CN101246302A - 广角摄像装置 - Google Patents

Abstract

在拍摄全景图像的广角摄像装置中，得到两端和中央部分的画质相同且效果好的全景图像。广角摄像装置具有：中心透镜，其接受从被拍摄角度内的正面区域40°范围区域入射的光；左右的侧面透镜，其接受从被拍摄角度内左右各大致40°范围区域入射的光；左右的等腰直角棱镜，其使从被拍摄角度内左右大致40°范围区域入射的光折射而对其进行引导，使其与各侧面透镜的光轴一致；光阑，其限制向左右的侧面透镜入射的光的量；光阑，其限制向中心透镜入射的光的量，将中心透镜的光阑的直径设定得小于侧面透镜的光阑的直径，使由各透镜在受光元件上形成的像的亮度大致相等。

Description

广角摄像装置

技术领域

本发明涉及一种广角摄像装置。

背景技术

在现有技术中，已知一种摄像装置，其为了得到视场角超过120°的全景(panorama)图像和立体图像，具有由透镜和CCD受光元件等构成的多个摄像光学***，将利用该多个摄像光学***拍摄的图像合成后得到全景图像和立体图像。

例如，已知一种多眼式照相机，具有：4个摄影光学***；CCD，其拍摄由该摄影光学***成像的被摄体像；滤光器，其对于4个摄影光学***的透射率各不相同。该多眼式照相机对拍摄到的4个像进行合成，从而得到高动态范围的被摄体像(例如，参照专利文献1)。

此外，已知一种图像输入装置，其为了使由多个摄像部拍摄到的多个图像间的像的大小和对焦的状态没有差异，具有计测距对象物(被摄体)的距离的距离计测装置，基于由距离计测装置计测到的距离，个别地调整多个摄像部的焦点等(例如，参照专利文献2)。

另一方面，已知一种复眼摄像装置，其具有由多个光学单元构成的复眼式光学***、和拍摄由多个光学单元形成的多个像的摄像元件(例如，参照专利文献3和专利文献4)。

另外，已知一种具有在用于确认汽车的后方等中使用的棱镜的全方位图像俘获装置(例如，参照专利文献5)。

专利文献1：JP特开2002-281361号公报

专利文献2：JP特开2001-148866号公报

专利文献3：JP特开2005-167443号公报

专利文献4：JP特开2002-171430号公报

专利文献5：JP实用新型登录第3118678号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，存在这样的问题：要利用一个光学***汇聚来自超过120°的广角的被拍摄角度内的光从而拍摄全景图像，就需要像鱼眼透镜这样的超广角的透镜，在拍摄到的图像中产生大的圆筒状畸变。

因此，为了使用歪曲像差小且视场角在40°左右的通常的透镜而通过很少的光学***来拍摄120°左右的被拍摄角度范围，需要考虑将被拍摄角度范围分割成各错开大致40°角度的正面区域和正面区域左右的区域(以下称作左右区域)这3个区域，利用各光学***汇聚来自各区域的光。

为了构成汇聚的角度各错开大致40°的光学***，考虑各光学***的透镜自身的朝向相互各倾斜40°来安装的结构，但在小型化设计整个摄像装置方面，难以设置各倾斜40°的微小的透镜。作为能够容易且小型化地设计整个摄像装置，并且具有汇聚的角度各错开40°的光学***的结构，考虑如专利文献3和专利文献4中记载的那样在复眼摄像装置中组合了棱镜的结构。

具体地说，考虑这样的结构：在复眼摄像装置所具有的光学透镜阵列的被摄体侧配置使汇聚光路弯曲的棱镜，使来自左右区域的光分别经过该棱镜而入射到光学透镜阵列的多个透镜中的2个透镜中，使来自正面区域的光不经过棱镜而入射到另外的一个透镜中。

但是，在上述结构的摄像装置中，由经过棱镜入射到复眼摄像装置中的光所形成的左右区域的图像和由不经过棱镜而入射到复眼摄像装置中的光所形成的正面区域的图像，它们的亮度产生差异，因此，必须在接合3个图像的数字处理的过程中实施亮度修正，将3个图像的亮度调整为大致相同。

即，入射到棱镜中的光因为棱镜的外周面的反射和棱镜内部的散射而导致光量减少，因此，由经过棱镜入射到复眼摄像装置中的光所形成的左右区域的图像比由不经过棱镜而入射到复眼摄像装置中的光所形成的正面区域的图像亮度小，为了接合3个图像再现为一系列的全景图像，必须实施补偿左右区域的图像的亮度的修正。

