[发明专利]摄像装置及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种摄像装置，尤其涉及大景深的无需调焦的摄像装置。本发明还涉及这种大景深摄像装置的设计方法。

背景技术

当今社会中，各种摄像装置已经广泛地深入到人类生活的各个角落，诸如银行、宾馆和楼宇中的监控摄像头，监控道路安全的摄像头，电影拍摄中所用的摄影机，手持的照相机。长久以来，这些摄像装置均受到景深不足这个问题的困扰。景深是指在摄影机镜头或其他成像器前沿着成像器轴线所测定的能够取得清晰图像的物体距离范围。由于传统的摄像镜头的景深都比较小，无法保证近景和远景同时清晰。如图1所示，该照片是利用传统的变焦摄像镜头(型号为“美电贝尔BL0416F”)拍摄的照片，由于镜头的景深较小，当调焦至中远距离时，中远距离处的景物较清楚，但是没有位于调焦点上的离镜头较近的名片却很不清楚。

在安防和监控领域中，由于摄像头是自动进行拍摄，无法预先知道所关注的事物(比如犯罪嫌疑人的面部)将出现在距离摄像头多远的位置，因此只能将对焦点(即调焦点)设置在某一固定位置处，而不能同时实现对预定的监控范围内的所有位置的覆盖。一旦所关注的事物偏离对焦点较远，景深比较小的传统摄像头就无法对所关注的事物清晰成像。这样，当公安机关在案发后调出当时的监控录像时，经常会发现犯罪嫌疑人的面部模糊难以辨别，从而给案件侦破造成了极大的困难。为了解决上述问题，日本研制了一种镜头，其按距离远近将监控范围分为多个区域，由步进电机带动镜头对每个区域进行快速循环扫描，最后将各个区域的影像拼接起来，该方法虽然能增加景深，但是严格来说，这种做法并不是同时获得整个监控范围的影像，而且步进电机持续运转会给整个机构带来机械损耗，大大缩短了镜头的工作寿命。

在电影的拍摄过程中也会遇到景深问题的困扰，在拍摄一些中近距离的场面时，通常我们会发现远景都很模糊，为了扩大景深，通常的做法就是采用多个镜头拍摄，最后在剪辑时将近景和远景图像进行拼接，或者就是采用透镜数很多、笨重昂贵的光学镜头进行拍摄，但这样操作复杂，成本也随之提高。

中国专利申请公布说明书CN1949024A公开了一种无衍射光大景深成像光学系统，其将一个圆锥透镜插在像平面和普通成像系统之间，光束经圆锥透镜变换成近似无衍射光，近似无衍射光在沿光轴任一位置处的屏面上的投影都是一个同样大小的同心环衍射斑，其中心焦斑的直径基本由圆锥透镜的锥角决定，不存在普通成像系统的在不同位置处焦斑大小会变化的离焦模糊问题，达到了增加景深的目的。但是其采用的圆锥透镜是一种需要特殊加工的透镜，其锥角需要经过涉及到诸如贝塞尔函数的复杂计算和设计，成本较高。

中国专利申请公布说明书CN101046547A公开了一种大景深数码望远镜系统，其通过在光学成像系统中插入了一片厚度随x，y坐标变化的孔径调制片来增加景深，其也存在计算和设计复杂、成本较高的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于全新设计理念、无需调焦的大景深摄像系统，以及该系统的设计方法。从而解决现有技术中存在的需要插入额外元件、设计复杂、工作寿命短、成本较高和设备笨重这些技术问题。

本发明的设计原理是：

1.采用定焦镜头而非变焦镜头。变焦镜头组由于其焦距范围较大，在每个焦距上变焦镜头既要保证各种像差、色差得到补偿，又要保证景深足够大，而每个焦距下摄像镜头的理想成像参数是不同的，无法同时达到，再加之实际的摄像系统还受到玻璃片数及结构尺寸等因素的限制，所以目前从技术上无法保证在每个焦距下都能得到理想的景深范围，尤其是对近景深有相当的欠缺。但是本发明采用了定焦镜头，这个问题就大大简化，从而得到了在固定焦距下比传统变焦镜头大得多的景深。