專利名稱：多透鏡成像系統(tǒng)和方法
多透鏡成像系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域無(wú)背景技術(shù)在例如數(shù)碼相機(jī)的圖像俘獲裝置中，附接到個(gè)人計(jì)算機(jī)的桌式相機(jī)和建置在移動(dòng)電 話中的相機(jī)通常具有單個(gè)透鏡，通過(guò)所述透鏡所接收的來(lái)自待照相物體的光被引導(dǎo)到電 荷耦合器件(CCD)傳感器陣列上，或作為替代，引導(dǎo)到互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS) 傳感器陣列上。因?yàn)檫@些相機(jī)中的大多數(shù)相機(jī)是彩色相機(jī)，所以在透鏡與傳感器陣列之 間插入像素化濾色器。濾色器一般含有紅、綠和藍(lán)過(guò)濾器元件的陣列，所述陣列常被配 置成馬賽克圖案，所述圖案在業(yè)界被稱作拜耳圖案(Bayer pattera)。濾色器的每一元件 (不管傳輸通過(guò)元件的色彩為如何)與位于傳感器陣列中的傳感器元件對(duì)準(zhǔn)。這種對(duì)準(zhǔn) 使得可在傳感器陣列中俘獲色彩像素信息。接著處理此色彩像素信息以產(chǎn)生物體的彩色 圖像。單透鏡相機(jī)遭受若干不足。這些不足的某些實(shí)例為有限的圖像分辨率、較差的彩 色成像以及不當(dāng)?shù)牧炼瘸上?。通常，圖像分辨率受限是使用含有有限數(shù)目的傳感器元件 的單個(gè)傳感器陣列的結(jié)果。通過(guò)增加傳感器元件的數(shù)目可改進(jìn)圖像分辨率，且在巳增加傳感器陣列中含有的傳感器元件的密度的若干相機(jī)中已使用了這種解決方案。雖然將來(lái) 還需要做很多事情來(lái)改進(jìn)傳感器元件密度，但還需要找到改進(jìn)成像分辨率的替代性解決 方案。較差的彩色成像一般是傳感器陣列中的傳感器元件中的有限光譜帶寬的結(jié)果。 一種 用于克服光譜帶寬限制的技術(shù)涉及將從傳感器陣列中的一個(gè)元件獲得的彩色圖像信息與 從相鄰傳感器元件獲得的額外的色彩信息進(jìn)行組合。遺憾的是，這種技術(shù)常導(dǎo)致已知為 "色彩假象"的色彩缺陷，當(dāng)傳感器元件之間的物理間隔(被稱作"像素間距")與圖像 內(nèi)容的空間間距處于同樣的級(jí)別時(shí)，會(huì)產(chǎn)生所述色彩缺陷。這種現(xiàn)象(有時(shí)還被稱作"混 疊")導(dǎo)致不合需要的圖像失真和較差的彩色成像。轉(zhuǎn)向不當(dāng)?shù)牧炼瘸上竦姆矫?，常?guī)的相機(jī)之所以有一定程度的不足是因?yàn)?，進(jìn)入相 機(jī)透鏡的光在照射到傳感器陣列之前必須穿過(guò)濾色器。因此，傳感器元件中的每一者僅 接收到某種色彩的光，而不是接收會(huì)提供更準(zhǔn)確的圖像亮度信息的寬光譜光。舉例來(lái)說(shuō),
第一傳感器元件僅接收到綠色的光，而第二傳感器僅接收到紅色的光，且第三傳感器僅 接收到藍(lán)色的光。從這三個(gè)元件獲得的三種色彩像素接著經(jīng)處理以獲得圖像亮度信息。 所述處理不能準(zhǔn)確地重現(xiàn)成像物體的亮度信息。因此可了解，需要具有克服上文所識(shí)別的缺點(diǎn)中的一者或一者以上的成像系統(tǒng)和方法。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，成像系統(tǒng)一般并入多個(gè)透鏡，所述多個(gè)透鏡經(jīng)個(gè)別地配置以從待成像 的物體接收可見光，且將此光引導(dǎo)到相應(yīng)的傳感器陣列上。接著從所述傳感器陣列中的 一個(gè)或一個(gè)以上傳感器陣列中產(chǎn)生的信號(hào)得到亮度信息。當(dāng)需要色度信息時(shí)，在透鏡與 相應(yīng)的傳感器陣列之間插入光學(xué)過(guò)濾器。所述光學(xué)過(guò)濾器中含有的馬賽克過(guò)濾器圖案經(jīng) 定制以提供有利的色度信息。可使用具有不同馬賽克過(guò)濾器圖案的一個(gè)或一個(gè)以上所述 過(guò)濾器。顯然，本發(fā)明的某些實(shí)施例可展示除了上文提到的優(yōu)點(diǎn)之外的或作為其替代的優(yōu)點(diǎn)。 另外，在檢查了以下圖式和具體實(shí)施方式