具体地说，通过将图像的亮度数据乘以预先设定的修正常数(通常是大于1的值)来进行数字处理过程中的亮度修正，但由于图像的浓淡程度与修正常数成反比例而减少，所以对于适用更大的修正常数的左右区域的图像而言，其浓淡程度大大低于正面区域的图像，因此在接合3个图像而作为全景图像时，有可能左右区域的画质比正面区域的画质更粗糙，从而变成视觉效果差的图像。

因此，本发明的目的在于，提供一种这样的广角摄像装置，即，在用于摄像全景图像的广角摄像装置中，无需使用广角透镜，从而能够通过尽量少的光学***构成装置，能够得到视觉效果好的全景图像，并且装置整体不增大而能够实现薄型化，其中，视觉效果好是指，在对由从不同的被拍摄角度入射的光所形成的分别独立的图像实施了用于调整亮度的修正之后的图像中，不产生浓淡程度的显著差异，而且接合部分不显眼。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，权利要求1的发明的一种广角摄像装置，具有：透镜光学***，其在各规定的被拍摄角度内汇聚从广角的被拍摄角度内入射的光，从而在焦平面上形成多个像；摄像装置，其配置在上述焦平面上，用于将通过上述透镜光学***形成的多个像变换为电子的图像信息；图像再现装置，其对上述摄像装置变换后的多个像的图像信息实施亮度修正，并在此基础上进行接合，从而再现为全景图像，上述广角摄像装置的特征在于，上述透镜光学***具有：光学透镜阵列，其在一个平面上形成有中心透镜和左右的侧面透镜而成，该中心透镜用于接受从上述被拍摄角度内的正面区域入射的光，该左右的侧面透镜配置在该中心透镜的左右两侧，而且其光轴与该中心透镜的光轴平行，用于接受从上述被拍摄角度内的左右区域入射的光；棱镜，其配置在上述左右的侧面透镜的光入射侧，用于使从上述被拍摄角度内的左右区域入射的光以与上述各侧面透镜的光轴一致的方式折射而引导至上述各侧面透镜；侧面光量限制装置，其用于限制由上述棱镜引导而经过上述侧面透镜后向上述摄像装置汇聚的光量；中心光量限制装置，其用于比上述侧面光量限制装置更大幅度地限制不经过上述棱镜而直接入射到上述中心透镜后向上述摄像装置汇聚的光量，其中，上述摄像装置具有受光元件阵列，该受光元件阵列从上述光学透镜阵列隔着规定距离而以平行于上述光学透镜阵列的方式配置，用于拍摄由上述中心透镜以及左右的侧面透镜分别形成的像，上述图像再现装置分别对上述受光元件阵列变换为图像信息的上述被拍摄角度内的正面区域的图像以及上述被拍摄角度内的左右区域的图像实施亮度修正，并合成已实施了亮度修正的各图像而再现为全景图像。

上述侧面光量限制装置以及上述中心光量限制装置也可以分别是靠近上述侧面透镜以及上述中心透镜而配置的光阑。

上述侧面光量限制装置以及上述中心光量限制装置也可以分别是涂敷在上述侧面透镜以及上述中心透镜的表面上的滤光层。

在上述光学透镜阵列中，上述中心透镜以能够接受从上述被拍摄角度内的正面40°范围区域入射的光的方式配置，上述左右的侧面透镜以能够接受从上述被拍摄角度内的左右各40°范围区域入射的光的方式配置，上述棱镜是等腰直角棱镜或者60°-30°直角棱镜，上述图像再现装置分别对上述受光元件阵列变换为图像信息的被拍摄角度内的正面40°范围区域的图像以及上述被拍摄角度内的左右40°范围区域的图像实施亮度修正，并合成已实施了亮度修正的各图像而再现为视场角在120°以上的全景图像。

根据上述发明，由于用中心透镜接受从被拍摄角度内的正面区域入射的光，并用左右的侧面透镜接受从被拍摄角度内的左右区域入射的光，因此，不需使用广角透镜而能够利用尽量少的光学***来构成装置，而且，由于具有侧面光量限制装置和中心光量限制装置，因此能够将在数字处理的过程中用于调整正面区域的图像和左右区域的图像的亮度的修正常数的值设定为不存在很大差异的值，从而能够得到在实施了亮度修正后的正面区域和左右区域的图像之间不产生浓淡程度的显著差异、且接合部分不显眼的视觉效果好的全景图像，其中，该侧面光量限制装置用于限制经过棱镜而向受光元件汇聚的光量，该中心光量限制装置用于比侧面光量限制装置更大幅度地限制直接向中心透镜入射而向受光元件3汇聚的光量。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式涉及的广角摄像装置的概略结构的立体图。

