(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャンネル光学撮像装置であって、少なくとも第１のチャンネル（２）は、アナモルフィック写像光学系（５）を備え、前記第１のチャンネル（２）は、少なくとも第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、
全てのチャンネル（２、３、１０）は、検出器ピクセル（４）の二次元配置を備え、各々がチャンネル（２、３、１０）につき、ピクセル行（６ａ、６ｂ、６ｃ）とピクセル列（７ａ、７ｂ、７ｃ）のピクセルマトリクスを形成し、各チャンネル（２、３、１０）の前記ピクセル行（６ａ、６ｂ、６ｃ）と前記ピクセル列（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、各々互いに直角に配置され、全てのチャンネル（２、３、１０）は、互いに直角に配置されたチャンネル行とチャンネル列のチャンネルマトリックスに配列され、前記アナモルフィック写像光学系（５）は、写像される対象物を、各チャンネル（２、３、１０）上に、全ての他のチャンネル（２、３、１０）に対して、それぞれのチャンネル（２、３、１０）に一意に割当可能な収差によって、アスペクト比１：１．０５以上で写像されるように構成された、マルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２】
前記第１のチャンネル（２）の前記アスペクト比は、前記第２のチャンネル（３）の前記アスペクト比と比較して異なる、請求項１に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項３】
前記マルチチャンネル光学撮像装置の各チャンネル（２、３、１０）は、
検出器ピクセル（４）の二次元配置と、
検出器ピクセル（４）の配置上への写像を遂行するように構成された写像光学系（５）と、
を備える、請求項１または２に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項４】
２つ以上のチャンネル（２、３、１０）は、異なるビューイング方向を有する、請求項
１〜３のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項５】
２つ以上のチャンネル（２、３、１０）の視野は、部分的にオーバーラップする、請求項１〜４のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項６】
少なくとも２つのチャンネル（２、３、１０）の視野は、完全にオーバーラップする、請求項１〜５のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項７】
前記アナモルフィック写像光学系（５）は、写像される対象物を、歪曲された方法で、前記第１のチャンネル（２）の検出器ピクセル（４）の配置上に、アスペクト比１：１．０５以上で写像するように構成された１つまたはいくつかのマイクロレンズを備える、請求項１〜６のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項８】
前記アナモルフィック写像光学系（５）は、円筒面を有する１つまたはいくつかのマイクロレンズを備える、請求項１〜７のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項９】
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）は、前記アナモルフィック写像光学系（５）の上流に更なるレンズを付加的に備えるプレノプティックカメラである、請求項１〜８のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１０】
前記第１のチャンネル（２）は、検出器ピクセル（４）の第１の二次元配置を備え、前記第２のチャンネル（３）は、検出器ピクセル（４）の第２の二次元配置を備え、前記第１の二次元配置は、前記第２の二次元配置に対して一致しない、請求項１〜９のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１１】
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）は、第３のチャンネル（１０）を備え、前記第３のチャンネル（１０）は、前記第１の二次元配置と前記第２の二次元配置の両方に対して一致しない検出器ピクセルの第３の二次元配置を備える、請求項１０に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１２】
少なくとも第１のチャンネル（２）と第２のチャンネル（３）を備えるマルチチャンネル光学撮像装置であって、前記第１のチャンネル（２）は、前記第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、前記第１のチャンネル（２）は、検出器ピクセル（４）の第１の二次元配置を備え、前記第２のチャンネル（３）は、検出器ピクセル（４）の第２の二次元配置を備え、前記第１の二次元配置は、前記第２の二次元配置に対して一致しない、マルチチャンネル光学撮像装置（１）であって、
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）は、第３のチャンネル（１０）を備え、前記第３のチャンネル（１０）は、前記第１の二次元配置と前記第２の二次元配置の両方に対して一致しない検出器ピクセルの第３の二次元配置を備え、
前記第１のチャンネル（２）の検出器ピクセル（４）は、前記第２のチャンネル（３）の検出器ピクセル（４）とは異なる検出器ピクセルアスペクト比を備える、マルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１３】
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）の各チャンネル（２、３、１０）は、
検出器ピクセル（４）の二次元配置と、
検出器ピクセル（４）の配置上へ写像を遂行するように構成された写像光学系（５）と、
を備える、請求項１２に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１４】
前記第１の二次元配置は、幾何学的に前記第２の二次元配置と類似している、請求項１０〜１３のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１５】
前記第１の二次元配置は、転移および付加的な一次元拡張によって、前記第２の二次元配置に変換することができる、請求項１０〜１４のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１６】
前記第１の二次元配置は、転移、付加的な一次元拡張および付加的な回転によって、前記第２の二次元配置に変換することができる、請求項１０〜１５のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１７】
前記第１の二次元配置の検出器ピクセル（４）は、ピクセル行（６ａ）とピクセル列（７ａ）に配置され、前記第２の二次元配置の検出器ピクセル（４）は、ピクセル行（６ｂ）とピクセル列（７ｂ）に配置される、請求項１０〜１６のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１８】
前記第１の二次元配置の２つの隣接するピクセル行（６ａ）は、互いに平行に配置され、行高さ（８ａ）を備え、前記第１の二次元配置の２つの隣接するピクセル列（７ａ）は、互いに平行に配置され、列幅（９ａ）を備え、前記行高さ（８ａ）は、量において前記列幅（９ａ）から異なる、請求項１７に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項１９】
前記第１の二次元配置のピクセル行（６ａ）は互いに平行に配置され、前記第１の二次元配置のピクセル列（７ａ）は互いに平行に配置され、前記第２の二次元配置のピクセル行（６ｂ）は互いに平行に配置され、前記第２の二次元配置のピクセル列（７ｂ）は互いに平行に配置され、前記第１の二次元配置の行高さ（８ａ）は前記第２の二次元配置の列高さ（８ｂ）に対して量において異なるおよび／または前記第１の二次元配置の列幅（９ａ）は前記第２の二次元配置の列幅（９ｂ）に対して量において異なる、請求項１７または１８に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２０】
前記第１の二次元配置のピクセル行（６ａ）とピクセル列（７ａ）は互いに垂直に配置されるおよび／または前記第２の二次元配置のピクセル行（６ｂ）とピクセル列（７ｂ）は互いに垂直に配置される、請求項１７〜１９のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２１】
前記第１のチャンネル（２）と前記第２のチャンネル（３）は、直接並設される、請求項１０〜２０のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２２】
前記マルチチャンネル光学撮像装置の全てのチャンネル（２、３、１０）は、互いのそばに規則的に配置される、請求項１０〜２１のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２３】
全てのチャンネル（２、３、１０）は、規則的なチャンネルマトリックスのチャンネル行とチャンネル列において、互いのそばにおよび互いの下に配置される、請求項１０〜２２のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２４】
