專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)多圖像捕獲進(jìn)行的變焦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及一種用于數(shù)碼相機(jī)的緊致型變焦系統(tǒng)。更特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明 涉及一種用于變焦系統(tǒng)的設(shè)備及方法，其中使用具有不同視場(chǎng)的多個(gè)圖像來(lái)形成在變焦范 圍內(nèi)的不同圖像。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)使用變焦鏡頭及單色圖像傳感器來(lái)捕獲靜止及視頻圖像。 接著，對(duì)所述所捕獲圖像進(jìn)行數(shù)字處理以產(chǎn)生數(shù)字圖像文件，所述數(shù)字圖像文件存儲(chǔ)于相 機(jī)中的數(shù)字存儲(chǔ)器中。接著，可經(jīng)由因特網(wǎng)將所述數(shù)字圖像文件傳送到計(jì)算機(jī)、顯示并共享 所述數(shù)字圖像文件。還可包含數(shù)碼相機(jī)作為移動(dòng)電話(huà)的一部分以形成所謂的“相機(jī)電話(huà)”。 所述相機(jī)電話(huà)可經(jīng)由移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)將所述數(shù)字圖像文件發(fā)射到另一相機(jī)電話(huà)或服務(wù)提供 者ο小相機(jī)大小及大變焦范圍為數(shù)碼相機(jī)的兩個(gè)非常重要的特征。用戶(hù)更喜歡具有變 焦功能來(lái)提供較靈活的攝影能力。變焦范圍通常由可變焦距鏡頭所提供的光學(xué)變焦及通過(guò) 在捕獲之后對(duì)數(shù)字圖像的放大所提供的數(shù)字變焦兩者組成。用于大變焦范圍的可變焦距鏡 頭昂貴且通常增加數(shù)碼相機(jī)的整體大小。因此，存在當(dāng)設(shè)計(jì)數(shù)碼相機(jī)時(shí)必須進(jìn)行的小相機(jī) 大小、大變焦范圍與低相機(jī)成本之間的折衷。對(duì)于較高成本的相機(jī)(例如，單鏡頭反射相 機(jī))，這些問(wèn)題有時(shí)通過(guò)使用多個(gè)可互換變焦鏡頭來(lái)解決，例如，兩個(gè)3 1變焦鏡頭(例 如，28到70mm變焦及70到210變焦)。此布置具有用戶(hù)不方便的缺點(diǎn)及較高的成本以及 使其不適合于低成本數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性問(wèn)題。此項(xiàng)技術(shù)中已熟知基于圖像放大率的增加與分辨率的對(duì)應(yīng)減小的數(shù)字變焦。雖然 數(shù)字變焦非常快速且簡(jiǎn)單，但分辨率的減小可產(chǎn)生圖像質(zhì)量的所察覺(jué)到的降低。在美國(guó)專(zhuān)利5，657，402中，描述一種其中組合多個(gè)數(shù)字圖像以形成圖像的方法。 美國(guó)專(zhuān)利5，657，402論及在不同焦距或不同時(shí)間處捕獲的多個(gè)圖像的使用，其中從相同鏡 頭捕獲“各種焦距的多個(gè)圖像(例如，變焦視頻序列)”(第1欄，第21到22行)。然而，美 國(guó)專(zhuān)利5，657，402不包含用于使得能夠捕獲不同視場(chǎng)的方法。另外，美國(guó)專(zhuān)利5，657，402 中所捕獲的圖像全部包含相同數(shù)目個(gè)像素以使得在多個(gè)圖像的情況下增加總曝光時(shí)間以 及存儲(chǔ)與讀出時(shí)間。在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案2002/0075258中，描述一種全景相機(jī)系統(tǒng)，其中另外使用可移 動(dòng)遠(yuǎn)射相機(jī)來(lái)捕獲場(chǎng)景的高分辨率部分，接著將所述高分辨率部分疊加到全景圖像上。美 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案2002/0075258描述使用可移動(dòng)遠(yuǎn)射相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的一部分的較高分辨 率，其中可將所述可移動(dòng)遠(yuǎn)射相機(jī)移動(dòng)到全景圖像的其中需要較高分辨率的區(qū)域。然而，美 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案2002/0075258使用不同焦距的圖像且所產(chǎn)生的圖像具有不同分辨率的區(qū)。在美國(guó)專(zhuān)利5，717，512中，描述一種用于捕獲具有不同視場(chǎng)的圖像的系統(tǒng)。所述 系統(tǒng)基于由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)且可俯仰鏡頭系統(tǒng)，其用于在自動(dòng)取款機(jī)上捕獲人的圖像。 所述系統(tǒng)較大且復(fù)雜(如圖1中所示)且因此不適于在緊致型相機(jī)系統(tǒng)中使用。如美國(guó)專(zhuān)利5，717，512中所描述的系統(tǒng)包含三個(gè)反射鏡(平遙與俯仰反射鏡34以及兩個(gè)折疊反射 鏡58及59)以通過(guò)所述平遙與俯仰反射鏡將從場(chǎng)景收集的光重定向到相機(jī)60。