距離測量裝置和距離測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種距離測量裝置，包括配置用于將來自物體的入射光聚集的成像透鏡，以使已經(jīng)通過成像透鏡的光入射其上的方式配置的透鏡陣列，配置為接收已經(jīng)通過透鏡陣列的光的成像元件陣列，和配置為基于該圖像信息計算距離物體的距離的距離計算部，其中，該透鏡陣列包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡。
【專利說明】距離測量裝置和距離測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的一方面涉及距離測量裝置和距離測量方法中的至少一個。
【背景技術(shù)】
[0002]已知通常例如立體照相機等距離測量裝置通過輸入在不同視角的多張二維圖形來測量距離物體的距離。例如，已知一種距離測量裝置，其包括圖形圖像傳感器照相機、圖像采集卡、保存圖形數(shù)據(jù)的存儲器、圖像處理部和顯示監(jiān)視器，該圖像處理部用于從存儲在存儲器中的圖像數(shù)據(jù)計算距離物體的距離信息，該顯示監(jiān)視器用于顯示圖像處理部中計算的距離信息。
[0003]在上面提到的距離測量裝置中，圖像處理部包括再構(gòu)部、亮度信息計算部、距離信息計算部和遮蔽部。該遮蔽部將對應(yīng)于圖像傳感器照相機內(nèi)部的微透鏡陣列的非透鏡部件的圖像元件的值轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定值。
[0004]但是，構(gòu)成上面提供的距離測量裝置的微透鏡陣列的透鏡的性能是均勻的，并且因此在具有大亮度差的場景中可能產(chǎn)生“曝光過度強光部”(過度曝光)或“過黑影像”(曝光不足)，其中，在該區(qū)域中可能缺乏用于計算距離物體的距離的信息，并且因此可能存在無法以較好的精度測量距離的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種距離測量裝置，包括成像透鏡，配置為將來自物體的光聚集；透鏡陣列，以使已經(jīng)通過成像透鏡的光入射其上的方式配置；成像元件陣列，配置為接收已經(jīng)通過該透鏡陣列的光，以輸出圖像信息；和距離計算部，配置為基于該圖像信息計算距離物體的距離，其中，透鏡陣列包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種距離測量方法，包括通過包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡的透鏡陣列，在成像元件陣列上接收來自物體的入射光，以輸出圖像信息的步驟，和基于該圖像信息計算距離物體的距離的步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是示出根據(jù)第一實施例的距離測量裝置的圖解。
[0008]圖2A和圖2B是示出根據(jù)第一實施例的構(gòu)成透鏡陣列的快透鏡和慢透鏡的圖解。
[0009]圖3是示出宏像素組的圖解。
[0010]圖4是示出包括圖像移動的二維圖像的圖解。
[0011]圖5是示出移動量和到物體距離的關(guān)系的曲線。
[0012]圖6是示出用于計算距離物體的距離的方法的流程圖的示例。
[0013]圖7是示出根據(jù)第一實施例的變形示例的距離測量裝置的圖解。
[0014]圖8是示出根據(jù)第二實施例的距離測量裝置的圖解。
[0015]圖9A和圖9B是示出根據(jù)第二實施例的構(gòu)成透鏡陣列的快透鏡和慢透鏡的布置的圖解。
[0016]圖10是示出根據(jù)第二實施例的變形示例的距離測量裝置的圖解。
[0017]圖11是示出根據(jù)第三實施例的距離測量裝置的圖解。
[0018]圖12A和圖12B是示出根據(jù)第三實施例的構(gòu)成透鏡陣列的快透鏡和慢透鏡的布置的圖解。
[0019]圖13是示出根據(jù)第三實施例的變形示例的距離測量裝置的圖解。
