專利名稱：數(shù)碼相機(jī)中一種提高影像分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與一光學(xué)輸入系統(tǒng)有關(guān)，尤其是與一種具提高解析能力的光學(xué)輸入系統(tǒng)有關(guān)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光學(xué)組件的制程技術(shù)技術(shù)不斷演進(jìn)，已使數(shù)字相機(jī)成為全球消費(fèi)性電子產(chǎn)品中最熱門的商品之一。隨著微機(jī)電制程的進(jìn)展，不僅有效地降低這些微電子組件的生產(chǎn)成本，同時(shí)也讓這些應(yīng)用到數(shù)字相機(jī)上的微電子組件所占的體積大幅地縮小。因此，越來越多輕、薄、短、小且物美價(jià)廉的數(shù)字相機(jī)逐漸成為消費(fèi)性電子市場(chǎng)上的主流商品。
簡單來說，數(shù)字相機(jī)為一種光學(xué)輸入系統(tǒng)，其藉由感應(yīng)所輸入的光線訊號(hào)，經(jīng)過光電訊號(hào)轉(zhuǎn)換后而產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的影像訊號(hào)，并透過一顯示器輸出或儲(chǔ)存于一內(nèi)存中。請(qǐng)參閱圖1所示，其表示已知的一種光學(xué)輸入系統(tǒng)的主要構(gòu)件及其成像原理。該光學(xué)輸入系統(tǒng)10主要由一數(shù)字相機(jī)100及其外接的儲(chǔ)存或顯示設(shè)備142、143所組成。該數(shù)字相機(jī)100還包含一鏡頭110、一感測(cè)裝置120以及一訊號(hào)處理裝置130。當(dāng)使用該數(shù)字相機(jī)100進(jìn)行影像拍攝時(shí)，由一拍攝物體所反射的一輸入光線，經(jīng)過該鏡頭100內(nèi)部多個(gè)光學(xué)組件加以對(duì)焦調(diào)準(zhǔn)后，即投射到該感測(cè)裝置120上。該感測(cè)裝置120由多個(gè)感光像素(pixel)所組成，各該感光像素接收到光訊號(hào)后，會(huì)根據(jù)所接收的光訊號(hào)強(qiáng)度激發(fā)出來的不同強(qiáng)度的電子訊號(hào)而傳送到該訊號(hào)處理裝置130上。該訊號(hào)處理裝置130主要系包含一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D converter)131與一微處理單元(Micro Processor Unit)132；而經(jīng)由該訊號(hào)處理裝置130的處理，由該感測(cè)裝置120的每一感光像素所激發(fā)出來的電子訊號(hào)可轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像訊號(hào)而儲(chǔ)存于內(nèi)建(built-in)的內(nèi)存141，或直接顯示于內(nèi)建/外接顯示器142(如LCD)，或者是透過一連接埠143(port)而傳送到外接的儲(chǔ)存裝置或其它顯示裝置。
由上述說明可以清楚了解，一臺(tái)數(shù)字相機(jī)的成像主因是透過使其感測(cè)裝置將輸入的光訊號(hào)轉(zhuǎn)換成電子訊號(hào)，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像訊號(hào)輸出或儲(chǔ)存。因此，該感測(cè)裝置的訊號(hào)感測(cè)能力往往是決定數(shù)字相機(jī)性能的關(guān)鍵。在已知的技術(shù)中，常見用來作為感測(cè)裝置的感測(cè)組件為電荷耦合傳感器(CCD)或互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。不過，無論采用那種感測(cè)組件，該感測(cè)組件都是透過其上的多個(gè)感光像素而對(duì)所輸入的光線產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的電子訊號(hào)。因此，對(duì)于數(shù)字影像而言，感測(cè)組件上所具有的感光像素?cái)?shù)目是決定相機(jī)對(duì)影像的解析能力的主要因素。對(duì)于任何與影像有關(guān)的裝置而言，解析能力是決定影像品質(zhì)的重要衡量指針之一，因?yàn)椋^低的影像分辨率不僅可能造成不同的像素之間的連接不夠平順，而且也可能使影像的色彩產(chǎn)生偏差，造成影像扭曲、色彩失真等問題。因此，如何提升影像的分辨率一直是數(shù)字相機(jī)設(shè)計(jì)上的重點(diǎn)之一。
一般來說，已知用來提升數(shù)字相機(jī)的解析能力的技術(shù)通常只是透過更精密的微機(jī)電制程來增加感測(cè)組件(CCD或CMOS)上的像素?cái)?shù)目；也就是說透過更精細(xì)的制程技術(shù)而使感測(cè)組件可以分割出成更多、更細(xì)的感光像素。然而，在數(shù)字相機(jī)想要追求更輕薄短小以迎合市場(chǎng)需求的前提下，感測(cè)組件的設(shè)計(jì)勢(shì)必也會(huì)隨之更微小化。因此，想要在微小化的感測(cè)組件上制造出更多、更細(xì)的感光像素不僅耗費(fèi)成本，而且終將面臨制程極限上的限制。在目前已知的技術(shù)中，感測(cè)組件上的單一像素尺寸的極限值約2.4μm，而對(duì)于越小的感測(cè)組件來說，在2.4μm的尺寸限制下，必然難再提升更高的解析像素；因此，未來若欲進(jìn)一步繼續(xù)提升數(shù)字相機(jī)的分辨率，勢(shì)必需要藉由其它途徑才能實(shí)現(xiàn)。