图2是表示该广角摄像装置中的透镜光学***和光的传播路径的侧视图。

图3是表示该广角摄像装置中的透镜光学***的结构的侧面剖面图。

图4是表示该广角摄像装置与整个120°的被拍摄角度范围内的被摄体的关系的立体图。

图5是表示将利用该广角摄像装置中的透镜光学***所形成的像再现为全景图像的过程的图。

图6A是表示该广角摄像装置的亮度修正中的修正常数C(x、y1)的例子的图，图6B是表示与修正常数的坐标相对应的图像的例子的图。

图7是表示本发明的第二实施方式涉及的广角摄像装置中的透镜光学***和光的传播路径的侧视图。

图8是表示本发明的第三实施方式涉及的广角摄像装置的透镜光学***和光的传播路径的侧视图。

图9是表示本发明的第四实施方式涉及的广角摄像装置的透镜光学***和光的传播路径的侧视图。

图10是表示该广角摄像装置的透镜光学***的俯视图。

图11是表示本发明的第五实施方式涉及的广角摄像装置中的透镜光学***的俯视图。

图12是表示该广角摄像装置和大致半球状的被摄体的关系的立体图。

图13是表示本发明的第六实施方式涉及的广角摄像装置的概略结构的立体图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照图1至图6，对于本发明的第一实施方式进行说明。如图1和图2所示，本实施方式的广角摄像装置1具有：透镜光学***2，其汇聚从120°的被拍摄角度内入射的光，使其成像在规定的焦平面上；受光元件阵列(摄像装置)3，其配置在透镜光学***2的焦平面上，将利用透镜光学***2成像的像变换为电子图像信息；DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)5，其通过AD变换器4来获取由受光元件阵列3变换后的图像信息，并将其作为数字信号；微处理器(图像再现装置)6，其对DSP5获取的图像信息实施畸变去除和亮度修正等图像处理，并将其再现为全景图像；液晶面板等显示装置7，其显示由微处理器6再现的图像。

本实施方式的透镜光学***2如图1和图3所示，具有：光学透镜阵列11，其在1片透明基板9的一个平面上形成了光轴L相互平行的3行3列9个光学透镜8；光学透镜阵列11的支撑框12；形成在支撑框12的上表面的光阑13l、13c、13r；遮光框14，其以使从各光学透镜8射出的光互不干涉的方式进行分割；光学滤光器15，其配置在受光元件阵列3的上方；等腰直角棱镜16l、16r，其在光学透镜阵列11的光入射侧，分别与左右列的光学透镜8l、8r相对配置。9个光学透镜8全部具有40°的视场角。

等腰直角棱镜16l、16r的截面是等腰直角三角形，如图2所示，相对于光学透镜阵列11而倾斜配置。针对具体的配置以后详细叙述。

光学透镜阵列11的中央列的3个光学透镜(以下称作中心透镜)8c直接接受从被拍摄角度内的正面大致40°范围区域入射的光，左右列各3个光学透镜(以下称作侧面透镜)8l、8r通过等腰直角棱镜16l、16r接受从被拍摄角度内的左右各自大致40°范围区域入射的光。

配置等腰直角棱镜16l、16r，使得光从夹直角的2条边16la、16lb、16ra、16rb中的向外侧的一条边16la、16ra入射，入射的光被斜边16lc、16rc反射后从另一条边16lb、16rb射出。此外，在本说明书中，为了方便将棱镜的光入射的面和光出射的面等与表示光的传播路径的侧面图(图2)对照说明，使用了“一条边”、“斜边”等用语。

具体地说，等腰直角棱镜16l、16r如图2所示，将与侧面透镜8l、8r相对的一条边16lb、16rb配置为相对于光学透镜阵列11倾斜25°角度，将斜边16lc、16rc配置为相对于光学透镜阵列11倾斜70°的角度。由此构成为，在从中心透镜8c向正面方向的大致40°的范围内不存在等腰直角棱镜16l、16r，不遮挡向中心透镜8c入射的光。

利用侧面透镜8l、8r汇聚从等腰直角棱镜16l、16r的夹直角的2条边16la、16lb、16ra、16rb中的朝向外侧的一条边16la、16ra入射的光中的大致40°角度的范围的光，并使得在受光元件阵列3上成像。

然后形成中心透镜8c的光阑13c(中心光量限制装置)，并使该光阑13c的直径比侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r(侧面光量限制装置)的直径小，从而更大地限制到达受光元件阵列3的光量(参照图3)，其中，上述光阑13c用于使来自被摄体的光不被等腰直角棱镜16l、16r遮挡而直接入射，上述光阑13l、13r用于使来自被摄体的光通过等腰直角棱镜16l、16r入射。

