陣列鏡頭成像系統(tǒng)及其用于高速運動物體清晰成像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列鏡頭成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種陣列鏡頭成像系統(tǒng)及其用于高速運動物體清晰成像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的圖像傳感器成像系統(tǒng)為單顆鏡頭，單顆鏡頭包括圖像傳感器和用于在圖像傳感器上形成被攝物體影像的微透鏡，與“所見即所得”的傳統(tǒng)成像方式不同，圖像傳感器成像方式是一種計算成像，其“所得”(光場)需要經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)字處理算法才能得到“所見”(圖像)。因此，單顆鏡頭的圖像傳感器成像的過程包括通過微透鏡采集光場、通過圖像傳感器將光場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號，并通過數(shù)據(jù)處理器對電信號進行處理得到圖像。但是，在使用單顆鏡頭獲取運動物體的圖像時，存在拍攝的圖像出現(xiàn)模糊、失真的問題，這是因為，數(shù)據(jù)處理器一般逐行掃描采集圖像傳感器的感光區(qū)上的像素點來獲取運動物體的像，而逐行掃描必然需要一定的時間，當物體運動速度較快時，掃描期間物體位置會發(fā)生移動，導致拍攝的圖像模糊、失真，如圖1所示?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了獲得運動物體的清晰的圖像的方法是，將單顆鏡頭安裝到機械移動裝置中，使用合適快門沿物體運動方向移動拍攝，以獲得清晰的圖片；但該方法需要的設(shè)備較多，拍照操作繁瑣，并且不適用于高速運動的物體的拍攝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種陣列鏡頭成像系統(tǒng)及其用于高速運動物體清晰成像的方法，利用陣列排布的多個鏡頭，逐次對高速運動物體進行捕捉，以補償物體的位移，可實現(xiàn)高速運動物體清晰成像；或者利用陣列排布的多個鏡頭，同時對高速運動物體的不同部分進行捕捉，也可實現(xiàn)高速運動物體清晰成像。且該方法需要的設(shè)備少，操作方便。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種陣列鏡頭成像系統(tǒng)，包括陣列鏡頭和數(shù)據(jù)處理終端，所述陣列鏡頭包括微透鏡陣列和圖像傳感器陣列，所述微透鏡陣列包括多個陣列排布的微透鏡，所述圖像傳感器陣列包括多個陣列排布的圖像傳感器，所述微透鏡陣列中的微透鏡與圖像傳感器陣列中的圖像傳感器一一對應(yīng)，一個所述微透鏡與其對應(yīng)的圖像傳感器作為一顆單獨成像的鏡頭，所述陣列鏡頭中各個鏡頭分別與所述數(shù)據(jù)處理終端通過電路模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理終端能夠控制陣列鏡頭中需開啟鏡頭的排布、開啟時刻、像素點的掃描采集位置及范圍，且所述數(shù)據(jù)處理終端能夠掃描采集已開啟鏡頭的像素點，并處理合成完整圖像。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進，所述陣列鏡頭為方形陣列，由M行和N列個鏡頭組成，其中，M和N為任意正整數(shù)。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述數(shù)據(jù)處理終端包括用于對陣列鏡頭中需開啟鏡頭的排布、開啟時刻、像素點的掃描采集位置及范圍進行控制的控制模塊、用于對已開啟鏡頭的像素點進行掃描采集的采集模塊、用于對掃描采集后的像素點進行合成處理的處理模塊或/和用于對合成處理前后的圖像信息進行存儲的存儲模塊或/和用于對合成處理后的圖像信息進行傳輸及顯示的傳輸顯示模塊。
[0008]一種陣列鏡頭成像系統(tǒng)用于高速運動物體清晰成像的方法，包括所述陣列鏡頭成像系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)運動物體的不同運動速度和運動方向通過軟件預先設(shè)定需開啟鏡頭的排布、開啟時刻和像素點的掃描采集位置及范圍的實現(xiàn)方式，使各個已開啟鏡頭的像素點的掃描范圍之和至少覆蓋一張完整圖像需要的像素點；所述數(shù)據(jù)處理終端通過該軟件的實際運行控制各個已開啟鏡頭的掃描采集順序跟隨要拍攝運動物體的運動方向，并對各個已開啟鏡頭掃描采集到的像素點進行處理，合成完整圖像。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，運動物體逐次進入陣列鏡頭中需開啟鏡頭的視野，以運動物體最先進入視野的鏡頭對其圖像傳感器的感光區(qū)上的像素點進行掃描采集的位置為起點，下一顆或多顆鏡頭接著上一顆或多顆鏡頭已掃描采集像素點的位置，依次往下掃描采集，直到獲得一個圖像傳感器的感光區(qū)上的所有像素點信息。