之后，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白本發(fā)明的其 它系統(tǒng)、方法、特征和/或優(yōu)點(diǎn)。期望所有這些額外的系統(tǒng)、方法、特征和/或優(yōu)點(diǎn)都包含 在本文描述內(nèi)容中，處于本發(fā)明的范疇內(nèi)，且受隨附權(quán)利要求書保護(hù)。


通過(guò)參考以下圖式，可更好地理解本發(fā)明的許多方面。圖式中的組件并沒有必要按 比例，而是著重于清楚地說(shuō)明本發(fā)明的原理。另外，在圖式中，若干圖中的相同的參考 符號(hào)始終表示相應(yīng)的部件。圖1展示使用第一透鏡系統(tǒng)來(lái)獲得亮度信息并使用第二透鏡系統(tǒng)來(lái)獲得待成像物體 的色度信息的示范性兩透鏡成像系統(tǒng)。圖2展示將圖1的兩透鏡成像系統(tǒng)與第三透鏡系統(tǒng)組合以獲得額外的亮度信息的示 范性三透鏡成像系統(tǒng)。圖3展示將圖1的兩透鏡成像系統(tǒng)與第三透鏡系統(tǒng)組合以獲得額外的色度信息的示 范性三透鏡成像系統(tǒng)。圖4展示使用三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器的示范性三透鏡成像系統(tǒng)，其中每一光學(xué)過(guò)濾器經(jīng)配 置以具有獨(dú)特的過(guò)濾器元件陣列。圖5展示使用三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器的示范性三透鏡成像系統(tǒng)，其中每一光學(xué)過(guò)濾器經(jīng)配 置為具有獨(dú)特的過(guò)濾器元件陣列的象限分區(qū)過(guò)濾器。 圖6展示包括示范性三透鏡成像系統(tǒng)組合件的少數(shù)個(gè)別組件。 圖7展示用于從兩透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生圖像的方法的流程圖。圖8展示用于從三透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生圖像的方法的流程圖，其中所述三個(gè)透鏡系統(tǒng)中的 每一者產(chǎn)生色度信息。圖9展示用于從三透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生圖像的方法的流程圖，其中所述透鏡系統(tǒng)中的一者 產(chǎn)生亮度信息，且其它兩個(gè)透鏡系統(tǒng)中的每一者產(chǎn)生色度信息。
具體實(shí)施方式
各種實(shí)施例描述用于成像的系統(tǒng)和方法。所述成像系統(tǒng)一般并入多個(gè)透鏡，所述多 個(gè)透鏡經(jīng)個(gè)別地配置以從待成像的物體接收可見光，且將此光引導(dǎo)到相應(yīng)的傳感器陣列 上。接著從所述傳感器陣列中的一個(gè)或一個(gè)以上傳感器陣列中產(chǎn)生的信號(hào)得到亮度信息。 當(dāng)需要色度信息時(shí)，在透鏡與相應(yīng)的傳感器陣列之間插入光學(xué)過(guò)濾器。所述光學(xué)過(guò)濾器 中含有的馬賽克過(guò)濾器圖案經(jīng)定制以提供有利的色度信息?？墒褂镁哂胁煌R賽克過(guò)濾 器圖案的一個(gè)或一個(gè)以上所述過(guò)濾器。