一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，屬于圖像處理及光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的裝置包括透鏡組、圖像傳感器，與圖像傳感器連接的信號(hào)處理單元，該裝置還包括遮擋裝置，與遮擋裝置連接并對(duì)其進(jìn)行控制的遮擋控制單元，與遮擋控制單元、信號(hào)處理單元連接的主控制單元。本發(fā)明可以在一般成像裝置（CCD、CMOS等）的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整光路中的附件獲取多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)有效的圖像深度相關(guān)信息的檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理及光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)外相機(jī)廠(chǎng)商多數(shù)采用在成像裝置上，增加不同排列的相位檢測(cè)單元，在相位檢測(cè)裝置前分別增加一個(gè)微透鏡，通過(guò)遮擋微透鏡實(shí)現(xiàn)不同的相位檢測(cè)。已經(jīng)公開(kāi)的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)有:
[0003]索尼公司的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“攝像元件和攝像裝置”，申請(qǐng)?zhí)?200910138749.1，該發(fā)明公開(kāi)了一種攝像元件和包括該攝像元件的攝像裝置。該攝像元件包括輸出用于相位差檢測(cè)的測(cè)距信號(hào)的一組光電轉(zhuǎn)換單元。每個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元包括光檢測(cè)器和光瞳限制單元。光檢測(cè)器生成測(cè)距信號(hào)。光瞳限制單元在拍攝光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳中將到達(dá)光射出的光瞳區(qū)域的尺寸限制為預(yù)定尺寸，物體光從所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳射出，所述到達(dá)光到達(dá)所述光檢測(cè)器。所述預(yù)定尺寸小于所述出射光瞳的整個(gè)區(qū)域的尺寸的一半。
[0004]索尼公司的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“成像器件和成像裝置”，申請(qǐng)?zhí)?201110237216.6，公布日2012年3月14日，該發(fā)明公開(kāi)了一種成像器件，包括:微透鏡，其聚焦被攝體光:光接收元件，其接收由所述微透鏡聚焦的被攝體光，由此生成用于通過(guò)相位差檢測(cè)進(jìn)行焦點(diǎn)確定的信號(hào)；以及光阻擋部分，其被布置在所述微透鏡和所述光接收元件之間，從而阻擋由所述微透鏡聚焦的被攝體光的一部分，其中設(shè)定在所述微透鏡的光軸方向上在所述光阻擋部分和所述微透鏡之間的距離，從而隨著圖像高度增加而減小。
[0005]索尼公司的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“成像裝置和成像設(shè)備”，申請(qǐng)?zhí)?201210009754.4，公布日2012年7月25日，該發(fā)明公開(kāi)了一種成像裝置和成像設(shè)備。成像裝置包括:圖像產(chǎn)生像素，包括產(chǎn)生用于產(chǎn)生圖像的信號(hào)的光接收元件；相差檢測(cè)像索，包括產(chǎn)生用于通過(guò)相差檢測(cè)執(zhí)行對(duì)焦確定的信號(hào)的光接收元件:以及保存部分，保存由圖像產(chǎn)生像素中的光接收元件產(chǎn)生的信號(hào)，布置在被攝體光被相差檢測(cè)像素中的遮光層遮蔽的區(qū)域中。
[0006]索尼公司的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“成像器件和成像裝置”，申請(qǐng)?zhí)?201210033499.7，公布日2012年8月22日，該發(fā)明公開(kāi)了一種涉及成像器件和成像裝置。所述成像器件包括；會(huì)集來(lái)自被攝體的光的微型透鏡；感光元件，通過(guò)傳感由所述微型透鏡會(huì)集的被攝體光，來(lái)生成用于經(jīng)由相位差檢測(cè)進(jìn)行對(duì)焦判定的信號(hào):通過(guò)遮擋所述被攝體光的一部分來(lái)進(jìn)行光瞳分割的第一遮光單兀:和第二遮光單兀，設(shè)置在所述第一遮光單兀與所述微型透鏡之間，并遮擋向所述第一遮光單元入射的被攝體光的一部分，其中，所述第二遮光單元的開(kāi)口面積小于圖像生成像素的開(kāi)口面積。
