红外光场相机及包含其的终端的制作方法

本实用新型涉及相机技术领域，尤其涉及一种红外光场相机及包含其的终端。

背景技术：

传统相机在使用过程中，都是先对焦后拍照，因此只能记录一个焦平面的信息，聚焦到一个深度，而场景的大部分光线信息丢失。相比传统相机，光场相机在主透镜与图像传感器之间布置了一个微透镜阵列，从而不仅能够获取光线的强度还可以采集到光线的方向，进而获取到四维光场数据，记录了整个光场的信息。因此，光场相机具备广泛的应用前景，可以实现数字对焦、多视角图像提取和三维重建等多种功能。

然而，传统的光场相机依赖环境中的自然光线采集图像，因此对环境光照非常敏感，光照角度、光照强度等环境因素的变化，都会对拍摄图片的精度造成影响，进而导致光场相机的应用受到很大的局限。

技术实现要素：

本实用新型提供一种红外光场相机及终端，其能够不受环境光线的限制，使用范围及应用前景广泛。

本实用新型提供的红外光场相机，其特征在于，包括：包括红外光源，用于产生红外光并将其投射到目标场景；成像组件，包括：主透镜、第一微透镜阵列、红外滤光片及第一图像传感器，由目标场景反射的红外光经所述主透镜聚焦后投射到所述第一微透镜阵列，所述第一图像传感器接收经由所述第一微透镜阵列出射并经所述红外滤光片过滤的红外光；控制器，与所述红外光生成组件和所述成像组件分别电连接，所述控制器用于控制红外光生成组件和成像组件的同步工作。

在一些实施例中，所述红外光生成组件还包括沿光路方向布置的漫射体。所述漫射体包括衍射光学元件。

在一些实施例中，所述红外光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)、边缘发射激光二极管或发光二极管中的一种或组合。

在一些实施例中，所述成像组件还包括：分束镜，设置于所述主透镜与所述第一微透镜阵列之间，用于接收所述主透镜投射的光线，并投射出透射光线和/或反射光线；及第二图像传感器，所述第二图像传感器上贴敷有可见光滤光片，所述第二图像传感器用于接收经由所述分束镜投射并经所述可见光滤光片过滤的可见光。

在一些实施例中，通过如上的成像组件可以实现4种成像模式：红外光光场成像模式、可见光成像模式、红外光光场与可见光交替成像模式、红外光光场与可见光同步成像模式。在红外光光场成像模式下，所述红外光源处于开启状态，所述分束镜与所述主透镜投射的光线方向垂直。在可见光成像模式下，所述红外光源处于关闭状态，所述分束镜与所述主透镜投射的光线方向成预设夹角。在红外光光场与可见光交替成像模式下，控制器控制采用时序图的方式，使红外光光场成像模式与可见光成像模式交替出现；或者所述红外光源处于开启状态，所述分束镜与所述主透镜投射的光线方向成预设夹角，控制器将红外光光场图像数据和可见光图像数据交替地传输到显示设备上。在红外光光场与可见光同步成像模式下，所述红外光源处于开启状态，所述分束镜与所述主透镜投射的光线方向成预设夹角。

在一些实施例中，所述成像组件还包括：第二微透镜阵列，所述第二微透镜阵列设于所述第二图像传感器面向入射光的一侧。

在一些实施例中，光学元件如主透镜、第一微透镜阵列等，其表面还贴敷有增透膜。

本实用新型还提供一种终端，包括如上所述的红外光场相机。

本实用新型的有益效果：与传统的光场相机相比，本实用新型提供的红外光场相机通过红外光生成组件和红外滤光片的设置，结构更加优化，且可以不依赖环境光线，就能获取红外光场图像，从而扩大了其使用范围，应用前景也更加广泛。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式中红外光场相机的结构示意图。

