具有轉動鏡的相機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種圖像系統(tǒng)(10)，其被配置成記錄區(qū)域(12)的掃描圖像(40)。系統(tǒng)(10)包括單個二維(2D)成像器(16)和可轉動鏡(20)。2D成像器(16)由光檢測器的二維(2D)陣列形成。2D成像器(16)以線掃描模式操作，該模式對于每次單獨地定序光檢測器的激活線是有效的?？赊D動鏡(20)被配置成繞與由可轉動鏡(20)限定的平面(26)平行的軸(24)轉動。轉動對于改變可轉動鏡(20)的角度(28)從而在2D成像器(16)上平移該區(qū)域(12)的投影圖像(30)是有效的。可轉動鏡(20)的角度(28)與2D成像器(16)的激活線是同步的，以使由2D成像器(16)記錄的掃描圖像(40)相對于投影圖像(30)而翻轉。
【專利說明】具有轉動鏡的相機系統(tǒng)發(fā)明領域
[0001]本公開總地涉及使用轉動鏡和單個二維(2D)成像器的相機，且更特定地涉及具有能夠多視圖、自動立體、或三維(3D)圖像的單個2D成像器的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]已提出了僅使用一個相機的多視圖或自動立體相機的多種配置。2013年2月26日授權給Ferren等人的美國專利N0.8，381，985中示出的配置使用分束器結合快門以將不同圖像多路復用至單個相機。這種配置具有不期望的屬性在于分束器將相機接收的光強度降低一半。2007年2月20日授權給Perisic的美國專利N0.7，181，136中所示的另一配置使用鏡以向單個相機提供分束圖像。這種配置具有不期望的屬性在于每個圖像(例如左半圖像和右半圖像)具有如果將圖像多路復用至單個相機情況可用的分辨率的一半。
【發(fā)明內容】
[0003]根據(jù)一個實施例，提供一種圖像系統(tǒng)，它被配置成能夠記錄一區(qū)域的掃描圖像。系統(tǒng)包括單個二維(2D)成像器和可轉動鏡。2D成像器由光檢測器的二維(2D)陣列形成。2D成像器以線掃描模式操作，該模式有效地單獨定序在一時間光檢測器的激活線?？赊D動鏡被配置成繞與由可轉動鏡限定的平面平行的軸轉動。轉動對于改變可轉動鏡的角度從而在2D成像器上平移該區(qū)域的投影圖像是有效的?？赊D動鏡的角與2D成像器的激活線是同步的，以使由2D成像器記錄的掃描圖像相對于投影圖像是翻轉的。
[0004]在閱讀優(yōu)選實施例的下列詳細描述后，進一步的特征和優(yōu)勢將更清楚地表現(xiàn)，這些優(yōu)選實施例只是借助非限制性示例子和結合附圖給出的。
[0005]附圖簡述
[0006]現(xiàn)在將參考附圖借助示例來描述本發(fā)明，在附圖中:
[0007]圖1是根據(jù)一實施例的圖像系統(tǒng)的圖；
[0008]圖2A、2B和2C —起示出根據(jù)一個實施例的如何通過圖1的系統(tǒng)捕捉圖像。
[0009]圖3是根據(jù)一個實施例的由圖1的系統(tǒng)捕捉的圖像的示圖。
【具體實施方式】
[0010]圖1示出圖像系統(tǒng)的一個非限制性示例，在下文中被稱為系統(tǒng)10。一般而言，系統(tǒng)10被配置成記錄區(qū)域12或對象14的掃描圖像，例如由系統(tǒng)10查看的椅子。在本文中，掃描的圖像意指由二維(2D)成像器16每次一線(行或列)像素、或每次一個像素地捕捉的圖像。一般而言，2D成像器16由光檢測器的二維陣列形成，如本領域內技術人員了解的那樣，該光檢測器的二維陣列被稱為像素。優(yōu)選地，2D成像器16可在線掃描模式操作，其對于每次單獨定序光檢測器的激活線(行或列)是有效的。換言之，2D成像器16應當能夠尋址/控制像素陣列的單個像素行或列。應當清楚的是，本文描述的掃描技術不同于使用2D成像器在基本同一時刻捕捉2D成像器的所有像素(有時被稱為全局快門成像)的通常實踐不同。結合2D成像器16使用這種掃描技術的優(yōu)勢隨著下面更詳細地描述系統(tǒng)10而變得清楚。還應該清楚，這里描述的系統(tǒng)10不堪比使用包括光檢測器的單行配置的一維(ID)線(line)掃描儀的系統(tǒng)。典型地,2D成像器16將是相機18的一部分,該相機18可包括透鏡組件22。
[0011]要清楚的是，本文描述的系統(tǒng)10適于多視圖應用，例如自動立體和三維(3D)圖像系統(tǒng)、或者期望使用單個相機或單個2D成像器從多個視角捕捉相同的對象或區(qū)域的圖像或捕捉多個獨立或不同的圖像的圖像系統(tǒng)。