在成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，從多個(gè)傳感器得到的色度信息經(jīng)處理以產(chǎn)生物體的圖 像，而在第二實(shí)施例中，從多個(gè)傳感器得到的亮度和色度信息經(jīng)組合以產(chǎn)生物體的圖像。 下文描述少數(shù)這些實(shí)施例。應(yīng)了解，下文示范性實(shí)施例中提到的例如綠、藍(lán)和紅的色彩 是出于闡釋目的，而并不期望將本發(fā)明限于這些特定色彩。因此，在其它實(shí)施例中，將 使用其它色彩。圖1展示使用第一透鏡系統(tǒng)100A來(lái)獲得待成像物體101的亮度信息并使用第二透鏡 系統(tǒng)100B來(lái)獲得物體101的色度信息的示范性兩透鏡成像系統(tǒng)100。透鏡110從物體101 接收可見光的全光譜，并將此光引導(dǎo)到亮度傳感器陣列115上。亮度傳感器陣列115是 像素化陣列，其通過(guò)產(chǎn)生呈多個(gè)像素形式的亮度信號(hào)來(lái)響應(yīng)于入射光。透鏡系統(tǒng)100A甚 至在物體101經(jīng)受較低的亮度條件時(shí)也提供良好的光通量靈敏度。因?yàn)榕c色度相比人眼 對(duì)亮度上的空間變化更敏感，所以亮度傳感器陣列115可經(jīng)配置以獲得最大的亮度精度， 而不受色度參數(shù)任何限制。透鏡120還從物體101接收可見光的全光譜，且將此光引導(dǎo)向色度傳感器陣列130。 插在透鏡120與色度傳感器陣列130之間的是光學(xué)過(guò)濾器125，其選擇性地傳播可見光 的全光譜中的一個(gè)或一個(gè)以上子光譜。舉例來(lái)說(shuō)，在圖l所說(shuō)明的實(shí)施例中，光學(xué)過(guò)濾 器125是具有拜耳馬賽克圖案的拜耳過(guò)濾器。這個(gè)馬賽克圖案含有使用紅色符號(hào)126說(shuō) 明的若干紅色過(guò)濾器元件、使用綠色符號(hào)127說(shuō)明的若干綠色過(guò)濾器元件和使用藍(lán)色符
號(hào)128說(shuō)明的若干藍(lán)色過(guò)濾器元件。因此光學(xué)過(guò)濾器125傳播光的三個(gè)子光譜。第一子 光譜含有對(duì)應(yīng)于紅色光的波長(zhǎng)，第二子光譜含有對(duì)應(yīng)于綠色光的波長(zhǎng)，且第三子光譜含 有對(duì)應(yīng)于藍(lán)色光的波長(zhǎng)。光學(xué)過(guò)濾器125的過(guò)濾器元件中的每一者光學(xué)對(duì)準(zhǔn)到色度傳感器陣列130中的相應(yīng) 傳感器元件，進(jìn)而提供來(lái)自每一傳感器元件的一個(gè)像素的色度信息。所述傳感器元件的 一個(gè)實(shí)例是傳感器元件131，在此實(shí)例中，其提供一個(gè)像素的綠光信息。從色度傳感器陣列130獲得的像素化色度信息與從亮度傳感器陣列115獲得的像素 化亮度信息進(jìn)行組合，以產(chǎn)生物體的圖像。圖像的分辨率與所述兩個(gè)傳感器陣列中含有 的像素的數(shù)目成比例，且因此高于通常使用單個(gè)傳感器陣列從單透鏡系統(tǒng)獲得的分辨率。應(yīng)了解，標(biāo)記"亮度傳感器陣列"和"色度傳感器陣列"用于便利地描述這些傳感 器陣列的功能性，而并不期望限制個(gè)別的傳感器陣列的物理特征。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí) 施例中，"亮度"傳感器陣列可在物理上等同于"色度"傳感器陣列。因此，通過(guò)將未經(jīng) 過(guò)濾的可見光引導(dǎo)到傳感器陣列上，兩種傳感器中的任一者可用于獲得亮度信息。類似 地，通過(guò)僅將某些色彩的光引導(dǎo)到傳感器陣列上，同樣的這兩種陣列中的任一者可用于 獲得色度信息。在另一方面，在替代性實(shí)施例中，兩個(gè)陣列在物理上彼此不同。