[发明专利]提供改进的聚焦能力的多镜头照相机

说明书

技术领域

本发明涉及产生数字图像文件的数字照相机，并且更具体地，涉及使用多个镜头和图像传感器来提供改进的聚焦能力的数字照相机。

背景技术

目前，大部分数字照相机使用变焦拍摄镜头和单一彩色图像传感器来拍摄静止和运动图像。然后处理拍摄的图像以产生数字图像文件，该数字图像文件存储在照相机中的数字存储器中。然后该数字图像文件可以被传送到计算机，被显示、打印并通过网络共享。

为了拍摄运动被摄体的清晰图像，数字照相机需要提供精确的自动镜头调焦系统(即自动调焦系统)。自动调焦系统必须能够快速地获取正确的聚焦，以便最小化按下快门按钮的时间与拍摄静止图像的时间之间的“快门延迟”。自动调焦系统还必须工作在拍摄视频图像的连续图像拍摄模式下。例如，在视频模式下，在正在连续拍摄视频图像时，应该实时地调节焦距。

许多数字照相机和扫描仪使用图像传感器和具有可调焦距的拍摄镜头系统来拍摄图像。典型地，可以通过感测、控制以及驱动系统将这样的可调焦距拍摄镜头系统的焦距自动地设置为多个不同设置中的一个，其中所述感测、控制以及驱动系统被适配为提供在场景中被确定为被摄体区域的区域的最优聚焦。自动提供基于焦距测量和可调焦距镜头的可调焦距设置的镜头系统在这里被称为自动调焦系统。数字照相机典型地使用如下两种自动调焦系统中的一个：测距系统和“通过透镜”调焦系统。

测距系统使用诸如声波测距器或双镜头测距器的测距传感器来确定从照相机到测距系统的视场内的场景的一个或多个部分的距离。声波测距器测量发射的声波信号和反射的声波信号之间的相位偏移以推断到场景中的被摄体的距离。双镜头测距器包含沿拍摄匹配的成对图像的两个匹配的传感器区域分离开距离的两个镜头。双镜头测距器通常以双镜头测距器模块的形式在数字照相机上被使用，所述双镜头测距器模块包含沿拍摄匹配的成对低分辨率图像的两个匹配传感器区域分离开距离的两个镜头。

普通双镜头基于测距器的自调焦系统包括主动和被动系统。主动系统主动地将光发射到场景上，而被动系统与来自场景的可用光一起工作。双镜头测距器模块可以从Fuji Electric在诸如FM6260W的一些型号中购买。用于诸如照相机的光学设备的双镜头测距器模块在1986年8月16日授权给Haruki等人(并转让给Fuji Electric)的美国专利第4,606,630号中被描述。根据这个专利中的现有技术的说明，分析匹配的成对低分辨率图像以得到两个图像之间的相关性，从而确定由两个镜头之间的分开而引起的这两个图像之间的偏移。

这里在图27中示出表示传统的测距器的操作原理的图。在该图中，来自被摄体151的光入射到两个小透镜152和153上，这两个小镜头具有足够短的焦距f从而使得通过不同的间隔开的路径154和155从被摄体所接收的光线在透镜152与153共用的焦平面156内生成相应的间隔开的图像157和158。当被摄体151位于无穷远距离处时，图像157和158的中心位于图27中的基准位置170和180处，但是当被摄体151位于较近的距离处时，图像的中心偏移到位置171和181。如果图像157和158从基准位置170和180而偏移的距离被分别表示为x₁和x₂，那么总位移x可以表示如下：

x＝x₁+x₂＝b·f/d

因此，到被摄体151的距离d可以由d＝b·f/x来测量。在这种情况下，b是小透镜的光轴之间的距离，即基长(base length)。为了获得偏移量x₁和x₂或者二者的和x，在焦平面156内配置两个光学传感器阵列190和191，如图27所示。这些光学传感器阵列每个均包括多个光学传感器(例如CCD装置)，并且由每个光学传感器生成与入射到传感器上的图像部分的光强度相对应的模拟光电信号。Haruki等人示出了传统的电路，以及根据本专利的速度更高的测距电路，该测距电路通过比较包括来自左光学传感器阵列和右光学传感器阵列的数字图像信号的两个图像信号列来获得偏移距离的总和x。

基本地，沿着镜头分离距离b和焦点距离f使用偏移信息x来通过三角测量法来计算到场景的距离。使用所计算出的到场景的距离d来指引可调焦距镜头的定位以产生最好的图像质量。如现有技术所已知的，该调节可以基于在由双镜头测距器模块所测量的到场景的距离与通过“通过透镜”自动调焦系统所生成的一系列最佳聚焦图像之间所建立的校准曲线。将该校准曲线作为等式或查找表存储在照相机中的微处理器中。