具有转动镜的相机系统的制作方法
【专利摘要】一种图像系统(10)，其被配置成记录区域(12)的扫描图像(40)。系统(10)包括单个二维(2D)成像器(16)和可转动镜(20)。2D成像器(16)由光检测器的二维(2D)阵列形成。2D成像器(16)以线扫描模式操作，该模式对于每次单独地定序光检测器的激活线是有效的。可转动镜(20)被配置成绕与由可转动镜(20)限定的平面(26)平行的轴(24)转动。转动对于改变可转动镜(20)的角度(28)从而在2D成像器(16)上平移该区域(12)的投影图像(30)是有效的。可转动镜(20)的角度(28)与2D成像器(16)的激活线是同步的，以使由2D成像器(16)记录的扫描图像(40)相对于投影图像(30)而翻转。
【专利说明】具有转动镜的相机系统发明领域
[0001]本公开总地涉及使用转动镜和单个二维(2D)成像器的相机，且更特定地涉及具有能够多视图、自动立体、或三维(3D)图像的单个2D成像器的系统。
【背景技术】
[0002]已提出了仅使用一个相机的多视图或自动立体相机的多种配置。2013年2月26日授权给Ferren等人的美国专利N0.8，381，985中示出的配置使用分束器结合快门以将不同图像多路复用至单个相机。这种配置具有不期望的属性在于分束器将相机接收的光强度降低一半。2007年2月20日授权给Perisic的美国专利N0.7，181，136中所示的另一配置使用镜以向单个相机提供分束图像。这种配置具有不期望的属性在于每个图像(例如左半图像和右半图像)具有如果将图像多路复用至单个相机情况可用的分辨率的一半。
【发明内容】
[0003]根据一个实施例，提供一种图像系统，它被配置成能够记录一区域的扫描图像。系统包括单个二维(2D)成像器和可转动镜。2D成像器由光检测器的二维(2D)阵列形成。2D成像器以线扫描模式操作，该模式有效地单独定序在一时间光检测器的激活线。可转动镜被配置成绕与由可转动镜限定的平面平行的轴转动。转动对于改变可转动镜的角度从而在2D成像器上平移该区域的投影图像是有效的。可转动镜的角与2D成像器的激活线是同步的，以使由2D成像器记录的扫描图像相对于投影图像是翻转的。
[0004]在阅读优选实施例的下列详细描述后，进一步的特征和优势将更清楚地表现，这些优选实施例只是借助非限制性示例子和结合附图给出的。
[0005]附图简述
[0006]现在将参考附图借助示例来描述本发明，在附图中:
[0007]图1是根据一实施例的图像系统的图；
[0008]图2A、2B和2C —起示出根据一个实施例的如何通过图1的系统捕捉图像。
[0009]图3是根据一个实施例的由图1的系统捕捉的图像的示图。
【具体实施方式】
[0010]图1示出图像系统的一个非限制性示例，在下文中被称为系统10。一般而言，系统10被配置成记录区域12或对象14的扫描图像，例如由系统10查看的椅子。在本文中，扫描的图像意指由二维(2D)成像器16每次一线(行或列)像素、或每次一个像素地捕捉的图像。一般而言，2D成像器16由光检测器的二维阵列形成，如本领域内技术人员了解的那样，该光检测器的二维阵列被称为像素。优选地，2D成像器16可在线扫描模式操作，其对于每次单独定序光检测器的激活线(行或列)是有效的。换言之，2D成像器16应当能够寻址/控制像素阵列的单个像素行或列。应当清楚的是，本文描述的扫描技术不同于使用2D成像器在基本同一时刻捕捉2D成像器的所有像素(有时被称为全局快门成像)的通常实践不同。结合2D成像器16使用这种扫描技术的优势随着下面更详细地描述系统10而变得清楚。还应该清楚，这里描述的系统10不堪比使用包括光检测器的单行配置的一维(ID)线(line)扫描仪的系统。典型地,2D成像器16将是相机18的一部分,该相机18可包括透镜组件22。
[0011]要清楚的是，本文描述的系统10适于多视图应用，例如自动立体和三维(3D)图像系统、或者期望使用单个相机或单个2D成像器从多个视角捕捉相同的对象或区域的图像或捕捉多个独立或不同的图像的图像系统。
[0012]继续参见图1，系统10包括可转动镜20。可转动镜20可以在一侧上反射或在两侧上反射，即单面或双面的。可转动镜20 —般被配置成绕轴24转动，该轴24平行于由可转动镜20定义的平面26。应当认识到当可转动镜20转动时，角度28的改变使投影图像30平移或扫过2D成像器16。
