CN101107841B - 用于生产图像记录和/或再现设备的方法和通过所述方法获得的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产图像记录和/或再现设备(20)的方法，其中，所述设备(20)包括：光学图像记录和/或再现系统(22，22′)、图像传感器(24)和/或产生器(24′)和/或同步系统(26)，通过数字图像处理装置(28，28′)处理所述图像以获得。根据所述方法，使用数字图像处理装置的能力来确定和选择光学系统、和/或传感器、和/或图像产生器、和/或同步系统的参数。因此，生产成本被最小化，以及/或图像记录和/或再现设备的性能被优化。

Description

用于生产图像记录和/或再现设备的方法和通过所述方法获得的设备
本发明涉及用于生产图像记录和/或再现设备的方法，其中，所述设备包括：光学图像记录和/或再现系统、图像传感器和/或产生器和/或同步系统，通过数字图像处理装置来处理所述图像以进行改善。
本发明特别针对图像记录和/或再现设备的光学系统的光圈的优化。
本发明也涉及通过这样的用于生产的方法而获得的设备。
用于设计或用于产生诸如数字或含银(Argentic)相机、视频投影机或图像投影机这样的图像记录和/或再现设备的已知技术包括以下步骤：初始选择设备的材料元件的属性，尤其是用于可视化和投影的光学图像系统、图像记录器或产生器以及同步系统的属性。然后，在必要的情况下，提供用于数字处理图像的装置，以便修正设备的至少一个材料元件的缺陷。
具体地，为了设计设备的光学系统，第一步是建立技术规范的计划，也就是说，要规定体积、调焦范围、光圈范围、场图像、由点尺寸或者MTF(调制传递函数)值表示的性能、以及成本。根据该技术规范的计划，选择一种光学系统，并且使用诸如“Zemax”工具之类的光学计算软件工具来选择该系统的参数，这些参数对规范的计划符合得最好。光学系统的这种定义是交互进行的。通常，光学系统的设计是以下面的方式进行的：呈现最好的中心图像质量、而通常图像边缘的质量是差的质量。
而且，通常技术是这样的：以这种方式来设计光学系统，以获得确定程度的失真、渐晕和模糊，以便使其光学系统可以与其他光学系统相比较。
而且，对于数字照相设备，传感器的特性，即：像素质量、像素面积、像素的数目、微透镜阵列、抗混叠滤光器、像素几何形状和像素的排列也要被选择。
通常技术包括独立于设备的其他元件、尤其是独立于图像处理系统来选择图像记录设备的传感器。
图像传感器或发生设备通常也包括诸如曝光系统和/或聚焦系统“自动聚焦”之类的一个或几个同步系统。
所以，为了规定控制光圈和曝光时间，以及可能的话，控制传感器增益的曝光系统，确定测量装置，尤其是在其上将测量曝光的图像区域以及每个区域的受影响的份量(weight)。
对于聚焦系统，当聚焦时需要利用的图像区域的数目和位置被确定。也要规定设置，例如，马达速度设置。
在所有情况下，应用这些规定，而不考虑图像处理的数字装置的存在。
本发明是源自这样的观察，即：用于设备的设计和生产的这些传统技术不能允许充分利用由用于数字处理图像的装置所提供的可能性。
所以，本发明大体上涉及用于产生图像记录和/或再现设备的方法，其中，所述设备包括：光学图像记录和/或再现系统、图像传感器和/或产生器和/或同步系统，所述图像通过数字图像处理装置来处理以得到改善。
一种方法，其中，根据数字图像处理装置的能力来确定或选择光学系统和/或图像产生器和/或同步系统的参数。这样，生产成本被最小化，并且/或图像记录和/或再现设备的生产被优化。
应当明白，为了校正其它失常而故意降低光学系统的失真特性，而该失真特性采用数字图像处理进行校正是已知的。使用这样的放松了对失真的限制的光学系统，可以提供较少数目的表面，所以降低了成本。作为选择，可以增加性能而不增加总成本。同样可以获得较宽视角的系统。
但是，现有技术既没有说明也没有建议针对本发明所解决的各种问题的令人满意的解决方案，尤其是：
-对图像记录或再现设备的光学系统的光圈进行优化。相对于传统设备，术语“优化”是指：增加其光圈而不增加其成本，或维持可接受的光圈而减少设备的成本，或通常提供光圈参数、成本和性能的选择。
所以，根据这些方面的第一方面，本发明涉及用于生产图像记录和/或再现设备的方法，其中，所述设备包括：光学图像记录和/或再现系统、图像传感器和/或产生器、和/或同步系统，所述图像通过数字图像处理装置来处理以得到改善。
本方法使得数字图像处理装置包括其自己的校正装置，用于校正下述特性中的至少一个，其中，所述下述特性包括在包含模糊、根据图像场中的位置可变的模糊、景深、根据图像场中的位置可变的景深、和渐晕的组中。
并且，本方法使得光学系统的光圈被优化，特别在固定焦距上被优化，以便考虑校正装置。
在一个实施例中，本方法使得数字图像处理装置进一步以已知方式包括用于失真校正的装置。
通常，应当明白，尽管根据本发明的方法提出了用于失真校正的装置，本发明涉及设备的生产，其中，确定或选择基于数字图像处理装置而非基于失真校正的光学图像记录和/或再现系统和/或同步系统的至少一个参数。
在一个实施例中，其提供了模糊和渐晕校正二者的装置，关于传统光学器件，渐晕和中央清晰度被降级，以便在质量的整体一致性方面获得上好的光圈。
在一个实施例中，其可以独立于此处提及的本发明的第一方面而被使用，光学系统具有可变的焦距，而且，本方法使得：
数字图像处理装置包括用于校正侧面色差和/或模糊和/或渐晕和/或噪声和/或视差补偿的装置，以及
