[0001] 本发明涉及影像技术领域， 具体涉及一种全景光学镜头及相应的全景影像 采集 装置。

[0002] 背景技术

[0003] 通常将能够采集周围 360度的一个环形区域的影像的装置称为全景影 像采集装 置。 随着数码影像技术的发展， 尤其是像素数量和图像处理能力的不断提高， 全景影像采集装置的使用越来越普遍。

[0004] 目前已有的全景影像技术包括如下几种：

[0005] 1.采用普通影像采集装置绕轴进行旋转拍摄， 然后对影像进行无缝拼接以获得 全景影像。 这种方式需要进行大量的图像拼接计算， 难以保证实吋性， 且对同 一位置不能进行连续拍摄， 难以记录连贯的视频。

[0006] 2.在感光器件的前端装设鱼眼镜头， 利用其超广角来进行全景成像。 由于鱼眼 镜头具有很大场曲及较低的分辨率， 难以获得高质量的影像还原效果。

[0007] 3.采用反射镜获取全景影像。 这种技术的畸变较小， 但需要设置离散的反射元 件， 安装精度不易控制， 且实际进入感光模块的光量较少， 难以获得清晰的影 像。

[0008] 本发明的发明人之一在此前提出的申请号为 CN201510183168.5 , 名称为 "全景 影像采集装置 "的中国发明专利申请中提出了一种使用折反� �镜头组的全景影像 采集装置。 在此基础上， 仍有必要发展更具实用价值的改进。

[0009] 发明内容

[0010] 依据本发明的一方面提供一种全景光学镜头， 包括： 折反射镜头组和第一透镜 镜头组。 其中， 折反射镜头组包括第一折反射镜和第二折反射 镜， 第一折反射 镜的前表面的中心区域为反射区域， 其余区域为透射区域， 第一折反射镜的后 表面与第二折反射镜的前表面胶合在一起且均 为透射区域， 第二折反射镜的后 表面的中心区域为透射区域， 其余区域为反射区域； 第一透镜镜头组包括至少 一个透镜， 设置于折反射镜头组之后的光路上。

[0011] 依据本发明的另一方面提供一种全景影像采集 装置， 包括依据本发明的全景光 学镜头和第一影像采集模块。 其中， 第一影像采集模块包括第一感光器件和周 边配置模块， 第一感光器件用于感应经全景光学镜头会聚的 光线， 周边配置模 块至少用于向第一感光器件供电及与其进行信 号交互。

[0012] 依据本发明的全景影像采集装置， 优选地还包括第二透镜镜头组和第二影像采 集模块， 沿初始光线入射的方向设置于第一折反射镜的 反射区域的前方， 以采 集被第一折反射镜的反射区域所遮挡的区域的 影像。

[0013] 依据本发明的全景光学镜头， 采用折射与反射相结合的折反射镜头组来收集 入 射光， 光线在两个折反射镜之间经过先折射再反射再 折射再反射的多次会聚， 一方面能够成倍提升会聚效果， 有助于获得清晰的影像， 另一方面能够有效提 升视场边缘的分辨率， 改善成像质量， 再一方面还使得装置设计更为紧凑。 此 夕卜， 采用两个镜片胶合来形成折反射镜头， 能够更便于进行镜片的光学设计， 以简单的加工来实现优越的性能。 使得

[0014] 进一步地， 全景影像采集装置优选地采用集成两个影像采 集模块的方式， 使得 能够在几乎半个球面的区域没有盲区。

[0015] 以下结合附图， 对依据本发明的具体示例进行详细说明。

[0016] 附图说明

[0017] 图 1是依据本发明的实施例 1的全景光学镜头的结构示意图；

[0018] 图 2是依据本发明的实施例 2的全景光学镜头的结构示意图；

[0019] 图 3是依据本发明的实施例 3的全景影像采集装置的示意图；

[0020] 图 4是依据本发明的实施例 4的全景影像采集装置的示意图；

[0021] 图 5是实施例 4中装置的视场角的示意图。

[0022] 具体实施方式

[0023] 实施例 1

[0024] 依据本发明的全景光学镜头的一种实施方式可 参考图 1， 包括折反射镜头组 110 和第一透镜镜头组 120。

[0025] 本文中， 使用"前表面 "和"后表面 "来描述一个光学镜片上沿光轴方向相对的两 个表面， 其中， 入射光先经过的表面称为前表面， 后经过的表面称为后表面。 在折反射镜头组中， 由于存在反射的原因， 入射光可能会多次经过某些表面， " 前表面 "和"后表面 "以入射光首次经过吋的顺序来定义。

