阅读说明：本技术 具有增强视野的单中心多尺度(mms)相机 (Single center multi-scale (MMS) camera with enhanced field of view ) 是由 庞武斌 戴维·琼斯·布雷迪 于 2019-02-15 设计创作，主要内容包括：本发明揭示有利地展现增强视野FoV的各种布置的单中心多尺度成像系统及相机。此类系统的说明性实例包含从圆环区域有利地捕获大约500兆像素的图像的360°环形FoV MMS透镜。另外,通过改变微型相机成像通道配置,揭示一种范围有利地可从15mm到40mm的提供具有大不相同的成像放大倍率的场景覆盖的多焦点设计。最终,额外说明性配置组合多个MMS系统使得覆盖了4π空间中的任意立体角。(Single center multi-scale imaging systems and cameras that advantageously exhibit various arrangements of enhanced field of view FoV are disclosed. An illustrative example of such a system includes a 360 ° annular FoV MMS lens that advantageously captures an image of approximately 500 megapixels from an annular region. Additionally, by varying the miniature camera imaging channel configuration, a multi-focal design is disclosed that advantageously can range from 15mm to 40mm providing scene coverage with widely differing imaging magnifications. Finally, additional illustrative configurations combine multiple MMS systems to cover an arbitrary solid angle in 4 pi space.)

具有增强视野的单中心多尺度(MMS)相机

相关申请案的交叉参考

本申请案主张18年2月15日申请的序列号为62/631,170的美国临时申请案的权益，所述美国申请案的全部内容宛如详细陈述那样以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及光学器件及数字成像，且更特定来说，涉及包含具有增强视野的单中心多尺度相机的大像素计数的成像系统。

背景技术

如所属领域的技术人员应容易地了解，在越来越多的应用中采用数字成像系统、方法及结构且其已成为可以想象得到的每个产业-制造、创建、存储、分析及传播图像中不可或缺的部分。

鉴于这种重要性，用于数字成像的经改进系统、方法及结构-且特定来说-促进大像素计数成像(十亿像素)的开发的系统、方法及结构-将表示对所属领域的受欢迎的补充。

发明内容

根据本发明的方面，在所属领域中进行了涉及与现有技术相比具有增强视野的单中心多尺度成像系统及相机的系统、方法及结构的改进。

与现有技术形成鲜明对比的是，根据本发明的单中心多尺度成像系统及相机的布置说明性地提供一种360°环形FoV MMS透镜，所述透镜有利地从圆环区域捕获大约500兆像素的图像。另外，通过改变微型相机成像通道配置，揭示一种多焦点设计，其范围可有利地从15mm到40mm，从而提供具有大不相同的成像放大倍率的场景覆盖。最终，额外说明性配置组合多个MMS系统使得4π空间中的任意立体角被覆盖。

提供此发明内容以简洁地识别下文在

具体实施方式

中进一步描述的本发明的一些方面。此发明内容既不希望识别本发明的关键或基本特征也不希望限制任何技术方案的范围。

应将术语“方面”应解读为“至少一个方面”。通过实例说明上文描述的方面及本发明的其它方面，且其不限于附图中。

附图说明

可通过参考附图实现本发明的更完整理解，其中：

图1展示说明根据本发明的方面的用于局部化FoV输出的六方密堆积的示意图；

图2展示根据本发明的方面的使用扭曲的二十面体测地线方法的492个圆在球面上的说明性密堆积；

图3展示根据本发明的方面的在两个微型相机被定位于彼此的光路中时发生的遮蔽的说明性图；

图4(A)及4(B)展示根据本发明的方面的最大堆积角cFov的计算，其中：图4(A)说明MMS透镜中的一个通道的光路；而图4(B)说明给定指定设计参数下的最大堆积角；

图5(A)、5(B)及5(C)展示根据本发明的具有环形FoV的说明性MMS光学成像系统的示意图，其中：图5(A)展示具有环形区域的FoV的立杆上的MMS相机，而图5(B)展示堆积在具有范围从43°到76°的极角的顶部半球上的带上的165个圆，而图5(C)展示MMS透镜设计的说明性布局；

