CN101673026B - 照相机以及成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种包括成像系统的照相机。该成像系统具有对于一个或多个第一色彩的第一景深，和对于一个或多个第二色彩的比第一景深小的第二景深。成像系统包括光圈，该光圈具有用于第一色彩或多个色彩的第一孔径和用于第二色彩或多个色彩的比第一孔径大的第二孔径。第一孔径由外部不透明环(1)定义且第二孔径由内部彩色环(2)定义。内部环(2)阻挡第一色彩或多个色彩，且通过第二色彩或多个色彩。第一色彩形成的图像较锐，且其锐度可通过图像处理调换到其他图像。

Description

照相机以及成像系统
技术领域
本发明涉及照相机以及成像系统。
背景技术
数年前，置入移动电话的照相机趋向于小尺寸且低分辨率。小型照相机可以具有很大的景深(指可以同时对焦的宽距离范围)。景深很大以至可以使用固定焦距透镜，且该固定焦距透镜足够在所有期望距离上聚焦。
为了提高当今照相机电话的性能，照相机为大尺寸且具有高分辨率。改动照相机设计使得其变大则减小其景深。从而景深为固定焦距透镜不能在足够宽的距离范围上聚焦。替代的，使用机械可移动的透镜。这样改变了依赖于物体相距多远的位置从而聚焦。
现有不同类型的可移动透镜系统。‘手动聚焦’系统可由用户手动调节，相反，‘自动聚焦’系统可由电子系统自动移动。手动系统不期望地需要用户的输入，相反，自动聚焦系统很昂贵且在系统聚焦时存在延时。没有任一系统可在所有距离同时聚焦。
存在有不需要移动透镜而聚焦物体的照相机系统的需求。现有技术在一定程度上满足了这个需求。
在文章“CATHEY，W.，AND DOWSKI，R.1995.A new paradigmfor imaging systems.Applied Optics 41，1859.1866”中揭示了一种系统。该文章描述了具有有效调焦特性的透镜系统的设计。标准透镜系统具有锐聚焦，且在焦距之外，图像急剧变得更加模糊。该文章中描述的透镜系统并不具有锐聚焦。替代的，其具有宽焦距范围，其中图像被模糊相似程度。通过使用图像处理(使用标准解卷积或锐化技术)，由于透镜以已知量模糊图像，所以可以对焦距范围内的图像去模糊。
尽管该系统可能有效，但是其很难通过图像处理将图像恢复到锐聚焦透镜实现的质量等级。有可能为该图像一直具有中等级别质量，而不是高质量。
DxO公司在WO/2006/095110中揭示了另一种照相机系统。该公开文献描述了具有高轴向色差的照相机系统。红色光用于对远距离物体聚焦，绿色光用于对中等距离的物体聚焦，且蓝色光用于对近距离物体聚焦。DxO然后使用图像处理来确定哪个色彩通道最锐利，且然后将最锐利的色彩通道的锐度调换到未对焦的其他色彩通道。然而，无论物体距离，图像总是需要处理。这将会很慢且可能导致比常规要低的低质量图像。
用于增加景深的另一公知方法是减小透镜孔径(aperture)。这将增加景深，但同时降低系统的感光度。
发明内容
本发明的第一方面是提供一种照相机。该照相机包括成像系统。该成像系统具有对于至少一第一光辐射频率的第一景深，和对于至少一第二光辐射频率的比第一景深小的第二景深。
至少一第一光辐射频率包括至少一第一色彩。至少一第一色彩包括至少一第一主色彩。
至少一第一光辐射频率包括至少一第一不可见光频率。
至少一第一光辐射频率包括至少一第一频带。
至少一第二光辐射频率包括至少一第二色彩。至少一第二色彩包括至少一第二主色彩。
至少一第二光辐射频率包括至少一第二频带。
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的波形编码元件。
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的编码孔径。
