CN110072045B - 镜头、摄像头及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种镜头、摄像头及电子设备。其中，镜头设置于摄像头，所述镜头的光学畸变为负值，其中，所述镜头的光学畸变满足预设曲线，在所述预设曲线中，所述镜头的光学畸变的绝对值与视场角度正相关。本申请实施例通过采用上述技术方案，提供了满足预设曲线的负畸变的镜头，通过物理方式对拍摄形成的3D畸变进行补偿，替代了后期通过矫正算法进行补偿的方式，降低了3D畸变的矫正难度，同时打破了现有技术中降低镜头光学畸变的思维，降低了镜头生产过程中光学畸变设计的成本。

Description

镜头、摄像头及电子设备

技术领域

本申请实施例涉及移动终端技术领域，尤其涉及一种镜头、摄像头及电子设备。

背景技术

随着手机、平板电脑和智能摄像机等电子设备的不断发展，上述电子设备上均具备摄像功能，用于对摄像功能的要求也越来越高。

广角镜头具有较大的视场角，通常可大于100°，被广泛应用在电子设备中，以提高拍摄图像的广角。但是广角镜头在拍照时，会存在明显的3D畸变，即边缘的景物被拉伸，物体的形状和比例均会发生变化。参见图1A，图1A是3D畸变产生原理示意图，根据图1A可知当通过摄像头将三维物体向二维平面投影时，轴外视场的物体，由于有θ角存在，投影到二维平面会被拉伸，图1A中显然可得到b1＞a1，即使在理想的光学***中，不存在任何像差，3D畸变也是存在的，且视场越大越明显。示例性的，参见图1B和图1C，图1B为理想无变形的人脸图像，图1C为实际拍摄时存在3D畸变的图像。根据图1B和图1C可知，实际拍摄的图像中边缘被拉伸。

3D畸变在很大程度上取决于三维物体本身的三维立体形状以及他的深度信息。它对于不同的物体3D畸变的结果是不同的，如面部，球等。目前，一般是通过算法对3D畸变进行补偿，但只能对特定的场景进行校准和补偿，无法对所有场景进行准确补偿。

发明内容

本申请实施例提供一种镜头、摄像头及电子设备，。

第一方面，本申请实施例提供了一种镜头，配置于摄像头，所述镜头的光学畸变为负值，其中，所述镜头的光学畸变满足预设曲线，在所述预设曲线中，所述镜头的光学畸变的绝对值与视场角度正相关。

第二方面，本申请实施例提供了一种摄像头，包括如本申请任一实施例提供的镜头。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括如本申请任一实施例提供的摄像头。

本申请实施例中提供的满足预设曲线的负畸变的镜头，通过物理方式对拍摄形成的3D畸变进行补偿，替代了后期通过矫正算法进行补偿的方式，降低了3D畸变的矫正难度，同时打破了现有技术中降低镜头光学畸变的思维，降低了镜头生产过程中光学畸变设计的成本。

附图说明

图1A是3D畸变产生原理示意图；

图1B为理想无变形的人脸图像的示意图；

图1C为实际拍摄时存在3D畸变的图像的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种镜头的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的镜头的光学畸变的曲线示意图；

图4是本申请实施例提供的一种摄像头的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种摄像头的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一个电子设备的结构示意图；

图7是基于配置有本申请提供的摄像头的电子设备拍摄的图像示例。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

图2为本申请实施例提供的一种镜头的结构示意图，该镜头配置于摄像头，用于对射入镜头的光线进行折射处理。其中，该镜头的光学畸变为负值，所述镜头的光学畸变满足预设曲线。

光学畸变是光学***产生的像差带来的，会使拍照时拍出来的照片发生形变，可通过改变镜头中各个镜片的材料特性、曲率半径、厚度、面型、镜片的组合的参数调节镜头的光学畸变。现有技术中，在镜头生产过程中，致力于减小镜头的光学畸变，但随着大广角的拍摄需求，广角光学***的设计难度不断增大(要求很小的光学畸变)，需耗费大量的精力、技术和成本。本申请中，采用与现有技术中相反的技术思路，无需降低镜头的光学畸变，并通过光学畸变抵消拍摄过程中形成的3D畸变，降低了光学***的设计难度和成本的基础上，降低了拍摄图像的3D畸变，提高了图像质量。

其中，由于存在3D畸变，在图像拍摄时被拍摄对象被拉伸，可知3D畸变为正值。通过将镜头的光学畸变设置为负值，在进行图像拍摄时，基于镜头本身的负畸变补偿拍摄过程中形成的3D畸变，避免拍摄图像中被拍摄对象被拉伸，对任意拍摄对象均可到达高质量3D畸变的补偿，替代了相关技术中仅能3D畸变的矫正算法对规则物体进行准确矫正，难以对诸如人脸的不规则拍摄对象准确矫正的问题。

