阅读说明：本技术 一种手机3d摄影加全面屏技术 (3D photographing and full screen adding technology for mobile phone ) 是由 胡小兵 廖建勤 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：一种手机3D摄影加全面屏技术。其目的是使手机能够基于足够的双摄像头成像角度差实现真正的3D成像,而且摄像头等部件无需与手机正面屏幕争夺空间。本发明的技术包括一个带有两个耳朵的手机框架,耳朵在手机框架上方的左右端,耳朵正面和反面都开有镜头窗口,左右耳朵内各装有一个摄像头,摄像头内的镜片组沿手机上下方向排列,摄像头上端是反射镜面,用以将从镜头窗口进入的光线改变90度角后反射到镜片组,反射镜面由电机带动可以旋转以对准耳朵正面和反面的镜头窗口,从而摄像头可以拍摄手机前方和后方的景象。扬声器和相关传感器也都安装在两个耳朵上,无需与手机正面屏幕争夺空间,从而手机正面空间可以全部用于安装显示屏幕。(A technology for 3D photography and full screen of a mobile phone. The purpose is that the mobile phone can realize real 3D imaging based on enough double-camera imaging angle difference, and parts such as the camera do not need to compete for space with the front screen of the mobile phone. The technology of the invention comprises a mobile phone frame with two ears, the ears are arranged at the left end and the right end above the mobile phone frame, the front side and the back side of the ears are provided with lens windows, the left ear and the right ear are respectively provided with a camera, lens groups in the cameras are arranged along the up-down direction of the mobile phone, the upper end of the camera is a reflecting mirror surface used for reflecting light entering from the lens windows to the lens groups after changing an angle of 90 degrees, the reflecting mirror surface is driven by a motor to rotate so as to be aligned with the lens windows on the front side and the back side of the ears, and therefore, the cameras can shoot scenes in front of and behind the mobile. The loudspeaker and the related sensor are also arranged on the two ears, so that the space of the front face of the mobile phone does not need to be contended with the front face screen of the mobile phone, and the front face space of the mobile phone can be completely used for installing the display screen.)

一种手机3D摄影加全面屏技术

技术领域：

本发明提供了一种手机3D摄影加全面屏技术，属于通信工程领域。

背景技术：

手机在生活中已经高度普及，给人们生活带来了极大的便利。其中手机的摄影功能和大屏幕显示功能是衡量手机品质的两个重要指标。目前许多智能手机都带有多个前向和后向摄像头，并且提出和采用了全面屏的设计。然而，目前手机主要是出于近景、远景、广角摄影的目的而采用多个摄像头，鲜有出于3D摄影的目的而采用多个摄像头的。现有手机的3D摄影功能基本都是用同一个摄像头拍摄多张相片后再用特定的软件算法将多张相片进行3D合成。所以并不是真正意义上的3D摄影。真正的3D摄影是通过并列排放的两个摄像头对准同一个被拍摄目标同时进行摄影，由于并列排放的两个摄像头存在摄影角度差，所以将两个摄像头所拍摄到的图像合并显示就能产生3D影像效果。目前手机所安装的多个摄像头都是紧密地排列在一起，即便想用于3D摄影，也难以获得满足要求的摄影角度差。显然，3D摄影功能可以极大地提升手机的用户体验。比如在人脸识别方面，目前许多手机都是通过摄像头拍摄人脸的2D相片后，对2D相片进行图像识别。如果拿一张人脸的2D相片对着手机的摄像头，这种手机人脸识别就会直接认为是相片本人站在手机前，所以存在安全隐患。有的手机，比如苹果手机，采用了光点投射扫描技术，以期获得人脸的3D数据用于人脸识别，其安全性能较好，但是光点投射扫描技术需要在手机上安装额外的复杂元器件，既增加了手机成本，又占用了手机空间。特别是，为了安装前摄镜头、光点投射扫描元件、扬声器、以及相关传感器，这些手机通常不得不将手机正面的空间留出一部分，因而不能实现正真的全面屏显示。例如有的手机采用了带刘海的异形全面屏设计，有的手机则在手机正面上方留出一整条窄条空间。刘海空间和窄条空间就用于安装前摄镜头、光点投射扫描元件、扬声器、以及相关传感器。还有的手机采用升降式摄像头，不用时摄像头沉降收入到手机顶部，使用时摄像头上升伸出手机顶部，以此避免占用手机正面空间，从而留给全面屏。带刘海的异形全面屏生产成本高，而且也增加了对应用软件显示图像的额外要求；留有一整条窄条空间的手机难以称得上正真的全面屏手机，在人们日益注重手机显示效果的当下将面临巨大的竞争压力；采用升降式摄像头的手机则存在更多的故障风险，而且不能充分利用手机的厚度设计摄像头的径深。另外，现在手机上正面的摄像头和反面的摄像头通常是彼此独立的两套摄像头系统，不能互通共享。