图2为本实用新型一实施方式中红外光场相机的成像组件的结构示意图。

图3为本实用新型另一实施方式中红外光场相机的成像组件的结构示意图。

图4为本实用新型一实施方式中带有红外光场相机的终端的侧视图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”“右”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，为一实施方式中的红外光场相机10的结构示意图。该红外光场相机10包括红外光生成组件100，成像组件200，控制器300。控制器300与红外光生成组件100和成像组件200分别电连接。

红外光生成组件100包括沿光路方向布置的红外光源110和漫射体120，其由控制器300控制以产生红外光并将其投射到目标场景。

在一个实施例中，红外光源110可以为垂直腔面发射激光器(VCSEL)，用于产生红外光。在其它实施例中，红外光源还可以为发光二极管、边缘发射激光二极管等其它类型的激光器或激光器阵列。与其它类型的激光器相比，VCSEL具有体积小、光源发散角小等特点。

在一个实施例中，漫射体120可以为衍射均化器，用于将红外光源110产生的红外光投射到目标场景中。在其它实施例中，漫射体120可以为毛玻璃、全息波片、衍射光学元件中的一种或组合。与其它衍射光学元件相比，衍射均化器具备体积小、光束转化效率高、光束分布均匀等特点。

请继续参阅图1，成像组件200包括主透镜210、第一微透镜阵列220、红外滤光片230、第一图像传感器240。成像组件200由控制器300控制以捕获从目标场景反射的红外光并根据上述红外光生成图像数据。

在一个实施例中，主透镜210可以为单透镜，用于聚焦从目标场景反射的红外光，并将红外光投射到第一微透镜阵列220。在其它实施例中，主透镜210也可以为透镜组。

第一微透镜阵列220，设置于主透镜210的出光侧的像面上，用于聚焦从主透镜210透射的红外光。第一微透镜阵列220包括阵列排布的多个微透镜单元(未完全示出)，每个微透镜单元对应第一图像传感器240上的多个感光单元，这些感光单元共同组成一个宏像素。假设第一微透镜阵列220有N×N个独立的微透镜单元，每个微透镜单元下面覆盖着M×M个感光单元，主透镜210出射的红外光经过每个微透镜单元投射到其对应的M×M个感光单元，此时，宏像素所覆盖的每个感光单元记录目标场景相同位置不同视角的图像信息。将不同微透镜单元对应的相同位置的感光单元抽提出来可以形成多幅视图，从而第一图像传感器240上能记录M×M个不同视角的图像。第一微透镜阵列220的F数与所述主透镜210的F数相等，此时，感光单元的利用率最大。

第一图像传感器240，设置于第一微透镜阵列220的出光侧的像平面上，用于接收由第一微透镜阵列220透射的红外光。第一图像传感器240上的感光单元响应由第一微透镜阵列220透射的红外光，生成相应的图像数据，并将上述图像数据传输至控制器300进行进一步处理。第一图像传感器240可以为CMOS传感器或者CCD传感器。第一图像传感器240面向第一微透镜阵列220的出光侧的一面贴敷有仅允许红外光生成组件100出射激光波段的红外光通过的红外滤光片230。

控制器300可对上述图像数据进行储存、计算、传输或者将图像数据还原成图像并传输至显示设备进行显示。输出设备可以是LCD显示屏、手机、电脑、穿戴设备等。控制器300还可以对相同位置不同视角下捕获的红外光场图像进行处理，从而实时获取深度图，提取深度信息，从而实现场景的三维重现。控制器300对红外光生成组件100与成像组件200进行同步控制，使得红外光生成组件100在产生红外光并将其投射到目标场景时，成像组件200可以同步捕获从所述目标场景反射的红外光并根据所述红外光生成图像数据。控制器300控制红外光生成组件100持续发光或脉冲发光。