[0026] 折反射镜头组 110包括两个胶合在一起的折反射镜， 即第一折反射镜 111和第二 折反射镜 112， 这种胶合镜片不仅加工简单而且性能优越。 第一折反射镜的前表 面的中心区域为反射区域 1111， 其余区域为透射区域。 第一折反射镜的后表面 与第二折反射镜的前表面胶合在一起且均为透 射区域。 第二折反射镜的后表面 的中心区域为透射区域， 其余区域为反射区域 1121。 在其他实施方式中， 根据 光学设计的需要， 第一折反射镜与第二折反射镜也可以不胶合而 只是紧密贴合 在一起。

[0027] 如图 1所示， 入射光线自第一折反射镜的前表面的透射区域 射入， 然后穿过第 一折反射镜的后表面与第二折反射镜的前表面 ， 然后被第二折反射镜的后表面 的反射区域反射， 然后再次穿过第二折反射镜的前表面和第一折 反射镜的后表 面， 然后被第一折反射镜的前表面的反射区域反射 ， 然后第三次穿过第一折反 射镜的后表面与第二折反射镜的前表面， 然后穿过第二折反射镜的后表面的透 射区域射出。 因此， 折反射镜头组整体的屈光度为正， 其中， 第一折反射镜的 屈光度可设置为负而第二折反射镜的屈光度可 设置为正。

[0028] 由于第一折反射镜的前表面与第二折反射镜的 后表面划分为反射和透射两个区 域， 因此整个表面既可以是采用单一曲面形态的简 单曲面， 也可以是由不同曲 面形态组成的复合曲面。 例如， 第一折反射镜的前表面可以是简单凸面， 也可 以是复合曲面， 例如其透射区域为凸面而反射区域为平面或凹 面或与透射区域 的曲面形态不同的凸面。 类似地， 第二折反射镜的后表面可以是简单凸面， 也 可以是复合曲面， 例如其反射区域为凸面而透射区域为平面或凹 面或与反射区 域的曲面形态不同的凸面。 所称凸面或凹面具体可以是球面或非球面， 例如锥 面或其他二次或高次曲面等。 第一折反射镜的后表面 （即第二折反射镜的前表 面） 则可以是凸面、 凹面或平面等。

本实施例中， 第一折反射镜的前表面为复合曲面， 其透射区域为凸球面， 反射 区域为凹球面， 后表面为凹球面； 第二折反射镜的后表面为凸球面。 折反射镜 的反射区域可以采用例如镀膜或涂覆等方式来 形成。 由于全部采用球面曲面， 使得上述结构非常易于加工。 在其他实施方式中， 折反射镜也可采用不同的光 学设计以提供所需要的性能。

[0030] 第一透镜镜头组 120包括至少一个透镜， 设置于折反射镜头组之后的光路上， 光线自第二折反射镜的后表面的透射区域射出 后即进入第一透镜镜头组。 由于 折反射镜头组主要用于收集光线， 而第一透镜镜头组主要用于成像， 因此， 折 反射镜头组中的镜片的尺寸可远大于第一透镜 镜头组中的镜片的尺寸， 例如前 者可以是后者的两倍左右或以上。 第一透镜镜头组的设计可参考通常的成像镜 头的特性。 可以根据应用场景的需要来具体确定每个镜片 的设计参数。

[0031] 本实施例中， 第一透镜镜头组由七个透镜组成， 沿光路的顺序依次为屈光度为 负的第一透镜 121， 屈光度为正的第二透镜 122， 屈光度为负的第三透镜 123， 屈 光度为负的第四透镜 124， 屈光度为负的第五透镜 125， 屈光度为正的第六透镜 1 26， 屈光度为负的第七透镜 127。 这种组合使得每个镜片的光学设计变得易于实 现， 例如， 整个全景光学镜头中的所有镜片的材料的折射 率可以被设计为不超 过 1.9。 在其他实施方式中， 第一透镜镜头组也可包含更多或更少的镜片数 目， 例如通常可包括 2至 8个透镜。

[0032] 本实施例中， 为兼顾优良的系统性能和较低的加工难度， 优选地将第一透镜 12 1的前表面和后表面设计为非球面， 而将其他透镜的前表面和后表面设计为球面 。 当然， 由于平面可视为曲率半径为无穷大的球面， 因此所称球面也包括平面 。 所称非球面例如可采用如下式所描述的偶次非 球面曲面：

[0033] z=cr ² /(l+V(l-(l+k)c ² r ² ))+a ^ ² +a ₂ r ⁴ +a ₃ r ⁶ +a ^ ⁸ +a ₅ r ¹⁰ +...