[0013]图2A-2C示出当可转动镜20(未示出)转动并使得区域12或对象14(在本示例中是椅子)的投影图像沿箭头32所示的方向平移过2D成像器16时，在系统10或相机18内发生的事件的顺序。为了简化说明，未示出可转动镜20。可发现投影的图像30将以图1中建议的弧线扫过或平移过2D成像器，在这里被图示为平行的准直图像只是为了简化说明。阵列图16A-16J的列示出激活线当投影图像30平移过2D成像器16时在2D成像器16上上被激活的光检测器的激活线的序列。可转动镜20和对应的阵列图是基于角度28同步的。应当认识到，2D成像器16的图是2D成像器的侧视图，而阵列图16A-16J示出2D成像器的主视图的多个迭接。应当理解，尽管阵列图164-16】暗示20成像器16是10乘10(10父10)像素阵列，这只是为了简化图示的目的。实际使用的2D成像器可以是任何商业可用的尺寸，例如720X480。
[0014]系统10还可包括控制器(未示出)以协调2D成像器16和可转动镜20的操作。控制器可包括诸如微处理器的处理器或对本领域内技术人员而言明显的其它控制电路。控制器可包括存储器，所述存储器包括非易失性存储器，例如用于存储一个或多个例程、阈值和捕捉数据的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。处理器可执行一个或多个例程以执行基于可转动镜20的角度28来选择激活2D成像器16的哪线(行或列)的步骤。
[0015]图2A示出当如阵列图16A所示那样激活光检测器的第一线或顶部线时的状态或事件。对象14的投影图像30相对于2D成像器16的位置是:使光检测器的顶部线“看到”或能够检测到与对象14的底部薄片或第一薄片34对应的光。换言之，如阵列图16A所暗示的那样，仅2D成像器16的顶部线(行)，然后只有与第一薄片34对应的图像由2D成像器16捕捉。
[0016]图2B示出在图2A所示之后一些时间发生的另一事件。这些事件之间的时间量是由可转动镜20的转速确定的。对于这个事件，如阵列图16E所示，光检测器的第五线被激活。对象14的投影图像30相对于2D成像器16的位置使得光检测器的第五线“看到”或能够检测与对象14的中间薄片或第五薄片36对应的光。
[0017]图2C示出在图2B所示之后一些时间发生的另一事件。对于这个事件，如阵列图16J所示那样，光检测器的第十线被激活。对象14的投影图像30相对于2D成像器16的位置使得光检测器的第十线“看见”或能够检测与对象14的顶部薄片或第十薄片38对应的光。
[0018]应当理解，图示(图2A-2C)仅示出出现在相机18中的许多事件中的三个事件。如果每一事件都被示出，则可能有十个阵列图，这样地对于十个阵列图16A-16J中的每一个示出投影图像30相对于2D成像器16的位置。如果2D阵列分辨率例如为720X480，则当投影图像30平移跨过2D成像器时可能发生多达四百八十(480)个事件，而不是图2A-2C所暗示的10个事件。由光检测器的每线(line)(行(row))记录的光强度的图案可暂时保持在2D成像器16中，或可将相应的数据传递至控制器(未示出)以存储。
[0019]图3示出在投影图像30平移或扫过2D成像器16的同时由2D成像器16捕捉的对象14的扫描图像40，该扫描图像40是投影图像30的渐增的逐线扫描的结果。由于2D阵列的逐线扫描与角度28是同步的，因此扫描图像40相对于投影图像30是翻转的，如果考虑更高分辨率的成像器，则显然扫描图像40将是投影图像30的准确表示，除了是被翻转的。因而，可转动镜20的转动有效地改变可转动镜的角度28在2D成像器上平移区域的投影图像，并且可转动镜的角度与2D成像器的激活线被同步以使由2D成像器记录的扫描图像40相对于投影图像30是翻转的。
[0020]再次参见图1，系统10或相机18可包括一个或多个固定的镜42A、42B，例如配置成与可转动镜20协作以提供区域12的第一视角视图44A的第一固定镜42A以及配置成与可转动镜20协作以提供区域12的第二视角视图44B的第二固定镜42B，该第二视角图44B不同于第一视角图44A。这种配置有利地提供了一种只需要一个相机18的自动立体或3D成像器系统。要了解，可将附加的固定或可调镜添加到系统10以提供区域12的两个以上的视角视图或者与区域12不同的其它区域的视图。
