專利名稱：四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法。
背景技術(shù)：
移動電話(手機)已經(jīng)成為普通市民必不可少的通訊工具，隨著手機數(shù)量的不斷擴大，其功能也不斷增加。帶數(shù)碼照相機的手機正在高速發(fā)展和普及。目前的手機上的數(shù)碼照相機一般為30萬象素左右，基本屬于玩具型。由于30萬象素的CCD尺寸很小，其成像系統(tǒng)一般比較容易做成薄型。
現(xiàn)在，帶數(shù)碼照相機的手機發(fā)展提出了二個方面的要求；一是希望整機愈來愈薄，以便于攜帶；另一方面是希望數(shù)碼成像的照片愈來愈清晰，也就是希望CCD象素數(shù)愈來愈高。由于CCD每一個象素的最小尺寸受到半導(dǎo)體工藝的限制，很顯然上面二個方面的要求是互相矛盾的。
目前數(shù)碼照相機的象素已經(jīng)達到80萬、130萬，并很快會發(fā)展到200萬象素。在目前的半導(dǎo)體工藝水平限制下，象素的增加勢必增大CCD的幾何尺寸。為了保證合理的成像視場角，一般光學(xué)系統(tǒng)的厚度都比較大，影響了手機的超薄型設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法。
完全相同的四個短焦距鏡頭按2×2平面排列，焦平面位置安裝一個黑白CCD，通過彩色濾色片裝置得到彩色圖像；每二個鏡頭間的距離為1/2的CCD邊長，四個鏡頭分別裝以透紅、透綠、透綠和透藍濾色片，每一個鏡頭使處于焦平面位置的CCD1/4面積的象素成像，得到四幅顏色各異，視場相同的圖像，經(jīng)處理合成為一幅彩色圖像。
本發(fā)明的優(yōu)點1)成像系統(tǒng)象素不變，視場角不擴大，而光學(xué)系統(tǒng)減薄一半，使手機整機可以設(shè)計成超薄型；2)可使用單色CCD作為成像器件，不需要彩色CCD；3)圖像的顏色是通過四個鏡頭對應(yīng)的濾色片分色得到的，濾色片制作更容易，分色效果更好；4)四個鏡頭可以分別按紅色、綠色、綠色和藍色單色光設(shè)計和校正像差，使成像時的色像差大大減小，從而使鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)得到簡化。


圖1是基于四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法的四個鏡頭相對于CCD的位置關(guān)系示意圖；圖2是基于四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法的光學(xué)成像系統(tǒng)圖；圖3是作為與本方法對比的一般成像系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)圖；圖4是基于四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法中的單色CCD獲得的原始圖像的象素分布圖；圖5是基于四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法中的單色CCD獲得的原始圖像經(jīng)過DSP第一步處理后圖像的象素分布圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種四鏡頭分色的成像方法，可以使手機成像光學(xué)系統(tǒng)的厚度縮小近一半，使手機整機可以設(shè)計成超薄型。完全相同的四個短焦距鏡頭按2×2平面排列，焦平面位置安裝一個單色CCD(或CMOS，下同)。每二個鏡頭間的距離為1/2的CCD邊長，四個鏡頭分別裝以透紅、透綠、透綠和透藍濾色片，每一個鏡頭使處于焦平面位置的CCD1/4面積的象素成像，得到四幅顏色各異，視場相同的圖像。
DSP圖像處理系統(tǒng)把四幅圖像上相對應(yīng)位置的象素進行顏色插值處理(計算方法與一般彩色CCD顏色插值處理相同)，使每個單色象素均有其它顏色的分量，合成后圖像的象素數(shù)與CCD的總象素數(shù)相同。
基本方法如下完全相同的四個短焦距鏡頭按二行二列平面排列，每二個鏡頭間的距離為1/2的CCD邊長，四個鏡頭分別稱為左上、左下、右上和右下鏡頭，它們有相同的焦平面。焦平面位置安裝一個單色CCD，四個鏡頭的成像像平面分別為CCD的四分之一面積，即左上鏡頭使CCD的左上四分之一象素成像，左下鏡頭使CCD的左下四分之一象素成像，右上鏡頭使CCD的右上四分之一象素成像，右下鏡頭使CCD的右下四分之一象素成像。四個鏡頭分別裝以透紅、透綠、透綠和透藍濾色片(例如，左上鏡頭組透紅光、左下和右上二個鏡頭組透綠光，右下鏡頭組透藍光)。控制系統(tǒng)一次成像后，系統(tǒng)得到一幅單色的圖像，但因為CCD的四個區(qū)域分別是通過不同的鏡頭和濾色片成像的，因此實際上得到了四幅顏色各異，視場相同的圖像。
DSP圖像處理系統(tǒng)把四幅圖像上相對應(yīng)位置的象素進行顏色插值處理(計算方法與一般彩色CCD顏色插值處理相同)，使每個單色象素均有其它顏色的數(shù)值，合成后圖像的象素數(shù)與CCD的總象素數(shù)相同。從而達到成像象素不變，視場角不擴大，而光學(xué)系統(tǒng)減薄一半。
如圖1-圖5所示四個鏡頭——左上鏡頭、左下鏡頭、右上鏡頭和右下鏡頭有完全相同的焦距、視場角和像平面，并按二行二列平面排列，每二個鏡頭間的距離為1/2的CCD邊長，焦平面位置安裝一個單色CCD。如圖1所示。