綜合以上所述，本發(fā)明的動(dòng)機(jī)即由此而產(chǎn)生；本案申請(qǐng)人鑒于時(shí)代潮流所需，乃經(jīng)悉心試驗(yàn)與研究，并一本鍥而不舍的精神，終于本發(fā)明的“數(shù)字相機(jī)中一種提高解析能力的構(gòu)造及方法”。相較于已知技術(shù)僅只是追求感測(cè)組件上的解析像素的提升，本發(fā)明還提出使用一分光裝置產(chǎn)生二幅比對(duì)影像，再藉由該二幅比對(duì)影像的像素分析，可以在不需增加感測(cè)組件的分辨率的情況下，實(shí)現(xiàn)提高數(shù)字相機(jī)解析能力的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光學(xué)輸入系統(tǒng)，其包括一鏡頭，用以接收并控制輸入該光學(xué)輸入系統(tǒng)的一光線；一感測(cè)裝置，用以感測(cè)該光線所形成的一影像；一分光裝置，設(shè)于該鏡頭與該光學(xué)感測(cè)裝置之間，用以控制該影像的成像；以及一訊號(hào)處理裝置，用以儲(chǔ)存并處理該影像。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該鏡頭還包括至少一透鏡，用以調(diào)整該光學(xué)輸入系統(tǒng)的一景深(depth of field)，以及一開關(guān)(快門)，用以控制該光線的一輸入光度。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該分光裝置至少包括一雙折射晶體與一偏光組件。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該偏光組件為一線性偏光片，且其偏振方向調(diào)整成第一偏振方向與第二偏振方向其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該第一與第二偏振方向相互垂直。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該感測(cè)裝置為一電荷耦合傳感器(CCD)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該感測(cè)裝置為一互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該訊號(hào)處理裝置還包括一訊號(hào)處理器與一內(nèi)存。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該光學(xué)輸入系統(tǒng)為一數(shù)字照相機(jī)。
此外，本發(fā)明亦提供一種光學(xué)輸入方法，應(yīng)用于一光學(xué)輸入系統(tǒng)，其中該光學(xué)輸入系統(tǒng)至少包括一鏡頭、一分光裝置、一感測(cè)裝置以及一訊號(hào)處理裝置，該方法包括下列步驟(a)設(shè)定該分光裝置為第一偏光狀態(tài)；(b)使第一光線依序通過該鏡頭與該分光裝置而形成第一影像；(c)設(shè)定該分光裝置為第二偏光狀態(tài)；(d)使第二光線通過該鏡頭與該分光裝置而形成第二影像；以及(e)擷取該第與第二影像進(jìn)行影像比對(duì)，以形成一重構(gòu)影像(reconstruction image)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中藉由調(diào)整該鏡頭內(nèi)的一開關(guān)開啟時(shí)間，以控制該光線的一輸入光度。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中藉由調(diào)整該分光裝置的偏光狀態(tài)，以改變?cè)摰谝慌c第二影像的成像位置。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該第一偏光狀態(tài)與該第二偏光狀態(tài)的相位相差90度。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中藉由該感測(cè)裝置的每一像素所吸收的光度，以感測(cè)該第一與第二影像的位置。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中藉由該訊號(hào)處理裝置以儲(chǔ)存并比對(duì)該第一與第二影像的位置。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該第一影像與該第二影像在空域(space domain)上系包括重疊部分與位移部分。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該重構(gòu)影像系由該重疊部分經(jīng)過灰階計(jì)算而產(chǎn)生。
本案得藉由下列圖標(biāo)及詳細(xì)說明，得一更深入的了解


圖1表示已知的一種光學(xué)輸入系統(tǒng)的主要構(gòu)件及其成像原理；