具体地说，设定各光阑13c、13l、13r的直径，使得从中心透镜8c和侧面透镜8l、8r射出并到达受光元件阵列3的光量大致相等。

接着，针对受光元件阵列3进行说明。受光元件阵列3是固体摄像元件，其平行于光学透镜阵列11，并且配置在光学透镜阵列11的各光学透镜8的焦平面上，由形成在基板上的CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器构成。固体摄像元件也可以是CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)。

利用3行3列的光学透镜8，在受光元件阵列3上成像3行3列的独立像。参照图4，针对受光元件阵列3上形成的独立像17详细地进行说明。现在假设如图4所示，在广角摄像装置1的前方，在整个120°的被拍摄角度内，每隔40°的等间隔配置一个表示为“L”、“C”、“R”的被摄体B。该情况下，中央的“C”(中央40°范围区域)被中心透镜8c上下和左右翻转，在受光元件阵列3的中央的列上成像为3个的独立像17。

此外，左边的“L”(左侧40°范围区域)和右边的“R”(右侧40°范围区域)被等腰直角棱镜16l、16r左右翻转后，分别被侧面透镜8r、8l上下和左右翻转，在受光元件阵列3的左右列中各成像为3个独立像17。

这9个独立像17被受光元件阵列3变换为图像信息后，微处理器6依次读出这些图像信息，将如上所述上下左右翻转了的图像修正为正确朝向，在接合正面区域的图像“C”和左右区域的图像“L”“R”的同时实施亮度修正。

接着，参照图5和图6A、图6B，说明利用微处理器6对图像信息的全景图像P进行再现和图像的亮度修正。此外，图5中的图像表示在图4中从被摄体B侧看到的像，图5的左侧的像表示成像在受光元件阵列3上的状态，图5的中央和右侧的图像表示微处理器6获取后在微处理器6内进行处理的过程的状态。

由微处理器6依次读出的图像信息根据从受光元件阵列3的读出顺序，如图5的中央所示，左右的列变为相反位置，并且左右的列的图像17自身左右翻转。在利用微处理器6交换左右列的像17的位置的同时，使图像自身左右翻转，然后如图5的右侧所示将该图像信息再现为120°的视场角的全景图像P。

具体地说，微处理器6针对中央行的3个独立像(在图5的中央用粗框18表示的部分)的图像信息进行图像处理。微处理器6首先将左右翻转后的“L”(左侧40°范围区域的图像)和“R”(右侧40°范围区域的图像)的独立像17镜面翻转而返回到正常的图像，将该已返回到正常的图像“L”和“R”与中央40°范围区域的图像“C”合成，从而再现为120°的全景图像P。

此外，微处理器6在如上所述接合已将位置和朝向返回到正常的图像“L”“C”“R”时，按照下面的顺序实施亮度修正。

微处理器6在微处理器6自身具有的ROM6a内预先存储有图像上的位置(x、y)的函数即亮度修正用的修正常数C(x、y)。

如图6B所示，本实施方式中的修正常数C(x、y)对图像的横向分配x坐标，对纵向分配y坐标，对图像中应该修正的平面位置(x、y)设定单值的常数。图6B中表示的图像相当于图5的右侧的图像。

此时，图6A表示y坐标是y1时(图6B的图像中的纵向的中央位置)的修正常数C(x、y1)。

即，如图6A、图6B所示，对左区域的图像“L”的中间线部分(y＝y1)应用曲线Cl表示的修正常数，对正面区域的图像“C”的中间线部分(y＝y1)应用曲线Cc表示的修正常数，对右区域的图像“R”的中间线部分(y＝y1)应用曲线Cr表示的修正常数，从而对各图像中的象素的亮度数据分别乘以修正常数。

例如，对图像“L”的中间线部分(y＝y1)的左端的象素p1应用修正常数＝2，修正亮度到2倍；对中央的象素p2应用修正常数＝1，仍保持该亮度；对图像“C”的中间线部分(y＝y1)的左端的象素p3应用修正常数＝1.5，修正亮度到1.5倍；对中央位置的象素p4应用修正常数＝1，仍保持该亮度。

此外，对各图像“L”“C”“R”的修正常数都描画向下的二次曲线状的曲线，各图像“L”“C”“R”都通过光学透镜8的汇聚作用形成。即，由于各图像的周缘部分亮度比中央部分有所不足，因此应用比较大的修正常数。