[0007]概括來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的相位檢測(cè)技術(shù)主要有兩大類(lèi):
[0008]第一種是通過(guò)反射裝置和額外相位檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)的，此種方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，一般只有單反相機(jī)才具備。
[0009]第二種是通過(guò)在成像裝置中按照一定的排布方式增加相位檢測(cè)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)。此種方案增加的相位檢測(cè)單元來(lái)替代原有的成像單元，相位檢測(cè)單元過(guò)少則不利于相位檢測(cè)，過(guò)多則影響成像質(zhì)量。如上所述的索尼公司的四件專(zhuān)利申請(qǐng)均屬于此類(lèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，可以在一般成像裝置(CCD、CM0S等)的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整光路中的附件獲取多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)有效的圖像深度相關(guān)信息的檢測(cè)。
[0011]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下所描述:
[0012]一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，包括透鏡組、圖像傳感器，與圖像傳感器連接的信號(hào)處理單元，其中，該裝置還包括遮擋裝置，與遮擋裝置連接并對(duì)其進(jìn)行控制的遮擋控制單元，與遮擋控制單元、信號(hào)處理單元連接的主控制單元。
[0013]進(jìn)一步，所述的透鏡組由單一透鏡或者多個(gè)透鏡組成。
[0014]進(jìn)一步，所述的遮擋裝置是機(jī)械遮擋裝置，由機(jī)械遮擋片組成。
[0015]進(jìn)一步，所述的遮擋裝置是電子遮擋裝置，由電子遮擋片組成，依靠電壓控制。更進(jìn)一步，所述的電子遮擋片為液晶。
[0016]進(jìn)一步，所述的遮擋裝置置于透鏡組之前或者之后或者透鏡組內(nèi)部。
[0017]進(jìn)一步，所述的遮擋裝置遮擋部分的形狀為半圓形。
[0018]進(jìn)一步，所述的圖像傳感器為圖像信號(hào)采集裝置，包括CXD成像元件、CMOS成像元件。
[0019]進(jìn)一步，所述的遮擋控制單元是機(jī)械控制裝置或者電子控制裝置，分別用于控制機(jī)械遮擋裝置的機(jī)械遮擋片或者電子遮擋裝置的液晶。
[0020]進(jìn)一步，所述的信號(hào)處理單元用于對(duì)圖像傳感器采集的信號(hào)加以處理，計(jì)算相位偏差，控制圖像的后處理、存儲(chǔ)及顯示。
[0021]進(jìn)一步，所述的主控制單元用于接收外部輸入信號(hào)，協(xié)同控制信號(hào)處理單元和遮擋控制單元完成目標(biāo)功能的總體控制。
[0022]本發(fā)明的有益效果如下:相比具有光線(xiàn)反射裝置和額外相位檢測(cè)裝置的方案，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，成本低的優(yōu)點(diǎn)；相比在圖像傳感器增加相位檢測(cè)單元的方案，本發(fā)明不需要修改圖像傳感器，節(jié)約成本，且不會(huì)因?yàn)樵黾硬荒艹上竦南辔粰z測(cè)單元使圖像細(xì)節(jié)造成損失。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中遮擋裝置透鏡組前裝置示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中遮擋裝置的四種不同的遮擋方式示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中上遮擋光路圖；
