本發(fā)明涉及圖像采集，尤其涉及一種傳感器矩陣及圖像采集方法、封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。

背景技術：

1、在采集圖像的過程中，為了實現(xiàn)對遠距離成像物體的有效觀測，當前的主流解決方案是采用變焦鏡頭或移動式圖像傳感器獲取成像，其中，變焦鏡頭根據(jù)是否具有防抖效果能夠分為只具有自動對焦功能的af（auto?focus）馬達和同時兼具防抖效果的ois（optical?image?stabilization）馬達；不難看出，變焦鏡頭在拍攝目標物體時能夠在一定范圍內(nèi)變換焦距，并得到不同寬窄的視場角、不同大小的影像和不同景物范圍的照相機鏡頭。

2、由于變焦鏡頭能夠在不改變拍攝距離的情況下，通過變動焦距來改變拍攝范圍，因此變焦鏡頭通常有利于畫面構(gòu)圖；同時，變焦鏡頭作為鏡頭的一種類型，具有可以變化的焦距，能夠擔當起若干個定焦鏡頭的作用，因此有利于減少攜帶攝影器材的數(shù)量，但變焦鏡頭價格昂貴且體積龐大，不利于推廣擴大變焦鏡頭的受眾人群。

3、此外，雖然af馬達和ois馬達均能夠通過帶動鏡頭在光軸方向運動來實現(xiàn)對拍攝物的準確對焦以及后者能讓鏡頭在光軸的垂直平面上運動，但無論是af馬達還是ois馬達，在對焦過程中均需要運動部件即時運動調(diào)焦，由于電子器件機械運動過程中存在磨損損耗，使得現(xiàn)有圖像成像器件的可靠性以及使用壽命受限；另一方面，由于現(xiàn)有圖像成像器件的運動部件結(jié)構(gòu)復雜，導致運動部件的響應反饋速度不足，難以滿足高速運動物體的拍攝需求，不利于保證拍攝高速物體的時效性，導致現(xiàn)有變焦鏡頭對被攝目標的抓拍難度大。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供具有與鏡頭單一距離的圖像采集矩陣陣列，能夠規(guī)避傳統(tǒng)電子器件在變焦過程中由于機械運動導致的器件磨損風險，另一方面，采用與鏡頭距離固定的圖像傳感器陣列，不僅能有效降低傳感器系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的復雜度，同時能提高傳感器系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接穩(wěn)定性，有利于保證運動部件的響應反饋速度，滿足拍攝高速運動物體的需求，保證對被攝目標抓拍的及時性。

2、第一方面，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種傳感器矩陣，包括襯底以及至少一個圖像采集單元，襯底由單晶硅制成，襯底能夠作為圖像采集單元的機械支撐結(jié)構(gòu)，由于襯底為硅晶體薄片，能夠?qū)D像采集單元產(chǎn)生的熱量進行連續(xù)轉(zhuǎn)移，防止圖像采集單元發(fā)生過熱現(xiàn)象，避免襯底過熱而影響圖像采集單元內(nèi)電子器件性能，襯底的表面形成一層二氧化硅層，能夠作為與圖像采集單元之間的絕緣層，提升圖像采集單元的絕緣強度，每兩個相鄰的所述圖像采集單元側(cè)面依次緊密固定連接，依次相鄰焊接的所述圖像采集單元分別固定在所述襯底的一側(cè)并構(gòu)成圖像采集矩陣陣列；各個所述圖像采集單元分別包括至少兩個圖像傳感器，多個所述圖像傳感器間在水平面及豎直面上的排列方式與所述圖像采集單元的排布方式相同；所述圖像采集矩陣陣列距離與其適配的鏡頭光心的長度為固定值，鏡頭的內(nèi)壁焊接有透明定位圈，透明定位圈與鏡頭共中心線，透明定位圈為透明的硬質(zhì)圈，透明定位圈的內(nèi)壁固定有防護鏡片，防護鏡片能夠?qū)︾R頭內(nèi)的前組鏡頭和后組鏡頭進行防塵、防水和防撞擊保護。