所述系統(tǒng) 還包含三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。所述平遙與俯仰反射鏡固持于框架31中，所述框架可通過(guò)平搖驅(qū)動(dòng) 電機(jī)52而圍繞成像鏡頭36的光學(xué)軸旋轉(zhuǎn)。平搖驅(qū)動(dòng)電機(jī)52安裝于樞軸板53中，所述樞 軸板可以旋轉(zhuǎn)方式附接到安裝版43。平遙與俯仰反射鏡34還可通過(guò)俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)44而俯 仰，所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)連桿33附接到平遙與俯仰反射鏡34。俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)44附接到 樞軸板53以使得其隨平搖運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。通過(guò)由聚焦電機(jī)38使所述成像鏡頭沿所述光學(xué)軸 且沿導(dǎo)桿39移動(dòng)來(lái)完成圖像到相 機(jī)上的聚焦。在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案2007/0081081中，相機(jī)系統(tǒng)安裝于旋轉(zhuǎn)樞軸上以用于捕獲全 景圖像的重疊圖像。包含傳感器，其指示應(yīng)何時(shí)捕獲多個(gè)圖像中的每一者以實(shí)現(xiàn)良好重疊。沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)能提供具有大變焦范圍的足夠緊致的低成本光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 小的重量輕且相對(duì)廉價(jià)的消費(fèi)型數(shù)碼相機(jī)。另外，需要在避免與基于多個(gè)圖像捕獲的過(guò)程 相關(guān)聯(lián)的文件大小的實(shí)質(zhì)增加而仍實(shí)現(xiàn)大變焦范圍的同時(shí)保持良好的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為通過(guò)利用不具有移動(dòng)部件的固定焦距鏡頭來(lái)提供一種簡(jiǎn)單的緊致 型變焦系統(tǒng)。本發(fā)明使用可移動(dòng)反射鏡來(lái)重定向視場(chǎng)以供順序圖像捕獲使得廣角圖像由各自 具有部分重疊視場(chǎng)的順序圖像構(gòu)成。另外，隨著所捕獲的圖像的數(shù)目增加而逐漸地將所述圖 像裝箱以保持像素的數(shù)目與讀出時(shí)間在整個(gè)變焦范圍內(nèi)相對(duì)恒定。此外，隨著逐漸地將所述 圖像裝箱而減少每一圖像的曝光時(shí)間以保持總曝光時(shí)間在整個(gè)變焦范圍內(nèi)相對(duì)恒定。根據(jù)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明及所附權(quán)利要求的審閱且參考附圖，將更清晰 地理解及了解本發(fā)明的這些及其它方面、目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的有利效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)提供具有固定焦距鏡頭的變焦模塊以減少所述鏡頭的成本 同時(shí)在整體大小上為緊致的。本發(fā)明所提供的另一優(yōu)點(diǎn)為提供一種與通過(guò)晶片級(jí)制造所 生產(chǎn)的鏡頭及傳感器組合件兼容的變焦模塊。本發(fā)明所提供的另一優(yōu)點(diǎn)在于，按以下方式 從多個(gè)圖像捕獲提供一種靈活變焦系統(tǒng)不管所捕獲的多個(gè)圖像如何，所形成的合成圖像 中的像素?cái)?shù)目、總讀出及存儲(chǔ)時(shí)間以及總曝光時(shí)間在整個(gè)變焦范圍內(nèi)均保持相對(duì)恒定。


圖1為具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的平遙與俯仰動(dòng)作的現(xiàn)有技術(shù)相機(jī)系統(tǒng)的透視圖；圖2為如本發(fā)明中所描述的固定焦點(diǎn)鏡頭及可移動(dòng)反射鏡的橫截面的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明的可移動(dòng)反射鏡的圖示；圖4為本發(fā)明的3X變焦的整個(gè)變焦范圍內(nèi)所使用的多個(gè)圖像的布局及重疊的圖 示；且圖5為本發(fā)明的使用圖2的成像組合件的成像系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式隨著全景成像的出現(xiàn)，拼接算法已變得可用于實(shí)現(xiàn)高效地使用多個(gè)圖像來(lái)從多個(gè)圖像產(chǎn)生單個(gè)圖像，如美國(guó)專(zhuān)利7，317，473及7，064，783中所描述。另外，隨著數(shù)碼相機(jī)的 整體大小變得更小，鏡頭的大小也變得更小。數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的這兩個(gè)改變的組合驅(qū)動(dòng)本發(fā) 明，其中在捕獲期間使用緊致型可移動(dòng)反射鏡來(lái)重定向成像鏡頭的視場(chǎng)從而使得能夠按以 下方式以部分重疊的視場(chǎng)捕獲多個(gè)圖像可將所述多個(gè)圖像以電子方式拼接在一起以產(chǎn)生 具有較廣視場(chǎng)的合成圖像。