如上所述，微处理器6在对各图像“L”“C”“R”实施亮度修正时，对于各图像中的全部象素，在其亮度数据中乘以与象素位置(x、y)相应的修正常数C(x、y)而作为数字值，生成修正后的图像。

然后，在本实施方式的广角摄像装置1中，形成中心透镜8c的光阑13c，并使该光阑13c的直径比侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r的直径小，从而更大地限制到达受光元件阵列3的光量，其中，上述光阑13c用于使来自被摄体B的光直接入射，上述光阑13l、13r用于使来自被摄体B的光通过等腰直角棱镜16l、16r入射，因此，形成了受光元件阵列3上形成的正面区域和左右区域的图像17自身不具有很大亮度差的图像，从而对于正面区域的图像“C”的修正常数(曲线Cc)和对于左右区域的图像“L”“R”的修正常数(曲线Cl、Cr)没有较大差别。

在此，为了比较，在图6A中用曲线Clt、Crt(双点划线)表示中心透镜8c的光阑13c和侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r为相同直径时(以下称作比较例)的修正常数Ct(x、y1)。在比较例的情况下，由于左右区域的图像“L”“R”的亮度相对于正面区域的图像“C”有所下降，因此，为了修正该亮度下降，左右区域的图像“L”“R”用的修正常数(曲线Clt、Crt)就成为比本实施方式中的修正常数(曲线Cl、Cr)大的值。

具体地说，对于图像“L”“R”的比较例中的修正常数Ct(x、y1)成为从1.5到3的值。(例如，对于图像“L”中的象素p1的修正常数≈3，对于象素p2的修正常数≈1.5)

在此，由于按照浓淡程度/修正常数值而赋予显示装置7中显示的色调数，因此，在浓淡程度是256的情况下，比较例中的图像“L”的象素p1周边的色调数就降低到256/3≈85左右。

对此，本实施方式的广角摄像装置1中的显示装置7中表示的色调数是修正常数的大小针对各图像“L”“C”“R”从1到2的范围的值，因此得到从256到128左右。从而，防止在接合各图像“L”“C”“R”后再现的全景图像P中变为两侧区域的图像画质大幅度下降而导致视觉效果差的全景图像P。

此外，由于各图像“L”“C”“R”是大致40°范围的区域的图像，因此接合3幅图像而几乎不会产生接合部的重叠部分。此外，由于中心透镜8c和侧面透镜8l、8r是视场角40°的透镜，因此与所谓的广角透镜不同，几乎不产生各图像的外周部分的畸变，不需要图像彼此之间接合时对于各图像的复杂的畸变修正处理。

(第二实施方式)

下面，参照图7针对第二实施方式进行说明。第二实施方式的广角摄像装置1是与第一实施方式大致相同的结构，针对相同的结构部分标记相同附图标记而省略说明。

第二实施方式与第一实施方式的不同部分在于，取代等腰直角棱镜16l、16r，而配置60°-30°直角棱镜26l、26r来作为配置在光学透镜阵列11的光入射侧的棱镜。如图7所示，60°-30°直角棱镜26l、26r是一种截面为直角三角形、且与直角相对置的2个角形成为60°和30°的棱镜。

对60°-30°直角棱镜26l、26r进行配置，使夹直角的2条边26la、26lb、26ra、26rb中的短边26lb、26rb平行于光学透镜阵列11，使夹直角的长边26la、26ra向外侧垂直。从而，斜边26lc、26rc相对于光学透镜阵列11具有60°的倾斜。

然后，来自被拍摄角度120°内的左右40°范围区域的光从60°-30°直角棱镜26l、26r的长边26la、26ra入射，被斜边26lc、26rc反射，从短边26lb、26rb射出后被侧面透镜8l、8r汇聚，在受光元件阵列3上成像为左右大致40°范围区域的图像。

在该第二实施方式中，也以比侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r的直径小的直径形成中心透镜8c的光阑13c，形成在受光元件阵列3上的各像的亮度大致同等，从而能够使得在实施了亮度修正后的正面区域和左右区域的图像间没有浓淡程度的显著差异，得到接合部分不显眼而视觉效果好的全景图像P。

(第三实施方式)

下面，参照图8，针对能够拍摄大致180°的视场角的全景图像的第三实施方式进行说明。第三实施方式的广角摄像装置1是与第一实施方式大致相同的结构，针对相同的结构部分标记相同附图标记而省略说明。

第三实施方式与第一实施方式不同的部分在于，为了扩宽可摄像的视场角，用具有60°的视场角的透镜来构成各光学透镜8l、8c、8r，并且取代等腰直角棱镜，而配置正三角形棱镜36l、36r作为光学透镜阵列11的光入射侧的棱镜。正三角形棱镜36l、36r如图8所示，是截面是正三角形的棱镜。

