專利名稱：：改進(jìn)影像質(zhì)量的成像系統(tǒng)及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：實(shí)施例涉及成像系統(tǒng)，更具體地說，實(shí)施例涉及改迸影像質(zhì)量的成像系統(tǒng)及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
：最近，圖像采集裝置廣泛用于諸如照相機(jī)、移動(dòng)電話、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(webcam)以及筆記本電腦的便攜式和非便攜式裝置中。傳統(tǒng)上，這些圖像采集裝置包括諸如CCD或者CMOS傳感器的電子影像探測器、用于將視場(F0V)內(nèi)的目標(biāo)投影到該探測器上的透鏡系統(tǒng)以及用于接收、處理和存儲由該探測器提供的電子數(shù)據(jù)的電子電路系統(tǒng)。分辨率和光學(xué)變焦是這種圖像采集裝置的兩個(gè)重要的性能參數(shù)。圖像采集裝置的分辨率是指，物平面上的兩個(gè)點(diǎn)源之間具有的最小距離，以致該圖像采集裝置能分辨這些點(diǎn)源。分辨率取決于，由于衍射和像差，每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)未將點(diǎn)源投影為點(diǎn)，而將點(diǎn)源投影為預(yù)定寬度并且具有特定光強(qiáng)分布的圓斑(disc)。光學(xué)系統(tǒng)對點(diǎn)光源的響應(yīng)被稱為點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)。圖像采集裝置的總體分辨率主要取決于該光學(xué)投影系統(tǒng)的光學(xué)分辨率和該探測器的分辨率中較小的分辨率。在此，光學(xué)投影系統(tǒng)的光學(xué)分辨率應(yīng)該被定義為其PSF的半峰全寬(FWHM)。換句話說，兩個(gè)點(diǎn)光源的投影的光強(qiáng)分布的峰值必須至少間隔該P(yáng)SF的FWHM，以使該圖像采集裝置能分辨這兩個(gè)點(diǎn)光源。然而，還可以根據(jù)該P(yáng)SF將該分辨率定義為不同的值，例如，半峰寬度的70%。光學(xué)分辨率的該定義可以取決于該探測器的靈敏度以及從該探測器收到的信號的估計(jì)值。在此，將該探測器的分辨率定義為間距，即，該探測器的兩個(gè)相鄰傳感器像素的中點(diǎn)到中點(diǎn)的距離。光學(xué)變焦表示圖像采集裝置采用比非變焦影像更高的分辨率捕獲原始影像的一部分視場的能力。在此，假定在傳統(tǒng)圖像采集裝置中總體分辨率通常受到該探測器的分辨率的限制，即，該P(yáng)SF的FWHM可能小于兩個(gè)相鄰傳感器像素之間的距離。因此，通過選擇部分視場并提高該光學(xué)投影系統(tǒng)對該部分視場的放大率，可以提高該圖像采集裝置的分辨率。例如，與xl變焦情況相比，x2光學(xué)變焦指該影像探測器的所有傳感器像素均在每個(gè)方向上捕獲半個(gè)影像的情況。數(shù)碼照相機(jī)((digitalstillcamera)DSC)通常采用可以機(jī)械地互相相對位移的幾組透鏡單元，以使整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)具有變焦距。在照相機(jī)嵌入其內(nèi)的最常用多用途裝置上，例如，移動(dòng)電話、筆記本計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等，該光學(xué)系統(tǒng)是定焦系統(tǒng)，即，沒有移動(dòng)部件。因此，不可能動(dòng)態(tài)改變該系統(tǒng)的焦距。在照相手機(jī)(cameraphone)中提供的最普遍的變焦解決方案是"數(shù)字變焦"，它是一種基于將影像修剪為較小尺寸、然后將修剪后的影像內(nèi)插到原始尺寸的解決方案，在該解決方案中，以各種方式完善丟失的信息。該解決方案僅模擬較長焦距的效果，并且就清晰度來說，未對該影像附加任何新信息。因此，與光學(xué)變焦系統(tǒng)相比，采用數(shù)字變焦通常導(dǎo)致放大影像的清晰度顯著丟失。在此使用的"數(shù)字變焦"指信號內(nèi)插，它實(shí)際上不提供任何附加信息，而"光學(xué)變焦"指放大投影的部分影像，提供更多信息并且更好的分辨率。在髙端裝置中，可以采用與DSC內(nèi)的變焦機(jī)構(gòu)類似的機(jī)械變焦機(jī)構(gòu)。