根据3D畸变的形成原因，视场角度越大，被拍摄物体的3D畸变越大，即被拍摄物体与视场中心的距离越大，3D畸变越大。3D畸变随视场角度变化，相应的，为了对3D畸变进行补偿，镜头的光学畸变满足预设曲线，该预设曲线可以是根据3D畸变的变化趋势确定，即各视场角度的光学畸变根据该视场角度的3D畸变确定，可选的，视场角度的光学畸变的绝对值与该视场角度的3D畸变正相关。可选的，光学畸变的预设曲线可以是与3D畸变的变化曲线以视场中心为镜像，即光学畸变的绝对值的预设曲线可以是与3D畸变的变化曲线相同。示例性的，参见图3，图3是本申请实施例提供的镜头的光学畸变的曲线示意图。由图3可知，在所述预设曲线中，镜头的光学畸变的绝对值与视场角度正相关，视场中心的光学畸变为0，光学畸变的绝对值随视场角度的增大而增大，用于补偿随着视场角度变化的3D畸变。可选的，在所述预设曲线中，任一视场角度的光学畸变的绝对值大于所述任一视场角度对应的预设值，所述视场角度为100°时，光学畸变的绝对值大于5％；所述视场角度为110°时，光学畸变的绝对值大于15％；所述视场角度为120°时，光学畸变的绝对值大于20％；所述视场角度为130°时，光学畸变的绝对值大于30％。可选的，任一视场角度的光学畸变的绝对值设置有范围值，示例性的，100°视场角度对应的光学畸变大于5％，且小于10％，110°视场角度对应的光学畸变大于15％，且小于20％，120°视场角度对应的光学畸变大于20％，且小于25％，130°视场角度对应的光学畸变大于30％，且小于35％。本实施例中，镜头的光学设计打破现有的设计理念(降低光学畸变)，将镜头的光学畸变的绝对值随视场角度增大，降低了广角光学***的设计难度。

需要说明的是，本实施例中，不限定镜头的光学设计参数，镜头中各个镜头的参数组合满足镜头的光学畸变为负，且该负畸变符合预设曲线即可。

本申请实施例提供的镜头，通过满足预设曲线的负畸变的镜头，通过物理方式对拍摄形成的3D畸变进行补偿，替代了后期通过矫正算法进行补偿的方式，降低了3D畸变的矫正难度，同时打破了现有技术中降低镜头光学畸变的思维，降低了镜头生产过程中光学畸变设计的成本。

上述镜头由多个透镜组成，参见图2，图2中的镜头包括沿光轴从物面到像面依次同轴设置的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜120、第四透镜140、第五透镜150和第六透镜160，第一透镜110、第二透镜120、第三透镜120、第四透镜140、第五透镜150和第六透镜160均为非球面透镜。可选的，第一透镜110和第五透镜150为负光焦度的凹透镜，第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第六透镜160和为正光焦度的凸透镜。可选的，第一透镜110的凹面朝向像面，第五透镜150的凹面朝向物面。需要说明的是，本申请中不限定第一透镜110、第二透镜120、第三透镜120、第四透镜140、第五透镜150和第六透镜160的形状、厚度、曲率半径等参数，其参数组合可满足镜头的光学畸变为负，且该负畸变符合预设曲线即可。

在一些实施例中，第一透镜的中心厚度可以是0.28mm-0.36mm，第二透镜的中心厚度可以是0.14mm-0.22mm，第三透镜的中心厚度可以是0.45mm-0.55mm，第四透镜的中心厚度可以是0.58mm-0.71mm，第五透镜的中心厚度可以是0.19mm-0.27mm，第六透镜的中心厚度可以是0.49mm-0.60mm。

可选的，所述镜头还包括第一光阑和第二光阑，其中，所述第一光阑设置在所述第一透镜和第二透镜之间，所述第二光阑设置在所述第三透镜和第四透镜之间。通过第一光阑和第二光阑用于滤除孔径外的光线，避免多余光线对图像的干扰，提高图像质量。

在本实施例中，第一透镜110、第二透镜120、第三透镜120、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160、第一光阑以及第二光阑通过隔片或者垫片进行固定，其中，隔片或者垫片的厚度根据相邻元件的空隙需求确定。