本发明提出一种手机3D摄影加全面屏技术，使手机能够实现基于存在足够摄影角度差的两个摄像头而进行3D摄影的功能，而且摄像头、扬声器、以及相关传感器不需要与显示屏争夺手机正面空间，手机上正面的3D摄像头和反面的3D摄像头彼此互通共享。

发明内容

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本发明的目的是要提供一种手机3D摄影加全面屏技术，其目的是使手机能够基于足够的双摄像头成像角度差实现真正的3D成像，而且摄像头等部件无需与手机正面的显示屏幕争夺空间。为了实现上述目的，本发明的技术包括一个带有两个耳朵的手机框架，两个耳朵分别在手机框架的左上端和右上端。每个耳朵正面和反面都开有镜头窗口；耳朵正面镜头窗口和耳朵背面镜头窗口为直径相同的圆形玻璃窗口；同一个耳朵上的正面镜头窗口的圆心和背面镜头窗口的圆心的连线垂直于手机正面平面。每个耳朵内都有一个圆柱状内腔，圆柱状内腔的轴线平行于手机的长边，同时也平行于手机正面平面；圆柱状内腔的直径略大于镜头窗口的直径；同一个耳朵上的正面镜头窗口和耳朵背面镜头窗口都与该耳朵内的圆柱状内腔连通，而且正面镜头窗口的圆心和背面镜头窗口的圆心的连线与圆柱状内腔的轴线垂直相交。每个耳朵内的圆柱状内腔里沿圆柱状内腔的轴线方向从上到下依次排列安装有一个带反光镜的斜切圆柱体、一套镜片组和一个感光成像元件。

斜切圆柱体的轴线与耳朵内的圆柱状内腔的轴线重合，斜切圆柱体的斜切面与斜切圆柱体的轴线成45°角，斜切圆柱体的斜切面就是反光镜的镜面。斜切圆柱体的直径与耳朵内的圆柱状内腔的直径几乎一样但略小，而且斜切圆柱体的柱面和耳朵内圆柱状内腔的腔壁都非常光滑，所以斜切圆柱体的柱面可以紧密贴合着耳朵内圆柱状内腔的腔壁而转动。斜切圆柱体的上端装有一个电机，用以带动斜切圆柱体在耳朵内的圆柱状内腔里转动。需要拍摄手机正面前方的景象时，电机就带动斜切圆柱体在耳朵内的圆柱状内腔里转动，直到斜切圆柱体的反光镜对着耳朵正面的镜头窗口；而当需要拍摄手机背面的景象时，电机就带动斜切圆柱体在耳朵内的圆柱状内腔里转动，直到斜切圆柱体的反光镜对着耳朵背面的镜头窗口。