這些系統(tǒng)可以插入通?；趬弘娖男⌒婉R達(dá)，這樣可以使透鏡在Z方向上(沿光軸)移動(dòng)，并因此實(shí)現(xiàn)變焦距。這種馬達(dá)的直徑約為3mm，長度大于15mm。此外，與定焦透鏡模塊相比，大批量生產(chǎn)的預(yù)期成本非常高。此外，盡管機(jī)械變焦解決方案提供質(zhì)量良好的影像，但運(yùn)動(dòng)部件的存在導(dǎo)致更加容易受到物理損傷和磨損。實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦的另一種技術(shù)是液體變焦透鏡(liquidzoomlens)。在此，當(dāng)對該透鏡內(nèi)的液體施加壓力或者靜電力時(shí)，透鏡的焦距發(fā)生變化。然而，液體變焦透鏡技術(shù)存在幾個(gè)公知的問題。例如，為了實(shí)現(xiàn)變焦而改變透鏡的焦距也影響聚焦，艮口，需要至少有兩個(gè)液體透鏡(一個(gè)用于變焦，一個(gè)用于聚焦校正)的系統(tǒng)。因此，難以實(shí)現(xiàn)可以連續(xù)變焦的控制機(jī)構(gòu)。還知道，液體透鏡既存在色差、又存在枕形畸變。此外，整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是，由于機(jī)械疲勞，壽命短并且性能始終在降低。
發(fā)明內(nèi)容因此，實(shí)施例涉及數(shù)碼照相機(jī)和相關(guān)方法，該數(shù)碼照相機(jī)和相關(guān)方法基本上克服了因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的局限性和缺陷產(chǎn)生的一個(gè)或者多個(gè)問題。實(shí)施例的特征是提供一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)具有采用定焦透鏡的光學(xué)變焦，即，不需要任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)特征是提供一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)在影像傳感器上具有可變分辨率，例如，在影像邊緣或者較大的像素傳感器區(qū)域內(nèi)具有減小的分辨率。實(shí)施例的又一個(gè)特征是提供一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)通過具有之后利用數(shù)字方法校正的畸變而實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦。通過提供圖像采集裝置，可以實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)本發(fā)明的上述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，該圖像采集裝置包括探測器，該探測器包含多個(gè)感測像素；以及光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)適于將視場內(nèi)目標(biāo)的畸變影像投影到該感測像素上，其中該光學(xué)系統(tǒng)放大在該視場的中心的影像，并壓縮該視場外圍的影像，其中以該圖像采集裝置的最低分辨率實(shí)現(xiàn)最大變焦放大倍率2所要求的感測像素的一個(gè)第一數(shù)量小于最大變焦放大倍率的平方乘以該最低分辨率所要求的感測像素的一個(gè)第二數(shù)量。感測像素的該第一數(shù)量可以小于或者等于感測像素的該第二數(shù)量乘以2ln(i)+l，其中f是最大變焦放大倍率。感測像素的該第一數(shù)量可以等于感測像素的該第二數(shù)量的約l.75倍。該光學(xué)系統(tǒng)可以被配置，以致該視場外圍的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)具有基本上為感測像素尺寸的半峰全寬。該光學(xué)系統(tǒng)可以適于致使該視場中心的光學(xué)放大率大于該視場外圍的光學(xué)放大率的兩倍。該光學(xué)系統(tǒng)可以適于提供可以在正交方向分離的畸變影像。該光學(xué)系統(tǒng)可以適于提供徑向?qū)ΨQ的畸變影像。該圖像采集裝置可以進(jìn)一步包括處理器，該處理器適于處理由該探測器輸出的電子信息。在該探測器上，該第一數(shù)量的感測像素可以具有相等間距。該光學(xué)系統(tǒng)可以包括多個(gè)透鏡。多個(gè)透鏡全部都可以是塑料的。