参见图4，图4是本申请实施例提供的一种摄像头的结构示意图，该摄像头200包括上述任一实施例提供的镜头100，通过配置有上述镜头的摄像头进行图像拍摄，可通过镜头的负畸变消除图像的3D畸变，无需通过3D畸变矫正算法进行后期处理，同时镜头负畸变对3D畸变的补偿具有普适性，可对拍摄的任意对象的3D畸变进行准确补偿，避免了矫正算法中对不规则复杂对象无法进行准确矫正的问题。进一步的，由于存在光学畸变的光学***的设计难度小，相应的，降低了镜头的设计成本，降低了摄像头的设计成本。

在上述实施例的基础上，参见图5，图5是本申请实施例提供的另一种摄像头的结构示意图。图5中摄像头200包括镜头100、IR片210、镜头支撑和马达220、图像传感器230、电路板240以及设置在电路板240上的电阻、电容等元电子件250，其中，镜头100用于对入射光纤进行折射，IR片210用于滤除光线中的红外线，镜头支撑和马达220用于对镜头进行支持，以及控制镜头的伸缩，图像传感器230用于将光信号转换为电信号，例如可以是CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)或者CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)，电路板240上设置有集成电路，该集成电路有多个电阻、电容等元电子件250组合而成，用于对图像电信号进行处理，生成拍摄图像。

参见图6，图6是本申请实施例提供的一个电子设备的结构示意图，该电子设备包括上述任一实施提供的摄像头。其中，电子设备可以是手机、平板电脑、智能手表、智能眼镜、智能摄像机等配置有摄像头的终端设备。通过在电子设备中配置上述摄像头200，通过镜头的负畸变消除图像的3D畸变，无需通过3D畸变矫正算法进行后期处理，同时镜头负畸变对3D畸变的补偿具有普适性，可对拍摄的任意对象的3D畸变进行准确补偿，避免了矫正算法中对不规则复杂对象无法进行准确矫正的问题。进一步的，由于存在光学畸变的光学***的设计难度小，相应的，降低了电子设备的制造成本。

在上述实施例的基础上，电子设备还包括处理器，该处理器用于对摄像头拍摄的图像进行光学畸变的补偿。本实施例中，通过镜头的光学畸变抵消3D畸变，但是在消除3D畸变的同时，引入了光学畸变。示例性的，参见图1C和图7，其中，图1C中可明显看到图像边缘的两个拍摄对象对拉伸，存在3D畸变。图7是基于配置有本申请提供的摄像头的电子设备拍摄的图像示例，图7实线范围为实际拍摄图像内容，虚线部分为图像边框，实线和虚线之间的范围可以是由于光学畸变导致的白色区域或黑色区域(图7仅为示例)，图7中不存在3D畸变，但是图像边缘存在光学畸变导致的变形(图7中弯曲的实线部分)，通过处理器对图7进行光学畸变的补偿，消除光学畸变导致的变形。在本申请中，相对于3D畸变的算法补偿，光学畸变的补偿方式已相对成熟、难度低、补偿准确性高。可选的，对光学畸变进行补偿可以是根据镜头的光学畸变的预设曲线，确定各视场角度的光学畸变补偿系数，该补偿系数与镜头的光学畸变方向相反，基于补偿系数对拍摄图像进行光学畸变的补偿。可选的，对光学畸变进行补偿还可以是根据预设的镜头光学畸变模型对拍摄图像进行补偿，其中，所述镜头光学畸变模型包含畸变阶数和畸变系数。确定获取的发生畸变的拍摄图像对应的被拍摄对象的理想图像坐标值，其中，所述理想图像坐标值用于表征所述被拍摄对象在未发生光学畸变图像中的坐标值；利用所述镜头光学畸变模型，对确定的所述被拍摄对象的理想图像坐标值进行坐标转换，得到所述理想图像坐标值对应的理论光学畸变图像坐标值；根据所述理论光学畸变图像坐标值和所述获取的发生畸变的图像中包含的像素点的实际光学畸变图像坐标值，查找实际光学畸变图像坐标值与所述理论光学畸变图像坐标值之间的距离值小于设定门限的像素点；根据查找到的像素点的像素值，计算得到所述被拍摄对象的理想图像坐标值对应的像素值，以得到矫正后的图像。具体的，可以是通过虚拟一张没有发生光学畸变的网格图像，将所述被拍摄对象映射在所述网格图像中，得到所述被拍摄对象的理想图像，并确定所述理想图像中每一个网格点的理想图像坐标值。

该电子设备可以包括：壳体(图中未示出)、存储器601、中央处理器(centralprocessing unit，CPU)602(又称处理器，以下简称CPU)、电路板(图中未示出)和电源电路(图中未示出)。所述电路板安置在所述壳体围成的空间内部；所述CPU602和所述存储器601设置在所述电路板上；所述电源电路，用于为所述电子设备的各个电路或器件供电；所述存储器601，用于存储可执行程序代码；所述CPU602通过读取所述存储器601中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的计算机程序，以实现对拍摄图像的光学畸变进行补偿。

