CN102486565A - 用于电子设备的相机模块的装置及相关联的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电子设备的相机模块，所述电子设备诸如是无线移动台或者独立的设备。该相机模块包括可平移到期望位置的低光圈级数的镜头组件。将目标的图像提供给包括传感器组件的EDOF组件以及扩展景深处理器。扩展景深处理器提供所得的表现出改进的景深特性的记录图像的形成。

Description

用于电子设备的相机模块的装置及相关联的方法

技术领域

本公开总体上涉及由相机模块记录目标(subject)的图像的方式，所述相机模块诸如是便携式移动台或者其他无线设备的相机模块。更具体地，本公开涉及装置及相关联的方法，通过该装置及该方法，使用扩展景深图像部分选择，在扩展景深元件处记录由可平移的相机镜头聚焦到焦点位置的目标的图像。

低光圈级数(F-stop)的可平移相机镜头与扩展景深图像形成一起使用，其中低光圈级数的可平移相机镜头允许在低光的环境下获得改进的性能，相对于传统的数字相机记录元件而言改进了所得的记录图像的景深特性。

背景技术

近些年，已经见证了技术进步带来的许多改变。由于这种技术进步，使得例如现在许多新服务被多数人获得和使用成为了可能。

例如，通信服务以及提供这种服务的网络基础设施和设备现在可被多数人获得和常规使用。蜂窝无线通信系统和其他模拟的无线通信系统是已经开发和部署的这种新通信服务的示例，其利用了技术进步的好处。已经部署了蜂窝通信系统的后续系列，它们均提供了改进的通信服务和能力。新一代蜂窝通信系统例如提供显著的数据通信能力。

通常，在蜂窝或者类蜂窝的通信系统中，通过使用包括收发信机电路在内的便携式无线设备来执行通信。便携式无线设备通常具有紧凑的尺寸，以允许设备的用户手持该设备。作为结果，这种无线设备的用户经常手持无线设备，并且因此使得无线设备可供用户任何时候选择来用于通信，只要用户位于蜂窝或者其他模拟通信系统的覆盖区域内。

除了收发信机电路提供的功能之外，一些无线设备还提供附加的功能。以及，这样的无线设备形成了具有多种功能的多功能设备。

例如，无线设备有时包括相机功能。相机功能提供对图像的记录，其通常通过使用相机模块来实现。一旦已经记录，形成图像的数据随后可在图像显示元件上显示，所述图像显示元件或者是无线设备的图像显示元件，或者是位于其他位置的显示元件。现有的无线设备例如能够通过蜂窝通信系统向远程位置传输表示记录图像的数据，用于存储或者显示。一些无线设备的相机功能除了能够记录静态图像之外，还能够记录视频序列。以及，具有这种能力的无线设备通常也能够通过蜂窝通信系统向远程位置传输记录的视频序列。

便携式无线设备的相机模块通常尺寸受限。换言之，由于需要最小化便携式无线设备的物理尺寸，所允许的相机模块的物理尺寸是受限的。以及，由于这种局限，相机功能的能力有时也是有限的。

例如，在图像记录过程中检测光能的传感器的大小由于该局限而受到限制。传感器包括检测接收到的不同颜色的光能的像素，以及对传感器大小的限制限制了可用于检测光能的像素的数量。该限制在低光的环境下尤其成问题，因为在该环境下较少数量的光能入射到可用像素处，从而所得的记录图像质量下降。

相机模块受到的大小限制还限制了所允许的相机镜头的大小。以及，由于该限制，针对给定焦距的镜头，低光圈级数的相机镜头的使用是受限的。

因此，现有的大小受限的相机模块(诸如用在便携式无线设备中的相机模块)存在各种缺陷，限制了能够获得的记录图像的质量。

根据与具有相机功能的设备有关的背景信息，已经演进了本公开的重要改进。

发明内容

附图说明

图1示出了通信系统的功能框图，该通信系统具有包括本公开的实现在内的设备。

图2示出了扩展景深(EDOF)图像的操作的表示，所述图像被分成依照形成EDOF图像的操作的多个部分。

图3示出了根据本公开的实现的在不同位置之间平移的相机镜头之间的关系的表示。

图4示出了表示本公开的实现的操作方法的方法流程图。

具体实施方式

因此，本公开有利地提供了装置及相关联的方法，通过该装置及该方法，由相机模块记录目标的图像，所述相机模块诸如是移动台或者其他便携式无线设备的相机模块。

在本公开的实现的整个操作中，提供了一种以下述方式在EDOF(扩展景深)元件处记录目标的图像：使用EDOF图像部分选择，使用由可平移的相机镜头聚焦到焦点位置的光。

在本公开的一个方面中，可平移的低光圈级数的相机镜头用于提供在低光环境下的改进的相机性能。可平移的相机镜头与EDOF图像形成结合使用，相对于传统的数字照相记录元件而言提高了所得的记录图像的景深特性。

