CN108540691B - 相机装置和用于拍摄至少两种波段光线的方法 - Google Patents

相机装置和用于拍摄至少两种波段光线的方法 Download PDF

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Abstract

公开了相机装置和用于拍摄至少两种波段光线的方法。所述相机装置包括：第一相机，包括接收包括第一波段的光线的第一镜头；第二相机，包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头，且所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置；以及抛物面镜，放置在所述第一镜头和所述第二镜头之间，且能够透射包括所述第一波段的光线，并同时反射包括所述第二波段的光线，其中所述第一相机是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头，所述第二相机和所述抛物面镜构成折反射相机，并且其中所述非鱼眼镜头的孔径光阑位置与所述抛物面镜的焦点被配置为重合。

Description

相机装置和用于拍摄至少两种波段光线的方法
技术领域
本发明涉及多模成像领域，更具体地涉及用于多模成像的相机装置和用于拍摄至少两种波段光线的方法。
背景技术
多模成像是指可以拍摄可见光和不可见光(如，红外光)照片的相机***。它被广泛应用于人脸识别、行人检测、监控等领域，目的是增强在低光照、大雾以及雨雪等天气状况下的检测、追踪以及识别能力。在可检测物体方面，可见光与红外光信号可以相互弥补不足。例如，在人脸识别领域，长波红外(远红外)光是不能透过眼镜的，但可见光是可以透过眼镜的，这样会导致在远红外图像里某些眼部特征的丢失，而在可见光图像里这些特征是可以被检测到的。相反，当我们在夜间驾驶时，利用远红外相机检测人体与环境温度的差别可以轻松检测到行人，而可见光相机在夜间的表现却很差。
在现有技术中，有很多方法可以实现多模成像。基本来讲，以下两种方法是最常见的：(1)可见光相机与红外相机并排放置，如图1所示。(2)可见光相机与红外相机的光轴相互垂直且由一个分光镜(热镜或冷镜)隔开，如图2所示。
在第一种方法中，可见光相机和红外相机的光轴相互平行，使得可见光相机与红外相机的视野不同，导致可见光和红外图像之间产生视差。为了在检测与追踪时使用多模相机，我们必须首先对这两个相机进行校正，移除相差带来的影响，而这无疑会增加计算量。
在第二种方法中，可见光(或红外光)透过分光镜，同时红外光(或可见光)被同一个分光镜反射。由于可见光相机和红外相机本质上是共轴的，所以可见光相机与红外相机之间不会产生视差。但是在这种结构下，由于反光镜的尺寸在设计时必须大于相机的视野角，因此***比较笨重且不易小型化。
发明内容
鉴于以上情形，希望提供具有相同视野角且能够实现小型化的多模相机以及应用于其的拍摄至少两种波段光线的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种相机装置，包括：第一相机，包括接收包括第一波段的光线的第一镜头；第二相机，包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头，且所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置；以及抛物面镜，放置在所述第一镜头和所述第二镜头之间，且能够透射包括所述第一波段的光线，并同时反射包括所述第二波段的光线，其中所述第一相机是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头，所述第二相机和所述抛物面镜构成折反射相机，并且其中所述非鱼眼镜头的孔径光阑位置与所述抛物面镜的焦点被配置为重合。
优选地，根据本发明实施例的相机装置可以进一步包括：第一处理器，用于联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p，并基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s：
Figure BDA0001237783620000021
s＝f-p…(2)
其中f为所述抛物面镜的焦距，y1为第一物体的高度，y2为第二物体的高度，x1为所述第一物体所成的像的高度，x2为所述第二物体所成的像的高度，l1为所述第一物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，l2为所述第二物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，k为所述非鱼眼相机中的成像器件与所述孔径光阑之间的距离。
