CN103163716A - 立体摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体摄像装置，包括两个相机模组和一个处理器。每个相机模组包括镜头单元和影像感测器，镜头单元采用形状记忆合金元件作为变焦致动器，影像感测器用于形成包括至少两种颜色的图像。处理器包括全幅对焦模块、对焦驱动模块及影像合成模块，全幅对焦模块用于根据颜色的锐度判断物距，判断物距是否大于某一预定距离，当物距大于预定距离时对图像做锐化处理以使得图像清晰，否则向对焦驱动模块发送控制信号，对焦驱动模块接到控制信号后驱使相机模组改变焦距以直接获得清晰图像，影像合成模块用于利用清晰图像合成立体图像。该立体摄像装置应用全幅对焦技术，且在近距离时也可获得清晰图像。

Description

立体摄像装置

技术领域

本发明涉及一种立体摄像装置。

背景技术

目前，全幅对焦技术（WDF，Width Depth Field）已经被应用于数码摄像摄影中，其将数码相机模组拍摄的物体的影像分解为不同的颜色，例如RGB三原色，对应于物距，不同的颜色具有不同的锐度曲线，全幅对焦技术选择出影像中具有最佳锐度的颜色，并据此最佳锐度修正其他颜色的锐度，以提升整体影像的清晰度。使用全幅对焦技术不需要相机模组的物理对焦过程，从而可快速的获得清晰的影像。

然而，当物距过小，例如小于40厘米（cm）时，此时所有颜色的锐度都是较差而不符合要求的，即使全幅对焦技术对影像进行了修正，获得的影像也是模糊不清的。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种立体摄像装置，其在近距离时也可获得清晰的影像。

所述立体摄像装置，包括两个相机模组和一处理器。该镜头单元包括镜筒、镜片、承载座、固定座、形状记忆合金元件和弹性元件、电阻、及电源芯片。该承载座承载该镜片，该形状记忆合金元件连接该承载座及该固定座，该弹性元件连接该承载座及该固定座，该承载座活动设置在该镜筒中，该固定座固定在该镜筒中，该形状记忆合金元件与该电阻热耦合，该电阻与该电源芯片电性连接，该影像感测器用于接受来自于该镜头单元的光线并形成图像，该图像包括至少两种颜色。该处理器包括全幅对焦模块、对焦驱动模块及影像合成模块。该全幅对焦模块用于根据该至少两种颜色中的一种颜色的锐度判断物距，并判断该物距是否大于某一预定距离，当该物距大于该预定距离时，该全幅对焦模块对两个影像感测器形成的两个图像做锐化处理以获得两个第一清晰图像。当该物距不大于该预定距离时，该全幅对焦模块向该对焦驱动模块发送控制信号，该对焦驱动模块根据该控制信号驱动该电源芯片加热该电阻以改变该形状记忆合金元件的长度以移动该镜片使该两个相机模组的焦距改变，从而使该两个影像感测器形成两个第二清晰图像。该影像合成模块用于接收该两个第一清晰图像或该两个第二清晰图像并利用该两个第一清晰图像合成第一立体图像或利用该两个第二清晰图像合成第二立体图像。

由于在物距小于预定距离时对焦驱动模块驱动相机模组进行自动对焦，故此时也可以获得清晰图像。

附图说明

图1是本发明一优选实施方式的立体摄像装置的结构框图。

图2是图1中立体摄像装置与一立体电视连接的结构框图。

图3是图1中立体摄像装置的相机模组的立体示意图。

图4是图3的IV-IV向剖视图。

图5是图3的去掉镜头单元的***图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，其揭示了本发明一优选实施方式的立体摄像装置10。在本实施方式中，该立体摄像装置10为手机。该立体摄像装置10包括两个相机模组21、22、一处理器30、一显示屏40、及一输出端口50。

该两个相机模组21、22用于拍摄同一物体的不同角度的影像，并送到处理器30中，由处理器30合成为立体影像。为保证立体拍摄的效果，该两个相机模组21、22之间的中心距（即两相机模组的光轴之间的距离）的范围为25～40毫米（mm），优选为32.5毫米（mm）。由于立体摄像技术是为本领域技术人员所熟悉的，在此处及下文中，对立体摄像相关的内容不做详细介绍。

该处理器30分别与该相机模组21、22、显示屏40、输出端口50连接。其中，处理器30与相机模组21、22的连接通过移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）。