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的彩色孔径。
成像系统包括编码孔径和彩色孔径的组合。
彩色孔径包括光圈，该光圈具有用于至少一第一光辐射频率的第一孔径和用于至少一第二光辐射频率的比第一孔径大的第二孔径。光圈包括定义第二孔径的外部光圈和定义第一孔径的内部光圈。内部光圈包括用于充分阻挡至少一第一光辐射频率和用于通过至少一第二光辐射频率的滤光器。
内部光圈对至少一第一光辐射频率提供作为入射光辐射亮度的递增函数的衰减。
内部光圈包括光活性染料。
内部光圈和外部光圈中的至少一个被切趾。
第一孔径具有充分等于第二孔径的面积一半的面积。
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的切趾的彩色孔径。
照相机可包括：图像传感器，其具有响应于至少一第一光辐射频率的至少一第一传感器元件阵列和响应于至少一第二光辐射频率的至少一第二传感器元件阵列。
照相机可包括：图像处理器，用于处理第一和第二光辐射频率的图像，以提供具有比第二景深大的景深的彩色图像。
图像处理器可设置为将至少一第一光辐射频率的图像或每一图像的锐度调换到至少一第二光辐射频率的图像或每一图像。
图像处理器可设置为从至少一第二光辐射频率的图像或每一图像形成辉度图像，且将至少一第一光辐射频率的图像或每一图像的锐度调换到辉度图像。
图像处理器可设置为从至少一第一光辐射频率的图像或每一图像形成辉度图像。
图像处理器可设置为对至少一第一光辐射频率的图像或每一图像去模糊。
图像处理器可设置为确定图像中的物体距离且只处理前景物体图像数据。
根据本发明的第二方面，提供一种成像系统，其包括光圈，该光圈具有定义第一孔径的内部部分和定义比第一孔径大的第二孔径的外部部分，内部部分由对入射光辐射的亮度起作用的材料制成，以至内部部分具有响应于第一亮度的对入射光辐射的第一衰减以及响应于比第一亮度大的第二亮度的比第一衰减大的第二衰减。
根据本发明的第三方面，提供一种照相机，其包括根据第二方面的成像系统。
根据本发明的第四方面，提供一种照相机。照相机包括传感器，和在传感器上形成图像的成像系统，其中该传感器具有敏感于第一光辐射频带的第一组感应元件和敏感于不同于第一光辐射频带的第二光辐射频带的第二组感应元件，且该成像系统具有包括第一区域和第二区域的孔径，第一区域设置为通过至少第一光辐射频带的光辐射且充分阻挡第二光辐射频带的光辐射，第二区域设置为通过至少第二光辐射频带的光辐射。
第二区域可设置为充分阻挡第一光辐射频带的光辐射。
第一和第二光辐射频带中的至少一个在可见光频带中。
第一和第二光辐射频带互不重叠。
孔径具有第三区域，且第三区域具有与第一区域和第二区域不同的通频带。
第三区域可设置为通过至少第一和第二光辐射频带的光辐射。
第三区域可设置为通过第三光辐射频带的光辐射且充分阻挡第一和第二光辐射频带的光辐射，且第一区域和第二区域设置为通过第三光辐射频带的光辐射。
照相机可包括图像处理器，其设置为确定由第一和第二组感应元件感应的图像的至少部分之间的视差。图像处理器可设置为从该视差确定相距照相机的物体距离。图像处理器可设置为根据物体距离执行图像去模糊。
照相机可包括个人数字助理或移动电话。
这里使用的术语“光辐射”是指敏感于光处理，例如通过光学元件(例如透镜，棱镜，镜面和全息照相)的反射和/或折射和/或衍射的电磁辐射，且包括可见光，红外线辐射和紫外线辐射。
因而可以提供能够不需要可移动透镜系统而提供大景深的照相机。不需要提供手动或自动聚焦系统从而避免与机械聚焦(会产生延迟)相关联的移动部件。这样的照相机可大尺寸的适用于移动(小区)电话，以提供高分辨率。
将参考附图以示例的方式进一步说明本发明的实施例。
附图说明
图1是形成构成本发明的一实施例的照相机的成像系统部分的光圈的示意性前视图；