优选地，根据本发明实施例的相机装置可以进一步包括：挡光板，设置在所述抛物面镜前表面中心部位，用于遮挡所述抛物面镜的一部分曲面，以阻止光线经由所述抛物面镜的该部分曲面反射或透射至所述第一相机和所述第二相机。
优选地，根据本发明实施例的相机装置可以进一步包括：第二处理器，用于基于以下公式确定所述挡光板的尺寸：
Figure BDA0001237783620000031
其中定义一坐标系，其坐标原点位于所述抛物面镜的顶点，z轴表示所述折反射相机和所述非鱼眼相机共同的光轴，x轴与z轴垂直且二者相交于坐标原点，且(z1,x1)为所述挡光板的一端在所述坐标系中的坐标值，并且
其中f为所述抛物面镜的焦距，θ为所述第二相机的边缘所对应的半视野角。
优选地，在根据本发明实施例的相机装置中，所述折反射相机为物体侧远心光学***。
优选地，在根据本发明实施例的相机装置中，所述第一波段的光线为可见光，所述第二波段的光线包括近红外光线、短波红外光线、中波红外光线和长波红外光线中的一种，或者所述第二波段的光线为可见光，所述第一波段的光线包括近红外光线、短波红外光线、中波红外光线和长波红外光线中的一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于拍摄至少两种波段光线的方法，包括：将入射光照射到放置在第一镜头和第二镜头之间的抛物面镜；通过所述抛物面镜，透射包括所述第一波段的光线，并同时反射包括所述第二波段的光线；通过包括接收包括第一波段的光线的第一镜头的第一相机接收所述第一波段的光线；通过包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头的第二相机接收所述第二波段的光线，且所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置；将接收的第一波段的光线和第二波段的光线进行光电转换，并形成图像，其中所述第一相机是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头，所述第二相机和所述抛物面镜构成折反射相机，并且其中所述非鱼眼镜头的孔径光阑位置与所述抛物面镜的焦点被配置为重合。
优选地，在根据本发明实施例的方法中，在将入射光照射到放置在第一镜头和第二镜头之间的抛物面镜的步骤之前，进一步包括：通过联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p，并基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s：
Figure BDA0001237783620000041
s＝f-p…(2)
其中f为所述抛物面镜的焦距，y1为第一物体的高度，y2为第二物体的高度，x1为所述第一物体所成的像的高度，x2为所述第二物体所成的像的高度，l1为所述第一物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，l2为所述第二物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，k为所述非鱼眼相机中的成像器件与所述孔径光阑之间的距离。
优选地，根据本发明实施例的方法可以进一步包括：在所述抛物面镜前表面中心部位设置一挡光板，用于遮挡所述抛物面镜的一部分曲面，以阻止光线经由所述抛物面镜的该部分曲面反射或透射至所述第一相机和所述第二相机。
优选地，根据本发明实施例的方法可以进一步包括：基于以下公式确定所述挡光板的尺寸：
Figure BDA0001237783620000042
其中定义一坐标系，其坐标原点位于所述抛物面镜的顶点，z轴表示所述折反射相机和所述非鱼眼相机共同的光轴，x轴与z轴垂直且二者相交于坐标原点，且(z1,x1)为所述挡光板的一端在所述坐标系中的坐标值，并且其中f为所述抛物面镜的焦距，θ为所述第二相机的边缘所对应的半视野角。
在所述相机装置和方法中，通过采用第一相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点设置为重合的配置来实现相同的视野范围。由于抛物面镜与两个相机面对面放置的配置，可以在实现相同的视野范围的同时确保装置的小型化。此外，通过在抛物面镜上进一步放置挡光板，可以有效地防止非鱼眼相机拍摄到折反射相机，同时也可以防止折反射相机拍摄到它自己。