舉例來(lái)說(shuō)，"色度" 傳感器陣列中的傳感器元件經(jīng)選擇以提供對(duì)入射到陣列上的某一色彩的光而非對(duì)全光譜可見光的最大響應(yīng)，而"亮度"傳感器的傳感器元件經(jīng)選擇以最大地響應(yīng)于全光譜可見 光，而非特定色彩的光。圖2展示使用第一透鏡系統(tǒng)200A來(lái)獲得一個(gè)或一個(gè)以上待成像物體(未圖示)的亮 度信息并使用第二透鏡系統(tǒng)200B來(lái)獲得所述物體的色度信息的示范性三透鏡成像系統(tǒng) 200。透鏡系統(tǒng)200A和200B分別類似于圖1的透鏡系統(tǒng)100A和100B。第三透鏡系統(tǒng) 200C用于獲得物體的額外的亮度信息。在此示范性實(shí)施例中，透鏡系統(tǒng)200C包含亮具 有與透鏡系統(tǒng)200A的亮度傳感器陣列215相同數(shù)目的傳感器元件的亮度傳感器陣列 240。然而，以亮度傳感器陣列215中含有的傳感器元件作為參考，亮度傳感器陣列240 中含有的傳感器元件在空間上偏移。因此，從這兩個(gè)傳感器獲得的像素化亮度信息彼此 互補(bǔ)以提供增加的分辨率，這不僅是因?yàn)榕c單個(gè)傳感器陣列中含有的傳感器元件相比傳 感器元件加倍，還因?yàn)橛捎诳臻g偏移的原因而在不同的像素位置處獲得增加的亮度信息。 在其它實(shí)施例中，三個(gè)傳感器中每一者中的傳感器元件的數(shù)目可以不同。圖3展示使用第一透鏡系統(tǒng)300C來(lái)獲得待成像物體(未圖示)的亮度信息并使用第
二透鏡系統(tǒng)300B來(lái)獲得所述物體的色度信息的另一示范性三透鏡成像系統(tǒng)300。透鏡系 統(tǒng)300C和300B分別類似于圖1的透鏡系統(tǒng)100A和100B。第三透鏡系統(tǒng)300A用于獲 得所述物體的額外的色度信息。在此示范性實(shí)施例中，光學(xué)過(guò)濾器305是紅綠過(guò)濾器， 其具有與光學(xué)過(guò)濾器325 (紅綠藍(lán)拜耳過(guò)濾器)的馬賽克圖案不同的馬賽克圖案。另外， 以光學(xué)過(guò)濾器325的馬賽克圖案為參考，光學(xué)過(guò)濾器305的馬賽克圖案可在空間上偏移。 舉例來(lái)說(shuō)，以綠過(guò)濾器元件307為參考，綠過(guò)濾器元件306偏移。因此，從光學(xué)耦合到 光學(xué)過(guò)濾器305的傳感器陣列315獲得的某一色度信息與從傳感器陣列330獲得的色度 信息互補(bǔ)。舉例來(lái)說(shuō)，以接收綠光的傳感器陣列330的傳感器元件為參考，接收綠光的 傳感器陣列315的傳感器元件在空間上偏移。因此，與從單透鏡系統(tǒng)的單個(gè)傳感器陣列 獲得的分辨率相比，通過(guò)組合來(lái)自兩個(gè)傳感器陣列的信息而獲得的綠像素信息提供更高 的分辨率。圖4展示使用三個(gè)透鏡系統(tǒng)400A、 400B和400C來(lái)獲得待成像物體(未圖示)的三 組色度信息的三透鏡成像系統(tǒng)400。下文揭示三透鏡成像系統(tǒng)400的若干示范性實(shí)施例。在第一實(shí)施例中，三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器405、 425和445具有彼此不同的馬賽克圖案。光 學(xué)過(guò)濾器405為紅綠過(guò)濾器，其具有不同于作為紅綠藍(lán)拜耳過(guò)濾器的光學(xué)過(guò)濾器425的 馬賽克圖案的馬賽克圖案。光學(xué)過(guò)濾器445也為另一變體，其具有不同于光學(xué)過(guò)濾器405 和425中含有的馬賽克圖案的藍(lán)綠馬賽克圖案。從傳感器415、 430和440獲得的三組信 息經(jīng)組合以產(chǎn)生物體的圖像。在圖4的第二實(shí)施例中，三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器405、 425和445彼此類似。