一种内部参数可调的光场相机的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种内部参数可调的光场相机。


背景技术：

2.光场相机是一种对光场信息进行采集，记录到达传感器的不同方向的光线的新型相机。区别于传统相机的是，光场相机的每个像素采集到的是物体从特定角度发出的光线，所以不仅采集了光线能量，同时也捕捉到了每条光线的方向信息。
3.光场相机的光学组件一般由镜头组件、微透镜阵列组件和图像传感器构成。微透镜阵列组件可以处理通过镜头组件的光线，通过图像传感器采集微透镜阵列处理后的光线信息。
4.光场相机的可应用范围非常广，例如人脸识别、植物分类、工业半导体检测、生物医疗检测等。针对不同的应用需求，对于光场相机的性能参数要求不同。由于目前的光场相机中的微透镜阵列组件与图像传感器之间的距离是固定的，其性能参数是固化的，一台光场相机只适用于一个特定类型的场景，无法应对多场景或者复杂场景。比如，应用光场相机对某些工业半导体进行检测时，既需要光场相机具有高景深，又需要光场相机具有高分辨率，但是仅靠一台光场相机无法同时实现，只能在检测时更换不同的光场相机，这样操作起来非常不方便，而且，硬件成本也非常高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种内部参数可调的光场相机，光场相机的内部参数可以进行调整，使其可以应对不同的应用场景。
6.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种内部参数可调的光场相机，包括壳体、固定在壳体上的镜头组件、用于处理通过镜头组件光线的微透镜阵列组件、用于采集微透镜阵列组件处理后的光线信息的图像传感器、与图像传感器电连接用于控制拍摄的主控装置；光场相机还包括具有控制模块的移动装置，移动装置用于通过控制模块控制微透镜阵列组件与图像传感器的相对距离。
7.另外，微透镜阵列组件的通光区域大于图像传感器的感光区域，移动装置还用于通过控制模块控制微透镜阵列组件朝向图像传感器感光面的投影的相对位置。通过拍摄微透镜阵列组件相对于图像传感器感光面不同投影位置的光场图，由于每一个光场图具有多个视角，将所拍摄的不同视角的光场图分别进行合并，可以得到更高分辨率的多视角图像，在不增加现有图像传感器分辨率的情况下，提高了光场相机拍摄的光场图的分辨率。
8.另外，控制模块与主控装置可通信，控制模块控制微透镜阵列组件以预设的移动规则移动，使微透镜阵列组件朝向图像传感器感光面的投影的相对位置变化；主控装置根据控制模块控制微透镜阵列组件的移动，控制每一次移动的拍摄间隔。主控装置获取到控制模块控制微透镜阵列组件移动到一个指定位置后，可控制光场相机进行一次拍摄，根据微透镜阵列组件的具体的移动规则，主控装置可制定光场相机的具体拍摄策略。
9.另外，控制模块控制微透镜阵列组件按照设定移动步长，设定移动路径的移动规则控制微透镜阵列组件进行线性移动。
10.另外，控制模块设置在壳体内，由壳体上设置的控制部件直接控制。
11.另外，控制模块为设置在壳体外的控制设备。
12.另外，控制模块与主控装置电连接，主控装置直接控制控制模块。
13.另外，除控制模块外，移动装置还包括：固定端模块、可动端模块、驱动模块；固定端模块用于固定在壳体内；可动端模块用于与微透镜阵列组件固定；驱动模块用于通过控制模块控制可动端模块移动。
14.另外，移动装置为纳米定位台，可以使微透镜阵列组件的移动实现纳米级定位。
15.另外，壳体和移动装置为一体式结构。
16.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
17.由于光场相机的移动装置可以通过控制模块控制微透镜阵列组件与图像传感器的相对距离，所以光场相机的内部参数可以按照实际的使用需求进行调整，以适应不同的应用场景。在面对多场景或者复杂场景时，不必更换光场相机，只需通过控制模块调整微透镜阵列组件与图像传感器的相对距离，操作起来更为便利。另外，由于只需通过一台光场相机就解决了实际的应用问题，可以极大地节约硬件成本。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1是本发明第一实施方式中的内部参数可调的光场相机爆炸结构示意图；
20.图2是本发明第一实施方式中的内部参数可调的光场相机剖视示意图；
21.图3是本发明第三实施方式中的内部参数可调的光场相机的微透镜阵列组件朝向图像传感器感光面的投影的相对位置变化示意图；
