本實(shí)用新型涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)及攝像機(jī)。

背景技術(shù)：

當(dāng)攝像機(jī)的鏡頭對(duì)某一物體聚焦清晰時(shí)，垂直鏡頭光軸的同一平面(即物面)上的物方點(diǎn)，都可以在接收器上形成清晰的圖像，物面前后一定范圍的點(diǎn)也可以形成較清晰的圖像，該物面前后范圍之間的間距，稱(chēng)為攝像機(jī)的景深。攝像機(jī)的景深越大，意味著其可以對(duì)更大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行清晰成像，因此，對(duì)景深進(jìn)行控制在機(jī)器視覺(jué)、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域都有重要的意義。

其中，影響景深的主要有四個(gè)因素：

1)鏡頭光圈：光圈越小，即光圈值(F#)越大，景深越大；

2)鏡頭焦距：鏡頭焦距越長(zhǎng)，景深越??；焦距越短，景深越大；

3)拍攝距離：拍攝距離越遠(yuǎn)，景深越大；拍攝距離越近，景深越??；

4)感光元件像元的尺寸：感光元件像元尺寸越大，景深越大。

一般而言，在選定了攝像機(jī)并確定拍攝場(chǎng)景后，鏡頭焦距、拍攝距離和感光元件像元的尺寸可以改變的余量不大。因此，通常通過(guò)改變的是鏡頭光圈的大小，來(lái)對(duì)景深進(jìn)行控制。在許多需要提升景深的情況下，會(huì)通過(guò)將鏡頭光圈盡量縮小從而使提升景深深度。但縮小光圈主要存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，是當(dāng)縮小鏡頭光圈后，會(huì)由于進(jìn)入感光元件的光線(xiàn)隨光圈的縮小而減少，導(dǎo)致通過(guò)感光元件得到圖像變得非常暗；其二，是當(dāng)光圈小到一定程度后，由于光的衍射效應(yīng)變得明顯，導(dǎo)致原來(lái)清晰成像的像點(diǎn)逐漸形成一個(gè)較大的彌散斑，使圖像清晰度的下降。

在現(xiàn)有技術(shù)中，一種方法可以通過(guò)采用液態(tài)鏡頭調(diào)焦的方式增加攝像機(jī)的景深。其原理為：液態(tài)鏡頭的焦距可以通過(guò)直流電壓動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓發(fā)生變化時(shí)，鏡頭的焦點(diǎn)隨之前后移動(dòng)，因此可以通過(guò)電壓信號(hào)來(lái)控制鏡頭所聚焦的物體。因其調(diào)焦方式類(lèi)似于人眼，具有響應(yīng)速度快，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于該種鏡頭價(jià)格昂貴，不利于大規(guī)模推廣，且成像質(zhì)量相比傳統(tǒng)的光學(xué)鏡頭尚有不足。

在現(xiàn)有技術(shù)中，另外一種廣泛使用的方法，通過(guò)反卷積的圖像處理方法，對(duì)圖像進(jìn)行處理。其原理為：圖像的離焦模糊從信號(hào)處理的角度來(lái)說(shuō)，可以看做鏡頭處于離焦位置的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)與輸入圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算的結(jié)果。因?yàn)殓R頭離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)有相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，可以通過(guò)預(yù)先進(jìn)行估計(jì)和建模；利用維納濾波的方法，把輸入圖像還原出來(lái)。當(dāng)拍攝一幅離焦圖像以后，利用不同反卷積對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，可以還原出不同物距處的清晰圖像。上述方法具有適應(yīng)性廣、且不需要增加額外的光學(xué)元件等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)一幅圖像即可獲得不同物距的清晰圖像；但是，由于反卷積運(yùn)算的計(jì)算量很大，需要消耗大量的計(jì)算資源造成硬件成本的增加，并且在反卷積運(yùn)算處理的過(guò)程中，由于圖像中的噪點(diǎn)也會(huì)隨之放大，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中由于增加景深深度，導(dǎo)致的圖像質(zhì)量變差的問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)及攝像機(jī)，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中由于增加景深深度，導(dǎo)致的圖像質(zhì)量變差的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括：用于采集成像光束的鏡頭組件、用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)成像光束的偏振方向以改變成像光束的相位延遲量的相位延遲器、用于調(diào)節(jié)成像光束的焦點(diǎn)位置的雙折射元件和感光組件，其中，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：傳感器，沿鏡頭組件的光軸方向設(shè)置，用于感應(yīng)得到待測(cè)物體的位置信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路，分別與傳感器、相位延遲器電連接，用于根據(jù)感應(yīng)得到的位置信號(hào)調(diào)節(jié)相位延遲器。