在包括下述参数的组中，考虑数字图像处理装置而确定或选择光学系统的至少一个参数：
系统的光学元件的数目、构成光学系统的光学元件的材料的属性、光学系统的材料的成本、光学表面的处理、光学系统的材料的颜色、装配公差、根据焦距和聚焦特性的视差的值。
根据本发明的又另一方面，其可以独立于此处提及的其他方面而被实施，本发明涉及图像记录和/或再现设备的实施例的所述方法，其中，所述设备包括光学图像记录和/或再现系统、图像传感器和/或产生器和/或同步系统，所述图像通过数字图像处理装置来处理以获得改善。
本方法使得根据数字图像处理装置的能力来确定或选择图像传感器和/或产生器和/或同步系统的至少一个参数。
定义
所使用的各种术语的含义在此被定义为：
图像记录设备是：例如，一次性相机、数码相机、反射式相机(数字或非数字)、扫描仪、传真机、内诊镜、相机、摄像机、安全相机、游戏机、集成或连接到电话、个人助理或计算机上的相机或照相设备、热摄像机、超声波设备、MRI(磁共振)成像设备、X射线拍摄设备。
图像再现设备是：例如，屏幕、投影机、电视、虚拟现实镜或打印机。
图像记录和再现设备是：例如，扫描仪/传真机/打印机、微型照片实验室、视频会议设备。
术语光学图像记录系统是指：允许在传感器上再现图像的光学装置。
术语光学图像再现是指：允许在屏幕上形成图像的光学装置、或为观察者再现已经在屏幕上的图像。也可以再现图像而不用屏幕。
术语屏幕是指：任何可以在其上形成图像的物理介质。
术语图像传感器是指：允许捕获和/或记录图像的机械、化学或电子装置。
术语图像产生器是指：例如，电视接收机电路、石英晶体屏幕、打印机的打印装置、微镜投影机装置的控制系统。
术语同步系统是指：允许设备的元件或参数遵照设置指令的机械、化学、电子或计算机化类型的装置。其尤其是指自动聚焦系统(自动聚焦)、自动白平衡控制、自动曝光控制、光学元件的控制，例如，以便保持均匀的图像质量，术语同步系统还指：图像稳定系统、光学器件和/或数字变焦因数控制系统、或饱和控制系统或对比度控制系统。
术语数字图像处理装置是指：例如，允许修改图像的软件程序和/或组件和/或设备和/或系统。
数字图像处理装置可以完全地或部分地集成到设备中，如在下述的示例中那样：
产生修改的图像的图像记录设备，例如，集成有用于图像处理的装置的数码相机
显示或打印修改的图像的图像再现设备，例如，包括用于图像处理的装置的视频投影机或打印机。
校正其元件中的缺陷的混合设备，例如，包括用于图像处理的装置的扫描仪/打印机/传真机。
产生修改的图像的专业图像记录设备，例如，包括用于图像处理的装置的内诊镜。
在数字图像处理装置被集成到设备的情况中，实际上设备校正其自身的缺陷。
然而，当使用一套设备时，例如，使用具有扫描仪和打印机的传真机时，用户可以只使用该套设备的一部分，例如，如果传真机也可以被用作孤立的打印机时，在这种情况中，用于图像处理的数字装置必须各自校正它们自己的缺陷。
用于图像处理的数字装置可以全部或部分地集成到计算机中，例如，以下述方式集成到计算机中：
在操作系统中，例如，Windows或Mac OS，自动修改图像的质量，其中，所述图像源自或发送到根据图像和/或时间而变化的几种不同类型的设备，例如，扫描仪、摄像机、打印机。在例如，图像进入系统期间、或当用户要求打印时，可以进行自动校正。
在图像处理的一个应用中，例如，PhotoshopTM，自动修改图像的质量，其中，所述图像源自或发送到根据图像和/或时间而变化的几种不同类型的设备，例如，扫描仪、摄像机、打印机。在例如，用户激活PhotoshopTM中的过滤器命令时，可以进行自动校正。
在照片洗印设备中(例如，“photofinishing”或“Minilab”)中，自动修改图像的质量，其中，所述图像源自根据图像和/或时间的各种不同摄像设备，例如，一次性设备、数码相机、压缩光盘。自动校正可以考虑摄像设备、以及集成扫描仪和打印机，并且在执行打印操作的时候进行。
在服务器上，例如，在互联网上，自动修改图像的质量，其中，所述图像源自根据图像和/或时间的各种不同摄像设备，例如，一次性设备、数码相机、压缩光盘。自动校正也可以考虑摄像设备，以及例如，打印机，并且在图像被记录在服务器上的时候、或在执行打印操作的时候进行。
在数字图像处理装置被集成到计算机的情况中，实际上数字图像处理装置是与多个设备兼容的，一套设备中的至少一个设备可以从一个图像变化到另一个。
在一个实施例中，按照数字图像处理装置的性能，调整光学系统和/或图像传感器和/或产生器和/或同步系统的性能的等级，尤其是平均性能等级。
所以，总体的性能等级由设备的呈现最弱等级性能的部分决定，在根据数字图像处理装置和光学系统的能力固定性能等级之前，选择图像传感器或产生器和/或同步系统，使其具有较差的性能，但能够符合由数字图像处理装置确定的等级。
设备的性能具体地是：其成本；其尺寸；其可以接收或发射的光的最小量；图像的质量和光学器件、传感器和同步的技术质量。数字图像处理装置的性能是其能力和其装置的限制。
根据一个实施例：
数字图像处理装置包括用于通过作用于下面的参数组中的至少一个来改善图像质量的装置，所述参数组包括：光学系统的几何失真、光学系统的色差、视差的补偿、景深、光学系统和/或图像传感器和/或产生器的渐晕、光学系统和/或图像传感器和/或产生器清晰度的缺陷、噪声、波纹现象和/或对比度。