附图说明
图1是图示根据现有技术的多模相机的一种实施方式的示意图；
图2是图示根据现有技术的多模相机的另一种实施方式的示意图；
图3是图示根据本发明实施例的相机装置的基本构思的示意图；
图4A和图4B分别单独示出了折反射相机***和非鱼眼相机***的光路的示意图；
图5A和图5B分别示出了根据本发明实施例的相机装置在不相同视野角和相同视野角时的情况；
图6是图示用于确定非鱼眼相机和抛物面镜的位置关系的示意图；
图7是图示用于确定挡光板尺寸的示意图；以及
图8是图示根据本发明实施例的用于拍摄至少两种波段的光线的方法的流程的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。
首先，将参照图3描述根据本发明实施例的相机装置的基本构思。如图3所示，相机装置300包括：第一相机301、第二相机302和抛物面镜303。第一相机301包括接收包括第一波段的光线的第一镜头。第二相机302包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头。与现有技术中的两个相机并排放置或垂直放置不同，在本发明的相机装置中，所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置。抛物面镜303放置在所述第一镜头和所述第二镜头之间，且能够透射包括所述第一波段的光线，并同时反射包括所述第二波段的光线。
在一个实施例中，抛物面镜303的材料可以是锗，硫化锌等，并加上表面镀膜，从而实现透射包括一个波段的光且同时反射包括另一个波段的光，例如双面镜、或单向透视玻璃等等。其化学制造工艺在此不详述。注意，抛物面镜303可以同时透射和反射所有光，即包括第一波段的光和第二波段的光的各种波段的光，而利用两个相机的不同接收能力来分别接收第一波段和第二波段的光，在这种情况下抛物面镜303的制造工艺可以相对简单。但是随着工艺的改进和发展，抛物面镜303也可能(已经)具备在透射时，仅透射第一波段的光，而在反射时，仅反射第二波段的光。因此，在任一种情况下，本方案都是可实施的。
在相机装置300中，第二相机302和抛物面镜303构成折反射相机，如图4A所示。由于抛物面镜303的光学特性，延长线经过抛物面镜303的焦点5的入射光线4被抛物面镜303反射为平行于第二相机302的光轴的光线后再入射到第二相机302。
在描述根据本发明的实施例之前，首先描述半视野角的概念。在图4A所示的折反射相机中，半视野角6(θ)是由入射光和反射后的主光线所成的角。
另外，图4B单独示出了第一相机301。特别需要指出的是，为了便于下文中将要描述的计算，入射至第一相机的孔径光阑9的主光线4不能改变其传播方向，即不能被弯折，因此在本发明中，第一相机301必须是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头。在图4B所示的非鱼眼相机中，半视野角10(γ)是由经抛物面镜303透射后的主光线4和光轴11所成的角。
当对于从同一物点发出的光线4，在图4A所示的折反射相机***中的半视野角6(θ)与在图4B所示的非鱼眼相机***中的半视野角10(γ)相等时，我们认为这两个相机的视野角相同，即不会有视差产生。
图5A和图5B分别示出了根据本发明实施例的相机装置在不相同视野角和相同视野角时的情况。
如图5A所示，针对同一物点，第二相机302的半视野角为θ。当第一相机301的孔径光阑9与抛物面镜303的焦点5不重合时，针对该同一物点，第一相机301的半视野角为γ1。而根据几何知识可知，在图5A中，θ＝γ2，且γ1≠γ2。从而，θ≠γ1。也就是说，第一相机301与第二相机302的视野角不同，将会存在视差。
相比之下，如图5B所示，将第一相机301的孔径光阑9与抛物面镜303的焦点5设置为重合。从而，第一相机301的半视野角γ与第二相机302的半视野角θ相同，即不会有视差产生。
因此，在根据本发明实施例的相机装置中，通过将第一相机和第二相机面对面放置，并经由相对于第一相机适当放置的抛物面镜将所述两个相机调整为相同的视野范围，从而不会有视差产生。此外，这种设计可以减小***整体尺寸，有利于实现装置的小型化。
在一个实施例中，在折反射相机中，入射主光线4由抛物面镜303反射，然后与光轴平行地传输到第二相机302的传感器上。第二相机302的孔径光阑位于其透镜的后侧焦点位置。从而，折反射相机是一个物体侧远心光学***。