配置正三角形棱镜36l、36r，使得一条边36lb、36rb平行于光学透镜阵列11。从而，向着内侧的斜边36lc、36rc相对于光学透镜阵列11而具有60°的倾斜。然后，来自被拍摄角度180°内的左右60°范围区域的光从正三角形棱镜36l、36r的向外侧的斜边36la、36ra入射，被向着内侧的斜边36lc、36rc反射，从平行于光学透镜阵列11的边36lb、36rb射出后被侧面透镜8l、8r汇聚，在受光元件阵列3上成像为左右大致60°范围区域的图像。

在该第三实施方式中，也以比侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r的直径小的直径形成中心透镜8c的光阑13c，形成在受光元件阵列3上的各像的亮度大致同等，从而能够使得在实施了亮度修正后的正面区域和左右区域的图像间没有浓淡程度的显著差异，得到接合部分不显眼而视觉效果好的全景图像P。

(第四实施方式)

下面，参照图9和图10，针对能够摄像大致180°的视场角的全景图像的第四实施方式进行说明。第四实施方式的广角摄像装置1是与第一实施方式大致相同的结构，针对相同的结构部分标记相同附图标记而省略说明。

第四实施方式与第一实施方式不同的部分在于，为了扩宽可摄像的视场角，用具有60°的视场角的透镜来构成各光学透镜8l、8c、8r，并且取代等腰直角棱镜，配置一个大的正三角形棱镜46作为光学透镜阵列11的光入射侧的棱镜。正三角形棱镜46的1条边的大小构成为跨光学透镜阵列11的1行3个的光学透镜8l、8c、8r的总长度。

将正三角形棱镜46配置为一条边46c平行于光学透镜阵列11。从而，另外的2条边46a、46b相对于光学透镜阵列11而具有60°的倾斜。然后，来自被拍摄角度180°内的左右60°范围区域的光从正三角形棱镜46的2条斜边46a、46b入射，被相互对置的斜边46b、46a反射，从边46c射出后被侧面透镜8l、8r汇聚，从而在受光元件阵列3上成像为左右大致60°范围区域的图像。

另一方面，来自向着正面的大致60°范围区域的光被光学透镜阵列11的下行中央的中心透镜8cd(图10)汇聚，在受光元件阵列3上成像为中央大致60°范围区域的图像。

然后，与第一实施方式同样地，利用微处理器6将左右大致60°范围区域的图像和中央大致60°范围区域的图像再现为大致180°视场角的全景图像P。此外，在该第四实施方式的情况下，由于不需要交换左右列的独立像，因此简化了该部分的利用微处理器6的再现处理的过程。

在该第四实施方式中，以比侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r的直径小的直径形成光学透镜阵列11的下行中央的中心透镜8cd的光阑13c，形成在受光元件阵列3上的各像的亮度大致同等，从而能够使得在实施了亮度修正后的正面区域和左右区域的图像间没有浓淡程度的显著差异，得到接合部分不显眼而视觉效果好的全景图像P。

(第五实施方式)

下面，参照图11和图12，针对能够拍摄从广角摄像装置1看来前方的大致半球状的全景图像的第五实施方式进行说明。第五实施方式的广角摄像装置1与第一实施方式的全景摄像装置1同样地具备：光学透镜阵列11，其具有3行3列的9个光学透镜8；受光元件阵列3，其配置在距光学透镜阵列11规定距离的位置上。针对与第一实施方式相同的结构部分标记相同附图标记而省略说明。

第五实施方式与第一实施方式不同的部分在于，虽然棱镜设置在光学透镜阵列11的光入射侧，但将该棱镜配置为与3行3列中除了中央的光学透镜8ce以外剩余的8个光学透镜8f全部相对，从而能够汇聚来自大致半球的全部方向的光。

具体地说，如图11所示，在与3行3列中除了中央的光学透镜8ce以外剩余的8个光学透镜8f相对的位置，以中央的光学透镜8ce为中心按放射状配置等腰直角棱镜56。等腰直角棱镜56相对于光学透镜阵列11的倾斜姿势与第一实施方式同样地配置，使得与光学透镜阵列11相对置的一条边相对于光学透镜阵列11倾斜25°角度，斜边相对于光学透镜阵列11倾斜70°角度。这样，从中央的光学透镜8ce向正面方向的大致40°的范围内不存在等腰直角棱镜56，来自被摄体的光不被棱镜56遮挡而向中央的光学透镜8ce入射。