并且/或光学系统的确定的或选择的参数中的至少一个是从下面的参数组中选择的，所述参数组包括：系统的光学元件的数目、构成光学系统的光学元件的材料的属性、光学系统的材料的成本、光学表面的处理、装配公差、依赖于焦距的视差的值、光圈的特性、光圈的机制、可能的聚焦范围、聚焦特性、聚焦机制、抗混叠滤光器、尺寸、景深、链接焦距和聚焦的特性、几何失真、色差、偏心、渐晕、清晰特性。
并且/或图像传感器和/或产生器的确定的或选择的参数中的至少一个是从下面的参数组中选择的，所述参数组包括：像素质量、像素面积、像素数目、微透镜阵列、抗混叠滤光器、像素几何形状、像素失真随焦距变化的视差的值，
并且/或同步系统的确定的或选择的参数中的至少一个是从下面的参数组中选择的，所述参数组包括：聚焦的测量值、曝光的测量值、白平衡的测量值、聚焦设置、曝光设置和传感器增益设置。
数字图像处理装置的能力是例如以下面的方式定义的：
对于几何失真，指定可以被校正的失真的最大百分比。
对于光学系统的色差，指定可以被数字图像处理装置校正的、不同色斑之间的、以像素数目表示的最大偏差值。
视差补偿是可以被数字图像处理装置校正的视差的最大值。例如，这个值是以像素的数目来表示。应当清楚，当焦距变化时，光学器件中心的位置可以改变，并因此引起视差的改变。视差是光学中心的位置的变化，当焦距变化时会产生干扰。
例如，清晰度是以BXU表示的值来量度的，BXU为模糊点的表面的测量值，如在“IEEE学报，图像处理的国际会议，新加坡2004”中出版的论文、由Jerome BUZI和Fredric GUICHARD发表的、标题为“Uniquenessof Blur Measure(模糊测量的唯一性)”所描述的那样。
简单地说，光学系统的模糊是通过位于锐聚焦平面中的无限小点在图像中来测量的，称为“脉冲响应”。BXU参数是脉冲响应的变化(就是说其平均表面)。处理能力可以被限制在BXU的最大值。
可以针对导致清晰度缺乏的各种原因的特别校正来指定数字图像处理装置，尤其是考虑模糊点的对称性。例如，散光模糊点呈现垂直对称的两个轴，而“逗号”类型的模糊点仅呈现一个垂直轴。
景深被定义为最近目标和最远目标之间的距离，在此距离内，模糊点不超过其预定的尺寸。为了增加景深，数字图像处理装置减小模糊点的尺寸。
渐晕是在图像的场中的光线上的变化。例如，指定图像中的渐晕的最大允许百分比。
例如，噪声是以其间隙类型、其形状、噪声点的尺寸、以及其显色来规定的。
波纹现象以空间高频率出现。它们是使用抗混叠滤光器来校正的。数字图像处理装置是通过抗混叠过滤器参数来指定的。
应当清楚，可以或者通过光学的、或者通过数字的装置来执行抗混叠滤光。
对于对比度，数字图像处理装置通过可以改善的对比度变化幅度的最小值来指定。
关于光学系统参数，应当知道，偏心是一种光学系统属性，其允许校正透视效果。
关于图像传感器和/或产生器，术语“像素的质量”是指：敏感度、由每个像素产生的输出和图像噪声、以及可以被捕获和/或易于再现的颜色组。通过像素可捕获信号的动态特性也构成其各种质量之一。
对于允许自动聚焦的同步系统，应当清楚，聚焦可以以不同的方式来实现，尤其是，通过控制光学系统的移动元件的位置、或通过控制可变形的光学元件的几何形状来实现。
在一个实施例中，使用包括用于减少噪声的装置的数字图像处理装置来确定或选择图像传感器或产生器的至少一个参数、尤其是尺寸。所以，对于给定光量，可以获得给定等级的噪声，而减少传感器的成本。
应当清楚，用于设计图像传感器和/或产生设备的传统技术包括：选择光学系统和传感器或产生器；以及随后减少噪声，但要在可允许的计算功率的限度内。
在一个实施例中，考虑数字图像处理装置的能力，首先确定光学系统和设备的特性，尤其是尺寸、模糊、颜色的特性、对比度、噪声、细节，其次，考虑图像处理的能力来确定光学器件的特性、以及图像传感器或产生器的特性，尤其是像素的数目。
在一个实施例中，光学系统最好具有固定的焦距，并且，其光圈通过考虑数字图像处理装置而优化，所述数字图像处理装置包括用于校正模糊的装置，尤其是根据图像场中的位置而变化，和/或用于校正渐晕的装置、和/或用于校正失真的装置。
所以，可以使光学系统的光圈最大化。关于没有校正装置的图像记录设备，也可以使用：
敏感度低的传感器，尤其是具有较小的像素的传感器，并因此为具有较小给定数目像素的传感器，以便减小体积，
或较短的曝光时间，这减少运动模糊，
或扩展设备使用的极限，并使用较少的光来提供同样的图像质量。
在一个实施例中，设备包括：同步系统，其显著地允许聚焦的控制；并且数字图像处理装置包括用于校正模糊的装置和/或用于校正景深的装置。光学系统的参数、尤其是调焦距离和/或焦距的图像平面功能元件的位置以这样的方式来确定或选择，以确保图像清晰度在图像场景中显著地均匀。
所以，在作为焦点的图像区域中进行数字处理之前，没必要寻求最大清晰度。在这种情况下，在一个实施例中，聚焦点实际上是独立于作为焦点的图像的，而是通常，由于图像场景中的可变的弯曲，聚焦距离随着聚焦区域而变化。
所以，聚焦的测量考虑了进一步的校正。例如，测量考虑了场中的位置和场中的位置的模糊功能的校正等级。所以，不是象传统设备那样寻求获得原始测量的最大清晰度，而是寻求获得以这种方式校正的测量的最大清晰度。
用于聚焦的设置也考虑了校正的能力。一定等级的模糊是可接受的，这依赖于焦距和用于校正的已知能力，并且不是象使用传统设备那样寻求在聚焦期间获得最大清晰度。
所以，场中的模糊的最大等级较低，并且，场中的最小等级可以比传统设备中更高，并适应用于处理图像的装置的能力。