多個(gè)透鏡中的每個(gè)透鏡都是定焦透鏡，即，可以是非運(yùn)動(dòng)透鏡。通過提供一種使定焦透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變焦的方法，可以實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述以及其它特征，該方法包括接收視場中心的放大影像；接收該視場外圍的壓縮影像；以及對以最低分辨率實(shí)現(xiàn)最大變焦放大倍率所要求的第一數(shù)量的感測像素進(jìn)行處理，其中感測像素的該第一數(shù)量小于該最大變焦放大倍率的平方乘以該最低分辨率所要求的感測像素的第二數(shù)量。感測像素的該第一數(shù)量可以小于或者等于感測像素的該第二數(shù)量乘以2In(i)+1，其中i是最大變焦放大倍率。感測像素的該第一數(shù)量可以等于感測像素的該第二數(shù)量的約l.75倍。通過提供一種制造圖像采集裝置的方法，可以實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述以及其它特征，該方法包括形成光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)適于將視場內(nèi)的目標(biāo)的畸變影像投影，其中該光學(xué)系統(tǒng)放大在該視場的中心的影像，并壓縮該視場外圍的影像；在靠近該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置探測器，該探測器的第一分辨率高于要輸出的影像的第二分辨率；以及處理該探測器輸出的信號，以在連續(xù)變焦范圍內(nèi)，提供該第一分辨率的影像。該連續(xù)變焦范圍可以是從xl到x3。該第一分辨率對應(yīng)于感測像素的第一數(shù)量，該第二分辨率對應(yīng)于感測像素的第二數(shù)量，2是最大變焦放大倍率，并且該探測器上的感測像素的該第一數(shù)量小于22乘以感測像素的該第二數(shù)量。通過參考附圖詳細(xì)描述典型實(shí)施例，本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的技術(shù)人員可以輕而易舉地明白上述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖lA和lB分別示出矩形圖形和具有可以在x坐標(biāo)和y坐標(biāo)分離的畸變的畸變矩形圖形；圖2A和2B分別示出圓形對稱圖形和畸變圓形對稱圖形的例子；圖3A至3D示出目標(biāo)和根據(jù)實(shí)施例的不同變焦比的相應(yīng)顯示影像；圖4A示出根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)設(shè)計(jì)的例子；圖4B示出利用圖4A所示光學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的柵格畸變；圖4C示出圖4A所示光學(xué)設(shè)計(jì)的場曲(fieldcurvature);圖4D示出圖4A所示光學(xué)設(shè)計(jì)的畸變；圖5示出根據(jù)實(shí)施例的圖4A所示影像處理器的操作的流程圖6示出根據(jù)實(shí)施例的數(shù)碼照相機(jī)的分解圖；圖7A示出其內(nèi)集成了根據(jù)實(shí)施例的數(shù)碼照相機(jī)的便攜式計(jì)算機(jī)的透視圖；以及圖7B示出其內(nèi)集成了根據(jù)實(shí)施例的數(shù)碼照相機(jī)的移動(dòng)電話的正視圖和側(cè)視圖。具體實(shí)施例方式在此，引用2006年9月15日提交的、名稱為"DIGITALCAMERAWITHIMPROVEDIMAGEQUALITY"的第60/825，726號美國臨時(shí)專利申請的全部內(nèi)容供參考?，F(xiàn)在，將參考附圖更全面描述實(shí)施例，然而，可以以不同方式實(shí)現(xiàn)它們，并且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為它們局限于在此描述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使該公開徹底和完全，并且對本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的技術(shù)人員全面表達(dá)該實(shí)施例。附圖中，為了清楚示出，放大了各層和各區(qū)域的尺寸。在本說明書中，同樣的參考編號指相同的單元。