在本公开的另一方面中，相机镜头可通过致动器的操作来平移。致动器提供致动力，所述致动力提供了相机镜头的平移。相机可在相机镜头位置的范围内平移。相机镜头位置平移到不同的相机镜头位置，改变了目标被聚焦到的位置。目标被聚焦到的相机镜头位置取决于相机镜头的特性等。

在本公开的另一方面中，致动器包括以各种方式中的任何方式实现的电致动器。致动器包括例如音圈(voice coil)马达、压电马达、步进(stepping)马达、或者能够生成用以提供相对精确的小步长的平移运动的平移力的其他马达。

在本公开的另一方面中，相机镜头包括低光圈级数镜头。镜头包括例如具有小于2.0的光圈级数的镜头。表现出低光圈级数的相机镜头(即，快速镜头)呈现相对大尺寸的光圈，由此允许相对大数量的光能，这在低光环境下记录图像时特别有利。低光圈级数镜头可定位在选定的镜头位置处。

在本公开的另一方面中，EDOF(扩展景深)元件用于检测入射光能以及根据其形成EDOF图像。EDOF元件包括检测入射到其上的光能的颜色的像素。以及，执行EDOF处理以创建EDOF图像，所述EDOF图像形成记录图像。EDOF处理导致相对于传统的图像形成具有改进的景深特性的图像。EDOF处理补偿了低光圈级数镜头所固有的有限景深。

在本公开的另一方面中，EDOF元件的传感器包括红、绿、蓝(RGB)像素簇。红、绿、蓝颜色区域的聚焦不同。记录是通过不同的像素颜色形成的图像来构成的。以及，EDOF处理包括比较单独的图像的对应部分，以及针对每个部分，选择记录图像之一的具有最佳质量的图像部分。以及，未选择部分用于向所选择的图像部分提供着色而不是细节。图像部分是例如10乘10像素的正方形。通过从多个图像中选择图像部分，选择表现出该部分的最佳景深特性的部分，得到改进景深的图像。

通过利用扩展景深元件和可平移的相机镜头，提供在低光环境下的改进的照相性能。

因此，在这些和其他方面中，提供了用于电子设备的相机模块的装置和相关联的方法。致动器被配置为提供在相机镜头位置的范围内的相机镜头平移。扩展景深元件被配置为在致动器将相机镜头定位在选定的相机镜头位置后，记录检测到的图像的扩展景深图像。

因此，首先参见图1，通信系统(一般地示为10)提供与通信设备的无线通信，此处无线设备12是无线设备的代表。

在示例实现中，通信系统包括多用户无线通信系统。尽管在图1中示出了单个无线设备12，但是在实际的实现中，通常大量的无线设备同时可操作用于执行通信服务。通信系统10例如是一般地根据蜂窝通信系统操作标准进行操作的蜂窝通信系统的代表。更一般地，通信系统10是其中与通信设备传送信息的各种通信系统中的任何通信系统的代表，所述各种通信系统包括无线的和固定的通信系统。另外，将在下文参考无线设备12描述的功能备选地可在独立设备处实现，所述独立设备即不是用于通过通信系统进行通信的设备。

通信系统10在此处实现为无线通信系统，其包括具有网络基础设施的网络部分16，所述网络基础设施包括能够通过在无线空中接口18上定义的无线信道与无线设备12通信的固定的射频收发信机。通信端点22连接到网络部分16。通信端点是可放置在与网络部分16的通信连接中的任何通信设备的代表，该通信连接继而经由无线空中接口上的无线信道。换言之，可将源自无线设备12的信息路由到通信端点22。以及，可将源自通信端点22的信息路由到无线设备12。

无线设备包括收发信机电路，此处收发信机电路由接收部分(Rx)26和发射部分(Tx)28表示。收发信机电路与网络部分16的对应电路收发通信信号。

如前面提到的，除了传统提供的针对电话和数据通信的功能之外，无线设备通常还包括附加功能。有时在无线设备处提供的一个功能是相机功能。相机功能提供对目标的图像的记录，所述图像或者是静态图像或者是视频图像序列。当形成便携式无线设备的一部分时，为了无线设备的便携性所必需的尺寸限制也影响了相机功能。相机功能至少部分地由相机模块具体实现，相机模块通常放在无线设备的外壳内。相机功能记录的图像可例如在无线设备的显示元件上显示，或者提供给另一位置以便以其他方式存储、显示或者观看。