每个耳朵内的圆柱状内腔里腔壁上靠近圆柱状内腔顶部的位置有一个引导凸头，斜切圆柱体的柱面上靠近斜切圆柱体顶部并平行于斜切圆柱体顶部圆周有一条导轨凹槽，耳朵内圆柱状内腔里腔壁上的引导凸头正好卡在斜切圆柱体的导轨凹槽内。在电机带动斜切圆柱体转动的过程中，当腔壁上的引导凸头碰到了斜切圆柱体的导轨凹槽的一个尽头端时，就说明斜切圆柱体的反光镜已经对准了耳朵的一个镜头窗口；当电机带动斜切圆柱体反向转动直到腔壁上的引导凸头碰到了斜切圆柱体的导轨凹槽的另一个尽头端时，就说明斜切圆柱体的反光镜已经对准了耳朵的另一个镜头窗口。

镜片组的每个镜片的中心和焦点都在圆柱状内腔的轴线上。感光成像元件的感光面的中心也在圆柱状内腔的轴线上，而且感光面垂直于圆柱状内腔的轴线。当斜切圆柱体的反光镜对准了耳朵的一个镜头窗口时，从该镜头窗口透进来的光线会被反光镜改变90°角而反射到斜切圆柱体下方的镜片组，再通过镜片组将光线聚焦到镜片组下方的感光成像元件上。

当斜切圆柱体的反光镜对准了耳朵的一个镜头窗口时，因为斜切圆柱体的柱面紧密贴合着圆柱状内腔的腔壁，所以从耳朵的另一个镜头窗口透进来的光线会被斜切圆柱体的柱面挡住封死，从而不会影响斜切圆柱体下方元器件对来自第一个镜头窗口的光线进行感光成像工作。所以，虽然安装在手机的单个耳朵上的摄像头只有一套反光镜、镜片组和感光成像元件，但是通过转动斜切圆柱体使其反光镜在耳朵的正面镜头窗口和背面镜头窗口之间切换方向，就可以实现同一个摄像头既能拍摄手机正面前方的景象，又能拍摄手机背面的景象。目前大多数手机的前摄镜头和后摄镜头是完全独立的两套摄像头系统，彼此互不共享任何组件。而本发明的技术中，手机的每个耳朵上的前摄镜头和后摄镜头实际上是共享的同一套摄像头系统，从而可以减少成本和安装空间。

因为手机左上端和右上端各有一个耳朵，每个耳朵内都各自有一个摄像头，当两个耳朵内的摄像头同时拍摄同一个景象时，比如同时拍摄手机正面前方的景象，则由于左右两个耳朵内的两个摄像头相隔了大约一个手机框架宽度的距离，从而就会形成对同一个景象的拍摄角度差，而所拍摄到的存在拍摄角度差的两个同步影像就可以用于3D成像。又因为两个耳朵内的摄像头都既能拍摄手机正面前方的景象，又能拍摄手机背面的景象，所以不论对手机正面前方的景象，还是对手机背面的景象，都可以实现3D摄影。

另外，手机的扬声器和其他相关传感器都可以安装在两个耳朵上的适当位置，而无需与手机正面的显示屏幕争夺空间，从而手机正面的整个长方形区域可以全部用于安装显示屏幕，从而实现真正的全面屏手机。目前的许多号称的全面屏手机其实并不能算真正的全面屏，因为这些号称的全面屏手机通常都需要在手机正面空间上留出一整条窄条区域、一块刘海区域、或者一个水滴状区域，用于安装前摄镜头、扬声器、以及其他相关传感器。