根據(jù)實(shí)施例，結(jié)合用于畸變校正的后處理，采用定焦透鏡可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦。該探測器中使用的像素?cái)?shù)量可以增加到超過支持變焦能力要求的標(biāo)稱(nominal)分辨率。首先，簡要討論最初采用的利用畸變實(shí)現(xiàn)變焦的概念。指定同一個(gè)受讓人的、序列號為EP2006—002864的未決PCT專利申請披露了一種圖像采集裝置，該圖像采集裝置包括電子影像探測器，具有探測面；光學(xué)投影系統(tǒng)，用于將視場(FOV)范圍內(nèi)的目標(biāo)投影到探測面上；以及計(jì)算單元，用于對從影像探測器獲得的電子信息進(jìn)行處理，在此引用該專利申請供參考。該投影系統(tǒng)投影該目標(biāo)，并且使該目標(biāo)發(fā)生畸變，以致當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)透鏡系統(tǒng)比較時(shí)，投影影像在FOV的中心圖區(qū)被擴(kuò)大，而在FOV的邊緣圖區(qū)被壓縮。如在此所述，可以采用該投影系統(tǒng)，以使其在FOV的邊緣圖區(qū)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)具有基本上對應(yīng)于該影像探測器的相應(yīng)像素的尺寸的FWHM。換句話說，該投影系統(tǒng)可以利用，F(xiàn)OV中心的分辨率優(yōu)于寬入射角的分辨率，即，優(yōu)于FOV的外圍的分辨率的這個(gè)事實(shí)。這是因?yàn)?，該透鏡的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)在FOV的邊緣比在FOV中心寬。FOV的軸上與其外圍之間的分辨率之差介于約30X與50X之間。與影像中心比較，這樣可以有效限制影像邊緣位置的可觀測分辨率。因此，該投影系統(tǒng)可以包括定焦光學(xué)元件，該定焦光學(xué)元件在FOV中心的放大率大于在FOV邊緣的放大率。換句話說，該透鏡的有效焦距(EFL)是入射角的函數(shù)，以致該EFL在影像中心較長，而在影像邊緣較短。這種投影系統(tǒng)投影畸變的影像，在該畸變影像中，中心部分被放大，而邊緣被壓縮。由于影像邊緣的放大率較小，所以影像邊緣的PSF也較小，在該傳感器的較少像素上擴(kuò)展，例如，一個(gè)像素，而非四個(gè)像素的方形。因此，不附加抽樣(oversampling)這些圖區(qū)，并且當(dāng)該P(yáng)SF小于像素的尺寸時(shí)，不會丟失任何信息。然而，在F0V的中心，放大率大，可以導(dǎo)致較高的分辨率。由于其PSF大于像素尺寸而變得在該傳感器上不可分辨的兩個(gè)可分辨點(diǎn)可以被放大到在該傳感器上是可分辨的，因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)可以由不同的像素捕獲。該計(jì)算單元被配置，以充分利用該探測器獲取的投影影像在其中心比在其邊緣圖區(qū)具有較高分辨率這個(gè)事實(shí)，從該投影影像的中心圖區(qū)修剪和計(jì)算變焦的、非畸變的局部影像。對于整個(gè)視場的標(biāo)準(zhǔn)圖片，通過計(jì)算壓縮該中心圖區(qū)。然而，如果采集該影像靠近中心部分的變焦的局部影像，則這可以通過根據(jù)要求的變焦和該局部影像的畸變程度僅修剪該局部影像并稍許壓縮、或者根本不壓縮它實(shí)現(xiàn)。換句話說，對于非變焦影像，放大并修剪該影像，以致利用較多數(shù)量的像素顯示該變焦影像。因此，該變焦?jié)M足上面提到的光學(xué)變焦的定義。然而，這種光學(xué)變焦實(shí)際上可能局限于約x2或者x3。為了實(shí)現(xiàn)較大的變焦放大倍率(zoommagnification)，所涉及的實(shí)施例在像素?cái)?shù)與變焦放大倍率之間釆取折衷。換句話說，較大的變焦放大倍率要求增加傳感器上的像素?cái)?shù)，以避免丟失位于邊緣的信息。支持連續(xù)變焦所需的像素?cái)?shù)可以由逐級放大倍率(discretemagnification)確定，其中Zi是最大放大率，而Zp是最小放大率。