【具體實施方式】
[0020]下面將參照附圖描述本發(fā)明的一些實施例。在每一幅附圖中，相似的部件具有相似的附圖標(biāo)記，并且其重復(fù)描述可省略。
[0021]第一實施例
[0022]圖1是示出根據(jù)第一實施例的距離測量裝置的圖解。參照圖1，距離測量裝置10具有成像透鏡20、透鏡陣列30、成像元件陣列40和距離計算部50。透鏡陣列30包括具有多個孔半徑(aperture radii)的透鏡,所述透鏡包括具有預(yù)定孔半徑的透鏡31和具有小于透鏡31的孔半徑的孔半徑的透鏡32。
[0023]在距離測量裝置10中，是成像透鏡20的焦距，并且fu是構(gòu)成透鏡陣列30的透鏡31和透鏡32中的每一個的焦距。而且，a是成像透鏡20的中心部和透鏡陣列30的中心部之間的距離，其中，透鏡30的中心部和成像元件陣列的表面之間的距離為fu。
[0024]成像透鏡20具有將來自物體的入射光聚集和成像在透鏡陣列30的位置處的功能。構(gòu)成透鏡陣列30的透鏡31和32中的每一個具有用于將已經(jīng)通過成像透鏡20的會聚的光線再次發(fā)散并且傳輸?shù)匠上裨嚵?0的功能。
[0025]構(gòu)成成像元件陣列40的每一個成像元件具有用于將入射光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杹磔敵鰣D像信息(光場圖像)的功能。對于成像元件陣列40，可能例如使用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)裝置或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置。對于成像元件陣列40，可能使用電荷耦合器(CCD)、接觸圖像傳感器(CIS)等。
[0026]距離計算部50具有用于處理從成像元件陣列40輸出的光場圖像和例如計算距離物體的距離的功能。該距離計算部50包括例如中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、主存儲器等，其中，記錄在該ROM中的程序等被讀出到該主存儲器中，并且由該CPU執(zhí)行，以使其可能獲得距離計算部50的每一種功能。但是，距離計算部50的一部分或全部可僅通過硬件獲得。替代地，距離計算部50可實際上包括多個裝置。
[0027]距離測量裝置10設(shè)置有圖1中所示的配置，以使其可能構(gòu)造能夠獲得具有寬動態(tài)范圍的光場圖像的全光相機(plenoptic camera)。另外，由于微透鏡，全光相機為能夠在單次成像中，通過在照相機上分割入射光，以不同的視角獲得圖像的照相機。因此，計算處理被基于已經(jīng)由全光相機成像的圖像進行，以使其可能夠形成在任意視角、孔半徑和聚焦距離下的圖像。
[0028]下面將更詳細描述距離測量裝置10的每一個部件。在距離測量裝置10中，成像透鏡20的數(shù)值孔徑和構(gòu)成透鏡陣列30的透鏡31的數(shù)值孔徑設(shè)置為相等的值NAa，并且透鏡32的數(shù)值孔徑設(shè)置為小于NAa的NAb。S卩，透鏡32是比透鏡31更慢的透鏡。
[0029]例如，具有彼此等曲率的透鏡被用于透鏡31和透鏡32，并且透鏡32的孔部分的一部分被遮蔽(遮擋)，以使其可能給透鏡32提供小于透鏡31的數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑。例如，可能在透鏡32的孔部分的一部分上形成不透明的金屬薄膜，以提供遮蔽(遮擋)。對于不透明金屬薄膜的材料，可能使用例如鉻(Cr)、鋁(Al)等，其可能很難被氧化。另外，透鏡31為根據(jù)本發(fā)明的實施例的第一透鏡的典型示例，并且透鏡32為根據(jù)本發(fā)明的實施例的第二透鏡的一個典型示例。
[0030]在成像元件陣列40的每一個成像元件中，直接位于快透鏡31下方的圖像和直接位于慢透鏡32下方的圖像被分別稱為宏像素41和宏像素42。宏像素41和42中的每一個由多個光接收元件構(gòu)成。一個宏像素41包括例如兩個水平圖像元件X兩個垂直圖像元件。類似地，一個宏像素42包括例如兩個水平圖像元件X兩個垂直圖像元件。
