專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及數(shù)字成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光場(chǎng)相機(jī)是使用微透鏡陣列來(lái)捕捉通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的光線的4D信息的相機(jī)(輻射率為位置和方向的函數(shù))。目前已知兩種光場(chǎng)相機(jī)設(shè)計(jì)，這兩種設(shè)計(jì)在光傳感器前面均使用了主透鏡和透鏡陣列(或針孔柵格)。這兩種設(shè)計(jì)之間的主要不同在于，微透鏡陣列與主透鏡的圖像平面的相對(duì)位置、以及微透鏡的焦平面(focal plane)與光傳感器的相對(duì)位置。在第一種方法中(該方法被稱(chēng)為“全光(Plenoptic) 1.0”或來(lái)自李普曼(Lippmann)的集成成像，并且在WO 2007/092581A2中也有描述)，微透鏡陣列被放置于主透鏡的圖像平面處并且直接位于光傳感器的前面，從而使得模糊像點(diǎn)(image spot)被投射到光傳感器上。這種光場(chǎng)相機(jī)的有效分辨率與透鏡陣列的微透鏡的數(shù)目相同。在第二種方法中，透鏡陣列被設(shè)置為使得由主透鏡生成的物體的“虛像(virtualimage) ”的多個(gè)低分辨率的微圖像被投射到光傳感器上。微透鏡陣列和光傳感器所處的圖像平面之間的距離不等于微透鏡的焦距。第二種方法被稱(chēng)為“全光(Plenoptic) 2.0”，該方法能獲得比“Plenopticl.0”更高的有效分辨率。在US 2009/0041448 Al中對(duì)該第二種方法進(jìn)行了描述。在“Plenoptic2.0”的進(jìn)一步發(fā)展(“Plenoptic2.0改進(jìn)版”)中，使用了具有多個(gè)焦距不同的微透鏡的微透鏡陣列。具有特定焦距的每一組微透鏡將“虛”像空間的不同的深度范圍聚焦到光傳感器上。利用這種方法，由于距微透鏡陣列不同距離處的虛像能夠被同時(shí)聚焦到光傳感器平面上，所以整個(gè)成像系統(tǒng)的景深被延伸，并且針對(duì)位于成像系統(tǒng)附近(即，靠近微透鏡陣列和光傳感器)的“虛”物體可獲得相對(duì)較高的有效分辨率。所有已知系統(tǒng)的共同點(diǎn)在于，成像系統(tǒng)的有效分辨率在深度范圍上迅速降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種在大深度范圍內(nèi)有效分辨率高的數(shù)字成像系統(tǒng)。這一目的可通過(guò)包括權(quán)利要求1的特征的數(shù)字成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)字成像系統(tǒng)包括:設(shè)置在圖像平面內(nèi)的光傳感器陣列、和設(shè)置為將來(lái)自物體的光引導(dǎo)至光傳感器陣列的多個(gè)微透鏡，其中，該多個(gè)微透鏡具有不同的焦距和不同的視場(chǎng)。進(jìn)行了找出有效分辨率在深度范圍上迅速降低的原因的調(diào)查。發(fā)現(xiàn)迅速降低的原因在于，由鄰近的微透鏡生成的微圖像所包含的信息大部分相同，并且只有一小部分由鄰近的微透鏡生成的信息彼此不同。也就是說(shuō)，每個(gè)微圖像是其鄰近圖像的只偏移了很少的量的偏移版本。因此，由于保存了很多冗余信息，所以光傳感器空間(photosensor space)沒(méi)有被以最佳方式利用。據(jù)發(fā)現(xiàn)，由鄰近的微透鏡生成的微圖像之間的較少冗余信息會(huì)使每一個(gè)在圖像平面處生成的微圖像具有更獨(dú)特的分辨率。還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)多個(gè)具有不同焦距和不同視場(chǎng)的微透鏡可使鄰近的微圖像之間的冗余信息更少。利用這種發(fā)置，微透鏡聚焦在具有不同視場(chǎng)的不同“虛”像平面處，從而使得深度范圍被劃分成若干子范圍。例如，當(dāng)使用具有四個(gè)不同視場(chǎng)的微透鏡時(shí)，可將深度范圍劃分成四個(gè)子范圍。