CN110166675B - 同步拍摄装置与同步拍摄方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种同步拍摄装置与同步拍摄方法，其中，该装置包括：镜头，用于对目标物体进行初始成像；二次成像单元，用于接收经镜头发出的光束，对目标物体进行二次成像，其中，二次成像单元包括至少一组聚焦透镜，二次成像单元与镜头同轴；分光单元，安装在二次成像单元和至少两个图像传感器之间，用于将经过二次成像单元的光束分为至少两路子光束；至少两个图像传感器，用于分别接收经分光单元发出的子光束，对目标物体进行同步的图像采集。本发明实施例可以减小针对同一物体的同步拍摄误差。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种同步拍摄装置与同步拍摄方法。
背景技术
同步拍摄是指利用多台相机对同一物体同时进行图像拍摄。通过将同时拍摄的多张图像进行图像合成，可以得到满足需求的图像。例如，在一些针对特定对象的观测实验中，利用不同类型的相机对观测对象进行同步图像采集，然后基于合成图像分析观测对象。
现有技术中，在使用不同相机对同一物体进行同步拍摄时，通常采用在同一位置，通过变更相机实现，然而，在人工变更相机的过程，不同相机的位置并不能严格的保持一致，导致成像过程中光路传输存在差异，从而产生拍摄误差；而且，通过人工不停地变更相机，导致同步拍摄过程效率较低，浪费时间。
为解决上述问题，现有技术中的改进方案是利用一种可调节的支架，将两个相机固定在该可调节支架上进行同步拍摄，然而由于该支架上两个相机的位置仍不统一，同步拍摄的误差仍较大。
发明内容
本发明实施例提供一种同步拍摄装置与同步拍摄方法，以减小针对同一物体的同步拍摄误差。
第一方面，本发明实施例提供了一种同步拍摄装置，该装置包括：
镜头，用于对目标物体进行初始成像；
二次成像单元，用于接收经所述镜头发出的光束，对所述目标物体进行二次成像，其中，所述二次成像单元包括至少一组聚焦透镜，所述二次成像单元与所述镜头同轴；
分光单元，安装在所述二次成像单元和至少两个图像传感器之间，用于将经过所述二次成像单元的光束分为至少两路子光束；
所述至少两个图像传感器，用于分别接收经所述分光单元发出的子光束，对所述目标物体进行同步的图像采集。
可选的，每组聚焦透镜包括两块消色差双胶合透镜。
可选的，沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的第一组聚焦透镜中，靠近所述镜头的聚焦透镜的物方焦平面与所述镜头的像方焦平面重合；
沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的最后一组聚焦透镜中，靠近所述分光单元的聚焦透镜的像方焦平面与所述图像传感器的成像平面重合。
可选的，所述分光单元包括分光镜。
可选的，所述装置还包括连接单元，安装在所述镜头、所述二次成像单元、所述分光单元和所述至少两个图像传感器中相邻的部件之间，用于连接相邻部件。
可选的，所述装置还包括壳体，用于封装所述二次成像单元和所述分光单元。
第二方面，本发明实施例还提供了一种同步拍摄方法，该方法包括：
利用镜头对目标物体进行初始成像；
利用二次成像单元接收经所述镜头发出的光束，对所述目标物体进行二次成像，其中，所述二次成像单元包括至少一组聚焦透镜，所述二次成像单元与所述镜头同轴；
利用安装在所述二次成像单元和至少两个图像传感器之间的分光单元，将经过所述二次成像单元的光束分为至少两路子光束；
利用所述至少两个图像传感器分别接收经所述分光单元发出的子光束，对所述目标物体进行同步的图像采集。
可选的，每组聚焦透镜包括两块消色差双胶合透镜。
可选的，沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的第一组聚焦透镜中，靠近所述镜头的聚焦透镜的物方焦平面与所述镜头的像方焦平面重合；
沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的最后一组聚焦透镜中，靠近所述分光单元的聚焦透镜的像方焦平面与所述图像传感器的成像平面重合。
可选的，所述分光单元包括分光镜。
