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1. (WO2017031948) IMAGING DEVICE AND IMAGING METHOD
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16  

附图

0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013  

说明书

发明名称 : 成像装置和成像方法

[0001]
本申请要求于2015年8月25日提交中国专利局、申请号为201510525929.0、发明名称为“成像装置和成像方法”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

[0002]
本发明涉及图像处理技术领域,尤其是涉及一种成像装置和成像方法。

背景技术

[0003]
在常规摄影中,为了突出某个主题景物,常常会将相机对焦到该主题景物所在的深度,使得该主题景物清晰成像在相机的图像传感器上,而其它深度的景物在图像传感器上的成像则是模糊的。
[0004]
随着数字成像技术、图像处理、机器视觉的发展,产生了重聚焦技术。根据重聚焦技术,在图像形成之后,可以根据用户的需要,重新选择聚焦深度,以获得位于不同深度的物体的清晰成像。光场相机采用了重聚焦技术,它除了能够获得每一条入射光线的强度外,还能记录光线进入镜头的方向,因此,光场相机所拍摄获得的图像不仅仅二维图像,同时还可以计算出景物所在的深度。
[0005]
光场相机与普通相机的不同之处在于,在光场相机中,图像传感器与相机镜头(主透镜)之间设置有二维微透镜阵列,而图像传感器位于微透镜阵列的成像平面上。
[0006]
由于光场相机的光学原理所限,为了获得较高的空间分辨率(更高的光线方向精度),就会降低图像分辨率,在图像传感器的像素一定的情况下,两者不能同时提高。因此,目前的光场相机的图像分辨率要低于普通相机的分辨率。
[0007]
现有的技术方案已经提出了在一台相机中实现低分辨率的光场模式和高分辨率的普通模式,以便用户能够根据需要在两种模式之间切换。为了在相机中实现这两种之间的切换,可以考虑在相机的主透镜与图像传感器之间设置一个微透镜阵列和一个平板玻璃,并且通过将微透镜阵列和平板玻璃移 进或移出光路来实现切换。例如,在使用光场相机功能时,可以将平板玻璃移出光路,而将微透镜阵列移入光路;在使用普通相机功能时,可以将平板玻璃移入光路,而将微透镜阵列移出光路。然而,将微透镜阵列移入和移出光路需要比较长的时间,使得切换时间比较长。
[0008]
因此,如何能够在相机的不同成像模式之间快速切换是亟待解决的问题。
[0009]
发明内容
[0010]
本发明提供了一种成像装置和成像方法,能够实现相机的不同成像模式之间的快速切换。
[0011]
第一方面,本发明提供了一种成像装置,包括:主透镜,图像传感器,第一微透镜阵列和第二微透镜阵列,以及驱动装置;其中第一微透镜阵列和第二微透镜阵列设置在主镜透与图像传感器之间,第一微透镜阵列设置在第二微透镜阵列与主透镜之间,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列平行布置,第一微透镜阵列包括M*N个第一微透镜,第二微透镜阵列包括M*N个第二微透镜,若第一微透镜为平凹透镜,则第二微透镜为平凸透镜;若第一微透镜为平凸透镜,则第二微透镜为平凹透镜;M*N个第一微透镜分别与M*N个第二微透镜凹凸相对且一一对应,M和N为正整数,M和N中的至少一个大于1;驱动装置与主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列相连接,用于调整第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离。
[0012]
在第一种可能的实现方式下,驱动装置用于调整第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离为第一距离,以提供光场模式;第一距离大于0,光场模式为入射光线经过主透镜折射、并经过第一微透镜阵列和第二微透镜阵列折射后投射在图像传感器上。
[0013]
结合第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式下,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,驱动装置还用于调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第一相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得第三微透镜阵列的主平面位于主透镜的成像平面上。
[0014]
结合第一种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式下,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,驱动装置还用于调整 主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第二相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得主透镜的成像平面位于主透镜与第三微透镜阵列的主平面之间。
[0015]
结合第一种可能的实现方式,在第四种可能的实现方式下,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,驱动装置还用于调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第三相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得图像传感器位于第三微透镜阵列的主平面与主透镜的成像平面之间。
[0016]
结合第一方面,在第五种可能的实现方式下,驱动装置用于调整第一微透镜阵列和第二微透镜阵列,使得M*N个第一微透镜贴合M*N个第二微透镜,以提供非光场模式,非光场模式为入射光线经过主透镜折射、并经过第一微透镜阵列和第二微透镜阵列直射后投射在图像传感器上。
[0017]
结合第五种可能的实现方式,在第六种可能的实现方式下,驱动装置还用于调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第四相对位置,使得主透镜的成像平面位于图像传感器所在的平面上。
[0018]
结合第一方面或者第一种至第六种可能的实现方式中的任一种,在第七种可能的实现方式下,第一微透镜和第二微透镜采用相同的光学材料。
[0019]
结合第一方面或者第一种至第六种可能的实现方式中的任一种,在第八种可能的实现方式下,第一微透镜和第二微透镜采用不同的光学材料,第一微透镜和第二微透镜采用的光学材料的折射率之差在[-0.01,0.01]范围内。
[0020]
第二方面,提供了一种成像方法,包括:成像方法应用于成像装置,成像装置包括主透镜、图像传感器和第一微透镜阵列和第二微透镜阵列以及驱动装置,其中第一微透镜阵列和第二微透镜阵列布置在主透镜与图像传感器之间,第一微透镜阵列设置在第二微透镜阵列与主透镜之间,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列平行布置,第一微透镜阵列包括M*N个第一微透镜,第二微透镜阵列包括M*N个第二微透镜,若第一微透镜为平凹透镜,则第二微透镜为平凸透镜;若第一微透镜为平凸透镜,则第二微透镜为平凹透镜,M*N个第一微透镜分别与M*N个第二微透镜凹凸相对且一一对应,M和N为正整数,M和N中的至少一个大于1,驱动装置与主透镜、图像传感器、 第一微透镜阵列和第二微透镜阵列相连接,用于调整第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离;其中成像方法包括:调整第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的距离为第一距离,以便成像装置提供光场模式,其中第一距离大于0,光场模式为入射光线经过主透镜折射、并经过第一微透镜阵列和第二微透镜阵列折射后投射在图像传感器上;或者,调整第一微透镜阵列和第二微透镜阵列,使得M*N个第一微透镜贴合M*N个第二微透镜,以便成像装置提供非光场模式,其中非光场模式为入射光线经过主透镜折射、并经过第一微透镜阵列和第二微透镜阵列直射后投射在图像传感器上。
[0021]
在第一种可能的实现方式下,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,方法还包括:在光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第一相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得第三微透镜阵列的主平面位于主透镜的成像平面上。
[0022]
结合第二方面,在第二种可能的实现方式下,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,方法还包括:在光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第二相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得主透镜的成像平面位于主透镜与第三微透镜阵列的主平面之间。
[0023]
结合第二方面,在第三种可能的实现方式下,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,方法还包括:在光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第三相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得图像传感器位于第三微透镜阵列的主平面与主透镜的成像平面之间。
[0024]
结合第二方面,在第四种可能的实现方式下,第二方面的方法还包括:在非光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第四相对位置,使得主透镜的成像平面位于图像传感器所在的平面上。
[0025]
结合第一方面或者第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种,在第五种可能的实现方式下,第一微透镜和第二微透镜采用相同的光学材料。
[0026]
结合第一方面或者第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种,在第六种可能的实现方式下,第一微透镜和第二微透镜采用不同的光学材料,第一微透镜和第二微透镜采用的光学材料的折射率之差在[-0.01,0.01]范围内。
[0027]
基于上述技术方案,通过在成像装置的主透镜与图像传感器之间设置距离可调、凹凸相对的两个微透镜阵列,使得成像装置能够在两个微透镜阵列相距不同的距离时,处于不同的拍摄模式。由于可以用较短的时间调整两个微透镜阵列之间的距离,从而能够实现成像装置在不同的成像模式之间的快速切换。