与传统的光场相机相比，上述红外光场相机10通过红外光生成组件100和红外滤光片230的设置，结构更加优化，且可以不依赖环境光线，就能获取红外光场图像，从而扩大了其使用范围，应用前景也更加广泛。上述红外光场相机10可以捕获相同位置不同视角下的红外光场图像，即将第一微透镜阵列220中不同微透镜单元对应的相同位置的感光单元抽提出来可以形成多幅视图。由于获取的图像之间存在非常大的相关性，因此通过一次成像就可以实时获取深度图。通过上述红外光场相机10获取的深度图，在保证深度图精度的前提下，大大缩减了获取深度图的时间，降低了获取深度图的难度，从而极大提高了场景的三维重现效率。借助计算机等外部设备可以对由上述红外光场相机10获取的图像中的像素进行重新排列，得到四维光场光场矩阵，将四维光场重新投影到新的像平面进行积分叠加，就可以获得不同像平面上的对焦图像，完成数字对焦。

在其它实施例中，上述成像组件200还包括增透膜(未示出)。所述增透膜可以贴敷在上述主透镜210上，用以消减镜片与镜片之间所产生的色散现象，还能减少逆光拍摄时所产生的眩光，保护光线顺利通过主透镜210，提高其透光的能力，使所摄的画面更清晰。进一步的，上述增透膜还可以贴敷在第一微透镜阵列220上，以减少或消除光学元件不同表面间的光反射，提高光能利用率，并消除由反射光线导致的“鬼影”问题。增透膜既可以贴敷在光学元件的入射面，也可以贴敷在光学元件的入射面和出射面。

请参阅图2，图2为一实施方式中红外光场相机的成像组件的结构示意图。与图1中所述的成像组件200相比，成像组件200还包括分束镜250，可见光滤光片260，以及第二图像传感器270。可见光滤光片260贴敷于第二图像传感器270上。

分束镜250设于所述主透镜210与所述第一图像传感器240之间，与水平面成预设角度设置。该分束镜250的反射面斜向朝下分别与主透镜210和第二图像传感器270相对，即主透镜210和第二图像传感器270均位于分束镜250的反光侧。该分束镜250的下方设有第一微透镜阵列220和第一图像传感器240，即第一微透镜阵列220和第一图像传感器240均位于分束镜250的透光侧。

在一个实施例中，分束镜250与水平面成45度设置。自然光线以及由红外光源产生的红外光光线由主透镜210透射到分束镜250，约有一半的光线透射至第一图像传感器240，另一半的光线反射至第二图像传感器270。由分束镜250反射的光线经过可见光滤光片260投射至第二图像传感器270，第二图像传感器270根据上述反射光线生成可见光图像数据。由分束镜250透射的光线经过第一微透镜阵列220以及红外滤光片230投射至第一图像传感器240，第一图像传感器240根据上述透射光线生成红外光场图像数据。上述可见光图像数据和红外光场图像数据可以被传输至控制器300，由控制器300进行计算、存储、传输、转化等进一步的处理。在其它实施例中，第一微透镜阵列220和第一图像传感器240可位于分束镜250的反光侧，第二图像传感器270可位于分束镜250的透光侧。在另一些实施例中，分束镜250与水平面成其他角度(既不平行也不垂直)设置，例如：30°，60°，75°等，其根据实际的需要进行设置。

在一个实施例中，红外光场相机的工作模式包括：红外光光场成像模式、可见光成像模式、红外光光场与可见光交替成像模式、红外光光场与可见光同步成像模式。以第一微透镜阵列220和第一图像传感器240位于分束镜250的透光侧，第二图像传感器270位于分束镜250的反光侧为例说明，通过调整分束镜250与水平面的夹角以及红外光生成组件中红外光源的开关，可以调整可见光光线与红外光线的比例，从而满足红外光场相机可在不同工作模式下相互切换的需求。

在理想状态下，当红外光场相机处于红外光光场成像模式时，控制器300控制红外光源的开关开启，同时控制分束镜与所述主透镜投射的光线方向垂直，即图中分束镜与水平面的夹角为0°。入射光线(包括自然光以及红外光)经过分束镜250基本成为透射光线，反射光线可忽略，可见光与红外光的比例为0。第一图像传感器240上生成红外光光场图像数据，控制器300将红外光光场图像数据传输到显示设备，此时显示设备上显示的为红外光光场图像。