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一種光學(xué)輸入系統(tǒng)的主要構(gòu)件及其成像原理；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一種用以提升光學(xué)輸入系統(tǒng)的光學(xué)解析能力的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖2(A)與(B)，其說明本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例的光學(xué)輸入系統(tǒng)架構(gòu)及其成像過程的示意圖。如圖中所示，本發(fā)明的光學(xué)輸入系統(tǒng)200系至少包含一鏡頭210與一感測(cè)裝置220；其中，該鏡頭210內(nèi)由多個(gè)光學(xué)透鏡所組成，用以調(diào)整該光學(xué)輸入系統(tǒng)200的取景距離(景深)與焦點(diǎn)(Focus)，同時(shí)該鏡頭亦包含一開關(guān)(光圈、快門)，用以控制所輸入光線的光度與時(shí)間。該感測(cè)裝置220則為一光電感測(cè)組件，如電荷耦合傳感器(CCD)或互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)，用以感應(yīng)所輸入的光線訊號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電子訊號(hào)傳送到一訊號(hào)處理裝置(沒有顯示于圖中)以運(yùn)算出一數(shù)字影像訊號(hào)。除此以外，該光學(xué)輸入系統(tǒng)200在該鏡頭210與該感測(cè)裝置220之間還包含一分光裝置250，用以提升該數(shù)字影像信號(hào)的分辨率。如圖中所示，該分光裝置250主要由一雙折射晶體251與一偏光組件252所組成，其中該雙折射晶體251可將入射的光線分成第一偏極光P與第二偏極光S，其中該第一與第二偏極光P、S的偏振方向相互垂直；而設(shè)置在該雙折射晶體251之后的該偏光組件252則為一線性偏光片，該線性偏光片的偏振方向可以視情況需要而任意調(diào)整成與該第一偏極光P的偏振方向或與該第二偏極光S的偏振方向相互平行。因此，當(dāng)該偏光組件252的偏振方向設(shè)定成與該第一偏極光P的偏振方向平行時(shí)(此時(shí)偏光組件252的偏振方向定義為0度)，該第一偏極光P便可以通過該偏光組件252而入射該感測(cè)裝置220(如圖2(A)所示)，此時(shí)該第二偏極光S則因偏振方向與偏光組件252的偏振方向(0度)垂直而無法通過。同樣的，若偏光組件252的偏振方向設(shè)定為90度時(shí)，則變成該第二偏極光S可以通過該偏光組件252而入射該感測(cè)裝置220，而該第一偏極光P則無法入射該感測(cè)裝置220(如圖2(B)所示)。
由于本發(fā)明的光學(xué)輸入系統(tǒng)200具有分光裝置250的設(shè)計(jì)，使得由該拍攝物20所反射的一輸入光線經(jīng)過該雙折射晶體251時(shí)會(huì)分成兩組相位相差90度的第一與第二偏極光P、S，并由于相繼將該偏光組件252的偏振方向設(shè)定為0度與90度，而使得該輸入光線得以先后再該感測(cè)裝置220上激發(fā)出兩組電子訊號(hào)而形成兩幅數(shù)字影像(圖像1、圖像2)。雖然，該兩組電子訊號(hào)是由同一光線所產(chǎn)生，然而因?yàn)槠渌纬傻牡谝慌c第二偏極光P、S具有90度的相位差，因此會(huì)使該圖像1與圖像2在空域(space domain)上具有微小的位移差；因此，透過對(duì)該圖像1與圖像2進(jìn)行圖像復(fù)原演算后，原先無法辨識(shí)的成像位置得因?yàn)樵撐灰撇畹难a(bǔ)償而得以辨識(shí)，因而得以提升該光學(xué)輸入系統(tǒng)200的影像解析能力。
上述的光學(xué)輸入系統(tǒng)200除了可以應(yīng)用于靜態(tài)影像拍攝的數(shù)字相機(jī)外，也可以適用動(dòng)態(tài)影像拍攝的數(shù)字?jǐn)z影機(jī)或其它光學(xué)輸入裝置。
請(qǐng)參閱圖3所示，其表示本發(fā)明用以提升光學(xué)解析能力(resolution power)的一種光學(xué)輸入方法。該光學(xué)輸入方法可用于如前述實(shí)施例的一光學(xué)輸入系統(tǒng)200中，其中該光學(xué)輸入方法300至少包含下列步驟在步驟301，設(shè)定該光學(xué)輸入系統(tǒng)200的拍攝參數(shù)(焦距、景深等)，使欲拍攝的影像能清楚的呈現(xiàn)在預(yù)覽窗口中；接著于步驟302中，將該光學(xué)輸入系統(tǒng)200內(nèi)的偏振片252偏振方向設(shè)定為0度(即與第一偏極光P相互平行)；于步驟303中擷取該第一偏極光P所形成的圖像1；接著于步驟304中，將該偏振片252的偏振方向設(shè)定為90度(與第二偏極光S相互平行)；在步驟305中，擷取該第二偏極光S所形成的圖像2；接著，在步驟306中，將該圖像1與圖像2進(jìn)行圖像復(fù)原演算，以產(chǎn)生一重構(gòu)影像；最后在步驟307中，將該重構(gòu)影像透過一顯示裝置輸出或儲(chǔ)存。
在一較佳具體實(shí)施例中，步驟306中的圖像復(fù)原演算過程藉由該圖像1與該圖像2每一像素位置上的灰階比對(duì)，而形成該重構(gòu)影像。更詳細(xì)地說，因?yàn)樵搱D像1與圖像2在空域上具有一微小距離差，因此可藉由二幅圖像比對(duì)后的灰階變化而得出該圖像1與圖像2的重疊位置與差異位置，進(jìn)而得以辨識(shí)出原先無法藉由感測(cè)裝置的像素所辨識(shí)的分辨率。