進(jìn)一步地，鏡頭組件包括：鏡頭和偏振片，其中，鏡頭設(shè)置于近物體側(cè)，或偏振片設(shè)置于近物體側(cè)。

進(jìn)一步地，傳感器至少包括：位置傳感器，位置傳感器沿鏡頭組件的光軸方向設(shè)置，與驅(qū)動(dòng)電路電連接，用于根據(jù)待測(cè)區(qū)域中物體的位置生成第一感應(yīng)信號(hào)，并發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)第一感應(yīng)信號(hào)控制相位延遲器。

進(jìn)一步地，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：編碼器，編碼器分別與傳感器和驅(qū)動(dòng)電路電連接，用于根據(jù)位置傳感器獲取的第一感應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。

進(jìn)一步地，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：相機(jī)控制電路，相機(jī)控制電路與感光組件電連接，用于根據(jù)第一感應(yīng)信號(hào)控制感光組件獲取成像光束。

進(jìn)一步地，傳感器還包括：物體檢測(cè)傳感器，通過(guò)編碼器與相機(jī)控制電路電連接， 用于根據(jù)待測(cè)區(qū)域中是否存在物體生成第二感應(yīng)信號(hào)，并發(fā)送至相機(jī)控制電路，相機(jī)控制電路根據(jù)第二感應(yīng)信號(hào)控制位置傳感器獲取第一感應(yīng)信號(hào)。

進(jìn)一步地，相位延遲器為液晶相位延遲器。

進(jìn)一步地，雙折射元件由冰洲石晶體構(gòu)成。

進(jìn)一步地，雙折射元件由釩酸釔或鈮酸鋰晶體構(gòu)成。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的另一方面，還提供了一種攝像機(jī)，包括上述任意一項(xiàng)的光學(xué)成像系統(tǒng)。

在本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括：用于采集成像光束的鏡頭組件、用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)成像光束的偏振方向以改變成像光束的相位延遲量的相位延遲器、用于調(diào)節(jié)成像光束的焦點(diǎn)位置的雙折射元件和感光組件，其中，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：傳感器，沿鏡頭組件的光軸方向設(shè)置，用于感應(yīng)得到待測(cè)物體的位置信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路，分別與傳感器、相位延遲器電連接，用于根據(jù)感應(yīng)得到的位置信號(hào)調(diào)節(jié)相位延遲器。實(shí)現(xiàn)了增加光學(xué)系統(tǒng)景深的效果，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于增加景深深度，導(dǎo)致的圖像質(zhì)量變差的技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是入射光的偏振方向示意圖；

圖2(b)是經(jīng)過(guò)橫向偏振片后光線(xiàn)偏振方向示意圖；

圖2(c)是經(jīng)過(guò)相位延遲器后光線(xiàn)偏振方向示意圖；

圖2(d)是經(jīng)過(guò)相位延遲器后光線(xiàn)偏振方向示意圖；

圖2(e)是經(jīng)過(guò)雙折射元件后光線(xiàn)偏振方向示意圖；

圖2(f)是經(jīng)過(guò)雙折射元件后光線(xiàn)偏振方向示意圖；

圖3是o光和e光成像點(diǎn)的示意圖；

圖4是景深的原理示意圖；

圖5是o光和e光的遠(yuǎn)、近物距的示意圖；

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種可選的光學(xué)成像系統(tǒng)的鏡頭組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種可選的光學(xué)成像系統(tǒng)的鏡頭組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種可選的光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種可選的光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類(lèi)似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本實(shí)用新型的實(shí)施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)的實(shí)施例，圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，在上述系統(tǒng)中，包括：用于采集成像光束的鏡頭組件10、用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)成像光束的偏振方向以改變成像光束的相位延遲量的相位延遲器20、用于調(diào)節(jié)成像光束的焦點(diǎn)位置的雙折射元件30和感光組件40，其中，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：傳感器50，沿鏡頭組件10的光軸方向設(shè)置，用于感應(yīng)得到待測(cè)物體的位置信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路60，分別與傳感器50、相位延遲器20電連接，用于根據(jù)感應(yīng)得到的位置信號(hào)調(diào)節(jié)相位延遲器20。