为了确保第一相机与第二相机具有相同的视野角，第一相机与抛物面镜之间的位置关系是固定的。但是第二相机与抛物面镜之间的距离是可变的。当第二相机与抛物面镜之间的距离较小时，第二相机的盲区较大，而当第二相机与抛物面镜之间的距离较大时，第二相机的盲区较小。当根据实际的使用需求调整第二相机与抛物面镜之间的距离时，物体侧远心光学***能够保证第二相机所拍摄的图像与调整前所拍摄的图像相比不会有太大的变化(如，放大倍率几乎不会改变)
接下来，对于第一波段和第二波段的选择，给出以下示例。
例如，假设第一波段是可见光的波段，而第二波段是属于不可见光的长波红外线波段。如此，通过如图3所示设置抛物面镜303，使得其透射包括可见光波段的光以照射在第一相机301的第一镜头上，而同时使得其反射包括远红外线波段的光以照射到第二相机302的第二镜头上，而如此相同视野中的相同的光中的不同波段的光分别被第一相机301的第一镜头和第二相机302的第二镜头所拍摄。如此，在光照条件较好的白天，可呈现由第一相机301的第一镜头接收可见光波段拍摄的视频或照片，同时由第二相机302的第二镜头接收可见光波段拍摄的视频或照片也存在但可以不呈现，或也可以与可见光波段的视频或照片一起进行某种图像处理再输出给用户，而在光照条件不好的夜晚、阴天等，可呈现由第二相机的第二镜头接收远红外线拍摄的视频或照片，使得能够捕捉到远红外线成像的物体，这在人物检测、安全监视等领域可以有重要的应用。
当然，在另一实施例中，假设第一波段是属于不可见光的长波红外线波段，而第二波段是可见光的波段。如此，通过如图3所示设置抛物面镜303，使得其透射包括属于不可见光波段的远红外线的光以照射在第一相机301的第一镜头上，而同时使得其反射包括可见光波段的光以照射到第二相机302的第二镜头上。
在一个实施例中，接收包括(远、中)红外线的波段的光的相机可以是热成像相机等。而接收包括近红外线和可见光的相机可以是普通的电荷耦合器件CCD、互补金属氧化物半导体CMOS相机等。
当然，第一波段和第二波段的选择不限于以上示例。更广泛地，例如，所述第一波段的光线可以为可见光，所述第二波段的光线可以包括近红外光线、短波红外光线、中波红外光线和长波红外光线中的一种。或者，所述第二波段的光线为可见光，所述第一波段的光线包括近红外光线、短波红外光线、中波红外光线和长波红外光线中的一种。
除此以外，第一波段的光和第二波段的光实际上可以是任意范围的波段的光，而不一定是可见光和不可见光之分，也可以是紫外光、从某个波段到某个波段的光(例如，从红到蓝的波段的光)等等，在此并不限制。只是在一般情况下，拍摄可见光、长波红外线光、短波红外线光或中波红外线光的仪器是比较常见的，因此不需要大幅改变仪器本身的结构和配置，采用可见光和长波红外线光以及短波红外线光和中波红外线光能够更简单且高效地实现在不同光照条件下的拍摄和监视的技术方案。
在上文中描述了根据本发明实施例的相机装置采用第一相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点设置为重合的配置来实现相同的视野范围。为了实现第一相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点重合，需要确定抛物面镜和非鱼眼相机应该如何摆放，即：确定从抛物面镜的顶点到非鱼眼相机(即，第一相机)前端中心位置的距离，以便基于该距离摆放抛物面镜和非鱼眼相机。
接下来，将参照图6详细描述该距离的计算过程。在相机装置300中，该计算过程是由第一处理器(附图中未图示)完成的。
为了便于描述，图6仅示出了抛物面镜和第一相机，而并未示出第二相机。如图6所示，第一相机的孔径的中心位于抛物面镜的焦点位置。首先，对图6中所示的各字母所表示的含义解释如下。s为从抛物面镜顶点到非鱼眼相机前端中心的距离，是我们所要求解的未知量。f为所述抛物面镜的焦距，是已知量。y1为第一物体的高度，y2为第二物体的高度。这里的第一物体和第二物体是两个协助测量的真实物体。第一物体的高度和第二物体的高度可以通过测量确定，为已知量。x1为所述第一物体所成的像的高度，x2为所述第二物体所成的像的高度。例如，像的高度可以通过如下方式确定。首先，确定像所对应的纵向上(即，高度方向上)的像素数。然后，基于图像传感器的尺寸(纵向最大尺寸)和图像传感器的分辨率(纵向最大像素数)之间的比例关系，可以将高度方向上的像素数换算为高度。从而，第一物体和第二物体所成的像的高度也是已知量。l1为所述第一物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，l2为所述第二物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离。l1和l2都可以通过测量确定，为已知量。k为所述非鱼眼相机中的成像器件与所述孔径光阑之间的距离，为未知量。p为所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离，为未知量。