图6(A)及6(B)展示360环形MMS透镜的说明性成像性能，其中：图6(A)展示360环形Fov MMS透镜设计的一个通道的说明性布局，而图6(B)展示根据本发明的方面的说明性MTF曲线；

图7(A)、7(B)及7(C)展示说明性多焦点系统的示意图，其中：图7(A)说明沿着街道从一个端监控交通，而图7(B)展示采用的光学器件的说明性多个成像通道，且图7(B)展示根据本发明的方面的多焦点系统的光学布局；

图8(A)、8(B)及8(C)展示根据本发明的方面的多焦点MMS透镜设计中的每一通道的MTF曲线的图表，其中：图8(A)轴上FoV的MTF；图8(B)展示0.707FoV的MTF，且图8(C)展示边缘FoV的MTF；

图9(A)及9(B)展示根据本发明的方面的360°水平FoV光学器件的说明性方法，包含：图9(A)展示包含三个背对背MMS透镜的说明性布局，且图9(B)展示具有堆叠的MMS透镜的说明***错策略；

图10展示根据本发明的方面的360°水平FOV成像器的说明性微型相机及光窗；

图11(A)及11(B)展示根据本发明的方面全球形MMS透镜的说明性四面体构型，其中：图11(A)展示具有四个MMS透镜的说明性空间分割，其中每一者覆盖全球形的四分之一；且图11(B)说明性地展示四个分段中的一者上的经密堆积微型相机；

图12展示根据本发明的方面的全球形MMS透镜的说明性布局图。

具体实施方式

下文仅说明本发明的原理。因此，应了解，所属领域的技术人员能够设想尽管本文未明确描述或展示但体现本发明的原理且包含在其精神及范围内的各种布置。更特定来说，虽然陈述了众多特定细节，但应理解，可无需这些特定细节实践本发明的实施例，且在其它例子中，未展示众所周知的电路、结构及技术以便不使对本发明的理解模糊不清。

此外，本文中所述的所有实例及条件语言主要希望明确地仅用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理及发明人为增进技术而提供的概念，且应被理解为对此类具体叙述的实例及条件没有限制。

此外，本文中叙述本发明的原理、方面及实施例以及其特定实例的所有陈述希望涵盖其结构等效物及功能性等效物两者。另外，希望此类等效物包含当前已知的等效物以及未来开发的等效物两者，即，执行相同功能的所开发的任何元件，无论结构为何。

因此，举例来说，所属领域的技术人员应了解，本文中的图表示体现本发明的原理的说明性结构的概念图。

另外，所属领域的技术人员应了解，根据本发明的特定方法可表示可基本上在计算机可读媒体中表示且因此由计算机或处理器控制及/或控制的各种过程，无论是否明确展示此计算机或处理器。

在其权利要求书中，表达为用于执行指定功能的构件的任何元件希望涵盖执行那个功能的任何方式，举例来说，包含：a)执行那个功能的电路元件的组合；或b)呈任何形式的软件，其因此包含固件、微代码或类似物，其与用于执行那个软件以执行功能的适当电路系统组合。由此类权利要求所定义的本发明存在于由各种所述构件提供的功能性以权利要求书要求的方式被组合且被放在一起的事实中。申请人因此把可提供那些功能性的任何构件看作是与本文中展示的那些构件等效。最终，且除非本文中另外明确指定，否则图并不是按比例绘制的。

通过一些额外背景，我们首先注意到对十亿像素级相机及成像系统的需求一直在稳定增长，这是鉴于其在包含广播媒体、成像、虚拟现实、飞行控制、运输管理、安全及环境监控等等的多种应用中公认的利用。尽管存在这种巨大的需求，但部分由于此类十亿像素系统的成本及系统复杂性以及公认的十亿像素图像管理的计算及通信挑战，使得此类十亿像素系统的利用率有所降低。

考虑到这些缺点，所属领域对单中心多尺度(MMS)成像系统及相机产生了极大的热情，单中心多尺度成像系统及相机由于若干设计及技术突破而可有利地降低十亿像素成像系统的成本及复杂性。显著地，且如所属领域的技术人员应容易地了解，MMS成像系统及相机有利地在十亿像素级系统中实现高角分辨率及广阔的视野(FOV)两者。与十亿像素天文望远镜及光刻透镜形成对比，可使用商业上可用的现成组件及方法有利地制造及组装根据本发明的MMS成像系统及相机，而前者仅可在具有专门开发的工具及材料的精确可控的实验室环境中实现。