该处理器30包括一全幅对焦模块31、一对焦驱动模块32、及一影像合成模块33。

全幅对焦模块31用于接收相机模组21、22传送的图像。由于一般数码相机模组的传感器具备分辨不同颜色光的元件，因此，从相机模组21、22传送的图像具有不同的颜色，而某一颜色的光对应物距具有特定的锐度曲线，因此，分析图像中某种颜色的锐度，可以得知物距d，即被摄物到相机模组21、22的距离。全幅对焦模块31首先根据上述原理判断物距d，全幅对焦模块31可根据任一相机模组21、22传送的图像判断物距，也可根据两相机模组21、22传送的图像分别判断物距并计算平均值，由于两相机模组21、22拍摄的是同一物体的影像，根据上述不同的判断方式所获得的值之间的差异很小。全幅对焦模块31并判断物距d是否大于某一预定距离D，如果物距d大于预定距离D，则全幅对焦模块31向对焦驱动模块32发出第一控制信号，并分别对相机模组21、22传送的图像做锐化处理以获得两个第一清晰图像，然后将该两个第一清晰图像传送到影像合成模块33，由影像合成模块33将该两个第一清晰图像合成为第一立体图像。在本实施方式中，所述预定距离D为40厘米（cm），判断物距d时，全幅对焦模块31不分析整幅图像，而是分析图像中预定的区块，例如位于图像中央的具有预定大小的区块，该预定区块占整幅图像的大小可以是三分之一。

在锐化处理时，全幅对焦模块31将图像分成多个区块，并对每一区块分别做锐化处理，具体的处理方法可以参照2006年3月6日向中国专利局提出，申请号为200680012390.8，名称为《利用颜色数字图像对动作如锐度修改进行控制的方法》的专利申请。

当物距d不大于预定距离D时，全幅对焦模块31向对焦驱动模块32发送第二控制信号，对焦驱动模块32根据该第二控制信号，驱动相机模组21、22进行物理对焦，以使得该两个相机模组21、22的影像感测器形成两个第二清晰图像，该物理对焦的具体过程将在下文予以描述。

在本实施方式中，当物距d不大于预定距离D时，该两个第二清晰图像不经过全幅对焦模块31的锐化处理，而是直接由影像合成模块33合成为第二立体图像；在其他实施方式中，当物距d不大于预定距离D时，该两个第二清晰图像也可经过全幅对焦模块31锐化处理后再由影像合成模块33合成为第二立体图像。

影像合成模块33合成第一或第二立体图像后，将第一或第二立体图像送到显示屏40进行显示，并同时将第一或第二立体图像送到输出端口50，通过该输出端口50，该第一或第二立体图像可被送到立体影像显示电子装置上进行显示。在本实施方式中，该输出端口50为高清晰度多媒体端口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）。该立体影像显示电子装置为具有立体影像显示能力的电子装置，如电视、手机、笔记本、显示器等。

请参考图2，其揭示了通过输出端口50将第一或第二立体图像传输到立体影像显示电子装置进行显示。在本实施方式中，该立体影像显示装置为一立体电视60，该立体电视60包括一主板61、一时序控制器63及一显示屏65。该主板61包括一与输出端口50连接的输入端口62，在本实施方式中，该输入端口62为HDMI端口，该时序控制器63包括一同步信号发射单元64。主板61接收从输入端口62输入的图像信号，将图像信号分解成左眼图像信号和右眼图像信号，并将左眼图像信号和右眼图像信号送到时序控制器63。时序控制器63将左眼图像信号和右眼图像信号分时送到显示屏65显示。时序控制器63同时通过同步信号发射单元64发射同步信号到用户佩戴的液晶眼镜（图未示），以保证当左眼图像信号在显示屏65显示时，液晶眼镜的右眼镜片关闭，用户只能通过左眼观看到显示屏65上显示的图像，反之亦然，用户通过在左眼和右眼看到不同的图像，在脑中形成立体的图像。

请参考图3至图5，其揭示了相机模组21、22的结构。在本实施方式中，其揭示了相机模组21的结构，相机模组22的结构与相机模组21的结构相同。

相机模组21包括影像稳定单元100、镜头单元200及固定于电路基板500上并与电路基板500电性连接的影像感测器510。影像感测器510与镜头单元200正对，用于感测通过镜头单元200的光线以获得图像，该获得的图像中至少包括两种颜色。

影像稳定单元100包括一个可动架120，镜头单元200收容于可动架120内。在本实施方式中，由于相机模组21还同时具有光学防抖功能，所以相机模组21包括有该影像稳定单元100，在其他实施方式中，当不需要光学防抖功能时，该影像稳定单元100也可以省略，此时镜头单元200直接固定于该电路基板500上。影像稳定单元100的具体结构将在下文介绍。