優(yōu)選地，視場(chǎng)最大的微透鏡聚焦在近距物體上，視場(chǎng)最窄的微透鏡聚焦在捕捉場(chǎng)景中的遠(yuǎn)距物體上。利用這種設(shè)置，可使相鄰微透鏡之間的重疊降至最低，從而可以在大深度范圍內(nèi)獲得高有效分辨率。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)可結(jié)合附圖從以下對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的描述中讀到。


包括在本說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖提供了對(duì)實(shí)施例的進(jìn)一步的理解。附圖示出了實(shí)施例，并且與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)說(shuō)明實(shí)施例的原理。由于參考以下描述會(huì)更好理解，因此可很容易地理解其它實(shí)施例和實(shí)施例的很多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)。附圖中的元件不一定要互相成比例。相同的參考標(biāo)號(hào)指示相應(yīng)的類(lèi)似部件。圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)；圖2示意性地示出了作為距現(xiàn)有技術(shù)中已知的光場(chǎng)相機(jī)中的相機(jī)的物距的函數(shù)的原始輸出分辨率、以及作為物體距相機(jī)的距離的函數(shù)的根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字成像系統(tǒng)的期望原始輸出分辨率；圖3示意性地示出了焦距和視場(chǎng)均不同的兩種微透鏡的操作；圖4示意性地示出了視角為Θ fov的微透鏡的幾何依存關(guān)系；圖5示意性地示出了本發(fā)明的優(yōu)選布置，其中在該優(yōu)選布置中具有不同焦距和不同視場(chǎng)的兩組微透鏡被設(shè)置在公共平面中；圖6a和6b示意性地示出了在包括焦距和視場(chǎng)均不同的微透鏡的根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的深度范圍內(nèi)的原始輸出分辨率；圖7示意性地示出了在包括焦距和視場(chǎng)均不同的微透鏡的根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的深度范圍內(nèi)的公共像素的數(shù)目；圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字成像系統(tǒng)的微透鏡的優(yōu)選配置；圖9a示出了三種微透鏡在六邊形柵格中的優(yōu)選分布，圖9b示出了設(shè)置在矩形陣列中的包括焦距和視場(chǎng)均不同的四種微透鏡在內(nèi)的微透鏡的進(jìn)一步的優(yōu)選分布；和圖1Oa示意性地示出了由微透鏡陣列生成的微圖像，其中該微透鏡陣列包括根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的光傳感器陣列上的具有不同焦距和不同視場(chǎng)的四個(gè)不同的微透鏡組；圖1Ob示意性地以彩色示出了圖1Oa中的微圖像，其中可看出微圖像代表部分場(chǎng)景。
具體實(shí)施例方式下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。需要注意的是，可以任何方式合并下文中描述的所有實(shí)施例，即并未限制某些所描述的實(shí)施例不可與其它實(shí)施例合并。另外，應(yīng)注意的是，圖中的相同參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似的元件。應(yīng)理解，可利用其它實(shí)施例，且可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯方面的改變。