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）は、写像光学系（５）の上流側に更なるレンズを付加的に備えるプレノプティックカメラである、請求項１３〜２３のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２５】
前記第１のチャンネル（２）と前記第２のチャンネル（３）と前記第３のチャンネル（１０）は、共通のチャンネルマトリックスに配置され、前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）の全てのチャンネル（２、３、１０）は、互いに平行なチャンネル行と互いに平行なチャンネル列を形成し、前記第１の二次元配置と前記第２の二次元配置と前記第３の二次元配置とは、平行なピクセル行（６ａ、６ｂ、６ｃ）と前記ピクセル行に垂直に配置された平行なピクセル列（７ａ、７ｂ、７ｃ）とのピクセルマトリクスに各々配置された検出器ピクセル（４）で形成される、請求項１０〜２４のいずれかに記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２６】
少なくとも第１のチャンネル（２）はアナモルフィック写像光学系（５）を備え、前記第１のチャンネル（２）は少なくとも第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、
前記第１のチャンネル（２）の前記アナモルフィック写像光学系（５）の収差は、対象物の写像が、前記第１のチャンネルにおいて第１のアスペクト比を備え、前記第２のチャンネルにおいて第２のアスペクト比を備えるように構成され、各チャンネルにおいて前記撮像される対象物が他のチャンネルと比較して異なって歪曲されるように、前記第１のアスペクト比は前記第１のチャンネルに対して一意に割り当てられ、前記第２のアスペクト比は前記第２のチャンネルに対して一意に割り当てられる、
マルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２７】
前記第１のチャンネル（２）の前記アスペクト比は、前記第２のチャンネル（３）の前記アスペクト比と比較して異なる、請求項２６に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２８】
少なくとも第１のチャンネル（２）と第２のチャンネル（３）と第３のチャンネル（１０）とを備えるマルチチャンネル光学撮像装置（１）であって、前記第１のチャンネル（２）は前記第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、前記第１のチャンネル（２）は検出器ピクセル（４）の第１の二次元配置を備え、前記第２のチャンネル（３）は検出器ピクセル（４）の第２の二次元配置を備え、前記第３のチャンネル（１０）は検出器ピクセル（４）の第３の二次元配置を備え、前記第１の二次元配置は前記第２の二次元配置に対して一致せず、前記第３の二次元配置は前記第１の二次元配置と前記第２の二次元配置に対して一致せず、前記第１のチャンネル（２）の検出器ピクセル（４）は前記第２のチャンネル（３）の検出器ピクセル（４）とは異なる検出器ピクセルアスペクト比を備え、
前記マルチチャンネル光学撮像装置の全てのチャンネル（２、３、１０）は、それらの直接隣接するチャンネル（２、３、１０）に対して同じ距離で並設される、マルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項２９】
全てのチャンネル（２、３、１０）は、互いに同じ距離を有するチャンネルマトリックスのチャンネル行とチャンネル列において、互いのそばにおよび互いの下に配置される、請求項２８に記載のマルチチャンネル光学撮像装置（１）。
【請求項３０】
撮像される対象物はマルチチャンネル光学撮像装置（１）によって撮像され、少なくとも第１のチャンネル（２）はアナモルフィック写像光学系（５）を備え、前記第１のチャンネル（２）は少なくとも第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）の全てのチャンネル（２、３、１０）は、検出器ピクセル（４）の二次元配置を備え、各々がチャンネル（２、３、１０）につき、ピクセル行（６ａ、６ｂ、６ｃ）とピクセル列（７ａ、７ｂ、７ｃ）のピクセルマトリクスを形成し、各チャンネル（２、３、１０）の前記ピクセル行（６ａ、６ｂ、６ｃ）と前記ピクセル列（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、各々互いに直角に配置され、全てのチャンネル（２、３、１０）は、互いに直角に配置されたチャンネル行とチャンネル列のチャンネルマトリックスに配列され、前記アナモルフィック写像光学系（５）は、写像される対象物を、各チャンネル（２、３、１０）上に、全ての他のチャンネル（２、３、１０）に対して、それぞれのチャンネル（２、３、１０）に一意に割当可能な収差によって、アスペクト比１：１．０５以上で写像される、マルチチャンネル光学撮像方法。
【請求項３１】
撮像される対象物は、少なくとも第１のチャンネル（２）と第２のチャンネル（３）を備え、前記第１のチャンネル（２）は前記第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備えるマルチチャンネル光学撮像装置（１）によって撮像され、前記第１のチャンネル（２）は検出器ピクセル（４）の第１の二次元配置を備え、前記第２のチャンネル（３）は検出器ピクセル（４）の第２の二次元配置を備え、前記第１の二次元配置は前記第２の二次元配置に対して一致しない、マルチチャンネル光学撮像方法であって、
前記マルチチャンネル光学撮像装置（１）は、第３のチャンネル（１０）を備え、前記第３のチャンネル（１０）は、前記第１の二次元配置と前記第２の二次元配置の両方に対して一致しない検出器ピクセルの第３の二次元配置を備え、
前記第１のチャンネル（２）の検出器ピクセル（４）は、前記第２のチャンネル（３）の検出器ピクセル（４）とは異なる検出器ピクセルアスペクト比を備える、マルチチャンネル光学撮像方法。
【請求項３２】
撮像される対象物はマルチチャンネル光学撮像装置（１）によって撮像され、少なくとも１つの第１のチャンネル（２）はアナモルフィック写像光学系（５）を備え、前記第１のチャンネル（２）は少なくとも第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、前記第１のチャンネル（２）の前記アナモルフィック写像光学系（５）の収差は、対象物の写像が前記第１のチャンネルにおいて第１のアスペクト比を備え、前記第２のチャンネルにおいて第２のアスペクト比を備えるように構成され、各チャンネルにおいて前記撮像される対象物が他のチャンネルと比較して異なって歪曲されるように、前記第１のアスペクト比は前記第１のチャンネルに一意に割り当てられ、前記第２のアスペクト比は前記第２のチャンネルに一意に割り当てられる、マルチチャンネル光学撮像方法。
【請求項３３】
撮像される対象物は、少なくとも第１のチャンネル（２）と第２のチャンネル（３）と第３のチャンネル（３）とを備え、前記第１のチャンネル（２）は前記第２のチャンネル（３）と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備えるマルチチャンネル光学撮像装置（１）によって撮像され、前記第１のチャンネル（２）は検出器ピクセル（４）の第１の二次元配置を備え、前記第２のチャンネル（３）は検出器ピクセル（４）の第２の二次元配置を備え、前記第３のチャンネル（１０）は検出器ピクセル（４）の第３の二次元配置を備え、前記第１の二次元配置は前記第２の二次元配置に対して一致せず、前記第３の二次元配置は前記第１の二次元配置と前記第２の二次元配置に対して一致せず、前記第１のチャンネル（２）の検出器ピクセル（４）は前記第２のチャンネル（３）の検出器ピクセル（４）とは異なる検出器ピクセルアスペクト比を備え、
前記マルチチャンネル光学撮像装置の全てのチャンネル（２、３、１０）は、それらの直接隣接するチャンネル（２、３、１０）に対して同じ距離で並設される、マルチチャンネル光学撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、少なくとも第１のチャンネルが第２のチャンネルと少なくとも部分的な視野オーバーラップを備えるマルチチャンネル光学撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
個々のレンズの代わりに、並設された光チャンネルの写像光学系（mapping optics）を用いたマルチチャンネル光学撮像装置が存在する（［１］、［２］、［３］）。チャンネルにおいて生成される個々の画像は個別に撮像され、全体画像に電子的に結合される。いくつかのマルチチャンネルシステムはオーバーラップによって作動する、すなわち視野の領域はいくつかのチャンネルによって写像（map）される。これは、距離画像のような付加的な情報を取得するために用いることができる冗長性に結果としてなる。
【０００３】
この種の冗長性は、しかしながら、撮像装置の全体の解像度も低減させる。したがって、いくつかのケースにおいて、チャンネルのビューイング方向は、２つのチャンネルのサンプリングパターンが対象物または写像される対象物部分上で互いに対して離調されるように調整される。しかるに、第２のチャンネルは、その異なる視点によって全体画像に対する更なる情報に貢献しないだけでなく、サンプリングの洗練にも貢献しない。これはまた、マルチチャンネル光学系と、チャンネルによって収集されるデータの後処理のそれぞれのパフォーマンスによって、超解像と呼ばれる、個々の画像から復元される全体画像のより高い解像度に結果としてなる。
