CN102739949A - 多镜头相机和多镜头装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

这种改进的设备拥有多镜头和多传感器的相机模块。该装置有一个调整多镜头和传感器角度的新机制。这个新装置运用了一个新原理使每个镜头和传感器的透视角度相融合，被多镜头模块合成的图像有着很高的质量和令人满意的特性，如高分辨率，高景深，高色彩度，高信噪比，高动态范围，高敏感度和其他特性。

Description

多镜头相机和多镜头装置的控制方法

发明背景 

本发明涉及一种改进了的仪器，此仪器包括安装在同一平面内的多镜头和多传感器的数码相机模块，安装在每一个传感器和镜头上的制动器，以及一个安装在传感器和制动器上用来数据处理和控制的图像数据的处理器。 

摘要 

这种改进的设备拥有多镜头和多传感器的相机模块。该装置有一个调整多镜头和传感器角度的新机制。这个新装置运用了一个新原理使每个镜头和传感器的透视角度相融合，被多镜头模块合成的图像有着很高的质量和令人满意的特性，如高分辨率，高景深，高色彩度，高信噪比，高动态范围，高敏感度和其他特性。 

背景 

众所周知，图像数据人类获取的最重要的信息之一，而数码相机可以直接以数字方式获取它。然而，自1840年美国第一个有关摄像的专利No.1582即：Alexander Wolcott设计的照相机起，单镜头和单传感器设置一直支配着相机的设计。现如今几乎所有的相机都有单镜头的配置。 

数码相机在现有技术中最广为人知。越来越多的数码相机也正在被纳入移动电话和其它移动设备。于等人在名为“多镜头和多传感器在数码相机中的应用”的美国专利No.6,611,289中发明了多镜头和多传感器数码相机。1999年1月于等人首次申请了利用与多镜和多个传感器获取图像的专利。在该专利中，多个图像数据可以被获取，而且最终的图像可以用图像处理机制作合成。 

后来柯达申请了类似的美国专利，专利号为No.7,305,180，Labaziewicz等人申请的题为“数码相机使用多个镜头和图像传感器提供更大变焦范围”的专利。另一项类似的美国专利是由Gruhlke等人在04年12月15号申请的，题为“多镜头成像系统和使用光学过滤器产生马赛克图案” 

单镜头数码相机的缺点很明显。例如，单镜头只能聚焦在一定距离的一个平面内。虽然单镜头可以精确地聚焦于一个给定距离，在远离焦距或近于焦距的位置图像清晰度递减，在景深(景深是指远近两端聚焦清晰的景物之间的距离)范围内，这种不清晰在一定视图范围内是可以接受的。 

景深通常取决于主体的距离，镜头焦距，镜头焦距比和像素的大小。它一般由焦点和光学衍射所控制。如果主体距离确定，景深大体取决于主体位置和焦距比数。对于给定的焦距比，加长距离，或者使用更大的焦距镜头，就会减少景深。 

在某些情况下，最好能使整个图像都同样清晰。例如，三维立体电影摄影或摄影，大范围区域和所有物体清晰的高景深，能使观众随意选择物体和画面任意的细节自由观看。低景深问题可能限制甚至影响观影观众对画面的体验。对于单镜头或双镜头进行画面立体化过程中这种景深问题几乎不可能被完全解决。这种问题只能通过准确选择光圈和曝光时间等参数来减轻。 

另一个缺点是单镜头和单传感器数码相机的有限的动态范围(以下简称为DR)。一些技术可以被用来缓解这些问题。高动态范围(以下简称HDR)技术的照片(如图[4])一般是通过使用包围曝光方法捕捉多个不同曝光的图像，然后把图像合并成一个HDR图像。然而，这种技术不能用于视频或拍照快速移动物体的条件下。换句话说，这种方法的瞬时分辨率低。不过若用上文提到的美国专利No. 6,611,289，多镜头和多传感器的相机可以利用在同一时间的多重曝光的方法，产生具有巨量细节和极高动态范围图像。原来方法的局限性就被解决了。 

本发明的概要 

本发明的目的，是提供更好的数码相机和摄像系统。特别是本发明使用了多镜头和多传感器。这种装置可以改进手机中内置的数码相机，它是美国发明专利No.6,611,289的延续。 

本发明的特点和优点是上述相机系统能利用多个非常小的光学镜头取代单个大光学镜头而达到同样的图片清晰度效果。同时，这种数码相机可以被纳入一个移动设备进行数据采集，计算，通信传输和娱乐。这种移动设备可以是无线电话，手机，PDA(掌上电脑)的PMP(便携式媒体播放器)，便携式摄像机，便携式电脑或娱乐设备。 