四個鏡頭的成像像平面分別為CCD的四分之一面積，即左上鏡頭使CCD的左上四分之一象素成像，左下鏡頭使CCD的左下四分之一象素成像，右上鏡頭使CCD的右上四分之一象素成像，右下鏡頭使CCD的右下四分之一象素成像。如圖1和圖2所示。四個鏡頭分別裝以透紅、透綠、透綠和透藍濾色片(例如，左上鏡頭組透紅光、左下和右上二個鏡頭組透綠光，右下鏡頭組透藍光)。
由于每個鏡頭的視場角均為2W，與焦距擴大一倍而成像于整個CCD的鏡頭系統(tǒng)成像時，有相同的視場角。如圖3所示。
控制系統(tǒng)一次成像后，系統(tǒng)得到一幅單色的圖像，但因為CCD的四個區(qū)域分別是通過不同的鏡頭和濾色片成像的，因此實際上得到了四幅顏色各異，視場相同的圖像。如圖4中的象素R11和GA11、GB11、B11對應(yīng)于相同的物方視場角，他們的主要區(qū)別是各自獲取了同一物點的不同顏色信息。圖4中左上方1/4區(qū)域為紅色圖像，右上方1/4和左下方1/4區(qū)域為綠色圖像，右下方1/4為藍色圖像。
DSP圖像處理系統(tǒng)第一步先把四幅圖像上的象素移一下位，把有相同物方視場角(不同顏色信息)的象素移動到相鄰位置，如圖5所示。原來不相鄰的R11、GA11、GB11和B11移動到了相鄰位置，而原來與R11相鄰的R12和R21被移開了一個象素。與一般的彩色CCD顏色插值方法一樣，對相對應(yīng)位置的象素進行顏色插值處理，使每個單色象素均有其它顏色的數(shù)值，合成后圖像的象素數(shù)與CCD的總象素數(shù)相同。從而達到成像象素不變，視場角不擴大，而光學(xué)系統(tǒng)減薄一半。
由于每個鏡頭的成像視場為長方形，需要用視場光欄分開四個鏡頭分別所成的像，可以在每個鏡頭后加一個暗箱桶作視場光欄，視場光欄遮住的CCD象素可以在較小的范圍內(nèi)，DSP圖像處理時可以剔除。
當(dāng)系統(tǒng)對有限遠物體成像時，因為四個鏡頭及其對應(yīng)的CCD成像系統(tǒng)并不完全同軸，存在一個較小的視差。但通過測距系統(tǒng)或?qū)D像作清晰度評價處理可以得到物距信息，從而使視差在DSP第一步軟件處理時得以校正。
權(quán)利要求
1.一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法，其特征在于，完全相同的四個短焦距鏡頭按2×2平面排列，焦平面位置安裝一個黑白CCD，通過彩色濾色片裝置得到彩色圖像；每二個鏡頭間的距離為1/2的CCD邊長，四個鏡頭分別裝以透紅、透綠、透綠和透藍濾色片，每一個鏡頭使處于焦平面位置的CCD1/4面積的象素成像，得到四幅顏色各異，視場相同的圖像，經(jīng)處理合成為一幅彩色圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法，其特征在于，所說的完全相同的四個短焦距鏡頭在成像系統(tǒng)有相同視場角時每個鏡頭的焦距比一個鏡頭成像時縮小一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法，其特征在于，所說的焦平面位置安裝一個黑白CCD，通過彩色濾色片裝置得到彩色圖像其圖像的不同顏色信息是通過每個鏡頭后面或前面加彩色濾色片或鏡頭上鍍膜得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法，其特征在于，所說的每一個鏡頭使處于焦平面位置的CCD1/4面積的象素成像，得到四幅顏色各異，視場相同的圖像每一個鏡頭使處于焦平面位置的CCD1/4面積的象素成像，得到四幅顏色各異，視場相同的圖像。所獲取的四幅圖像每一幅單色圖像均覆蓋了全部成像視場，即每一幅之間的視場是相同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法，其特征在于，所說的經(jīng)處理合成為一幅彩色圖像在成像系統(tǒng)獲取了四幅單色圖像以后，DSP圖像處理系統(tǒng)第一步把有相同物方視場角不同顏色信息的象素移動到相鄰位置，然后對相應(yīng)位置的象素進行顏色插值處理，使每個單色象素均有其它顏色的數(shù)值，合成后圖像的象素數(shù)與CCD的總象素數(shù)相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四鏡頭分色成像的超薄手機成像方法。完全相同的四個短焦距鏡頭按2×2平面排列，焦平面位置安裝一個黑白CCD，通過彩色濾色片裝置得到彩色圖像；每二個鏡頭間的距離為1/2的CCD邊長，四個鏡頭分別裝以透紅、透綠、透綠和透藍濾色片，每一個鏡頭使處于焦平面位置的CCD1/4面積的象素成像，得到四幅顏色各異，視場相同的圖像，經(jīng)處理合成為一幅彩色圖像。本發(fā)明的優(yōu)點1)成像系統(tǒng)象素不變，而光學(xué)系統(tǒng)減薄一半，使手機整機可以設(shè)計成超薄型；2)可使用單色CCD作為成像器件；3)圖像的顏色是通過四個鏡頭對應(yīng)的濾色片分色得到的，濾色片制作更容易，分色效果更好；4)四個鏡頭可以分別按單色光設(shè)計，使鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)得到簡化。
文檔編號H01L33/00GK1544990SQ200310108670
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者馮華君, 徐之海, 劉旭, 劉向東, 徐向東, 李奇 申請人:浙江大學(xué)