通过相似三角形的比例关系可以得到如下方程组(1)。其中，如上所述，x1、y1、x2、y2、l1、l2为已知量，p和k为未知量。联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p。
Figure BDA0001237783620000091
然后，基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s。
s＝f-p…(2)
另外，在图6中，第一物体的物点1和第二物体的物点2所对应的半视野角分别通过如下公式(3)和(4)计算。
Figure BDA0001237783620000092
Figure BDA0001237783620000093
从以上的计算过程可以看出，为了求得抛物面镜的顶点与非鱼眼相机前端中心点之间的距离s，关键是求得所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p。用于确定p的测量仅针对非鱼眼相机进行。也就是说，当进行x1、y1、x2、y2、l1、l2的测量时，先不放置抛物面镜。在测量得到x1、y1、x2、y2、l1、l2的值进而求得p之后，可以求得抛物面镜的顶点与非鱼眼相机前端中心点之间的距离s。此后，基于距离s来相对于非鱼眼相机放置抛物面镜。如此放置的非鱼眼相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点重合，并且第二相机和非鱼眼相机(第一相机)的视野角相同。
另外，在根据本发明实施例的相机装置中，由于第一相机和第二相机面对面放置，因此当拍摄图像时，第二相机的图像出现在第一相机所拍摄的图像中，并且第一相机的图像也出现在第二相机所拍摄的图像中。作为更优选的实施方式，希望将不应该出现的第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除。例如，可以通过后期图像处理的方式将第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除。或者，也可以通过修改相机装置的硬件配置的方式将第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除。
接下来，将参照图7详细描述通过修改相机装置的硬件配置的方式将第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除的实施例。
为了便于描述，图7仅示出了由第二相机302和抛物面镜303组成的折反射相机，而并未示出第一相机301。如图7所示，根据本发明实施例的相机装置还可以进一步包括：挡光板701，设置在所述抛物面镜前表面中心部位，用于遮挡所述抛物面镜的一部分曲面，以阻止光线经由所述抛物面镜的该部分曲面反射或透射至所述第一相机和所述第二相机。
挡光板701的尺寸不能过小，否则将不能完全避免在所拍摄的图像中出现第一相机的图像和第二相机的图像的情况。而且，挡光板701的尺寸也不能过大，否则将会过多地遮挡正常反射或透射的光线，进而缩小第一相机和第二相机的视野范围。因此，需要适当地设置挡光板701的尺寸。
下面将详细描述确定挡光板701的尺寸的过程。该过程是由第二处理器(附图中未图示)完成的。这里的第二处理器与上文中所述的第一处理器可以是同一个处理器。
如图7所示，首先定义一坐标系，其坐标原点位于所述抛物面镜的顶点，z轴表示所述折反射相机和所述非鱼眼相机共同的光轴，x轴与z轴垂直且二者相交于坐标原点，且(z1,x1)为所述挡光板的一端在所述坐标系中的坐标值。
抛物面镜的焦距为f，且抛物面镜的表面方程为：
X2＝4fZ…(5)
如图7所示，可以画一条直线经过折反射相机的边缘。这条线定义了一条边界线，超过这条边界线则非鱼眼相机不会拍摄到折反射相机。这条线与抛物面镜相交且穿过抛物面镜的焦点，因此它是一条主光线。它与抛物面镜的焦点为(z1，x1)，其直线方程为：
X＝-tanθZ+ztanθ…(6)
其中θ是以第二相机边缘作为物点的半视野角，其可以基于上文中所述的公式(3)和(4)来计算，并且z＝f，f为抛物面镜的焦距。