图2是构成本发明的一实施例的照相机部分的示意性横截面示意图；
图3a是显示构成本发明的一实施例的照相机中使用的光学系统的示意图；
图3b是包括图3a的光学系统的照相机的示意性横截面示意图；
图4a、4b、4c和4d是显示可以用于图3b中显示的类型的照相机中的其他光学系统的示意图；
图5是显示构成本发明的一实施例的照相机的示意图；和
图6是显示图5中所示的照相机的图像传感器的示意图。
具体实施方式
如前所述，减小照相机系统的孔径会增加其景深。在本申请描述的实施例中，对于一个色彩通道(或可能更多但不是全部)减小照相机的孔径。这意味着一个色彩通道具有大景深，且通过使用图像处理，将该通道的锐度调换到其他色彩通道。通过本方法，照相机系统可以生成宽焦距范围的高分辨率锐(sharp)图像。而且，因为只对一个色彩通道减小孔径尺寸，所以并不显著影响照相机的感光度。通过只降低一个色彩通道中的光亮度级，系统的光总输入只降低例如10％。
本系统采用例如图1中所示的包括光圈的‘彩色孔径’。标准孔径包括黑色或不透明环，其例如由塑料材料制成且允许所有颜色的光通过其中心。新孔径包括形成外部光圈的不透明孔径环1，其具有形成内部光圈的较小的色彩或彩色孔径环2，在彩色孔径环2的内部定义有效(clear)孔径区域3。在该示例中，对于蓝色色彩通道减小孔径，且由黄色滤光器构成该较小的色彩环2。黄色滤光器允许红色和绿色光以低衰减或无衰减通过，但充分的完全阻挡蓝色光。所以，红色光由黑色环1阻挡，但从黄色滤光器2通过。对于红色光，孔径由黑色环1有效的定义。这对于绿色光也同样成立。蓝色光由黑色环1和黄色滤光环2阻挡。蓝色光的孔径由黄色滤光器2定义。蓝光“看到”比红色和绿色光的孔径小的孔径3。
对于“锐”色彩通道的较小(第一)孔径的尺寸是一种折衷。如果孔径很大，则允许更多的光通过。这将增加光敏感度但光经受较少的衍射(衍射可模糊图像)，但降低景深。如果孔径很小，则允许较少的光通过。这将降低光敏感度且光经受更多的将模糊图像的衍射，但增加景深。在典型的应用中，“切合实际的”折衷可以是减小孔径到用于其它色彩通道的(第二)孔径的大约2/3尺寸。这产生大约50％的光通过量的减少，但显著增加景深。也可以选择其他设计值以在不同因素之间进行优化。例如，第一孔径可以具有实质上等于第二孔径面积一半的面积。
因为锐色彩通道比其他通道暗淡，所以可以通过以下任一方式对锐通道进行合适的补偿：增加曝光时间；提高增益；通过利用图像处理变化亮度来提高强度。同样，例如在蓝色光通道已经降低光敏感度的情况下，可以以增加的蓝色光等级照亮图像，例如通过使用包含比常规更多的蓝色光的照相机闪光灯。
因为蓝色光经受较少的衍射，所以蓝色光通道用作锐通道。同样，因为眼睛对蓝色光最不敏感，所以蓝色通道中的信息损失可能最不重要。可替代的是，因为绿色提供图像中的大部分辉度信息且锐辉度通道对于高图像质量比较重要，所以绿色光通道可以用作锐通道。也可以使用红色光通道作为锐通道。任意通道的组合可用作多个锐通道，例如红色和蓝色光通道。提供实质上阻挡锐通道或多个通道的色彩光或多个色彩光的彩色孔径已经足够满足每一种情况。
这通用于由传感器检测的任意组色彩。例如，如果传感器检测到两个不同的绿色，基于彩色孔径中滤光器的选择，其中一个绿色可为锐通道。彩色孔径可以为多色，从而每个通道“看到”不同的孔径。
孔径的透射分布图在一定程度上控制孔径处衍射产生的模糊。如果孔径从透射急剧变化到非透射，则生成一衍射图，相反，如果转换是平缓的变化(切趾，apodised)，则生成较平滑的衍射图。较佳的是对孔径切趾以控制生成的衍射图。因为切趾可使得衍射模糊随着物体距离更加恒定，所以如果使用软件对锐通道中的衍射去模糊，切趾将尤其有用。