我们注意到，说明性MMS系统的架构通常类似望远镜的架构。更特定来说，单层单中心球形物镜由数个微型相机共享，其中每一微型相机覆盖整体FOV的一部分-标示为微型相机FOV(MFOV)。我们进一步注意到，折射望远镜可被分类为具有内部图像表面的开普勒(Keplerian)系统及具有定位在物镜焦平面前面的二次光学器件的伽利略(Galilean)系统。然而，虽然MMS系统可根据这两个分类中的任一者进行设计，且伽利略系统实现较小物理尺寸，但现有技术MMS成像系统及相机全都采用开普勒设计，这是因为此类架构更容易地适应邻近微型相机FOV之间的重叠且因为其构造起来比较容易。

如所属领域的技术人员应理解及了解，视野(FoV)及瞬时视野(iFoV)是相机性能的两个基本量度。常规地，FoV描述围绕由相机观测的光轴的锥体的角范围。如已知，鱼眼透镜已长期用于实现广阔的视野成像。举例来说，Ricoh Theta及Samsung Gear 360捕获360°×180°图像。尽管具有此令人印象深刻的FoV，鱼眼系统中的畸变及像差会严重地限制iFoV。至少由于此原因，通过从计算方面缝合使用时间扫描或相机阵列获得的图像捕获广阔视野的系统已变得越来越流行。注意，已经在像Facebook Surround 360这样的相机阵列中实施了更高分辨率的全立体角成像。

最近开发了使360相机设计一般化以包含更多样化的平行相机架构的若干平台。虽然相机阵列可经设计以覆盖任何FoV及iFoV，此类系统的成本随着iFoV减小而非线性地增加。一个基本问题是随着iFoV减小，入口孔径必须增加。所属领域的技术人员应容易地理解，透镜成本随着入口孔径尺寸非线性地增加，且如果每微透镜的FoV按常规比例所需那样减小，那么此成本仍将进一步提高-这是因为填充给定视野所需的微透镜的数目也必须随着iFoV减小而增加。

形成鲜明对比的是，已展示其中平行微型相机阵列共享共同物镜的多尺度设计以在广泛范围的孔径尺度内允许宽的FoV。使用安装在球壳上的球形物镜及微型相机的单中心多尺度(MMS)设计在这方面特别有效。

尽管本申请人的先前工作主要集中于具有常规圆锥形FoV的透镜系统的多尺度设计，但本发明描述了适用于通常与鱼眼透镜及环形相机阵列相关联的广角应用的新颖的MMS设计。

在这点上，我们注意到聚焦控制对于常规宽视场成像系统提出了相当大的挑战。更特定地，即使鱼眼透镜可以一种配置合理地聚焦在场景上，用于焦点调节的此类透镜设计也极具挑战性。并且，虽然我们在本发明中未明确讨论焦点调节，但我们注意到，独立且局部地控制MMS系统的每一微型相机中的焦点状态的能力是此类MMS系统的一个特殊优势。尽管如此，我们认识到与焦点控制策略有关的工作的重要性，并注意到可以在本文中揭示的系统中实施这些策略。现在我们展示，根据本发明的方面，MMS系统的球形几何结构如何允许各种新颖的视野对准。

通过说明性实例，我们注意到安全相机通常安装在俯瞰目标视野的天花板或立杆上。作为此类安装的补充，现代系统通常会并入允许相机以高分辨率扫描广角视场的机械水平倾斜变焦组件。

替代地，此类安全相机系统可组合广角对点相机与长焦距窄视场回转相机。在操作中，当所关注事件由广角相机记录时，长焦距窄视场回转相机将被定向到所述事件中且捕获高分辨率细节。

然而，如所属领域的技术人员应容易地了解，此类相机系统配置存在至少三个缺点。第一，仅以高分辨率捕获全视场的一个区域。第二，响应时间及机械运动速度可能会受到限制而无法跟上快速变化的事件-尤其是当多个事件同时发生时。第三，机械组件可能使整个系统不可靠且受高维护成本困扰。