[0031]由宏像素41和宏像素42接收的圖像之間產(chǎn)生下面所述的差異。即，宏像素41為由快透鏡31提供的圖像，因此，即使當(dāng)物體很暗時仍不會產(chǎn)生過黑影像。而且，宏像素42為由慢透鏡32提供的圖像，并且因此，即使在物體很亮?xí)r仍不會產(chǎn)生曝光過度的強光部，以使其可能獲得具有品質(zhì)的圖像。
[0032]接下來將描述構(gòu)成透鏡陣列30的快透鏡31和慢透鏡32的布置。圖2A和圖2B為示出根據(jù)第一實施例的構(gòu)成透鏡陣列的快透鏡和慢透鏡的布置的圖解，并且為從入射光方向看時的圖解。對于透鏡31和透鏡32，例如，一系列透鏡31和一系列透鏡32，可如圖2A中交替布置，或透鏡31和透鏡32可如圖2B中所示的以棋盤模式布置。當(dāng)然，行或列可被在圖2A和2B中交換。而且，沒有提供對圖2A和圖2B中的陣列的限制。
[0033]接下來將描述用于從作為宏像素41和42的集合的光場圖像形成具有寬動態(tài)范圍的二維圖像的方法。這里考慮例如透鏡陣列30具有如圖2B中所示的棋盤模式的陣列的透鏡陣列30的情況。
[0034]圖3是示出宏像素組的圖解。圖3中所示的宏像素組100為通過提取中心位于直接呈現(xiàn)在快透鏡31下方的宏像素41處的3X3宏像素組提供的圖示。由粗線圍繞的白色部分表示宏像素41，由粗線圍繞的著色圖案部分表示宏像素42。在圖3的示例中，宏像素41和42中的每一個包括兩個水平圖像元件X兩個垂直圖像元件。
[0035]來自直接呈現(xiàn)在快透鏡31下方的宏像素41的圖像元件(光接收元件)的電信號以圖3中的箭頭重新布置，以使其能夠形成二維圖像110，該二維圖像110甚至對于很黑的物體仍可能不產(chǎn)生過黑影像。用于在相應(yīng)宏像素41中的對應(yīng)位置(圖3情況下左上位置)處的圖像元件(光接收元件)的電信號被類似于宏像素41的陣列重新布置。
[0036]而且，用于重新布置直接呈現(xiàn)在慢透鏡32下方的宏像素42的方法類似，并且其可能即使對于很亮物體仍形成不產(chǎn)生曝光過度強光部的二維圖像120。另外，可能根據(jù)其周圍環(huán)境的應(yīng)被重新布置的電信號值插入沒有電信號的區(qū)域130或140。
[0037]而且，在不同于宏像素41和42的左上位置的位置處的圖像元件(光接收元件)的重新布置也類似。在圖3的情況下，宏像素41和42中的每一個包括兩個水平圖像元件X兩個垂直圖像元件，并且因此可能從直接位于快透鏡31下方的宏像素41和直接位于慢透鏡32下方的宏像素42中的每一個形成四個二維圖像。
[0038]接下來將描述用于從通過重新布置形成的二維圖像計算(估計)距離物體的距離的方法?？赡芨鶕?jù)包括在從每一個宏像素的不同位置形成的二維圖像之間的圖像移動量計算距離物體的距離。[0039]另外，當(dāng)物體明亮?xí)r，對于快透鏡31，圖像中可能產(chǎn)生曝光過度強光部。從其中產(chǎn)生曝光過度強光部的圖像可能不能獲得移動量，并且因此，該其中產(chǎn)生曝光過度強光部的圖像可能在移動量的計算范圍外。但是在該情況下，可能由于鄰近快透鏡31的慢透鏡32獲得其中不產(chǎn)生曝光過度強光部的圖像，并且因此對于該區(qū)域可能不缺少用于計算距離物體的距離的信息。
[0040]類似地，當(dāng)物體呈暗色時，對于慢透鏡32，圖像中可能產(chǎn)生過黑影像。從其中產(chǎn)生過黑影像的圖像可能不能獲得移動量，并且因此，該其中產(chǎn)生過黑影像的圖像可能在移動量的計算范圍外。但是在該情況下，可能由于鄰近慢透鏡32的快透鏡31獲得其中不產(chǎn)生過黑影像的圖像，并且因此對于該區(qū)域可能不缺少用于計算距離物體的距離的信息。
[0041]因而，可能關(guān)于整個顯示屏，甚至對于具有大亮度差的場景，仍可能獲得用于計算距離物體的距離的信息，并且因此，可能以良好的精度測量距離物體的距離。