本發(fā)明前面所述的各項(xiàng)實(shí)施例為本發(fā)明的詳細(xì)說明，當(dāng)不能以的限定本發(fā)明的目的與應(yīng)用范圍；任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者皆可任施匠思而為諸般修飾，然其皆不脫如附申請(qǐng)專利范圍所欲保護(hù)者。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)輸入系統(tǒng)，其包括一鏡頭，用以接收并控制輸入該光學(xué)輸入系統(tǒng)的一光線；一感測(cè)裝置，用以感測(cè)該光線所形成的一影像；一分光裝置，設(shè)于該鏡頭與該光學(xué)感測(cè)裝置之間，用以控制該影像的成像；以及一訊號(hào)處理裝置，用以儲(chǔ)存并處理該影像。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該鏡頭還包括至少一透鏡，用以調(diào)整該光學(xué)輸入系統(tǒng)的一景深；以及一開關(guān)，用以控制該光線的一輸入光度。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該分光裝置至少包括一雙折射晶體與一偏光組件。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該偏光組件為一線性偏光片，且其偏振方向調(diào)整成第一偏振方向與第二偏振方向其中之一。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該第一與第二偏振方向系相互垂直。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該感測(cè)裝置為一電荷耦合傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該感測(cè)裝置為一互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，該訊號(hào)處理裝置還包括一訊號(hào)處理器與一內(nèi)存。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其特征在于，為一數(shù)字照相機(jī)。
10.一種光學(xué)輸入方法，應(yīng)用于一光學(xué)輸入系統(tǒng)，其中該光學(xué)輸入系統(tǒng)至少包括一鏡頭、一分光裝置、一感測(cè)裝置以及一訊號(hào)處理裝置，該方法包括下列步驟設(shè)定該分光裝置為第一偏光狀態(tài)；使第一光線依序通過該鏡頭與該分光裝置而形成第一影像；設(shè)定該分光裝置為第二偏光狀態(tài)；使第二光線通過該鏡頭與該分光裝置而形成第二影像；以及擷取該第一與第二影像進(jìn)行影像比對(duì)，以形成一重構(gòu)影像。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，藉由調(diào)整該鏡頭內(nèi)的一開關(guān)開啟時(shí)間，以控制該光線的一輸入光度。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，藉由調(diào)整該分光裝置的偏光狀態(tài)，以改變?cè)摰谝慌c第二影像的成像位置。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該第一偏光狀態(tài)與該第二偏光狀態(tài)的相位相差90度。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，藉由該感測(cè)裝置的每一像素所吸收的光度，以感測(cè)該第一與第二影像的位置。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，藉由該訊號(hào)處理裝置以儲(chǔ)存并比對(duì)該第一與第二影像的位置。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該第一影像與該第二影像在空域上包括重疊部分與位移部分。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該重構(gòu)影像由該重疊部分經(jīng)過灰階計(jì)算而產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可提升解析能力的光學(xué)輸入系統(tǒng)，其包括一鏡頭，用以接收并控制輸入該光學(xué)輸入系統(tǒng)的一光線；一感測(cè)裝置，用以感測(cè)該光線所形成的一影像；一分光裝置，設(shè)于該鏡頭與該光學(xué)感測(cè)裝置之間，用以控制該影像的成像；以及一訊號(hào)處理裝置，用以儲(chǔ)存并處理該影像；其中，藉由陸續(xù)將該分光裝置的偏振方向設(shè)定成兩個(gè)相互垂直的偏光狀態(tài)，而使同一輸入光線能陸續(xù)于該感測(cè)裝置上形成兩組圖像，并藉由該兩組圖像的比對(duì)以形成具有更高分辨率的一重構(gòu)影像。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1936647SQ20051002982
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者張平, 何代水 申請(qǐng)人:英華達(dá)(上海)電子有限公司