形成鲜明对比的是，MMS实时实现广阔的视场及高分辨率。采用此架构，平行小孔径光学器件的性能优于传统的单孔径透镜，借此显著提高了信息效率。另外，与多相机集群的布局相比，MMS的共享物镜使布局更为紧凑。由于MMS成像传感器被镶嵌在球形表上-只要不发生明显的相互遮挡-可通过适当配置的微型相机从任何空间角度对目标成像。

所属领域的技术人员将知道且了解，存在布置微型相机阵列的众多方式，因此也存在配置FoV的众多方式。此灵活性为不同的FoV配置及针对各种应用场景的其它相机设置提供了巨大的机会。除了一个MMS透镜的布置灵活性外，通过将多个MMS透镜作为组合进行使用，可实现更多配置。

作为说明性实例，我们之前已经描述了一种使用三个MMS系统进行紧凑型广阔视场成像的设计。在本发明中，我们现在揭示并描述对我们设计的增强以包含紧凑360环形相机、多焦距/扩展景深系统及全球形成像系统。然而，我们注意到，本文中提出的说明性设计希望作为根据本发明构造的系统的潜力的简单说明-实际上-可构造覆盖任意视野及景深的系统。

如所属领域的技术人员应容易理解，由于胶片、电子传感器及显示器装置的格式，常规相机以矩形格式捕获图像。在多数情况下，捕获的FoV计划全部流化以进行渲染，例如任何捕获的图像数据的FoV形状/格式都由所采用的渲染惯例确定。

然而，随着光学器件、电子器件及计算技术的进步，图像捕捉与渲染之间的此紧密耦合需要解耦，以进一步利用图像信息并进一步创建新颖的功能性。我们注意到可通过合成从多个焦平面得到的图像帧实现的任意图像格式。另外，随着探索及随后开发新的图像及视频渲染技术，替代的图像导航方法将很容易用于开发新的渲染方式。

如所属领域的技术人员应进一步理解及了解，MMS透镜通过添加小尺寸的辅助透镜来扩展其FOV。所得超高信息容量有利地允许无数的FoV配置选项及图像分辨率格式，这提供了对新的及不同的应用场景的广泛适用性。

如所属领域的技术人员将知道及了解-在包含MMS架构的系统中，微型相机被堆积或以其它方式定位在球面上。因此，捕获的FoV的范围及格式由堆积微型相机的方式确定。并且，尽管在2D平面的情况下此定位/堆积是相对琐碎的任务，但在球面上密堆积可能更具挑战性。

我们注意到，取决于目标堆积区域的范围，局部堆积或全局堆积策略可为优选的。如果堆积区域仅包括微型相机将定位在其上的完整球面的一小部分，那么局部堆积策略是优选的。

现转到图1，展示说明根据本发明的方面的用于局部化FoV输出的六方密堆积的示意图。如此图中说明性地展示，堆积区域覆盖大约90°×50°FoV，且其中采用了六方密堆积，微型相机沿着纬线对准。此堆积方法产生接近矩形的FoV覆盖，类似产生由以下定义的索比的常规图像格式：

根据经验，展弦比值小于0.17会产生较小的扰动及均匀的堆积密度，这导致高图像质量并降低透镜复杂性。遵循此经验法则，六方堆积策略仅可实现最大60°的纬度角度跨度。

我们注意到，先前额外工作已基于扭曲的二十面体测地线实施堆积策略。通过迭代地将投影到球体上的规则二十面体细分，此策略在整个地球上产生了近似均匀分布的圆网格。

图2展示根据本发明的方面的使用扭曲的二十面体去离子方法(策略)的492个圆在球面上的说明性密堆积。即使采用此广泛的全局堆积方法，由于来自不同通道的光路可能会相互干扰，因此堆积区域的整个范围仍然受到限制。

图3展示根据本发明的方面的在两个微型相机被定位于彼此的光路中时发生的遮蔽的说明性图。从图3可看出，当密堆积区域扩展到大约180°时，光路会受到位于球体(即球面透镜)相对侧的传感器的干扰。当然，最大堆积角还取决于所用光学系统的规格。