此外，在该第五实施方式中，仅3行3列的中央的1个光学透镜8ce是中心透镜，剩余的8个光学透镜8f相当于侧面透镜。

在受光元件阵列3上，利用中心透镜8ce成像正面大致40°范围区域的图像作为独立像，利用8个侧面透镜8f分别成像大致半球的周边侧大致40°范围区域B1～B8(图12)的图像作为独立像。然后，利用微处理器6，将这些9个图像(独立像)再现为大致半球状的全景图像。此外，各区域B1～B8如图12所示，纵向的视场角是40°，横向的视场角是45°。

在该第五实施方式中，以比剩余8个的光学透镜8f的光阑的直径小的直径形成中央的1个光学透镜8ce的光阑13c，形成在受光元件阵列3上的各像的亮度大致同等，从而能够使得在实施了亮度修正后的正面区域和左右区域的图像间没有浓淡程度的显著差异，得到接合部分不显眼而视觉效果好的全景图像P。

(第六实施方式)

下面，参照图13针对第六实施方式进行说明，在该第六实施方式中，将来自180°的被拍摄角度内的光分为大致各36°范围的5个区域，利用各自的汇聚光路对5个区域分别汇聚，然后在受光元件阵列3上成像为5个独立像。第六实施方式的广角摄像装置1是与第一实施方式的广角摄像装置1大致相同的结构，但在光学透镜阵列11的光入射侧设置的棱镜左右分别各有2个。

在第六实施方式的广角摄像装置1中：配置等腰直角棱镜66lu、66ru，使它们与光学透镜阵列11的上行的侧面透镜8l、8r相对置，并分别相对于光学透镜阵列11倾斜26°；配置等腰直角棱镜66ld、66rd，使它们与下行的侧面透镜8l、8r对置，并分别相对于光学透镜阵列11倾斜10°。

来自正面区域的大致36°的被拍摄角度内的光被光学透镜阵列11的中央行的中心透镜8c汇聚，来自与正面区域的左右相邻的大致36°的被拍摄角度内的光入射到等腰直角棱镜66lu、66ru后，被光学透镜阵列11的上行的侧面透镜8l、8r汇聚，来自靠近最外侧的大致36°的被拍摄角度内的光入射到等腰直角棱镜66ld、66rd后，被光学透镜阵列11的下行的侧面透镜8l、8r汇聚。

在该第六实施方式中，以比与等腰直角棱镜66lu、66ru、66ld、66rd相对置的4个侧面透镜8l、8r的光阑的直径小的直径，来形成光学透镜阵列11的中央行的中心透镜8c的光阑13c，形成在受光元件阵列3上的各像的亮度大致同等，从而能够使得在实施了亮度修正后的各图像间没有浓淡程度的显著差异，得到接合部分不显眼而视觉效果好的全景图像P。

此外，在配置于光学透镜阵列11的上行的等腰直角棱镜66lu、66ru和配置于下行的等腰直角棱镜66ld、66rd中，由于相对于光学透镜阵列11的倾斜角度不同(26°和10°)，故棱镜表面的反射等所导致的光量的减少程度不同，因此，为了使在受光元件阵列3上形成的各独立像的亮度大致相同，优先使2个侧面透镜8l、8r的光阑的直径和2个侧面透镜8l、8r的光阑的直径不同，其中，该侧面透镜8l、8r与等腰直角棱镜66lu、66ru相对置，该侧面透镜8l、8r与等腰直角棱镜66ld、66rd相对置。

在以上说明的第一至第六实施方式中，为了使从各光学透镜8射出后到达受光元件阵列3的光量大致相等，将中心透镜8c的光阑13c(中心光量限制装置)的开口直径设定得比侧面透镜8l、8r的光阑13l、13r(侧面光量限制装置)的开口直径小，但也可以取而代之如下地构成。

即，在中心透镜8c和侧面透镜8l、8r的表面上涂敷光透射率不同的滤光层，设定涂敷在中心透镜8c上的滤光层的光透射率小于涂敷在侧面透镜8l、8r上的滤光层的光透射率，使对于各光学透镜8来说，到达受光元件阵列3上的光量大致相等。

此外，也可以将配置在受光元件阵列3的上方的光学滤光器15，按照遮光框14所分割的各部分构成为光透射率不同的滤光器，设定从中心透镜8c射出的光所透射的部分的光透射率小于从侧面透镜8l、8r射出的光所透射的部分的光透射率，使对于各光学透镜8来说，到达受光元件阵列3上的光量大致相等。