【０００４】
隣接するチャンネルはセンサ上で横にオフセットして配置されるので、それは距離に依存して対象物が異なる角度で見えるような視差をしばしば有する。この視差によって、サンプリングパターンの離調は距離に依存する。２つのチャンネルが無限の理想において離調するとき、これらのチャンネルのサンプリングパターンが同調しないが、正確に一致する距離が依然としてある。これらのケースにおいて、超解像はもはや起こらない。
【０００５】
撮像装置の解像度は全体画像に関して距離に依存するので、付加的な問題が生ずる。単一チャンネルのディジタルカメラにおいて、光学系の解像度は、サブサンプリングおよび関連するエイリアスを防止するため、画像センサのサンプリングレートに適合しなければならない。これは、写像レンズ自身の設計によってまたは光学的ローパスとも呼ばれるいわゆるアンチエイリアスフィルタを組み込むことによって起こる。上記ケースにおけるような角度分解能が距離に依存するとき、シーンのローパス効果は、各画像部分に対して、距離に応じて適合しなければならない。しかしながら、動的な局所的に適合可能な光学的ローパスフィルタは、従来は実現できなかった。
【０００６】
距離に依存する解像度の問題は、上述の配置だけでなく、他のマルチチャンネル光学撮像装置、特に全てのチャンネルのビューイング方向が同じであるものに関係する（［１］、［２］）。加えて、それは対象物の写像に対して、従来の対物レンズをマルチチャンネル光学系と結合する、いわゆるプレノプティックカメラに関係する（［４］、［５］）。
【０００７】
しかしながら、単純化された方法では、マルチチャンネル光学撮像装置においてサンプリングポイントとサンプリングパターンを参照することができるが、マルチチャンネル光学撮像装置の検出器ピクセルは、離散ポイントにおける輝度を測定せず、立体角を横切る統合的な方法で測定する。しかしながら、記述された問題は同じであり、対象物距離に依存して、隣接チャンネルの検出器ピクセルの統合化エリアが多少オーバーラップする。オーバーラップが少ないほど、全体画像の解像度がより高く、画像復元もよりロバストである。したがって、この観点からも復元された全体画像の解像度は距離に依存する。
【０００８】
一般に、記述された問題は今まで受け入れられている。それは、視野オーバーラッピングによる疑似解像度によって動作するマルチチャンネル光学撮像装置において生ずる。現在、これらのシステムはまず用いられず、従来の単一チャンネル撮像装置においてはこの問題は存在しない。
【０００９】
考えられる既存のアプローチは、チャンネルが個々に回転されるカメラアレイの提供である［６］。その方法では不規則サンプリングを発生することがある。ここで、完全なカメラのアレイ、すなわち全体としてセンサと光学系が、互いに対して回転されなければならないことは問題を含む可能性があり、コンパクトな方法で組み込まれるマルチチャンネル光学撮像装置の提供を妨げる。加えて、連続的なセンサ基板が全てのチャンネルに対して用いられるとき、互いに対して回転される画像視野を、空間を浪費することなく互いのそばに置くことができないという不利益を生ずる可能性がある。
【００１０】
さらに、疑似乱数のサンプリングパターンの生成に対して特定のジオメトリーを有するペンローズピクセルが存在する［７］。それは単一チャンネルのシステムによる疑似解像度に対して用いられる。オーバーサンプリングは、多重の撮像と、撮像間のカメラのシフトによって起こる可能性がある。このソリューションに対して、異なるバリエーションの菱形のピクセルが必要とされる。マルチチャンネル光学撮像装置において、この種の実施態様は、ピクセルの再建に対しておよび疑似乱数ピクセル配置のワイヤリングに対して多大な労力を必要とする。
【００１１】
上記記述によれば、述べられた不利益を除去するマルチチャンネル光学撮像装置を提供するニーズがある。特に、解像度が本質的に距離に依存しないマルチチャンネル光学撮像装置が提供される必要がある。加えて、既存のソリューションと比較して、それはより簡単に製造され、よりコンパクトな方法で組み込まれるべきである。そのような方法で改良されたマルチチャンネル光学撮像装置によって、マルチチャンネル光学撮像装置と対象物の間の距離に本質的に依存しない高解像度の対象物撮像ができるマルチチャンネル光学撮像方法が可能となる。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、特許請求の範囲の独立請求項に係るマルチチャンネル光学撮像装置およびマルチチャンネル光学撮像方法によって解決される。それぞれの従属請求項は、本発明の実施形態の実施に関する。請求項および明細書における参照符号は、単に読みやすさを改善するものであって、発明の範囲を限定する効果を意図するものではない。
【００１３】
クレームされた装置および方法は、マルチチャンネル光学撮像装置のチャンネルによって撮像された個々の画像から、比較的高解像度でロバストな全体画像を得ることを可能とする。全体画像の解像度は、チャンネルが対象物空間に対して改良されたサンプリングパターンを提供するので、大部分は距離に依存しない。本発明は、対象物が特定の距離で撮像されるときに、密度が十分に距離に依存しない、対象物空間の比較的均一なサンプリングが得られるように、チャンネルのサンプリングポイントが集積することを防止する。同時に、マルチチャンネル光学撮像装置の製造が比較的単純で費用対効果の高い方法で実行することが可能となるように、比較的簡単に製造できる検出器ピクセルの配置を選択することができる。本発明の更なる利点は、従属請求項の一部である実施形態に基づいて後述される。
【００１４】
本発明の実施形態において、マルチチャンネル光学撮像装置の各チャンネルは、検出器ピクセルの二次元配置と、検出器ピクセルの配置上への写像を遂行するように構成された写像光学系とを備えることが意図される。そのような方法で、費用対効果の高い製造が可能となるように、全てのチャンネルが相対的な製造方法で製造することができる。加えて、検出器ピクセルの二次元配置はコンパクトな設計を許容する。しかしながら、１つのみまたはいくつかのチャンネル、たとえば２つのチャンネルは、アプリケーションの目的がこの種の構成を必要とするとき、検出器ピクセルの二次元配置と、検出器ピクセルの配置上への写像を遂行するように構成された写像光学系とを備えることができる。好ましくは、二次元配置は全てのチャンネルにおいて１つの平面内に配置されるが、１つまたはいくつかのチャンネルにおいて、そのような方法で構成されたチャンネルのビューイング方向に関して凹または凸の方法で湾曲させることもできる。
【００１５】
本発明の実施形態において、２つ以上のチャンネルは異なるビューイング方向を有する。そのような方法で、都合よく、比較的大きな対象物空間をサンプリングすることができる。いくつかの実施形態において、全てのチャンネルは異なるビューイング方向を有する。しかしながら、実施形態において、２つ以上のチャンネルが同じビューイング方向を有することも意図される。また、全てのチャンネルが同じビューイング方向を有することもできる。そのような方法で、特に効果的な超解像を得ることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態において、２つ以上のチャンネルの視野が部分的にオーバーラップすることが意図される。そのような方法で、個々のチャンネルの個々の画像からなる全体画像のより高い解像度を得ることができる。いくつかの実施形態において、２つのチャンネルの視野が１０％以上オーバーラップする、たとえばまた２０％以上オーバーラップするまたはさらに３０％以上オーバーラップする、７０％以上オーバーラップするまたはまた９０％以上オーバーラップすることが意図される。いくつかの実施形態において、２つの隣接するチャンネルの視野が部分的にオーバーラップする。いくつかの実施形態において、全てのチャンネルの視野が部分的にオーバーラップする。本発明のいくつかの実施形態は２つ以上のチャンネルの視野が完全にオーバーラップすることを特徴とする。そのような方法で、特に高い局所的解像度を得ることができる。また、全てのチャンネルの視野が完全にオーバーラップする実施形態も提供される。他の実施態様において、２つの隣接するチャンネルの視野が完全にオーバーラップする。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態において、アナモルフィック写像光学系は、写像される対象物を、歪曲された方法で、第１のチャンネルの検出器ピクセルの配置上に、アスペクト比１：１．０５以上で写像するように構成された１つまたはいくつかのマイクロレンズを備える。そのような方法で、マルチチャンネル光学撮像装置における疑似解像度が距離に依存しない方法で設定することができることの助けによって、特に好ましい単一の解像度を結果として得ることができる。マルチチャンネル光学撮像装置の特別に費用対効果の高い製造を可能とすることができるように、平面図において検出方向に沿って矩形でさらに正方形状を有する一般に知られたピクセルを撮像に対して用いることができるという点で、この実施形態の特別な利益を結果として得ることができる。撮像装置の一部または全ての検出器ピクセルは、平面図において矩形でさらに非正方形状を有することもできる。検出器ピクセルは、それが平面図において検出器ピクセルの検出方向と平行な正確に４つのサイドを有し、その２つが同じ長さでさらに互いに平行に配置されるとき、互いに平行である検出器ピクセルのサイドの２つのサイドペアが各々２つのサイドの間にそれぞれ４つの等しい内角９０°を備える幾何学的に閉じた形状を形成するように、矩形でさらに非正方形状を有することができ、互いに角度９０°で配置されたこの幾何学的形状のサイドは、角度９０°で互いに配置された検出器ピクセルの２つのサイドが検出器ピクセルアスペクト比１：１から異なる互いに対する検出器ピクセルアスペクト比を有するように、異なる長さを有する。