该镜头单元200包括镜筒210及容纳在镜筒210内的镜片驱动子单元220、第一镜片230、和固持件240。

固持件240为圆环形状，径向凹陷形成有凹槽241。第一镜片230通过点胶方式胶合镶嵌在凹槽241中，固持件240通过点胶方式胶合固定在镜筒210内壁上。

该镜片驱动子单元220包括第二镜片231、承载座242、与承载座242相对的固定座244、电阻221、弹簧222、形状记忆合金元件223（shape memory alloys component，以下简称SMA元件）和电源芯片224。

承载座242为圆环形状，其外径小于镜筒210的内径以使其活动地设置在镜筒210内。承载座242径向凹陷形成有凹槽243，第二镜片231通过点胶方式胶合镶嵌在凹槽243中。承载座242上形成有导引孔247。固定座244为圆环形状，其通过点胶方式胶合固定在镜筒210内壁上。固定座244上凸出形成有导引柱246，导引柱246伸入导引孔247內。承载座242与固定座244之间具有供弹簧222及SMA元件223伸缩的空间。

电阻221为中空结构，其固定于承载座242中且与电源芯片224相连（图未示）。SMA元件223的一端穿过电阻221固定在承载座242上，另一端固定在固定座244上。弹簧222的一端固定在承载座242上，另一端固定在固定座244上。初始状态（室温）时，弹簧222因承受承载座242的压力而略为压缩，SMA元件223为拉长状态，此时，第一镜片230与第二镜片231之组合具有第一焦距。

在将SMA元件223固定之前，首先对SMA元件223进行训练使其进行一定的塑性变形（室温下被拉长），这样当对SMA元件223加热到一定温度时，SMA元件223会恢复到原来形状（母相），即自然长度；当温度降低至室温时，SMA元件223会恢复到室温时的形状，即拉长状态，与SMA元件223相连的物体便会受到力的作用。

请一并参考图1，当对焦驱动模块32接到全幅对焦模块31发送的第二控制信号时，对焦驱动模块32驱动电源芯片224对电阻221通电，通电的电阻221产生热量，电阻221产生的热量会使SMA元件223的温度升高，当温度达到SMA元件223的形变温度时，SMA元件223恢复到自然长度，便会拉动承载座242带动第二镜片231向靠近固定座244的方向移动，弹簧222被压缩，在承载座242受到的弹簧222的弹力与SMA元件223的拉力平衡的情况下，承载座242保持不动，此时，第一镜片230与第二镜片231之组合具有第二焦距，以使得该两个相机模组21、22的影像感测器形成两个第二清晰图像。

当对焦驱动模块32接到全幅对焦模块31发送的第一控制信号时，对焦驱动模块32驱动电源芯片224停止对电阻221通电，SMA元件223的温度降低，SMA元件223恢复到拉长状态，承载座242在弹簧222的弹力的作用下远离固定座244，从而使得第二镜片231向远离固定座244的方向移动。

承载座242与第二镜片231借助SMA元件223温度变化形状发生变化的性能并结合弹簧222的作用发生位移，从而使得镜片驱动子单元220的结构简单、体积小。同时，承载座242和固定座244上的导引孔247和导引柱246起到使得承载座242的运动平稳的作用。

影像稳定单元100包括一个固定架110、上述可动架120、一个驱动子单元130、两个弹片140、一个控制器160及一个光感测器170。

固定架110大致为矩形体框架，其固设于电路基板500上。可动架120大致呈中空的矩形体形状，其收容于固定架110内。可动架120包括四个侧面122及相对设置且分别连接四个侧面122的两个端面123。可动架120内形成用于收纳固定镜头单元200的收容空间124。端面123开设有与收容空间124相通的透光孔125。该四个侧面122分别与固定架110的四个侧壁间隔并形成四段距离。

每个弹片140大致呈平板状，其包括可动部410，自可动部410相对两侧边向外依次对称延伸的两固定部412及连接可动部410与固定部412的两弯折部414。该可动部410具有与该可动架120的端面123大致相同的形状，即呈矩形，该可动部410开设有与该端面123的透光孔125对准的通孔416。两个弹片140的两个可动部410分别固定在可动架120的两个端面123上，随可动架120的运动而运动。该固定部412通过孔412a与销142的配合固定于固定架110上，从而将该可动架120固定于固定架110上。

驱动子单元130包括固定于固定架110上的线圈132及固定于可动架120上的磁铁组134。线圈132与磁铁组134相对设置。驱动子单元130通过线圈132及磁铁组134产生的驱动力驱动可动架120相对于固定架110旋转，以补偿立体摄像装置10抖动所产生的位移。