通過(guò)使用大致遠(yuǎn)射固定焦距鏡頭且隨著變焦因數(shù)減小而逐漸地 捕獲更多圖像，可產(chǎn)生匹配所要變焦因數(shù)的不同合成圖像。圖2顯示本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示能夠捕獲具有不同視場(chǎng)的順序圖像的變焦模塊 205。如圖2的實(shí)施例中所示，固定焦距鏡頭210與可移動(dòng)反射鏡220組合在一起?？梢苿?dòng) 反射鏡220經(jīng)定位而與固定焦距鏡頭210的光學(xué)軸成大致45度以使得所述變焦模塊相對(duì) 較薄。來(lái)自正成像的場(chǎng)景的光線(xiàn)240傳遞穿過(guò)保護(hù)蓋玻璃250、由可移動(dòng)反射鏡220反射、 傳遞穿過(guò)固定焦距鏡頭210且聚焦到其中形成電子圖像的圖像傳感器陣列230上。所述圖 像由構(gòu)成圖像傳感器陣列230的像素記錄。在變焦模塊205中使用固定焦距鏡頭210的優(yōu) 點(diǎn)為可獲得非常緊致且低成本的固定焦距鏡頭，對(duì)于通過(guò)晶片級(jí)制造而制作的鏡頭組合件 來(lái)說(shuō)尤其如此。在晶片級(jí)制造中，將鏡頭元件一次多個(gè)地制作成陣列，將所述陣列接合在一 起且接著對(duì)其進(jìn)行切割以形成個(gè)別鏡頭組合件，如美國(guó)專(zhuān)利6，235，141及6，610，166中所 描述。針對(duì)晶片級(jí)制造而制作成陣列的鏡頭元件通常在形式上非常簡(jiǎn)單且在大小上非常 小。目前，變焦鏡頭并非通過(guò)晶片級(jí)制造來(lái)制作。圖3顯示關(guān)于可移動(dòng)反射鏡的更詳細(xì)信息。反射鏡220的反射部分可獨(dú)立地圍繞 兩個(gè)垂直軸315及317旋轉(zhuǎn)以使得可能有若干個(gè)位置。圖3中所示的反射鏡的兩個(gè)側(cè)視圖 顯示反射鏡220圍繞軸315及317旋轉(zhuǎn)的角旋轉(zhuǎn)。反射鏡220能夠定位于圍繞軸315及 317的+/-3度到+/-12度或更大的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，反射鏡圍 繞軸的旋轉(zhuǎn)提供由所述發(fā)射鏡反射的光的角度的2X偏轉(zhuǎn)，因此，視場(chǎng)改變+/-6度到+/-24 度，如所描述。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，捕獲多個(gè)圖像且將其拼接在一起以形成合成圖像，其 具有比在僅借助固定焦距鏡頭的情況下原本將可能形成的角透視更廣的角透視。可移動(dòng)反 射鏡用以在圖像捕獲之間改變視場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)較廣角合成圖像，增加所捕獲圖像的數(shù)目。為 產(chǎn)生具有良好圖像質(zhì)量且在圖像之間無(wú)間隙或所察覺(jué)到的不連續(xù)性的合成圖像，必須至少 部分地重疊多個(gè)圖像的視場(chǎng)以使得能夠使用拼接算法將所述圖像拼接在一起。圖4顯示多個(gè)圖像的對(duì)于從IX到3X的不同變焦設(shè)定來(lái)說(shuō)為可能的一些布局。對(duì) 于最高變焦設(shè)定(在此實(shí)例中，其為3X)來(lái)說(shuō)，在將可移動(dòng)反射鏡設(shè)定于其針對(duì)兩個(gè)軸的旋 轉(zhuǎn)范圍的中間的情況下捕獲單個(gè)圖像410。對(duì)于2. 5X變焦設(shè)定來(lái)說(shuō)，捕獲相對(duì)大小425的 四個(gè)圖像且將其合并成單個(gè)2. 5X圖像布局420。注意，圖像布局420含有用不同類(lèi)型的線(xiàn) (其中的一些線(xiàn)重疊)圖解說(shuō)明的四個(gè)圖像425。此外，注意，圖像布局430、440及450也 含有用不同類(lèi)型的線(xiàn)(其中的一些線(xiàn)重疊)圖解說(shuō)明的多個(gè)圖像。所述四個(gè)圖像經(jīng)順序地捕獲而具有如在圖像捕獲之間順序地移動(dòng)的可移動(dòng)反射 鏡所提供的四個(gè)不同視場(chǎng)。如2. 5X圖像布局420中所示，來(lái)自相應(yīng)視場(chǎng)的圖像信息彼此部 分地重疊以使得所述四個(gè)圖像的構(gòu)成2. 5X圖像布局420的中心的部分對(duì)于所有四個(gè)圖像 來(lái)說(shuō)是相同的。相比之下，2. 5X圖像布局的拐角中所含有的圖像信息對(duì)于每一拐角來(lái)說(shuō)僅 由所述四個(gè)圖像中的一者構(gòu)成。同樣，2X變焦布局430來(lái)源于所捕獲的具有如所示的相對(duì)大小435的四個(gè)圖像且所述四個(gè)圖像之間的重疊量可小于2. 5X變焦布局420的重疊量。用 于將所述四個(gè)圖像合并在一起的技術(shù)可為以下各項(xiàng)的組合將所述圖像彼此對(duì)準(zhǔn)、對(duì)重疊 區(qū)中的像素值求和并求平均值及以電子方式拼接。應(yīng)注意，本發(fā)明包含用于圖像布局的其它方法，例如，其中多個(gè)圖像之間的重疊量 為恒定的且針對(duì)不同變焦設(shè)定或變焦因數(shù)將合成圖像剪裁為不同程度的情況。
