[发明专利]由图像处理器执行的方法、图像处理器以及成像装置

说明书

本申请是申请日为2004年1月15日，申请号为200480002358.2， 发明名称为“具有图像增强功能的照相机”的专利申请的分案申请。

与相关申请的交叉参考

本申请要求提交于2003年1月16日的美国临时专利申请60/440, 561的权利。本申请与提交于2001年2月8日的美国专利申请09/778, 849有关，其中该专利作为美国2002/0145671 A1公开。以参考的方式， 将两个相关申请引入于此。

技术领域

本发明通常涉及一种由图像处理器执行的方法、图像处理器以及成 像装置。

背景技术

本领域内所公知的，例如基于CCD或CMOS传感器阵列的相机等数字 相机的固有分辨率，通常受制于传感器阵列自身的分辨率。为避免分辨 率进一步下降，此类相机中的物镜系统通常设计为，使得光学点扩散函 数(PSF)具有的范围小于阵列间距。换句话说，光学系统的设计是使物平 面的亮点的成像点不大于传感器阵列的一个像素。

由于焦点变化和像差，光学系统的PSF可能不够理想。在本领域中 采用许多方法，通过数字图像处理对此类PSF进行测量和补偿。例如， 美国专利6,154,574，描述了一种在图像处理系统中对没有对准焦点的图 像进行数字聚焦的方法，其中以参照方式将该专利的公开内容引入于此。 通过将散焦图像分解为子图像，获得平均阶跃响应，并对每幅子图像计 算边缘方向的阶跃响应。平均阶跃响应用于计算PSF系数，这些系数依 次用于确定图像恢复传递函数。在频域内，通过将没有对准焦点的图像 乘以该函数获得对准焦点的图像。

作为另一个实例，美国专利6,567,570描述了一种图像扫描器，通 过在扫描器内使用标杆(target)对PSF进行内部测量，其中以参照方式 将该专利的公开内容引入于此。该测量方法用于计算卷积内核，该内核 用于由扫描器采集的图像中，以部分补偿扫描器透镜系统的非理想性。

也可以在图像中加入特殊用途的模糊，创造特定光学像差的恒定性。 接着采用信号处理消除该模糊。此类技术描述于Optics Express 2003 年11期第2102至2108页中，Kubala等人所著的“降低计算机成像系统 的复杂性(Reducing complexity in computational imaging systems)” 一文中，其中以参照方式将其引入于此。作者将该技术称作“波面编码”。 特定的非球面光学元件用于在图像中生成模糊。该光学元件可以是单个 的独立元件，或者可以和光学系统的一个或多个透镜集成。例如，在美 国专利5,748,371和美国专利申请公开US 2002/0118457 A1，US 2003/0057353 A1和US 2003/0169944 A1中，描述基于此类波面编码的 图像处理方法和光学设计，其中以参照方式将这些专利的公开内容引入 于此。

发明内容

本发明的一些实施例提供改善数字成像系统的图像质量的方法和器 件。在制造生成高质量图像的、具有简单、低成本透镜(或者甚至不含透 镜)的数字相机时，这些方法和器件是特别有用的。然而，本发明所示的 光学设计和图像处理的新颖原理，同样适用于其他类型的数字成像系统。

在本发明的一些实施例中，一个电子成像相机包括一个图像传感器 阵列。该相机代表性地包括物镜系统，甚至在该光学器件的最佳焦点处， 光学器件将物体成像在PSF宽度基本上大于传感器阵列间距的阵列上。 (在一个实施例中，“物镜系统”简单的包括一个孔——具有一个大“针 孔”的性质——而根本没有透镜。)作为结果，由阵列自身采集的图像变 得模糊。集成在相机中的图像处理器，将消除模糊函数——代表性地以 去卷积滤波器的形式——应用于阵列的信号输出，以生成模糊程度降低 的输出图像。通过以下描述的图像处理的新方法，可以得到模糊程度的 降低。这些方法可以设计和使用具有较低固有PSF的相机光学器件，同 时恢复传感器阵列生成的电子图像，以提供可接受的输出图像。

代表性地，物镜系统关于光轴圆柱对称。换句话说，如果光学器件 绕光轴旋转，形成于传感器阵列上的图像——以及因此而必须应用于图 像中的消除模糊函数——是基本上不改变的。相反的，如发明背景中引 用的公开中描述的那样，基于波面编码的系统有意地使用打破圆柱对称 的光学器件。因而，这些系统要求奇特的光学元件，并对光学器件的旋 转校准的变化非常敏感。