如上所述，根据本发明的广角摄像装置1，由于用中心透镜8c接受从被拍摄角度内的正面区域入射的光，并用左右的侧面透镜8l、8r接受从被拍摄角度内的左右区域入射的光，因此，不需使用广角透镜而能够利用尽量少的光学***来构成装置，而且，由于具有侧面光量限制装置13l、13r和中心光量限制装置13c，因此能够将在数字处理的过程中用于调整正面区域的图像和左右区域的图像的亮度的修正常数的值设定为不存在很大差异的值，从而能够得到在实施了亮度修正后的正面区域和左右区域的图像之间不产生浓淡程度的显著差异、且接合部分不显眼的视觉效果好的全景图像P，其中，该侧面光量限制装置13l、13r用于限制经过棱镜16l、16r、26l、26r、36l、36r、46、56、66lu、66ru、66ld、66rd而向受光元件3汇聚的光量，该中心光量限制装置13c用于比侧面光量限制装置13l、13r更大幅度地限制直接向中心透镜8c入射而向受光元件3汇聚的光量。

Claims (5)

1.一种广角摄像装置，具有：

透镜光学***，其在各规定的被拍摄角度内汇聚从广角的被拍摄角度内入射的光，从而在焦平面上形成多个像；

摄像装置，其配置在上述焦平面上，用于将通过上述透镜光学***形成的多个像变换为电子的图像信息；

图像再现装置，其对上述摄像装置变换后的多个像的图像信息实施亮度修正，并在此基础上进行接合，从而再现为全景图像，

上述广角摄像装置的特征在于，

上述透镜光学***具有：

光学透镜阵列，其在一个平面上形成有中心透镜和左右的侧面透镜而成，该中心透镜用于接受从上述被拍摄角度内的正面区域入射的光，该左右的侧面透镜配置在该中心透镜的左右两侧，而且其光轴与该中心透镜的光轴平行，用于接受从上述被拍摄角度内的左右区域入射的光；

棱镜，其配置在上述左右的侧面透镜的光入射侧，用于使从上述被拍摄角度内的左右区域入射的光以与上述各侧面透镜的光轴一致的方式折射而引导至上述各侧面透镜；

侧面光量限制装置，其用于限制由上述棱镜引导而经过上述侧面透镜后向上述摄像装置汇聚的光量；

中心光量限制装置，其用于比上述侧面光量限制装置更大幅度地限制不经过上述棱镜而直接入射到上述中心透镜后向上述摄像装置汇聚的光量，其中，

上述摄像装置具有受光元件阵列，该受光元件阵列从上述光学透镜阵列隔着规定距离而以平行于上述光学透镜阵列的方式配置，用于拍摄由上述中心透镜以及左右的侧面透镜分别形成的像，

上述图像再现装置分别对上述受光元件阵列变换为图像信息的上述被拍摄角度内的正面区域的图像以及上述被拍摄角度内的左右区域的图像实施亮度修正，并合成已实施了亮度修正的各图像而再现为全景图像。

2.如权利要求1所述的广角摄像装置，其特征在于，上述侧面光量限制装置以及上述中心光量限制装置分别是靠近上述侧面透镜以及上述中心透镜而配置的光阑。

3.如权利要求1所述的广角摄像装置，其特征在于，上述侧面光量限制装置以及上述中心光量限制装置分别是涂敷在上述侧面透镜以及上述中心透镜的表面上的滤光层。

4.如权利要求2所述的广角摄像装置，其特征在于，

在上述光学透镜阵列中，上述中心透镜以能够接受从上述被拍摄角度内的正面40°范围区域入射的光的方式配置，上述左右的侧面透镜以能够接受从上述被拍摄角度内的左右各40°范围区域入射的光的方式配置，

上述棱镜是等腰直角棱镜或者60°-30°直角棱镜，

上述图像再现装置分别对上述受光元件阵列变换为图像信息的被拍摄角度内的正面40°范围区域的图像以及上述被拍摄角度内的左右40°范围区域的图像实施亮度修正，并合成已实施了亮度修正的各图像而再现为视场角在120°以上的全景图像。

5.如权利要求3所述的广角摄像装置，其特征在于，

在上述光学透镜阵列中，上述中心透镜以能够接受从上述被拍摄角度内的正面40°范围区域入射的光的方式配置，上述左右的侧面透镜以能够接受从上述被拍摄角度内的左右各40°范围区域入射的光的方式配置，

上述棱镜是等腰直角棱镜或者60°-30°直角棱镜，

上述图像再现装置分别对上述受光元件阵列变换为图像信息的被拍摄角度内的正面40°范围区域的图像以及上述被拍摄角度内的左右40°范围区域的图像实施亮度修正，并合成已实施了亮度修正的图像而再现为视场角120°以上的全景图像。

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