舉例來(lái)說(shuō)，所 有三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器為相同的拜耳濾色器，所述每一拜耳濾色器具有與現(xiàn)有技術(shù)單透鏡系 統(tǒng)的光學(xué)過(guò)濾器中含有的像素元件一樣多的像素元件。然而，由于超分辨率，三透鏡成 像系統(tǒng)400的景深顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)單透鏡系統(tǒng)的景深。舉例來(lái)說(shuō)，三透鏡成像系統(tǒng)400 的景深范圍可從O.ll mm到無(wú)限遠(yuǎn)，相比之下，現(xiàn)有技術(shù)單透鏡系統(tǒng)的景深范圍從0.30 mm到無(wú)限遠(yuǎn)。超分辨率是一種圖像處理方法，其中"n"個(gè)個(gè)別的圖像疊加在彼此之上 以使分辨率改進(jìn)(n) 1/2倍。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)利用超分辨率時(shí)，與從現(xiàn)有技術(shù)單透鏡系統(tǒng) 獲得的分辨率相比，從三透鏡成像系統(tǒng)400獲得的分辨率改進(jìn)了 (3) 1/2倍。在上文第二實(shí)施例的變體中，三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器405、 425和445中的每一者以及每一 相應(yīng)的傳感器415、 430和440的尺寸經(jīng)增加，使得三透鏡成像系統(tǒng)400的景深與現(xiàn)有技 術(shù)單透鏡系統(tǒng)的景深一樣。因?yàn)楸M管光學(xué)過(guò)濾器/傳感器陣列的總尺寸增加了，但每一光 學(xué)過(guò)濾器中含有的每一個(gè)別過(guò)濾器元件的尺寸以及每一傳感器陣列中含有的每一個(gè)別的 傳感器元件的尺寸維持不變，所以應(yīng)了解，總的像素?cái)?shù)顯著增加。因此，三透鏡成像系 統(tǒng)400的分辨率顯著高于現(xiàn)有技術(shù)單透鏡系統(tǒng)的分辨率。在圖4的第三實(shí)施例中，三透鏡系統(tǒng)400A、 400B和400B結(jié)合軸上成像并入離軸成 像。透鏡410、 420和435中的一者或一者以上經(jīng)配置以在傳感器415、 430和440中相 應(yīng)的一者上的離軸位置處提供最佳的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。可從題為"Imaging systems and methods"的共同待決的專利申請(qǐng)案(Russ Gruhlke等人)中獲得所述系統(tǒng)的更多細(xì) 節(jié)，其全文以引用的方式并入本文中。圖5展示使用三個(gè)透鏡系統(tǒng)500A、 500B和500C來(lái)獲得待成像物體(未圖示)的三 組色度信息的示范性三透鏡成像系統(tǒng)500。在第一實(shí)施例中，三個(gè)光學(xué)過(guò)濾器505、 525 和545中的每一者并入一個(gè)或一個(gè)以上四象限過(guò)濾器，其中所述象限中的每一者經(jīng)配置 以傳播入射光的子光譜。舉例來(lái)說(shuō)，四象限過(guò)濾器505A的第一象限可經(jīng)配置以傳播紅光， 第二象限經(jīng)配置以傳播綠光，第三象限經(jīng)配置以同樣傳播綠光，第四象限經(jīng)配置以傳播 藍(lán)光。在濾色器圖案表501的框506中描繪所述圖案，所述圖案表說(shuō)明在三個(gè)四象限過(guò) 濾器505A、 525A和545A中實(shí)現(xiàn)的所述組合的少數(shù)實(shí)例。框507描繪四象限組合，其經(jīng) 配置以通過(guò)四象限中的每一者傳播可見光的全光譜。在另一實(shí)施例中，四象限中的僅一 者經(jīng)配置以傳播可見光的全光譜。