线圈132的数目为四个，其大致呈矩形环状，四个线圈132分别面向可动架120的四个侧面122固定于固定架110上，且都通有电流。

磁铁组134的数目为四个，四个磁铁组134分别对应四个线圈132固定于可动架120的四个侧面122上。每个磁铁组134包括间隔相对的一上永磁铁134a及一下永磁铁134b。上永磁铁134a、下永磁铁134b分别靠近两个端面123设置，且属于同一个磁铁组134的上永磁铁134a、下永磁铁134b的磁极分布相反，即如果上永磁铁134a靠近线圈132一端的磁极为N极，贴于侧面122一端的磁极为S极，则下永磁铁靠近线圈132一端的磁极为S极，贴于侧面122一端的磁极为N极。

光感测器170为雷射传感器或者红外传感器，光感测器170固定于电路基板500，用于感测到可动架120移动的位移，该位移例如是角位移。具体地，光感测器170与可动架120的边缘对应设置。如此，光感测器170可以感测到可动架120移动的最大抖动量，判断得更准确。

控制器160与光感测器170及四个线圈132均电性连接。控制器160用于根据光感测器170检测到的抖动量来控制通过四个线圈132的电流大小及方向以与磁铁组134共同作用驱动可动架120转动。具体的，当光感测器170感测到可动架120的抖动后，控制器160控制可动架120向抖动方向的反方向转动以进行抖动补偿，使得光感测器170感测到的抖动量变为零，以使镜片对准影像感测器510。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种立体摄像装置，其特征在于，包括：

两个相机模组，每个相机模组包括镜头单元和影像感测器，该镜头单元包括镜筒、镜片、承载座、固定座、形状记忆合金元件和弹性元件、电阻、及电源芯片，该承载座承载该镜片，该形状记忆合金元件连接该承载座及该固定座，该弹性元件连接该承载座及该固定座，该承载座活动设置在该镜筒中，该固定座固定在该镜筒中，该形状记忆合金元件与该电阻热耦合，该电阻与该电源芯片电性连接，该影像感测器用于接受来自于该镜头单元的光线并形成图像，该图像包括至少两种颜色；及

一处理器，该处理器包括全幅对焦模块、对焦驱动模块及影像合成模块，该全幅对焦模块用于根据该至少两种颜色中的一种颜色的锐度判断物距，并判断该物距是否大于某一预定距离，当该物距大于该预定距离时，该全幅对焦模块对两个影像感测器形成的两个图像做锐化处理以获得两个第一清晰图像；当该物距不大于该预定距离时，该全幅对焦模块向该对焦驱动模块发送控制信号，该对焦驱动模块根据该控制信号驱动该电源芯片加热该电阻以改变该形状记忆合金元件的长度以移动该镜片使该两个相机模组的焦距改变，从而使该两个影像感测器形成两个第二清晰图像，该影像合成模块用于接收该两个第一清晰图像或该两个第二清晰图像并利用该两个第一清晰图像合成第一立体图像或利用该两个第二清晰图像合成第二立体图像。

2.如权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：当该物距大于该预定距离时，该全幅对焦模块向该对焦驱动模块发送另一驱动信号，该对焦驱动模块根据该另一驱动信号驱动该电源芯片停止加热该电阻。

3.如权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：该承载座和该固定座上对应形成有导引孔和导引柱，该导引柱伸入该导引孔中。

4.如权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：该每个相机模组还包括影像稳定单元，该影像稳定单元包括固定架、可动架、驱动子单元、弹片、光感测器及控制器，该可动架位于该固定架内且与该固定架间隔，该镜头单元位于该可动架内且该镜筒固定于该可动架内；该驱动子单元包括设置于该固定架的元件圈及相对该元件圈设置于该可动架的磁铁组，该驱动子单元用于通过该元件圈及该磁铁组产生驱动力驱动该可动架相对于该固定架运动；该弹片弹性连接该固定架与该可动架；该光感测器用于感测该可动架的抖动量；该控制器用于根据该抖动量控制该驱动子单元驱动该可动架相对于该固定架运动以补偿该抖动量。

5.如权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：该预定距离为40厘米。

6.如权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：该立体摄像装置还包括一输出端口，该第一立体图像或该第二立体图像发送给该输出端口。

7.如权利要求6所述的立体摄像装置，其特征在于：该输出端口为HDMI端口。

8.如权利要求7所述的立体摄像装置，其特征在于：该HDMI端口用于与一立体影像显示电子装置连接。

9.如权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：该两个相机模组之间的中心距离范围为25～40毫米。

10.如权利要求9所述的立体摄像装置，其特征在于：该两个相机模组之间的中心距离为32.5毫米。

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