该仪器中有一个处理器包含在上述相机模块中。该处理器可以处理分析已拍摄的照片并控制相机模块中每一个单一镜头。这也就是选定的相机模块中的分析过程。 

这就是说发明的优点在于，用户可以自由设置相机不同的模式。相机模式和图像质量指标等参数可自动适应调整以适应不同的情况。例如，这种相机可以校准，集合，使多个图像组合成一个分辨率更高的图像。或者，它可以被配置为高灵敏度相机来抑制噪声。 

现在将本发明的具体实现以示例图方式予以解释，其中： 

简要说明不同图片的意义 

图1是移动通信设备的方框图； 

图2显示了移动通信设备的面部构造； 

图3显示了移动通信设备的背部构造； 

图4显示了一个由具有液晶显示数码相机每个捕获图像传感器拍摄的部分集合显示的图像； 

图5显示了调整镜头的的机械驱动器 

这是一个众所周知的技术，移动设备的主要功能模块包括以下。 

如图1所示，有如下几点：立足波段处理器120，RF(射频)收发器126，天线125，液晶显示器121，键盘124，扬声器127，麦克风128，内存116和122(ROM和RCM)电池123，应用处理器114，处理器用于图像处理，并且在本发明中同时用于控制多镜头和多传感器相机。图像传感器是103，105，107和109。102，104，106和108是镜头。110，111，112和113是传输图像信息的电缆。传感器数量可变，在上述图1所示，它有九个镜头和传感器。115表示未添加的镜头及传感器。101是摄像机拍摄的对象。 

图2，这显示了移动设备的有镜头的一侧，201移动设备的机身。202是接收全部可见光光谱的镜头和传感器。(F，代表全谱)203是接收红色光谱的镜头和传感器。204是接收蓝色光谱的镜头和传感器。 

图3显示了移动设备的前端，301是移动设备的机身，302是接收和发送无线电信号的天线。303是显示器，它可以LCD(液晶显示)，以显示这些获取的图像和其他各种使功能更加完善的信息，如无线通信，媒体播放，图像捕捉，等等。 

本发明有两种基本模式：图像对齐和缝合模式和质量增益模式。图4显示了传统的由移动设备捕获的图像。401显示的图像是由每个单一镜头和传感器所捕捉的部分图像对齐缝合而形成的整体图像。402表明在图片质量增益模式下，所有的镜头和传感器同时捕捉同一画面，使画面重叠达到最大。 

对于图像对齐和缝合模式，用户可以设置多个镜头，各自瞄准一个方向，每个传感器覆盖了图像的不同部分，但可以有一些重叠。处理器发出指令使图像无缝连接在一起，形成一个高分辨率图像。应当指出的是，相机镜头和传感器可以自动调节其对准拍摄的区域。这样做的结果是使适当的区域可以 6,611,289，多镜头和多传感器的相机可以利用在同一时间的多重曝光的方法，产生具有巨量细节和极高动态范围图像。原来方法的局限性就被解决了。 

本发明的概要 

本发明的目的，是提供更好的数码相机和摄像系统。特别是本发明使用了多镜头和多传感器。这种装置可以改进手机中内置的数码相机，它是美国发明专利No.6,611,289的延续。 

本发明的特点和优点是上述相机系统能利用多个非常小的光学镜头取代单个大光学镜头而达到同样的图片清晰度效果。同时，这种数码相机可以被纳入一个移动设备进行数据采集，计算，通信传输和娱乐。这种移动设备可以是无线电话，手机，PDA(掌上电脑)的PMP(便携式媒体播放器)，便携式摄像机，便携式电脑或娱乐设备。 

该仪器中有一个处理器包含在上述相机模块中。该处理器可以处理分析已拍摄的照片并控制相机模块中每一个单一镜头。这也就是选定的相机模块中的分析过程。 

这就是说发明的优点在于，用户可以自由设置相机不同的模式。相机模式和图像质量指标等参数可自动适应调整以适应不同的情况。例如，这种相机可以校准，集合，使多个图像组合成一个分辨率更高的图像。或者，它可以被配置为高灵敏度相机来抑制噪声。 

现在将本发明的具体实现以示例图方式予以解释，其中： 

简要说明不同图片的意义 

图1是移动通信设备的方框图； 

图2显示了移动通信设备的面部构造； 

图3显示了移动通信设备的背部构造； 

图4显示了一个由具有液晶显示数码相机每个捕获图像传感器拍摄的部分集合显示的图像； 

图5显示了调整镜头的的机械驱动器 

这是一个众所周知的技术，移动设备的主要功能模块包括以下。 

如图1所示，有如下几点：立足波段处理器120，RF(射频)收发器126，天线125，液晶显示器121，键盘124，扬声器127，麦克风128，内存116和122(ROM和RCM)电池123，应用处理器114，处理器用于图像处理，并且在本发明中同时用于控制多镜头和多传感器相机。图像传感器是103，105，107和109。102，104，106和108是镜头。110，111，112和113是传输图像信息的电缆。传感器数量可变，在上述图1所示，它有九个镜头和传感器。115表示未添加的镜头及传感器。101是摄像机拍摄的对象。 