[0012]繼續(xù)參見圖1，系統(tǒng)10包括可轉動鏡20?？赊D動鏡20可以在一側上反射或在兩側上反射，即單面或雙面的?？赊D動鏡20 —般被配置成繞軸24轉動，該軸24平行于由可轉動鏡20定義的平面26。應當認識到當可轉動鏡20轉動時，角度28的改變使投影圖像30平移或掃過2D成像器16。
[0013]圖2A-2C示出當可轉動鏡20(未示出)轉動并使得區(qū)域12或對象14(在本示例中是椅子)的投影圖像沿箭頭32所示的方向平移過2D成像器16時，在系統(tǒng)10或相機18內發(fā)生的事件的順序。為了簡化說明，未示出可轉動鏡20?？砂l(fā)現(xiàn)投影的圖像30將以圖1中建議的弧線掃過或平移過2D成像器，在這里被圖示為平行的準直圖像只是為了簡化說明。陣列圖16A-16J的列示出激活線當投影圖像30平移過2D成像器16時在2D成像器16上上被激活的光檢測器的激活線的序列。可轉動鏡20和對應的陣列圖是基于角度28同步的。應當認識到，2D成像器16的圖是2D成像器的側視圖，而陣列圖16A-16J示出2D成像器的主視圖的多個迭接。應當理解，盡管陣列圖164-16】暗示20成像器16是10乘10(10父10)像素陣列，這只是為了簡化圖示的目的。實際使用的2D成像器可以是任何商業(yè)可用的尺寸，例如720X480。
[0014]系統(tǒng)10還可包括控制器(未示出)以協(xié)調2D成像器16和可轉動鏡20的操作。控制器可包括諸如微處理器的處理器或對本領域內技術人員而言明顯的其它控制電路?？刂破骺砂ù鎯ζ?，所述存儲器包括非易失性存儲器，例如用于存儲一個或多個例程、閾值和捕捉數(shù)據(jù)的電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。處理器可執(zhí)行一個或多個例程以執(zhí)行基于可轉動鏡20的角度28來選擇激活2D成像器16的哪線(行或列)的步驟。
[0015]圖2A示出當如陣列圖16A所示那樣激活光檢測器的第一線或頂部線時的狀態(tài)或事件。對象14的投影圖像30相對于2D成像器16的位置是:使光檢測器的頂部線“看到”或能夠檢測到與對象14的底部薄片或第一薄片34對應的光。換言之，如陣列圖16A所暗示的那樣，僅2D成像器16的頂部線(行)，然后只有與第一薄片34對應的圖像由2D成像器16捕捉。
[0016]圖2B示出在圖2A所示之后一些時間發(fā)生的另一事件。這些事件之間的時間量是由可轉動鏡20的轉速確定的。對于這個事件，如陣列圖16E所示，光檢測器的第五線被激活。對象14的投影圖像30相對于2D成像器16的位置使得光檢測器的第五線“看到”或能夠檢測與對象14的中間薄片或第五薄片36對應的光。
[0017]圖2C示出在圖2B所示之后一些時間發(fā)生的另一事件。對于這個事件，如陣列圖16J所示那樣，光檢測器的第十線被激活。對象14的投影圖像30相對于2D成像器16的位置使得光檢測器的第十線“看見”或能夠檢測與對象14的頂部薄片或第十薄片38對應的光。
[0018]應當理解，圖示(圖2A-2C)僅示出出現(xiàn)在相機18中的許多事件中的三個事件。如果每一事件都被示出，則可能有十個陣列圖，這樣地對于十個陣列圖16A-16J中的每一個示出投影圖像30相對于2D成像器16的位置。如果2D陣列分辨率例如為720X480，則當投影圖像30平移跨過2D成像器時可能發(fā)生多達四百八十(480)個事件，而不是圖2A-2C所暗示的10個事件。由光檢測器的每線(line)(行(row))記錄的光強度的圖案可暫時保持在2D成像器16中，或可將相應的數(shù)據(jù)傳遞至控制器(未示出)以存儲。
[0019]圖3示出在投影圖像30平移或掃過2D成像器16的同時由2D成像器16捕捉的對象14的掃描圖像40，該掃描圖像40是投影圖像30的漸增的逐線掃描的結果。由于2D陣列的逐線掃描與角度28是同步的，因此掃描圖像40相對于投影圖像30是翻轉的，如果考慮更高分辨率的成像器，則顯然掃描圖像40將是投影圖像30的準確表示，除了是被翻轉的。因而，可轉動鏡20的轉動有效地改變可轉動鏡的角度28在2D成像器上平移區(qū)域的投影圖像，并且可轉動鏡的角度與2D成像器的激活線被同步以使由2D成像器記錄的掃描圖像40相對于投影圖像30是翻轉的。