22.图4是本发明第三实施方式中的内部参数可调的光场相机的微透镜阵列组件移动路径示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术各权利要求所要求保护的技术方案。
24.本发明的第一实施方式提供了一种内部参数可调的光场相机，如图1、2所示，包括：壳体1、固定在壳体1上的镜头组件(图中未示，位于壳体1的开孔处)、用于处理通过镜头组件光线的微透镜阵列组件2、用于采集微透镜阵列组件2处理后的光线信息的图像传感器3、与图像传感器3电连接用于控制拍摄的主控装置(图中未示)、具有控制模块(图中未示)的移动装置4。在本实施方式中，图像传感器3为cmos传感器，cmos传感器固定设置在电路模块5上，主控装置可以是设置在该电路模块5上的主处理器，或者是与该电路模块5电连接的
具有处理器的控制装置。微透镜阵列组件2由一定数量一定直径的子透镜在基板上按一定顺序排列组成，微透镜阵列组件2的通光面与图像传感器3的感光面相互平行，移动装置4可以通过控制模块控制微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，改变微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，即可以改变光场相机的性能参数。
25.值得一提的是，本实施方式中移动装置4为一纳米定位台，纳米定位台主要是以压电陶瓷作为驱动源，安装在柔性铰链机构平台内，通过电压驱动压电陶瓷从而带动铰链平台做微小的运动，使微透镜阵列组件2的移动实现纳米级定位，并实现微透镜阵列组件2与图像传感器3相对距离的改变。纳米定位台设置在镜头组件与图像传感器3之间，具体选用中空式的纳米定位台，使图像传感器3可以直对镜头组件采集和传输光场信息，不被纳米定位台遮挡。壳体1和纳米定位台(即移动装置4)可以是一体式结构，也可以通过紧固件进行固定。纳米定位台的控制模块设置在壳体1内，由壳体1上设置的控制部件直接控制。控制部件具体可以是按钮、旋钮等。当然，主控装置也可以与纳米定位台的控制模块电连接，主控装置直接控制纳米定位台的控制模块；或者，纳米定位台的控制模块是设置在壳体1外的控制设备。根据具体的应用情况，主控装置可以仅负责拍摄，拍摄完成后的图像通过外部设备进行处理；或者，主控装置具有图像处理能力，完成图像拍摄后可以对图像进行处理。具体地，在光场相机上可以设置拍摄按键和图像处理按键，按下拍摄按键后，主控装置执行拍摄操作，拍摄完成后，通过图像处理按键可以控制主控装置进行图像处理。
26.此外，需要说明的是，除控制模块外，纳米定位台(移动装置4)可包括以下模块：固定端模块、可动端模块、驱动模块。固定端模块可以固定在壳体1上，可动端模块、驱动模块设置在固定端模块上，可动端模块可以与微透镜阵列组件2固定，驱动模块可以通过控制模块控制可动端模块移动，从而控制微透镜阵列组件2的移动。
27.由于光场相机的移动装置4可以通过控制模块控制微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，所以光场相机的内部参数可以按照实际的使用需求进行调整，以适应不同的应用场景。在面对多场景或者复杂场景时，不必更换光场相机，只需通过控制模块调整微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，操作起来更为便利。另外，由于只需通过一台光场相机就解决了实际的应用问题，可以极大地节约硬件成本。
28.本发明的第二实施方式涉及一种光场相机。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，移动装置4仅可以通过控制模块控制微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离。而在本发明第二实施方式中，微透镜阵列组件2的通光区域大于图像传感器3的感光区域，移动装置4还可以通过控制模块控制微透镜阵列组件2朝向图像传感器3感光面的投影的相对位置。
29.具体地说，在此实施方式中，纳米定位台(移动装置4)不仅可以控制微透镜阵列组件2朝向或远离图像传感器3直线移动，改变微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离(为方便说明，其移动轴标识为z轴)，而且可以控制微透镜阵列组件2在垂直于z轴方向上的x-y面上移动，从而改变微透镜阵列组件2朝向图像传感器3感光面的投影的相对位置。纳米定位台的控制模块的设置方式与第一实施方式类似，只是在控制功能上更丰富一些。