所以，当焦距变化而不改变焦点时，模糊等级上的变化可以大于传统设备中的情况，这就允许光学器件的简化、以及因此降低成本，因为当焦距变化时聚焦的同步系统可以考虑焦距并调节聚焦。
在一个实施例中，本设备包括曝光同步系统，并且，通过考虑噪声和/或对比度和/或运动模糊的校正算法的校正能力来确定或选择这个同步系统的曝光参数，其中，所述校正算法是数字图像处理装置的一部分，例如，在校正之后获得给定等级的噪声、对比度和模糊。
在校正噪声时，对于噪声校正没有要求的情况下，对于相同的图像质量，可以要求更高的敏感度。
所以，曝光的测量考虑进一步校正的能力，例如，其将噪声减少到四分之一，可以设置更短的曝光时间，以便避免运动模糊，和/或设置更高的传感器增益，以便可以以弱光拍摄、或减小光圈和增加景深。换句话说，优点是曝光参数的选择范围更大了。简要地说，对于现有系统，更短的曝光时间使得可以在场景中的给定光量中选择更近的光圈和更大的增益。
在校正对比度时，对于对比度校正没有要求的情况下，对于相同的图像质量，可以要求更低的敏感度。
在校正对比度时，曝光测量考虑进一步的校正能力，对于具有暗区的那些图像可以要求比那些没有暗区的图像更低的传感器增益，由于在暗区中的部分可以以增加噪声为代价通过对比度校正算法来校正。
根据一个实施例：
数字图像处理装置包括用于校正侧面色差、和/或模糊、和/或失真、和/或渐晕、和/或噪声、和/或视差补偿的装置。
光学系统具有可变的焦距，以及
这种光学系统的参数从包括下面的参数的组中确定或选择，其中，所参数包括：系统的光学元件的数目、构成光学系统的光学元件的材料的属性、光学系统的材料的成本、光学表面的处理、光学系统的材料的颜色、装配公差、根据焦距和聚焦特性的视差的值。
所以，通过数字图像处理装置执行预先的和/或合适的补偿校正，就可以优化、尤其是通过最小化来优化光学系统的光学元件的数目，可以优化光学系统的材料的属性，减少成本，并优化光学表面的处理。光学系统的材料的颜色可以自由选择，只要在用于校正颜色的装置所规定的范围内。可以放松对装配公差的要求。根据焦距而被视差允许的变化可以增加，并且，也可以放松聚焦特性。
补偿视差的变化的可能性为业余或专业视频设备(或其他动态图像记录设备)构成了重大的优点，因为，在这些应用中，当焦距或聚焦变化使得图像的运动干扰对于人眼不可检测时，保持准定常视差很重要。
与通常的光学器件不同，使用本发明，允许视差的变化，其通过数字处理装置来补偿。
而且，已知变焦类型的物镜允许可变的焦距，对不同的焦距同时保持相同的聚焦。所以，变焦类型的物镜是相对费力的，因为，其必须遵照不得不为焦距的不同值保持聚焦的约束。本发明通过允许放松聚焦特性，允许产生相同性能而较少费力变焦的结果，其中，通过数字图像处理装置来补偿聚焦特性。换句话说，以可以接近“变焦距”物镜的成本来产生变焦，以在焦距变化时不要求维持聚焦的物镜的成本来产生变焦。
根据一个实施例，根据数字图像处理装置的能力来确定设备的尺寸。
特别地，可以使设备的体积最小化。尤其是，传感器的尺寸可以减小。可以在数字图像处理装置的能力的限度之内减小像素的尺寸，其中，所述数字图像处理装置用于校正源自较小尺寸的像素的缺陷、尤其是产生的噪声的增加。而且，可以在数字图像处理装置的能力的限度之内减小像素的尺寸并增加光学器件的光圈，其中，所述数字图像处理装置用于校正源自光学器件的光圈的增加的缺陷，特别是所产生的模糊的增加。以相同的方式，通过提供使体积尺寸小于焦距的多个镜头，可以使光学系统的体积最小化，条件是数字图像处理装置被预定用于校正源自于存在大量数目的光学元件的缺陷。同步系统的尺寸也可以被减小，例如，数字图像处理装置允许使光学系统的光学元件的位移最小化，并因此使能量消耗最小化，这带来了电源电池的电能量容积的减小，以及同步马达的减小。
在一个实施例中，数字图像处理装置至少部分地包括在图像记录和/或再现设备中。
数字图像处理装置也可以至少部分地与图像记录和/或再现设备中分离，如在下面的情况中那样，例如，如此处解释的、当数字图像处理装置在计算机中的情况。
根据一个实施例，光学系统的参数的选择包括从预先存在的系统之中选择光学系统。也可以通过从预先存在的系统之中选择传感器或产生器来选择传感器或产生器的参数。
例如，可以选择简单的预先存在的光学系统，尤其是具有最少数目镜头的光学系统，因此而较少费力，数字图像处理装置补偿了缺陷，这带来了光学系统的简单性。
在一个实施例中，数字图像处理装置包括用于对光学系统和/或图像传感器和/或产生器的清晰度的缺乏进行作用的装置，并且，这些装置使得它们允许图像记录和/或再现设备的生产，其中，所述图像记录和/或再现设备不具有允许聚焦的同步系统。
换句话说，如果用于清晰度校正的装置可以获得足够清楚的图像而不用聚焦的装置，那么，就不必使光学元件移位或变形来实现聚焦。
例如，如果固定焦点图像记录设备可以获得80厘米到无限远的清楚的图像、这种设备没有自动聚焦系统、并且当使用具有较大数目像素的传感器而同时保持相同的清晰度质量(80厘米到无穷远)、而不要求自动聚焦系统时，那么，就提供用于减小模糊点的尺寸的数字图像处理装置，以便实现要求的结果。作为进一步的示例，从减小模糊点的尺寸的数字图像处理装置开始，可以产生具有更宽光圈的记录设备，例如，从2.8到1.4，同时保持相同的景深。
根据一个实施例：为设备定义规范的整体计划，照这样，相关联地，特别是以交互方式，定义光学系统的规范计划、和/或图像传感器和/或产生器的规范计划、和/或同步系统的规范计划、以及数字图像处理装置的规范的整体计划，
