[发明专利]恒定分辨率连续混合变焦系统

说明书

本发明涉及一种利用具有连续全景变焦失真分布的单个相机来捕获广角场景的图像的光学装置。当与处理单元组合时，混合变焦系统创建具有恒定分辨率的输出图像，同时允许图像的放大率和视场的连续调整而没有像数字变焦系统那样的内插，或者没有任何像光学变焦系统那样的移动部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求目前未决的于2018年1月9日提交的、标题为“Constant ResolutionContinuous Hybrid Zoom System”的美国临时专利申请No.62/615,252的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

本发明的实施例涉及一种利用具有连续全景变焦失真分布的单个相机来捕获广角场景的图像的光电装置。为了为人类观察者创建连续变焦，代替使用像素内插以便维持最终图像中的像素的数量或移动光学元件以改变放大率并减小镜头视场（“FoV”），或具有不同FoV的两个或更多相机的组合，本发明的实施例使用具有中心区域中的大的恒定放大率和视场的其余部分中的降低放大率的失真分布。失真分布被设计为减少像素内插并维持几乎恒定的图像分辨率。

一些现有的连续变焦系统使用具有不同FoV的多个相机以便存档连续变焦效果。通过组合利用两个相机捕获的信息，有可能在不需要采取像素内插的情况下创建放大的（zoomed in）图像。然而，多个相机是必要的事实暗示了与由来自不同相机的图像的融合所创建的图像伪影、成本、功耗、尺寸限制和重量限制的权衡。仅使用一个相机的解决方案将没有那些权衡。

现有的纯光学变焦系统可以通过移动光学镜头内部的一些元件来变化镜头的放大率和视场。然而，在光学器件内部具有移动部件增加了尺寸和复杂性。对于一些应用，诸如对于用于消费者电子器件的微型广角镜头，尺寸约束太严格以至于不允许一些光学元件的移动来创建光学变焦。

在另一方面，现有的纯数字连续变焦解决方案是将计算操作应用于图像以修改输出视场，其作为来自必须以相同输出尺寸显示的副作用，在操作期间的某一点处从原始像素创建新像素。该过程也被称为上采样、过采样或扩展。这可以通过外插、内插或其他手段来完成。从数字变焦计算的这些新像素不包含比原始图像更多关于场景的光学信息。该计算操作不能创建额外的信息，并且在增加输出图像质量方面非常受限。

需要一种具有连续分辨率变焦失真分布的相机以及减少内插、维持关于每个像素上的原始场景的高质量水平的信息的相关联的算法。

发明内容

为了克服所有先前提到的问题，本发明的实施例描述了一种使用成像器的方法，该成像器包括具有从中心到边缘的强放大率变化的广角光学镜头和具有与处理单元组合的多个图像传感器像素的图像传感器。所产生的连续混合变焦系统能够以恒定分辨率输出图像，同时允许对图像的放大率和视场的连续调整，同时限制由纯数字变焦系统创建的内插，并且限制像纯光学变焦系统中的那些部件的部件的移动。在根据本发明的优选实施例中，连续变焦系统在成像系统中根本不包括可移动光学元件。在根据本发明的另一实施例中，成像系统中的唯一移动与自动聚焦功能有关，并且可以包括图像传感器、光学元件或整个镜头相对于图像平面的移动。此自动聚焦可利用固定设置或智能自动聚焦，所述固定设置或智能自动聚焦取决于选择的输出图像视场而适应于输出图像中可见或不可见的场景内容。

为了提供具有恒定分辨率的连续放大率，广角镜头必须具有特定的失真分布。在视场的中心区中，对应于最大放大率混合变焦（或最小设计视场），失真分布必须具有几乎恒定的放大率以创建具有接近图像传感器可用像素与输出图像像素之间的1：1的像素比的恒定分辨率的输出。然后，对于比最小设计视场更大的广角镜头的视场，放大率（失真分布）降低以便即使在增加的输出图像视场的情况下也维持类似的图像分辨率。在广角镜头的视场的边缘处，放大率是最小的，并且限定了连续混合变焦系统的最大设计视场。这样，对于任何选择的输出图像视场，输出图像的边缘处的以像素/度为单位的分辨率总是接近具有1：1的像素比，其中图像传感器像素在该位置处。