在这点上，我们现在可估计最大角度cFoV，在所述角度内光路保持无遮挡。我们注意到，伽利略风格的MMS透镜展现以下参数：球面物镜的焦距为f_o，物镜的半径为R，光阑与物镜中心之间的距离为d_os，入射光瞳与物镜中心为l_ε，每一子成像器的一半FoV角为α。

图4(A)及4(B)展示最大堆积角cFov的计算，其中：图4(A)说明MMS透镜中的一个通道的光路；而图4(B)说明根据本发明的方面的给定指定设计参数下的最大堆积角。

如图4(A)中描绘，成像通道定位在多通道MMS系统的边缘上。连接边缘光线的入射点与物镜的中心的线用作此多通道系统的另一边缘。如果全部通道都是由这两个边缘所包含的锥体限制，那么此系统是无遮挡的。

物镜的净半直径可近似为：

其中f是总有效焦距。

自由角度cFoV可从以下关系确定：

假定其中主要参数是f＝20mm，F/#＝2.5，f₀＝47.06，R＝21.11mm，d_os＝27.49mm，α＝5.7的说明性设计，且将这些参数代入到EQN.(2)及EQN.(3)中，我们有清晰的FoV角，即，cFoV＝77.35°。

图4(B)将此自由堆积盖展示为本文中说明的球体的顶部。正如我们现在将要描述的，这组设计规范将用于展示具有环形FoV的说明性配置。

我们注意到-且，如所属领域的技术人员应容易地了解-具有环形视野的相机使众多现代应用获益-例如用于公园、广场、交通圈及入口/出口通道中的安全目的，其中具有内容的顶部及底部的视图无关紧要。360°环形FoV相机经开发以提高监视、导航应用及用于立体声效果的虚拟现实(VR)及增强现实(AR)中的情景感知[19]。360°摄影也称为全景成像。进行全景成像的常用方法是将多个相机平铺成一个圆。如先前提及，此方法通常以笨重且昂贵的硬件结束。本节的其余部分展示MMS架构如何以出色的灵活性处理此课题。

图5(A)、5(B)及5(C)展示根据本发明的具有环形FoV的说明性MMS光学成像系统的示意图，其中：图5(A)展示具有环形区域的FoV的立杆上的MMS相机，而图5(B)展示堆积在具有范围从43°到76°的极角的顶部半球上的带上的165个圆，而图5(C)展示MMS透镜设计的说明性布局。

如图5(A)中说明，考虑一种布置，其中将相机安装在离地面4m高的立杆的顶端上。当瞄准内边界时相机的视角(由立杆及虚线形成的角度)为45°，当瞄准外边界时相机的视角为75°。通过简单的计算，内边界的半径为4m，而外边界的半径约为14.93m。内圆圈与相机之间的距离约为5.67m，且外圆圈与相机之间的距离约为15.45m。

方形图像传感器芯片因为其在产生马赛克方面的优势对MMS透镜设计来说将是理想的。有效焦距f选取为20mm，其足以满足所需的角分辨率。孔径大小是F/#＝2.5，且每一子成像器(微型相机)的FoV是11.4°。

由于监视区域覆盖了半球的广阔区域，因此局部堆积方法会导致就堆积均匀性来说较差的质量。在此，我们通过选取一组圆槽来配置MMS透镜，所述圆槽是由先前在图2中展示的扭曲的二十面体测地线方法产生。具有微型相机的相应插槽在图5(B)中以补片突出显示，且在图5(C)中展示对应光学设计的布局。

图6(A)及6(B)展示360环形MMS透镜的说明性成像性能，其中：图6(A)展示360环形Fov MMS透镜设计的一个通道的说明性布局，而图6(B)展示根据本发明的方面的说明性MTF曲线。

参考这些图，我们注意到，现在揭示的另一种光学设计包含165个微型相机，其覆盖了从43°到76°的极角。由于以每一通道的11.4°的步长离散添加的FoV，因此被覆盖的FoV不完全等于所需的FoV。