所述电子设备还包括：外设接口603、RF(Radio Frequency，射频)电路605、音频电路606、扬声器611、电源管理芯片608、输入/输出(I/O)子***609、其他输入/控制设备610、触摸屏612、其他输入/控制设备610以及外部端口604，这些部件通过一个或多个通信总线或信号线607来通信。

应该理解的是，图示电子设备600仅仅是电子设备的一个范例，并且电子设备600可以具有比图中所示出的更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置。图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。

下面就本实施例提供的用于对模型的动作处理操作的电子设备进行详细的描述，该电子设备以手机为例。

存储器601，所述存储器601可以被CPU602、外设接口603等访问，所述存储器601可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

外设接口603，所述外设接口603可以将设备的输入和输出外设连接到CPU602和存储器601。

I/O子***609，所述I/O子***609可以将设备上的输入输出外设，例如触摸屏612和其他输入/控制设备610，连接到外设接口603。I/O子***609可以包括显示控制器6091和用于控制其他输入/控制设备610的一个或多个输入控制器6092。其中，一个或多个输入控制器6092从其他输入/控制设备610接收电信号或者向其他输入/控制设备610发送电信号，其他输入/控制设备610可以包括物理按钮(按压按钮、摇臂按钮等)、拨号盘、滑动开关、操纵杆、点击滚轮。值得说明的是，输入控制器6092可以与以下任一个连接：键盘、红外端口、USB接口以及诸如鼠标的指示设备。

触摸屏612，所述触摸屏612是用户电子设备与用户之间的输入接口和输出接口，将可视输出显示给用户，可视输出可以包括图形、文本、图标、视频等。

I/O子***609中的显示控制器6091从触摸屏612接收电信号或者向触摸屏612发送电信号。触摸屏612检测触摸屏上的接触，显示控制器6091将检测到的接触转换为与显示在触摸屏612上的用户界面对象的交互，即实现人机交互，显示在触摸屏612上的用户界面对象可以是运行游戏的图标、联网到相应网络的图标等。值得说明的是，设备还可以包括光鼠，光鼠是不显示可视输出的触摸敏感表面，或者是由触摸屏形成的触摸敏感表面的延伸。

RF电路605，主要用于建立手机与无线网络(即网络侧)的通信，实现手机与无线网络的数据接收和发送。例如收发短信息、电子邮件等。具体地，RF电路605接收并发送RF信号，RF信号也称为电磁信号，RF电路605将电信号转换为电磁信号或将电磁信号转换为电信号，并且通过该电磁信号与通信网络以及其他设备进行通信。RF电路605可以包括用于执行这些功能的已知电路，其包括但不限于天线***、RF收发机、一个或多个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、数字信号处理器、CODEC(COder-DECoder，编译码器)芯片组、用户标识模块(Subscriber Identity Module，SIM)等等。

音频电路606，主要用于从外设接口603接收音频数据，将该音频数据转换为电信号，并且将该电信号发送给扬声器611。

扬声器611，用于将手机通过RF电路605从无线网络接收的语音信号，还原为声音并向用户播放该声音。

电源管理芯片608，用于为CPU602、I/O子***及外设接口所连接的硬件进行供电及电源管理。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种镜头，配置于摄像头，其特征在于，所述镜头的光学畸变为负值，其中，所述镜头的光学畸变满足预设曲线，在所述预设曲线中，所述镜头的光学畸变的绝对值与视场角度正相关，所述预设曲线与3D畸变的变化曲线以视场中心互为镜像；

所述镜头包括沿光轴从物面到像面依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为非球面透镜；

所述第一透镜和所述第五透镜为负光焦度的凹透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜为正光焦度的凸透镜。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，在所述预设曲线中，任一视场角度的光学畸变的绝对值大于所述任一视场角度对应的预设值。

3.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，

所述视场角度为100°时，光学畸变的绝对值大于5％；

所述视场角度为110°时，光学畸变的绝对值大于15％；

所述视场角度为120°时，光学畸变的绝对值大于20％；

所述视场角度为130°时，光学畸变的绝对值大于30％。

4.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜的凹面朝向像面，所述第五透镜的凹面朝向物面。

5.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头还包括第一光阑和第二光阑，其中，所述第一光阑设置在所述第一透镜和第二透镜之间，所述第二光阑设置在所述第三透镜和第四透镜之间。

6.一种摄像头，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的镜头。

7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求6所述的摄像头。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括处理器，所述处理器用于对所述摄像头拍摄的图像进行光学畸变的补偿。

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