相机模块上施加的尺寸限制对相机模块的元件的特性施加了限制。例如，相机模块的镜头组件的相机镜头通常是固定镜头配置。以及，因为镜头的最大光圈需要相对较小，因此相机镜头的光圈级数通常相对较大。由于这种相机模块的相机镜头的大的光圈级数，相机模块不提供在低光环境下记录的良好质量的图像。

无线设备12包括本公开的实现的相机模块32。当相机模块32具有对应于传统相机模块的物理尺寸的物理尺寸时，相机模块32的功能提供在低光环境下的改进的图像质量，同时允许具有较宽松容限的相机模块的构架，即较松的制造要求和组装精度。

可以用任何期望的方式在功能上表示、实现相机模块32，例如，可以用硬件元件、固件元件、可由处理器执行的算法、以及它们的组合来实现。模块32在此处示出为包括镜头组件36、致动器38、传感器组件42、以及EDOF(扩展景深)处理器46，和图像高速缓存48。在一个实现中，传感器组件42和EDOF处理器46的功能形成在单个物理设备50上。尽管图1示出的示例实现示出了相机模块是离散模块，但是在备选实现中，相机模块的各种元件的功能具体实现在无线设备电路的各部分中。以及，在相机模块形成独立设备的一部分或者另一设备的一部分的其他实现中，相机模块的元件具体实现在独立设备或者其他设备中，或者形成独立设备或者其他设备的一部分。

镜头组件36包括一个或多个被配置为表现出低光圈级数(诸如光圈级数小于2.0)的相机镜头。在示例实现中，相机组件36包括两到五镜头的元件堆叠，即具有以集体定义低光圈级数的相机镜头的方式布置的两到五个相机镜头的镜头组件。传统地，镜头组件，尤其是低光圈级数配置的镜头组件，至少在偏心、倾斜以及组件的镜头之间的相对定位方面必需精确定位。在本公开的实现中，降低了镜头的定位所需的精度，并且容限增大，有利于镜头组件的制造。

镜头组件的一个或多个镜头或者整个镜头组件可平移，以重新定位镜头。镜头组件或其镜头的平移是由致动器38提供的平移力的施加而引起的。致动器38在示例实现中包括电动马达，诸如压电马达、音圈马达、步进马达、或者能够生成平移力以允许受影响的一个或多个镜头的精确定位的其他马达类型中的任意一种。

镜头组件以使得代表目标的穿过镜头组件的光可被传感器组件42的传感器54检测的方式来定位。传感器54布置在红、绿和蓝(RGB)像素的组中。不同颜色的像素具有不同于彼此的聚焦特性。传感器组件生成所检测到的光能的电表示。向EDOF处理器46提供指示。在一个实现中，传感器组件和EDOF处理器具体实现在公共的物理元件中。EDOF处理器不管如何实现都处理检测到的指示，并且根据其形成EDOF图像。处理器执行的处理允许形成所得的具有扩展景深的图像。换言之，在查看时，所得图像中的聚焦清楚的部分大于在没有进行EDOF处理的情况下形成的图像中的聚焦清楚的部分。当镜头组件如在示例实现中那样表现出低光圈级数时，EDOF处理特别有利。低光圈级数镜头固有地提供具有短景深的图像。使用EDOF处理来扩展检测到的图像的景深改进了所得的图像的图片质量。

一旦形成，所得的图像被存储在图像高速缓存48处，例如可用于后续在设备的显示器58上显示，或者由发射部分28以其他方式进行发送，诸如发送给通信端点22供进一步使用或者显示。

在一个实现中，EDOF处理器46还向致动器38提供致动指令，此处通过线62来表示。致动指令包括使得致动器生成用于平移镜头组件或其相机镜头的平移力的指令。这样的致动改变了镜头组件和传感器组件的像素54之间的距离。因此，在处理器执行的处理指示更好的镜头位置将形成改进的图像(诸如具有更大景深的图像)的事件下，引起要执行的致动，以通过在正确的平移方向平移镜头组件对镜头重新定位。

接下来参见图2，一般地表示74示出了镜头组件36和传感器组件42的位置之间的关系，其中镜头组件36和传感器组件42形成了图1示出的装置32的部分。此处，镜头组件或其一个或多个镜头可在箭头76指示的方向上(以及在与箭头76相反的方向上)平移。致动器(图1中示出)提供的平移力的施加引起了平移。表示74示出了在平移之后的镜头组件36和镜头组件，由36’指示。