對(duì)于1. 5X變焦布局440的情況，需要更多圖像，在圖4中針對(duì)此情況顯示九個(gè)圖 像。捕獲相對(duì)大小445的九個(gè)圖像且將其合并成單個(gè)1. 5X圖像布局440。隨著變焦設(shè)定減 小，需要捕獲的圖像的數(shù)目增加且所捕獲的個(gè)別圖像的相對(duì)大小與合成圖像的大小相比減 小。換句話(huà)說(shuō)，所捕獲的多個(gè)圖像與變焦因數(shù)成反比。如所示，基于場(chǎng)景內(nèi)容針對(duì)1.5X變 焦設(shè)定所捕獲的個(gè)別圖像的相對(duì)大小為在合并所述個(gè)別圖像時(shí)形成的合成圖像的大小的 約 1/9。對(duì)于圖4的實(shí)例中所示的最終的情況，變焦設(shè)定為IX且捕獲相對(duì)大小455的九個(gè) 個(gè)別圖像并將其合并成IX變焦布局450。在此情況下，所述個(gè)別圖像及其相應(yīng)視場(chǎng)之間的 重疊僅為小的量以使得可將所述個(gè)別圖像拼接在一起以在合成圖像中形成不具有任何間 隙的較廣角圖像。此外，注意，數(shù)字變焦可用于擴(kuò)大變焦范圍的若干部分以提供若干個(gè)捕獲之間的 較平滑轉(zhuǎn)變。另外，為使拼接更容易，可在拼接之前校正個(gè)別圖像內(nèi)的來(lái)自鏡頭的失真(例 如桶形或枕形失真)或來(lái)自經(jīng)俯仰反射鏡的離軸捕獲的失真。另外，對(duì)于低分辨率預(yù)覽圖 像(例如，連續(xù)地顯示于相機(jī)顯示器上以用于選擇圖像合成的那些圖像)來(lái)說(shuō)，可剪裁多個(gè) 圖像并將其拼接在一起以在不必使用復(fù)雜拼接算法的情況下基于反射鏡位置形成低分辨 率合成圖像。雖然圖4中所示的實(shí)例性布局是針對(duì)從IX到3X的變焦范圍，但本發(fā)明也可通過(guò) 增加所捕獲的個(gè)別圖像的數(shù)目而用于更廣的變焦范圍且用以形成具有更廣視場(chǎng)透視的合 成圖像，例如針對(duì)IX到4X變焦范圍的4X4圖像布局中的16個(gè)圖像。重要的是應(yīng)注意，可 在不必改變固定焦距鏡頭的情況下在本發(fā)明所描述的變焦系統(tǒng)中改變變焦范圍，因?yàn)槎鄨D 像途徑提供用于制作具有僅受可移動(dòng)反射鏡的可用移動(dòng)限制的較廣角透視的圖像的方法?；蛘撸筛淖兯龉潭ń咕噻R頭以改變與變焦范圍相關(guān)聯(lián)的有效焦距范圍以制作 大致更遠(yuǎn)射或更廣角的圖像。舉例來(lái)說(shuō)，如果固定焦距鏡頭具有15mm的焦距，那么本發(fā)明 的多圖像途徑可用以通過(guò)如圖4中針對(duì)IX到3X變焦范圍所示的那樣對(duì)圖像進(jìn)行布局來(lái)產(chǎn) 生看似為已由具有5到15mm的焦距范圍(大致廣角)的變焦鏡頭所捕獲的圖像。然而，如 果固定焦距鏡頭具有45mm的焦距，那么本發(fā)明的多圖像途徑可通過(guò)如圖4中針對(duì)不同的IX 到3X變焦范圍所示的那樣對(duì)圖像進(jìn)行布局來(lái)產(chǎn)生看似為已由具有15到45mm的焦距范圍 (大致遠(yuǎn)射)的變焦鏡頭所捕獲的圖像。將必須調(diào)整與不同焦距范圍相關(guān)聯(lián)的反射鏡位置 以提供多個(gè)圖像之間的所要重疊程度。本發(fā)明描述一種合并具有如由可移動(dòng)反射鏡所提供的部分重疊的視場(chǎng)的多個(gè)圖 像以形成具有較廣角透視的合成圖像的方法。如圖4中所示的多個(gè)圖像的實(shí)例性布局全部 具有相同縱橫比；然而，可通過(guò)改變合成圖像中的多個(gè)圖像的布局(例如改變?yōu)?X4圖像布 局)以產(chǎn)生所要的任何縱橫比或圖像形狀來(lái)形成不同縱橫比的合成圖像。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在所捕獲圖像中的一者或一者以上中，圖像傳感器像素經(jīng)裝箱(bin)而與變焦因數(shù)反向?qū)?yīng)以使得合成圖像中的像素的總數(shù)目在整個(gè)變焦范 圍內(nèi)保持相對(duì)恒定。注意，以不同的反射鏡位置捕獲每一個(gè)別圖像，且裝箱因數(shù)與反射鏡位 置的數(shù)目成比例。裝箱涉及相鄰像素的電連接以共享由所述像素上的光產(chǎn)生的電荷使得所 裝箱像素在面積上實(shí)際上更大(且因此對(duì)光更敏感)且個(gè)別圖像中的像素的數(shù)目減少。作 為實(shí)例，對(duì)于其中捕獲四個(gè)個(gè)別圖像的2X變焦設(shè)定的情況，在圖像捕獲期間將以4X對(duì)像素 進(jìn)行裝箱，借此將每一個(gè)別圖像中的像素的數(shù)目減小到1/4以使得四個(gè)個(gè)別圖像中所含有 的像素的總數(shù)目與針對(duì)3X變焦設(shè)定的情況所捕獲的一個(gè)圖像中的像素的總數(shù)目相同。在 個(gè)別圖像的捕獲期間將傳感器裝箱的優(yōu)點(diǎn)為減少圖像從傳感器的讀出時(shí)間。通過(guò)使來(lái)自多 圖像捕獲集的像素的總數(shù)目保持相對(duì)恒定，不管正捕獲的多個(gè)圖像如何，用以讀出多個(gè)個(gè) 別圖像的時(shí)間均保持相對(duì)恒定。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，僅讀出所述個(gè)別圖像的非重疊部分以進(jìn)一步減少讀出 時(shí)間。在此情況下，個(gè)別圖像之間的大重疊區(qū)(例如，圖4中針對(duì)2. 5X變焦布局所示)經(jīng) 選擇以使得僅從一個(gè)個(gè)別圖像讀出合成圖像的每一部分的圖像信息。