30.本实施方式中，光场相机在调整完成微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离后，可以拍摄多张微透镜阵列组件2相对于图像传感器3感光面不同投影位置的光场图，由于光场相机拍摄的每一个光场图具有多个视角，将所拍摄的不同视角的光场图分别进行合
并，可以得到更高分辨率的多视角图像，这样可以在不增加现有图像传感器3分辨率的情况下，提高光场相机拍摄的光场图的分辨率。此外，由于微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离可以调整，重复以上描述的步骤后，可以得到适用于不同的应用场景的更高分辨率的多视角光场图。所以，该种光场相机可以拍摄出同时满足高景深和高精度的光场图。
31.本发明的第三实施方式涉及一种光场相机。第三实施方式与第二实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第二实施方式中，主控装置控制拍摄，移动装置4的控制模块控制微透镜阵列组件2的移动，相互独立运作。而在本发明第三实施方式中，控制模块与主控装置可通信，控制模块可以控制微透镜阵列组件2以预设的移动规则移动，使微透镜阵列组件2朝向图像传感器3感光面的投影的相对位置变化。主控装置根据控制模块控制微透镜阵列组件2的移动，控制每一次移动的拍摄间隔。主控装置获取到控制模块控制微透镜阵列组件2移动到一个指定位置后，可控制光场相机进行一次拍摄，根据微透镜阵列组件2的具体的移动规则，主控装置可制定光场相机的具体拍摄策略。
32.具体地，如图3所示，确定微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离后，微透镜阵列组件2按照设定移动步长，设定移动路径的移动规则进行线性移动，即在第二实施方式中提到的垂直于z轴方向上的x-y面上移动。其中，移动步长设定为微透镜阵列组件2中单个微透镜的直径的二分之一，设置步数为4，微透镜阵列组件2沿着逆时针方向移动。在光场相机上可以设置一个自动拍摄按钮，按下自动拍摄按钮后，主控装置控制光场相机运行过程如下：在微透镜阵列组件2未移动时拍摄一张光场原图；微透镜阵列组件2沿着水平向右方向移动单个微透镜的直径的二分之一的距离后，拍摄第二张光场原图；微透镜阵列组件2沿着竖直向上方向移动单个微透镜的直径的二分之一的距离后，拍摄第三张光场原图；微透镜阵列组件2沿着水平向左方向移动单个微透镜的直径的二分之一的距离后，拍摄第四张光场原图。按照以上路径和步长移动微透镜阵列组件2，进行拍摄后，主控装置可以将4张光场原图进行合并处理，最终得到的光场图像的分辨率可以提升到原来的4倍。之后可以继续调整微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，即调整光场相机的性能参数后，再次进行自动拍摄。或者，微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离的调整也是移动路径规则中的一部分。
33.当然，上述提及的设定移动步长也可以是单个微透镜的直径的1/n,其中，n为大于或等于2的自然数，移动步数为n2，图4中是n＝3时移动路径的一种示范，微透镜阵列组件2的移动范围为一3x3的矩阵，按顺时针方向逐步移动。n为其他自然数时，可以以类似的方式进行移动，最终得到的光场图像的分辨率可以提升到原来的n2倍。根据实际的应用需求，移动规则可相应调整，本实施方式中并不进行限定。
34.此外，还需要说明的是，微透镜阵列组件2的具体移动规则也可以是其他形式，比如：先保证x-y面的相对位置不变，不断地改变微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，主控装置控制光场相机分别在设定的节点上进行拍摄，之后调整x-y面的相对位置，再不断地改变微透镜阵列组件2与图像传感器3的相对距离，再在设定的节点上进行拍摄，最终光场相机同样可以拍摄出高景深和高精度的光场图。此处不再进行一一例举。
35.本实施方式中，由于光场相机的主控装置与移动装置的控制模块可通信，光场相机一次按键可以实现多次拍摄，最终可以得到适用于不同的应用场景的更高分辨率的多视角光场图，相较于第二实施方式中的光场相机，使用起来更为方便。
36.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。