[发明专利]用于多孔径成像的闪光系统

说明书

技术领域

本发明涉及处理多孔径像数据，尤其是，虽然不是专门地，涉及用于形成情景的像的方法和系统，以及使用该方法的计算机程序产品。

背景技术

目前，照相机中使用的所有光学系统中存在的限制，是在孔径与景深（DOF）之间的权衡。孔径确决定进入照相机的光量，而DOF确定在像被捕获时，离焦点对准的照相机的距离范围。孔径越宽大（更多的光被接收），DOF受到的限制也越大。

在许多应用中，孔径与DOF之间的权衡是显而易见的。例如，大多数移动电话有固定焦距透镜，因此只有在有限范围内的对象是焦点对准的。它还在照相机的孔径设定上设置制约，该照相机必须有相对小的孔径，以确保尽量多的物体是焦点对准的。这种权衡降低照相机的性能，在低光情况下通常使快门速度降低4或8倍。

此外，在低光应用中，要求宽大的孔径，这导致DOF的损失。在有物体离照相机不同距离的照片中，即使用调焦的透镜，还是有一些物体是焦点没有对准的。宽大孔径透镜对光学性能要求更大的精密度，从而是昂贵的。

现有技术中增大DOF的技术是大家知道的。一种被称作“焦距迭层”的技术，组合在随后的时间点和在不同的焦距上捕获的多个像，以便产生比任何一个个别源像有更大景深DOF的合成像。焦距迭层的实施，要求照相机电子装置的适应和大体上的（非线性）处理，以及相对大量的像数据的像分析。此外，因为焦距迭层要求在随后的时间瞬间捕获多个像，所以该技术对运动影像模糊（motion blur）是敏感的。

另一种解决途径由Green等人在论文“Multi-aperture photography”，ACM Transaction on Graphics，26（3），July2007，pp.68:1-68:7中描述。在该文章中，作者建议使用的增大DOF的系统，是用不同的孔径大小同时捕获多个像。该系统使用把孔径分解为中央圆盘和一组同心环的孔径分解反射镜。然而，该孔径分解反射镜制作复杂并产生高的光学像差。此外，这种孔径分解反射镜在照相机中的实施，要求需要精确对准的相对复杂的光学系统。

因此，在现有技术中需要一种简单和廉价的方法和系统，用于改进成像系统中的景深。

有国际专利申请号PCT/EP2009/050502和PCT/EP2009/060936的PCT申请，描述通过使用组合彩色和红外成像技术二者的光学系统，使固定焦距透镜成像系统的景深扩展的方式，这些专利申请通过引用被合并于此。适合在彩色和红外光谱二者中成像的像传感器，以及波长选择多孔径的孔径的组合使用，允许有固定焦距透镜的数字照相机，以简单和合算的方式，使景深扩展和ISO速度增加。它要求已知的数字成像系统较少的适应，从而使该过程特别适合于大规模生产。

再者，有国际专利申请号PCT/EP2010/052151和PCT/EP2010/052154的PCT申请，描述通过多孔径成像系统的使用，产生深度映射的方式，这些专利申请也通过引用合并于此。

虽然多孔径成像系统的使用，给出大体上优于已知数字成像系统的优点，但本领域还需要可以提供有更进一步增强功能的多孔径成像系统的方法和系统。

发明内容

本发明的目的，是降低或消除至少一种现有技术中已知的缺点。本发明的第一方面，涉及一种用于形成情景的像的方法。该方法包含步骤：通过使用至少第一孔径把像传感器对来自电磁波（EM）频谱的第一部分辐射曝光，并且使用有与第一孔径不同大小的至少第二孔径，对来自EM频谱的第二部分辐射曝光，捕获该情景的第一像；以及在由来自EM频谱的第一部分辐射产生的第一像的像数据的基础上，和在由来自EM频谱的第二部分辐射产生的第一像的像数据的基础上，形成该情景的像。与捕获该第一像的同时，该情景被用来自EM频谱的第二部分辐射照明。

按本文的使用，“用辐射照明该情景”是指用光学波长的EM辐射（如，红外的、可见的或紫外的辐射）照明该情景。此外，按本文的使用，“用辐射照明该情景同时捕获该像”是指照明动作至少与一部分使像传感器对辐射曝光的动作重合。照明的持续时间能够小于像传感器对辐射曝光的持续时间。

通过用来自两个不同孔径的辐射曝光像传感器，该光学系统的DOF能够以非常简单的方式被改进。该方法允许固定焦距透镜有相对宽大的孔径，因此有效地在低光情况下操作，同时提供导致更清晰照片的更大DOF。此外，该方法有效地增加透镜的光学性能，降低要求达到相同性能的透镜的成本。