附图说明

[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]
图1是根据本发明的一个实施例的成像装置的结构示意图。
[0030]
图2是根据本发明实施例的两个微透镜阵列的结构示意图。
[0031]
图3是根据本发明另一实施例的成像装置处于光场模式时的成像原理示意图。
[0032]
图4是根据本发明另一实施例的成像装置处于光场模式时的等效成像原理示意图。
[0033]
图5是根据本发明另一实施例的成像装置处于非光场模式时的成像原理示意图。
[0034]
图6是根据本发明另一实施例的成像装置处于非光场模式时的等效成像原理示意图。
[0035]
图7是根据本发明的另一实施例的成像装置的成像原理示意图。
[0036]
图8是根据本发明的另一实施例的成像装置处于光场模式时的等效成像原理的示意图。
[0037]
图9是根据本发明的另一实施例的成像装置处于光场模式时的等效成像原理的示意图。
[0038]
图10是根据本发明实施例的微透镜阵列组合的结构示意图。
[0039]
图11是根据本发明的实施例的成像方法的示意性流程图。
[0040]
图12示出了双透镜等效单透镜的示意性原理图。
[0041]
图13是根据本发明的另一实施例的成像方法的示意性流程图。

具体实施方式

[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0043]
本发明的实施例可以应用于不同结构的相机中,用于实现光场模式与非光场模式的快速切换。
[0044]
图1是根据本发明的一个实施例的成像装置100的结构示意图。成像装置100包括:主透镜110、图像传感器120、第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140以及驱动装置150。
[0045]
第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140设置在主镜透110与图像传感器120之间,第一微透镜阵列130设置在第二微透镜阵列140与主透镜110之间,第一微透镜阵列130与第二微透镜阵列140平行布置,第一微透镜阵列130包括M*N个第一微透镜,第二微透镜阵列140包括M*N个第二微透镜,若第一微透镜为平凹透镜,则第二微透镜为平凸透镜;若第一微透镜为平凸透镜,则第二微透镜为平凹透镜;M*N个第一微透镜分别与M*N个第二微透镜凹凸相对且一一对应,M和N为正整数,M和N中的至少一个大于1;驱动装置150与主透镜110、图像传感器120、第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140相连接,用于调整第一微透镜阵列130与第二微透镜阵列140之间的距离。
[0046]
具体而言,在成像装置100中,主透镜110、第一微透镜阵列130、第二微透镜阵列140、图像传感器120依次平行布置形成光路。成像装置100可以通过驱动装置150沿光轴方向平移两个微透镜阵列中的至少一个来实现两个微透镜阵列之间的距离的调整,例如,两个微透镜阵列之间的距离可以靠近、远离或者完全贴合。当两个微透镜阵列之间保持预设的距离时,每个第一微透镜与对应的第二微透镜的光学性能等效于单个微透镜的光学性能, 使得成像装置处于光场模式,从而能够实现光学相机的功能。再如,当两个微透镜阵列完全贴合,即两个微透镜阵列之间的距离为零时,每个第一微透镜与对应的第二微透镜的光学性能等效于平板玻璃的光学性能,成像装置处于非光场模式或普通模式,从而能够实现高分辨率的普通相机的功能。
[0047]
根据本发明的实施例,通过在成像装置的主透镜与图像传感器之间设置距离可调、凹凸相对的两个微透镜阵列,使得成像装置能够在两个微透镜阵列保持不同的距离时,处于不同的拍摄模式。由于可以用较短的时间调整两个微透镜阵列之间的距离,从而能够实现成像装置在不同的成像模式之间的快速切换。另外,与通过将微透镜阵列移进和移入光路进行模式切换的方案相比,本发明的实施例具有结构紧凑和重量轻的优点。
[0048]
根据本发明的实施例,主透镜110相当于普通相机的镜头或物镜。主透镜110可以是一个单独的透镜,也可以是若干透镜组成的系统,用于对景物反射的光线进行聚焦。图像传感器120可分是CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合元件)或者CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体元件)等感光元件,用于感光并将光学图像转换成电子信号。
[0049]
应理解,为了描述方便,在图1中,以第一微透镜为平凸透镜,第二微透镜为平凹透镜为例进行说明,但本发明的实施例并不限于此,也可以是第一微透镜为平凹透镜,第二微透镜为平凸透镜。平凹透镜是指一面为平面而另一面为凹面的透镜,平凸透镜是指一面为平面,而另一面为凸面的透镜。两个微透镜阵列中的微透镜的曲面可以是球面,也可以是非球面,只要每个第一微透镜与对应的第二微透镜之间有预设距离时等效于单个微透镜且两个微透镜能够贴合布置即可。
[0050]
根据本发明的实施例,第一微透镜和第二微透镜可以采用相同的光学材料。例如,光学材料可以采用光学塑料或光学玻璃。
[0051]
可替代地,作为另一实施例,第一微透镜和第二微透镜可以采用不同的光学材料,第一微透镜和第二微透镜采用的光学材料的折射率之差在[-0.01,0.01]范围内。例如,两种微透镜的光学材料可以是一个采用光学塑料,另一个采用光学玻璃,只要两者的折射率差异很小(例如,在[-0.01,0.01]范围)即可,当然,也可以是两微透镜的光学材料都采用同一种类的光学材料(例如,都采用光学塑料),但两者的折射率差异很小。
[0052]
根据本发明的实施例,驱动装置150可以固定在成像装置的外壳或框架 (图1中未示出)上。驱动装置150可以通过传动机构与第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140中的至少一个相连接,用于驱动第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140中的至少一个沿光轴方向平移。驱动装置150可以通过传动机构与主透镜110相连接,用于驱动主透镜110沿光轴方向平移,以实现成像装置的对焦功能。图像传感器120可以固定在成像装置的外壳或框架上,即驱动装置150可以通过外壳或框架与图像传感器120连接,本发明的实施例并不限于此,在需要调整图像传感器120与微透镜阵列之间的距离的情况下,驱动装置150也可以通过传动机构与图像传感器120连接,以便驱动图像传感器120沿光轴方向平移。