图2显示了形成标准照相机系统5部分的单个透镜之前的附加元件4。这是一简化示图，因为高质量照相机通常包括很多精心设计的透镜元件。为了最佳效果，附加元件(例如彩色孔径)将需要并入高质量照相机透镜系统。这对于本领域的普通技术人员是可以实现的。
一旦使用彩色孔径使得一个色彩通道锐化，则可以通过图像处理锐化其他通道。下面描述可适用的各种技术。
一种此类图像处理方法可由如下数据生成锐辉度通道。
人类视觉系统感知辉度(亮度)的锐度要比色度(色彩)要好很多。可相当的模糊色度通道而没有明显的感知锐度的降低。因此，可由现有三通道数据构造锐辉度通道来执行图像的锐化。在JPEG转换中，辉度(Y)通道是具有29.9％红色光的红色光通道、具有58.7％绿色光的绿色光通道和具有11.4％蓝色光的蓝色光通道的混合。
如果蓝色光用作锐通道，则可以通过增加辉度中的蓝色光量来提高锐度。当只是蓝色光通道调换到辉度时，产生的图像显现几乎和蓝色光通道本身一样的锐度。然而，在混合中如果存在太多的蓝色光，输出将明显不同且看起来不自然。可以是较少的增加蓝色光量来提高锐度，同时产生外观上可接受的细微变化。
因为辉度计算中蓝色光的低比例(11.4％)，很难从蓝色光通道获得看起来自然的图像。图像处理的替代技术是使用占58.7％辉度的绿色光通道作为锐通道。
在该情况下，可认为即使没有任何图像处理，图像也充分锐化。通过彩色孔径而简单的设置锐通道为绿色光通道，且来自绿色光通道的锐度应自然的支配图像。
另一增加锐度的图像处理方法假定存在有可以改变强度的去模糊操作。在通常使用(不具有来自锐色彩通道的信息)中，该强度是期望锐度和不期望的噪声增加之间的折衷。
在该方法中，高通滤波锐通道被与非锐色彩通道中的模糊相似的量模糊。产生的滤波图像显示例如图像中边缘和其他细节的高频成分的位置。然后使用边缘图改变图像中去模糊的强度。则可以以比不具有锐边缘的区域的更大的量来锐化例如锐通道中的细节和边缘的具有高频成分的区域。
为了实现改进的锐度，算法可以考虑色彩子像素的相对位置。如果不是这种情况，可以对单个色彩通道移位半个像素。当应用滤波器时，应考虑该移位从而在准确的位置进行锐化。
可以利用DxO在WO/2006/095110中揭示的任一方法将锐度从“锐”通道复制到另一通道，WO/2006/095110中的所有内容在此结合参考。
为了最大化效果，可以组合任意图像处理方法。
当从一个通道转移锐度到另一通道时，可能必须校正透镜的轴向和横向色差。这些色差会使得不同的色彩通道被轻微的不同的改变，而降低锐化算法的有效性。在本领域中公知有用于校正色差的方法。
对锐通道去模糊可能会有利。例如，锐通道可能会经受一些衍射模糊。可以在锐度转移到其他通道之前通过图像处理减小该轻微的模糊。这可以通过对具有习知的透镜系统中的衍射所发生的模糊的锐通道图像进行解卷积而实现。
最佳的是将锐通道的锐度转移到其他通道。作为替选，仅仅只在锐通道比其他通道更加锐利的情况下调换锐通道的锐度。作为另一替选，如果‘非锐’通道被充分模糊，则不参照锐通道的锐度调换锐通道。
当评定通道的锐度时，算法可仅仅关注图像中的中心区域或一个或多个区域，或者整个图像或仅仅是图像中的脸。作为替选，可以为图像中的每一区域评定锐度。
处理过程可通过测量一个‘非锐’通道中的模糊量，且可选的与锐通道中的模糊量进行比较，来估计到场景中的物体的距离。可用该估计来选择合适的参数，以在至少一个通道进行去模糊。这样的参数包括用于解卷积的核的选择，或用于锐化算法的函数的形式和强度，或其他方法。
可在这里描述的任意其他处理之外，使用任意标准锐化或去模糊方法来去模糊任一通道。标准方法包括利用非锐膜的锐化，或强光算法，或限定优化算法，或其他对于图像处理领域的技术人员公知的方法。
‘非锐’通道可以与锐通道组合在一起，从而计算可以用于去模糊在图像的至少一个部分中的‘非锐’通道的核。通过以锐通道解卷积‘非锐’通道，或相反，优选的首先滤波至少一个通道，可以估计这样的核。