本发明的技术可以使手机实现拍摄3D相片，录制3D视频，以及进行3D成像人脸识别的功能。当手机的两个耳朵内的摄像头同步拍摄同一个景象的相片时，所拍摄到的存在拍摄角度差的两个同步影像相片可以用于合成3D相片；当手机的两个耳朵内的摄像头同步拍摄同一个景象的视频时，所拍摄到的存在拍摄角度差的两个同步影像视频可以用于合成3D视频；当手机的两个耳朵内的摄像头都对准耳朵的正面镜头窗口并同步拍摄手机正面前方的人脸时，所拍摄到的存在拍摄角度差的两个同步人脸影像可以用于3D成像人脸识别。需要强调的是：基于存在拍摄角度差的两组同步影像数据而合成3D相片的方法，合成3D视频的方法，以及3D成像人脸识别的方法都不是本发明的内容；有许多现存的相关方法可以直接使用。本发明的主要内容是手机所带的两个耳朵以及安装在耳朵内的摄像头；这些发明内容使得手机可以产生存在足够拍摄角度差的两组同步影像数据；而现有的手机的摄像系统是难以产生存在足够拍摄角度差的两组同步影像数据的，因此现有的手机无法实现基于存在拍摄角度差的两组同步影像数据的真正3D相片和3D视频。

因为手机框架的宽度有限，所以安装在手机框架左上端和右上端的耳朵中的两个摄像头之间的距离也有限，因此两个摄像头在同步拍摄同一个景象时，两个摄像头的拍摄角度差很大程度上取决于该景象到手机的直线距离。当直线距离太大时，两个摄像头的拍摄角度差会非常小，以至于所拍摄到的两组同步影像数据并不能有效地用于合成3D影像，除非两个摄像头的成像分辨率都非常高，足以有效地分辨出微小拍摄角度差所造成的影像差别。但是，高成像分辨率意味着高制造成本。所以，在给定制造成本的约束条件下，所发明的技术主要用于拍摄近距离景象的3D影像。一般而言，用手机的前摄镜头拍摄用户自己的头像时，距离比较近，可以保证两个摄像头的拍摄角度差足够大，从而可以有效地合成3D影像，以用于实现诸如人脸识别、3D表情建模这些功能。如果只需要对手机正面前方的近距离景象进行3D摄影，则该本发明的技术中手机框架的每个耳朵可以只有正面镜头窗口，而没有背面镜头窗口，即手机只能对手机正面前方的景象进行3D拍照和摄影。此时手机框架的每个耳朵内的圆柱状内腔的轴线过正面镜头窗口的中心并垂直于手机正面平面，而且手机框架的耳朵内的摄像头不需要斜切圆柱体以及其所带的反光镜和电机。事实上，如果只需要对手机正面前方的近距离景象进行3D摄影，那么本发明的技术中手机框架的每个耳朵内可以直接安装目前各种手机所使用的前摄镜头即可。

本发明的技术中手机的两个耳朵内的摄像头的诸如像素分辨率、光圈大小这些与摄影性能和成像质量相关的技术指标可以根据手机的价格、市场和功能定位而设计决定。

本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术中的各个部件可以采用适当的材料、形状、尺寸、大小、数量、颜色和布局位置设计。

本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术具有以下有益效果：本发明的技术可以使手机实现基于存在足够摄影角度差的两个摄像头而进行3D摄影的功能；而且摄像头、扬声器、以及相关传感器不需要与显示屏幕争夺手机正面空间，即手机的整个正面空间都可以用于安装显示屏幕，从而实现真正的全面屏；另外，手机的每个耳朵上的正面摄像头和背面摄像头实际上是共用的同一套摄像头，这有利于节省成本和空间。

附图说明：

附图给出本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术的示意图：

图1：本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术的主要结构图。

图2：本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术中的手机耳朵以及圆柱状内腔的示例图。

图3：本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术中的斜切圆柱体、镜片组和感光成像元件的示例图。

具体实施方式

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下面结合附图，对本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术做进一步说明。附图中标号说明：1手机框架 2手机框架的耳朵 3手机正面的显示屏幕 4耳朵正面的镜头窗口 5耳朵背面的镜头窗口 6扬声器 7斜切圆柱体 8斜切圆柱体的反光镜 9斜切圆柱体的电机10镜片组 11感光成像元件 12斜切圆柱体的内腔 13斜切圆柱体的内腔上的引导凸头 14斜切圆柱体柱面上的导轨凹槽。