対照的に、矩形でさらに正方形状を有する検出器ピクセルは、各々４つの等しい内角９０°によって幾何学的に閉じた形状を形成する同じ長さの４つのサイドを有することができ、互いに角度９０°で配置された２つのサイドの検出器ピクセルアスペクト比は１:１である。矩形でさらに非正方形状を有する検出器ピクセルの検出器ピクセルアスペクト比は、たとえば、１：１．０５以上、たとえば１：１．１以上、１：２以上、またはさらに１：１０以上である。検出器ピクセルの検出器ピクセルアスペクト比は、マイクロレンズによって遂行することができる光学収差のアスペクト比と異なるものとすることができる。本発明の実施形態において、１つの、いくつかの、または全ての検出器ピクセルは、平面図において検出方向に沿って、丸い、たとえば円形状を有することができる。実施形態において、写像される対象物のアスペクト比は、マイクロレンズによって、比率１：１．１以上で歪曲されることが意図される。他の実施形態は、写像される対象物のアスペクト比が１：１．３以上、１：１．５以上、１：２以上、１:５以上、１:８以上、またはさらに１:１０以上の比率で歪曲された方法で写像されることを意図する。歪曲されない写像は、アスペクト比１：１での写像に相当し、それは対象物がアスペクト比に関して画像平面において現実的な方法で写像されることを意味する。たとえば本発明の目的が歪曲する写像光学系によって解決されないとき、写像光学系の２つ以上のマイクロレンズは、写像される対象物を、アスペクト比１：１で、すなわち歪曲されない方法で写像するように構成す���ことができる。そして、たとえば、さらに全てのマイクロレンズを、写像される対象物を歪曲されない方法で写像するように構成することができる。
【００１８】
本発明の実施形態において、全てのチャンネルは、チャンネルにつきピクセル行とピクセル列のピクセルマトリクスを形成する検出器ピクセルの二次元配置を備えることが意図され、各チャンネルのピクセル行とピクセル列は互いに垂直に配置され、全てのチャンネルは互いに垂直に配置されたチャンネル行とチャンネル列のチャンネルマトリクスに配置され、アナモルフィック写像光学系は、写像される対象物を、各チャンネル上へ、アスペクト比１：１．０５以上で、全ての他のチャンネルに関してそれぞれのチャンネルに一意に割当可能な収差によって写像されるように構成される。そのような方法で、撮像される対象物の写像が、他チャンネルと比較して各チャンネル上で異なって歪曲されて撮像することを達成することができる。そのような方法で、写像光学系が各チャンネル上の対象物の異なる写像を写像することができるので、チャンネルのサンプリングパターンが特定の距離で集積することを非常に好ましい方法で防止することができる。このように、距離に依存する解像度ロスが低減されるまたは防止される。その代わりに、サンプリングパターンが、距離に依存しない比較的均一なままで、一貫して充分な密度で対象物空間の距離に依存しないサンプリングを可能とすることが達成される。いくつかの実施形態によれば、写像光学系は、収差が一様にまたはそれぞれのチャンネルを横切ってまたは全ての画像ポイント／ピクセルを横切って少なくとも連続的に変化して起こるように構成される。連続的な変化は、たとえば、チャンネルに対して光学系の中心からそれぞれのチャンネルの端の方へ拡張を変えること（アスペクト比＞１）を意味する。いくつかの実施形態において、全てのチャンネルは、ピクセル行幅がピクセル列幅に等しい各々１つのピクセルマトリクスを有することが意図される。他の実施態様において、全てのチャンネルは、ピクセル行幅がピクセル列幅と等しくない各々１つのピクセルマトリクスを有することが意図される。加えて、実施形態は、加えてまたは代替として、全てのチャンネル列が互いに平行に配置されるおよび／または全てのチャンネル行が互いに平行に配置されるチャンネルマトリクスにおいて提供される。この種のチャンネルマトリックスは、特に製造することが容易であり、それ故に本発明に係るマルチチャンネル光学撮像装置の費用対効果の高い製造を許容する。実施形態において、第１のチャンネルは、第２のチャンネルの検出器ピクセルとは異なる検出器ピクセルアスペクト比を有する検出器ピクセルを備えることが意図される。チャンネルの全ての検出器ピクセルは、同じ検出器ピクセルアスペクト比または異なる検出器ピクセルアスペクト比を有することができる。加えて、チャンネルの全ての検出器ピクセルは、平面図において同じまたは異なる形状を有することができる。たとえば、チャンネルのいくつかのまたは全ての検出器ピクセルは、矩形でさらに非正方形とすることができる。また、全てのチャンネルのいくつかのまたは全ての検出器ピクセルは、矩形でさらに非正方形とすることができる。いくつかの実施形態において、各チャンネルは、矩形でさらに非正方形の検出器ピクセルを備え、これらの検出器ピクセルの検出器ピクセルアスペクト比は、各チャンネルが検出器ピクセルアスペクト比を介して一意的に識別することができるように、チャンネル毎に個々に異なる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、アナモルフィック写像光学系は、円筒表面を有する１つまたはいくつかのマイクロレンズを備える。これは、写像される対象物を、検出器ピクセルの配置上へ、歪曲された方法で、修正されたアスペクト比によって写像することに特に適することができる。実施形態において、これらのマイクロレンズは、円筒レンズとして構成される。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態は、マルチチャンネル光学撮像装置が写像光学系の上流に更なるレンズを付加的に備えるプレノプティックカメラであることを意図する。写像光学系は、アナモルフィック写像光学系とすることができる。プレノプティックカメラは、複数のチャンネルを介した対象物の個々の撮像の生成と、個々の撮像からなる全体画像のその後の焦点の設定を許容することができる。この種のプレノプティックカメラにおいて、プレノプティックカメラのいくつかの実施形態では、商用のディジタルカメラのチャンネルと比較して低減された画素数を有するチャンネルが用いられるので、一貫した高解像での対象物空間の距離に依存しないサンプリングは、特に有益とすることができる。このように、特に距離に依存する解像度ロスを低減するまたは防止することは、特に望ましいこととすることができる。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態において、第１のチャンネルは検出器ピクセルの第１の二次元配置を備え、第２のチャンネルは検出器ピクセルの第２の二次元配置を備え、第１の二次元配置は第２の二次元配置に対して一致しない。これは、マルチチャンネル光学撮像装置の光学系だけでなく撮像する電子回路も、解像度が大部分はまたは完全に距離に依存しないように、撮像される対象物の改良された解像度に貢献することができる実施形態を許容する。第２の二次元配置が第１の二次元配置に対して一致しない場合、撮像される対象物の距離に影響されないことも達成され、十分に距離に依存しない密度を有する対象物空間の比較的均一なサンプリングが可能となる。視差効果は、改良されたマルチチャンネル光学撮像装置を提供することができるように、低減されるまたは防止される。アナモルフィック写像光学系を用いることに加えて、一致しない方法で二次元的に配置された第１のチャンネルと第２のチャンネルの検出器ピクセルを結合することによって、距離に依存しない均一なサンプリングの更なる拡張を得ることができる。実施形態において、第１のチャンネルが第２のチャンネルの検出器ピクセルとは異なる検出器ピクセルアスペクト比を有する検出器ピクセルを備えることが意図される。チャンネルの全ての検出器ピクセルは、同じ検出器ピクセルアスペクト比または異なる検出器ピクセルアスペクト比を有することができる。加えて、チャンネルの全ての検出器ピクセルは、同じまたは異なる形状を有することができる。たとえば、チャンネルの全ての検出器ピクセルは、矩形でさらに非正方形とすることができる。また、全てのチャンネルの全ての検出器ピクセルは、矩形でさらに非正方形とすることができる。いくつかの実施形態において、各チャンネルは、矩形でさらに非正方形の検出器ピクセルを備え、これらの検出器ピクセルの検出器ピクセルアスペクト比は、各チャンネルがその検出器ピクセルアスペクト比を介して一意的に識別することができるように、チャンネル毎に個々に異なる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態において、第１の二次元配置は、第２の二次元配置と幾何学的に類似している。これは、２つのチャンネルに対して基本的に同じ製造方法を用いることができる利点を有することができる。このような方法で、比較的容易に製造することができる費用対効果の高いマルチチャンネル光学撮像装置を提供することができる。いくつかの実施形態における第１の二次元配置は、回転拡張および転移によって第２の二次元配置に変換することができる。他の実施態様において、第１の二次元配置は、折り畳み拡張および転移によって第２の二次元配置に変換することができる。たとえば、実施形態において、第１の二次元配置は、配置平面における転移および付加的な二次元拡張によって第２の二次元配置に変換することができる。第１の二次元配置は、第２の幾何学的配置に対して一致せず、異なることもできる。たとえば、第１の二次元配置は、検出器ピクセルの列および行の規則的な格子からなることができるのに対して、第２の二次元配置は、たとえばペンローズピクセルの検出器ピクセルの疑似乱数配置からなる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態は、第１の二次元配置が転移および付加的な一次元拡張によって第２の二次元配置に変換することができることを意図する。