考慮到覆蓋整個(gè)FOV的N個(gè)像素、支持逐級變焦模式所需的像素?cái)?shù)可以由等式l給出1一2乂'乂j十iVl一,Z1、2、z2乂l一z、2、、Z尸一乂(1)重新整理等式l，可以得到如下的等式2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>為了獲得Z的連續(xù)函數(shù)，將Zi-dZ代替Zw，得到等式3<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>刪除高次冪項(xiàng)，例如，第一項(xiàng)上面的各項(xiàng)，并用積分代替求和，可以得到等式(4):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中i是要求的最大變焦放大倍率。換句話說，對于具有產(chǎn)生L[MP](L<K)影像的K兆像素([MP])矩形傳感器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼照相機(jī)，即無畸變的，整個(gè)影像的最大可應(yīng)用光學(xué)變焦(對于L[MP]影像)可以被限制為Jl。換句話說，對于要求的光學(xué)變焦，Z，K等于Z2乘L。因此，當(dāng)要求的變焦為x2時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)要求四倍以上的像素。然而，根據(jù)實(shí)施例，由于該光學(xué)元件產(chǎn)生的畸變機(jī)制，在該影像的中心可以實(shí)現(xiàn)較高的變焦。因此，從上面的等式4可以看出，對于x2變焦，僅大約需要2.38倍的像素。例如，對于完全無損變焦，利用標(biāo)準(zhǔn)2MP影像傳感器，應(yīng)用2x變焦要求4.77MP。影像邊緣質(zhì)量的寬松要求，即，允許丟失信息，可以將該數(shù)量減小到例如x2變焦的像素的約1.75倍。圖1A和1B分別示出根據(jù)實(shí)施例的原始矩形圖形和發(fā)生畸變的投影矩形圖形。在該具體例子中，表示畸變的變換可以在水平軸和垂直軸分離。圖2A和2B分別示出根據(jù)實(shí)施例的原始圓形對稱圖形和發(fā)生畸變的投影圓形對稱圖形。在此可以看出，該圖形在中心圖區(qū)被放大，而在邊緣圖區(qū)被壓縮。還可以采用其它類型的畸變，例如，變形畸變。圖3A至3D示出根據(jù)實(shí)施例對圖3A所示目標(biāo)成像的一般過程。在3B中，首先，根據(jù)實(shí)施例由透鏡系統(tǒng)投影該目標(biāo)并且使該目標(biāo)畸變，然后，利用高分辨率、即K[MP]探測器捕獲該目標(biāo)。圖3C示出被校正的較低分辨率的、即xl變焦的L[MP]影像。圖3D示出被校正的、與xl影像具有相同L[MP]分辨率的x2變焦影像。圖4A示出典型圖像采集裝置400，該圖像采集裝置400包括光學(xué)系統(tǒng)410，用于將目標(biāo)(未示出)成像到探測器475上，即影像平面上，該探測器475響應(yīng)投影到其上的光、輸出電信號。這些電信號可以被送到處理器485，該處理器485可以處理、存儲和/或者顯示該影像。該光學(xué)系統(tǒng)410可以包括第一透鏡420，具有第二面和第三面；第二透鏡430，具有第四面和第五面；孔徑光闌440，位于第六面；第三透鏡450，具有第七面和第八面；第四透鏡460，具有第九面和第十面；紅外(IR)濾光片470，具有第十一面和第十二面，該目標(biāo)的所有影像均成像在影像面475上。在特定例子中，光學(xué)系統(tǒng)410可以具有6mm的焦距和3.4的F數(shù)。根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)410可以提供徑向畸變，對于±30°的標(biāo)準(zhǔn)FOV，該徑向畸變在中心使影像放大、而在邊緣使影像壓縮。如下列出了光學(xué)設(shè)計(jì)系數(shù)和所有光學(xué)面的孔徑以及制造透鏡的材料-表l<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在此，面0對應(yīng)于目標(biāo)，Ll對應(yīng)于第一透鏡420，L2對應(yīng)于第二透鏡430，APS對應(yīng)于孔徑光闌440，L3對應(yīng)于第三透鏡450，L4對應(yīng)于第四透鏡460，IRF對應(yīng)于IR濾光片460，IMG對應(yīng)于探測器475。當(dāng)然，也可以采用實(shí)現(xiàn)足夠大畸變的其它配置。用于制造透鏡的塑料可以是任意適當(dāng)塑料，例如，諸如瑞翁化學(xué)工業(yè)公司(ZeonChemicalCompany)生產(chǎn)E48R的聚碳酸酯、丙烯酸、PMMA等。盡管表l將所有透鏡材料均表示為塑料，但是也可以采用其它適當(dāng)材料，例如，玻璃。此外，每個(gè)透鏡均可以根據(jù)其性能要求而采用不同的材料制造?？