[发明专利]用于增强光学传感器装置的系统和方法

说明书

本公开涉及用于增强光学传感器装置的系统和方法。所公开的成像装置可以包括：光学传感器；透镜，其被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到来自场景的光的波前中；以及壳体，其将可变相位光学元件矩阵耦合到光学传感器。所述壳体可以将矩阵定位成至少基本上垂直于光学传感器的光轴，并且可以使得光学传感器能够针对每个输出图像捕捉场景的至少两个不同的景象。还公开了各种其他方法、系统和计算机可读介质。

技术领域

本公开涉及用于增强光学传感器装置的系统和方法。

背景技术

成像系统可以在多种应用中使用光学传感器来捕捉图像、视频和表征场景或场景内的对象的其他信息。然而，传统的光学传感器装置和系统可能具有多种限制。例如，从可见光谱中的光捕捉标准图像的传统图像传感器可能不能提供场景的深度信息。相反，传统的飞行时间(ToF)传感器可能具有比其他图像传感器更低的分辨率，至少部分是由于解调反射信号以计算场景内的深度所需的电路。此外，一些传统的高光谱成像系统被设计成以牺牲空间分辨率为代价来增加光谱分辨率。因此，需要改进的成像装置、系统和方法。

发明内容

如下面将更详细地描述的，本公开描述了允许捕捉和使用空间和/或时间中场景的多个景象以增加光学传感器输出的分辨率和/或提供各种其他特征和优点的系统、装置和方法。在一个示例中，成像装置可以包括光学传感器和透镜，该透镜被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上。成像装置还可以包括可变相位光学元件矩阵，其尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到来自场景的光的波前中。壳体可以以如下配置将可变相位光学元件矩阵耦合到光学传感器，该配置可以将矩阵定位成至少基本上垂直于光学传感器的光轴，并且可以使得光学传感器能够针对每个输出图像捕捉场景的至少两个不同的景象。

在一些实现方式中，成像装置可以进一步包括处理子系统，其被编程为从光学传感器接收场景的两个不同景象；并且还被编程为通过处理场景的两个不同景象，来增加光学传感器在至少一个维度上的分辨率，以创建输出图像。处理子系统可以被编程为通过执行三角测量或通过检测在场景的两个不同景象之间的相位差来增加光学传感器的分辨率，以提供深度映射(深度图)，作为输出图像或帧。所述深度映射可以包括场景的多个部分的深度尺寸值。在一些实现方式中，成像装置可以进一步包括定位系统，该定位系统可以将至少一个光学部件可移动地固定到壳体。该可移动光学部件可以是透镜、光学传感器或可变相位光学元件矩阵。定位系统可操作，以至少基本垂直于光轴将光学部件从第一位置定位和重新定位到第二位置。

在一些实现方式中，成像装置还可以包括设置在透镜和光学传感器之间的高光谱滤光器。高光谱滤光器可以包括多个滤光窗口，其通过然后可以由光学传感器的不同部分捕捉的不同波长的光。可以致动定位系统，以将光学部件从第一位置移动到第二位置，这能够通过使光学传感器在第一像素处捕捉当光学部件处于第一位置时的第一波长的光和当光学部件处于第二位置时的不同波长的光，来进行光谱过采样。光学部件从第一位置到第二位置的移动还能够通过使光学传感器在第一像素处捕捉与第一位置不同的第二位置的瞬时视场，来进行空间过采样。处理子系统还可以被编程为组合来自第一像素和第二像素的传感器信息，以在过滤光的波长范围内产生分辨率更大的输出图像。

在一些实现方式中，光学传感器可以是或者可以包括ToF深度传感器，例如，基于相位的ToF深度传感器，其基于反射光信号相对于参考信号的相位延迟来确定场景的深度值。场景的两个不同景象可以均包括由x维和y维定义的第一分辨率。所述成像装置还可以包括处理子系统，其被编程为通过组合场景的不同景象来过采样场景，以生成具有可以大于第一分辨率的第二分辨率的输出图像(例如，经由过采样、深度检测等)。可变相位光学元件矩阵可以包括设置在透镜和光学传感器之间的第一和第二光学元件。第一和第二光学元件可以独立定位，以将至少两个不同的相位延迟引入来自场景的光的波前。