接下来，(z1，x1)可以由联立公式(5)和公式(6)来算出。
Figure BDA0001237783620000101
当然，图7中所示的挡光板的设置仅为示例。本领域的技术人员应该理解，挡光板的设置部位和形状可以是任意的，只要能够遮挡住经过折反射相机的边缘的界线以内的光线即可。例如，挡光板也可以不是贴合抛物面镜的曲线的曲面板，而可以是架设在点(z1，x1)与其关于Z轴的对称点之间的直板。
在上文中，已经参照图3到图7详细描述了根据本发明实施例的相机装置。接下来，将参照图8描述根据本发明实施例的用于拍摄至少两种波段光线的方法，该方法应用于根据本发明实施例的相机装置。
如图8所示，方法800包括：步骤S801，将入射光照射到放置在第一镜头和第二镜头之间的抛物面镜；步骤S802，通过所述抛物面镜，透射包括所述第一波段的光线，并同时反射包括所述第二波段的光线；步骤S803，通过包括接收包括第一波段的光线的第一镜头的第一相机接收所述第一波段的光线；步骤S804，通过包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头的第二相机接收所述第二波段的光线，且所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置；步骤S805，将接收的第一波段的光线和第二波段的光线进行光电转换，并形成图像。
其中，所述第一相机是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头，所述第二相机和所述抛物面镜构成折反射相机，并且其中所述非鱼眼镜头的孔径光阑位置与所述抛物面镜的焦点被配置为重合。
为了实现第一相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点重合，需要确定抛物面镜和非鱼眼相机应该如何摆放，即：确定从抛物面镜的顶点到非鱼眼相机(即，第一相机)前端中心位置的距离，以便基于该距离摆放抛物面镜和非鱼眼相机。
因此，在步骤S801之前，需要确定从抛物面镜的顶点到非鱼眼相机(即，第一相机)前端中心位置的距离，并基于该距离摆放抛物面镜和非鱼眼相机。也就是说，在步骤S801之前，所述方法进一步包括：步骤S806(图中未示出)，通过联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p，并基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s：
Figure BDA0001237783620000121
s＝f-p…(2)
具体地，s为从抛物面镜顶点到非鱼眼相机前端中心的距离，是我们所要求解的未知量。f为所述抛物面镜的焦距，是已知量。y1为第一物体的高度，y2为第二物体的高度。这里的第一物体和第二物体是两个协助测量的真实物体。第一物体的高度和第二物体的高度可以通过测量确定，为已知量。x1为所述第一物体所成的像的高度，x2为所述第二物体所成的像的高度。例如，像的高度可以通过如下方式确定。首先，确定像所对应的纵向上(即，高度方向上)的像素数。然后，基于图像传感器的尺寸(纵向最大尺寸)和图像传感器的分辨率(纵向最大像素数)之间的比例关系，可以将高度方向上的像素数换算为高度。从而，第一物体和第二物体所成的像的高度也是已知量。l1为所述第一物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，l2为所述第二物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离。l1和l2都可以通过测量确定，为已知量。k为所述非鱼眼相机中的成像器件与所述孔径光阑之间的距离，为未知量。p为所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离，为未知量。
通过相似三角形的比例关系可以得到方程组(1)。其中，如上所述，x1、y1、x2、y2、l1、l2为已知量，p和k为未知量。联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p。
然后，基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s。