[0042]圖4是示出包括圖像移動的二維圖像的圖解。圖4中所示的二維圖像150和160的移動方向為橫向，其中，可認為每一個都是通過重新布置圖3中的宏像素的左上和左下圖像元件而提供的二維圖像。另外，提供沿縱向的移動量在左上和左下圖像元件之間進行比較，并且對于左上和右下圖像元件，包括傾斜方向的移動。
[0043]可能從例如塊匹配等圖像處理獲得二維圖像150和二維圖像160之間的移動量，并且將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫嚯x物體的距離。用于獲得移動量的方法可能不是本發(fā)明實施例的本質(zhì)，并且不限于特定方法。
[0044]圖5的曲線示出移動量和距離物體的距離之間的關(guān)系。在圖5中，橫軸為距離物體的距離，縱軸為移動量。移動量和距離物體的距離之間的關(guān)系通?？蔀榉幢汝P(guān)系，但是可能由于圖1中所示的光學(xué)系統(tǒng)的每一個參數(shù)而改變。
[0045]圖5中的實線58表示由直接位于快透鏡31下方的宏像素41形成的二維圖像的移動和該距離之間的關(guān)系的一個示例。而且，圖5中的虛線59表示由直接位于慢透鏡32下方的宏像素42形成的二維圖像的移動和該距離之間的關(guān)系的一個示例。
[0046]距離物體的距離從包括在由直接位于快透鏡31下方的宏像素41形成的沒有過黑影像的二維圖像之間的移動量和粗實線58計算。而且，距離物體的距離從包括在由直接位于慢透鏡32下方的宏像素42形成的沒有過度曝光強光部的二維圖像之間的移動量和虛線59計算。由此，即使對于具有大亮度差的場景，仍可能計算距離物體的距離。
[0047]圖6是示出用于計算距離物體的距離的方法的流程圖的示例。如參照圖6，首先，距離計算部50在步驟S201處從圖像元件陣列40的每一個圖像元件獲得光場圖像。然后，距離計算部50在步驟S202處，將來自在例如來自圖3中所示的宏像素組100的相應(yīng)宏像素41的對應(yīng)位置(例如左上部位置)處的圖像元件(光接收元件)的電信號類似宏像素41的陣列重新布置，以形成二維圖像A。而且，來自相應(yīng)宏像素41的對應(yīng)位置(例如右上位置)處的圖像元件(光接收元件)的電信號被類似于宏像素41的陣列重新布置，以形成二維圖像B。
[0048]而且，來自在相應(yīng)宏像素42的對應(yīng)位置(例如左上位置)處的圖像元件(光接收元件)的電信號被類似于宏像素42的陣列布置，以形成二維圖像C。而且，來自在相應(yīng)宏像素42的對應(yīng)位置(例如右上位置)處的圖像元件(光接收元件)的電信號被類似于宏像素42的陣列布置，以形成二維圖像D。[0049]然后，在步驟S203處，距離計算部50計算包括在步驟S202處形成的二維圖像A和二維圖像B之間的移動量E。而且，計算包括在步驟S202處形成的二維圖像C和二維圖像D之間的移動量F。然后，距離計算部50在步驟S204處使用移動量E和在圖5中實線58中示出的移動量和距離的關(guān)系計算到物體A的距離。而且，到物體B的距離通過使用移動量F和圖5中虛線59中所示的移動量和距離之間的關(guān)系計算。
[0050]S卩，在步驟S204處，距離測量部50根據(jù)來自直接位于快透鏡31下方的宏像素41的信息計算到物體A的距離，并且根據(jù)來自直接位于慢透鏡32下方的宏像素42的信息計算到物體B的距離。但是，當(dāng)計算移動量時，其中產(chǎn)生曝光過度強光部的圖像或其中產(chǎn)生過黑影像的圖像如下面所述地被消除，并且因此可僅計算距離A和距離B中的一個。在該情況下(甚至當(dāng)產(chǎn)生曝光過度強光部或過黑影像時)，對于整個顯示屏中的每一個區(qū)域，可能根據(jù)來自快透鏡31和慢透鏡32中的至少一個的信息計算距離物體的距離，并且因此可能以高精度計算距離物體的距離。