注意一下濾色器圖案表501的虛線框541，可看到，四象限過(guò)濾器505A具有紅紅藍(lán) 藍(lán)(2R2B)象限配置，而四象限過(guò)濾器525A具有綠綠綠綠(4G)象限配置，且四象限 過(guò)濾器545A具有紅紅藍(lán)藍(lán)(2R2B)象限配置。類似地，虛線框542提供另一實(shí)例，其 中四象限過(guò)濾器505A具有紅紅紅藍(lán)(3R1B)配置，四象限過(guò)濾器525A具有綠綠綠綠(4G) 象限配置，且四象限過(guò)濾器545A具有紅藍(lán)藍(lán)藍(lán)(1R3B)象限配置。圖6展示構(gòu)成示范性三透鏡成像系統(tǒng)組合件600的少數(shù)個(gè)別組件。透鏡組合件610 含有三個(gè)透鏡。覆蓋外殼605安置在封圍外殼615上，將透鏡組合件610封圍在其中。 接著將經(jīng)組裝的三個(gè)元件進(jìn)一步安置在電路小片620上，接著將所述電路小片進(jìn)一步安 置在襯底630上。電路小片620含有與如上文所述的各種示范性實(shí)施例中的三個(gè)透鏡系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的三 個(gè)濾色器。三個(gè)過(guò)濾器光學(xué)對(duì)準(zhǔn)到透鏡組合件610中的三個(gè)透鏡。電路小片620可進(jìn)一 步容納三個(gè)傳感器元件，每一傳感器元件還光學(xué)對(duì)準(zhǔn)到透鏡組合件610的三個(gè)透鏡。電 路小片620可進(jìn)一步容納一個(gè)或一個(gè)以上計(jì)算電路以處理來(lái)自三個(gè)傳感器元件的三個(gè)信 號(hào)，并產(chǎn)生復(fù)合圖像。出于簡(jiǎn)明起見，已在圖6中省略了系統(tǒng)600的其它方面，例如外 部連接、電路、機(jī)械緊固件和安裝硬件。圖7展示用于從兩透鏡系統(tǒng)(例如，圖1的系統(tǒng)100)產(chǎn)生圖像的方法的流程圖。 在方框705中，提供第一透鏡、第一光學(xué)過(guò)濾器和第一傳感器。這三個(gè)組件經(jīng)排列成光 學(xué)序列，其中光學(xué)過(guò)濾器位于透鏡與傳感器之間。來(lái)自待成像物體的進(jìn)入第一透鏡的可 見光被引導(dǎo)到與第一透鏡排列成光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的第一光學(xué)過(guò)濾器上。根據(jù)過(guò)濾器的馬賽克圖 案由第一光學(xué)過(guò)濾器過(guò)濾可見光。舉例來(lái)說(shuō)，如果第一光學(xué)過(guò)濾器是拜耳過(guò)濾器，那么 馬賽克圖案提供拜耳圖案中的紅綠藍(lán)過(guò)濾。經(jīng)過(guò)濾的光傳播到第一傳感器上。在方框710中，從第一傳感器中獲得與入射在第一傳感器上的光圖案相關(guān)的像素化 色度信息。在方框715中，提供第二透鏡和第二傳感器，且其排列成光學(xué)序列。來(lái)自待 成像物體的進(jìn)入第二透鏡的可見光不經(jīng)過(guò)濾地被直接引導(dǎo)到第二傳感器上。在方框720 中，從第二傳感器獲得可見光的未經(jīng)過(guò)濾的光譜的像素化亮度信息。這樣一種排列使得 甚至在物體經(jīng)受暗光曝光時(shí)也在成像系統(tǒng)中提供最佳的光通量靈敏度。在方框725處，從第一傳感器獲得的像素化色度信息與從第二傳感器獲得的像素化 亮度信息經(jīng)組合以產(chǎn)生物體圖像。圖8展示用于從三透鏡系統(tǒng)(例如，圖4的系統(tǒng)400)中產(chǎn)生圖像的方法的流程圖。 在方框805中，提供第一透鏡、第一光學(xué)過(guò)濾器和第一傳感器。這三個(gè)組件排列成光學(xué) 序列，其中光學(xué)過(guò)濾器位于透鏡與傳感器之間。從待成像物體進(jìn)入第一透鏡的可見光被 引導(dǎo)到與第一透鏡排列成光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的第一光學(xué)過(guò)濾器上?？