因此，不應(yīng)以限制意義理解以下的詳細(xì)描述，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。應(yīng)理解，除非具體說(shuō)明，否則此處描述的各種實(shí)施例的特征可相互合并。圖1示意性地示出了光場(chǎng)相機(jī)的成像系統(tǒng)100的光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)。成像系統(tǒng)100具有設(shè)置在微透鏡陣列中的多個(gè)微透鏡102和包括多個(gè)光傳感器的光傳感器陣列106。具有光軸109的主透鏡108將從位于主透鏡108右側(cè)的物體(未示出)發(fā)出或反射的光聚焦到其左側(cè)的表面110上，從而形成“虛”像112。主透鏡108優(yōu)選為傳統(tǒng)的攝影機(jī)鏡頭。圖像112在以下意義上是“虛”像:該圖像沒(méi)有被形成在設(shè)置光傳感器陣列106的平面上。微透鏡陣列104被放置在光傳感器陣列106的平面的前面。光傳感器陣列106被設(shè)置在圖像平面114內(nèi)。每一個(gè)微透鏡102的直徑可以被選擇為大于單個(gè)光傳感器的直徑，這樣每一個(gè)微透鏡102都可在光傳感器陣列106的多個(gè)光傳感器上生成圖像。例如，光傳感器陣列106為CCD矩陣或線陣列。微透鏡陣列104被設(shè)置為其可將“虛像”的多個(gè)圖像投射到光傳感器陣列106上。由微透鏡102在光傳感器陣列106上生成的圖像被稱(chēng)作微圖像。微圖像可由多個(gè)光傳感器器組成。微透鏡陣列可以是啁啾型(chirped type)透鏡陣列。微透鏡陣列104中的微透鏡102充當(dāng)記錄“虛”像的不同視圖的小相機(jī)。各種微圖像可用于在計(jì)算上模擬虛像平面，從而使得合成圖像聚焦于“虛”像的與虛像平面交叉的部分。為了聚焦物體的不同部位，虛像平面必須沿著光軸109移動(dòng)。該移動(dòng)是根據(jù)計(jì)算進(jìn)行的，從而使得在原始圖像已被記錄后可再次聚焦圖像。對(duì)虛像平面的形式?jīng)]有限制，因此除虛像平面外，還可模擬另一種任意形狀的虛像表面。當(dāng)根據(jù)微透鏡的焦距使用微透鏡陣列104中的不同焦距的微透鏡102時(shí)，微透鏡102可將“虛”像空間的特定深度范圍聚焦到光傳感器陣列106所位于的圖像平面114上，從而使得“虛”像112的不同深度范圍被聚焦在光傳感器陣列106上。因此，與包括唯一焦距的微透鏡102的微透鏡陣列104的成像系統(tǒng)100相比，整個(gè)成像系統(tǒng)100的景深被擴(kuò)展。圖1示出了距圖像平面114的距離為D的“虛”像112。“虛”像112距圖像平面114越近，即距離D較小，物體距相機(jī)越遠(yuǎn)，且可看見(jiàn)相同點(diǎn)的微透鏡102越少。反過(guò)來(lái)，物體距相機(jī)越近，“虛”像112距圖像平面114越遠(yuǎn)，且可看見(jiàn)相同點(diǎn)的微透鏡102越多。有效分辨率是微透鏡102 (—個(gè)點(diǎn)投射至其上)的數(shù)目和微透鏡102的景深的結(jié)合。因此，對(duì)于距相機(jī)較遠(yuǎn)的物體而言，有效分辨率降低。圖2示出了作為距現(xiàn)有技術(shù)中已知的光場(chǎng)相機(jī)(使用不同焦距的微透鏡的“Plenopticl.0”型、“Plenoptic2.0”型和“Plenoptic2.0改進(jìn)版”型的光場(chǎng)相機(jī))中的相機(jī)的物距的函數(shù)的“原始輸出分辨率”?！霸驾敵龇直媛省笔菑挠晒鈭?chǎng)相機(jī)生成的未進(jìn)行任何進(jìn)一步數(shù)字處理(插值，超分辨率等)的原始圖像數(shù)據(jù)計(jì)算生成的最大分辨率。其取決于虛像至微透鏡平面的距離D、微透鏡的景深、和光傳感器平面的分辨率。從附圖中可看出，與利用“Plenopticl.0”型光場(chǎng)相機(jī)進(jìn)行成像相比，利用“Plen0ptic2.0”型光場(chǎng)相機(jī)可獲得更高的原始輸出分辨率。還可進(jìn)一步看出，對(duì)距相機(jī)較遠(yuǎn)的物體而言，即當(dāng)“虛”像112距成像系統(tǒng)100的光傳感器陣列106更近時(shí)，分辨率以指數(shù)方式遞減。