[0051]然后，在步驟S205處，距離計算部50確定到物體的最終距離。即，在其中沒有產(chǎn)生曝光過度強光部或過黑影像的圖像的情況下，在步驟S204處計算距離A和距離B。因此，選擇距離A和距離B中的一個，以使被選擇的一個設(shè)置為到物體的最終距離。
[0052]下面將描述選擇距離A和距離B的方法的一個示例。從在步驟204處獲得的距離A和距離B可能得到距離物體的大致距離。本文中，對于圖5中的實線58和虛線59中的每一個，計算在接近距離物體的大致距離的距離上的移動量的微分值的絕對值。然后，從與微分值(實線58和虛線59)的大絕對值的關(guān)系獲得的距離(距離A或距離B)設(shè)置為到物體的最終距離。
[0053]到物體的最終距離根據(jù)與微分值(實線58或虛線59)的大絕對值的關(guān)系確定，以使得可能減小距離計算中的誤差。例如，在由圖5中的箭頭60標(biāo)示的距離附近，對于實線，在一距離上的移動量的微分值的絕對值大于虛線59的移動量的微分值的絕對值，并且因此可能優(yōu)選將從實線58的關(guān)系獲得的距離A設(shè)置為到物體的最終距離。
[0054]另外，實際中，事前可能例如獲得對應(yīng)于實線58的查詢表或估計公式，并且通過使用對應(yīng)于實線58的查詢表或估計公式計算用于從具有大數(shù)值孔徑的透鏡31獲得的移動量的距離。而且，還可能事前獲得對應(yīng)于虛線59的查詢表或估計公式，并且通過使用對應(yīng)于虛線59的查詢表或估計公式計算用于從具有小數(shù)值孔徑的透鏡32獲得的移動量的距離。即，可以通過使用事先獲得的查詢表或估計公式計算對應(yīng)于數(shù)值孔徑的距離。
[0055]因而根據(jù)第一實施例的距離測量裝置10使用包括具有不同孔半徑的透鏡31和32的透鏡陣列。由此，一個場景的從暗區(qū)到亮區(qū)的圖像的亮度可落在成像元件陣列40的動態(tài)范圍內(nèi)，以防止產(chǎn)生圖像的曝光過度的強光部或過黑影像。然后，通過使用其中沒有產(chǎn)生曝光過度強光部或過黑影像的圖像，根據(jù)對應(yīng)于透鏡31和32中的每一個的孔半徑的移動量和距離之間的關(guān)系，計算距離物體的距離。結(jié)果，即使對于具有大亮度差的場景，仍可能關(guān)于整個顯示屏以良好的精度測量距離物體的距離。
[0056]另外，已經(jīng)作為示例示出具有透鏡31和32的透鏡陣列30，所述透鏡31和32作為示例為圖1和圖2A以及2B中所示的距離測量裝置10中使用的凸-凸透鏡，但是不限于此。例如，即使使用類似于圖7中所示的距離測量裝置IOA的具有為平-凸透鏡的透鏡31A和32A的透鏡陣列30A，仍可能提供類似于上面所述的效果。另外，在圖7中，可能將透鏡31A的焦距、布置等設(shè)置為類似于透鏡31的那些，并且可能將透鏡32A的焦距、布置等設(shè)置為類似于透鏡32的那些。
[0057]第二實施例
[0058]在第二實施例中，示出包括多個具有不同曲率的透鏡的透鏡陣列的示例。另外，在第二實施例中，將省略對于與之前所述的一個或多個實施例的相同的部件的描述。
[0059]圖8是示出根據(jù)第二實施例的距離測量裝置的圖解。如參照圖8，距離測量裝置IOB與距離測量裝置10 (參見圖1)的不同之處在于，透鏡陣列30由透鏡陣列30B代替。透鏡陣列30B包括具有孔半徑的多個透鏡，所述多個透鏡包括具有預(yù)定孔半徑的透鏡31和孔半徑小于透鏡31的孔半徑的透鏡33。透鏡31和透鏡33為其曲率改變來提供不同數(shù)值孔徑的透鏡。另外，透鏡31為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的第三透鏡的一個典型示例，透鏡33是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的第四透鏡的典型示例。
[0060]在距離測量裝置IOB中，成像透鏡20的數(shù)值孔徑和構(gòu)成透鏡陣列30B的透鏡31的數(shù)值孔徑設(shè)置為相等的值NAa，并且透鏡33的數(shù)值孔徑設(shè)置為小于NAa的值NAc。S卩，透鏡33是比透鏡31更慢的透鏡。