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技 術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，必須維持圖像之間的某一小重疊量以在形成合成圖像的合并過(guò)程期間確 保個(gè)別圖像之間的良好拼接。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，減少每一個(gè)別圖像的曝光時(shí)間以匹配圖像捕獲的裝箱 程度。由于裝箱有效地增加每一像素的面積，因此按比例地增加像素的聚光能力或敏感度。 因此，減少曝光時(shí)間以匹配裝箱程度導(dǎo)致由像素記錄的信號(hào)電平及相對(duì)噪聲電平針對(duì)給定 光級(jí)而保持恒定。由于曝光時(shí)間以與對(duì)像素進(jìn)行裝箱的速率相同的速率減少且所述裝箱匹 配多圖像捕獲集中的個(gè)別圖像捕獲的數(shù)目，因此所述多個(gè)圖像的總曝光時(shí)間在整個(gè)變焦范 圍內(nèi)保持相對(duì)恒定。作為實(shí)例，對(duì)于其中捕獲四個(gè)個(gè)別圖像的2X變焦設(shè)定的情況，每一個(gè) 別圖像的曝光時(shí)間將減少到1/4以使得四個(gè)個(gè)別圖像的總曝光時(shí)間與針對(duì)3X變焦設(shè)定的 情況所捕獲的一個(gè)個(gè)別圖像的曝光時(shí)間相同。實(shí)例1將來(lái)自幻鏡(Mirrorcle)(型號(hào)S0258DB，其具有3. 2mm反射鏡、在無(wú)過(guò)沖的情 況下具有+/-6. 6度移動(dòng)及5毫秒移動(dòng)時(shí)間)的可移動(dòng)MEM反射鏡與具有12度視場(chǎng)的遠(yuǎn) 射鏡頭及具有5百萬(wàn)像素的圖像傳感器一起使用。對(duì)于具有3X變焦設(shè)定的圖像，以圖像 傳感器的全分辨率、100毫秒曝光時(shí)間捕獲單個(gè)圖像且將反射鏡保持在中心位置中。對(duì) 于2X變焦圖像，捕獲四個(gè)圖像，其中將四個(gè)像素裝箱在一起且每一圖像具有25毫秒的曝 光時(shí)間。在多個(gè)圖像的捕獲期間以如下平搖/俯仰次序移動(dòng)(按度數(shù))反射鏡+3/+2; +3/-2 ；-3/-2 ；_3/+2。總曝光時(shí)間為4X25+4)(5 = 120毫秒。從所捕獲的四個(gè)個(gè)別圖像產(chǎn)生 的合成圖像的總分辨率(按百萬(wàn)像素)為4X5/4 = 5百萬(wàn)像素。相比之下，如果已捕獲四 個(gè)全分辨率圖像且將其拼接在一起，那么總曝光時(shí)間將為4X100 = 400毫秒且所拼接圖像 的總分辨率將為4 = 20百萬(wàn)像素。對(duì)于IX變焦圖像，捕獲九個(gè)圖像，其中將九個(gè)像素裝 箱在一起且每一圖像具有11毫秒的曝光時(shí)間。在多個(gè)圖像的捕獲期間以如下平搖/俯仰 次序移動(dòng)(按度數(shù))反射鏡+6/+4 ；+6/0 ；+6/-4 ；0/-4 ；0/0 ；0/+4 ；-6/+4 ；-6/0 ；_6/_4?？?曝光時(shí)間為9X11+M5 = 144毫秒。從所捕獲的九個(gè)個(gè)別圖像產(chǎn)生的合成圖像的總分辨率 (按百萬(wàn)像素)為9X5/9 = 5百萬(wàn)像素。相比之下，如果已捕獲九個(gè)全分辨率圖像且將其拼 接在一起，那么總曝光時(shí)間將為9X100 = 900毫秒且所拼接圖像的總分辨率將為9)(5 = 45百萬(wàn)像素。 圖5為可與本發(fā)明的圖像傳感器組合件一起使用的成像系統(tǒng)的框圖。成像系統(tǒng) 1200包含數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202及計(jì)算裝置1204。數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202為可使用并入有本發(fā)明 的圖像傳感器的圖像捕獲裝置的實(shí)例。其它類(lèi)型的圖像捕獲裝置也可與本發(fā)明一起使用， 例如(舉例來(lái)說(shuō))數(shù)碼靜止相機(jī)和數(shù)碼攝錄像機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202為便攜式手持電池操作的裝置。數(shù) 碼相機(jī)電話(huà)1202產(chǎn)生數(shù)字圖像，所述數(shù)字圖像存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中，舉例來(lái)說(shuō)，所述存儲(chǔ) 器可為內(nèi)部快閃EPROM存儲(chǔ)器或可裝卸存儲(chǔ)器卡?；蛘?，可使用其它類(lèi)型的數(shù)字圖像存儲(chǔ) 媒體(例如，磁性硬驅(qū)動(dòng)器、磁帶或光盤(pán))來(lái)實(shí)施存儲(chǔ)器1206。數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202使用反射鏡220及鏡頭210將來(lái)自場(chǎng)景(未顯示)的光聚焦 到傳感器1212的圖像傳感器陣列230上。其中反射鏡220、鏡頭210及圖像傳感器230是 如先前圖2中所示的那樣布置的。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，圖像傳感器陣列230使用拜 耳濾色器圖案來(lái)提供彩色圖像信息。圖像傳感器陣列230由時(shí)序產(chǎn)生器1214控制，所述時(shí) 序產(chǎn)生器還控制閃光燈1216以在周?chē)彰鳛榈蜁r(shí)照明所述場(chǎng)景。