本实施例的技术方案通过在镜头后方安装二次成像单元，有效延长镜头的法兰距(即镜头的法兰焦距)，为安装分光单元提供可实行条件，然后利用分光单元实现光路分束，从而实现在相同的外部环境下，利用至少两个图像传感器同步采集同一目标物体的图像，各个图像传感器接收的子光束在传输过程中对应相同的光学相位，保持了各个图像传感器之间的位置等效性，可以减小针对同一物体的同步拍摄误差，保证利用同步拍摄的图像进行图像合成的理想化效果；并且，本实施例技术方案在同步拍摄过程中无需人工参与，操作过程便捷高效。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种同步拍摄装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的同步拍摄装置内的光路示意图；
图3是本发明实施例一提供的另一种同步拍摄装置的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的一种同步拍摄装置的实体结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的同步拍摄方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的同步拍摄装置的结构示意图，本实施例可适用于对同一物体进行同步拍摄，从而同时得到该物体的至少两张图像的情况。该装置可以作为一个独立的拍摄设备被使用，也可以作为一个附属设备集成在其他的设备中。
需要说明的是，关于同步拍摄装置的其他部分，例如内部线路连接组件、电源控制组件等，本申请并不做任何限定，可采用现有技术中的组件实现，因此省略这些部分，不在图1中示出。
如图1所示，本发明实施例提供的同步拍摄装置可以包括镜头101、二次成像单元102、分光单元103和至少两个图像传感器104，具体解释如下：
镜头101，用于对目标物体进行初始成像，即将目标物体成像于镜头101的像方焦平面上，镜头101包括可调变焦镜头，目标物体指当前待拍摄的任意物体。
二次成像单元102，用于接收经镜头101发出的光束，对目标物体进行二次成像，即将镜头101像方焦平面上所成的像再次成像于二次成像单元102对应的像方焦平面上。其中，二次成像单元102包括至少一组聚焦透镜(聚焦透镜包括但不限于凸透镜)，二次成像单元102与镜头101同轴，二次成像单元102中具体包括的聚焦透镜组数本实施例不具体限定，在保证可以实现对目标物体进行二次成像的基础上，设计人员可以根据需求进合理设置。本实施例中，通过设置二次成像单元102，可以等效的延长镜头101的法兰距(即镜头的法兰焦距)，解决因为镜头101原有的法兰距较短，无法通过在光路中增加分光单元103实现分光的问题，当镜头101的法兰距被等效延长后，便可以在最终的成像平面与镜头101之间进行分光，相当于二次成像单元102的设置是利用分光单元103实现分光的必要条件。
二次成像单元102中包括的聚焦透镜组数虽不作具体限定，但是聚焦透镜组之间的组合安装需要满足一定的限制条件，以保证目标物体的成像质量。具体的，各个聚焦透镜组共轴，并且，沿着光线传输方向，安装在镜头101后的第一组聚焦透镜中，靠近镜头101的聚焦透镜的物方焦平面与镜头101的像方焦平面重合；沿着光线传输方向，安装在镜头101后的最后一组聚焦透镜中，靠近分光单元103的聚焦透镜的像方焦平面与图像传感器104的成像平面重合。并且，每组聚焦透镜中处于远离镜头101一侧的聚焦透镜的焦距可以大于靠近镜头101一侧的聚焦透镜的焦距，以保证镜头101的法兰距延长的有效性。
分光单元103，安装在二次成像单元102和至少两个图像传感器104之间，用于将经过二次成像单元102的光束分为至少两路子光束，子光束的数量与当前需要同步采集的图像数量有关。分光单元103可以利用任意的具有分光作用的光学器件或者光学器件之间的组合实现，例如，分光镜、光栅等，示例性的，当分光单元103为分光镜时，可以将经过二次成像单元102的光束分为两路子光束。从分光单元出射的各路子光束到聚焦到图像传感器的像平面之前，保持相同的光学相位，如果因为分光单元的不同，导致不同子光束之间出现相位差异，可以通过设置相位补偿单元进行相位补偿，以保证各路子光束在传输过程中的光学相位一致。光学相位一致，各个图像传感器在图像采集过程中便可等效为一个传感器。
至少两个图像传感器104，用于分别接收经分光单元103发出的子光束，对目标物体进行同步的图像采集。其中，一个图像传感器104接收一路子光束，图像传感器104的数量可以根据需要同步成像的需求进行设置，图像传感器104包括至少两个能够产生不同的图像拍摄效果的传感器，例如具有不同快门速度的图像传感器等。
