[发明专利]具有改善的图像质量的图像获取装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像获取装置，并且具体涉及一种用于电子装置的具 有改善的图像质量的图像获取装置。

背景技术

近来，图像获取装置已经广泛地用于诸如照相机、移动电话、网络摄 像机和笔记本电脑的便携式和非便携式装置。这些图像获取装置通常包括 诸如CCD或CMOS传感器的电子图像探测器，用于将视场内的物体投影到 该探测器上的透镜系统以及用于接收和存储由探测器提供的电子数据的电 子电路。

分辨率和光学变焦是这种图像获取装置的两个重要的性能参数。

图像获取装置的分辨率指的是物平面上能够具有的两个点源间的最小 距离，以致该图像获取装置能够区分这些点源。分辨率取决于如下事实： 即由于衍射和像差的作用，每个光学系统投影的点源不是点而是具有预定 宽度和特定光强分布的圆盘形(disc)。光学系统对于点光源的响应是已知 的点扩展函数(PSF)。

图像获取装置的整体分辨率主要取决于下述两种分量中的较小的那 个：光学投影系统的光学分辨率和探测器的分辨率。

这里，将光学投影系统的光学分辨率定义为其PSF的半高宽(FWHM)。 换句话说，两个点光源的投影的光强分布的峰值必须隔开至少PSF的 FWHM以使得图像获取装置区分开这两个点光源。然而，分辨率也可以定 义为取决于PSF的不同值，例如半高宽的70％。光学分辨率的这种定义可 以取决于探测器的灵敏度和由该探测器接收的信号的估值。

在这里将探测器的分辨率定义为该探测器的两个相邻传感器像素的间 距(即，中心到中心的距离)。

光学变焦表示图像获取装置相比于未放大的图像以更好的分辨率获取 部分视场的原始图像的能力。这里，假定在传统的图像获取装置中，整体 分辨率通常由探测器的分辨率限定，即PSF的FWHM可以小于两个相邻传 感器像素之间的距离。因此，可通过选择部分视场且增加用于该部分视场 的光学投影系统的放大率来提高图像获取装置的分辨率。

例如，X2光学变焦指的是与X1光学变焦相比，图像获取装置的全部 传感器像素获取图像的每一维的一半的情形。

在本文中，“光学变焦”与“数字变焦”之间的差别在于施加“数字变焦” 仅相当于信号插值而实际上没有提供附加的信息。就此而言，“光学变焦” 则包括投影的局部图像的放大并提供更多信息和更好的分辨率。

在现有技术中，实现光学变焦包括改变透镜之间的距离和/或改变透镜 模块中的某些透镜的焦距。

一种用于获得光学变焦的传统方式是通过可有效改变光学系统的放大 率的机械设备。这可以通过在控制像平面的位置的同时，通过机械地移位 一个或多个透镜来改变光学投影系统的透镜的距离来实现。然而，这种传 统的图像获取系统需要包括几个透镜的复杂机械系统以及驱动该透镜系统 的控制。该机械系统体积大、重量重，容易出现机械故障并且价格昂贵。

可替换地，用于获得光学变焦的其它现有技术是基于可变焦距透镜。 在这种实施例中，透镜系统中的单个透镜能够在电场或机械压力的作用下 改变它们的焦距。这些透镜通常填充有一种或多种液体并且能够改变它们 的形状并因此改变透镜焦距。与固定焦距系统相比，这种技术方案通常导 致较差的图像质量。而且，它们通常容易出现疲劳和老化效应。

上述光学系统通常需要具有可能的高压电路的移动部件和/或特殊的驱 动器并且不是成本节约的技术方案。

因此，本发明的目的在于提供一种适于防止上述缺点的具有改善的图 像质量的图像获取装置。

具体而言，其目的在于提供一种与具有相同视场的传统图像获取装置 相比，具有小尺寸，没有或具有少量移动部件并且能够分辨率提高的图像 获取装置。

发明内容

本发明基于下述发现：在如同通常用作例如移动电话的图像获取装置 的简单的类三片式(triplet)的成像器中，PSF是入射角的函数。这在所获 取的图像上造成非均匀的分辨率效果。即，最大可达到的分辨率是象平面 处位置的函数。该效果远比诸如散焦的限制空间分辨率的任何其它效果显 著。