將從圖像傳感器陣列230輸出的模擬輸出信號(hào)放大且由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器電路 1218將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)于緩沖器存儲(chǔ)器1220中且隨后由數(shù)字處理 器1222進(jìn)行處理。數(shù)字處理器1222由存儲(chǔ)于固件存儲(chǔ)器1224中的固件控制，所述固件存 儲(chǔ)器可為快閃EPROM存儲(chǔ)器。數(shù)字處理器1222包含實(shí)時(shí)時(shí)鐘1226，其甚至在數(shù)碼相機(jī)電話(huà) 1202及數(shù)字處理器1222處于低功率狀態(tài)中時(shí)仍保持日期及時(shí)間。經(jīng)處理的數(shù)字圖像文件 存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中。存儲(chǔ)器1206還可存儲(chǔ)其它類(lèi)型的數(shù)據(jù)，例如(舉例來(lái)說(shuō))音樂(lè)文 件(例如，MP3文件)、鈴聲音調(diào)、電話(huà)號(hào)碼、日歷及待辦事項(xiàng)列表。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202捕獲靜止圖像。數(shù)字處理器 1222執(zhí)行失真校正、色彩內(nèi)插隨后執(zhí)行色彩及色調(diào)校正，以產(chǎn)生經(jīng)再現(xiàn)的sRGB圖像數(shù)據(jù)。 接著，將所述經(jīng)再現(xiàn)的sRGB圖像數(shù)據(jù)壓縮且作為圖像文件存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中。僅以實(shí) 例方式，可按照J(rèn)PEG格式(其使用已知的“Exif”圖像格式)來(lái)壓縮所述圖像數(shù)據(jù)。此格 式包含使用各種TIFF標(biāo)簽來(lái)存儲(chǔ)特定圖像元數(shù)據(jù)的Exif應(yīng)用程序段。舉例來(lái)說(shuō)，可使用 單獨(dú)的TIFF標(biāo)簽來(lái)存儲(chǔ)捕獲圖片的日期及時(shí)間、鏡頭f/數(shù)以及其它相機(jī)設(shè)定，且存儲(chǔ)圖像 標(biāo)題。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)字處理器1222產(chǎn)生由用戶(hù)選擇的不同圖像大小。一 個(gè)此類(lèi)大小為低分辨率的“拇指指甲”大小圖像。產(chǎn)生拇指指甲大小的圖像描述于庫(kù)赫達(dá) (Kuchta)等人的標(biāo)題為“提供全分辨率圖像及經(jīng)減小分辨率圖像的多格式存儲(chǔ)的電子靜止 相機(jī)(Electronic Still Camera Providing Multi-Format Storage Of Full andReduced Resolution Images) ”的第5，164，831號(hào)共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專(zhuān)利中。所述拇指指甲圖像存儲(chǔ) 于RAM存儲(chǔ)器1228中且供應(yīng)到彩色顯示器1230，舉例來(lái)說(shuō)，所述彩色顯示器可為有源矩陣 IXD或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。產(chǎn)生拇指指甲大小圖像允許在彩色顯示器1230上快速地 觀察所捕獲的圖像。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202還產(chǎn)生并存儲(chǔ)視頻剪輯。視頻 剪輯是通過(guò)將圖像傳感器陣列1210的多個(gè)像素一起求和(例如，對(duì)圖像傳感器陣列1210 的每一 4列x4行區(qū)內(nèi)的相同色彩的像素進(jìn)行求和)以形成較低分辨率的視頻圖像幀而產(chǎn)生的。舉例來(lái)說(shuō)，視頻圖像幀是使用每秒15幀的讀出速率以規(guī)則間隔從圖像傳感器陣列 1210讀取的。音頻編解碼器1232連接到數(shù)字處理器1222且從麥克風(fēng)(Mic) 1234接收音頻信 號(hào)。音頻編解碼器1232還向揚(yáng)聲器1236提供音頻信號(hào)。這些組件既用于電話(huà)交談?dòng)钟糜?記錄及回放音軌以及視頻序列或靜止圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，揚(yáng)聲器1236還用以告知用戶(hù)傳入的電話(huà)呼叫。此可使 用存儲(chǔ)于固件存儲(chǔ)器12M中的標(biāo)準(zhǔn)鈴聲音調(diào)或通過(guò)使用從移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)1238下載并存儲(chǔ) 于存儲(chǔ)器1206中的定制鈴聲音調(diào)來(lái)完成。另外，振動(dòng)裝置(未顯示)可用以提供傳入的電 話(huà)呼叫的無(wú)聲(例如，聽(tīng)不到的)通知。數(shù)字處理器1222連接到無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器1240，其使得數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202能夠經(jīng) 由射頻(RF)信道1242發(fā)射及接收信息。