为了求得抛物面镜的顶点与非鱼眼相机前端中心点之间的距离s，关键是求得所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p。用于确定p的测量仅针对非鱼眼相机进行。也就是说，当进行x1、y1、x2、y2、l1、l2的测量时，先不放置抛物面镜。在测量得到x1、y1、x2、y2、l1、l2的值进而求得p之后，可以求得抛物面镜的顶点与非鱼眼相机前端中心点之间的距离s。此后，基于距离s来相对于非鱼眼相机放置抛物面镜。如此放置的非鱼眼相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点重合，并且第二相机和非鱼眼相机(第一相机)的视野角相同。
另外，由于第一相机和第二相机面对面放置，因此当拍摄图像时，第二相机的图像出现在第一相机所拍摄的图像中，并且第一相机的图像也出现在第二相机所拍摄的图像中。作为更优选的实施方式，希望将不应该出现的第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除。例如，可以通过后期图像处理的方式将第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除。或者，也可以通过修改相机装置的硬件配置的方式将第一相机和第二相机的图像从所拍摄的图像中去除。
在一个实施例中，所述方法可以进一步包括：步骤S807(图中未示出)，在所述抛物面镜前表面中心部位设置一挡光板，用于遮挡所述抛物面镜的一部分曲面，以阻止光线经由所述抛物面镜的该部分曲面反射或透射至所述第一相机和所述第二相机。
挡光板的尺寸不能过小，否则将不能完全避免在所拍摄的图像中出现第一相机的图像和第二相机的图像的情况。而且，挡光板的尺寸也不能过大，否则将会过多地遮挡正常反射或透射的光线，进而缩小第一相机和第二相机的视野范围。因此，需要适当地设置挡光板的尺寸。
为了确定合适的挡光板尺寸，所述方法可以进一步包括：步骤S808(图中未示出)，基于以下公式确定所述挡光板的尺寸：
Figure BDA0001237783620000131
具体地，首先定义一坐标系，其坐标原点位于所述抛物面镜的顶点，z轴表示所述折反射相机和所述非鱼眼相机共同的光轴，x轴与z轴垂直且二者相交于坐标原点，且(z1,x1)为所述挡光板的一端在所述坐标系中的坐标值。
抛物面镜的焦距为f，且抛物面镜的表面方程为：
X2＝4fZ…(5)
如图7所示，可以画一条直线经过折反射相机的边缘。这条线定义了一条边界线，超过这条边界线则非鱼眼相机不会拍摄到折反射相机。这条线与抛物面镜相交且穿过抛物面镜的焦点，因此它是一条主光线。它与抛物面镜的焦点为(z1，x1)，其直线方程为：
X＝-tanθZ+ztanθ…(6)
其中θ是以第二相机边缘作为物点的半视野角，其可以基于上文中所述的公式(3)和(4)来计算，并且z＝f，f为抛物面镜的焦距。
接下来，(z1，x1)可以由联立公式(5)和公式(6)来算出。
Figure BDA0001237783620000141
迄今为止，已经参照图1到图8详细描述了根据本发明实施例的相机装置和方法。在所述相机装置和方法中，通过采用第一相机的孔径光阑与抛物面镜的焦点设置为重合的配置来实现相同的视野范围。由于抛物面镜与两个相机面对面放置的配置，可以在实现相同的视野范围的同时确保装置的小型化。此外，通过在抛物面镜上进一步放置挡光板，可以有效地防止非鱼眼相机拍摄到折反射相机，同时也可以防止折反射相机拍摄到它自己。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过软件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种相机装置，包括：
第一相机，包括接收包括第一波段的光线的第一镜头；
第二相机，包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头，且所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置；以及
抛物面镜，放置在所述第一镜头和所述第二镜头之间，且能够透射包括所述第一波段的光线，并同时反射包括所述第二波段的光线，
其中所述第一相机是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头，所述第二相机和所述抛物面镜构成折反射相机，并且
其中所述非鱼眼镜头的孔径光阑位置与所述抛物面镜的焦点被配置为重合。
2.根据权利要求1所述的相机装置，进一步包括：
第一处理器，用于通过联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p，并基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s：