图2，这显示了移动设备的有镜头的一侧，201移动设备的机身。202是接收全部可见光光谱的镜头和传感器。(F，代表全谱)203是接收红色光谱的镜头和传感器。204是接收蓝色光谱的镜头和传感器。 

图3显示了移动设备的前端，301是移动设备的机身，302是接收和发送无线电信号的天线。303是显示器，它可以LCD(液晶显示)，以显示这些获取的图像和其他各种使功能更加完善的信息，如无线通信，媒体播放，图像捕捉，等等。 

本发明有两种基本模式：图像对齐和缝合模式和质量增益模式。图4显示了传统的由移动设备捕获的图像。401显示的图像是由每个单一镜头和传感器所捕捉的部分图像对齐缝合而形成的整体图像。402表明在图片质量增益模式下，所有的镜头和传感器同时捕捉同一画面，使画面重叠达到最大。 

对于图像对齐和缝合模式，用户可以设置多个镜头，各自瞄准一个方向，每个传感器覆盖了图像的不同部分，但可以有一些重叠。处理器发出指令使图像无缝连接在一起，形成一个高分辨率图像。应当指出的是，相机镜头和传感器可以自动调节其对准拍摄的区域。这样做的结果是使适当的区域可以 被拍摄。处理器给基于LUT上的每个传感器的制动器发出指令来完成上述调节过程，而LUT由校准程序定义。所以图像可以被分析，所有机械不协调可以被补偿和减小。由图四可知，每个镜头所对准的区域可以再液晶屏幕上显示。 

这个过程可以描述如下表 

当然，用户可以介于两个模式之间进行调整，这样得到的图像更为平衡全面。 

图5：描绘了镜头和驱动器工作原理。原件502是数码相机镜头。原件503是传感器。原件504是将电能转换为机械运动和控制等运动的楔子，它可以使镜头和传感器模型506倾斜移动，使镜头瞄准主体区域。执行器由504处理器控制。元件506，508，509和510是相机模块中的镜头。图中展示的镜头508和506是处于图像增强模式，他们在同时瞄准同一对象。图中509和510镜头处于图像对齐和缝合模式，镜头分别对准不同区域并且有小部分重叠。 

实例1：图像对齐和缝合模式 

现在将以附录图展示安装有本发明的移动设备。本例中9个传感器。图1至4展示了有多传感器和多镜头的移动终端。视图401展示了其中一个传感器的视野范围。每个传感器只拍摄图像的一部分，处理器最后把多个图像链接成一个大的完整图像。第十传感器拍摄整体形象来引导传感器来控制执行器覆盖整个图像。执行器504受处理器实时控制。这就是说每一个传感器都会增强主传感器的图像清晰度，使图像分辨率更高。 

实例2：图片质量增益模式 

现在将以附录图展示安装有本发明的移动设备。图1至4展示了有多传感器和多镜头的移动终端。 

参考：

[1]美国专利No 6,611,289″Digital cameras using multiple sensors with multiple lenses″by Yu et al.

[2]美国专利No 6,914,635″Microminiature zoom system for digital camera″by Ostergard et al.

[3]“PTAssembl er”http://www.tawbaware.com/ptasmblr.htm；

[4]www.cambridgeincolour.com/tutorials/high-dynamic-range.htm。

Claims (9)

1.多镜头多传感器相机系统和手机系统及屏幕和制动器都与镜头和传感器相连接。用户可以以不同角度和不同重叠方式欣赏图片。

2.在权利要求1中提到的相机有一个应用处理器处理由多个镜头和传感器捕捉的图像信息。

3.权利要求2中提到的相机有一个应用处理器处理图像信息并实时控制镜头和传感器。

4.权利要求2中提到的相机系统中的制动器可以调整镜头倾斜角度，用户可以获取高重叠或低重叠的影像。

5.权利要求1中提到的相机可以通过光谱过滤获得部分光谱的图片，当然也可以获取全部光谱的图片。

6.权利要求2中提到的相机系统可以处理并压缩图片信息并可以储存进硬盘或通过无线的方式传输信息。

7.权利要求2提到的相机可以无任何条件的执行所有一般相机的功能：白平衡，光学和机械校正，自动对焦，光圈控制，自动曝光控制，自动景深场的控制，去模糊，图像稳定，低灵敏度设置(低速)，高感光度设置(高速)，高动态范围设置等等。

8.权利要求7中提到的相机系统同时集成了基础处理器和应用处理器，所以低价格和高质量可以同时实现。

9.权利要求1中提到的相机可以有LCD显示器或其它能实时显示的屏幕显示器，其能够在拍摄过程中或拍摄后展示图片信息。 

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