[0053]
根据本发明的实施例,驱动装置150用于调整第一微透镜阵列130与第二微透镜阵列140之间的距离为第一距离,以提供光场模式;第一距离大于0,光场模式为入射光线经过主透镜110折射、并经过第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140折射后投射在图像传感器120上。
[0054]
具体而言,当光场模式被选择或者确定需要进入光场模式时,成像装置100通过驱动装置150将第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140拉开一定的距离,使得第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140相当于单个微透镜阵列,从而在成像装置中实现了光场相机的结构。在光场模式下拍摄时,主透镜110的出射光瞳经过每个第一微透镜和对应的第二微透镜所成的图像覆盖图像传感器120上的若干像素点。景物上的一个物点经过主透镜110聚焦后,再经过每个第一微透镜和对应的第二微透镜分散出强度和方向分量,到达图像传感器120的不同像素点,从而在图像传感器120上获得该物点的光场图像信息。
[0055]
例如,第一距离可以设计为使得第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140在图像传感器上所成的图像能够正好覆盖所有的像素点,从而能够在图像传感器的分辨率一定的情况下,在光场相机模式下获得最大的分辨率。
[0056]
可选地,作为另一实施例,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,也就是说,M*N个第一微透镜与M*N个第二微透镜等效于M*N个单透镜。驱动装置150还用于调整主透镜110、图像传感器120、第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140之间的相对位置为第一相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器120所在的平面上,并使得第三微透镜阵列的主平面位于主透镜110的成像平面上。
[0057]
具体而言,本发明的实施例可以采用距离可调的两个微透镜阵列代替常规光场相机的第三微透镜阵列。当两个微透镜阵列被调整为相距预设距离时,成像装置100进入光场模式。在光场模式下,每个第一微透镜和对应的第二微透镜的组合的光学性能等效于单个微透镜的光学性能。然后,可以调整主透镜110相对于图像传感器120的位置(或距离),使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,而且主透镜的成像平面位于第三微透镜阵列的主平面上,从而能够拍摄到清晰的低分辨率的光场图像。
[0058]
例如,成像装置100可以首先通过驱动装置150调整两个微透镜阵列之间保持预设的距离d,以进入光场模式,然后,可以通过驱动装置150利用常规对焦技术对主透镜110进行对焦,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器120所在的平面上而主透镜的成像平面位于第三微透镜阵列的主平面上(详见图3、图4、图5和图6的描述),当用户按下快门之后,即可在图像传感器120上生成清晰的光场图像信息。这里,第三微透镜阵列的主平面可以是第三微透镜阵列的光心(即等效单透镜的光心)所在的平面,如图1中两个微透镜阵列之间的虚线所示。
[0059]
可选地,作为另一实施例,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,驱动装置150还用于调整主透镜110、图像传感器120、第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140之间的相对位置为第二相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器120所在的平面上,并使得主透镜110的成像平面位于主透镜110与第三微透镜阵列的主平面之间。
[0060]
具体而言,本发明的实施例可以采用距离可调的两个微透镜阵列代替常规光场相机的第三微透镜阵列。当两个微透镜阵列被调整为相距预设距离时,成像装置100进入光场模式。在光场模式下,每个第一微透镜和对应的第二微透镜的组合的光学性能等效于单个微透镜的光学性能。然后,在光场模式下,可以调整主透镜110相对于图像传感器120的位置(或距离),使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,而且主透镜的成像平面位于第三微透镜阵列的主平面与主透镜110之间,即位于主透镜与第三微透镜阵列之间(详见图7和图8的描述),从而能够拍摄到清晰的低分辨率的光场图像。这样,进入成像装置的光线首先在主透镜110的成像平面进行一次成像,然而再通过第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140在 图像传感器120上进行二次成像。
[0061]
可选地,作为另一实施例,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,驱动装置150还用于调整主透镜110、图像传感器120、第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140之间的相对位置为第三相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器120所在的平面上,并使得图像传感器120位于第三微透镜阵列的主平面与主透镜110的成像平面之间。
[0062]
