成像装置和成像方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
【发明内容】
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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米用相同的光学材料。
[0017] 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[一 0.01，0.01]范围内。
[0018] 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--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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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米用相同的光学材料。
[0024] 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[一 0.01，0. 01]范围内。
[0025] 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】
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 图11是根据本发明的实施例的成像方法的示意性流程图。
[0038] 图12示出了双透镜等效单透镜的示意性原理图。
[0039] 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】
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 图1是根据本发明的一