的廣角攝像裝置1中配置等腰直角棱鏡661u、 66ru， 使它們與光學(xué)透鏡陣列11的上行的側(cè)面透鏡81、 8r相對置，并分別相對于 光學(xué)透鏡陣列11傾斜26°;配置等腰直角棱鏡661d、 66rd，使它們與下行的 側(cè)面透鏡81、 8r對置，并分別相對于光學(xué)透鏡陣列11傾斜1(T。來自正面區(qū)域的大致36°的被拍攝角度內(nèi)的光被光學(xué)透鏡陣列11的中央 行的中心透鏡8c匯聚，來自與正面區(qū)域的左右相鄰的大致36"的被拍攝角度 內(nèi)的光入射到等腰直角棱鏡661u、 66ru后，被光學(xué)透鏡陣列11的上行的側(cè) 面透鏡81、 8r匯聚，來自靠近最外側(cè)的大致36°的被拍攝角度內(nèi)的光入射到 等腰直角棱鏡661d、 66rd后，被光學(xué)透鏡陣列11的下行的側(cè)面透鏡81、 8r 匯聚。在該第六實施方式中，以比與等腰直角棱鏡661u、 66ru、 661d、 66rd相 對置的4個側(cè)面透鏡81、 8r的光闌的直徑小的直徑，來形成光學(xué)透鏡陣列11 的中央行的中心透鏡8c的光闌13c，形成在受光元件陣列3上的各像的亮度 大致同等，從而能夠使得在實施了亮度修正后的各圖像間沒有濃淡程度的顯著差異，得到接合部分不顯眼而視覺效果好的全景圖像P。此外，在配置于光學(xué)透鏡陣列11的上行的等腰直角棱鏡661u、 66ru和 配置于下行的等腰直角棱鏡661d、 66rd中，由于相對于光學(xué)透鏡陣列11的 傾斜角度不同(26°和10°)，故棱鏡表面的反射等所導(dǎo)致的光量的減少程度 不同，因此，為了使在受光元件陣列3上形成的各獨立像的亮度大致相同， 優(yōu)先使2個側(cè)面透鏡81、 8r的光闌的直徑和2個側(cè)面透鏡81、 8r的光闌的直 徑不同，其中，該側(cè)面透鏡81、 8r與等腰直角棱鏡661u、 66ru相對置，該側(cè) 面透鏡81、 8r與等腰直角棱鏡661d、 66rd相對置。在以上說明的第一至第六實施方式中，為了使從各光學(xué)透鏡8射出后到 達受光元件陣列3的光量大致相等，將中心透鏡8c的光闌13c (中心光量限 制裝置)的開口直徑設(shè)定得比側(cè)面透鏡81、 8r的光闌131、 13r (側(cè)面光量限 制裝置)的開口直徑小，但也可以取而代之如下地構(gòu)成。艮P，在中心透鏡8c和側(cè)面透鏡81、 8r的表面上涂敷光透射率不同的濾 光層，設(shè)定涂敷在中心透鏡8c上的濾光層的光透射率小于涂敷在側(cè)面透鏡 81、 8r上的濾光層的光透射率，使對于各光學(xué)透鏡8來說，到達受光元件陣 列3上的光量大致相等。此外，也可以將配置在受光元件陣列3的上方的光學(xué)濾光器15，按照遮 光框14所分割的各部分構(gòu)成為光透射率不同的濾光器，設(shè)定從中心透鏡8c 射出的光所透射的部分的光透射率小于從側(cè)面透鏡81、 8r射出的光所透射的 部分的光透射率，使對于各光學(xué)透鏡8來說，到達受光元件陣列3上的光量 大致相等。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的廣角攝像裝置l，由于用中心透鏡8c接受從被 拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域入射的光，并用左右的側(cè)面透鏡81、 8r接受從被拍攝 角度內(nèi)的左右區(qū)域入射的光，因此，不需使用廣角透鏡而能夠利用盡量少的 光學(xué)系統(tǒng)來構(gòu)成裝置，而且，由于具有側(cè)面光量限制裝置131、 13r和中心光 量限制裝置13c，因此能夠?qū)⒃跀?shù)字處理的過程中用于調(diào)整正面區(qū)域的圖像 和左右區(qū)域的圖像的亮度的修正常數(shù)的值設(shè)定為不存在很大差異的值，從而 能夠得到在實施了亮度修正后的正面區(qū)域和左右區(qū)域的圖像之間不產(chǎn)生濃 淡程度的顯著差異、且接合部分不顯眼的視覺效果好的全景圖像P，其中， 該側(cè)面光量限制裝置131、 13r用于限制經(jīng)過棱鏡161、 16r、 261、 26r、 361、36r、 46、 56、 661u、 66ru、 661d、 66rd而向受光元件3匯聚的光量，該中心 光量限制裝置13c用于比側(cè)面光量限制裝置131、 13r更大幅度地限制直接向 中心透鏡8c入射而向受光元件3匯聚的光量。
權(quán)利要求