图6(A)展示光学器件的一个通道的尺寸。球形球面透镜的半径为21.11mm，且光学器件的总轨迹是60mm。每一焦平面的图像面积是2.8mm×2.8mm，可通过图6(B)中展示的MTF曲线估计的可分辨像素间距约为1.67μm，因此，每一焦平面的分辨率元素约为2.8兆像素。总分辨率元素约为500Mpixel。

如所属领域的技术人员应理解，对于单焦距相机，放大倍率针对不同距离的物体而变化。物体离相机越远，放大倍率越小。如应了解，此性质可能导致难以辨识散布在深景深上的物体。

此问题的一种解决方案是采用变焦透镜。此变焦透镜对于远处的物体将(变焦)调整为长焦距，且对于近处的物体则调整为短焦距。另一替代解决方案采用了包含展现不同焦距的多个相机的相机集群，其中展现长焦距的相机用于远处的物体，且展现短焦距的相机用于较近的物体。

与这两种技术相比，MMS透镜架构提供了一种更紧凑、更模块化且更便宜的进行多焦点成像的方法。在MMS透镜架构中，可通过更改其二次光学器件的设计来改变任何个别通道的总有效焦距。通过应用不同的二次光学器件，我们可在单个光学系统内有利地集成多个焦距。

图7(A)、图7(A)、7(B)及7(C)展示说明性多焦点系统的示意图，其中：图7(A)说明沿着街道从一个端监控交通，而图7(B)展示采用的光学器件的说明性多个成像通道，且图7(B)展示根据本发明的方面的多焦点系统的光学布局。

图7(A)说明性地展示从街道的一端监督延伸的街道的布置，其中物平面是一条狭窄的倾斜带，如从相机的角度测量，这会导致较大的物体距离变化。在此说明性布置中，视角范围为从25°到85°。为了捕获这整条带上的详细信息，有利地采用了多焦点系统。

图7(B)展示覆盖具有不同焦距的通道的不同街道路段的说明性的MMS透镜。当路段远离相机移动时，相应通道增加其焦距以实现更均匀的地面取样。

所属领域的技术人员应理解及了解，用有限的视野分割不可能实现均匀取样。然而，我们可以尝试用在每一通道的轴向视场点中具有相等放大倍率的多焦点成像器获得标称均匀的取样。在此说明性实例中，我们可将相机安装在地面上方10m处，其中每一通道覆盖10°区域，且相邻通道之间有1.5°重叠。用7个通道，监视的总范围约为110m。在表1中列出每一通道的焦距及中心视野的相应物距。

通道#	1	2	3	4	5	6	7
								视角(度)	30.0	38.5	47.0	55.5	64.0	72.5	81.0
轴向物体范围(m)	11.55	12.78	14.66	17.66	22.81	33.26	63.92
								焦距(mm)	15.00	16.38	18.48	21.71	27.00	36.73	59.39

表1.针对准均匀取样率的每一成像通道的轴向物体范围

继续参考此图-且如表1展示-在整个街道上的均匀取样率需要从15mm到59.39mm的焦距范围，这需要4×的变焦能力。然而，不幸的是，我们的说明性MMS设计仅实现15mm到40mm的焦距范围。结果，第7通道不能满足准均匀条件。尽管如此，可采用变化的传感器间距来对此进行补偿。

图7(C)展示此透镜设计的说明性布局及一些关键尺寸的大小。每一通道的MTF曲线在图8中展示。对于给定的主物镜，存在一个最匹配的系统焦距，在所述焦距处可实现最优成像性能。然而，当焦距从最优匹配偏离时，性能会稍有下降。

图8(A)、8(B)及8(C)展示根据本发明的方面的多焦点MMS透镜设计中的每一通道的MTF曲线的图表，其中：图8(A)轴上FoV的MTF；图8(B)展示展现0.707FoV的MTF，且图8(C)展示具有边缘FoV的MTF。如可从这些图看出，通道4在轴上及轴外FoV两者都展现最高MTF，同时由于任一侧上的焦距缩放比例约为2.7×，因此可获得令人满意的性能。表S2中提供了可用的详细设计处方数据。