如從附圖的圖2中看到的那樣，對(duì)于使用焦距不同的微透鏡102的“Plen0ptic2.0改進(jìn)版”型光場(chǎng)相機(jī)而言，可減少距相機(jī)更遠(yuǎn)的物體的分辨率的缺失。進(jìn)一步地，圖2還示出了作為物體距相機(jī)的距離的函數(shù)的、根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字成像系統(tǒng)的期望原始輸出分辨率?？煽闯?，與現(xiàn)有技術(shù)中已知的數(shù)字成像系統(tǒng)的分辨率相比，利用根據(jù)本發(fā)明的包括具有不同焦距和不同視場(chǎng)的微透鏡的成像系統(tǒng)，可在較大深度范圍內(nèi)提高分辨率。因此，與“Plen0ptic2.0”型光場(chǎng)相機(jī)相t匕，可期待分辨率平均提高22%，且與“Plen0ptic2.0改進(jìn)版”型光場(chǎng)相機(jī)相比，可預(yù)期分辨率平均提高12%。從上面的解釋可清楚地知道，所有已知的有效分辨率增強(qiáng)的成像系統(tǒng)的缺陷在于，這種成像系統(tǒng)的有效分辨率在深度范圍內(nèi)以指數(shù)方式遞減。具體地，在“Plenoptic2.0”的情況下，對(duì)于距相機(jī)較遠(yuǎn)的物體而言，分辨率迅速降低，且在“Plenoptic2.0改進(jìn)版”的情況下，對(duì)于距相機(jī)較近的物體而言，分辨率迅速降低。根據(jù)本申請(qǐng)的數(shù)字成像系統(tǒng)的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，有效分辨率在深度范圍內(nèi)迅速降低的原因是，由相鄰微透鏡生成的微圖像包含的信息大部分相同，且由相鄰微透鏡生成的信息中只有一小部分彼此不同。由相鄰微透鏡生成的微圖像彼此間發(fā)生少量偏移，從而包括大部分都相同的信息。這是由以下事實(shí)造成的，即由鄰近的微透鏡看到的、被投射到光傳感器陣列上的“虛”像在很大程度上重疊。因此，由于保存了很多冗余信息，所以光傳感器空間沒(méi)有被以最佳方式利用。因此，發(fā)明者進(jìn)一步地進(jìn)行調(diào)查，以找出如何避免相鄰微透鏡的這種重疊以在較大深度范圍內(nèi)的每一個(gè)深度獲得最佳分辨率的途徑。圖3示意性地示出了焦距和視場(chǎng)(FOV)均不同的兩種微透鏡502和504的操作。在圖3的左側(cè)示出了具有相對(duì)較窄視場(chǎng)的微透鏡502的操作，并且在圖3的右側(cè)示出了具有相對(duì)較寬視場(chǎng)的微透鏡504的操作。進(jìn)一步地，具有相對(duì)較窄視場(chǎng)的微透鏡502被優(yōu)先選擇，以便與具有相對(duì)較寬 視場(chǎng)的微透鏡相比，微透鏡502可具有較小的焦距。如可看到的那樣，具有較窄視場(chǎng)的相鄰微透鏡502可投射第一深度范圍Dl內(nèi)的虛像的微圖像而不會(huì)重疊圖像信息，具有較寬視場(chǎng)的相鄰微透鏡可投射第二深度范圍D2內(nèi)的虛像的微圖像而不會(huì)重疊圖像信息。優(yōu)選地，視場(chǎng)較窄的微透鏡502比視場(chǎng)較寬的微透鏡504具有更大焦距，從而使得視場(chǎng)較寬的微透鏡504可聚焦在與視場(chǎng)較窄且焦距較大的微透鏡502相比距微透鏡504更近的“虛”物體上。因此，通過(guò)使用具有不同焦距和不同視場(chǎng)的兩種微透鏡502和504，深度范圍被分成子深度范圍，其中相鄰微透鏡聚焦的圖像信息基本上彼此不重疊。這種包括具有不同焦距和不同視場(chǎng)的微透鏡的微透鏡陣列可與成像系統(tǒng)100結(jié)合，如附圖的圖1中示意性地圖示的那樣，以獲得上下文中討論的效果。圖4示出了視角為Θ fOT、距平面202的距離為D的透鏡200和平面202的大小L的依存關(guān)系。如可看到的那樣，0^等于2父〖&11_1(17(2\0))。圖5示出了焦距和視場(chǎng)(FOV)均不同的兩組微透鏡602和604被設(shè)置在公用平面606內(nèi)的優(yōu)選布置。