[0027]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中下遮擋光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。[0029]本發(fā)明可以在一般成像裝置(CXD、CMOS等)的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整光路中的附件獲取多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)有效的圖像深度相關(guān)信息的檢測(cè)。電子相機(jī)等設(shè)備在自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程中通常采用對(duì)比度法或相位法實(shí)施對(duì)焦，相位法(對(duì)比度對(duì)焦)對(duì)焦能夠?qū)崿F(xiàn)快速對(duì)焦。單反相機(jī)實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)需要一個(gè)光路反射裝置和額外的相位檢測(cè)裝置，設(shè)備復(fù)雜且成本較高；普通的卡片相機(jī)沒(méi)有光路反射裝置，許多相機(jī)廠(chǎng)商在成像裝置上進(jìn)行了改造，增加了單獨(dú)的相位檢測(cè)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)。本發(fā)明可以在不增加反射裝置和相位檢測(cè)裝置，并且不改變成像裝置的基礎(chǔ)上，通過(guò)簡(jiǎn)單遮擋光路的方式實(shí)現(xiàn)包括相位檢測(cè)在內(nèi)的圖像深度信息的檢測(cè)功能。所述的圖像深度信息指的是圖像中被拍攝物體與鏡頭之間的距離(即圖像三維信息)，圖像附加深度信息指的是得到圖像本身以及圖像深度信息。
[0030]一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，包括:
[0031]由遮擋裝置、透鏡組以及圖像傳感器組成一套系統(tǒng)，遮擋裝置用于遮擋被拍攝物體通過(guò)透鏡組到圖像傳感器間的光路，將圖像傳感器置于成像平面前部或者后部，通過(guò)改變遮擋裝置的狀態(tài)得到一組被遮擋后的圖像，這些不同狀態(tài)遮擋圖像之間對(duì)比或者遮擋圖像和原始圖像對(duì)比，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)出圖像深度相關(guān)信息。
[0032]本發(fā)明所述的裝置不僅能夠獲得全部圖像的深度相關(guān)信息，而且能夠獲得部分圖像的深度相關(guān)信息。具體來(lái)說(shuō)，遮擋部分和透光部分之間的邊界通常為直線(xiàn)，而圖像中只有這條直線(xiàn)附近的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)才能夠檢測(cè)到圖像深度信息，這樣只能得到圖像部部分區(qū)域的深度相關(guān)信息；但是當(dāng)遮擋片遮擋位置發(fā)生變化，使過(guò)渡區(qū)域遍歷圖像時(shí)，則可以得到全部圖像的深度相關(guān)信息。
[0033]本實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，包括:
[0034]透鏡組1，遮擋裝置2，圖像傳感器3，與遮擋裝置2連接的遮擋控制單元4，與圖像傳感器3連接的信號(hào)處理單元5，與遮擋控制單元4、信號(hào)處理單元5連接的主控制單元6。
[0035]其中，所述的透鏡組I由單一透鏡或者多個(gè)透鏡組成；然而，透鏡組不限于單一凸透鏡，【具體實(shí)施方式】中只是舉了 一個(gè)等效于單一凸透鏡的透鏡組的實(shí)例。
[0036]所述的遮擋裝置2可以是任何機(jī)械遮擋裝置(如由一片或多片遮擋片組成)、電子遮擋裝置(如由一片或多片液晶遮擋片組成，由電壓控制)或其它有類(lèi)似功能的裝置，其數(shù)目可以是一個(gè)或者多個(gè)，優(yōu)選一個(gè)；遮擋裝置可以置于透鏡組之前(即目標(biāo)物體和透鏡組之間)或之后(即透鏡組和圖像傳感器之間)，或者透鏡組內(nèi)部，也能夠達(dá)到類(lèi)似的效果，優(yōu)選置于透鏡組之前的位置；遮擋裝置包括但不僅限于圖3所示的形狀和數(shù)目，也可以采用任意其他形狀而非半圓形也能夠達(dá)到類(lèi)似效果，但可能后期計(jì)算較為復(fù)雜，同樣能夠達(dá)到效果；本實(shí)施例中，優(yōu)選半圓形狀。
[0037]所述的圖像傳感器3為圖像信號(hào)采集裝置，包括CXD成像元件、CMOS成像元件等，圖像傳感器可以置于非成像平面的任意位置，包括成像平面之前或者成像平面之后，均可以達(dá)到類(lèi)似效果。
[0038]所述的遮擋控制單元4用于控制遮擋裝置2，可以是用于控制機(jī)械遮擋裝置的機(jī)械控制裝置、用于控制電子遮擋裝置(如液晶)的電子控制裝置或其它有類(lèi)似功能的控制裝置。
[0039]所述的信號(hào)處理單元5用于對(duì)圖像傳感器采集的信號(hào)加以處理，計(jì)算相位偏差等信息，控制圖像的后處理、存儲(chǔ)、顯示等功能。
[0040]所述的主控制單元6用于接收外部輸入信號(hào)，協(xié)同控制信號(hào)處理單元和遮擋控制單兀完成目標(biāo)功能的總體控制。
[0041]本發(fā)明中，所述的透鏡組I和遮擋裝置2是整個(gè)裝置的核心部分。