[0061]類似于第一實施例，直接位于快透鏡31下方的圖像和直接位于慢透鏡33下方的圖像在成像元件陣列40的每一個成像元件上被分別稱為宏像素41和宏像素42。類似于第一實施例，宏像素41為由快透鏡31提供的圖像，并且因此即使在物體呈暗色時，仍不產(chǎn)生過黑的影像。而且，宏像素42為由暗透鏡33提供的圖像，并且因此，即使當(dāng)物體明亮?xí)r，仍可不產(chǎn)生曝光過度的強光部，以使其可能獲得具有品質(zhì)的圖像。
[0062]圖9A和9B是示出根據(jù)第二實施例構(gòu)成透鏡陣列的快透鏡和慢透鏡的陣列的布置的圖解，其為從入射光方向看的圖解。類似于第一實施例，對于透鏡31和透鏡33，例如一系列透鏡31和一系列透鏡33，可如圖9A中交替地布置，或透鏡31和透鏡33可如圖9B中以棋盤模式布置。當(dāng)然，行或列可被在圖9A和9B中交換。而且，不提供對圖9A和9B的陣列的限制。
[0063]用于通過對宏像素組的光場圖像的重新布置形成具有寬動態(tài)范圍的二維圖像的方法也類似于第一實施例的方法。而且，用于從通過重新布置形成的二維圖像計算距離物體的距離的方法和用于在具有大亮度差的場景中計算距離物體的距離的方法也類似于第一實施例的方法。
[0064]因而，通過使用包括其曲率變化來提供不同數(shù)值孔徑的透鏡的透鏡陣列，還可能提供類似于第一實施例的效果。
[0065]另外，已經(jīng)作為示例示出具有透鏡31和33的透鏡陣列30B，所述透鏡31和33為圖8和圖9A以及9B中所示的距離測量裝置10中使用的凸-凸透鏡，但是不限于此。例如，類似于圖10中示出的距離裝置10C，使用具有為平-凸透鏡的透鏡31C和33C的透鏡陣列30C代替透鏡陣列30B，以使得還可能提供類似于上面所述的效果。另外，在圖10中，可能將透鏡31C的焦距、布置等設(shè)置為類似于透鏡31的那些，并且可能將透鏡33C的焦距、布置等設(shè)置為類似于透鏡33的那些。
[0066]第三實施例
[0067]在第三實施例中，示出包括具有不同折射率的多個透鏡的透鏡陣列的示例。另外，在第三實施例中，省略對與之前所示的一個或多個實施例中所述的部件相同的部件的描述。
[0068]圖11是示出根據(jù)第三實施例的距離測量裝置的圖解。如參照圖11，距離測量裝置IOD與距離測量裝置10 (參見圖1)的不同之處在于，透鏡陣列30由透鏡陣列30D代替。透鏡陣列30D包括具有折射率的多個透鏡，所述多個透鏡包括具有預(yù)定折射率的透鏡31和具有小于透鏡31的折射率的折射率的透鏡34。透鏡31和34為其折射率改變來提供不同數(shù)值孔徑的透鏡。另外，透鏡31為根據(jù)本發(fā)明的實施例的第五透鏡的一個典型示例，并且透鏡34是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的第六透鏡的一個典型示例。
[0069]在距離測量裝置IOD中，成像透鏡20的數(shù)值孔徑和構(gòu)成透鏡陣列30D的透鏡31的數(shù)值孔徑設(shè)置為相等值NAa，并且透鏡34的數(shù)值孔徑設(shè)置為小于NAa的NAc。即，透鏡34是比透鏡31更慢的透鏡。
[0070]類似于第一實施例，直接位于快透鏡31下方的圖像和直接位于慢透鏡34下方的圖像在成像元件陣列40的每一個成像元件上被分別稱為宏像素41和宏像素42。類似于第一實施例，宏像素41為由快透鏡31提供的圖像，并且因此即使在物體呈暗色時，仍不產(chǎn)生過黑的影像。而且，宏像素42為由暗透鏡34提供的圖像，并且因此，即使當(dāng)物體明亮?xí)r，仍可不產(chǎn)生曝光過度的強光部，以使其可能獲得具有品質(zhì)的圖像。
[0071]圖12A和圖12B是示出根據(jù)第三實施例的構(gòu)成透鏡陣列的快透鏡和慢透鏡的布置的圖解，其為從入射光的方向看的圖解。類似于第一實施例，對于透鏡31和透鏡34，例如一系列透鏡31和一系列透鏡34，可如圖12A中交替地布置，或透鏡31和透鏡34可如圖12B中以棋盤模式布置。當(dāng)然，行或列可被在圖12A和12B中交換。而且，不提供對圖12A和12B的陣列的限制。