如先前论述，光路遮挡会阻止一个MMS相机的任意FoV配置。尽管如此，可通过组合使用多个MMS相机克服此限制。已经演示的一个此实例是其中多个MMS透镜被共同瞄准以交错宽FoV的连续覆盖。在此，我们揭示又另一实例。

对于先前描述的360°环形FoV透镜，我们注意到视角范围为从43°到76°。然而，如图3中说明性地展示，当覆盖区域接近赤道时会发生光遮挡。

图9(A)及9(B)展示根据本发明的方面的360°水平FoV光学器件的说明性方法，包含：图9(A)展示包含三个背对背MMS透镜的说明性布局，且图9(B)展示具有堆叠的MMS透镜的说明***错策略。

如图9(A)所示，根据本发明的方面的一种解决方案的特征在于配置背对背定位的三个MMS透镜，其中每一者覆盖大于120°的FoV。共同地，在不遮挡的情况下捕获水平方向上的360°全景图像。

根据本发明的方面的另一配置提供一种球形相机，其中在相邻的光学器件与传感器之间保留自由空间以使光通过。为了使用多尺度阵列实现此视野，一些微型相机位置被保存用于光通过。为了连续的FoV覆盖，我们将由多个MMS相机捕获的图像块组合在一起。

现在，我们将注意力转到图9(B)，其中示意性地展示四个MMS透镜，所述透镜垂直堆叠并交错以完全覆盖360°水平FoV。在最简单的配置中，所有四个MMS相机都是相同的，只是在交错的角度位置相对扭曲。此处每一小圆的锥角是10°，沿着球体一个轨道的圆的数目是36。虽然我们已经指出所有四个相机都是相同的，但所属领域的技术人员将知道且了解，此相同性不是必需的。

图10展示根据本发明的方面的360°水平FOV成像器的说明性微型相机及光窗。如所述图中说明，每一微型相机指向相应的透明隧道，每一透明隧道提供水平布置的预留圆形视图，其有利地提供了近乎无遮挡的光通道。详细透镜设计数据在表S3中展示。

最终，我们现在呈现一个最终的说明性实例，其是一个全方位相机，其可在所有方向上以均匀的角度分辨率进行观察。先前在本发明中，我们估计MMS透镜的最大遮挡自由角小于80°，这暗示完整的4π球形FoV覆盖范围需要最少4个MMS透镜。四个相机中的每一相机都位于规则四面体的顶点中的一者处，且覆盖的立体角略大于π立体弧度。额外的覆盖范围用于重叠。

图11(A)及11(B)展示根据本发明的方面的全球形MMS透镜的说明性四面体构型，其中：图11(A)展示具有四个MMS透镜的说明性空间分割，其中每一者覆盖全球形的四分之一；且图11(B)说明性地展示四个分段中的一者上的经密堆积微型相机。

如图11(A)中展示，由四面体的一个三角形表面在其外接球上投影的面积决定了每一MMS透镜的最小覆盖面积。如图11(A)中展示，此三角形球形块的最大视场角为125.26°。如图10(B)中展示，我们用扭曲的二十面体测地线方法从经密堆积球体中裁剪出堆积补片。

图12展示根据本发明的方面的全球形MMS透镜的说明性布局图。所述图中展示的构型是一个4π全空间相机，其由具有半径为74mm的球体定界。有利地，此说明性成像器具有采用上文在我们的第一实例中使用且在表S1中详述的MMS透镜设计处方以在整个空间覆盖范围上实现ifov＝83μrad的均匀角分辨率的潜力。

为了提供对本文中揭示的所有设计例子的定量感知，我们提供表2，其描述每一例子的视野配置、角度分辨率、信息容量及物理尺寸。此表有助于验证MMS透镜架构在构建高像素计数、具有紧凑型小形状因子的多功能视野配置相机方面的有效性。

至此，所属领域的技术人员将容易了解，虽然已经关于特定实施方案及/或实施例描述了根据本发明的方法、技术及结构，但所属领域的技术人员将认识到本发明不限于此。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限制。

表2.

MMS透镜设计的特性

表S1.矩形、360环形及全球形FoV MMS透镜的光学处方数据

表S2.多焦点MMS透镜的光学处方数据

表S3.360水平FoV MMS透镜的设计数据