利用具有更多光且因此潜在的较高的信噪比的‘非锐’通道中的信息来对锐通道去噪声是有利的。
另外，通过如上所述测量图像中的每一部分到照相机的距离，可以分辨前景和背景。这对于艺术肖像是很用处的，例如从肖像中剥离背景且替换为不同的背景。
可以使用该技术利用一个或多个锐通道的数据而不是全色数据来读取条形码或扫描文本或名片。可以使用非锐通道来去处该应用中的噪声。
这样的系统优于标准的自动聚焦透镜之处在于没有聚焦延迟，且不需要用于移动透镜的昂贵的机械装置。另外，这样的系统允许同时聚焦较大的景深，相反，自动聚焦系统只能聚焦场景中的一个主要物体。
这样的系统也优于例如波阵面编码系统的其他延展景深系统。如前所述，公知系统需要图像处理来锐化图像，而不管物体与照相机的距离。生成锐图像的图像处理的使用通常没有初始使用较好对焦光学镜那么有效。可以使得所有三个色彩通道对于中等和远距离对焦，以至不需要图像处理。以这种方式，对包括肖像和风景的最流行的摄影可以获得很好的效果。只需要图像处理来锐化近处的图像。近处的图像可能会具有稍微降低的质量，但这也通常没那么重要。
另外，为了读取在邻近距离的单色条形码，有可能不需要图像处理，这是因为可以从锐通道直接读取数据。其他系统则需要在读取条形码之前记录和处理图像，这将产生不期望的延迟。
这种类型的照相机可以包括或形成于个人数字助理，移动电话等等中。
实施例1
图1是实施例1的示意图。在本实施例中，使用彩色孔径来使得用于蓝色光通道的透镜孔径较小，且因此增加蓝色光通道中的景深。然后通过图像处理从蓝色光通道调换蓝色光通道的锐度到其他色彩通道。增加蓝色光通道的增益以补偿蓝色光通道中减少的光输入。
因此照相机所具有的成像系统具有用于至少一第一光辐射频率(例如至少一第一频带，蓝色光)的第一景深和用于至少一第二光辐射频率(例如至少一第二频带，红色和绿色光)的较小的第二景深。
实施例2
图2是实施例2的示意图。照相机系统包括只作用在一个色彩通道上的额外的衍射元件4。衍射元件作用为波形编码元件，且设计为产生本领域中公知的波形编码效果。也就是说，元件4生成在宽距离范围上的物体的一致的模糊，从而在记录图像后可通过图像处理反转该模糊。通过从由滤色镜材料制成的振幅掩膜制成衍射元件4，可使得衍射元件4只对一个色彩通道起作用。例如，如果使用黄色滤色镜，则衍射元件对红色和绿色光充分不可见，而对蓝色光有效。
以这种方式，照相机透镜操作为用于红色和绿色光通道的标准透镜，从而因为只有蓝色光通道经受图像处理，所以对于中等和远距离给出极佳的图像质量。对于邻近距离，由图像处理对蓝色光通道去模糊，且蓝色光通道比景深不好的红色和绿色光通道锐。然后调换蓝色光通道的锐度到红色和绿色光通道。
实施例3
由Levin等人在ACM SIGGRAPH 2007的文章No.70，2007的“Image and Depth from a Conventional Camara with a CodedAperture”的技术中，揭示了一种‘编码孔径’，其与具有一特定大景深的色彩通道的概念相一致。该文章描述了具有特殊图案的孔径作为编码孔径的使用。该图案以基于深度的方式阻挡图像的一定频率成分。通过识别图像中遗失了哪些图像频率成分，来判断物体的距离且因此能判断来自照相机透镜的模糊程度，且由图像处理进行反转。编码孔径并不需要由该文章中描述的黑色和有效成分制成，在本实施例中，编码区域可由彩色染料(dye)制成。这使得可在一个色彩通道上执行去模糊，且一旦生成锐色彩通道，锐度可转移到其他通道。以这种方式，只有一个色彩通道经受从图像阻挡一定频率成分的效果。例如，在生成锐蓝色光通道的情况下，可由黄色滤光器制成编码孔径区域，从而只影响蓝色色彩通道。
实施例4
在本实施例中，彩色孔径减小例如红外或紫外光的不可见光通道的孔径。因此不可见光通道具有大景深。由传感器中的额外像素检测不可见光通道，且从不可见光通道转移锐度到其他色彩通道。
