[发明专利]成像系统和方法

说明书

一种没有视差的多相机全景成像系统。在示例中，该多相机全景成像系统包括被布置为并排阵列的多个分立成像系统，其中，每个分立成像系统的视场与每个相邻的分立成像系统的视场相连结，进一步其中，在这些分立成像系统中任何一个分立成像系统的视场边缘处的主光线模版将基本上平行于在这些分立成像系统中的任何相邻的分立成像系统的视场边缘处的主光线模版，这样使得当从物体空间观看时所有基本上平行的主光线模版看起来会聚至公共点。一种用于形成没有视差的物体图像的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年5月6日提交的美国临时申请号61/989,136的优先权，该申请的主题通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本发明的各个实施例和方面总体上主要涉及光学成像系统、与其相关的方法及其应用；更具体地，涉及全景光学成像系统、与其相关的方法及其应用；并且最具体地，涉及具有零视差或基本上无视差的全景光学成像系统、与其相关的方法及其应用。

背景技术

目前的无视差360度系统采取反射镜安排来扫描图像，并且受到每秒10 帧(fps)的成像速度的限制。谷歌使用Immersive Media公司所开发的带有折射镜头的360度相机来为其街景视图(Streetview)软件捕捉照片。必须针对视差对这些照片进行后处理和校正，导致花费时间，这降低了谷歌扩展其街景视图主动性的能力。鱼眼镜头提供了广角成像，但以高失真为代价。失真是将较大球形物体映射到较小平坦图像平面的物理结果。

一些公司已经开发了光学系统来简化拍摄全景图像的过程。与转动相机以进行多次拍摄相反，用许多相机对场景的不同部分进行成像来同时地捕捉所有这些照片。Immersive Media和Greypoint Imaging开发了以$10,000与$100,000 之间的不同标价可获得的单次拍摄360度相机。这两家公司都开发了软件来自动地校正图像中所产生的伪像(视差)并提供比一个相机(例如，iPhone相机) 所捕捉到的全景图更好的分辨率。然而，软件不是完美的，并且图像中仍然存在许多伪像。举例而言，谷歌让一个人带着Dodeca 360相机(由Immersive Media 提供)围绕大峡谷(Grand Canyon)，并且不得不雇佣程序员来针对视差所引起的伪像逐帧校正图像。

光学系统的视差和主光线

视差被定义为“当从不同位置观看(例如通过取景器和相机的镜头)时物体的位置或方向看起来不同的效果”。视差是由于将来自多个相机的图像拼接在一起而导致的，每个图像具有其自己唯一的外界视角。

参照图1，光学系统的主光线是开始于物体的边缘、在孔径光阑处与光轴的中心相交、并在检测器处在图像的边缘结束的子午射线。从而，主光线限定了图像的尺寸。

主光线在由将多个图像拼接在一起所产生的视差中起关键作用。图2图示了并排的两个光学系统(相机)。对于顶部上的镜头单元，正方形、三角形和矩形被映射至图像中的同一点，而对于底部上的镜头单元，它们被映射至三个不同点，如所示的。在顶部成像系统中，它们由同一主光线成像，而对于底部成像系统，它们由三个不同的主光线成像。当组合图3中的两张图像时，将产生视差，并且将导致如图4中所示的图像。

对可以校正视差的算法的寻找已经持续了很多年。已经提出了很多方案，但即使是使用迄今为止最精细的算法，全景图像中仍然留下了伪像。有时，这可能不是问题，因为可以雇佣软件工程师来逐帧地修复图像；然而，对于一般消费者而言，这种对每张图像进行校正的选项是不可行的。需要一种在使这种系统对于消费者市场可用之前有效地校正视差的更好方案。优选的是在光学上解决减少图像中视差的问题，而不是在计算上。