以便可以将光学系统的规范计划、和/或图像传感器和/或产生器的规范计划、和/或同步系统的规范计划的性能传递到数字图像处理装置的规范计划，和/或以便使本方法可以减少设备的生产成本。
术语设备、或其组件之一、或数字图像处理装置的规范计划是指：设备、其组件或数字图像处理装置必须遵守的技术规范组。
在一个实施例中，图像记录和/或再现设备包括同步系统，并且，从数字图像处理装置的能力之中选择图像传感器和/或产生器和/或同步系统的参数中的至少一个。
在一个实施例中，光学系统是变焦镜头。
数字图像处理装置包括用于校正包括在包含模糊、渐晕、噪声和视差补偿的组中的至少一个特性的装置，以及
在下述参数组中确定或选择光学系统的至少一个参数，其中，所述参数组包括：光学系统的光学元件的数目、构成光学系统的光学元件的材料的属性、光学系统的材料的成本、光学表面的处理、光学系统的材料的颜色、装配公差、根据焦距和聚焦特性的视差的值。
在一个实施例中
数字图像处理装置包括用于通过作用于下述参数组的至少一个参数来改善图像质量的装置，其中，所述参数组包括：图像传感器和/或产生设备的渐晕、图像传感器和/或产生设备的清晰度的缺乏、噪声、波纹现象、和/或对比度，
和/或在下述组中确定或选择图像传感器和/或产生设备的至少一个参数，其中，所述组包括：像素的质量、像素的面积、像素的数目、微透镜阵列、抗混叠滤光器、像素的几何形状、像素的布置，
和/或相对于下述元件组的至少一个元件选择同步系统的至少一个参数，其中，所述元件组包括：焦点的测量值、曝光的测量值、白平衡的测量值、焦点设置、光圈设置、曝光时间设置、传感器增益设置。
在一个实施例中，相对于传感器或产生器的尺寸确定或选择图像传感器或产生器的至少一个参数，图像处理装置包括用于减少噪声以便可以使图像传感器或产生器的尺寸最小化的装置。
在一个实施例中，其中，设备包括同步系统，光学系统的至少一个参数、尤其是调焦距离和/或焦距的图像平面功能元件的位置以下述方式来确定或选择，其中，所述方式是确保图像的清晰度在图像场景中是显著地均匀的，同步系统考虑聚焦距离和/或焦距的图像平面功能元件的位置。
在一个实施例中，其中，设备包括同步系统，考虑用于噪声和/或对比度和/或运动模糊的校正算法的校正的能力来确定或选择同步系统的至少一个参数、尤其是曝光参数，其中所述校正算法是数字图像处理装置的一部分。
在一个实施例中，数字图像处理装置包括用于作用于光学系统和/或图像传感器和/或产生器的清晰度缺乏的装置，这些装置使得其允许生产没有聚焦同步系统的图像记录和/或再现设备。
在一个实施例中，根据数字图像处理装置的能力来确定设备的尺寸。
在一个实施例中，数字图像处理装置至少部分地包括在图像记录和/或再现设备中。
在一个实施例中，数字图像处理装置至少不分地从图像记录和/或再现设备中分离出来。
在一个实施例中，光学系统是从预先存在的光学系统之中选择的。
在一个实施例中，从预先存在的光学系统之中选择传感器和发生器。
在一个实施例中，数字图像处理装置包括用于通过作用于下述参数组的至少一个参数来改善图像质量的装置，其中，所述参数组包括：光学系统和/或图像传感器和/或产生器的渐晕、光学系统和/或图像传感器和/或产生器的清晰度的缺乏、噪声、波纹现象、和/或对比度。
在一个实施例中，从下述组中确定或选择光学系统的至少一个参数，其中，所述组包括：系统的光学元件的数目、构成光学系统的光学元件的材料的属性、光学系统的材料的成本、光学表面的处理、装配公差、依赖于焦距的视差的值、光圈的特性、光圈的机制、可能的聚焦范围、聚焦特性、聚焦机制、抗混叠滤光器，还包括：景深、链接焦距和聚焦的特性、几何失真、色差、偏心、渐晕、清晰度特性。
本发明也涉及通过此处定义的生产方法而获得的图像记录和/或再现设备。
结合一些具体模式的描述，显现了本发明的其它特性和优点，这是通过参考此处所附的附图来实现的，其中：
图1是通过根据本发明的方法获得的设备的示意图；
图2是示出了根据本发明的方法的阶段的图；
图3示出了根据本发明调整模式；
图4a和图4b形成了显示在本发明的框架内使用的调整的图组；
图5、图5a和图5b说明了根据本发明和传统设备的图像记录设备的属性；
图6a到图6d是示出了根据本发明的设备和传统设备的光学系统的属性的图；
图7a和图7b是示出了用于根据本发明的设备的光学系统的选择的示例的示意图；
图1是说明图像记录和/或再现设备的结构的示意图。
例如，用于图像记录的这样的设备部分地包括：光学系统22，特别是具有诸如镜头之类的一个或几个光学元件，用于在传感器24上形成图像。
尽管这些示例主要涉及电子类型的传感器24，这种传感器可以是另一种类型的，例如，在“含银”设备的情况中是照相用的胶卷。
这样的设备也包括作用于光学系统22和/或传感器24的同步系统26，以便聚焦，使得在传感器24中建立图像平面，并且/或使得通过曝光设置和/或光圈来优化在传感器中接收的光量，并且/或使得通过使用白平衡的同步而获得的颜色是真实的。
最后，本设备包括数字图像处理装置28。
可选地，数字图像处理装置与设备20分离。也可以允许数字图像处理装置的一部分在设备20的内部，一部分在外部。
在通过记录器24记录了图像之后进行图像的数字处理。
再现设备呈现类似于图像记录设备的结构。代替传感器24，有图像产生器24′接收来自数字图像处理装置28′的数字图像，并将图像提供到光学系统22′，如光学投影系统。
在下面的描述中，为了描述的清晰，只参考图像记录设备来描述。
本发明包括用于确定或选择光学系统22、22′和/或图像传感器和/或产生器24、24′和/或同步系统26的参数的数字图像处理装置28、28′的能力。