無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器1240使用例如3GSM網(wǎng)絡(luò)的另一 RF鏈路(未顯示)來(lái)與移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)1238通信。移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)1238與存儲(chǔ)從數(shù)碼相機(jī)電 話(huà)1202上載的數(shù)字圖像的照片服務(wù)提供者1244通信。其它裝置(包含計(jì)算裝置1204)經(jīng) 由因特網(wǎng)1246存取這些圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)1238還連接到標(biāo) 準(zhǔn)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)(未顯示)以提供正常電話(huà)服務(wù)。圖形用戶(hù)接口(未顯示)顯示于顯示器1230上且由用戶(hù)控制件1248控制。在根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，用戶(hù)控制件1248包含用以撥打電話(huà)號(hào)碼的專(zhuān)用按鈕(例如，電話(huà)小 鍵盤(pán))、用以設(shè)定模式(例如，“電話(huà)”模式、“日歷”模式、“相機(jī)”模式)的控制件、包含4路 控制(向上、向下、向左、向右)的操縱桿控制器及按鈕中心“0K”或“選擇”開(kāi)關(guān)。塢1250給數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202中的電池(未顯示)再充電。塢1250經(jīng)由塢接口 1252將數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1202連接到計(jì)算裝置1204。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，塢接口 1252 實(shí)施為有線(xiàn)接口，例如，USB接口。或者，在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中，塢接口 1252實(shí)施為 無(wú)線(xiàn)接口，例如，藍(lán)牙或IEEE 802. Ilb無(wú)線(xiàn)接口。塢接1252用以將圖像從存儲(chǔ)器1206下 載到計(jì)算裝置1204。塢接口 11252還用以將日歷信息從計(jì)算裝置1204傳送到數(shù)碼相機(jī)電 話(huà)1202中的存儲(chǔ)器1206。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，拼接多個(gè)圖像以形成合成圖像可由處理器1222在數(shù)碼相機(jī) 電話(huà)1202內(nèi)完成，或者由計(jì)算機(jī)1204或由可經(jīng)由無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器1240或接口 1252將所 述多個(gè)圖像發(fā)送到的另一處理裝置來(lái)遠(yuǎn)程地完成。雖然已特別參考本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，可在 本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種變化及修改形式。部件列表
31幀
33連桿
34平遙與俯仰反射鏡
36成像鏡頭
38聚焦電機(jī)
39導(dǎo)桿
43安裝板
44俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)
52平搖驅(qū)動(dòng)電機(jī)53樞軸板58折疊反射鏡59折疊反射鏡

60相機(jī)205變焦模塊210固定焦距鏡頭組合件220可移動(dòng)反射鏡230圖像傳感器陣列240來(lái)自場(chǎng)景的光線(xiàn)250蓋玻璃315反射鏡旋轉(zhuǎn)軸317反射鏡旋轉(zhuǎn)軸4103X變焦布局4202.5X 變焦布局425針對(duì)2. 5X變焦的個(gè)別圖像的相對(duì)大小4302X變焦布局435針對(duì)2X變焦的個(gè)別圖像的相對(duì)大小4401. 5X 變焦布局445針對(duì)1.5X變焦的個(gè)別圖像的相對(duì)大小450IX變焦布局455針對(duì)IX變焦的個(gè)別圖像的相對(duì)大小1200成像系統(tǒng)1202數(shù)碼相機(jī)電話(huà)1204計(jì)算裝置1206存儲(chǔ)器1212像素傳感器1214時(shí)序產(chǎn)生器1216閃光燈1218A/D轉(zhuǎn)換器電路1220緩沖器存儲(chǔ)器1222數(shù)字處理器1224固件存儲(chǔ)器1226時(shí)鐘1228RAM 存儲(chǔ)器1230彩色顯示器1232音頻編解碼器1234麥克風(fēng)1236揚(yáng)聲器
1238移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)
1240無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器
1242射頻(RF)信道
1244照片服務(wù)提供者
1246因特網(wǎng)