梢圆捎冕槍λx材料的適當(dāng)方法制造透鏡，例如，注模法、玻璃成型、復(fù)制、膜片層制造等。此外，IR濾光片470可以由N-BK7之外的適當(dāng)IR濾光材料制成。圖4B示出光學(xué)系統(tǒng)410提供的柵格畸變。圖4C示出光學(xué)系統(tǒng)410的場曲。圖4D示出光學(xué)系統(tǒng)410的畸變。圖5示出處理器485可以執(zhí)行的操作的流程圖。處理器485可以包括影像信號處理(ISP)鏈510，它從探測器475接收影像。例如，該影像可以是原始Bayer數(shù)據(jù)或者位圖影像(bitmapimage)。通過輸入接口520，可以將該影像送到操作530。操作530還可以從操作525接收有貢獻(xiàn)的像素索引，這樣，對于非畸變輸出影像中的每個(gè)像素索引，可以從畸變輸入影像中確定靠近的鄰者。然后，已知透鏡系統(tǒng)410的畸變函數(shù)，并且由于畸變是固定的，所以畸變影像中的每個(gè)像素具有已知的固定放大率，因此，操作530可以校正畸變。可以利用公知的變換校正該畸變，對于要求非畸變影像中的每個(gè)像素，該公知變換根據(jù)預(yù)配的要求變焦放大倍率計(jì)算畸變影像中的哪些像素對其有貢獻(xiàn)(由于在畸變影像與非畸變影像之間不存在像素一像素匹配，所以可以利用在幾個(gè)相鄰畸變像素之間進(jìn)行內(nèi)插來確定相應(yīng)非畸變像素的值)。因此，僅該影像的中心更被壓縮的lx倍率，以及從該影像中心剪切要求的圖塊(desiredsection)并在不壓縮的情況下進(jìn)行校正的較高放大率均可以實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)將變焦設(shè)置為xl時(shí)，操作530適于計(jì)算從探測器475接收的投影目標(biāo)數(shù)據(jù)的、固定L[MP]分辨率的非畸變圖片。探測器475可以產(chǎn)生對應(yīng)于要捕獲的目標(biāo)的畸變投影的數(shù)據(jù)。為了此目的，可以已知、估計(jì)或者測量由該投影系統(tǒng)產(chǎn)生的畸變。當(dāng)變焦更大時(shí)，操作530可以修改該影像，并且修剪該影像的要求中心，從而接收具有相同L[MP]分辨率的要求的變焦。操作530可以采用任意適當(dāng)內(nèi)插方法，例如，雙線性、仿樣(spline)、邊緣檢測(edge-sense)、雙三次仿樣(bicubicspline)等，并且它可以將合成的像素值輸出到輸出接口540。如果需要基于要求的最終用途，則可以在操作550改善該輸出影像的影像對比度。然后，可以使該輸出影像返回ISP鏈510，在ISP鏈510，可以進(jìn)一步處理該影像，例如，降噪或者壓縮，諸如JPEG壓縮或者GIF壓縮。如果圖像采集裝置以一種以上的捕像模式工作，例如，正常模式和變焦模式，則可以在輸入接口520與操作525之間設(shè)置用虛線表示的連接器。如果這樣，則需要對每種模式執(zhí)行不同的畸變校正，因此，輸入接口520可以將捕像模式信息送到操作525。圖6示出可以采用根據(jù)實(shí)施例光學(xué)變焦系統(tǒng)的數(shù)碼照相機(jī)600的分解圖。在該圖中可以看出，數(shù)碼照相機(jī)600可以包括被固定到透鏡架620上的透鏡系統(tǒng)610，接著，可以將該透鏡架620固定到傳感器630上。最后，可以將整個(gè)組件固定到電子器件640上。圖7A示出其內(nèi)集成了數(shù)碼照相機(jī)600的計(jì)算機(jī)680的透視圖。圖7B示出其內(nèi)集成了數(shù)碼照相機(jī)600的移動(dòng)電話690的正視圖和側(cè)視圖。當(dāng)然，還可以將數(shù)碼照相機(jī)600集成到所示位置之外的其它位置。因此，根據(jù)實(shí)施例，利用結(jié)合對畸變校正執(zhí)行的后處理的定焦透鏡，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦?？梢詫⑻綔y器中使用的像素?cái)?shù)增加到超過支持變焦能力所要求的標(biāo)稱分辨率。在此使用的術(shù)語"和/或者"包括所列相關(guān)項(xiàng)目中的任何一個(gè)或者多個(gè)以及它們的組合。此外，盡管在此可以利用諸如"第一"、"第二"、"第三"等的術(shù)語描述各種單元、部件、圖區(qū)、層和/或者圖塊，但是這些單元、部件、圖區(qū)、層和/或者圖塊并不受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)單元、部件、圖區(qū)、層和/或者圖塊與另一個(gè)單元、部件、圖區(qū)、層和/或者圖塊區(qū)別開。