[发明专利]用于生成立体图像的图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于生成立体图像的图像传感器，更具体地涉及一种用于生成立体图像的晶片级图像传感器，从而方便进行机械对准并且适合小型化。

背景技术

立体视觉源于双眼像差，即使在观察同一个物体的时候，左侧/右侧眼睛的不同位置(差别为6.5cm)也会导致在两个眼睛的视网膜上的两个不同投影。

一般情况下，需要立体摄像机系统来生成立体图像，其中立体摄像机系统机械地对准两个2维(2D)摄像机，并且光学系统被加入到单独制造的两个图像传感器中的每一个中。根据对准两台摄像机的方法，立体摄像机系统分为平行的、会聚的以及水平移动的立体摄像机系统。

图1例示了平行立体摄像机系统。

参照图1，无论对象的位置在哪里，两台摄像机总是被固定在同一个位置，并且平行设置。这种构造在可制造行和成本方面是有优势的。

根据平行立体摄像机系统，图像处理装置被加入到摄像机的后端用来控制视角和根据焦距进行机械对准的修正。

采用平行立体摄像机，如果对象很接近以至于两个图像之间的差别很大，则发生会聚。如果对象远离以至于两个图像之间的差别很小，则立体效果变差。为了控制视角，左侧/右侧图像被存储在存储器中，并且找出(find)左侧/右侧图像中相应点之间的距离。当左侧/右侧图像中相应点之间的空间大于参考值时，两个图像之间的空间变窄；当左侧/右侧图像中相应点之间的空间小于参考值时，两个图像之间的空间变大，因此防止了会聚并且提升了立体效果。

虽然两个摄像机非常精细地被机械对准，但是在Y轴方向(垂直方向)、X轴方向(水平方向)和Z轴方向(对象的方向)也会出现误差。因此，左侧/右侧图像被存储在存储器中，找出左侧/右侧图像的相应点，然后仅将左侧/右侧图像的公共部分显示在显示装置上。

然而，无论何种图像处理，都不能解决以下限制。

具体来讲，当同一个对象被左侧/右侧摄像机捕捉，但是X轴、Y轴、Z轴方向的三维对准并不完美时，Z轴方向不能被捕捉。因此，对于大规模生产会有很多困难并且立体效果也被减弱。此外，因为只有公共部分被显示，所以发生了图像丢失并且图像尺寸变得更小。

图2例示了会聚立体摄像机系统。

会聚立体摄像机系统是一种控制到对象的中心部分的摄像机方向(Z轴方向)的方案，如同人眼一样。这种方案几乎不被采用，因为图像而不是主要对象具有很大的左侧/右侧图像差异，以至于图像不能表示在现有的立体显示装置中。更具体地，只有当注视特定对象的时候，人眼才能够感知特定的对象。然而，因为监视器应当显示特定对象以外的区域，并且对象根据注视着监视器的人而不同，所以应当给出所有图像的视觉深度。会聚立体摄像机不能对所有区域输出给出视觉深度的数据，因此不能作为立体摄像机方案被广泛采用。

图3例示了水平移动立体摄像机系统。

参见图3，水平移动立体摄像机类似于平行立体摄像机，只不过是一种根据对象的距离来水平移动摄像机的方案。也就是说，当对象靠近的时候，扩大左侧/右侧摄像机之间的距离，而当对象远离的时候，缩小左侧/右侧摄像机之间的距离，以便机械地进行视角控制。考虑到视觉深度，水平移动立体摄像机优于水平立体摄像机，但是在成本、大小、可靠性和产量方面都存在不足，因此该方案仅在价格高昂的产品中采用。此外，水平移动立体摄像机通常用于广播，因为立体摄像机是根据变焦距离/焦距水平移动的。

图4例示了在典型的立体摄像机中被采用的具有相互分离的结构的两个图像传感器。图5例示了用于驱动图4中的具有相互分离结构的两个图像传感器的驱动装置。图6例示了驱动图4中的具有相互分离结构的两个图像传感器的过程中出现的图像丢失。

参见图4到6，典型的立体摄像机系统通常具有两个2D摄像机，这两个2D摄像机具有相互分离的结构并且被机械地对准和使用。这会导致以下的限制：在对准过程中出现误差；制造成本和可造性存在问题，因为需要在两个2D摄像机之间进行时间同步的装置；立体摄像机系统具有大尺寸以致立体摄像机系统难于应用到移动终端、便携式立体摄像机或者立体摄像放像机中。

发明内容

本发明要解决的问题

本发明提供了一种用于生成立体图像的图像传感器，其可应用于移动终端、便携式立体摄像机或者立体摄像放像机中。

本发明还提供了一种用于生成立体图像的图像传感器，其适合于大量生产、小型化及低价格。

本发明还提供了一种用于生成立体图像的图像传感器，其可以在X轴、Y轴、Z轴方向方便地进行机械对准。