其中，上述鏡頭組件10、相位延遲器20、雙折射元件30和感光組件40，自物體側(cè)開(kāi)始，按照順序排列。

具體的，如圖2(a)所示，圖2(a)為入射光的偏振方向示意圖，鏡頭組件10產(chǎn) 生成具有特定偏振方向的線(xiàn)偏振光，如圖2(b)所示的經(jīng)過(guò)橫向偏振片后光線(xiàn)偏振方向的示意圖。相位延遲器20可以動(dòng)態(tài)改變線(xiàn)偏振光的相位延遲的量。如果相位延遲為零，出射光的偏振方向和入射光平行，如圖2(c)所示；如果相位延遲為π，出射光的偏振方向和入射光垂直，如圖2(d)所示。雙折射元件30垂直晶體三個(gè)主軸中的其中一個(gè)主軸方向切割為平晶，并使得另外兩個(gè)主軸方向分別與上述平晶處于0°和90°方向平行，其中，圖2(e)示出了相位延遲為零時(shí)出射光的偏振方向，圖2(f)示出了相位延遲為π時(shí)出射光的偏振方向。因?yàn)檫@兩個(gè)方向的折射率不同，因此入射的與偏振方向?qū)?yīng)的線(xiàn)偏振光在雙折射元件內(nèi)部有不同光程，從而使聚焦位置產(chǎn)生差別，以達(dá)到相當(dāng)于調(diào)焦的作用。

其中，雙折射元件可以用石英或者冰洲石等常見(jiàn)的雙折射元件制作。對(duì)于石英晶體，其0°和90°方向的折射率分別為no＝1.544，ne＝1.553(λ＝589nm)，對(duì)于冰洲石晶體，no＝1.6584，ne＝1.4864(λ＝589nm)。而對(duì)于厚度為d，折射率為n的平板材料，其對(duì)成像光束的會(huì)聚點(diǎn)延遲量t為：

所以，對(duì)于o光和e光，其會(huì)聚點(diǎn)的差異值Δt為：

當(dāng)o光和e光都聚焦在像面上時(shí)，可以反推得到對(duì)應(yīng)的物距uo和ue之間的關(guān)系：

其中，圖3為o光和e光像點(diǎn)相對(duì)位置的示意圖，如圖3所示，uo為o光對(duì)應(yīng)的物距，ue為e光對(duì)應(yīng)的物距，f為鏡頭的焦距。從上面兩式顯然可以看出，只要選擇合適的雙折射材料，并確定平晶的厚度d，就可以控制物方聚焦位置的差異。

由光學(xué)鏡頭構(gòu)成的景深原理如圖4所示，當(dāng)處于標(biāo)稱(chēng)物距r₀的待測(cè)物經(jīng)過(guò)鏡頭M的成像光束會(huì)聚在標(biāo)稱(chēng)像面S上時(shí)，在標(biāo)稱(chēng)物距r₀前后一定范圍內(nèi)的物體，其成像在標(biāo)稱(chēng)像面S上形成一個(gè)小的彌散斑，也可以認(rèn)為是清晰成像，此時(shí)清晰成像的最近物距稱(chēng)為近物距r₂，最遠(yuǎn)物距稱(chēng)為遠(yuǎn)物距r₁。遠(yuǎn)物距r₁和近物距r₂之間的空間距離稱(chēng)為景深r。

如圖5所示，圖5為使用o光和e光成像實(shí)現(xiàn)加大景深的示意圖。假定圖中晶體內(nèi)部o光的折射率小于e光，導(dǎo)致o光的標(biāo)稱(chēng)物距or₀大于e光的標(biāo)稱(chēng)物距er₀。通過(guò)上面的公式控制濾光片的厚度d，可以使得o光的近物距or₂正好在e光的遠(yuǎn)物距er₁ 略微偏內(nèi)的范圍內(nèi)，這樣o光成像的景深范圍or和e光成像的景深范圍er起到加成的作用，無(wú)論成像物體是在o光范圍和e光范圍內(nèi)，通過(guò)改變相位延遲器的相位延遲量，也就是分別利用o光或者e光成像，總是可以得到清晰的成像。

當(dāng)位置傳感器感應(yīng)待測(cè)物的距離，通過(guò)編碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路控制相位延遲器的相位延遲量，實(shí)現(xiàn)o光或者e光成像，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)遠(yuǎn)處或者近處待測(cè)物的功能。

通過(guò)上述自物體側(cè)開(kāi)始的順序，依次排列的鏡頭組件10、相位延遲器20、雙折射元件30和感光組件40，利用相位延遲器20產(chǎn)生偏振方向可變的偏振光，雙折射元件30對(duì)不同偏振方向的光折射率不同，從而產(chǎn)生不同的光程，使得成像光束可以聚焦于不同的景深深度，從而實(shí)現(xiàn)了增加光學(xué)系統(tǒng)景深的效果，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于增加景深深度，導(dǎo)致的圖像質(zhì)量變差的技術(shù)問(wèn)題。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，如圖6和圖7所示，鏡頭組件10包括：鏡頭11和偏振片12，其中，鏡頭11設(shè)置于近物體側(cè)，或偏振片12設(shè)置于近物體側(cè)。