当红外光场相机处于可见光成像模式时，控制器300控制分束镜与所述主透镜投射的光线方向成预设夹角(既不平行也不垂直)，即图中分束镜与水平面成预设夹角(既不平行也不垂直)，同时控制红外光源关闭、停止产生红外光。自然光线通过分束镜250一部分成为反射光线，另一部分成为透射光线，而透射光线中的红外光基本可忽略，可见光与红外光的比例趋近于∞，第二图像传感器270上生成可见光图像数据，控制器300将可见光光场图像数据传输到显示设备，此时显示设备上显示的为可见光图像。

当红外光场相机处于红外光场与可见光交替成像模式时，可通过两种方式来实现。其中一种方式为：控制器300控制分束镜与水平面始终成预设夹角(既不平行也不垂直)，同时控制红外光源开启，入射光线(包括自然光以及红外光)通过分束镜250一部分成为透射光线，另一部分成为反射光线，第一图像传感器240上生成红外光光场图像数据，第二图像传感器270上生成可见光图像数据，控制器300将红外光光场图像数据和可见光图像数据交替地传输到显示设备上，此时显示设备可交替地显示红外光光场图像和可见光图像。另一种方式为：在某一时间段，控制器控制控制分束镜与水平面的夹角为0°，同时控制红外光源开启，此刻显示设备上显示的为红外光光场图像；在相邻的下一时间段，控制器控制分束镜与水平面成预设夹角(既不平行也不垂直)，同时控制红外光源关闭，此刻显示设备上显示的为可见光图像。控制器交替控制的频率可以根据不同的需求、场合进行设定。

当红外光场相机处于红外光光场与可见光同步成像模式时，控制器300控制分束镜与水平面始终成预设夹角(既不平行也不垂直)，同时控制红外光源开启，入射光线(包括自然光以及红外光)通过分束镜250一部分成为透射光线，另一部分成为反射光线，第一图像传感器240上生成红外光光场图像数据，第二图像传感器270上生成可见光图像数据，控制器300将红外光光场图像数据和可见光图像数据同步地传输到显示设备上，此时显示设备可同步地显示红外光光场图像和可见光图像。利用第一图像传感器240获得的红外光场图像，可以计算场景的景深信息，利用第二图像传感器270获得的可见光图像可以捕捉场景的色彩信息。将红外光场图像与可见光图像融合后得到的图像既可以保证较高的分辨率，又可以获取深度信息。上述红外光场相机相较于传统相机，结构更加优化，功能更加全面，更便于用户的使用。

请参阅图3，图3为另一实施方式中红外光场相机的成像组件的结构示意图。与图2中所述的成像组件200相比，图3中所述的成像组件200还包括第二透镜阵列280。通过第二透镜阵列，可以获得可见光光场图像。该红外光场相机的工作模式包括：红外光光场成像模式、可见光光场成像模式、红外光光场与可见光光场交替成像模式、红外光光场与可见光光场同步成像模式。原理与上述实施例所述相似，在此不再赘述。

请参阅图4，图4为一实施方式中带有红外光场相机的终端的侧视图。终端40包括终端本体400和后置红外光场相机10，后置红外光场相机10安装在终端本体400上。在一些实施例中，红外光场相机10可以安装在终端本体400上的任意位置。例如，红外光场相机10可以安装在终端本体400的侧面、顶端、底端，作为红外线投影装置，应用于安全监控，视觉检测，医疗等领域。红外光场相机10也可以作为前置摄像头安装在终端本体400上，用于自拍，刷脸支付等。由于该红外光场相机10安装在终端本体400上，因此区别于传统的光场相机拍照后需要借助计算机等外部设备才可以完成对焦，上述红外光场相机在拍照后，可以即时在终端上实现数字对焦，从而大大提高了终端的拍照性能。在一个实施例中，终端40为智能手机。在其它实施例中，终端40可以为计算机，穿戴设备等其它终端。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件组合成新的部件，以实现本实用新型的目的，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。