[0042]如圖2所示，圖2表示的是本實(shí)施例中的透鏡組21、遮擋裝置22以及圖像傳感器23三者之間的一種位置關(guān)系。其中遮擋裝置22可以一個(gè)或者是多個(gè)，遮擋位置22也可以是成像光路的任何位置，包括透鏡組前、透鏡組后，以及透鏡組內(nèi)部。通過(guò)遮擋裝置分別遮擋部分光路得到不同的遮擋圖像，通過(guò)遮擋圖像和未遮擋圖像或者不同的遮擋圖像之間進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出圖像相位偏差和圖像深度相關(guān)信息(可任意角度遮擋)。
[0043]如圖3所示，圖3顯示的是一種遮擋裝置的四種不同遮擋方式，分別為上遮擋、下遮擋、左遮擋、右遮擋。其中遮擋片可以是任意形狀，遮擋片的遮擋部分優(yōu)選半圓形，遮擋方式的可以采用其中的任意角度的一種或多種，優(yōu)選上遮擋、下遮擋，或者左遮擋、右遮擋，即不同遮擋方式時(shí)之間最好是相互對(duì)稱(chēng)的。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采用多種不同的遮擋方式對(duì)目標(biāo)物體拍照后來(lái)進(jìn)行對(duì)比，其中兩個(gè)對(duì)比實(shí)例如下:1、沒(méi)有遮擋時(shí)拍攝的全圖像分別與采用上(下)遮擋和左(右)遮擋圖像方式拍攝的圖像進(jìn)行對(duì)比；2、采用上、下遮擋方式拍攝的圖像對(duì)比和采用左、右遮擋方式拍攝的圖像對(duì)比。
[0044]圖4和圖5位于透鏡組前分別采用如圖3所示遮擋片的形狀和上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。被拍攝物體上的任意點(diǎn)0，通過(guò)遮擋裝置2的遮擋在非焦平面7上(圖4和圖5以圖像傳感器在焦平面7后為例)形成了光斑8或光斑9。遮擋位置不同，形成的光斑位于成像中心點(diǎn)的偏向不同。這些圖像的偏差通過(guò)計(jì)算處理后，可以得到許多功能上的應(yīng)用(如快速對(duì)焦)。
[0045]需要注意的是，上述具體實(shí)施例僅僅是示例性的，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，包括透鏡組、圖像傳感器，與圖像傳感器連接的信號(hào)處理單元，其特征在于:該裝置還包括遮擋裝置，與遮擋裝置連接并對(duì)其進(jìn)行控制的遮擋控制單元，與遮擋控制單元、信號(hào)處理單元連接的主控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的透鏡組由單一透鏡或者多個(gè)透鏡組成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置是機(jī)械遮擋裝置，由機(jī)械遮擋片組成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置是電子遮擋裝置，由電子遮擋片液晶組成，依靠電壓控制。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置置于透鏡組之前或者之后或者透鏡組內(nèi)部。
6.如權(quán)利要求5所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置遮擋部分的形狀為半圓形。
7.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的圖像傳感器為圖像信號(hào)采集裝置，包括CCD成像元件、CMOS成像元件。
8.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的遮擋控制單元是機(jī)械控制裝置或者電子控制裝置，分別用于控制機(jī)械遮擋裝置的機(jī)械遮擋片或者電子遮擋裝置的液晶。
9.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的信號(hào)處理單元用于對(duì)圖像傳感器采集的信號(hào)加以處理，計(jì)算相位偏差，控制圖像的后處理、存儲(chǔ)及顯示。
10.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)光路遮擋方式獲得圖像附加深度相關(guān)信息的裝置，其特征在于:所述的主控制單元用于接收外部輸入信號(hào)，協(xié)同控制信號(hào)處理單元和遮擋控制單兀完成目標(biāo)功能的總體控制。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK103856706SQ201210509734
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】李平立, 袁夢(mèng)尤, 王建華, 薛濤 申請(qǐng)人:北京大學(xué), 方正國(guó)際軟件(北京)有限公司