目标78的图像要被记录，目标78位于相机镜头的视线内。换言之，将镜头组件定位所处的设备定位为从目标78的方向能看见镜头。

呈现给传感器组件42的图像取决于镜头组件的位置。当镜头组件如组件36所示定位时，向传感器组件呈现具有由路径82指示的轮廓线的第一图像。以及，当镜头组件如镜头组件36’所示定位时，呈现给传感器组件的像素的图像由轮廓线82’指示。呈现给传感器组件的图像取决于镜头组件的定位而不同。通过提供对镜头组件或其相机镜头的平移，由于制造和组装容限造成的镜头差异通过镜头的平移进行了补偿。

图3示出了示例图像92，其是本公开的实现的操作期间记录的图像的代表。此处，图像被分成多个区96。在示出的实现中，所述区定义了水平和垂直对准的图像部分构成的阵列。在操作中，获得多个图像，诸如由传感器组件的红、绿和蓝像素检测到的光构成的单独的图像。EDOF处理包括：比较每个单独的图像，以及选择表现出最佳特性的图像。未被选择的部分用于着色的目的。选择标准例如包括对应的多个图像部分中的表现出最佳景深的图像部分。由此，所得的图像具有改进的图像质量，包括改进的景深特性。

图4示出了表示本公开的实现的示例操作的方法流程图102。方法102有利于在电子设备处的相机图像的形成。

首先，如步骤104所示，相机镜头平移到相机镜头位置的范围中的选定相机镜头位置。以及，如步骤106所示，记录检测到的图像的扩展景深(EDOF)图像。在EDOF元件处检测到的EDOF图像随后被检测，以将相机镜头平移到选定的相机镜头位置。

因此，通过使用可平移到选定镜头位置的相机镜头组件，容易满足镜头组件的制造和组装容限，同时提供低光圈级数镜头组件，其中相对于高光圈级数镜头而言，低光圈级数镜头组件通过了大量的光。因为EDOF处理提供了改进的景深特性的图像，所得的记录图像的景深得到改善。

已经以一定的详细程度描述了本公开的当前优选的实现以及许多改进和优点。该描述针对本公开的实现的优选示例，并且对示例的描述不一定旨在限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种用于电子设备的相机模块的装置，所述装置包括：

致动器，被配置为提供在相机镜头位置的范围内的相机镜头平移；以及

扩展景深元件，被配置为在所述致动器将相机镜头定位在选定的相机镜头位置之后，记录检测到的图像的扩展景深图像。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括具有定义焦距的镜头特性的相机镜头，其中，所述致动器被配置为提供所述相机镜头的相机镜头平移。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述EDOF元件记录的合成图像部分取决于所述致动器对所述相机镜头的定位。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述致动器被配置为：提供在包括微距镜头位置在内的相机镜头位置的范围中的相机镜头平移。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扩展景深元件被配置为记录静态的扩展景深图像。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扩展景深元件被配置为记录扩展景深图像的视频序列。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括具有光圈级数小于2.0的相机镜头。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括音圈马达。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括压电马达。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括步进马达。

11.根据权利要求1所述的装置，还包括液晶相机镜头，其中，所述致动器包括电磁场电压生成器。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电子设备包括多功能无线设备，其中，所述致动器和所述扩展景深元件包括相机模块的部分，以向多功能无线设备提供相机功能。

13.一种用于促进电子设备处的相机图像形成的方法，所述方法包括：

将相机镜头平移到相机镜头位置的范围中的选定的相机镜头位置；以及

在将相机镜头平移到选定的相机镜头位置之后，在扩展景深元件处记录检测到的图像的扩展景深图像。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述平移包括将相机镜头平移到包括微距镜头位置在内的相机镜头位置的范围中的选定的相机镜头位置。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述记录包括记录静态的扩展景深图像。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述记录包括记录扩展景深图像的视频序列。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述平移包括由电子马达生成平移力。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，相机镜头包括液晶相机镜头，其中，所述平移包括向液晶相机镜头施加电磁力。

19.一种提供用于电子设备的相机模块的相机光学布置的方法，所述方法包括：

将具有光圈级数小于2.0的相机镜头平移到选定的镜头位置；以及

在扩展景深EDOF元件处记录通过相机镜头所观看到的图像。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述平移包括将相机镜头平移到选定的镜头位置，所述选定的镜头位置将目标图像聚焦在EDOF元件处。

Images