[发明专利]具有自动聚焦的纤薄多孔径成像系统及其使用方法

说明书

本发明提供了具有自动聚焦(AF)的双孔径数字摄影机以及有关的方法，其用于获得对象或场景的聚焦的并且可选地经过光学稳定的彩色图像。双孔径摄影机包括：具有第一光学元件模块以及用于提供彩色图像的彩色图像传感器的第一子摄影机，具有第二光学元件模块以及用于提供辉度图像的透明图像传感器的第二子摄影机，其中第一和第二子摄影机具有基本上相同的视场；机械地耦合到至少第一光学元件模块的AF机制；以及耦合到AF机制并且耦合到两个图像传感器的摄影机控制器，其被配置成控制AF机制，计算彩色与辉度图像之间的由于AF机制所造成的缩放差异和锐度差异，并且利用所计算出的差异把彩色和辉度图像处理成融合彩色图像。

相关申请的交叉引用

本申请是母案为申请日2016年1月31日的、申请号201480043316.7的中国专利申请的分案申请；该母案申请系国际申请PCT/IB2014/063393的中国国家阶段申请，并要求了于2013年8月1日提交的具有相同标题的美国临时专利申请号61/861,185的优先权，该优先权申请被全文合并在此以作参考。

技术领域

这里所公开的实施例总体上涉及数字摄影机，并且特别涉及具有自动聚焦的纤薄多孔径数字摄影机。

背景技术

近年来，例如蜂窝电话、平板器件和膝上型计算机之类的移动器件已经变得无所不在。这些器件当中的大多数包括一个或两个紧凑型摄影机——即朝向后方的主要摄影机(即处于器件的背面的摄影机，其朝向离开用户的方向并且常常被用于随意的摄影)和朝向前方的次要摄影机(即位于器件的正面的摄影机，其常常被用于视频会议)。

虽然其性质是相对紧凑的，但是这些摄影机当中的大多数的设计仍然非常类似于数字静止摄影机的传统结构，也就是说其包括放置在图像传感器之上的光学组件(或者一串几个光学元件和主要孔径)。所述光学组件(其也被称作“光学元件(optics)”)对进入的光线进行折射，并且将其弯曲以在传感器上产生场景的图像。这些摄影机的规格在很大程度上由传感器的尺寸以及由光学元件的高度决定。这些因素通常通过透镜的焦距(“f”)及其视场(FOV)而关联在一起——必须把特定FOV成像在特定尺寸的传感器上的透镜具有特定的焦距。通过把FOV保持恒定，传感器的规格越大(例如在X-Y平面中)，焦距和光学元件高度就越大。

随着移动器件的规格缩小，紧凑型摄影机规格越来越成为限制器件厚度的关键因素。已经提出了几种方法来减小紧凑型摄影机厚度以便减轻这一约束。近来，为此目的已经提出了多孔径系统。在这样的系统中，取代具有一串光学元件的一个孔径，摄影机被划分成几个孔径，每一个孔径具有专用的光学元件，并且所有孔径共享类似的视场。后面把每一个这样的孔径连同光学元件以及在其上形成图像的传感器区域定义成一个“子摄影机”。通常来说，在多孔径摄影机设计中，与由参考单孔径摄影机产生的图像相比，每一个子摄影机在图像传感器上产生较小的图像。因此，每一个子摄影机的高度可以小于单孔径摄影机的高度，从而可以减小摄影机的总高度并且允许更加纤细的移动器件设计。

图1A和1B分别示出了传统摄影机和具有两个子摄影机的双孔径摄影机的示意性设计。图1A中的传统摄影机100’包括放置在基板104上的图像传感器102和透镜106。“摄影机高度”被定义成从基板104到透镜106的顶部的摄影机模块的高度。图1B中的双孔径摄影机100”包括两个子摄影机，即具有图像传感器112a和具有光轴118a的透镜116a的子摄影机1，以及具有图像传感器112b和具有光轴118b的透镜116b的子摄影机2。两个传感器分别被放置在基板114a和114b上。为了比较起见，假设参考单孔径摄影机和双孔径摄影机具有相同的视场(FOV)，并且其传感器具有相同的像素尺寸。但是图像传感器102与图像传感器112a或图像传感器112b相比具有更高的分辨率(像素数目)，因此尺寸也更大。可以认识到双孔径摄影机的摄影机高度方面的潜在优点(也就是从基板114a到透镜116a的顶部以及从基板114b到透镜116b的顶部的厚度)。