具体而言,本发明的实施例可以采用距离可调的两个微透镜阵列代替常规光场相机的第三微透镜阵列。当两个微透镜阵列被调整为相距预设距离时,成像装置100进入光场模式。在光场模式下,可以调整主透镜110相对于图像传感器120的位置(或距离),使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,而且图像传感器120位于第三微透镜阵列的主平面与主透镜110的成像平面之间,即位于第二微透镜阵列140与主透镜110的成像平面之间,从而能够拍摄到清晰的低分辨率的光场图像。这样,穿过主透镜110的光线在穿过第三微透镜阵列后又发生一次汇聚,使得光线提前成像于图像传感器上(详见图9的描述),采用一次成像的好处在于主透镜110到图像传感器的距离可以设计得较小,从而使得成像装置的总体长度可以设计得较小。
[0063]
根据本发明的实施例,驱动装置150用于调整第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140,使得M*N个第一微透镜贴合M*N个第二微透镜,以提供非光场模式,非光场模式为入射光线经过主透镜110折射、并经过第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140直射后投射在图像传感器120上。
[0064]
本发明的实施例可以采用距离可调的两个微透镜阵列代替常规光场相机的第三微透镜阵列。当两个微透镜阵列被调整为贴合布置时,两个微透镜阵列相当于一块平板玻璃,成像装置100进入非光场模式。这样,主透镜的出现光线将直射在图像传感器上进行成像。
[0065]
可选地,作为另一实施例,驱动装置150还用于调整主透镜110、图像传感器120、第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140之间的相对位置为第四相对位置,使得主透镜110的成像平面位于图像传感器所在的平面上。
[0066]
在非光场模式下,驱动装置150还可以调整主透镜110相对于图像传感器120的位置(或距离),使得主透镜的成像平面位于图像传感器所在的平 面上。例如,采用常规对焦技术对主透镜110进行对焦,即可使得主透镜110的成像平面位于图像传感器120所在的平面上,从而在图像传感器120上产生清晰的高分辨率图像。
[0067]
可选地,作为另一实施例,驱动装置150还可以调整第一微透镜阵列130与第二透镜阵列140之间的距离为第二距离,并且调整第二透镜阵列140的组合与图像传感器120之间的距离为第三距离,其中在第二距离大于0,第二距离小于第一距离。
[0068]
根据本发明的实施例,可以采用更细微和准确的移动量控制对两个微透镜阵列的距离进行调整,使得所拍摄的照片可以在光场模式和非光场模式之间的中间状态进行更自由和灵活的分配。两个微透镜阵列距离图像传感器越近,则成像装置所拍摄的图像越接近常规相机下拍摄的高分辨率的图像,两个微透镜阵列距离图像传感器越远,则成像装置拍摄的图像越接近光场模式下拍摄的低分辨率的图像。当用户需要更高分辨率的光场图像而不需要很精确的光场效果(例如,记录的光线的方向信息较少)时,可以将两个微透镜阵列靠近距离d1(d1<d),然后将两个微透镜阵列同时朝图像传感器方向平移距离d2,此时可以拍摄到高分辨率的二维图像、低光场效果的图像。这样,用户可以在分辨率与光场效果之间做取舍,获得介于非光场模式与光场模式之间的图像,提高了成像装置使用方式的灵活性。
[0069]
根据本发明的实施例,可以将驱动装置设计为在带电时调整第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离,以提供光场模式,并将驱动装置设计为在不带电时通过弹性元件调整第一微透镜列贴合第二微透镜阵列,以提供非光场模式。
[0070]
换句话说,通过弹性元件使得成像装置处于第二模式,例如,弹性元件可以用于通过弹力使得两个微透镜阵列贴合,而通过加电使得成像装置处于第一模式,例如,通过加电使得两个微透镜阵列分开。由于非光场模式比光场模式的使用的机会更多,因此,可以节省成像装置的总体电能消耗。
[0071]
图2是根据本发明实施例的两个微透镜阵列的结构示意图。两个微透镜阵列包括微透镜阵列1和微透镜阵列2,分别对应于图1中的第一微透镜阵列和第二微镜阵列。
[0072]
例如,微透镜阵列2可以包括M*N个微型的平凸透镜,微透镜阵列1可以包括M*N平凹透镜。两个微透镜阵列的曲面相对,分别与两个微透镜 阵列的曲面相对的背面为平面。凹面的面型与凸面的面型相同,可完全贴合。参见图2,微透镜阵列1和微透镜阵列2均为M行和N行微透镜组成的阵列,M和N中的至少一个大于1。应理解,M可以等于N,即两个微透镜阵列可以是正方形的,或者M也可以不等于N,即两个微透镜阵列也可以是矩形的。
[0073]
应理解,在本发明的实施例中,可以是平凸透镜在前,平凹透镜在后,本发明的实施例并不限于此,根据设计需要,也可以是平凹透镜在前,平凸透镜在后。在光路中,光线先进入的光学元件位于光线后进入的光学元件之前。
[0074]
两个微透镜阵列可以沿着光轴方向进行微小的位移,一般可以在1mm以内,两者可以靠近、远离或是完全贴合。
[0075]
本发明实施例的成像装置可以采用常规的光场相机或普通相机的主透镜,本发明的实施例对此不作限定。
[0076]
本发明的实施例的成像装置可以采用常规移动设备的图像传感器,本发明的实施例不限于此,也可以采用其它图像传感器或者专用的图像传感器。目前常见的图像传感器的像素约为4100万像素,尺寸为1/1.2”,有效尺寸为10.82×7.52mm,分辨率为7728×5368。假如镜头的光圈为F#2,微透镜阵列中每个微透镜下覆盖49个像素,记录49个方向的光线的信息。通过计算可知,每个微透镜的直径可以为9.8μm,焦距可以为19.6μm。
[0077]
为了便于大批量的压模制造,两个微透镜阵列可以采用不易变形的光学塑料制造。例如,本发明的实施例的成像装置可以采用常规聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)(n=1.49)光学塑料作为制作微透镜的材料。通过光学设计软件进行仿真可知,由上述材料制成的微透镜的光学性能接近衍射极限,光斑的直径小于艾里斑,因此,成像质量满足能够设计要求。例如,表1为微透镜表面的设计参数。
[0078]
[表0001]
表面 类型 半径(mm) 厚度(mm) 口径(mm)
1 球面 0.012095 0.01 0.01
2 球面 -0.037402 0.013372 0.01