图2中的图表示当设备的每个组件与数字图像处理装置相关联时可以从设备的每个组件期望的性能的等级。这些等级由点线30表示光学系统、由点线32表示传感器、由点线34表示同步、以及由点线36表示本设备。
从可以使用数字图像处理装置获得的这些性能等级开始，可以为设备的每个组件选择性能的等级，在处理之前的设备的每个组件的性能等级远次于在应用数字图像处理装置之后所获得的性能等级。以此方式，可以看出：光学系统的性能等级可以在等级30′处建立，传感器和同步系统的性能等级可以分别在32′和34′处建立。
在这些条件下，如果没有数字图像处理，设备的性能等级将处于最低等级，例如，对于光学系统，等级36′对应于最低等级30′。
数字图像处理装置最好是那些在下述文件中描述的数字图像处理装置，其中，所述文件为：
专利申请EP02751241.7，标题为：“Method and system for producingformatted information related to defects of appliances in a setof appliances and formatted information destined for imageprocessing means”。
专利申请EP02743349.9，标题为：“Method and system for modifyingthe qualities of at least one image coming from or destined fora set of appliances”。
专利申请EP02747504.5，标题为：“Method and system for reducingthe frequence of updates in image processing means”。
专利申请EP02748934.3，标题为：“Method and system forcorrecting chromatic aberrations of a colour image produced usingan optical system”。
专利申请EP02743348.1，标题为：“Method and system for producingformatted information related to geometric distortions”。
专利申请EP02748933.5，标题为：“Method and system for supplying，according to a standard format，formatted information to imageprocessing means”。
专利申请EP02747503.7，标题为：“Method and system forcalculating an image transformed from a digital image and forformatted  information relating  to a geometric  t ransformation”。
专利申请EP02747506.0，标题为：“Method and system for producingformatted information related to defects of at least one appliancein a set，in particular of blur”。
专利申请EP02745485.9标题为：“Method and system for modifyinga digital image taking into account its noise”。
专利申请PCT/FR 2004/050455标题为：“Method and system fordifferentially and regularly modifying a digital image by pixel”。
这些数字图像处理装置允许通过作用于下述参数的至少一个来改善图像质量，其中，所述的参数为：
光学系统的几何失真。应当清楚，光学系统可以以下述方式来使图像失真，其中，所述的方式为：通过使图像的每个侧边形状凸出而使矩形变形成枕形；通过使图像的每个侧边形状凹进而使矩形变形成桶形。
光学系统的色差：如果由具有相互联系的精确位置的三个色点来表示目标点，那么，色差被解释为相互联系的这些点的位置的变化，通常，当远离图像的中心时，失常会更重要。
视差：当通过使光学系统的光学元件变形或移位来执行校正时，在图像平面上获得的图像可以移动。例如，校正就是对焦距的校正、或对聚焦的校正。
这种缺陷由图3进行了说明，在图3中，光学系统40用三个镜头来表示，其中，当镜头44具有由实线表示的位置时，图像的中心具有位置42。当镜头44移动到由点线表示的位置44′时，图像的中心占据位置42′
景深：当光学系统被聚焦到选择的目标平面时，只要目标的图像接近这个平面，这个平面的图像都保持清晰。“景深”是指其间保持图像清晰的最近目标平面和最远目标之间的距离。
渐晕：通常，图像的发光度在中心处最大，并且朝向边缘逐渐减小。渐晕是以一点的发光度和最大发光度之间在距离上的百分比来测量。
例如，光学系统和/或图像传感器和/或产生器的清晰度的缺乏是通过诸如被此处定义的BXU参数来测量。
图像噪声通常是由其间隙类型、其形状、和噪声点的尺寸、以及其显色来定义的。