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，運動物體同時進入陣列鏡頭中需開啟鏡頭的視野，各個需開啟鏡頭同時對其圖像傳感器的感光區(qū)上的不同像素點進行掃描采集，所有鏡頭掃描范圍累加起來，至少覆蓋一個圖像傳感器的感光區(qū)上的所有像素點信息。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，掃描采集每個鏡頭的像素點的掃描方式為行掃描。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種陣列鏡頭成像系統(tǒng)及其用于高速運動物體清晰成像的方法，該陣列鏡頭成像系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理終端和由微透鏡陣列與其下方的圖像傳感器陣列組成的多顆鏡頭，微透鏡陣列的每個微透鏡與圖像傳感器陣列中的圖像傳感器一一對應(yīng)，每顆鏡頭單獨成像，陣列鏡頭中各個鏡頭分別與數(shù)據(jù)處理終端通過電路模塊連接，數(shù)據(jù)處理終端能夠控制陣列鏡頭中需開啟鏡頭的排布、開啟時刻、像素點的掃描采集位置及范圍，且數(shù)據(jù)處理終端能夠掃描采集已開啟鏡頭的像素點，并處理合成完整圖像。該陣列鏡頭成像系統(tǒng)用于高速運動物體清晰成像時，一種方法為:利用陣列排布的多個鏡頭，逐次對高速運動物體進行捕捉，即運動物體逐次進入陣列鏡頭中一些鏡頭的視野，下一顆或多顆鏡頭接著上一顆或多顆鏡頭已掃描采集像素點的位置，依次往下掃描采集，直到獲得一個圖像傳感器的感光區(qū)上的所有像素點信息。這樣，利用相鄰鏡頭之間的位置差異，可以補償高速運動物體在圖像傳感器掃描像素信息期間的位移，實現(xiàn)高速運動物體清晰成像；另一種方法為:利用陣列排布的多個鏡頭，同時對高速運動物體的不同部分進行捕捉，即高速運動物體同時進入多個鏡頭的光場時，各鏡頭分別掃描各自圖像傳感器的感光區(qū)上一排或某幾排像素，所有鏡頭掃描范圍累加起來，至少覆蓋一個圖像傳感器的感光區(qū)上所有像素點，如一顆鏡頭掃描完其感光區(qū)上所有像素點所需時間為T，那么η個鏡頭同時掃描，所用時間為Τ/η，類似將快門速度大大提高，能拍攝出高速運動物體某一瞬間的清晰照片。相比現(xiàn)有技術(shù)中將單顆鏡頭安裝到機械移動裝置中的方法，上述方法需要的設(shè)備少，操作方便。
【附圖說明】
[0013]圖1為單顆鏡頭拍攝運動物體的工作原理圖；
[0014]圖2為本發(fā)明中陣列鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中陣列鏡頭與待拍攝運動物體相對位置示意圖；
[0016]圖4為圖3中A位置鏡頭拍攝運動物體的工作原理圖；
[0017]圖5為本發(fā)明陣列鏡頭拍攝運動物體合成處理后的圖像示意圖；
[0018]結(jié)合附圖做以下說明:
[0019]I——鏡頭2——感光區(qū)
[0020]3一一圖像傳感器陣列4一一像素點
[0021]5——圖像6——運動物體
[0022]7——掃描范圍
【具體實施方式】
[0023]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明提到的“開啟鏡頭”，并非嚴格意義上從不工作到工作的狀態(tài)，而是描述開始提取圖像傳感器感光區(qū)上像素點信息的動作。
[0024]一種陣列鏡頭成像系統(tǒng)，包括陣列鏡頭和數(shù)據(jù)處理終端，所述陣列鏡頭包括微透鏡陣列和圖像傳感器陣列，參見圖2，所述微透鏡陣列包括多個陣列排布的微透鏡1，所述圖像傳感器陣列3包括多個陣列排布的圖像傳感器，單個圖像傳感器的感光區(qū)2由很多像素點4組成，所述微透鏡陣列中的微透鏡與圖像傳感器陣列中的圖像傳感器一一對應(yīng)，一個所述微透鏡與其對應(yīng)的圖像傳感器作為一顆單獨成像的鏡頭，所述陣列鏡頭中各個鏡頭分別與所述數(shù)據(jù)處理終端通過電路模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理終端能夠控制陣列鏡頭中需開啟鏡頭的排布、開啟時刻、像素點的掃描采集位置及范圍，且所述數(shù)據(jù)處理終端能夠掃描采集已開啟鏡頭的像素點，并處理合成完整圖像。
[0025]優(yōu)選的，所述陣列鏡頭為方形陣列，由M行和N列個鏡頭組成，其中，M和N為任意正整數(shù)。當然陣列鏡頭也可以根據(jù)實際需要設(shè)計成圓形陣列等。
[0026]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理終端包括用于對陣列鏡頭中需開啟鏡頭的排布、開啟時刻、像素點的掃描采集位置及范圍進行控制的控制模塊、用于對已開啟鏡頭的像素點進行掃描采集的采集模塊、用于對掃描采集后的像素點進行合成處理的處理模塊或/和用于對合成處理后的圖像信息進行存儲的存儲模塊或/和用于對合成處理后的圖像信息進行傳輸及顯示的傳輸顯示模塊。控制模塊結(jié)合軟件可實現(xiàn)對陣列鏡頭中需開啟鏡頭的排布、開啟時亥IJ、像素點的掃描采集位置及范圍