[0079]
表1 微透镜的面型参数
[0080]
本发明的实施例的微透镜阵列组合还可以选择更高折射率的聚苯乙烯(POLYSTYR,n=1.59)光学塑料作为材料。另外,本发明的实施例的微透镜的类型并不限于球面,也可以采用非球面来增加设计自由度。例如,采用塑料压模工艺可以制造高次非球面。这种微透镜的光学性能近似于单透镜的成像质量,光斑也位于艾里斑以内,光学质量能够满足设计要求。例如,微透镜的曲面可以为偶次非球面,非球面方程如下所示,微透镜表面的设计参数如表2所示。
[0081]
[数0001]


[0082]
其中:n=3,1/c=-8.384902E-003,c=1.162762,α 1=0,α 2=4.499148E+005,α 3=1.435782E+010。
[0083]
[表0002]
表面 类型 半径 厚度(mm) 口径(mm)
1 平面 Infinity 0.01 0.01
2 偶次非球面 -0.0084 0.0068 0.01
3 偶次非球面 -0.0084 0.0059 0.01
4 平面 Infinity 0.0054 0.01

[0084]
表2 微透镜组合的面型参数
[0085]
由图像传感器的尺寸可知,微透镜的尺寸可以设计为大于10.82×7.52mm。例如,微透镜的个数可以为至少1082×752个。在边缘保留一定的余量,制造1200×800个微透镜所组成的阵列的情况下,微透镜的尺寸可以为12×8mm。在这种情况下,微透镜阵列1到图像传感器的距离为28μm,微透镜阵列2到图像传感器的距离为5.4μm,两个微透镜阵列的间距为d=6.8μm。
[0086]
本发明的实施例采用简单的结构实现了在单一成像进行光场模式与非光场模式的快速切换。当用户需要拍摄光场图像时,可以将成像装置切换到光场模式,当用户需要拍摄高分辨率的非光场图像时,可将相机切换到非光场模式,增加了相机的应用范围并提高了相机应用的灵活性。
[0087]
本发明的实施例的成像装置结构紧凑,总体体积较小,重量比较轻,切换时间较短。另外,本发明实施例的微透镜阵列无需采用特殊的光学材料, 常见的光学塑料或光学玻璃即可。另外可以采用微加工技术生产和加工本发明的实施例所需的微透镜阵列。
[0088]
图3是根据本发明另一实施例的成像装置处于光场模式时的成像原理示意图。图4是根据本发明另一实施例的成像装置处于光场模式时的等效成像原理示意图。图5是根据本发明另一实施例的成像装置处于非光场模式时的成像原理示意图。图6是根据本发明实施例的成像装置处于非光场模式时的等效成像原理示意图。
[0089]
在本实施例中,采用两个微透镜阵列替换常规光场相机的第三微透镜阵列,即将两个微透镜阵列设置在常规光场相机的第三微透镜阵列的位置处,与光场相机的主透镜一起实现相机的光场模式。由于微透镜的参数设计只与主透镜的数值孔径以及图像传感器的参数有关,而与主透镜的其他参数无关,因此,将常规光场相机的第三微透镜阵列替换为本方案的两个微透镜阵列即可实现在光场模式下进行拍摄。
[0090]
参见图3,两个微透镜阵列包括微透镜阵列1和微透镜阵列2。本实施例以微透镜阵列1包括平凹透镜,微透镜阵列2包括平凸透镜为例进行说明,应理解,本发明的实施例并不限于此,也可以是微透镜阵列1包括平凸透镜,微透镜阵列2包括平凹透镜。在本实施例中,微透镜阵列1放置在微透镜阵列2之前,即来自主透镜的光线先进入微透镜阵列1,然后再进入微透镜阵列2。
[0091]
第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,即M*N个第一微透镜与M*N个第二微透镜等效于M*N个单透镜。假设等效单透镜的焦距为f,图像传感器可以位于第三微透镜阵列中的等效单透镜的焦点上,即等效单透镜到图像传感器的距离为f。微透镜阵列1和微透镜阵列2之间的间隔可以在0至d之间变化。在光场模式下,微透镜阵列1和微透镜阵列2之间的间隔为d,并且通过调整主透镜进行对焦,可以使得第三微透镜阵列的主平面位于主透镜的成像平面位于上,或者说,主透镜的成像平面位于第三微透镜阵列的主平面上。
[0092]
参见图4,本实施例的成像装置在光场模式下可以等效于采用第三微透镜阵列的常规光场相机。第三微透镜阵列位于主透镜的成像平面上,微透镜阵列上的微透镜将图像成像于图像传感器上。
[0093]
参见图5,当用户选择了非光场模式时,成像装置的驱动装置可以将微 透镜阵列1往左平移d,使得微透镜阵列1与微透镜阵列2贴合,从而进入非光场模式。微透镜阵列1和微透镜阵列2等效于一块平板玻璃,光线穿过两个微透镜阵列后不发生偏折或折射,如图6所示。此时,还可以通过对焦过程将主透镜向左平移Δt,使得图像清晰成像于图像传感器上,从而获得高分辨率的图像。相反,当用户选择了光场模式,成像装置的驱动装置可以将微透镜阵列1往右平移d,使得微透镜阵列1与微透镜阵列2拉开距离d,从而进入光场模式。此时,还可以通过对焦过程将主透镜向右平移Δt,从而获得清晰的光场图像。
[0094]
因此,通过沿成像装置的光轴方向的快速的微小位移,即可在同一相机内快速实现光场模式与非光场模式的切换。
[0095]
图7是根据本发明的另一实施例的成像装置的成像原理示意图。图8是根据本发明的另一实施例的成像装置处于光场模式时的等效成像原理的示意图。
[0096]
图7的实施例与图3的实施例类似,所不同的是,本实施例中,在光场模式下,主透镜的成像平面位于微透镜阵列之前,这种情况下也可以拍摄光场图像,这种相机也称为基于二次成像的光场相机。参见图8,微透镜阵列将主透镜所成的像经过二次成像后,成像于图像传感器上。
[0097]
当用户选择了非光场模式,成像装置的驱动装置可以将微透镜阵列1向左移动直至与微透镜阵列2贴合,两个微透镜阵列可等效为平板玻璃,此时相机处于非光场模式,然后将主透镜向左移动一定的距离,从而能够拍摄清晰的高分辨率的图像。相反,当用户选择了光场模式,成像装置的驱动装置可以将微透镜阵列1往右平移一定的距离,使得微透镜阵列1与微透镜阵列2拉开距离,从而进入光场模式。此时,还可以通过对焦过程将主透镜向右平移一定的距离,从而获得清晰的光场图像。
[0098]
图9是根据本发明的另一实施例的成像装置处于光场模式时的等效成像原理的示意图。
[0099]
图9的实施例与图3的实施例类似,所不同的是,在本实施例中,主透镜的成像平面可以位于微透镜阵列之后,这种情况下也可以拍摄光场图像,这种成像装置也称为基于一次成像的光场相机。参见图9,穿过主透镜的光线在穿过微透镜阵列后又发生一次汇聚,使得光线提前成像于图像传感器上,这种相机的好处在于主透镜到图像传感器的距离可以设计得较小,从而 使得成像装置的总体长度可以设计得较小。
[0100]
当用户选择了非光场模式,成像装置的驱动装置可以将微透镜阵列1向左移动直至与微透镜阵列2贴合,两个微透镜阵列可等效为平板玻璃,此时相机处于非光场模式,然后将主透镜向右移动一定的距离,从而能够拍摄清晰的高分辨率的图像。相反,当用户选择了光场模式,成像装置的驱动装置可以将微透镜阵列1往右平移一定的距离,使得微透镜阵列1与微透镜阵列2拉开距离,从而进入光场模式。此时,还可以通过对焦过程将主透镜向左平移一定的距离,从而获得清晰的光场图像。