如所見(jiàn)到的那樣，視場(chǎng)較寬且焦距較小的微透鏡602被用于聚焦第一深度范圍D3內(nèi)的虛像空間，視場(chǎng)較窄且焦距較大的微透鏡604被用于聚焦第二深度范圍D4內(nèi)的虛像空間，其中第二深度范圍比第一深度范圍距公共平面的距離遠(yuǎn)。在第一深度范圍D3內(nèi)，均屬于第一組的彼此相鄰的微透鏡602的視場(chǎng)只有很少量的重疊。在第二深度范圍D4內(nèi)，均屬于第二組的彼此相鄰的微透鏡604的視場(chǎng)只有很少量的重疊。應(yīng)注意，為了利用由微透鏡投射到光傳感器陣列上的微圖像合成圖像，相鄰微透鏡的微圖像需要少量重疊，因此需要相鄰微透鏡的不同視場(chǎng)有少量重疊。因此，通過(guò)使用具有不同視場(chǎng)和不同焦距的微透鏡，可減少與一個(gè)焦距相關(guān)的微圖像之間的冗余信息。微圖像之間的有限冗余給予了每一個(gè)微圖像和圖像平面更獨(dú)特的分辨率。圖6a和6b示意性地示出了在包括焦距和視場(chǎng)均不同的微透鏡的根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的深度范圍內(nèi)的原始輸出分辨率。在圖6a的示例中，三個(gè)不同的微透鏡組702、704和706被設(shè)置在公共平面處的微透鏡陣列707內(nèi)。第一微透鏡組702包括具有第一視場(chǎng)和第一焦距的微透鏡708，第二微透鏡組704包括具有第二視場(chǎng)和第二焦距的微透鏡710，第三微透鏡組706包括具有第三視場(chǎng)和第三焦距的微透鏡712。第一視場(chǎng)寬于第二視場(chǎng)，并且第二視場(chǎng)寬于第三視場(chǎng)。進(jìn)一步地，第一焦距小于第二焦距，并且第二焦距小于第三焦距。利用這種微透鏡布置，虛像空間的深度范圍被分成不同的子范圍dl、d2和d3。選擇第一微透鏡組702的共同焦距，以便將距微透鏡陣列707的距離為al的“虛”像聚焦到距微透鏡陣列有預(yù)定距離的光傳感器平面上，并選擇第一微透鏡組702的共同視場(chǎng)以便在距微透鏡陣列的距離al處彼此相鄰的微透鏡708的視場(chǎng)基本上相互不重疊(即只有很少量的重疊)。類(lèi)似地，選擇第二微透鏡組704的共同焦距以便將距微透鏡陣列707的距離為a2的“虛”像聚焦到距微透鏡陣列707有預(yù)定距離的光傳感器平面上，并選擇第二微透鏡組704的共同視場(chǎng)以便在距微透鏡陣列的距離a2處彼此相鄰的微透鏡710的視場(chǎng)基本上相互不重疊(即，只有很少量的重疊)。類(lèi)似地，選擇第三微透鏡組706的共同焦距以便將距微透鏡陣列707的距離為a3的“虛”像聚焦到距微透鏡陣列707有預(yù)定距離的光傳感器平面上，并選擇第三微透鏡組706的共同視場(chǎng)以便在距微透鏡陣列的距離a3處彼此相鄰的微透鏡712的視場(chǎng)基本上相互不重疊(即，只有很少量的重疊)。因此，深度范圍被劃分成子范圍dl、d2和d3，其中特定的微透鏡組可將“虛”像的微圖像聚焦到光傳感器陣列上，而基本上不會(huì)彼此重疊，或只有很少量的重疊。如可從圖6b看見(jiàn)的那樣，由于這種布置，在每一個(gè)子范圍dl、d2、d3中，成像系統(tǒng)的分辨率從最大值Max降低至最小值Min，因此通過(guò)增加子范圍dl、d2和d3成像系統(tǒng)總的分辨率在較大深度范圍內(nèi)被提高。在每一個(gè)子范圍中，分辨率從最大值Max降低至最小值Min是由于隨著距微透鏡陣列的距離的增大(即，各個(gè)子范圍內(nèi)的距離增大)，焦距和視場(chǎng)相同的相鄰微透鏡的視場(chǎng)的重疊增加造成的。從附圖的圖7中還可看出，圖7示出了設(shè)置在微透鏡陣列內(nèi)的相鄰微透鏡410和420的公共像素?cái)?shù)目隨著距微透鏡陣列的距離的增大而增加。圖8示意性地示出了數(shù)字成像系統(tǒng)的微透鏡的優(yōu)選配置。在優(yōu)選配置中，多個(gè)微透鏡802被設(shè)置在微透鏡陣列804中，且微透鏡802的焦距和視場(chǎng)在微透鏡陣列804中發(fā)生變化。微透鏡802被彼此間隔預(yù)定節(jié)距Pl而設(shè)置。為了改變微透鏡802的視場(chǎng)，可改變透鏡表面806的曲率半徑和/或微透鏡厚度。