Figure FDA0002440609000000011
s＝f-p …(2)
其中f为所述抛物面镜的焦距，y1为第一物体的高度，y2为第二物体的高度，x1为所述第一物体所成的像的高度，x2为所述第二物体所成的像的高度，l1为所述第一物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，l2为所述第二物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，k为所述非鱼眼相机中的成像器件与所述孔径光阑之间的距离。
3.根据权利要求1所述的相机装置，进一步包括：
挡光板，设置在所述抛物面镜前表面中心部位，用于遮挡所述抛物面镜的一部分曲面，以阻止光线经由所述抛物面镜的该部分曲面反射或透射至所述第一相机和所述第二相机。
4.根据权利要求3所述的相机装置，进一步包括：
第二处理器，用于基于以下公式确定所述挡光板的尺寸：
Figure FDA0002440609000000021
其中定义一坐标系，其坐标原点位于所述抛物面镜的顶点，z轴表示所述折反射相机和所述非鱼眼相机共同的光轴，x轴与z轴垂直且二者相交于坐标原点，且(z1,x1)为所述挡光板的一端在所述坐标系中的坐标值，并且
其中f为所述抛物面镜的焦距，θ为所述第二相机的边缘所对应的半视野角。
5.根据权利要求1所述的相机装置，其中所述折反射相机为物体侧远心光学***。
6.根据权利要求1所述的相机装置，其中，所述第一波段的光线为可见光，所述第二波段的光线包括近红外光线、短波红外光线、中波红外光线和长波红外光线中的一种，或者
所述第二波段的光线为可见光，所述第一波段的光线包括近红外光线、短波红外光线、中波红外光线和长波红外光线中的一种。
7.一种用于拍摄至少两种波段光线的方法，包括：
将入射光照射到放置在第一镜头和第二镜头之间的抛物面镜；
通过所述抛物面镜，透射包括第一波段的光线，并同时反射包括第二波段的光线；
通过包括接收包括第一波段的光线的第一镜头的第一相机接收所述第一波段的光线；
通过包括接收包括与第一波段不同的第二波段的光线的第二镜头的第二相机接收所述第二波段的光线，且所述第二镜头与所述第一相机的第一镜头面对面放置；
将接收的第一波段的光线和第二波段的光线进行光电转换，并形成图像，
其中所述第一相机是非鱼眼相机，且所述第一镜头为非鱼眼镜头，所述第二相机和所述抛物面镜构成折反射相机，并且
其中所述非鱼眼镜头的孔径光阑位置与所述抛物面镜的焦点被配置为重合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在将入射光照射到放置在第一镜头和第二镜头之间的抛物面镜的步骤之前，进一步包括：
通过联立方程组(1)来确定所述非鱼眼镜头的孔径光阑与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离p，并基于公式(2)来确定所述抛物面镜的顶点与所述非鱼眼相机前端中心点之间的距离s：
Figure FDA0002440609000000031
s＝f-p …(2)
其中f为所述抛物面镜的焦距，y1为第一物体的高度，y2为第二物体的高度，x1为所述第一物体所成的像的高度，x2为所述第二物体所成的像的高度，l1为所述第一物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，l2为所述第二物体与所述非鱼眼相机前端中心点的距离，k为所述非鱼眼相机中的成像器件与所述孔径光阑之间的距离。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
在所述抛物面镜前表面中心部位设置一挡光板，用于遮挡所述抛物面镜的一部分曲面，以阻止光线经由所述抛物面镜的该部分曲面反射或透射至所述第一相机和所述第二相机。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
基于以下公式确定所述挡光板的尺寸：
Figure FDA0002440609000000032
其中定义一坐标系，其坐标原点位于所述抛物面镜的顶点，z轴表示所述折反射相机和所述非鱼眼相机共同的光轴，x轴与z轴垂直且二者相交于坐标原点，且(z1,x1)为所述挡光板的一端在所述坐标系中的坐标值，并且
其中f为所述抛物面镜的焦距，θ为所述第二相机的边缘所对应的半视野角。
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