实施例5
在本实施例中，照相机具有包括光活性染料的孔径。例如，由该染料制成孔径的一部分，以至在白光条件下，该染料变黑；这减小了孔径且增加景深。因为具有来自场景的充足的光，所以该情况下的光损失对于传感器来说不是问题。在低光亮度会导致问题的黑暗条件下，染料变为有效，其增加照相机的孔径且提高照相机的光敏感度。该技术可应用于标准黑色和有效孔径，或用于在蓝色光通道中增加景深的彩色孔径；黄色滤光器可由基于光照条件从黄色变为有效的染料制成。因而，内部光圈对至少一第一光辐射频率提供是入射辐射的亮度的递增函数的衰减。内部光圈(或光圈的内部部分)可由一对入射辐射的亮度起反应的材料制成，以至内部部分具有响应于第一亮度的对入射辐射的第一衰减，和响应于比第一亮度大的第二亮度的比第一衰减大的第二衰减。
实施例6
在本实施例中，波阵面编码系统(或其它大景深透镜设计)与彩色孔径结合使用。以这种方式，两个色彩通道使用波阵面编码技术生成锐图像，而第三色彩通道使用波阵面编码和减小的孔径。以两种技术的结合，可以使得第三通道非常锐，且因此实现更好的图像质量。或者，该结合可使得处理部分非常有效，产生花费更小或更快的处理步骤。
实施例7
在本实施例中，照相机的透镜具有高轴向色差，以至每一色彩通道聚焦在场景中的不同深度范围。这与DxO中使用的技术相似。另外，应用彩色孔径从而一个色彩通道可具有延伸的景深以及移位的焦距范围。
可以使用编码孔径和彩色孔径的组合，从而一个通道具有用于高景深的减小的孔径，而另一色彩通道具有易于图像的去模糊的编码孔径。
实际上，可以结合使用彩色孔径，编码孔径，轴向色差透镜设计，和波阵面编码设计的任意组合。可以使用软件来组合每一设计的强度，以生成高质量图像。
图3a和3b示出了另一类型的照相机，该照相机包括传感器10和成像系统11，成像系统11示出为单个凸透镜，但也可为用于在传感器10上形成图像的任意合适类型。传感器10可以为任意类型，但典型的包括像素化的电荷耦合器件，且包括对通常在可见光频带中的光辐射的不同频带敏感的三个或更多感应元件。排列感应元件为阵列，其不同组的元件互相交织在一起。在这样的传感器的典型示例中，具有对红，绿和蓝光敏感的且参照为“通道”的三组感应元件。图3b显示了在红色和蓝色光通道中的点的图像12和13。
成像系统具有图3a所示的孔径。在本实施例中，孔径被划分为两个半圆子孔径或“区域”14和15。孔径的第一区域设置为通过至少第一频带的光辐射，且阻挡第二频带的光辐射，其中第一和第二组感应元件或通道响应于第一和第二频带。在本实施例中，区域(红色光阻挡区域)14通过绿色和蓝色光但阻挡红色光。
第二区域(蓝色光阻挡区域)15设置为通过至少第二频带的光辐射。在图3a的示例中，第二区域15阻挡第一频带的光辐射，从而区域15通过红色和绿色光但阻挡蓝色光。第一和第二频带在为红色和蓝色光的情况下不互相重叠。
图4a至图4d显示了本实施例中使用的其他孔径的示例。在图4a中，第一区域(黄色光通过区域)14通过红色和绿色光(黄色光)但阻挡蓝色光，相反第二区域(有效区域)15为有效且通过所有可见光谱的光。在图4b的孔径中，第一(黄色光通过区域)14和第二(青色光通过区域)区域15为圆形或椭圆形，且由第三区域(绿色光通过区域)16所包围。第一区域14通过红色和绿色光(黄色光)但阻挡蓝色光，第二区域15通过蓝色和绿色光(青色光)但阻挡红色光，且第三区域16通过绿色光但阻挡红色和蓝色光。因而，第三区域通过第三频带的光辐射，且充分阻挡第一和第二频带的光辐射，相反第一和第二区域设置为通过第三频带的光辐射。
图4c显示了与图3a中孔径不同的另一类型的孔径，不同之处在于有效圆形第三区域(有效区域)16提供在孔径的中部，且通过红色，绿色和蓝色光。
