[发明专利]图像传感器的延伸的景深

说明书

技术领域

本发明涉及电子图像捕获系统且更特定来说涉及一种用于提供具有延伸的景深的图像的图像传感器阵列的设备及读出方法。

背景技术

例如电荷耦合装置(CCD)图像传感器及有源像素传感器(APS)装置等电子图像传感器在许多类型的电子成像系统中用于产生视觉图像的电子表示。通常以互补金属氧化物半导体工艺制作的APS装置还称作CMOS传感器。通常，这些图像传感器包括布置成规则的二维行及列图案或阵列的若干个光敏像素(也就是说，图片元素)，其中每一个别像素基于场景图像的由镜头投射到所述像素上的部分的光等级提供信号。

由于制作及设计的正在发生的改善，CMOS及其它APS图像传感器可通常提供比适用于形成具有适度良好的质量的图像显著更多的像素。举例来说，此对于图像的在光学上离焦的部分的确如此；任何添加的像素分辨率不能够补偿此问题。

有限的景深是用于许多较小相机以及用于集成到蜂窝电话中的相机及其它手持式电子装置的高度紧凑的封装的一个结果。在使用固定位置镜头或镜头系统来提供用于这些紧凑装置的减小轮廓设计的情况下，光学系统的景深可被限制、设定为固定值。

光学成像技术领域中的技术人员很好地了解延伸的景深的优点。延伸图像捕获系统的景深使得所捕获的图像的占较大比例的部分能够具有改善的分辨率且显现为在焦点上，且可不仅产生对于观看者的眼睛来说本质上更悦目的图像，而且还提供用于图像处理及分析效用的更好的输入且改善若干个图像处理应用(例如，对比度调整、面部或对象辨识效用及其它应用)的性能(举例来说)。

用于提供延伸的景深的常规方法包括例如焦点堆叠等技术。焦点堆叠使用在所需的焦点位置范围上连续拍摄的对象的多个全分辨率图像，每一图像是以光学系统的不同焦点位置拍摄。接着对以此方式获得的图像进行“堆叠”或以其它方式选择性地组合，以便形成复合图像，所述复合图像赋予所述图像的每一部分在所述范围上获得的最佳焦点。在(举例来说)顾实(Gouch)的标题为“用于形成多焦点堆叠图像的方法及设备(Method and Apparatus for Forming a Multiple Focus Stack Image)”的第2005/0286800号美国专利申请公开案中给出对焦点堆叠的说明。

用于延伸景深的其它方法应用波前编码，其有目的地引入相机光学器件中的像差，接着使用图像处理以便在最终图像中将其移除。波前编码描述于(举例来说)颁予凯瑟(Cathey)等人的标题为“延伸的景深光学系统(Extended Depth of Field Optical System)”的第5,748,371号美国专利中。

用于延伸景深的又一方法使用全光成像。全光图像捕获装置捕获图像数据以及关于来自对象的光的方向性分布的信息。在格奥尔基耶夫(Georgiev)的标题为“全光相机(Plenoptic Camera)”的第2007/0230944号美国专利申请公开案中给出全光装置的一个实例。

尽管这些常规方法中的每一者提供景深的某一测量的增加，但存在限制每一方法的效用的缺点。焦点堆叠(针对静止对象的宏观摄影而优化)通常需要三脚架或等效支撑物来使运动伪影最小化。在CMOS传感器的情况下，必须以若干个焦距设定中的每一者来获得全图像以用于获得所需的图像堆叠。此解决方案可对于大多数类型的消费摄影或随意摄影应用不可行。波前编码需要相机光学器件的点扩散函数(psf)的详细表征且计算密集且复杂，通常需要用于帧存储器及处理的额外电路，因此使其成为不切实际的解决方案，特别是对于视频图像处理。全光图像捕获装置也具有本质的计算复杂性且需要可不能容易地适用于手持式装置(例如，蜂窝电话等等)的窄轮廓的组件封装设计。

因此，可发现，尽管存在用于增强或延伸图像传感器及其附属光学系统的景深的方法，但这些方法对于许多类型的便携式及手持式成像设备可为不切实际的。

发明内容

本发明的一个目的是发展数字成像技术领域且提供使用电子成像传感器的成像装置的改善的景深。考虑到此目的，本发明提供一种用于形成图像、至少部分地由数据处理设备实施的方法，其包括以下步骤：以第一f/#设定从图像传感器阵列中的第一像素子集获得场景的第一图像；将从所述场景获得光的成像光学器件调整到第二f/#设定；从所述图像传感器阵列中的第二像素子集获得所述场景的第二图像；及通过组合来自至少所述第一及第二图像的图像数据来形成复合图像。