[0101]
图10是根据本发明实施例的微透镜阵列组合的结构示意图。图10的微透镜阵列组合是图1的两个微透镜阵列的组合的一个例子。
[0102]
例如,微透镜阵列组合包括微透镜阵列1和微透镜阵列1微透镜阵列2,微透镜阵列组的安装机构包括框架1、框架2和框架3,其中框架2和框架3为金属框架,框架2与框架3之间设置有弹簧。微透镜阵列1设置在框架1上,微透镜阵列2设置在框架2上。在光场模式下控制框架2或框架3带电,以将框架2吸引向框架3,使得微透镜阵列1与微透镜阵列2之间相距距离d。在非光场模式下,控制框架2和框架3不带电,弹簧的弹力将框架2推向框架1,使得微透镜阵列1列贴合微透镜阵列2。
[0103]
框架1、框架2和框架3可以为矩形,本发明的实施例不限此,也可以为圆形或其它形状。框架1、框架2和框架3的中部可以镂空,以使得光线能够穿过两个微透镜阵列。如图10所示,平凸透镜可以放置于金属框架2中,平凹透镜可以放置于框架1中。作为替代,平凸透镜也可以放置于金属框架1中,平凹透镜可以放置于框架2中。框架2可以在框架1中作水平滑动,框架3用于防止框架2从框架1中滑出,框架3和框架1之间牢固粘合。框架3和框架2之间的四个角上有四根弹簧,将两个框架相连。在非光场模式下,框架3和框架2未加电,弹簧处于松弛状态,从而将框架2推向框架1,直到平凸透镜和平凹透镜完全贴合。在光场模式下,当框架3或框架2中通电产生磁场后,框架2被框架3吸引直到与框架3的端面贴合,此时弹簧被压缩。由于相机在光场模式的使用频率较低,在非光场模式下使用频率较高,因此,在光场模式下使得框架带电,而在非光场模式下使得框架失电能够节省电能消耗。
[0104]
图11是根据本发明的实施例的成像方法的示意性流程图。图11的方法 可以应用于上述实施例的成像装置。
[0105]
成像装置可以包括主透镜、图像传感器和第一微透镜阵列和第二微透镜阵列以及驱动装置,其中第一微透镜阵列和第二微透镜阵列布置在主透镜与图像传感器之间,第一微透镜阵列设置在第二微透镜阵列与主透镜之间,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列平行布置,第一微透镜阵列包括M*N个第一微透镜,第二微透镜阵列包括M*N个第二微透镜,若第一微透镜为平凹透镜,则第二微透镜为平凸透镜;若第一微透镜为平凸透镜,则第二微透镜为平凹透镜,M*N个第一微透镜分别与M*N个第二微透镜凹凸相对且一一对应,M和N为正整数,M和N中的至少一个大于1,驱动装置与主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列相连接,用于调整第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离。
[0106]
图11的成像方法可以包括如下内容:
[0107]
1110,调整第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的距离为第一距离,以便成像装置提供光场模式,其中第一距离大于0,光场模式为入射光线经过主透镜折射、并经过第一微透镜阵列和第二微透镜阵列折射后投射在图像传感器上;或者,
[0108]
1120,调整第一微透镜阵列和第二微透镜阵列,使得M*N个第一微透镜贴合M*N个第二微透镜,以便成像装置提供非光场模式,其中非光场模式为入射光线经过主透镜折射、并经过第一微透镜阵列和第二微透镜阵列直射后投射在图像传感器上。
[0109]
具体而言,成像装置可以在光场模式被选择时,通过驱动装置使得两个微透镜阵列之间保持预设的距离,从而进入光场模式。成像装置还可以非光场模式被选择时,通过驱动装置使得两个微透镜阵列贴合,从而进入非光场模式。
[0110]
根据本发明的实施例,通过在成像装置的主透镜与图像传感器之间设置距离可调、凹凸相对的两个微透镜阵列,使得成像装置能够在两个微透镜阵列相距不同的距离时,处于不同的拍摄模式。由于可以用较短的时间调整两个微透镜阵列之间的距离,从而能够实现成像装置在不同的成像模式之间的快速切换。
[0111]
可选地,作为另一实施例,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,图11的成像方法还包括:在光场模式下,调整主透 镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第一相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得第三微透镜阵列的主平面位于主透镜的成像平面上。
[0112]
可选地,作为另一实施例,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,图11的成像方法还包括:在光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第二相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得主透镜的成像平面位于主透镜与第三微透镜阵列的主平面之间。
[0113]
可选地,作为另一实施例,第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,图11的成像方法还包括:在光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第三相对位置,使得第三微透镜阵列的成像平面位于图像传感器所在的平面上,并使得图像传感器位于第三微透镜阵列的主平面与主透镜的成像平面之间。
[0114]
根据本发明的实施例,在非光场模式下,调整主透镜、图像传感器、第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对位置为第四相对位置,使得主透镜的成像平面位于图像传感器所在的平面上。
[0115]
根据本发明的实施例,第一微透镜和第二微透镜采用相同的光学材料。
[0116]
根据本发明的实施例,第一微透镜和第二微透镜采用不同的光学材料,第一微透镜和第二微透镜采用的光学材料的折射率之差在[-0.01,0.01]范围内。
[0117]
图12示出了双透镜等效单透镜的示意性原理图。
[0118]
本发明的实施例利用了单个透镜实质上可以等效于若干个不同光焦度的透镜组合的光学原理。相同的光学参数(例如,视角,孔径,焦距等)的镜头,可以使用不同数量和类型的透镜组合来实现,不同透镜上所承担的光焦度虽然不同,但总的光焦度可以是相同的。参见图12中的(a),单个透镜的焦距为f,可以用图12中的(b)或(c)中一个凹透镜和一个凸透镜等效,凹透镜和凸透镜的位置可以互换。由近轴成像公式可知:
[0119]
[数0002]