图4d所示的孔径包括第一蓝色阻挡区域14，该区域14形成为环面的一部分或一扇区。第二区域(有效区域)15包括圆形孔径的剩余部分且为有效，即通过红色，绿色和蓝色光。
图3b中所示的光线路径17，18和19是来自成像系统的光轴上的且位于“无限远”的物体，以至来自物体的光线互相充分平行、且平行于光轴入射。如传感器10之前的点20处光线17，18和19交叉处所示，物体的像未对焦。相对“蓝色光通道”13中的物体的图像，“红色光通道”12中的相同物体的图像发生位移。相对位移量称为“视差(disparity)”且基于物体与照相机的距离。例如，邻近照相机的物体相比于远离照相机的物体，红色光通道将相对蓝色光通道发生更多的位移。位移的方向取决于物体是在透镜的对焦面之前或之后。典型的，场景中的不同物体是相距透镜不同的距离，所以视差将在图像中空间的进行变化。
利用很多本领域公知的合适的图像处理技术可以测量该视差。一个合适的图像处理技术的示例是互相关。在获得的图像的区域上使用该技术，通过估计需要来校准红色和蓝色光通道图像的图像移动，可以获得红色光通道和蓝色光通道的物体图像之间的视差。
另一可以用来确定视差的技术是相位相关。为了计算视差，更加合适的技术在每一图像中定位图像特征，例如边缘或角落，并且利用标准视觉处理方法进行匹配。因此可以确定每一物体相距照相机的距离。如果知道物体相距照相机的距离，则使用进一步的图像处理技术合适的对图像去模糊。例如，照相机设计者可以模拟，或测量在已知的任意特定物体距离处照相机透镜所产生的模糊量和空间分布。因为可以对图像的每一区域计算视差以及物体距离，所以可以对图像的每一区域估计模糊。然后可以使用习知为解卷积的标准技术转换估计的每一区域中的模糊。
在另一处理技术中，可以根据照相机设计搜索并应用去模糊核(kernal)的选择从而对图像去模糊，直到在红色和蓝色光通道之间再也没有任何视差。如果没有视差了，则成功实现了去模糊。
获知视差以及因而获知物体距离照相机的距离可以用于其它目的。例如，该知晓可以用于生成场景的深度图，且可以用于例如三维(3D)成像或3D感应的应用。
图5示出了一照相机，其包括电荷耦合器件(CCD)形式的传感器10和显示为具有彩色孔径且具有本文中任一结构的透镜的成像系统11。传感器10连接于图像处理单元或处理器21，图像处理单元处理传感器10的输出以形成一个或多个图像22。
图6显示了传感器10的前视图。CCD像素排列为阵列，且图6中的每一种类型的阴影表示对于特定色彩光敏感的像素。例如像素25敏感于绿色光，像素26敏感于红色光，像素27敏感于蓝色光。因而像素排列为响应于各个光辐射频率(例如各个主色彩)的第一，第二和第三传感器元件阵列。
处理器21可以执行本文描述的任意或所有处理。因而，处理器21可以处理不同频率或不同色彩的图像以提供一彩色图像，其具有比图1的结构中的光圈环1对于彩色孔径环2通过的光所提供的景深大的深度。例如，处理器可以设置为调换在至少一第一频率(彩色孔径环2所阻挡的)的图像或每一图像的锐度到在至少一第二频率(彩色孔径环2所通过的)的图像或每一图像上。替代的，处理器21可以设置为从在至少一第二频率的图像或每一图像形成辉度信号，且调换在至少一第一频率的图像或每一图像的锐度到辉度图像。
作为另一替代，处理器21设置为从在至少一第一频率的图像或每一图像形成辉度图像。
处理器可设置为对在至少一第一频率的图像或每一图像去模糊。作为替代，处理器可以设置为确定图像中的物体距离且只处理前景图像数据。替代的或附加的，处理器21可以提供图3a至4d中所示实施例中描述的视差确定，距离确定，和/或去模糊。
以上对本发明进行了描述，但是显而易见的是可以以很多方式进行变化。这样的变化应看作为并不脱离本发明的范围，并且对于本领域技术人员来说显而易见的所有这样的变化均应包括在权利要求的范围内。

Claims (29)

1.一种照相机，其包括成像系统，