具體的，通過(guò)鏡頭11接收到的成像光束，經(jīng)過(guò)偏振片12后變成特定偏振方向的線(xiàn)偏振光。其中，鏡頭11和偏振片12的前后位置可以互換，并不影響效果。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，偏振片的功能還可以通過(guò)在鏡頭上的片振膜等方式實(shí)現(xiàn)，此處不做具體限定。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，如圖8所示，傳感器50至少包括：位置傳感器501，位置傳感器501沿鏡頭組件10的光軸方向設(shè)置，與驅(qū)動(dòng)電路60電連接，用于根據(jù)待測(cè)區(qū)域中物體的位置生成第一感應(yīng)信號(hào)，并發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路60，驅(qū)動(dòng)電路60根據(jù)第一感應(yīng)信號(hào)控制相位延遲器20。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，如圖8所示，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：編碼器70，編碼器70分別與傳感器50和驅(qū)動(dòng)電路60電連接，用于根據(jù)位置傳感器501獲取的第一感應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路60。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，如圖9所示，光學(xué)成像系統(tǒng)還包括：相機(jī)控制電路80，相機(jī)控制電路80與感光組件40電連接，用于根據(jù)第一感應(yīng)信號(hào)控制感光組件40獲取成像光束。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，如圖9所示，傳感器50還包括：物體檢測(cè)傳感器52，通過(guò)編碼器70與相機(jī)控制電路80電連接，用于根據(jù)待測(cè)區(qū)域中是否存在物體生成第二感應(yīng)信號(hào)，并發(fā)送至相機(jī)控制電路80，相機(jī)控制電路80根據(jù)第二感應(yīng)信號(hào)控制位 置傳感器501獲取第一感應(yīng)信號(hào)。

具體的，當(dāng)待測(cè)物通過(guò)待測(cè)區(qū)域時(shí)，物體檢測(cè)傳感器52向編碼器70發(fā)送第二感應(yīng)信號(hào)，同時(shí)，位置傳感器501給出待測(cè)物到光學(xué)成像系統(tǒng)的距離信息，編碼器70根據(jù)物體的距離判斷相位延遲器20的狀態(tài)是否需要發(fā)生更改，即判斷偏振方向是旋轉(zhuǎn)90°還是不旋轉(zhuǎn)90°。如果上一個(gè)待測(cè)物和當(dāng)前待測(cè)物的物距在同一個(gè)景深的區(qū)間內(nèi)，例如處于o光成像的景深范圍內(nèi)，那么相位延遲器20的狀態(tài)就不需要發(fā)生更改，反之如果當(dāng)前待測(cè)物距離變化為在e光的景深區(qū)間內(nèi)，那么相位延遲器20的狀態(tài)需要發(fā)生更改，使得成像光路的偏振態(tài)發(fā)生相應(yīng)的變化，并改變當(dāng)前的景深所處區(qū)間。在改變或者保持相位延遲器20的狀態(tài)的同時(shí)，編碼器70通過(guò)相機(jī)的I/O端口向相機(jī)內(nèi)部相機(jī)控制電路80發(fā)出信號(hào)，并由感光組件40拍攝當(dāng)前待測(cè)物的圖片。這樣就只有在有待測(cè)物通過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，相機(jī)才會(huì)拍攝圖片，并且只有在待測(cè)物的距離改變到另一個(gè)偏振光所處的景深區(qū)間時(shí)才會(huì)改變相位延遲器20的狀態(tài)。有利于減少動(dòng)作次數(shù)，提高光學(xué)成像系統(tǒng)的整體壽命。

其中，物體檢測(cè)傳感器52可以沿鏡頭組件10的光軸方向設(shè)置，也可以與光軸方向垂直設(shè)置，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際情況，以其他方向進(jìn)行設(shè)置，此處不做具體贅述。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，相位延遲器為液晶相位延遲器。

具體的，利用相位延遲器或者液晶相位延遲器對(duì)o光和e光進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的延遲時(shí)間很小，具有反應(yīng)快速的特點(diǎn)。并且由于在整個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)中不包含運(yùn)動(dòng)部件，所以運(yùn)行過(guò)程中無(wú)任何噪聲，且不存在磨損等問(wèn)題，使系統(tǒng)的使用壽命大大延長(zhǎng)。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，雙折射元件由冰洲石晶體構(gòu)成。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，雙折射元件由釩酸釔或鈮酸鋰晶體構(gòu)成。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，在上述實(shí)施例中任意一項(xiàng)的光學(xué)成像系統(tǒng)，可以應(yīng)用于攝像機(jī)當(dāng)中。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。