[发明专利]多次曝光光学成像设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于存储电子形式的光学图像的设备，更具体来说，涉及用于存储静止图像、视频图像或者它们两者的数字照相机。

背景技术

数字照相机发展的趋势是通过增加相机的图像转换器中的像素数量来提高空间分辨率。转换器是一种形式的光检测传感器，通常是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。对于给定大小的光传感器(例如标准单镜头反光(SLR)照相机的24mm×36mm传感器面积)，增加像素数量意味着减小各像素的大小。但是，更小的像素收集更少光子，它减小照相机的信噪比。已知的是可通过若干方式来缓解这个问题：通过使用微透镜阵列来增加光线收集效率；通过改进像素的设计和制作，以便减小噪声；和/或通过使用信号处理算法从感有噪数据提取实时信号。

然而，现有技术的光传感器仍然受到收集光子的散粒噪声以及转换器电路的电子噪声限制。光线的散粒噪声是基本的并且无法减小，而电子噪声可通过冷却传感器来减小，但是以增加的功耗为代价。因此，对于可放入SLR照相机的典型面积的像素数量存在实际限制。

目前具有最高分辨率(16.7百万像素)的数字SLR照相机是由Canon制造的EOS IDs Mark II照相机。这种照相机的分辨率相当于相同大小的ISO 100胶片，并超过许多ISO 400胶片。有人会说，具有比Canon EOS IDs Mach II更高像素密度的传感器目前是不必要的，但是，对于更高分辨率的需求似乎继续发展-看来始终有摄影师追求具有更高百万像素密度和更高感光度的照相机。(注意，较高像素数量存在于中等帧格式照相机中，但较高密度则没有。)

因此，数字照相机领域中存在对于较高空间分辨率的数字照相机的需要，该较高空间分辨率的数字照相机不会遭受到伴随使用较小大小像素的增加的噪声问题。

另外，在一些数字照相机中，光传感器包含本领域所说的死区，即传感器表面面积中对光线不灵敏或者屏蔽了光线的部分。通过减少传感器表面面积中感光的部分，死区的部分同样减小空间分辨率。各种光传感器设计产生死区；例如，在一种设计中，各像素可包含光电管(photocell)以及由横向相邻的存储单元(或读出单元)形成的死区；在另一种设计中，传感器可包括对不同波长的光线(如原色)进行响应的光电管，其中，例如蓝和绿光电管相对红光电管被认为是死区；以及在又一种设计中，传感器可包括对不同强度的光线进行响应的光电管，其中，例如对较低强度灵敏的光电管相对于对较高强度灵敏的光电管被认为是死区。

不管设计成数字照相机的光传感器的死区的类型，本领域还需要增加这类照相机的空间分辨率。

发明内容

根据本发明的一个方面，用于存储对象的光学图像的设备包括具有多个像素的成像设备，各像素包括光传感器和耦合到传感器的多个存储单元。透镜系统把来自对象的光线聚焦到成像设备。在各像素中，存储单元的第一个配置成存储对应于它的传感器对来自对象的光线第一次曝光的数据，以及存储单元的第二个配置成存储对应于它的传感器对来自对象的光线第二次曝光的数据。在一个优选实施例中，像素设置在阵列中沿第一方向延伸，并且在第一与第二次曝光之间的时间间隔中，平移器(translator)配置成在第二方向产生成像设备与透镜系统的焦点之间的相对平移或偏移。在一个实施例中，第二方向穿过第一方向。在一个优选实施例中，各像素包括感光区域，并且使像素偏移某个距离，该距离近似等于在第二方向所测量的感光区域的间距的一半。

这样，通过增加传感器的像素的有效数量而没有增加像素的实际数量，来提高空间分辨率。因此，仅具有N个像素的传感器具有带2N个像素的传感器的有效分辨率。

根据本发明的另一个方面，一种生成表示对象的光学图像的电子数据的方法包括以下步骤：(a)使对象发出的光线入射到光学成像设备的像素上；(b)在步骤(a)中提供像素的多次曝光，每次曝光在像素中生成电子图像数据；以及(c)在每次曝光之后，将数据转移到读出设备的子集，不同子集在连续转移操作期间接收数据。

因此，通过在传感器的不同空间位置的图像数据的多次曝光和读出，来实现空间分辨率的提高。

在本发明的又一个实施例中，增加动态范围而无需在第一与第二曝光之间平移成像设备。但是，在这种情况下，这些曝光具有不同的时长。

附图说明

通过以下结合附图的更详细描述，可易于理解本发明及其各种特征和优点，附图包括：

图1是根据本发明的一个实施例的数字照相机的框图；