在本優(yōu)選配置中，不同微透鏡組中的微透鏡802具有曲率半徑不同的透鏡表面806和不同的透鏡厚度，因此可獲得不同微透鏡組的不同視場(chǎng)之間的較大差值。在本示例中，提供了三種不同的微透鏡組810、812和814，這三個(gè)微透鏡組具有三個(gè)不同的曲率半徑rl、r2和r3以及三個(gè)不同的透鏡厚度T1、T2和T3。圖9a示出了三種類(lèi)型的微透鏡902、904和906在六邊形柵格908中的優(yōu)選分布。三種不同類(lèi)型的微透鏡902、904和906的焦距和視場(chǎng)不同。柵格908中的每個(gè)微透鏡902、904和906分別具有不同類(lèi)型的、最近的相鄰微透鏡902、904或906。相同類(lèi)型的微透鏡也被設(shè)置在六邊形柵格中。圖9b示出了微透鏡在陣列中的進(jìn)一步的優(yōu)選分布。微透鏡902被設(shè)置在矩形陣列904中，矩形陣列904包括焦距和視場(chǎng)均不同的四種不同類(lèi)型的微透鏡906、908、910和912。微透鏡906、908、910和912具有矩形剖面。如圖9a的實(shí)施例中所示，特定類(lèi)型906、908,910和912的每個(gè)微透鏡902被置于其類(lèi)型與該特定類(lèi)型不同的微透鏡902旁邊。同一類(lèi)型906、908、910和912的微透鏡902也被設(shè)置在矩形柵格中。與圖9a的實(shí)施例相比，圖9b的實(shí)施例具有更好的占空因數(shù)(fillfactor)。占空因數(shù)是有效折射面積(即將光引至光傳感器的面積)與微透鏡陣列占據(jù)的總面積的比值。圖1Oa和IOb示意性地示出了由微透鏡陣列生成的微圖像210，該微透鏡陣列包括根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的光傳感器陣列上的具有不同焦距和不同視場(chǎng)的四個(gè)不同的微透鏡組。如可看到的那樣，由相鄰微透鏡生成的微圖像210彼此發(fā)生偏移，從而減少了與一個(gè)焦距相關(guān)的微圖像之間的冗余信息。進(jìn)一步地，如看到的那樣，相鄰微透鏡與不同焦距有關(guān)，從而在較大深度范圍內(nèi)對(duì)物體成像，且由于焦距不同的微透鏡具有不同的視場(chǎng)，因此與不同焦距有關(guān)的微圖像被以高分辨率生成。利用根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)，有可能在連續(xù)且較長(zhǎng)的成像距離內(nèi)感測(cè)深度。進(jìn)一步地，有可能進(jìn)行數(shù)字重聚焦，而幾乎不需要去模糊化。還進(jìn)一步地，由于微圖像全都在較大或完整的深度范圍內(nèi)聚焦，因此降低了所需的數(shù)字處理能力。另外，可同時(shí)應(yīng)用各種深度感測(cè)原理(像素偏移、散焦測(cè)距(depth from defocus)和差異測(cè)距(depth fromdisparity))。根據(jù)本發(fā)明成像系統(tǒng)的數(shù)字化的可重聚焦圖像具有較低的分辨率差異，因此不需要在不同深度位置的圖像之間進(jìn)行過(guò)度縮放和插值，幾乎相同數(shù)量的像素被用來(lái)形成最終的圖像。這可提高圖像質(zhì)量。此外，可執(zhí)行不同的深度感測(cè)算法，來(lái)代替在微透鏡組之間通常使用的像素偏移感測(cè)。為了提高深度映射分辨率，通過(guò)使用具有大視場(chǎng)且在傳感器區(qū)域的相對(duì)位置的微透鏡組來(lái)從視差估計(jì)深度。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，使用了可補(bǔ)償物體距相機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)分辨率的降低的光學(xué)設(shè)計(jì)，所述分辨率降低是由透鏡陣列的縮小造成的。可通過(guò)被稱(chēng)作超遠(yuǎn)心(hypertelecentricity)的光學(xué)效果來(lái)補(bǔ)償縮小。這種光學(xué)效果可使距相機(jī)較遠(yuǎn)的物體比距相機(jī)較近的物體的放大率更大。