これは、チャンネルの電子回路に対する製造方法を特に単純にすることができるという利点に結果としてなることができる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、第１の二次元配置は、転移、付加的な一次元拡張および付加的な回転によって第２の二次元配置に変換することができる。このような方法で、対象物空間に対して、特に好ましいサンプリングパターンを提供することができる。第１の二次元配置と第２の二次元配置は、密度が十分に距離に依存しない対象物空間の特に均一なサンプルが可能となるように、付加的な回転によって互いに離調することができる。平面図において、たとえば、回転は９０°で第１の二次元配置に対して垂直に実行することができる。これは、第２の二次元配置が第１の二次元配置から有意に異なることができる単純な方法で提供することができることを意味する。他の実施態様において、回転はより小さい、たとえば９０°未満、またはさらに７０°未満、またはさらに５０°未満、またはさらに、たとえば２５°未満である。本発明の実施形態において、たとえば第１の二次元配置が第２の二次元配置の検出器ピクセルアスペクト比から異なる検出器ピクセルアスペクト比の検出器ピクセルを備えるとき、第１の二次元配置は転移および付加的な回転によって第２の二次元配置に変換することができる。このような方法で、製造は極めて単純化することができ、視差効果をなお低減することができる。
【００２５】
二次元配置の検出器ピクセルがピクセル行とピクセル列に配置され、第２の二次元配置の検出器ピクセルがピクセル行とピクセル列に配置される本発明の実施形態がある。このような方法で、対象物空間の特に規則的なサンプリングを得ることができ、画像撮像装置を容易に製造することができ、同時に、第１の二次元配置と第２の二次元配置の不一致によって、全体画像の基本的に距離に依存しない解像度を得ることができる。検出器ピクセルは、平面図において矩形でさらに正方形状を有することができる。この種の検出器ピクセルは、特に製造が容易である。しかしながら、１つまたはいくつかの検出器ピクセルは、それが、たとえばピクセル行とピクセル列が矩形でさらに非正方形の、すなわち行の高さが列の幅から異なるフィールドを形成するピクセルマトリクスに配置されるとき、たとえば本発明の実施形態において特に広範囲にわたる方法でピクセル行とピクセル列を満たすことができるように、平面図において矩形でさらに非正方形状を有することもできる。検出器ピクセルは、それが平面図において検出器ピクセルの検出方向と平行な正確に４つのサイドを有し、その２つが同じ長さでさらに互いに平行に配置されるとき、互いに平行である検出器ピクセルのサイドの２つのサイドペアが各々２つのサイドの間にそれぞれ４つの等しい内角９０°を備える幾何学的に閉じた形状を形成するように、矩形でさらに非正方形状を有することができ、互いに角度９０°で配置されたこの幾何学的形状のサイドは、互いに角度９０°で配置された検出器ピクセルの２つのサイドが検出器ピクセルアスペクト比１：１から異なる検出器ピクセルアスペクト比を有するように、異なる長さを有する。対照的に、矩形でさらに正方形状を有する検出器ピクセルは、各々４つの等しい内角９０°によって幾何学的に閉じた形状を形成する同じ長さの４つのサイドを有することができ、互いに角度９０°で配置された２つのサイドの検出器ピクセルアスペクト比は１:１である。矩形でさらに非正方形状を有する検出器ピクセルの検出器ピクセルアスペクト比は、たとえば、１：１．０５以上、たとえば１：１．１以上、１：２以上、またはさらに１：１０以上である。検出器ピクセルの検出器ピクセルアスペクト比は、マイクロレンズによって遂行することができる光学収差のアスペクト比と異なるものとすることができる。本発明の実施形態において、１つの、いくつかの、または全ての検出器ピクセルは、平面図において検出方向に沿って、丸い、たとえば円形状を有することができる。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態は、第１の二次元配置の２つの隣接するピクセル行が互いに平行に配置され、行高さを有し、第１の二次元配置の２つの隣接するピクセル列が互いに平行に配置され、列幅を有し、行高さが列幅から量において異なることを意図する。このような方法で、一方では、チャンネルに対して特に単純な規則的な二次元配置を生み出すことができるが、他方では、密度が十分に距離に依存しない対象物空間の良好なサンプリングも可能となる。さらに第２の二次元配置の２つの隣接するピクセル行が互いに平行に配置され、行高さを有し、第２の二次元配置の２つの隣接するピクセル列が互いに平行に配置され、列幅を有し、列幅が行高さから量において異なるとき、特別な利益を得ることができる。マルチチャンネル光学撮像装置の２つのチャンネルまたは全てのチャンネルがピクセル行とピクセル列においてこのように配置された検出器ピクセルのこの種の二次元配置を備えるとき、チャンネルは単純な方法で製造することができ、マルチチャンネル光学撮像装置に対する対象物の距離に依存しないで対象物空間の比較的均一なサンプリングが可能となるように、互いに対するチャンネルの離調を特に容易に得ることができる。
【００２７】
したがって、本発明に係るいくつかのマルチチャネル光学撮像デバイスにおいて、第１の二次元配置のピクセル行が互いに平行に配置され、第１の二次元配置のピクセル列が互いに平行に配置され、第２の二次元配置のピクセル行が互いに平行に配置され、第２の二次元配置のピクセル列が互いに平行に配置され、第１の二次元配置の行高さが第２の二次元配置の行高さに対して量において異なるおよび／または第１の二次元配置の列幅が第２の二次元配置の列幅に対して量において異なることが意図される。これは、対象物空間の距離に依存しない比較的均一なサンプリングが可能となるように、特に２つのチャンネル間の有益な離調を許容する。このような方法で、大きな数のサンプリングポイントが特定の距離に集積することが、全体画像の解像度がこの距離で低減されるように防止される。
【００２８】
実施形態において、第１の二次元配置のピクセル行とピクセル列が互いに垂直に配置されるおよび／または第２の二次元配置のピクセル行とピクセル列が互いに垂直に配置されることが意図される。このような方法で、対象物空間は、同じ規則的なラスタを画像空間に対して用いることができるように、規則的なラスタによってサンプルすることができ、たとえばチャンネルの不規則なラスタと全体画像の規則的なラスタの間の変換を省略することができる。このような方法で、個々のチャンネルの撮像からの全体画像の生成が単純化される。いくつかの実施形態において、行は第１の二次元配置の列によって９０°未満の角度を囲むことが意図される。ここで、いくつかの実施形態は角度が７０°未満、５０°未満、３０°未満、またはさらに１０°未満であることを提供する。このような方法で、たとえば、菱形のピクセルを用いることができる菱形の二次元配置を生成することができる。いくつかの実施形態において、第２の二次元配置の行と列は９０°未満の角度を囲むことが意図される。実施形態は、角度が８０°未満、６０°未満、４０°未満、２０°未満、または１０°未満であることを提供する。実施形態において、第１のチャンネルの行と列の間の角度および／または第２のチャンネルの行と列の間の角度が９０°、すなわちチャンネルの行と列が各々互いに垂直である場合、特に製造が容易な、矩形でさらに非正方形の検出器ピクセルおよび／または矩形でさらに正方の検出器ピクセルを用いることができる。
【００２９】
本発明の実施形態において、第１のチャンネルと第２のチャンネルは直接並設される。これは、第１のチャンネルと第２のチャンネルの間に更なるチャンネルが配置されないことを意味する。このような方法で、チャンネルのそれぞれの検出器ピクセルのビューイング方向を互いに大きく傾ける必要なしにセンサの視野の部分的または完全なオーバーラップを得ることができる。これは、マルチチャンネル光学撮像装置の製造を単純化し、費用対効果をより高めることができる。
【００３０】
本発明の実施形態は、マルチチャンネル光学撮像装置の全てのチャンネルが互いのそばに規則的に配置されるように構成される。互いのそばに規則的に配置されるチャンネルの量は、対象物空間の規則的なサンプリングを特に簡単な方法で可能とすることができる。また、そのような方法でセットアップされるマルチチャンネル光学撮像装置は、単純化された方法で製造することができる。しかしながら、いくつかの実施形態において、マルチチャンネル光学撮像装置のチャンネル、並びに、たとえばいくつかのまたは全てのチャンネルの検出器ピクセルは、平面において任意に配置される。これは、そのような方法で、撮像の解像度が低減されるように、多数のサンプリングポイントが特定の距離でオーバーラップすることが極めてありそうにないようにすることができるので、特に信頼性の高い方法で対象物空間の十分に距離に依存しないサンプリングを可能とする。
【００３１】
本発明の実施形態は、全てのチャンネルが規則的なチャンネルマトリクスの行と列において互いのそばで下に配置されることを意図する。これは、いくつかの実施形態において意図されたように、基本的に個々のチャンネルがこの規則的なチャンネルマトリクスから逸脱するという事実によって、対立しない。しかしながら、全てのチャンネルが規則的なチャンネルマトリクスにおける行と列において互いのそばで下に配置される場合、そのような方法でセットアップされたマルチチャンネル光学撮像装置は、特に容易に製造することができ、対象物空間の規則的なサンプリングを可能とする。
【００３２】