因此，第一單元、部件、圖區(qū)、層和/或者圖塊可以被稱為第二單元、部件、圖區(qū)、層和/或者圖塊，而不脫離在此描述的實(shí)施例講述的內(nèi)容。為了便于描述，在此可以使用諸如"下面"、"之下"、"低于"、"高于"、"上面"等的相對空間術(shù)語描述一個(gè)單元或者特征與另一個(gè)(另一些)單元或者特征的關(guān)系，如圖所示。應(yīng)該明白，該相對空間術(shù)語意在，除了圖中所示的定向(orientation),還包括該裝置在使用或者操作中的不同定向。例如，如果該圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為其它單元或者特征"之下"或者"下面"的單元被定向"髙于"其它單元或者特征。因此，典型術(shù)語"低于"可以包括高于和低于的定向。還可以以其它方式定向該裝置(旋轉(zhuǎn)90度或者其它定向)，并因此而插入在此使用的其它相對空間描述語。在此使用的單數(shù)形式"一個(gè)(a、an)"和"該(the)"意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非在本說明書中明確指出。還要進(jìn)一步理解，術(shù)語"包括(comprise禾口comprising)"、"包含(include和including)"指定存在所述的特征、完整體(integer)、步驟、操作、單元、部件等，但是并不排除存在或者對其附加一個(gè)或者多個(gè)其它特征、完整體、步驟、操作、單元、部件、組等。在此披露了本發(fā)明實(shí)施例，并且盡管采用了特定術(shù)語，但是使用它們，可以認(rèn)為它們僅有通用意義和描述性意義，而沒有限制性意義。盡管針對硬件實(shí)現(xiàn)描述了本發(fā)明實(shí)施例，但是可以以軟件方式，例如，利用具有機(jī)器可讀介質(zhì)的制成品，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的處理，該機(jī)器可讀介質(zhì)包含在機(jī)器讀取其時(shí)，使得該機(jī)器可以使該數(shù)據(jù)去畸變的數(shù)據(jù)。此外，盡管上面的討論假定，在探測器上像素具有同等間距，但是通過改變該探測器上的間距，可以實(shí)現(xiàn)所有壓縮中的一些壓縮。因此，本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的技術(shù)人員明白，在不脫離下面的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行各種變更。權(quán)利要求1.一種圖像采集裝置，包括探測器，該探測器包含多個(gè)感測像素；以及光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)適于將視場內(nèi)的目標(biāo)的畸變影像投影到該感測像素上，其中該光學(xué)系統(tǒng)放大在該視場的中心的影像，并壓縮該視場外圍的影像，其中以該圖像采集裝置的最低分辨率實(shí)現(xiàn)最大變焦放大倍率id="icf0001"file="A2007800413490002C1.tif"wi="2"he="4"top="74"left="99"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>所需的感測像素的一個(gè)第一數(shù)量小于最大變焦放大倍率的平方乘以該最低分辨率所需感測像素的一個(gè)第二數(shù)量。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中感測像素的該第一數(shù)量小于或者等于感測像素的該第二數(shù)量乘以2InU)+l，其中2是最大變焦放大倍率。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中感測像素的該第一數(shù)量等于感測像素的該第二數(shù)量的約l.75倍。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中該光學(xué)系統(tǒng)適于致使該視場外圍的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)具有基本上為感測像素尺寸的半峰全寬。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中該光學(xué)系統(tǒng)適于致使該視場中心的光學(xué)放大倍率大于該視場外圍的光學(xué)放大倍率的兩倍。