[0034] 其中， z为以各个非球面与光轴的交点为起点， 在垂直于光轴的方向上的轴向 值， k为二次曲面系数， c为透镜表面的中心曲率； r为透镜表面的高度， _{a i} ， a ₂ ， a ₃ ， a ₄ ， a ₅ ......为非球面系数。 可以通过第一透镜的非球面来校正整个光学系 统的像散和色差， 一方面使得整个光学系统具有小的像散且成像 色差也相对均 匀， 具有优良的成像质量， 另一方面使得整个光学系统具有低的复杂度和 加工 灵敏度， 有效降低整体成本。

[0035] 作为一种优选的实施方式， 本实施例中， 全景光学镜头的光圈 (Aperture)设置于 第二折反射镜的后表面的透射区域的位置。 此处是设置光圈的最佳位置， 可以 最大程度地减少因为透镜镜头组的反射引起的 杂散光。

[0036] 此外， 为了实现更优秀的性能， 本实施例以及其他依据本发明的实施方式的全 景光学镜头还可进一步具有如下特征中的一个 或多个：

[0037] 第一透镜镜头组中的至少一个透镜能够沿光轴 移动， 使得整个全景光学镜头形 成为自动对焦镜头， 透镜沿光轴移动的驱动装置可选自： 步进马达、 多面体超 声电机、 盘式电磁电机和音圈马达等；

[0038] 折反射镜头组可通过一透明的保护罩支撑在第 一透镜镜头组的安装框架上， 使 得镜头结构更加稳固的同吋也不妨碍光线的入 射， 保护罩的形状可以是例如球 形， 圆柱形， 圆锥形， 或其他旋转对称的形状。

[0039] 本实施例的全景光学镜头可以具有 80°至 190°的视场角， 与传统的鱼眼镜头相 比， 具有更高的成像质量， 并且由于采用双重反射的方式， 可以使得视场边缘 的分辨率得到极大的提升， 适用于作为监控摄像机、 车载摄像机等的镜头。

[0040] 实施例 2

[0041] 依据本发明的全景光学镜头的另一种实施方式 可参考图 2， 包括折反射镜头组 2 10和第一透镜镜头组 220。

[0042] 本实施例与实施例 1类似， 折反射镜头组 210包括两个胶合在一起的折反射镜， 即第一折反射镜 211和第二折反射镜 212， 第一折反射镜的前表面的中心区域为 反射区域 2111， 第二折反射镜的后表面的中心区域为透射区域 ， 其余区域为反 射区域 2121 ; 第一透镜镜头组由七个透镜组成， 沿光路的顺序依次为屈光度为 负的第一透镜 221， 屈光度为正的第二透镜 222， 屈光度为负的第三透镜 223， 屈 光度为负的第四透镜 224， 屈光度为负的第五透镜 225， 屈光度为正的第六透镜 2 26， 屈光度为负的第七透镜 227。 其中， 第一透镜 221的前表面和后表面设计为 非球面， 其他透镜的表面均为球面。 因此， 如非明确指出的不同之处， 实施例 1 中的各种描述均适用于本实施例。

[0043] 本实施例与实施例 1的区别之处在于， 第一折反射镜 211的前表面的反射区域为 平面。 本实施例与实施例 1相比同样具有高成像质量， 且加工难度进一步降低， 而视场角范围略有缩小， 可以具有 75°至 170°的视场角。 基于上述区别， 虽然本 实施例中的各个镜片与实施例 1相比具有相似的正负特性， 但具体光学设计参数 可以不同。

[0044] 实施例 3

[0045] 依据本发明的全景影像采集装置的一种实施方 式可参考图 3， 包括全景光学镜 头和第一影像采集模块 330。

[0046] 全景光学镜头具体可采用依据本发明的各种实 现方式， 例如采用实施例 1或 2中 所描述的结构， 包括折反射镜头组 310和第一透镜镜头组 320， 内部结构不再赘 述。