梢姽庥傻谝还鈱W(xué)過(guò)濾器根據(jù) 過(guò)濾器的馬賽克圖案進(jìn)行過(guò)濾。舉例來(lái)說(shuō)，如果第一光學(xué)過(guò)濾器是紅綠過(guò)濾器，那么馬 賽克圖案提供紅綠過(guò)濾。經(jīng)過(guò)濾的光傳播到第一傳感器上。在方框810中，從第一傳感 器獲得與入射的第一光圖案相關(guān)的色度信息。在方框815中，提供第二透鏡、第二光學(xué)過(guò)濾器和第二傳感器。這三個(gè)組件排列成 光學(xué)序列，其中光學(xué)過(guò)濾器位于透鏡與傳感器之間。從待成像物體進(jìn)入第二透鏡的可見 光被引導(dǎo)到與第二透鏡排列成光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的第二光學(xué)過(guò)濾器上?？梢姽庥傻诙鈱W(xué)過(guò)濾器 根據(jù)過(guò)濾器的馬賽克圖案進(jìn)行過(guò)濾。舉例來(lái)說(shuō)，如果第二光學(xué)過(guò)濾器是拜耳過(guò)濾器，那 么馬賽克圖案提供紅綠藍(lán)拜耳馬賽克過(guò)濾。經(jīng)過(guò)濾的光傳播到第二傳感器上。在方框820 中，從第二傳感器獲得與入射的第二光圖案相關(guān)的色度信息。在方框825中，提供第三透鏡、第三光學(xué)過(guò)濾器和第三傳感器。這三個(gè)組件排列成 光學(xué)序列，其中光學(xué)過(guò)濾器位于透鏡與傳感器之間。從待成像物體進(jìn)入第三透鏡的可見 光被引導(dǎo)到與第三透鏡排列成光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的第三光學(xué)過(guò)濾器上?？梢姽庥傻谌鈱W(xué)過(guò)濾器
根據(jù)過(guò)濾器的馬賽克圖案進(jìn)行過(guò)濾。舉例來(lái)說(shuō)，如果第三光學(xué)過(guò)濾器是藍(lán)綠過(guò)濾器，那 么馬賽克圖案提供藍(lán)綠馬賽克過(guò)濾。經(jīng)過(guò)濾的光傳播到第三傳感器上。在方框830中， 從第三傳感器獲得與入射的第三光圖案相關(guān)的色度信息。在方框835中，第一、第二和 第三色度信息經(jīng)組合以產(chǎn)生物體的圖像。圖9展示用于從三透鏡系統(tǒng)(例如，圖3的系統(tǒng)300)產(chǎn)生圖像的方法的流程圖。 所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上文揭示內(nèi)容將理解圖9的各個(gè)方框。因此，出于簡(jiǎn)明起 見，本文不再重復(fù)上文提到的闡釋。陳述上文所述的實(shí)施例僅用于清楚地理解本揭示案的原理。在實(shí)質(zhì)上不脫離本揭示 案的情況下，可作出許多變化和修改。本文所有所述修改和變化均包含在本揭示案的范 疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種成像系統(tǒng)(300)，其包括第一亮度傳感器陣列(340)，其經(jīng)操作以從可見光的全光譜中產(chǎn)生第一像素化亮度信息；以及第一色度傳感器陣列(330)，其經(jīng)操作以從可見光的第一子光譜中產(chǎn)生第一像素化色度信息，且其中所述第一像素化亮度信息與所述第一像素化色度信息經(jīng)組合以產(chǎn)生物體的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括第一透鏡(335),其經(jīng)配置以從所述待成像的物體接收可見光的所述全光譜，且 經(jīng)操作以將可見光的所述全光譜引導(dǎo)到所述第一亮度傳感器陣列上第二透鏡(320),其經(jīng)配置以從所述待成像的物體接收可見光的所述全光譜；以及第一光學(xué)過(guò)濾器(325)，其在光學(xué)上與所述第二透鏡串聯(lián)排列，以接收由所述第 