[0120]
其中,d为两个透镜的间距,f 1和f 2为两个透镜的焦距。
[0121]
因此,为了获得焦距为f的光焦度,可以有多种f 1、f 2和d的排列组合, 其解有无穷多组,若是采用更多的数量的透镜,则所获得的组合更多,这样,给设计人员带来更多的自由度,获得更大的数值孔径与更高的分辨率。
[0122]
采用两个分离的透镜,可以得到与单个透镜相同的光焦度与数值孔径,实现同样的成像效果。例如,如果同轴放置两个透镜,光线先穿过平凸透镜,再穿过平凹透镜,两者相距一定的距离,且弯曲的表面处于相对的内侧,平面处于相背的外侧,由以上成像公式可知,两个透镜的光焦度分别为:
[0123]
[数0003]


[0124]
[数0004]


[0125]
其中,r 1和n 1为平凸透镜的曲率半径和折射率,r 2和n 2为平凹透镜的曲率半径和折射率。
[0126]
若两者沿轴方向有中心距为d的空气间隔,则由透镜组合的近轴成像公式可知,两个透镜的等效焦距f与f 1和f 2关系如下:
[0127]
[数0005]


[0128]
从光学参数上来说,两个透镜的组合的性能等效于单个透镜的性能,且两个透镜的优化的参数更多,其面型不是唯一的,可以按照成像质量、制造难度、中心厚度的限制等一起优化,获得折中的一组解。此外,由以上近轴公式可知,由于一面是平面,两镜片的厚度对光焦度无影响,而实际仿真过程中模拟可知,厚度对最终成像质量的影响也很小。
[0129]
如果两透镜的凹凸两面的曲率半径绝对值相同,材料也相同,则以上等效焦距f的公式可简化为:
[0130]
[数0006]


[0131]
其中,和n=n 1=n 2,r=|r 1|=|r 2|。
[0132]
这样,透镜组合的等效焦距可以由曲率半径与两者的间隔确定,它的光学参数也等效于双凸透镜。此时,若两个镜片互相靠近,直到两者完全贴合,由于两者材料相同,由以上公式可知,组合透镜的焦距为无穷大,即等效于一个平板,此时光线几乎不会被弯折。
[0133]
由上可知,如果按照以上方法设计一组透镜,通过两者之间距离从0到d的调节,可以实现透镜组从无光焦度到焦距为f的两种状态的切换,从而 实现本发明实施例的两种拍摄模式的切换。
[0134]
图13是根据本发明的另一实施例的成像方法的示意性流程图。
[0135]
本实施例以两种拍摄模式的相机为例进行说明,例如,本实施例的相机可以在非光场模式与光场模式之间切换。
[0136]
1310,相机接收用户选择的拍摄模式。
[0137]
相机的用户可以通过相机上的按钮或用户界面上的按键,选择采用非光场模式或光场模式进行拍摄。当用户选择非光场模式时,用户可以像使用普通相机那样拍摄高分辨率的图像,当用户选择光场模式时,用户可以像使用光场相机那样进行拍摄以获得光场图像。
[0138]
在本实施例中,相机的两个微透镜阵列与电动驱动装置相连接,并且在两个微透镜阵列之间设置有弹性元件(例如,弹簧)。
[0139]
1315,相机判断用户选择了光场模式还是非光场模式。如果用户选择了非光场模式,则执行1320至1345。如果用户选择了光场模式,则执行1350至1375。
[0140]
1320,当用户选择了非光场模式,相机可以依据根据当前的拍摄环境设置光圈和快门。
[0141]
在本实施例中,假设在相机没有加电的情况下,两个微透镜阵列贴合布置。在非光场模式下,如果两个微透镜阵列没有贴合布置,即两个微透镜阵列有一定的距离,则相机在用户选择了非光场模式后,首先通过驱动装置控制两个微透镜阵列贴合,然后执行普通相机的功能。例如,成像装置通过给电动驱动装置断电,并借助于弹性元件的弹力将两个微透镜阵列贴合布置,以实现普通相机功能。
[0142]
1325,相机接收用户确定的对焦点。
[0143]
1330,相机根据用户确定的对焦点的位置控制对焦机构进行对焦。
[0144]
1335,相机根据对焦点进行测光,并重新设置光圈和快门。
[0145]
1340,相机等待用户按下快门。
[0146]
1345,在用户按下快门之后,相机拍摄高分辨率的图像。
[0147]
应理解,本实施例的普通模式时相机的功能与普通相机的功能类似,在此不再详述。1325至1345只是描述了一种普通相机的功能,本发明的实施例并不限于此。
[0148]
1350,当用户选择了光场模式,相机可以控制两个微透镜阵列之间的距 离。
[0149]
在光场模式下,通过给电动驱动装置加电使得两个微透镜阵列保持一定的距离,以实现光场相机的功能。在用户选择了光场模式时,如果两个微透镜阵列贴合布置,即两个微透镜阵列之间的距离为零,则相机首先通过驱动装置控制两个微透镜阵列分开一定的距离,然后执行光场相机的功能。
[0150]
1355,相机控制主透镜的光圈使之与微透镜阵列的光圈一致。
[0151]
1360,相机移动主透镜使其成像平面位于等效的单透镜的主平面。
[0152]
两个微透镜阵列中相对应的两个微透镜的组合等效于一个单透镜。上述主平面也可以指等效的单透镜的光心所在的平面。
[0153]
1365,相机根据环境设置快门。
[0154]
1370,相机等待用户按下快门。
[0155]
1375,在用户按下快门之后,相机拍摄低分辨率光场数据。
[0156]
应理解,本实施例的光场相机的功能与常规光场相机的功能类似,在此不再详述。1355至1375只是描述了一种光场相机的功能,本发明的实施例并不限于此。
[0157]
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0158]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
[0159]
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
[0160]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0161]
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0162]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0163]
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