在上述技术方案的基础上，可选的，每组聚焦透镜包括两块消色差双胶合透镜。消色差双胶合透镜可以有效的消除像差，提高成像质量。
可选的，该装置还包括连接单元，安装在镜头101、二次成像单元102、分光单元103和至少两个图像传感器104中相邻的部件之间，用于连接相邻部件。连接单元可以根据部件之间的连接情况合理采用现有技术中的结构实现，例如，在安装二次成像单元102中的聚焦透镜时，可以利用连接环实现聚焦透镜与不同部件之间的连接。
进一步，该装置还包括壳体，用于至少封装二次成像单元102和分光单元103，发挥对部件的保护作用。
图2以二次成像单元102包括一组聚焦透镜(例如两块消色差双胶合透镜)，分光单元103为分光镜，图像传感器包括第一图像传感器1041和第二图像传感器1042为例，对本实施例的同步拍摄装置内的光路进行示例性说明，但不应理解为对本实施例的具体限定。如图2所示，镜头101后方安装第一聚焦透镜，第一聚焦透镜的物方焦平面与镜头101像方焦平面重合，以保证从第一聚焦透镜出射的光为平行光；然后通过第一聚焦透镜后方安装的第二聚焦透镜，使光线再次汇聚于第二聚焦透镜的像方焦平面，从而实现对目标物体的二次成像，其中，第二聚焦透镜的焦距大于第一聚焦透镜的焦距，以便于更好的延长镜头101的法兰距，在光路中加入分光镜103；光束经过分光镜103后，一分为二，从分光镜103射出的两路子光束在传输过程中对应相同的光学相位；第一图像传感器1041和第二图像传感器1042可以同时进行图像采集。
图3是与图2对应的同步拍摄装置的一种结构示意图，图4是与图3对应的同步拍摄装置的实体结构的一种示意图(具体为侧视图)。如图3或图4所示，同步拍摄装置包括镜头101、第一聚焦透镜1021、第二聚焦透镜1022、分光镜103、第一图像传感器1041和第二图像传感器1042，还包括壳体105、第一连接单元1061和第二连接单元1062。壳体105用于封装第一聚焦透镜1021、第二聚焦透镜1022和分光镜103，第一连接单元1061用于连接分光镜103与第一图像传感器1041，第二连接单元1062用于连接分光镜103与第二图像传感器1042。当然，同步拍摄装置中还可以包括其他的未在图中显示的连接单元以及功能部件。
本实施例的技术方案通过在镜头后方安装二次成像单元，有效延长镜头的法兰距，为安装分光单元提供可实行条件，然后利用分光单元实现光路分束，从而实现在相同的外部环境下，利用至少两个图像传感器同步采集同一目标物体的图像，各个图像传感器接收的子光束在传输过程中对应相同的光学相位，保持了各个图像传感器之间的位置等效性。相比于通过变更图像传感器的位置，或者利用能够固定多个图像传感器的固定支架实现目标物体的同步图像采集的方式，本实施例也无需在拍摄过程对图像传感器进行位置变更，可以减少由于不同图像传感器之间的位置差异在成像过程引入的光学相位差异(相位差异导致不同图像上包含的图像信息存在差异)，进而可以减小针对同一物体的同步拍摄误差，保证利用同步拍摄的图像进行图像合成的理想化效果；并且，本实施例技术方案在同步拍摄过程中无需人工参与，操作过程便捷高效。
实施例二
图5是本发明实施例二提供的同步拍摄方法的流程图，本实施例可适用于对同一物体进行同步拍摄，从而同时得到该物体的至少两张图像的情况。本实施例方法基于上述实施例中的同步拍摄装置实现，与同步拍摄装置同属一个发明构思，本实施例中未详细描述的内容可以参考上述实施例中的描述。
如图5所示，本实施例提供的同步拍摄方法包括：
S210、利用镜头对目标物体进行初始成像。
S220、利用二次成像单元接收经镜头发出的光束，对目标物体进行二次成像，其中，二次成像单元包括至少一组聚焦透镜，二次成像单元与镜头同轴。
可选的，每组聚焦透镜包括两块消色差双胶合透镜。
可选的，沿着光线传输方向，安装在镜头后的第一组聚焦透镜中，靠近镜头的聚焦透镜的物方焦平面与镜头的像方焦平面重合；
沿着光线传输方向，安装在镜头后的最后一组聚焦透镜中，靠近分光单元的聚焦透镜的像方焦平面与图像传感器的成像平面重合。
S230、利用安装在二次成像单元和至少两个图像传感器之间的分光单元，将经过二次成像单元的光束分为至少两路子光束。
可选的，分光单元包括分光镜。
S240、利用至少两个图像传感器分别接收经分光单元发出的子光束，对目标物体进行同步的图像采集。