波纹现象是由于空间高频率的存在而引起的图像的失真。波纹是通过抗混叠滤光器的参数调整来校正的。
对比度是图像的细节保持可见的图像最高和最低发光度值之间的关系。
如在图4a和图4b中所表示的，可以改善图像中的对比度(图4a)，也就是说，扩展(图4b)可以分辨细节的发光度的范围。这种扩展尤其是使用对比度和噪声的校正算法来执行。
联系图5，说明了允许图像场景中的清晰度均匀性的实施例的描述。
首先应当清楚，目标平面的图像表面不构成理想平面，而是被称为场曲面(field curve)的曲面。这个曲面根据包括焦距和聚焦的不同参数而变化。所以，图像平面50的位置依赖于在其上执行聚焦的区域。在图5中表示的示例中，平面50与图像的中心52上的焦点相对应。对于于区域54上接近图像的边缘的焦点，可以发现，图像平面56更接近于光学系统22，而不是更接近于图像平面50。
为了简化聚焦同步系统，图像平面是居中地在位置点54(与接近图像边缘的区域上的焦点相对应)和位置50(与图像的中心区域上的焦点相对应)之间的位置58上。数字图像处理装置28和聚焦同步26的联合可以限制平面58的运动以便聚焦，这样，减少了同步系统的能量消耗，并可以减小组件的体积。
图5a中的图上所表示的是传统聚焦同步系统的模糊属性，其中，在图像的中心获得最大清晰度。所以，在图5a的这幅图中，横坐标表示图像的场，而纵坐标是以BXU表示的模糊值。使用这种传统的聚焦同步系统，模糊值在图像的中心是1.3，而在图像的边缘是6.6。
从数字图像处理装置允许模糊校正直到BXU值等于4的假设开始，图5b是图5a中所示的根据本发明所生产的设备的同步属性的类似图。这样，图5b中的这幅图上所表示的曲线呈现出：在图像的中心，BXU值＝2.6，并且，BXU值随着从图像的中心移动到图像的边缘而减小，然后回到值4。此处，应当清楚，这个值是使用数字处理装置可校正的模糊的极限。从而，在图像的整个场可获得清晰的图像，而这对安装有传统系统的设备是不可能的。
在一个实施例中，数字图像处理装置包括用于不需要聚焦同步而改善清晰度的装置。
作为可比较的示例，图6a、图6b、图6c和图6d中的图示出了使用传统技术而获得的设备的特性和根据本发明而获得的设备的特性。
传统设备是集成到具有VGA传感器的移动电话的数字照相设备，也就是说，640×480的分辨率，且没有聚焦系统。
传统的设备具有2.8的光圈，而根据本发明的方法而获得的设备具有1.4的光圈。
与传统的设备相对应的图6a是横坐标表示图像场的百分比、原点与图像的中心相对应的图。纵坐标表示渐晕V。图6b是根据本发明而获得的设备的类似图。
在图6a(传统设备)的示意图中，在图像的边缘，渐晕达到0.7的值，然而，在图6b中的图上，可以看出，根据本发明的设备的光学系统呈现出显著大的渐晕，大约为0.3。所用算法的校正极限是0.25。换句话说，由于校正算法，可以使用具有显著大的渐晕的光学器件。
图6c是根据传统设备的图像场(横坐标)、横坐标代表以BXU表示的模糊的图。在这种传统设备中，在图像的中心，模糊特性是1.5，而在图像的边缘，模糊特性是4。
图6d的图也表示使用根据本发明的方法而获得的光学设备的模糊。在图6d的图的横坐标上也表示图像的场，而纵坐标上是以BXU表示的模糊。在图6d中的图上可以看出，在图像中心处的模糊大约为2.2。所以，高于图6c中的图中的模糊。相反地，考虑到校正算法的极限，在边缘处，模糊被选择大约为3的值。
换句话说，令人吃惊的是，关于中心处的清晰度而选择了降级的光学器件，然而仅仅使用传统的设备就可以获得同样的结果，甚至使用更大的光圈。还应当清楚，在边缘处，根据本发明的光学器件表现出了与传统光学器件的质量类似的质量，可以获得这种结果是因为与传统光学器件相比降低了渐晕。
图7a和图7b中的图表示必须在其间做出选择，以便在使用根据本发明的方法时产生记录设备的光学系统的不同特性。
在图7a中所表示的示例中，该光学系统提供小尺寸的100点图像。这种系统呈现了由横坐标表示空间频率的图表示的调制传递函数(MTF)。截止频率的值是fc。MTF函数包括：零频率周围的110门限、以及朝向fc值快速降低部分。
在图7b中，由示意图表示的光学器件呈现出了显著高于100点图像的114点尺寸的图像，并且，其MTF呈现出与图7a的情况中相同的fc截止频率。相反地，根据空间频率的这种MTF的变化是不同的，即：频率从原点到截止频率减小得相对平坦。
光学系统的选择所基于的事实是：调制传递函数的校正算法从0.3的值起是有效的。在这种条件下，可以看出，使用图7b中的光学器件，可获得的校正允许在MTF中上升到值f2，例如，大约为0.8fc，然而，使用图7a中的光学器件，校正仅仅可以达到频率f1，大约为0.5fc。
换句话说，使用校正算法，图7b中表示的光学器件比图7a中表示的光学器件提供更多的细节，而不必考虑其具有比图7a的情况中更大尺寸的图像点这样的事实。所以，与图7b相对应的光学器件将被选择。

Claims (18)

1.一种生产图像记录和/或再现设备的方法，其中，所述设备包括：用于记录和/或再现图像的光学系统(22，22′)、图像传感器(24)和/或产生器(24′)，所述图像通过数字图像处理装置(28，28′)处理以获得改善，
所述方法使得所述数字图像处理装置包含用于校正由所述光学系统产生的色差的装置、以及其自身的校正装置，以便校正包括在下述组中的至少一个特性，其中，所述组包括：模糊、根据图像场中的位置可变的模糊、景深、根据所述图像场中的位置可变的景深、以及渐晕；