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中該光學(xué)系統(tǒng)適于提供可以在正交方向分離的畸變影像。7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中該光學(xué)系統(tǒng)適于提供徑向?qū)ΨQ的畸變影像。8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，進(jìn)一步包括處理器，該處理器適于處理該探測器輸出的電子信息。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中在探測器上，該第一數(shù)量的感測像素具有相等間距。10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像采集裝置，其中該光學(xué)系統(tǒng)包括多個(gè)透鏡。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像采集裝置，其中多個(gè)透鏡中的每個(gè)透鏡都是塑料的。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像采集裝置，其中多個(gè)透鏡中的每個(gè)透鏡都是定焦透鏡。13.—種包含根據(jù)權(quán)利要求l所述圖像采集裝置的移動(dòng)電話。14.一種包含根據(jù)權(quán)利要求l所述圖像采集裝置的便攜式計(jì)算機(jī)。15.—種使定焦透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變焦的方法，該方法包括接收視場中心的放大影像；接收該視場外圍的壓縮影像；以及對以最低分辨率實(shí)現(xiàn)最大變焦放大倍率所需的第一數(shù)量的感測像素進(jìn)行處理，其中感測像素的該第一數(shù)量小于該最大變焦放大倍率的平方乘以該最低分辨率所需感測像素的第二數(shù)16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中感測像素的該第一數(shù)量小于或者等于感測像素的該第二數(shù)量乘以2In(f)+1，其中f是最大變焦放大倍率。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中感測像素的該第一數(shù)量等于感測像素的該第二數(shù)量的約1.75倍。18.—種制造圖像采集裝置的方法，該方法包括形成光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)適于將視場內(nèi)的目標(biāo)的畸變影像投影，其中該光學(xué)系統(tǒng)放大在該視場的中心的影像，并壓縮該視場外圍的影像；在靠近該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置探測器，該探測器的第一分辨率髙于要輸出的影像的第二分辨率；以及處理該探測器輸出的信號，以在連續(xù)變焦范圍內(nèi)提供該第一分辨率的影像。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該連續(xù)變焦范圍是從xl到x3。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該第一分辨率對應(yīng)于感測像素的第一數(shù)量，該第二分辨率對應(yīng)于感測像素的第二數(shù)量，2是最大變焦放大倍率，并且該探測器上的感測像素的該第一數(shù)量小于22乘以感測像素的該第二數(shù)量。全文摘要一種圖像采集裝置可以包括探測器，包含多個(gè)感測像素；以及光學(xué)系統(tǒng)，被配置，以將視場內(nèi)的目標(biāo)的畸變影像投影到該感測像素上，其中該光學(xué)系統(tǒng)放大該視場中心的影像，而壓縮該視場外圍的影像，其中以該圖像采集裝置的最低分辨率實(shí)現(xiàn)最大變焦放大倍率，公式(I)，所需的感測像素的第一數(shù)量小于最大變焦放大倍率的平方乘以該最低分辨率所需感測像素的第二數(shù)量。Z(I)文檔編號H04N5/335GK101641951SQ200780041349公開日2010年2月3日申請日期2007年9月14日優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日發(fā)明者以法林·戈登堡,戈·沙比泰申請人:德薩拉技術(shù)匈牙利公司