[0047] 本实施例中， 第一透镜镜头组 320为自动对焦镜头组， 即其中的至少一个透镜 3 27能够沿光轴移动， 图 3中示出的透镜 327的位置仅为示意性的， 实际可以是第 一透镜镜头组中的任意一个透镜。 自动对焦具体可采用传统的音圈马达或步进 马达的驱动方式， 也可采用本发明的发明人之一早前提出的多面 体超声电机、 盘式电磁电机等驱动方式。 折反射镜头组 310通过一透明的保护罩 313支撑在第 一透镜镜头组的安装框架上， 本实施例中， 支撑在第一影像采集模块 330上。

[0048] 第一影像采集模块 330包括第一感光器件 331和周边配置模块 332。 其中第一感 光器件用于感应经全景光学镜头会聚的光线， 周边配置模块至少用于向第一感 光器件供电及与其进行信号交互。 例如， 可包括以下模块中的一种或多种：

[0049] 电源模块， 其包括充电模块和储电模块， 其中储电模块为可充电电池或超级电 容， 充电模块可采用无线充电方式；

[0050] 系统控制模块， 用于控制整个装置的运行；

[0051] 影像处理模块， 用于将感光器件采集到的圆饼状的影像变换为 圆筒状的影像； [0052] 数据存储模块， 用于存储数据；

[0053] 通信模块， 包括有线或无线通信模块， 其中有线通信模块的通信方式可选自以 太网通信、 模拟信号通信、 ADSL通信， USB通信， 无线通信模块的通信方式可 选自 WiFi通信， 3G/4G无线通信， 蓝牙通信， 红外通信， WiMax通信；

[0054] 照明模块， 用于为影像采集的区域提供照明。

[0055] 各种周边配置模块可以与第一感光器件一起集 成在电路板上， 图中未一一示出 。 当装置的电源模块采用无线充电方式且通信模 块采用无线通信方式吋， 装置 的安装将非常便捷。

[0056] 实施例 4

[0057] 依据本发明的全景影像采集装置的另一种实施 方式可参考图 4。 本实施例是在 实施例 3基础上的改进， 除了包括实施例 3中所描述的全景光学镜头和第一影像 采集模块 ₃₃₀ 以外， 还包括第二透镜镜头组 440和第二影像采集模块 450。

[0058] 第二透镜镜头组 440沿初始光线入射的方向设置于第一折反射镜 的反射区域的 前方， 其包括至少一个透镜。 本实施例中， 第二透镜镜头组也采用自动对焦镜 头， 即具有至少一个能够沿光轴移动的透镜 441。 在其他实施方式中， 如果对成 像质量要求不高， 第二透镜镜头组也可采用定焦镜头。

[0059] 第二影像采集模块 450包括用于感应经第二透镜镜头组会聚的光线 的第二感光 器件 451以及部分周边配置模块 452， 例如电源模块、 系统控制模块和通信模块 。 作为一种优选的实施方式， 本实施例中， 第二影像采集模块通过无线通信的 方式与第一影像采集模块共享部分周边配置模 块， 例如影像处理模块、 数据存 储模块和照明模块等。 模块的共享使得装置成本大为降低。 在其他实施方式中 ， 第二影像采集模块也可以具有独立的全部周边 配置模块， 或者通过连线与第 一影像采集模块共享全部周边配置模块。 此外， 本实施例中， 第二感光器件设 置在第一折反射镜的前表面的反射区域的背面 。 这种安装方式使得装置的尺寸 更为紧凑， 安装也更为简单。

[0060] 第二透镜镜头组和第二影像采集模块的使用能 够有效地减小影像采集装置的盲 区。 参考图 5， 其中示出了本实施例影像采集装置的视场角。 其中 Φ1为第一影像 采集模块的最大视场角， Φ2为第一折反射镜的反射区域在第一影像采集 模块的 视场角的中心所形成的盲区。 显然， 对于实施例 3中的装置而言， 位于 Φ2中的影 像是不可见的， 而这对于一些重要的应用场合而言是不可容忍 的。 Φ3为第二透 镜镜头组的视场角， 其存在使得盲区 Φ2被有效地缩小。

[0061] 作为一种优选的实施方式， 将 Φ3设计为不小于 Φ2， 则对于第一影像采集模块 而言不可见的盲区即可完全被第二影像采集模 块的可视区域所覆盖， 从而使得 整个影像采集装置在近半个球面的范围内没有 盲区。

[0062] 以上应用具体示例对本发明的原理及实施方式 进行了阐述， 应该理解， 以上实 施方式只是用于帮助理解本发明， 而不应理解为对本发明的限制。 对于本领域 的一般技术人员， 依据本发明的思想， 可以对上述具体实施方式进行变化。 技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果