[0072]用于通過對宏像素組的光場圖像的重新布置形成具有寬動態(tài)范圍的二維圖像的方法也類似于第一實施例的方法。而且，用于從通過重新布置形成的二維圖像計算距離物體的距離的方法和用于在具有大亮度差的場景中計算距離物體的距離的方法也類似于第一實施例的方法。
[0073]因而，通過使用包括其折射率變化來提供不同數(shù)值孔徑的透鏡的透鏡陣列，也可能提供類似于第一實施例的效果。
[0074]另外，已經(jīng)作為示例示出具有透鏡31和34的透鏡陣列30D，所述透鏡31和34為圖11和圖12A以及12B中所示的距離測量裝置IOD中使用的凸-凸透鏡，但是不限于此。例如，類似于圖13中示出的距離裝置10E，使用具有為平-凸透鏡的透鏡31E和33E的透鏡陣列30E代替透鏡陣列30D，以使得還可能提供類似于上面所述的效果。另外，在圖13中，可能將透鏡31E的焦距、布置等設(shè)置為類似于透鏡31的那些，并且可能將透鏡33E的焦距、布置等設(shè)置為類似于透鏡34的那些。
[0075]雖然上面已經(jīng)詳細描述了一些優(yōu)選實施例，但是不提供對上面提到的實施例的限制，各種修改形式和替代形式可應(yīng)用于上面提到的實施例，而不偏離權(quán)利要求中記載的范圍。
[0076]例如，包括在透鏡陣列中的多個透鏡可設(shè)置為具有不同數(shù)值孔徑的透鏡，所述數(shù)值孔徑通過改變其孔半徑、曲率和折射率中的多個參數(shù)提供。
[0077]附錄
[0078]距離測量裝置和距離測量方法的一個或多個示例性實施例[0079]本發(fā)明的至少一個示例性實施例可能涉及用于測量距離物體的距離的距離測量裝置和距離測量方法中的一個。
[0080]本發(fā)明的至少一個示例性實施例的目的可以是提供一種距離測量裝置，其能夠甚至對于具有大亮度差的場景，仍能以良好的精度測量距離物體的距離。
[0081]本發(fā)明的至少一個示例性實施例可以是距離測量裝置，其具有用于從物體聚集入射光的成像透鏡、已經(jīng)通過成像裝置的光入射其上的透鏡陣列、用于接收已經(jīng)通過透鏡陣列的光來輸出圖像信息的成像元件陣列和基于圖像信息計算距離物體的距離的距離計算部，其中，該透鏡陣列包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡。
[0082]示例性實施例(I)為距離測量裝置，其具有用于聚集來自物體的入射光的成像透鏡、以及通過成像透鏡的光入射其上的透鏡陣列、用于接收已經(jīng)通過透鏡陣列接收光來輸出圖像信息的成像元件和用于根據(jù)圖像信息計算到該物體的距離的距離計算部，其中，透鏡陣列包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡。
[0083]示例性實施例⑵是如示例性實施例⑴中所述的距離測量裝置，其中，多個透鏡包括第一和第二透鏡，其曲率彼此相等并且第二透鏡的孔部分的一部分被遮擋以使第二透鏡的數(shù)值孔徑小于第一透鏡的數(shù)值孔徑。
[0084]示例性實施例(3)是如示例性實施例⑴中所述的距離測量裝置，其中，多個透鏡包括第三透鏡和第四透鏡，其曲率改變來提供其不同的數(shù)值孔徑。
[0085]示例性實施例(4)是如示例性實施例⑴中所述的距離測量裝置，其中，多個透鏡包括第五透鏡和第六透鏡，其折射率變化來提供其不同的數(shù)值孔徑。
[0086]示例性實施例(5)是如示例性實施例⑴中所述的距離測量裝置，其中，多個透鏡包括其孔半徑、曲率和折射率中的多個參數(shù)被改變來提供其不同的數(shù)值孔徑的透鏡。
[0087]示例性實施例(6)是如示例性實施例(2)中所述的距離測量裝置，其中，第二透鏡的孔部分的一部分被使用不透明金屬薄膜遮蔽。
[0088]示例性實施例(7)是如示例性實施例⑴到(6)的任何一個中所述的距離測量裝置，其中，距離計算部通過使用查詢表計算對應(yīng)于數(shù)值孔徑的距離。