いくつかの実施形態において、本発明に係るマルチチャンネル光学撮像装置は、第１の二次元配置と第２の二次元配置の両方に対して一致しない検出器ピクセルの第３の二次元配置を含む第３のチャンネルを含む。３つのチャンネルを用いることによって、写像される対象物の解像度を拡張することができる。更なる疑似解像度は、更なるチャンネルによって得ることができる。更なる疑似解像度は、４、５、６以上、１０以上、１５以上、３０以上、またはさらに５０以上のチャンネルを用いることによって得ることができる。このように、各々のチャンネルが、他のチャンネルに対して、他チャンネルに対して一致しない検出器ピクセルの二次元配置を備えることは、有益とすることができる。このような方法で、解像度は、撮像される対象物とマルチチャンネル光学撮像装置の間の任意の距離においてほぼ一定または完全に一定とすることができる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態は、第１のチャンネルと第２のチャンネルと第３のチャンネルとが、マルチチャンネル光学撮像装置の全てのチャンネルが互いに平行なチャンネル行と互いに平行なチャンネル列を形成する共通のチャンネルマトリクスに配置され、チャンネル行とチャンネル列が互いに垂直に配置され、平行なピクセル列と、ピクセル列に対して垂直に配置される平行なピクセル行のピクセルマトリクスに各々配置される検出器ピクセルの第１の二次元配置と第２の二次元配置と第３の二次元配置とが形成されることを意図する。このような方法で、特に単純な方法で対象物空間の非常に規則的なサンプリングが可能となり、同時に、ほとんどまたは完全に距離に依存しない解像度が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明の実施形態は、以下に示す付属する図面において説明される。
【図１ａ】マルチチャンネル光学撮像装置（従来技術）における視差効果による光路の一次元説明図である。
【図１ｂ】マルチチャンネル光学撮像装置（従来技術）における視差効果による光路の一次元説明図である。
【図２】マルチチャンネル光学撮像装置における請求項１に係る本発明の一実施形態の平面図である。
【図３】プレノプティックカメラであるマルチチャンネル光学撮像装置における請求項１１に係る本発明の第１の実施形態の平面図である。
【図４】マルチチャンネル光学撮像装置における請求項１１に係る本発明の第２の実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下において、本発明が上述された図１〜４を参照して述べられる。しかしながら、本発明は図示された実施形態に限定されない。異なる実施形態における同じ参照符号は相当する要素を記述する。
【００３６】
図１は、マルチチャンネル光学撮像装置１ｐにおける視差効果による光路を示す。マルチチャンネル光学撮像装置１ｐは、いくつかのチャンネル２ｐ、３ｐの個々の画像から全体画像を生成するように構成される。図１ａは、第１のチャンネル２ｐと第２のチャンネル３ｐを示し、第１のチャンネル２ｐは検出器ピクセル４ｐの第１の二次元配置を備え、第２のチャンネル３ｐは検出器ピクセル４ｐの第２の二次元配置を備える。第１のチャンネル２ｐは、４つの検出器ピクセル４ｐを含み、第２のチャンネル３ｐは、４つの検出器ピクセル４ｐを含む。検出器ピクセル４ｐは、各々正方形状を有し、各チャンネル２ｐ、３ｐにおいて同様の方法で互いのそばに規則的に各々配置される。第１のチャンネル２ｐと第２のチャンネル３ｐは、加えて検出器ピクセル４ｐの配置上へ写像を遂行するように構成された写像光学系５ｐを備える。各検出器ピクセル４ｐに対して、写像光学系５ｐは、写像される対象物を、その下に配置された検出器ピクセル４ｐ上へ、アスペクト比１：１で、すなわち歪曲されない方法で、写像するようにそれぞれ構成されたマイクロレンズを含む。第１のチャンネル２ｐと第２のチャンネル３ｐは、第１のチャンネル２ｐの視野が対象物空間において第２のチャンネル３ｐの視野に完全にオーバーラップするように、異なるビューイング方向Ｂ1とＢ2を有する。
【００３７】
検出器ピクセル４ｐのそれぞれ同一の規則的な配置と、写像される対象物をアスペクト比１：１で検出器ピクセル４ｐ上へ写像する写像光学系５ｐとによって、図１ｂに係る全体画像の解像度は距離に依存する。第１のチャンネル２ｐと第２のチャンネル３ｐは、それらのそれぞれ４つの検出器ピクセル４ｐによって、撮像される対象物を最高８つのサンプリング領域でサンプリングすることができる。従って、距離ｄ1とｄ2で、単一チャンネルの光学撮像装置に対して、撮像される対象物のスーパーサンプリングを、多くとも４つのサンプリング領域の代わりに最高８つで生ずることができる。距離ｄ3で、第１のチャンネル２ｐの検出器ピクセル４ｐのサンプリング領域は、第２のチャンネル３ｐの検出器ピクセル４ｐのサンプリング領域とオーバーラップする。しかしながら、全体画像の画像解像度が距離ｄ1およびｄ2に対して減少するように、５つのサンプリング領域のみが存在する。これは、視差効果と呼ばれる。それは、撮像される対象物の距離ｄに依存しない検出器ピクセル４ｐの全ての可能なサンプリング領域の最適使用法を得ることが望ましいので、課題を表している。従って、サンプリング領域のオーバーラップは、できるだけ高い解像度によって全体画像を得ることを可能とするために、低減されるまたは完全に防止されるべきである。
【００３８】
第１のソリューションとして、本発明は、少なくとも第１のチャンネル２はアナモルフィック写像光学系５を備え、第１のチャンネル２は第２のチャンネル３と少なくとも部分的な視野オーバーラップを有する、マルチチャンネル光学撮像装置１を提案する。第２のソリューションとして、本発明は、少なくとも第１のチャンネル２と第２のチャンネル３を備え、第１のチャンネル２は第２のチャンネル３と少なくとも部分的な視野オーバーラップを備え、第１のチャンネル２は検出器ピクセル４の第１の二次元配置を含み、第２のチャンネル３は検出器ピクセル４の第２の二次元配置を備え、第１の二次元配置は第２の二次元配置に対して一致しない、マルチチャンネル光学撮像装置を提案する。これにより、チャンネル２、３の個々の画像から形成される全体画像が、写像される対象物に対して距離に依存しない基本的に一定の詳細解像度を備えるように、検出器ピクセル４のサンプリング領域の距離に依存するオーバーラップが低減されるまたは完全に防止されることがそれぞれ得られる。
【００３９】
第１の提案されたソリューションに係る本発明の実施形態は、図２に示される。画像平面の平面図に示されたタイプのマルチチャンネル光学撮像装置１は、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３を備える。マルチチャンネル光学撮像装置１はアナモルフィック写像光学系５の上流に更なるレンズを付加的に備えるプレノプティックカメラであるので、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は完全な視野オーバーラップを有する。第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は直接並設されて配置されるので、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は、図２における図解に影響しないわずかに異なるビューイング方向を有するだけである。第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は、２つのチャンネル列と１つのチャンネル行による規則的なチャンネルマトリクスを形成する。
【００４０】
図２によれば、第１のチャンネル２は平面の検出器ピクセル４の第１の二次元配置を備え、第２のチャンネル３は平面の検出器ピクセル４の第２の二次元配置を備える。第１のチャンネル２と第２のチャンネル３の両方において、例示的に、単に１つの検出器ピクセル４が示されている。しかしながら、ピクセル行６ａ、６ｂとピクセル列７ａ、７ｂは、ピクセル行６ａ、６ｂとピクセル列７ａ、７ｂがピクセル行６ａ、６ｂとピクセル列７ａ、７ｂのマトリクスのフィールドにつき検出器ピクセル４によってマトリクス形状において規則的に占有されるように、図示されない、規則的に離れて配置された更なる検出器ピクセル４を含む。同じことは、図３と４における図解に対して同様にあてはまる。図２において、検出器ピクセル４は平面図において正方形状を有し、検出器ピクセル４の第１の二次元配置は検出器ピクセル４の第２の二次元配置に対して一致する。しかしながら、検出器ピクセル４の第１の二次元配置が、第１の提案されたソリューションに係る比較の実施形態において、検出器ピクセル４の第２の二次元配置に対して、その代わりに一致することができないことは、直ちに明白である。
【００４１】