雖然此處圖示并描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可理解，在不脫離描述的實(shí)施例的范圍的情況下可用各種可替代和/或等效實(shí)施方式代替此處所示且描述的具體實(shí)施例。本發(fā)明欲覆蓋此處討論的具體實(shí)施例或任何修改或變型。因此，其意圖是發(fā)明只受權(quán)利要求書(shū)及其等同的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)物體成像的數(shù)字成像系統(tǒng)，包括: 光傳感器陣列，該光傳感器陣列被設(shè)置在圖像平面內(nèi)；和 多個(gè)微透鏡，該多個(gè)微透鏡被設(shè)置為將來(lái)自物體的光引導(dǎo)至所述光傳感器陣列， 其中，所述多個(gè)微透鏡具有不同的焦距和不同的視場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)微透鏡被設(shè)置在微透鏡陣列中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)微透鏡形成多個(gè)微透鏡組，并且其中，一組的微透鏡具有相等的焦距，并且不同組的微透鏡具有不同的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)微透鏡形成多個(gè)微透鏡組，并且其中，同一組的微透鏡具有相等的視場(chǎng)，并且不同組的微透鏡具有不同的視場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，同一組的微透鏡包括曲率半徑相等的透鏡表面和相等的透鏡厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，焦距相等的微透鏡具有相等的視場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)微透鏡中的每個(gè)微透鏡的視場(chǎng)不同于與所述微透鏡中的每個(gè)微透鏡相鄰的微透鏡的視場(chǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)微透鏡被設(shè)置在矩形柵格中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，具有相等視場(chǎng)的一組微透鏡中的微透鏡被設(shè)置在矩形柵格中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述微透鏡中的每個(gè)微透鏡的視場(chǎng)是從四個(gè)不同視場(chǎng)中選擇的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于對(duì)所述物體成像的主透鏡，所述多個(gè)微透鏡被設(shè)置在所述主透鏡和所述光傳感器陣列之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)微透鏡被設(shè)置為將所述物體的虛像的微圖像投射到所述光傳感器陣列上，所述物體的所述虛像由所述主透鏡生成。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字成像系統(tǒng)，其中，一組微透鏡的相等的焦距被選擇從而使得與所述微透鏡陣列有預(yù)定距離的虛像能夠被聚焦到所述光傳感器陣列上，并且相等的視場(chǎng)被選擇從而使得在距所述微透鏡陣列的所述預(yù)定距離處，所述一組微透鏡中的彼此相鄰的微透鏡的視場(chǎng)基本上不相互重疊。
全文摘要
提供了一種數(shù)字成像系統(tǒng)，用于對(duì)物體成像。該數(shù)字成像系統(tǒng)包括設(shè)置在圖像平面內(nèi)的光傳感器陣列和設(shè)置為將來(lái)自物體的光引導(dǎo)至光傳感器陣列的多個(gè)微透鏡。多個(gè)微透鏡具有不同的焦距和不同的視場(chǎng)。
文檔編號(hào)H04N5/232GK103139470SQ20121048432
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者穆罕默德·阿波爾法德?tīng)? 佐爾塔·法克休斯 申請(qǐng)人:索尼公司