[发明专利]具有可调节光学器件的成像系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及成像领域，并且特别涉及通过具有可调节光学器件的成像系统的成像。

背景技术

在过去几年中，例如数码相机的数字成像系统在成像技术中发挥了显著作用。数码相机的特征在于一个或多个内置处理器以及它们以数字的形式记录图像。由于其电子特性，数码相机(或数码相机模块)可以容易地与其他电子设备集成，移动通信设备(移动终端)是目前所述电子设备的常见例子。依赖于主设备(也即，与相机模块集成的设备)，相机模块可以与所述设备的若干其他组件和系统通信。例如，在相机电话中，相机模块通常可操作地与一个或多个处理器通信，并且在数码相机的情况下，设备可以包括一些其他类型的专用信号处理组件。

数字成像系统背景中的可调节光学器件涉及使用电控图像调焦来调节待捕获图像的属性的可能性，其中电控图像调焦例如自动调焦和光学缩放功能。这些操作正在成像设备中变得越来越重要。自动调焦和缩放可以通过具有移动镜头组件的传统透镜光学器件实现，或者现在还可以使用基于具有可调节形状或其他可调节手段以影响其屈光力的镜头的光学系统来实现。

成像系统包括镜头系统，其对光线进行聚焦以创建场景图像。光被聚焦到半导体器件上，其电子式地对光进行记录。该半导体器件通常可以是例如CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合器件)传感器。传感器主要包括光敏像素的集合，其将光转换为电荷，该电荷进一步转换为数字图像数据。在所述传感器上，可以使用称为像素组合(binning)的技术。像素组合技术对相邻像素的电荷进行组合，以提高成像系统的有效灵敏度并减少图像中的像素数量。

成像系统还包括快门装置。主要的快门类型是全域(global)快门和卷帘(rolling)快门。目前，卷帘快门与CMOS传感器结合使用，全域快门与CCD传感器结合使用，但是也可以按照不同的方式来使用快门。快门装置用来限制图像传感器的曝光。快门操作至少包括例如重置、曝光和读取操作的操作，但是也可以进行例如打开和关闭的操作。全域和卷帘快门装置两者都可以电子地或机械地实现，但是在机械实现中，还可以使用可变孔径或中性密度(ND)滤光片。卷帘快门的公知特征是其基本上逐行地曝光图像，而全域快门旨在基本上同时地曝光图像中的所有像素。

成像系统还包括焦点检测器，其测量通常来自一个或多个图像区域的当前焦点值，并且结果在同样包括在成像系统中的控制功能中使用。焦点的测量通常基于相邻图像区域之间的对比度，因此，控制功能通过最大化图像中的对比度来设法找到该图像的最佳焦点。

成像系统还包括曝光检测器，其测量图像像素中的当前曝光水平，并且其结果也在控制功能中使用。控制功能使用当前曝光水平，并将其与目标曝光水平进行比较。根据该比较来控制曝光时间、模拟增益、数字增益、孔径和ND滤光片。控制功能还使用从用户接口接收到的信息。例如，如果用户想要放大图像，控制功能开始改变镜头位置。在镜头系统移动时使用光学器件驱动器，并且通常由I2C(内置集成电路)命令或使用脉冲宽度调制(PWM)信号对其进行控制。

成像系统还可以包括或连接输入设备(例如，用于缩放、场景选择和快门控制的控制按钮)。闪光也是成像系统中通常使用的。包括焦点检测器、曝光检测器、控制功能和实际图像处理在内的所有图像处理可以在相机模块中、相机处理器中、应用引擎中、基带引擎中或其任意组合中进行。还可以使用软件或硬件处理块来实现处理。至少图像处理的检测器和控制功能必须实时地进行操作。

在此描述中，成像可以指静态成像、视频成像或取景器成像。静态成像产生以不移动为特征的视觉信息。静态图像在拍摄之后立刻存储在存储器中。视频成像产生随时间改变的运动视觉表示。在视频成像中，获得一系列视觉表示，以便在连续显示时给出动画的效果。取景器成像提供用于取景器显示的图像。数字成像系统的取景器通常是集成彩色显示器，其提供用户正在捕获的场景的预览。在显示器上看到的取景器图像通常从图像传感器获得，并在传感器或处理器中从其原始分辨率按比例缩小之后显示在取景器显示器上。取景器图像通常无需存储。优选地，应当在取景器显示器上迅速地、延迟最小地更新取景器图像，以便提供良好的实时感觉和对用户的响应。

成像中的调焦可以自动完成(自动调焦)，或包括用户交互而手动完成。此外，可以通过使用单拍自动调焦或使用连续自动调焦来实现自动调焦(AF)功能。通常在捕获静态图像时应用单拍自动调焦，并且在视频成像中应用连续自动调焦。