第１のチャンネル２は、その下に配置される検出器ピクセル４の配置上へ写像を遂行するように構成されたアナモルフィック写像光学系５を備える。第２のチャンネル３は、その下に配置される検出器ピクセル４の配置上へ写像を遂行するように構成されたアナモルフィック写像光学系５を備える。点線で示された矩形Ｒ１とＲ２は、アナモルフィック写像光学系５が、写像される対象物、このケースにおいて現実にアスペクト比１：１を有する正方形の被写体を、それぞれ第１のチャンネル２上と第２のチャンネル３上へどのように写像するかを示す。アナモルフィック写像光学系５は、写像される対象物を、歪曲された方法で、第１のチャンネル２の検出器ピクセル４の配置上へ、アスペクト比１：１．０５以上で写像するように構成されたマイクロレンズを備える。収差またはそれぞれのチャンネルに対して有効な更なる収差に対する収差の変更は、類似する、均一である、または少なくとも連続的に可変の方法で、全てのチャンネルに対して都合よく有効とすることができる。このように、写像される正方形の被写体は、Ｒ１で示されるように、アスペクト比１：１．０５以上、より正確には１：１．１を有する矩形の被写体として写像される。加えて、アナモルフィック写像光学系５は、写像される対象物を、歪曲された方法で、第２のチャンネル３の検出器ピクセル４の配置上へ、アスペクト比１：１．４で写像するように構成されたマイクロレンズを備える。このように、写像される正方形の被写体は、Ｒ２で示されるように、アスペクト比１：１．４を有する矩形の被写体として写像される。これは、それが円筒面によって提供されるという点で、マイクロレンズによって成し遂げられる。従って、各チャンネルのアナモルフィック写像光学系５は、写像される対象物を、他のチャンネル２、３に対してアスペクト比１：１．０５でそれぞれのチャンネルに一意に割当可能な収差によって、各チャンネル２、３上に写像するように構成される。このように、図２に係る図示された実施形態において、全てのチャンネル２、３は、チャンネル２、３につき、ピクセル行６ａ、６ｂとピクセル列７ａ、７ｂのピクセルマトリクスを各々形成する検出器ピクセル４の二次元配置を含み、各チャンネル２、３のピクセル行６ａとピクセル列７ａは互いに各々の垂直に配置され、全てのチャンネル２、３は、互いに垂直なチャンネル行とチャンネル列のチャンネルマトリクスに配置され、アナモルフィック写像光学系５は、写像される対象物を、全ての他チャンネル２、３に対してアスペクト比１：１．０５以上でそれぞれのチャンネル２、３に一意に割当可能な収差によって、各チャンネル２、３上に写像するように構成される。
【００４２】
図２に基づいて示された第１のソリューションによって、撮像される対象物の他の光学系の詳細は、第２のチャンネル３を介してよりも第１のチャンネル２を介して撮像される。それぞれのチャンネル情報の適切な変換によって、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は、アナモルフィック写像光学系５を介して、写像される対象物上の異なる光学情報を各々撮像することができるので、距離に依存しない高解像を備える全体画像が得られる。アナモルフィック写像光学系５は、たとえば、１つのチャンネルのみに配置することができる、または、換言すれば、チャンネルの写像光学系は非アナモルフィックとすることができる。第１のチャンネルに対して、たとえば、それぞれのアナモルフィック写像光学系が収差の変更を遂行せず、第２のチャンネル３に関して、それぞれの写像光学系が収差の変更を遂行する。この場合、遂行された収差および／または割り当てられたアスペクト比は、第２のチャンネル３に割り当てることができる。あるいはまたは加えて、遂行されない収差は、たとえばアスペクト比１：１によって第１のチャンネル２に割り当てることができる。上述したように、全てのチャンネルに対して各々効果的な写像に影響を及ぼす写像光学系は、両方の、いくつかの、または全てのチャンネルに対してアナモルフィックとすることができる。実施形態によれば、最終的には、たとえば、それぞれの写像対象物の対象物平面に存在するピクセルのそれぞれの写像対象物の画像平面にある画像の配置は、たとえば、水平ピクセル中心距離の垂直ピクセル中心距離に対するチャンネル個々のアスペクト比を備える、すなわち、アスペクト比はチャンネルの中で変化する、すなわちチャンネル間で異なり、それによって、記述されたように、対象物距離のインターバルが増加し、そのなかで異なるチャンネルの画像平面サイド上のピクセル画像のオーバーラップが防止される。チャンネル間の対象物平面サイド上の画像ポイントアスペクト比の変化も可能であり、以下の記述の主題である。
【００４３】
第２の提案されたソリューションに係る本発明の第１の実施形態は、図３に示される。平面図において画像平面上に示されたタイプのマルチチャンネル光学撮像装置１は、２つのチャンネル２、３、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３を備える。第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は、部分的な視野オーバーラップを備える。第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は、同じビューイング方向を備える。本実施形態において、マルチチャンネル光学撮像装置１の各チャンネル２、３は、また、検出器ピクセル４の二次元配置と、検出器ピクセル４の配置上への写像を遂行するように構成された写像光学系５を備える。しかしながら、各チャンネル２、３に対する第２の提案されたソリューションの実施形態において、これは、写像される対象物を、アスペクト比１：１で、すなわち、現実に対して歪ませないで写像するように構成された写像光学系５である。アナモルフィック写像光学系５の代わりに、第１のチャンネル２において検出器ピクセル４の第１の二次元配置が、第２のチャンネル３において検出器ピクセル４の第２の二次元配置が提供され、第１の二次元配置は第２の二次元配置に対して一致しない。このように、アナモルフィック写像光学系５を用いる代わりに、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３における検出器ピクセル４の二次元配置の適切な発明の実施によって、全体画像の大部分は距離に依存しない解像度が保証される。本実施形態において、検出器ピクセル４は、再び製造することが容易でコスト効率の良い、平面図において矩形でさらに正方形である検出器ピクセル４である。しかしながら、発明のソリューションは検出器ピクセル４の特定の設計に限定されないので、平面図において矩形で非正方形である検出器ピクセル４または平面図において円形の検出器ピクセル４も提供することができる。
【００４４】
以下において、第２の提案されたソリューションに係る第１のチャンネル２と第２のチャンネル３が、図３を参照して更に詳細に記述される。第１の二次元配置の検出器ピクセル４はピクセル行６ａとピクセル列７ａのマトリクスに配置されるので、第１の二次元配置は第２の二次元配置に類似している。この実施形態において、第１の二次元配置は、６つのピクセル行６ａと６つのピクセル列７ａの正方マトリクスである。加えて、第２の二次元配置の検出器ピクセル４は、ピクセル行６ｂとピクセル列７ｂのマトリクスに配置される。この実施形態において、第２の二次元配置は、３つのピクセル行６ｂと３つのピクセル列７ｂの正方マトリクスである。言い換えれば、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３の両方において、２つの隣接するピクセル行６ａ、６ｂが各々互いに平行に配置され、行高さ８ａ、８ｂを有し、２つの隣接するピクセル列７ａ、７ｂが互いに平行に配置され、列幅９ａ、９ｂを有し、行高さ８ａ、８ｂは、量に関して列幅９ａ、９ｂに相当する。ここで、第１の二次元配置の行高さ８ａは第２の二次元配置の行高さ８ｂに対して異なり、第１の二次元配置の列幅９ａは第２の二次元配置の列幅９ｂに対して異なる。各検出器ピクセル４は、第１のチャンネル２に対して、第２のチャンネル３の正方形のラスタから異なる検出器ピクセル４の正方形のラスタが形成されるように、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３の両方における量に従ってその近傍から離れて等しく配置される。しかしながら、数学上、２つの異なる正方形は常に互いに類似している。このように、この実施形態において、第１の二次元配置と第２の二次元配置は、互いに類似している。
【００４５】
第２の提案されたソリューションに係る本発明の第２の実施態様は、図４に示される。平面図において画像平面上に示されたタイプのマルチチャンネル光学撮像装置１は、写像光学系５の上流に更なるレンズを付加的に備えるプレノプティックカメラである。マルチチャンネル光学撮像装置１は、全てのチャンネル２、３、１０がそれらの直接隣接するチャンネルに対して同じ距離を有し、互いのそばで互いの下に配置されるように、規則的なＮ×Ｎのチャンネルマトリクスに配置されるＮ2チャンネル２、３，１０を備える。このように、全てのチャンネル２、３、１０は、互いに平行なチャンネル列と互いに平行なチャンネル行を形成する。例示的に、第１のチャンネル２と第２のチャンネル３と第３のチャンネル１０とが図示される。第１のチャンネル２は、検出器ピクセル４の第１の二次元配置を有する。第２のチャンネル３は、検出器ピクセル４の第２の二次元配置を有する。第１のチャンネル２と第２のチャンネル３は、直接並設される。第３のチャンネル１０は、検出器ピクセル４の第３の二次元配置を有する。第３の二次元配置は、第１の二次元配置と第２の二次元配置の両方に対して一致しない。第１の二次元配置が第２の二次元配置に対しても一致しないので、例示的に示されたチャンネル２、３、１０の全ての３つの二次元配置は互いに一致しない。残りのＮ2−３チャンネルは、全てのＮ2チャンネルが互いに一致しない検出器ピクセル４の一意に識別可能な二次元配置を備えるように構成される。Ｎ2−３の更なるチャンネルのいくつかは、検出器ピクセルの疑似乱数配置を備える一方、残りのＮ2−３の更なるチャンネルは、規則的なピクセル行６ａ、６ｂ、６ｃとピクセル列７ａ、７ｂ、７ｃ、を有する二次元配置を備える。明らかに、全てのＮ2−３の更なるチャンネルは、できるだけ単純な製造を可能とするために、規則的なピクセル行６ａ、６ｂ、６ｃとピクセル列７ａ、７ｂ、７ｃによる、すなわち、単に第１のチャンネル２、第２のチャンネル３、または第３のチャンネル１０の設計変更を示す二次元配置を備えることができる。
【００４６】