二透鏡引導(dǎo)到所述第一光學(xué)過(guò)濾器上的可見光的所述全光譜，且經(jīng)操作以將可見光 的所述第一子光譜傳播到所述第一色度傳感器陣列上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一光學(xué)過(guò)濾器(325)是拜耳濾色器， 其經(jīng)操作以傳播對(duì)應(yīng)于紅光、綠光和藍(lán)光的至少三個(gè)子光譜；且其中所述第一色度 傳感器陣列(330)經(jīng)操作以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)紅像素、 一個(gè)綠像素和一個(gè)藍(lán)像 素的色度信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一光學(xué)過(guò)濾器(325)包括四象限過(guò) 濾器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括第二色度傳感器陣列(315),其經(jīng)操作以從可見光的第二子光譜產(chǎn)生第二像素化 色度信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其中以所述第二色度傳感器陣列(315)的相應(yīng) 第一傳感器元件為參考，所述第一色度傳感器陣列(330)的第一傳感器元件在空 間上偏移。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括第二光學(xué)過(guò)濾器(305)，其中所述第二光學(xué)過(guò)濾器是拜耳濾色器，其經(jīng)操作以傳 播可見光的至少三個(gè)子光譜，所述三個(gè)子光譜包含入射在所述第二色度傳感器陣列 (315)上的可見光的所述第二子光譜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像系統(tǒng)，其中以所述第二光學(xué)過(guò)濾器的實(shí)質(zhì)上類似的馬賽 克過(guò)濾器圖案為參考，所述第一光學(xué)過(guò)濾器的馬賽克過(guò)濾器圖案在空間上偏移。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一和第二光學(xué)過(guò)濾器中的至少一者的 大小經(jīng)配置以提供所述成像系統(tǒng)的所需景深。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一和第二色度傳感器陣列中的至少一 者的大小經(jīng)配置以提供所述成像系統(tǒng)的所需景深。
全文摘要
本發(fā)明提供多種成像系統(tǒng)和方法。一種示范性系統(tǒng)(300)并入有多個(gè)透鏡，所述多個(gè)透鏡經(jīng)個(gè)別地配置以從待成像的物體接收可見光，且將此光引導(dǎo)到相應(yīng)的傳感器陣列上。接著從所述傳感器陣列中的一個(gè)或一個(gè)以上傳感器陣列中產(chǎn)生的信號(hào)得到亮度信息。當(dāng)需要色度信息時(shí)，在透鏡與相應(yīng)的傳感器陣列之間插入光學(xué)過(guò)濾器。所述光學(xué)過(guò)濾器中含有的馬賽克圖案經(jīng)定制以提供有利的色度信息?？墒褂镁哂胁煌R賽克圖案的一個(gè)或一個(gè)以上所述過(guò)濾器。從所述傳感器陣列獲得的亮度和色度信息經(jīng)組合以產(chǎn)生所述物體的圖像。
文檔編號(hào)H04N5/225GK101213830SQ200580042753
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者戴爾·W·施羅德, 拉塞爾·W·格魯爾克, 約翰·H·斯坦巴克 申請(qǐng)人:美光科技公司