[0021]还可构想，可转动镜20和固定镜(多个)42A、42B可集成在被置于在2D成像器16和透镜组件22之间的相机18内，其中透镜组件22可对于每个视角视图44A、44B包括不同物镜。在这种配置中，镜的尺寸有可能更小，并因此从成本、集成度的角度看是有利的。
[0022]如果从透镜组件22形成的投影图像30在可转动镜20处被准直或有效地准直，则可转动镜20将移动对象的图像(与角度的转动相反)并因此可用来同时将多个邻近的线(或列)成像并呈现至成像器。这具有允许使用更长的成像器积分时间而没有图像拖尾的优势，因为由转动镜运动导致的图像在校准空间内的位移相比对象在对象空间的位移小很多。
[0023]预期，与例如ID成像器阵列相比，具有2D成像器16的转动镜的使用消除了 2D成像器16和/或透镜组件22也要随着由可转动镜20产生的投影图像的平移图像运动而旋转或移动的需要。这极大地简化了复杂性(例如透镜和镜或成像器和镜组合的质量和尺寸)并降低了成本。
[0024]由于可转动镜20每次反射图像平面的一部分，并且在平移时，投影图像30使用镜的平移(shifting)或移动的区域，因此还可在可转动镜20的每一侧上考虑对其它成像器的多个视图。
[0025]还可构想，假设可转动镜20可易于涂覆以反射可见和/或近红外光或如本领域内技术人员理解的波长其它组合，可使用在可见、近红外或其它波长下敏感的2D成像器来在多个波长带下实现多视图、自动立体或3D成像。
[0026]操作与可转动镜20的移动同步的2D成像器16阵列消除了发生在ID阵列或线扫描相机中的若干错误和信号损失。使用ID阵列和转动图像的一些局限性是本领域内技术人员已知的，即:1)由过扫描或欠扫描造成的抖动误差(即镜转动的图像位置与ID线成像器的实际位置的失准)；2)在扫描区域的两个边缘处的扭曲(由于扭曲的图像的形状被称为“蝴蝶结效应”)，这是由于相对于转轴的转动的图像与至成像器平面的角偏移造成的；以及3)由于以连续方式使用相同收集和读取电路(对于每一行需要重置时间)的ID线阵列引起的时间信号损失，而2D成像器阵列将光收集和读取过程同时集成在所有的行或列上。
[0027]因此，提供了使用2D成像器16和可转动镜20以捕捉区域12的扫描图像的图像系统(系统10)。该系统提供使用2D成像器16捕捉自动立体或3D图像的装置。
[0028]尽管已针对其优选实施例对本发明进行了描述，然而本发明不旨在如此限制，而是仅受后面权利要求书中给出的范围限制。
【权利要求】
1.一种图像系统(10)，其被配置成记录区域(12)的扫描图像(40)，所述系统(10)包括: 由光检测器的二维(2D)阵列形成的单个二维(2D)成像器(16)，其中所述2D成像器(16)在线扫描模式操作，对于每次单独定序所述光检测器的激活线是有效的；以及 可转动镜(20)，其被配置成绕与由所述可转动镜(20)限定的平面(26)平行的轴(24)转动，所述转动有效地改变所述可转动镜(20)的角度(28)以在所述2D成像器(16)上平移所述区域(12)的投影图像(30)，其中所述可转动镜(20)的角度(28)与所述2D成像器(16)的激活线是同步的，以使由所述2D成像器(16)记录的扫描图像(40)相对于所述投影图像(30)是翻转的。
2.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述相机(18)包括包括一个或多个固定镜(42A)，所述固定镜(42A)设置成与所述可转动镜(20)配合以提供区域(12)的第一视图(44A)和所述区域(12)的第二视图(44B)，所述第二视图(44B)不同于所述第一视图(44A)。
【文档编号】H04N13/02GK104349050SQ201410323168
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】刘友光, 姚国辉, 杨志庆, R·M·泰勒, W·K·艾弗丽, W·G·绍戈仁 申请人:德尔福技术有限公司