以及所述方法使得光学系统的光圈被优化，以考虑校正装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述数字图像处理装置另外包含用于失真校正的装置。
3.如权利要求1或2中所述的方法，其中，所述图像记录和/或再现设备另外包括同步系统(26)，并且根据所述数字图像处理装置的能力来确定或选择图像传感器和/或产生器的、和/或同步系统的至少一个参数。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述光学系统是变焦镜头，
所述数字图像处理装置包含用于校正包括在下述组中的至少一个特性的装置，其中，所述组包括：模糊、渐晕、噪声和视差补偿，以及
在下述组中确定或选择光学系统的至少一个参数，其中，所述组包括：系统的光学元件的数目、构成所述光学系统的光学元件的材料的属性、所述光学系统的材料的成本、光学表面的处理、所述光学系统的材料的颜色、装配公差、依赖于焦距的视差的值、以及图像聚焦的特性。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，对光学系统、和/或传感器或产生器、和/或同步系统的性能等级(30′、32′、34′)进行调整，以调整到所述数字图像处理装置的性能等级(30、32、34)。
6.如权利要求1或2中的一项所述的方法，其中：
-所述数字图像处理装置包含通过作用于下述组中的至少一个参数来改善图像质量的装置，其中，所述组包括：图像传感器和/或产生器的渐晕、图像传感器和/或产生器的清晰度的缺乏、噪声、波纹现象、和/或对比度；
-和/或在下述组中确定或选择图像传感器和/或产生器的至少一个参数，其中所述组包括：像素的质量、像素的面积、像素的数目、微透镜的阵列、抗混叠滤光器、像素的几何形状、像素的布置；
-和/或相对于下述组中的至少一个元件来确定或选择同步系统的至少一个参数，其中，所述组包括：焦点的测量值、曝光的测量值、白平衡的测量值、焦点设置、光圈设置、曝光设置、传感器增益设置。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，相对于所述传感器或产生器的尺寸来确定或选择图像传感器或产生器的至少一个参数，所述数字图像处理装置包含用于减少噪声的装置，使得允许图像传感器或产生器的尺寸最小化。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述设备包括同步系统，并且确定或选择光学系统的至少一个参数，使得图像的清晰度在图像的场中是均匀的，其中，所述同步系统考虑调焦距离和/或焦距的图像平面功能元件的位置。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述设备包括同步系统，并且其中，通过考虑噪声的、和/或对比度的、和/或运动模糊的校正算法的校正能力来指定或选择所述同步系统的至少一个参数，其中，所述校正算法形成所述数字图像处理装置的一部分。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述数字图像处理装置包含用于作用于光学系统和/或图像传感器的、和/或产生器的清晰度缺乏的装置，这些装置使得允许生产不包括聚焦同步系统的图像记录和/或再现设备。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中，根据所述数字图像处理装置的能力来确定所述设备的尺寸。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述数字图像处理装置至少部分包括在所述图像记录和/或再现设备中。
13.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述数字图像处理装置至少部分与所述图像记录和/或再现设备分离。
14.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述光学系统是从预先存在的光学系统之中选择的。
15.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述传感器或产生器是从预先存在的传感器或产生器之中选择的。
16.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述数字图像处理装置包含通过作用于下述组中的至少一个参数来改善图像质量的装置，其中，所述组包括：所述光学系统的和/或所述图像传感器和/或产生器的渐晕、所述光学系统的和/或所述图像传感器和/或产生器的清晰度的缺乏、噪声、波纹现象、和/或对比度。
17.如权利要求1或2所述的方法，其中，从下述组来确定或选择所述光学系统的至少一个参数，其中，所述组包括：系统的光学元件的数目、构成所述光学系统的光学元件的材料的属性、所述光学系统的材料的成本、光学表面的处理、装配公差、依赖于焦距的视差的值、光圈的特性、光圈的机制、可能的焦距的范围、聚焦的特性、聚焦的机制、抗混叠滤光器，还包括：景深、链接焦距和聚焦的特性、几何失真、色差、偏心、渐晕和清晰度特性。
18.一种图像记录和/或再现设备，其中，所述图像记录和/或再现设备是通过根据前述权利要求的一项所述的生产方法而获得的。
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