图1给出了本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术的主要结构图。本发明的技术包括一个手机框架(1)，手机框架(1)的左上端和右上端各有一个耳朵(2)，手机框架(1)的正面的长方形空间全部留给显示屏幕(3)。每个耳朵(2)正面开有一个正面镜头窗口(4)，每个耳朵(2)背面开有一个背面镜头窗口(5)。手机的扬声器(6)安装在两个耳朵(2)上的适当位置，其他相关传感器也都可以安装在两个耳朵(2)上的适当位置，而无需与手机正面的显示屏幕(3)争夺空间，从而手机正面空间可以全部用于安装显示屏幕(3)。耳朵(2)正面镜头窗口(4)和耳朵(2)背面镜头窗口(5)为直径相同的圆形玻璃窗口；同一个耳朵(2)上的正面镜头窗口(4)的圆心和背面镜头窗口(5)的圆心的连线垂直于手机正面平面。摄像头安装在耳朵(2)内，包括一个斜切圆柱体(7)、一套镜片组(10)和一个感光成像元件(11)；斜切圆柱体(7)的斜切面是一个反光镜(8)，斜切圆柱体(7)的顶部有一个电机(9)，以带动斜切圆柱体(7)转动，从而使反光镜(8)可以在对准正面镜头窗口(4)和对准背面镜头窗口(5)之间切换。因为手机框架(1)左上端和右上端各有一个耳朵(2)，每个耳朵(2)内都各自有一个摄像头，当两个耳朵(2)内的摄像头同时拍摄同一个景象时，比如同时拍摄手机正面前方的景象，则由于左右两个耳朵(2)内的两个摄像头相隔了大约一个手机框架(1)宽度的距离，从而就会形成对同一个景象的拍摄角度差，而所拍摄到的存在拍摄角度差的两个同步影像就可以用于3D成像。又因为两个耳朵(2)内的摄像头都既能拍摄手机正面前方的景象，又能拍摄手机背面的景象，所以不论对手机正面前方的景象，还是对手机背面的景象，都可以实现3D摄影。另外，手机的扬声器(6)和其他相关传感器都可以安装在两个耳朵(2)上的适当位置，而无需与手机框架(1)正面的显示屏幕(3)争夺空间，从而手机框架(1)正面空间可以全部用于安装显示屏幕(3)，以实现正真的全面屏。

图2给出了本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术中的手机耳朵以及圆柱状内腔的示例图。手机框架(1)的每个耳朵(2)的内都有一个圆柱状内腔(12)，圆柱状内腔(12)的轴线平行于手机框架(1)的长边，同时也平行于手机框架(1)的正面平面。圆柱状内腔(12)的直径略大于镜头窗口(4)和(5)的直径。同一个耳朵(2)上的正面镜头窗口(4)和背面镜头窗口(5)都与该耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)连通，而且正面镜头窗口(4)的圆心和背面镜头窗口(5)的圆心的连线与圆柱状内腔(12)的轴线垂直相交。每个耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)里腔壁上靠近圆柱状内腔(12)顶部的位置有一个引导凸头(13)。引导凸头(13)的作用是使安装在耳朵(2)内的斜切圆柱体(7)在转动后可以精确对准所需要对准的镜头窗口(4)或(5)。需要强调的是，为了使图2示例更清楚，图2只画出了手机框架(1)左上端的耳朵(2)的主要内部结构，而没有画安装在耳朵(2)内摄像头组件。