1.一種廣角攝像裝置，具有透鏡光學(xué)系統(tǒng)，其在各規(guī)定的被拍攝角度內(nèi)匯聚從廣角的被拍攝角度內(nèi)入射的光，從而在焦平面上形成多個像；攝像裝置，其配置在上述焦平面上，用于將通過上述透鏡光學(xué)系統(tǒng)形成的多個像變換為電子的圖像信息；圖像再現(xiàn)裝置，其對上述攝像裝置變換后的多個像的圖像信息實施亮度修正，并在此基礎(chǔ)上進行接合，從而再現(xiàn)為全景圖像，上述廣角攝像裝置的特征在于，上述透鏡光學(xué)系統(tǒng)具有光學(xué)透鏡陣列，其在一個平面上形成有中心透鏡和左右的側(cè)面透鏡而成，該中心透鏡用于接受從上述被拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域入射的光，該左右的側(cè)面透鏡配置在該中心透鏡的左右兩側(cè)，而且其光軸與該中心透鏡的光軸平行，用于接受從上述被拍攝角度內(nèi)的左右區(qū)域入射的光；棱鏡，其配置在上述左右的側(cè)面透鏡的光入射側(cè)，用于使從上述被拍攝角度內(nèi)的左右區(qū)域入射的光以與上述各側(cè)面透鏡的光軸一致的方式折射而引導(dǎo)至上述各側(cè)面透鏡；側(cè)面光量限制裝置，其用于限制由上述棱鏡引導(dǎo)而經(jīng)過上述側(cè)面透鏡后向上述攝像裝置匯聚的光量；中心光量限制裝置，其用于比上述側(cè)面光量限制裝置更大幅度地限制不經(jīng)過上述棱鏡而直接入射到上述中心透鏡后向上述攝像裝置匯聚的光量，其中，上述攝像裝置具有受光元件陣列，該受光元件陣列從上述光學(xué)透鏡陣列隔著規(guī)定距離而以平行于上述光學(xué)透鏡陣列的方式配置，用于拍攝由上述中心透鏡以及左右的側(cè)面透鏡分別形成的像，上述圖像再現(xiàn)裝置分別對上述受光元件陣列變換為圖像信息的上述被拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域的圖像以及上述被拍攝角度內(nèi)的左右區(qū)域的圖像實施亮度修正，并合成已實施了亮度修正的各圖像而再現(xiàn)為全景圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的廣角攝像裝置，其特征在于，上述側(cè)面光量限制裝置以及上述中心光量限制裝置分別是靠近上述側(cè)面透鏡以及上述中心 透鏡而配置的光闌。
3. 如權(quán)利要求1所述的廣角攝像裝置，其特征在于，上述側(cè)面光量限 制裝置以及上述中心光量限制裝置分別是涂敷在上述側(cè)面透鏡以及上述中 心透鏡的表面上的濾光層。
4. 如權(quán)利要求2所述的廣角攝像裝置，其特征在于，在上述光學(xué)透鏡陣列中，上述中心透鏡以能夠接受從上述被拍攝角度內(nèi)的正面4(T范圍區(qū)域入射的光的方式配置，上述左右的側(cè)面透鏡以能夠接受 從上述被拍攝角度內(nèi)的左右各40°范圍區(qū)域入射的光的方式配置， 上述棱鏡是等腰直角棱鏡或者60°—30°直角棱鏡，上述圖像再現(xiàn)裝置分別對上述受光元件陣列變換為圖像信息的被拍攝 角度內(nèi)的正面40。范圍區(qū)域的圖像以及上述被拍攝角度內(nèi)的左右4(T范圍區(qū) 域的圖像實施亮度修正，并合成已實施了亮度修正的各圖像而再現(xiàn)為視場角 在12(T以上的全景圖像。
5. 如權(quán)利要求3所述的廣角攝像裝置，其特征在于， 在上述光學(xué)透鏡陣列中，上述中心透鏡以能夠接受從上述被拍攝角度內(nèi)的正面4(T范圍區(qū)域入射的光的方式配置，上述左右的側(cè)面透鏡以能夠接受 從上述被拍攝角度內(nèi)的左右各4(T范圍區(qū)域入射的光的方式配置， 上述棱鏡是等腰直角棱鏡或者60。一3(T直角棱鏡，上述圖像再現(xiàn)裝置分別對上述受光元件陣列變換為圖像信息的被拍攝 角度內(nèi)的正面4(T范圍區(qū)域的圖像以及上述被拍攝角度內(nèi)的左右40°范圍區(qū) 域的圖像實施亮度修正，并合成已實施了亮度修正的圖像而再現(xiàn)為視場角 12(T以上的全景圖像。
全文摘要
在拍攝全景圖像的廣角攝像裝置中，得到兩端和中央部分的畫質(zhì)相同且效果好的全景圖像。廣角攝像裝置具有中心透鏡，其接受從被拍攝角度內(nèi)的正面區(qū)域40°范圍區(qū)域入射的光；左右的側(cè)面透鏡，其接受從被拍攝角度內(nèi)左右各大致40°范圍區(qū)域入射的光；左右的等腰直角棱鏡，其使從被拍攝角度內(nèi)左右大致40°范圍區(qū)域入射的光折射而對其進行引導(dǎo)，使其與各側(cè)面透鏡的光軸一致；光闌，其限制向左右的側(cè)面透鏡入射的光的量；光闌，其限制向中心透鏡入射的光的量，將中心透鏡的光闌的直徑設(shè)定得小于側(cè)面透鏡的光闌的直徑，使由各透鏡在受光元件上形成的像的亮度大致相等。
文檔編號G06T5/50GK101246302SQ20071016219
公開日2008年8月20日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者中尾良純, 久后耕一, 政木康生, 豊田孝 申請人:船井電機株式會社