3、作為本發(fā)明進一步的方案，透明定位圈的頂部貫穿固定有第一光電晶體管和處理器；襯底與圖像采集單元之間形成有預留帶，預留帶的頂部連接有第二光電晶體管，第一光電晶體管和第二光電晶體管兩者在水平面上的投影輪廓相互獨立，能夠避免第二光電晶體管接收的光線被第一光電晶體管遮擋，第一光電晶體管和第二光電晶體管的基極分別暴露在外界環(huán)境，用于接受進入鏡頭內(nèi)光線的照射，當鏡頭的遮光部件開啟后，外界光線依次經(jīng)過透明定位圈和預留帶到達圖像采集單元，當光線到達透明定位圈時，第一光電晶體管基極的透鏡將光線聚集在半導體結(jié)上，使第一光電晶體管的集電極與發(fā)射極導通，同時接通第一光電晶體管所連接的電路，并觸發(fā)第一計時器計時，第一光電晶體管的集電極與電源正極連接，電源負極連接電阻,電阻的兩端并聯(lián)連接第一計時器，第一計時器計時后向第一減法器輸送第一計時信號，同理，當光線穿過透明定位圈并照射至預留帶時，預留帶上的第二光電晶體管的基極透鏡將光線聚集在半導體結(jié)上并使其集電極與發(fā)射極導通，同時使第二光電晶體管所連接的電路導通，第二光電晶體管的集電極連接電源正極，第二光電晶體管的發(fā)射極連接電阻的一端，電阻的一端與電源負極連接且并聯(lián)連接第二計時器，當?shù)诙怆娋w管接收光照后觸發(fā)第二計時器，第二計時器向第一減法器輸送計時信號，第一減法器為減法電路，能夠?qū)⒌谝挥嫊r信號與第二計時信號相減并輸出二者差值，差值進入第二減法器并與標準間隔信號進行比較，當差值與標準間隔信號相等或二者之差在誤差范圍內(nèi)，則表明透明定位圈與圖像采集單元之間的距離為預設距離，能夠快速判斷鏡頭內(nèi)的光學透鏡對光線的折射強度符合預期，鏡頭與圖像采集單元之間的相對位置處于標準范圍，鏡頭的焦距和光心未發(fā)生改變，有利于降低鏡頭的檢修維護難度；當?shù)诙p法器經(jīng)比較差值與標準間隔信號發(fā)現(xiàn)兩者之差超出誤差范圍，則表明鏡頭內(nèi)的光學透鏡發(fā)生故障，此時，與第二減法器輸出端連接的預警顯示單元顯示故障報警信號。

4、作為本發(fā)明進一步的方案，預警顯示單元為報警信號燈、蜂鳴器中的一種或二者的組合。

5、作為本發(fā)明進一步的方案，所述圖像采集單元包括焊接在所述襯底上的第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器和第四圖像傳感器；所述第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器和第四圖像傳感器為矩陣陣列式排布，第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器和第四圖像傳感器能夠形成1×4或2×2的圖像傳感器矩陣或方陣，便于適配圖像采集單元所包含的像素矩陣形成連續(xù)的感光區(qū)域，圖像采集單元能夠?qū)⑽矬w反射或太陽光射入的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S時序電信號并進一步被放大和處理，形成數(shù)字圖像，便于存儲器存儲，所述第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器和第四圖像傳感器距離鏡頭光心的距離兩兩相等。

6、作為本發(fā)明進一步的方案，所述第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器和第四圖像傳感器分別包括感光元件層、電路層、濾光層和微透鏡；各所述感光元件層分別生長在襯底的同一側(cè)，所述電路層固定鋪設在所述感光元件層的頂面，電路層的頂部固定有濾光層，正對所述濾光層的上方固定有微透鏡，各個微透鏡的焦距兩兩相同，微透鏡將進入鏡頭內(nèi)的光線匯聚到濾光層上濾除噪聲光線，經(jīng)過濾光作用的光線進一步進入到電路層進行光強信息的處理并輸出最大像素。

7、作為本發(fā)明進一步的方案，各個所述微透鏡的焦距相同，從而保證各個微透鏡對光線的匯聚能力相同，以便均勻圖像傳感器對光線強度的收集和匯聚能力，保持與被攝場景相同光強的漸變效果，有利于保證成像的真實性。

8、作為本發(fā)明進一步的方案，各個所述微透鏡分別為具有至少一個弧形面的凸透鏡，所述微透鏡將光線聚集到濾光層上，凸透鏡能夠保證對光線的匯聚作用，有利于將接收的光線匯聚傳遞至濾光層上，具體來說，微透鏡可以包括一個上凸的弧形面以及正對弧形面的平面部，也可以包括一個上凸的弧形面和正對該弧形面的下凸面，通過兩個方向相反的凸起部對光線二次匯聚，能夠較單一上凸弧形面的透鏡具有更強的光線匯聚能力。

9、作為本發(fā)明進一步的方案，各個所述圖像采集單元感光總面積的外輪廓為整體感光區(qū)域，所述整體感光區(qū)域的外輪廓為圓形、矩形或正多邊形輪廓，整體感光區(qū)域為連續(xù)的平面式區(qū)域，圓形外輪廓的整體感光區(qū)域能夠適配鏡頭的形狀，矩形狀的外輪廓整體感光區(qū)域能夠適配同樣為矩形外輪廓的像素矩陣，有利于獲得適配像素矩陣的成像效果，有利于保持成像的完整性，多邊形輪廓的整體感光區(qū)域有利于在矩形矩陣狀的排列基礎上擴展不同圖像傳感器的排列方式，便于圖像傳感器的集成。

10、作為本發(fā)明進一步的方案，所述整體感光區(qū)域正對所述鏡頭的投影外輪廓位于所述鏡頭在該投影面的投影區(qū)域內(nèi)，通過保持被觀察的整體感光區(qū)域的外輪廓位于鏡頭在該投影面的投影區(qū)域內(nèi)，能夠保證成像的完整性，避免成像殘缺。