[0020]再次參見圖1，系統(tǒng)10或相機18可包括一個或多個固定的鏡42A、42B，例如配置成與可轉動鏡20協(xié)作以提供區(qū)域12的第一視角視圖44A的第一固定鏡42A以及配置成與可轉動鏡20協(xié)作以提供區(qū)域12的第二視角視圖44B的第二固定鏡42B，該第二視角圖44B不同于第一視角圖44A。這種配置有利地提供了一種只需要一個相機18的自動立體或3D成像器系統(tǒng)。要了解，可將附加的固定或可調鏡添加到系統(tǒng)10以提供區(qū)域12的兩個以上的視角視圖或者與區(qū)域12不同的其它區(qū)域的視圖。
[0021]還可構想，可轉動鏡20和固定鏡(多個)42A、42B可集成在被置于在2D成像器16和透鏡組件22之間的相機18內，其中透鏡組件22可對于每個視角視圖44A、44B包括不同物鏡。在這種配置中，鏡的尺寸有可能更小，并因此從成本、集成度的角度看是有利的。
[0022]如果從透鏡組件22形成的投影圖像30在可轉動鏡20處被準直或有效地準直，則可轉動鏡20將移動對象的圖像(與角度的轉動相反)并因此可用來同時將多個鄰近的線(或列)成像并呈現(xiàn)至成像器。這具有允許使用更長的成像器積分時間而沒有圖像拖尾的優(yōu)勢，因為由轉動鏡運動導致的圖像在校準空間內的位移相比對象在對象空間的位移小很多。
[0023]預期，與例如ID成像器陣列相比，具有2D成像器16的轉動鏡的使用消除了 2D成像器16和/或透鏡組件22也要隨著由可轉動鏡20產生的投影圖像的平移圖像運動而旋轉或移動的需要。這極大地簡化了復雜性(例如透鏡和鏡或成像器和鏡組合的質量和尺寸)并降低了成本。
[0024]由于可轉動鏡20每次反射圖像平面的一部分，并且在平移時，投影圖像30使用鏡的平移(shifting)或移動的區(qū)域，因此還可在可轉動鏡20的每一側上考慮對其它成像器的多個視圖。
[0025]還可構想，假設可轉動鏡20可易于涂覆以反射可見和/或近紅外光或如本領域內技術人員理解的波長其它組合，可使用在可見、近紅外或其它波長下敏感的2D成像器來在多個波長帶下實現(xiàn)多視圖、自動立體或3D成像。
[0026]操作與可轉動鏡20的移動同步的2D成像器16陣列消除了發(fā)生在ID陣列或線掃描相機中的若干錯誤和信號損失。使用ID陣列和轉動圖像的一些局限性是本領域內技術人員已知的，即:1)由過掃描或欠掃描造成的抖動誤差(即鏡轉動的圖像位置與ID線成像器的實際位置的失準)；2)在掃描區(qū)域的兩個邊緣處的扭曲(由于扭曲的圖像的形狀被稱為“蝴蝶結效應”)，這是由于相對于轉軸的轉動的圖像與至成像器平面的角偏移造成的；以及3)由于以連續(xù)方式使用相同收集和讀取電路(對于每一行需要重置時間)的ID線陣列引起的時間信號損失，而2D成像器陣列將光收集和讀取過程同時集成在所有的行或列上。
[0027]因此，提供了使用2D成像器16和可轉動鏡20以捕捉區(qū)域12的掃描圖像的圖像系統(tǒng)(系統(tǒng)10)。該系統(tǒng)提供使用2D成像器16捕捉自動立體或3D圖像的裝置。
[0028]盡管已針對其優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，然而本發(fā)明不旨在如此限制，而是僅受后面權利要求書中給出的范圍限制。
【權利要求】
1.一種圖像系統(tǒng)(10)，其被配置成記錄區(qū)域(12)的掃描圖像(40)，所述系統(tǒng)(10)包括: 由光檢測器的二維(2D)陣列形成的單個二維(2D)成像器(16)，其中所述2D成像器(16)在線掃描模式操作，對于每次單獨定序所述光檢測器的激活線是有效的；以及 可轉動鏡(20)，其被配置成繞與由所述可轉動鏡(20)限定的平面(26)平行的軸(24)轉動，所述轉動有效地改變所述可轉動鏡(20)的角度(28)以在所述2D成像器(16)上平移所述區(qū)域(12)的投影圖像(30)，其中所述可轉動鏡(20)的角度(28)與所述2D成像器(16)的激活線是同步的，以使由所述2D成像器(16)記錄的掃描圖像(40)相對于所述投影圖像(30)是翻轉的。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述相機(18)包括包括一個或多個固定鏡(42A)，所述固定鏡(42A)設置成與所述可轉動鏡(20)配合以提供區(qū)域(12)的第一視圖(44A)和所述區(qū)域(12)的第二視圖(44B)，所述第二視圖(44B)不同于所述第一視圖(44A)。
【文檔編號】H04N13/02GK104349050SQ201410323168
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權日:2013年7月31日
【發(fā)明者】劉友光, 姚國輝, 楊志慶, R·M·泰勒, W·K·艾弗麗, W·G·紹戈仁 申請人:德爾福技術有限公司