权利要求书

[权利要求 1]
一种成像装置,其特征在于,包括: 主透镜, 图像传感器, 第一微透镜阵列和第二微透镜阵列,以及驱动装置; 其中所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列设置在所述主镜透与所述图像传感器之间,所述第一微透镜阵列设置在所述第二微透镜阵列与所述主透镜之间,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列平行布置,所述第一微透镜阵列包括M*N个第一微透镜,所述第二微透镜阵列包括M*N个第二微透镜,若所述第一微透镜为平凹透镜,则所述第二微透镜为平凸透镜;若所述第一微透镜为平凸透镜,则所述第二微透镜为平凹透镜;所述M*N个第一微透镜分别与所述M*N个第二微透镜凹凸相对且一一对应,M和N为正整数,M和N中的至少一个大于1; 所述驱动装置与所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列相连接,用于调整所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列之间的距离。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述驱动装置用于调整所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列之间的距离为第一距离,以提供光场模式;所述第一距离大于0,所述光场模式为入射光线经过所述主透镜折射、并经过所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列折射后投射在所述图像传感器上。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的成像装置,其特征在于,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,所述驱动装置还用于调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第一相对位置,使得所述第三微透镜阵列的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上,并使得所述第三微透镜阵列的主平面位于所述主透镜的成像平面上。
[权利要求 4]
根据权利要求2所述的成像装置,其特征在于,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,所述驱动装置还用于调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第二相对位置,使得所述第三微透镜阵列的成像平 面位于所述图像传感器所在的平面上,并使得所述主透镜的成像平面位于所述主透镜与所述第三微透镜阵列的主平面之间。
[权利要求 5]
根据权利要求2所述的成像装置,其特征在于,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,所述驱动装置还用于调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第三相对位置,使得所述第三微透镜阵列的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上,并使得所述图像传感器位于所述第三微透镜阵列的主平面与所述主透镜的成像平面之间。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的成像装置,其特征在于,所述驱动装置用于调整所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列,使得所述M*N个第一微透镜贴合所述M*N个第二微透镜,以提供非光场模式,所述非光场模式为入射光线经过所述主透镜折射、并经过所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列直射后投射在所述图像传感器上。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的成像装置,其特征在于,所述驱动装置还用于调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第四相对位置,使得所述主透镜的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上。
[权利要求 8]
根据权利要求1至7中的任一项所述的成像装置,其特征在于,所述第一微透镜和所述第二微透镜采用相同的光学材料。
[权利要求 9]
根据权利要求1至7中的任一项所述的成像装置,其特征在于,所述第一微透镜和所述第二微透镜采用不同的光学材料,所述第一微透镜和所述第二微透镜采用的光学材料的折射率之差在[-0.01,0.01]范围内。
[权利要求 10]
一种成像方法,其特征在于,所述成像方法应用于成像装置,所述成像装置包括主透镜、图像传感器和第一微透镜阵列和第二微透镜阵列以及驱动装置,其中所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列布置在所述主透镜与所述图像传感器之间,所述第一微透镜阵列设置在所述第二微透镜阵列与所述主透镜之间,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列平行布置,所述第一微透镜阵列包括M*N个第一微透镜,所述第二微透镜阵列包括M*N个第二微透镜,若所述第一微透镜为平凹透镜,则所述第二微透镜为平凸透镜;若所述第一微透镜为平凸透镜,则所述第二微透镜为平凹透镜,所述M*N个第一微透镜分别与所述M*N个第二微透镜凹凸相对且一一对 应,M和N为正整数,M和N中的至少一个大于1,所述驱动装置与所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列相连接,用于调整所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列之间的距离; 其中所述成像方法包括: 调整所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的距离为第一距离,以便所述成像装置提供光场模式,其中所述第一距离大于0,所述光场模式为入射光线经过所述主透镜折射、并经过所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列折射后投射在所述图像传感器上; 或者, 调整所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列,使得所述M*N个第一微透镜贴合所述M*N个第二微透镜,以便所述成像装置提供非光场模式,其中所述非光场模式为入射光线经过所述主透镜折射、并经过所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列直射后投射在所述图像传感器上。
[权利要求 11]
根据权利要求10所述的成像方法,其特征在于,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,所述方法还包括: 在所述光场模式下,调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第一相对位置,使得所述第三微透镜阵列的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上,并使得所述第三微透镜阵列的主平面位于所述主透镜的成像平面上。
[权利要求 12]
根据权利要求10所述的成像方法,其特征在于,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,所述方法还包括: 在所述光场模式下,调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第二相对位置,使得所述第三微透镜阵列的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上,并使得所述主透镜的成像平面位于所述主透镜与所述第三微透镜阵列的主平面之间。
[权利要求 13]
根据权利要求10所述的成像方法,其特征在于,所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的组合等效于第三微透镜阵列,所述方法还包括: 在所述光场模式下,调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透 镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第三相对位置,使得所述第三微透镜阵列的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上,并使得所述图像传感器位于所述第三微透镜阵列的主平面与所述主透镜的成像平面之间。
[权利要求 14]
根据权利要求10所述的成像方法,其特征在于,所述方法还包括: 在所述非光场模式下,调整所述主透镜、所述图像传感器、所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置为第四相对位置,使得所述主透镜的成像平面位于所述图像传感器所在的平面上。
[权利要求 15]
根据权利要求10至14中的任一项所述的成像方法,其特征在于,所述第一微透镜和所述第二微透镜采用相同的光学材料。
[权利要求 16]
根据权利要求10至14中的任一项所述的成像方法,其特征在于,所述第一微透镜和所述第二微透镜采用不同的光学材料,所述第一微透镜和所述第二微透镜采用的光学材料的折射率之差在[-0.01,0.01]范围内。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]  
[ 图 0006]  
[ 图 0007]  
[ 图 0008]  
[ 图 0009]  
[ 图 0010]  
[ 图 0011]  
[ 图 0012]  
[ 图 0013]