该成像系统具有对于至少一第一光辐射频率的第一景深，和对于至少一第二光辐射频率的比第一景深小的第二景深。
2.根据权利要求1所述的照相机，其中，
至少一第一光辐射频率包括至少一第一色彩。
3.根据权利要求2所述的照相机，其中，
至少一第一色彩包括至少一第一主色彩。
4.根据权利要求1所述的照相机，其中，
至少一第一光辐射频率包括至少一第一不可见光频率。
5.根据权利要求1所述的照相机，其中，
至少一第一光辐射频率包括至少一第一频带。
6.根据权利要求1所述的照相机，其中，
至少一第二光辐射频率包括至少一第二色彩。
7.根据权利要求6所述的照相机，其中，
至少一第二色彩包括至少一第二主色彩。
8.根据权利要求1所述的照相机，其中，
至少一第二光辐射频率包括至少一第二频带。
9.根据权利要求1所述的照相机，其中，
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的波形编码元件。
10.根据权利要求1所述的照相机，其中，
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的编码孔径。
11.根据权利要求10所述的照相机，其中，
编码孔径由彩色染料制成。
12.根据权利要求1所述的照相机，其中，
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的彩色孔径。
13.根据权利要求1所述的照相机，其中，
成像系统包括编码孔径和彩色孔径的组合。
14.根据权利要求12或13所述的照相机，其中，
彩色孔径包括光圈，该光圈具有用于至少一第一光辐射频率的第一孔径和用于至少一第二光辐射频率的比第一孔径大的第二孔径。
15.根据权利要求14所述的照相机，其中，
光圈包括定义第二孔径的外部光圈和定义第一孔径的内部光圈。
16.根据权利要求15所述的照相机，其中，
内部光圈包括用于充分阻挡至少一第一光辐射频率且用于通过至少一第二光辐射频率的滤光器。
17.根据权利要求15所述的照相机，其中，
内部光圈对至少一第一光辐射频率提供作为入射光辐射亮度的递增函数的衰减。
18.根据权利要求15所述的照相机，其中，
内部光圈包括光活性染料。
19.根据权利要求15所述的照相机，其中，
内部光圈和外部光圈中的至少一个被切趾。
20.根据权利要求14所述的照相机，其中，
第一孔径具有等于第二孔径的面积一半的面积。
21.根据权利要求1所述的照相机，其中，
成像系统包括对于至少一第一光辐射频率提供第一景深的切趾的彩色孔径。
22.根据权利要求1所述的照相机，其包括：
图像传感器，其具有响应于至少一第一光辐射频率的至少一第一传感器元件阵列和响应于至少一第二光辐射频率的至少一第二传感器元件阵列。
23.根据权利要求1所述的照相机，其包括：
图像处理器，用于处理第一和第二光辐射频率的图像，以提供具有比第二景深大的景深的彩色图像。
24.根据权利要求23所述的照相机，其中，
图像处理器设置为将至少一第一光辐射频率的图像的锐度调换到至少一第二光辐射频率的图像。
25.根据权利要求23所述的照相机，其中，
图像处理器设置为从至少一第二光辐射频率的图像形成辉度图像，且将至少一第一光辐射频率的图像的锐度调换到辉度图像。
26.根据权利要求23所述的照相机，其中，
图像处理器设置为从至少一第一光辐射频率的图像形成辉度图像。
27.根据权利要求23所述的照相机，其中，
图像处理器设置为对至少一第一光辐射频率的图像去模糊。
28.根据权利要求23所述的照相机，其中，
图像处理器设置为确定第一和第二光辐射频率的图像中的物体距离且只处理前景物体图像数据。
29.根据权利要求1所述的照相机，包括个人数字助理或移动电话。
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