[0089]示例性實施例(8)是示例性實施例(I)到(6)的任何一個中所述的距離測量裝置，其中，距離計算部通過使用估計公式計算對應(yīng)于數(shù)值孔徑的距離。
[0090]示例性實施例(9)是距離測量方法，包括用于在成像元件陣列上通過包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡的透鏡陣列接收來自物體的入射光以輸出圖像信息的步驟，和用于基于該圖像信息計算距離物體的距離的步驟。
[0091]根據(jù)本發(fā)明的至少一個示例性實施例，可能提供一種距離測量裝置，其能夠即使對于具有大亮度差的場景仍能以高精度測量距離物體的距離。
[0092]雖然以及參照附圖描述了本發(fā)明的示例性實施例和特定示例，但是本發(fā)明不限于任何示例性實施例和特定示例，并且所述示例性實施例和特定示例可改變、修改或組合而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0093]本申請要求基于2012年2月24日提交的日本專利申請N0.2012-038890和2012年11月I日提交的日本專利申請N0.2012-241843的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以引用的方式在此并入本文中。
【權(quán)利要求】
1.一種距離測量裝置，包括: 成像透鏡，配置為聚集來自物體的入射光； 透鏡陣列，以使得已經(jīng)通過成像透鏡的光入射其上的方式配置； 成像元件陣列，配置為接收已經(jīng)通過透鏡陣列的光以輸出圖像信息；和 距離計算部，配置為基于圖像信息計算距離物體的距離， 其中，該透鏡陣列包括多個具有不同數(shù)值孔徑的透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其中，所述多個透鏡包括具有彼此相等的曲率的第一透鏡和第二透鏡，且第二透鏡的孔部分的一部分被以使第二透鏡的數(shù)值孔徑小于第一孔的數(shù)值孔徑的方式遮擋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其中，所述多個透鏡包括第三透鏡和第四透鏡，第三透鏡和第四透鏡的曲率被改變以提供其不同的數(shù)值孔徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其中，所述多個透鏡包括第五透鏡和第六透鏡，第五透鏡和第六透鏡的折射率被改變來提供其不同的數(shù)值孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其中，所述多個透鏡包括具有選自以下組中的多個參數(shù)的透鏡:孔半徑、曲率和折射率的組，這些參數(shù)被改變以提供其不同的數(shù)值孔徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的距離測量裝置，其中，第二透鏡的孔部分的一部分使用不透明的金屬膜遮擋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的距離測量裝置，其中，所述距離計算部配置為使用查詢表計算對應(yīng)于數(shù)值孔徑的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的距離測量裝置，其中，距離計算部配置為使用估計公式計算對應(yīng)于數(shù)值孔徑的距離。
9.一種距離測量方法，包括經(jīng)由透鏡陣列在成像元件陣列上接收來自物體的入射光，以輸出圖像信息的步驟，該透鏡陣列包括具有不同數(shù)值孔徑的多個透鏡，和基于所述圖像信息計算距離物體的距離的步驟。
【文檔編號】G01C3/00GK103453881SQ201310375817
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】山中佑治, 增田憲介 申請人:株式會社理光