图3给出了本发明的一种手机3D摄影加全面屏技术中的斜切圆柱体、镜片组和感光成像元件的示例图。每个耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)里沿圆柱状内腔(12)的轴线方向从上到下依次排列安装有一个带反光镜(8)的斜切圆柱体(7)、一套镜片组(10)和一个感光成像元件(11)。斜切圆柱体(7)的轴线与耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)的轴线重合，斜切圆柱体(7)的斜切面与斜切圆柱体(7)的轴线成45°角，斜切圆柱体(7)的斜切面就是反光镜(8)的镜面。斜切圆柱体(7)的直径与耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)的直径几乎一样但略小，而且斜切圆柱体(7)的柱面和耳朵(2)内圆柱状内腔(12)的腔壁都非常光滑，所以斜切圆柱体(7)的柱面可以紧密贴合着耳朵(2)内圆柱状内腔(12)的腔壁而转动。斜切圆柱体(7)的上端装有一个电机(9)，用以带动斜切圆柱体(7)在耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)里转动。需要拍摄手机正面前方的景象时，电机(9)就带动斜切圆柱体(7)在耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)里转动，直到斜切圆柱体(7)的反光镜(8)对着耳朵(2)的正面镜头窗口(4)；而当需要拍摄手机背面的景象时，电机(9)就带动斜切圆柱体(7)在耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)里转动，直到斜切圆柱体(7)的反光镜(9)对着耳朵(2)的背面镜头窗口(5)。斜切圆柱体(7)的柱面上靠近斜切圆柱体(7)顶部并平行于斜切圆柱体(7)顶部圆周有一条导轨凹槽(14)，耳朵(2)内圆柱状内腔(12)里腔壁上的引导凸头(13)正好卡在斜切圆柱体(7)的导轨凹槽内(14)。在电机(9)带动斜切圆柱体(7)转动的过程中，当圆柱状内腔(12)腔壁上的引导凸头(13)碰到了斜切圆柱体(7)的导轨凹槽(14)的一个尽头端时，就说明斜切圆柱体(7)的反光镜(8)已经对准了耳朵(2)的一个镜头窗口，比如说正面镜头窗口(4)；当电机(9)带动斜切圆柱体(7)反向转动直到圆柱状内腔(12)腔壁上的引导凸头(13)碰到了斜切圆柱体(7)的导轨凹槽(14)的另一个尽头端时，就说明斜切圆柱体(7)的反光镜(8)已经对准了耳朵(2)的另一个镜头窗口，比如说背面镜头窗口(5)。镜片组(10)的每个镜片的中心和焦点都在圆柱状内腔(12)的轴线上。感光成像元件(11)的感光面的中心也在圆柱状内腔(12)的轴线上，而且感光面垂直于圆柱状内腔(12)的轴线。当斜切圆柱体(7)的反光镜(8)对准了耳朵(2)的一个镜头窗口(4)或(5)时，从该镜头窗口透进来的光线会被反光镜(8)改变90°角而反射到斜切圆柱体(7)下方的镜片组(10)，再通过镜片组(10)将光线聚焦到镜片组(10)下方的感光成像元件(11)上。当斜切圆柱体(7)的反光镜(8)对准了耳朵(2)的一个镜头窗口时，比如说正面镜头窗口(4)，因为斜切圆柱体(7)的柱面紧密贴合着圆柱状内腔(12)的腔壁，所以从耳朵(2)的另一个镜头窗口，比如说背面镜头窗口(5)，透进来的光线会被斜切圆柱体(7)的柱面挡住封死，从而不会影响斜切圆柱体(7)下方元器件对来自第一个镜头窗口的光线进行感光成像工作。所以，虽然安装在手机框架(1)的单个耳朵(2)上的摄像头只有一套反光镜(8)、镜片组(10)和感光成像元件(11)，但是通过转动斜切圆柱体(7)使其反光镜(8)在耳朵(2)的正面镜头窗口(4)和背面镜头窗口(5)之间切换方向，就可以实现同一个摄像头既能拍摄手机正面前方的景象，又能拍摄手机背面的景象。需要强调的是，为了使图3示例更清楚，图3只画出了摄像头的组件，即斜切圆柱体(7)、镜片组(10)和感光成像元件(11)，而没有画这些摄像头组件所处的耳朵(2)内的圆柱状内腔(12)。