11、第二方面，還提出一種封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)包括鏡頭、光圈、暗箱、機身、pcb板以及如上述方案所述的傳感器矩陣，鏡頭通過防護鏡片對鏡頭內(nèi)的透鏡組件進行保護，能夠減小鏡頭內(nèi)的透鏡組件的磨損風險，光圈用于調(diào)整進入鏡頭內(nèi)部的通光量，光圈的中軸線與鏡頭的中軸線共線；

12、所述鏡頭包括前組鏡頭和后組鏡頭，鏡頭能夠捕捉外界景物的光學圖像并聚焦在圖像傳感器上，前組鏡頭與后組鏡頭能夠分別實現(xiàn)對進入鏡頭內(nèi)光線的放大、聚焦和傳輸，通過所述鏡頭通過后組鏡頭連接光圈，每個所述圖像采集單元分別通過襯底焊接固定在pcb板的同側(cè)，所述pcb板封裝在所述暗箱與機身二者的連接處，所述暗箱的一側(cè)一體成型有與所述鏡頭可拆卸連接的接頭，接頭與鏡頭適配卡接，接頭能夠?qū)㈢R頭與暗箱之間固定連接，便于對鏡頭的更換、檢修和拆裝。

13、第三方面，還提出一種封裝方法，用于制備如上述方案所述的封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝方法包括采用若干個圖像采集單元與襯底的一側(cè)焊接得到具有相同焦距的圖像傳感器矩陣，通過將圖像采集單元固定焊接在襯底的一側(cè)，圖像傳感器矩陣能夠?qū)ν槐粩z場景的光線進行聚焦與傳輸，圖定式的圖像采集單元能夠避免電子部件的機械運動，防止圖像采集單元發(fā)生機械磨損而降低封裝結(jié)構(gòu)的使用壽命，一方面，能夠減少封裝結(jié)構(gòu)的器件損耗，降低圖像采集成本，另一方面，有利于減小封裝結(jié)構(gòu)的體積和重量，便于擴展受眾人群；

14、將焊接有多個圖像采集單元的pcb板封裝在所述機身內(nèi)部，pcb板上焊接的圖像處理電路能夠?qū)Σ杉膱D像進行電子校正，減小圖像畸變程度，提高圖像信息傳輸?shù)臏蚀_性；

15、在所述機身正對襯底中心的部位焊接暗箱，便于形成倒立和倒置的影像，便于成像；

16、在暗箱的一端組裝鏡頭，使鏡頭與機身固定連接，保持鏡頭與機身之間的固定連接，能夠節(jié)省鏡頭調(diào)焦時間，有利于保證快門抓拍的響應速度。

17、第四方面，還提出一種圖像采集方法，所述圖像采集方法包括：

18、采用如上述實施例所述的封裝結(jié)構(gòu)，能夠避免運動器件機械運動的過程中對圖像傳感器產(chǎn)生磨損損耗；

19、將鏡頭正對被攝目標并與被攝目標間形成一定距離，使被攝目標反射的光線進入鏡頭內(nèi)并進一步被匯聚感光元件層；

20、調(diào)整機身相對于被攝目標物體的離地高度，能夠保持拍攝后圖像的成像范圍；

21、使封裝結(jié)構(gòu)沿著鏡頭的中心軸線方向線性移動并同步采集圖像，采集圖像信號經(jīng)圖像傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸至pcb板上的圖像處理電路進一步處理；

22、拍攝者同步觀察圖像成像區(qū)域內(nèi)圖像的清晰度，通過調(diào)整鏡頭與被攝目標之間的距離，得到視野中的清晰成像；

23、當被攝目標的成像在圖像顯示區(qū)內(nèi)清晰顯示時按下快門，完成拍攝，結(jié)束圖像采集過程。

24、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、1、本發(fā)明通過在襯底上焊接固定多個矩陣陣列排布的圖像傳感器，能夠規(guī)避傳統(tǒng)電子器件機械運動過程中的器件磨損風險，大大降低圖像傳感器以及與圖像傳感器所連接的器件損耗，通過降低圖像傳感器的磨損程度，有利于提高傳感器系統(tǒng)的使用壽命和使用可靠性，并能夠大幅降低圖像采集成本，有利于圖像采集設備的推廣使用，同時擴大采用該圖像傳感器的受眾人群。

26、2、本發(fā)明通過采用與鏡頭距離固定的圖像傳感器陣列以及焦距為單一固定值的圖像采集鏡頭，不僅能有效降低傳感器系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的復雜度，同時能提高傳感器系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接穩(wěn)定性，有利于保證快門拍照的響應反饋速度，滿足拍攝高速運動物體的需求，保證抓拍運動物體的時效性。

27、3、本發(fā)明通過通過第一光電晶體管和第二光電晶體管分別接收透明定位圈以及預留帶上的光照，能夠配合計時器單元和減法器模塊輸出差值信號，通過預警顯示單元接收差值信號，當差值信號達到觸發(fā)預警觸發(fā)值，則由預警顯示單元發(fā)出預警信號報警，根據(jù)預警顯示單元是否發(fā)出預警信號，使用者能夠快速判斷鏡頭與圖像采集單元之間的距離是否為固定期望值。