図４に係る実施形態において、検出器ピクセル４の第１の二次元配置は、矩形でさらに非正方形の検出器ピクセル４の配置である。それは、検出器ピクセル４が、互いに平行に配置されるピクセル行６ａと互いに平行に配置されるピクセル列７ａに配置される二次元配置である。加えて、ピクセル行６ａとピクセル列７ａは互いに垂直に配置される。図４に係る実施形態において、検出器ピクセル４の第２の二次元配置は、矩形でさらに非正方形の検出器ピクセル４の配置でもある。これは、検出器ピクセル４が、互いに平行に配置されるピクセル行６ｂと互いに平行に配置されるピクセル列７ｂに配置される更なる二次元配置である。加えて、ピクセル行６ｂとピクセル列７ｂは互いに垂直に配置される。図４に係る実施形態において、検出器ピクセル４の第３の二次元配置は、矩形でさらに非正方形の検出器ピクセル４の配置でもある。これは、検出器ピクセル４が、互いに平行に配置されるピクセル行６ｃと互いに平行に配置されるピクセル列７ｃに配置される更なる二次元配置である。加えて、ピクセル行６ｃとピクセル列７ｃは互いに垂直に配置される。第１のチャンネル２、第２のチャンネル３、および第３のチャンネル１０の検出器ピクセル４は、同じであり、それ故に同じ検出器ピクセルアスペクト比を有する。このように、検出器ピクセル４の検出器ピクセルアスペクト比がチャンネル毎に同じであるので、第１のチャンネル２、第２のチャンネル３、および第３のチャンネル１０は、それらのそれぞれの検出器ピクセルアスペクト比に基づいて区別することができない。第１のチャンネル２に対して、第２のチャンネル３に対して、そして第３のチャンネル１０に対して、検出器ピクセルアスペクト比は各々１：１．０５以上である。しかしながら、示されない本発明の実施形態において、たとえば、２つのまたは全てのチャンネルのピクセル行６ａ、６ｂ、６ｃとピクセル列７ａ、７ｂ、７ｃが、提供された領域に対して最適に用いられるように、チャンネル毎に異なる検出器ピクセルアスペクト比を有する矩形でさらに非正方形の検出器ピクセル４が２つのまたは全てのＮ2チャンネルに対して存在することができることは、直ちに明らかである。たとえば、各チャンネルは、それ故にいかなる２つのチャンネルに対しても同じでないその個々のピクセルアスペクト比に基づいて一意に識別することができる。異なる検出器ピクセルアスペクト比は、チャンネル、たとえばチャンネル２の検出器ピクセルアスペクト比が１：ｘの値を有し、他のチャンネル、たとえばチャンネル３のピクセルアスペクト比が１：ｙの値を有するように理解することができる。ｘとｙは、１．０５以上の値を有し、互いから区別することができる。あるいは、他のチャンネルは、検出器ピクセルアスペクト比ｙ：１またはｘ：１を有することができる。ｘ：１またはｙ：１の検出器ピクセルアスペクト比は、検出器ピクセルアスペクト比１：ｘまたは１：ｙを有するピクセルと比較して、角度±９０°または±２７０°で回転させた検出器ピクセルの配置を意味する。
【００４７】
上記図解に反して、チャンネル２、３、および／または１０は、同じ数の検出器ピクセルを有することもでき、同じ数の行と列以上を有することもできる。これは、個々のチャンネルの画像の比較可能性および／または結合可能性を得るために有益とすることができる。特に、これは、第１のチャンネル１０の検出器ピクセルが第２のチャンネルの検出器ピクセル４に対して角度９０°で回転させた方法で配置するように実行することができる。
【００４８】
第１の二次元配置は、行高さ６ａと、第１の二次元配置の行高さ６ａから量において異なる列幅７ａを有する。加えて、第１の二次元配置の列幅７ａは、第２の二次元配置の列幅７ｂから量において異なる。第１の二次元配置の行高さ６ａは、第２の二次元配置の行高さ６ｂに相当する。これは、第１の二次元配置が転移と付加的な一次元拡張によって第２の二次元配置に変換することができることを意味する。第１の二次元配置が転移、付加的な一次元拡張、および付加的な回転によって第２の二次元配置に変換することができるように、第２の二次元配置が観察面において例えば９０°回転させた方法で配置することもできることは直ちに明らかである。
【００４９】
第３の二次元配置は、行高さ６ｃと、第３の二次元配置の行高さ６ｃから量において異なる列幅７ｃを有する。加えて、第３の二次元配置の行高さ６ｃの量は、第１の二次元配置の行高さ６ａの量と第２の二次元配置の行高さ６ｂの量の両方から異なる。加えて、第３の二次元配置の列幅７ｃの量は、第１の二次元配置の列幅７ａの量と第２の二次元配置の列幅７ｂの量の両方から異なる。このように、本実施形態において、第１の二次元配置のピクセル行６ａは互いに平行に配置され、第１の二次元配置のピクセル列７ａは互いに平行に配置され、第２の二次元配置のピクセル行６ｂは互いに平行に配置され、第２の二次元配置のピクセル列７ｂは互いに平行に配置され、第１の二次元配置の行高さ８ａは第３の二次元配置の行高さ８ｃに対して量に関して同じであり、第１の二次元配置の列幅９ａは第２の二次元配置の列幅９ｂに対して量に関して異なる。加えて、本実施形態において、第１の二次元配置のピクセル行６ａは互いに平行に配置され、第１の二次元配置のピクセル列７ａは互いに平行に配置され、第３の二次元配置のピクセル行６ｃは互いに平行に配置され、第３の二次元配置のピクセル列７ｃは互いに平行に配置され、第１の二次元配置の行高さ８ａは第３の二次元配置の行高さ８ｃに対して量に関して異なり、第１の二次元配置の列幅９ａは第３の二次元配置の列幅９ｃに対して量に関して異なる。しかしながら、図示されない実施形態において、第３の二次元配置の代わりにまたは加えて、第２の二次元配置が第１の二次元配置に対してその方法で実施されることも明らかである。
【００５０】
ピクセル行６ａ、６ｂ、６ｃとピクセル列７ａ、７ｂ、７ｃのこの種の正則行列を備える図４に係る規則的なＮ×Ｎのチャンネルマトリクスの全てのチャンネルにおいて、あらゆるチャンネルの行高さ６とその列幅７は、チャンネルマトリクスのＮ2チャンネルの２つのチャンネルが同じ行高さ６と、同時に同じ列幅７を有しないように、選択される。このような方法で、対象物空間の最良の可能な有効範囲が得られ、マルチチャンネル光学撮像装置に対して、大部分は距離に依存しない解像度が可能となる。
【００５１】
上述された構成は、各々それ自体によってまたは互いとの組合せにおいて本発明に対して有意とすることができ、このように発明のソリューションに寄与することができる。
【００５２】
［参照符号リスト］
１、１ｐ      マルチチャンネル光学撮像装置
２、２ｐ      第１のチャンネル
３、３ｐ      第２のチャンネル
４、４ｐ      検出器ピクセル
５、５ｐ      写像光学系
６ａ、ｂ、ｃ  ピクセル行
７ａ、ｂ、ｃ  ピクセル列
８ａ、ｂ、ｃ  行の高さ
９ａ、ｂ、ｃ  列の幅
１０          第３のチャンネル
Ｂ1          第１のビューイング方向
Ｂ2          第２のビューイング方向
Ｒ１          対象物の第１の写像
Ｒ２          対象物の第２の写像
【００５３】
＜参照文献＞
［１］Fleet, Kanaev, Scribner, Ackerman: Scene Independent Method for Image Formation in Lenslet Array Imagers. Patent Application US 20100013857A1
［２］Kartik Venkartaraman, Amandeed S. Jabbi, Robert H. Mullis: Capturing and processing of images using monolithic camera array with heterogeneous imagers, ep09763194
［３］A. Oberd?rster, F. Wippermann, A. Brueckner: Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren zum Aufnehmen eines Bildes, German Patent Application 102010031535.4-31
［４］Ren Ng, Marc Levoy, Mathieu Br?dif: Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera. Stanford University Computer Science Tech Report CSTR 2005-02. April, 2005
［５］T. Georgiev, A. Lumsdaine: Focused Plenoptic Camera and Rendering. Journal of Electronic Imaging, Volume 19, Issue 2, 2010.
［６］Koskinen Samu T; Alakarhu Juha H; Salmelin EERO: Lenslet camera with rotated sensors,US020100321511A1
［７］M. Ben-Ezra, Z. Lin, B. Wilburn, and W. Zhang: Penrose Pixels for Super-Resolution. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence (PAMI), Vol. 33, No. 7, pp. 1370-1383,July 2011.
【図１ａ】
0006336599.tif 000002
【図１ｂ】
0006336599.tif 000003
【図２】
0006336599.tif 000004
【図３】
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【図４】
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