[发明专利]识别和校准全景光学系统的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及互补型金属氧化物半导体成像器(CMOS imagers)，具体说，涉及互补型金属氧化物半导体成像器的微透镜阵列结构和制造该微透镜阵列的方法。

背景技术

以下对术语进行说明：

1.全景光学器件：一种总体上具有大于120度视场的可以折射和/或反射兼折射(无论是否相关于透镜和镜子)的光学系统。该全景光学器件本身可以分成以下定义的两种主要的类群。

极广角光学器件：一种主要由多个透镜组成的折射光学系统，其视场(field of view，FOV)大于120度。此类群又分成以下定义的两种光学系统。

鱼眼光学器件：轴对称的极广角光学器件(总体上大于160度)，其角分布函数理想地趋于常数。

全景成像(Panomorph)光学器件：一种为了增加所关注区带的分辨率以及优化传感器上的最终图像所覆盖的区域而具有更大和各种非对称(畸变)、或者可变角分布函数、或者甚至是两者的结合的可能性的极广角光学器件。

1.2.反射兼折射光学器件：一种由一个或多个各种形状的反射镜组成的系统，所述反射镜无论是否整合到折射元件中，也无论是否与附加的透镜组结合，都提供大于120度的视角。

2.全视野系统：由全景光学系统、图像传导系统和数字处理系统组成的总成，其中该数字处理系统能够通过矫正全景光学器件引起的失真而重建透视。

3.全景投射区带：拍摄或摄制的环境投射到其上的传感器(或图像的)区带。

4.邻接投射区带：未使用的传感器表面，其位于全景投射区带的周围(通常在全景光学器件的情况下)和/或中央(特别是在反射兼折射光学器件的情况下)。

二十世纪九十年代末期以来，大量被称为“浸入式(immersive)”的技术就一直试图进入视频会议和视频监控市场。全视野或浸入式装置，或者还有360°的装置，所提供的主要优点在于，仅需一个摄像机就能够使多个使用者同时在多个方向上进行观察的可能性。

尽管如此，虽然有这样明显的优点，但这种技术在过去的15年中仅有微小突破。

这样的商业困境缘于多种技术原因，其主要缘于全景视频系统的图形分辨率的缺乏(现已通过使用高分辨率传感器和/或使用全景光学器件来克服部分问题)。另外，将浸入式技术集成到现有基础结构和系统中的方法的复杂性也成为主要的难题。

该复杂性主要缘于这样的事实，即全景摄像机(全视野系统)必须通过大量的手工操作的方法每次一个地加以校准。因此，这就需要合格的经过训练的职员完成此任务。

实际上，全景光学器件将约为半球状的空间环境以极高的失真率投射到平面传感器(图像平面)上。因此，需要了解全部的特性(校准)，以通过消除失真从而模拟机动驱动摄像机来重新塑造并矫正一部分图像的透视。用于校准全景光学器件的四个主要参数如下：

1.全景光学器件的失真类型(空间中像素失真的函数)，以及传感器(全景投射区带)上经拉伸的图像的形状，

2.全景光学器件的总视角，

3.传感器上图像的位置和方向(panomorphic光学器件的情况下)，以及

4.传感器上图像的大小。

如果除了投射图像之外不能获得其它信息，那么确定所有这些特性远非那么简单。此外，自动检测或校准演算法会经常出错。

为了克服这些困难，目前上市的大部分浸入式技术为或多或少具有相同角分布函数和相同视角的专有解决方案。因而，如果不寻求与竞争系统兼容，就很容易在软件中定义上述前两个参数的默认值。

另一方面，后两个参数取决于图像传感器相对于物镜的定位。因此，它们在不同的照相机之间差别极大，即使照相机由相同的组件组成。

因此，全景系统制造商已设计出主要是手工或半自动、有时是自动的校准方法，尽管自动校准方法最后有高误差率。自动和半自动方法能够生成校准和识别数据，这些数据必须与各照相机相关并与各全景图像处理或显示系统共享。该方法的主要缺点是其需要为此目的而训练的技术人员的工作。

这就是为什么全视野系统制造商们通常选择上市整合的技术，其不是由全景光学器件组成，而是完全由全视野的专有系统(光学器件、照相机和软件)组成。因而校准可以在工厂手工完成。该解决方案倾向于在源头增加全视野系统的成本。此外，该解决方案不允许改善现有的照相机群体，而这些照相机群体代表了最大的市场份额。

本发明的目的在于允许在极大的照相机群体上有效配置和使用全视野系统，而不需要高成本的职员干预，或者甚至系统地参照各照相机。