本实施例的技术方案通过在镜头后方安装二次成像单元，有效延长镜头的法兰距，为安装分光单元提供可实行条件，然后利用分光单元实现光路分束，从而实现在相同的外部环境下，利用至少两个图像传感器同步采集同一目标物体的图像，各个图像传感器接收的子光束在传输过程中对应相同的光学相位，保持了各个图像传感器之间的位置等效性。相比于通过变更图像传感器的位置，或者利用能够固定多个图像传感器的固定支架实现目标物体的同步图像采集的方式，本实施例也无需在拍摄过程对图像传感器进行位置变更，可以减少由于不同图像传感器之间的位置差异在成像过程引入的光学相位差异(相位差异导致不同图像上包含的图像信息存在差异)，进而可以减小针对同一物体的同步拍摄误差，保证利用同步拍摄的图像进行图像合成的理想化效果；并且，本实施例技术方案在同步拍摄过程中无需人工参与，操作过程便捷高效。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明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发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种同步拍摄装置，其特征在于，包括：
镜头，用于对目标物体进行初始成像；
二次成像单元，用于接收经所述镜头发出的光束，对所述目标物体进行二次成像，其中，所述二次成像单元包括至少一组聚焦透镜，所述二次成像单元与所述镜头同轴；
分光单元，安装在所述二次成像单元和至少两个图像传感器之间，用于将经过所述二次成像单元的光束分为至少两路子光束；
所述至少两个图像传感器，用于分别接收经所述分光单元发出的子光束，对所述目标物体进行同步的图像采集；
沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的第一组聚焦透镜中，靠近所述镜头的聚焦透镜的物方焦平面与所述镜头的像方焦平面重合；
沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的最后一组聚焦透镜中，靠近所述分光单元的聚焦透镜的像方焦平面与所述图像传感器的成像平面重合；其中，每组聚焦透镜中处于远离镜头一侧的聚焦透镜的焦距大于靠近镜头一侧的聚焦透镜的焦距。
2.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，每组聚焦透镜包括两块消色差双胶合透镜。
3.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述分光单元包括分光镜。
4.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述装置还包括连接单元，安装在所述镜头、所述二次成像单元、所述分光单元和所述至少两个图像传感器中相邻的部件之间，用于连接相邻部件。
5.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述装置还包括壳体，用于封装所述二次成像单元和所述分光单元。
6.一种同步拍摄方法，其特征在于，包括：
利用镜头对目标物体进行初始成像；
利用二次成像单元接收经所述镜头发出的光束，对所述目标物体进行二次成像，其中，所述二次成像单元包括至少一组聚焦透镜，所述二次成像单元与所述镜头同轴；
利用安装在所述二次成像单元和至少两个图像传感器之间的分光单元，将经过所述二次成像单元的光束分为至少两路子光束；
利用所述至少两个图像传感器分别接收经所述分光单元发出的子光束，对所述目标物体进行同步的图像采集；
沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的第一组聚焦透镜中，靠近所述镜头的聚焦透镜的物方焦平面与所述镜头的像方焦平面重合；
沿着光线传输方向，安装在所述镜头后的最后一组聚焦透镜中，靠近所述分光单元的聚焦透镜的像方焦平面与所述图像传感器的成像平面重合；
其中，每组聚焦透镜中处于远离镜头一侧的聚焦透镜的焦距大于靠近镜头一侧的聚焦透镜的焦距。
7.根据权利要求6所示的方法，其特征在于，每组聚焦透镜包括两块消色差双胶合透镜。
8.根据权利要求6所示的方法，其特征在于，所述分光单元包括分光镜。
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