1248用戶(hù)控制件
1250塢
1252塢接口
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器組合件，其包括(a)固定焦距光學(xué)鏡頭；(b)反射鏡，其將來(lái)自場(chǎng)景的光反射到光學(xué)鏡頭且移動(dòng)到多個(gè)位置中；及(c)圖像傳感器，其在所述光傳遞穿過(guò)所述光學(xué)鏡頭之后接收所述光且捕獲表示從所 述反射鏡的每一位置所捕獲的每一圖像的多個(gè)圖像；其中所述多個(gè)圖像中的至少若干部分 被拼接在一起以形成具有所要變焦因數(shù)的合成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其進(jìn)一步包括圖像傳感器像素，其中對(duì) 于所述所捕獲的圖像中的一者或一者以上，所述圖像傳感器像素經(jīng)裝箱而與所述變焦因數(shù) 反向?qū)?yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其中所捕獲的所述多個(gè)圖像與所述變焦 因數(shù)成反比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器組合件，其中經(jīng)裝箱圖像的裝箱因數(shù)與反射鏡位 置的數(shù)目成比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其中僅僅所述所捕獲的圖像的將用于所 述合成圖像中的所述部分被讀出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其中所述反射鏡圍繞兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其中所述鏡頭為遠(yuǎn)射式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其中所述反射鏡包含具有與所述鏡頭的 光學(xué)軸成45度或大于45度的至少一位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其中所述鏡頭是通過(guò)晶片級(jí)制造而制造的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器組合件，其進(jìn)一步包括用于擴(kuò)大變焦范圍的若 干部分的數(shù)字變焦。
11.一種圖像捕獲裝置，其包括圖像傳感器組合件，其包括(a)固定焦距光學(xué)鏡頭；(b)反射鏡，其將來(lái)自場(chǎng)景的光反射到光學(xué)鏡頭且移動(dòng)到多個(gè)位置中；及(c)圖像傳感器，其在所述光傳遞穿過(guò)所述光學(xué)鏡頭之后接收所述光且捕獲表示從所述反射鏡的每一位置所捕獲的每一圖像的多個(gè)圖像；其中所述多個(gè)圖 像中的至少若干部分被拼接在一起以形成具有所要變焦因數(shù)的合成圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括圖像傳感器像素，其中對(duì)于 所述所捕獲的圖像中的一者或一者以上，所述圖像傳感器像素經(jīng)裝箱而與所述變焦因數(shù)反 向?qū)?yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所捕獲的所述多個(gè)圖像與所述變焦因 數(shù)成反比。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像捕獲裝置，其中經(jīng)裝箱圖像的裝箱因數(shù)與反射鏡位置 的數(shù)目成比例。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中僅僅所述所捕獲的圖像的將用于所述 合成圖像中的所述部分被讀出。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所述反射鏡圍繞兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所述鏡頭為遠(yuǎn)射式。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所述反射鏡包含具有與所述鏡頭的光 學(xué)軸成45度或大于45度的至少一位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所述鏡頭是通過(guò)晶片級(jí)制造而制造的。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括用于擴(kuò)大變焦范圍的若干部 分的數(shù)字變焦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器組合件，其包含固定焦距光學(xué)鏡頭；反射鏡，其將來(lái)自場(chǎng)景的光反射到光學(xué)鏡頭且移動(dòng)到多個(gè)位置中；及圖像傳感器，其在所述光傳遞穿過(guò)所述光學(xué)鏡頭之后接收所述光且捕獲表示從所述反射鏡的每一位置所捕獲的每一圖像的多個(gè)圖像；其中所述多個(gè)圖像的至少若干部分被拼接在一起以形成具有所要變焦因數(shù)的合成圖像。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102077575SQ200980124903
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者約瑟夫·雷蒙德·比耶特里, 約翰·諾爾沃爾德·博德 申請(qǐng)人:柯達(dá)公司