CN103856706A

CN103856706A - 一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置

Info

Publication number: CN103856706A
Application number: CN201210509734.3A
Authority: CN
Inventors: 李平立; 袁梦尤; 王建华; 薛涛
Original assignee: Peking University; Founder International Beijing Co Ltd
Current assignee: Peking University; Founder International Beijing Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明涉及一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，属于图像处理及光学设计领域。本发明所述的装置包括透镜组、图像传感器，与图像传感器连接的信号处理单元，该装置还包括遮挡装置，与遮挡装置连接并对其进行控制的遮挡控制单元，与遮挡控制单元、信号处理单元连接的主控制单元。本发明可以在一般成像装置（CCD、CMOS等）的基础上通过调整光路中的附件获取多帧图像的方式实现有效的图像深度相关信息的检测。

Description

一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置

技术领域

本发明属于图像处理及光学设计领域，具体涉及一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置。

背景技术

目前，国内外相机厂商多数采用在成像装置上，增加不同排列的相位检测单元，在相位检测装置前分别增加一个微透镜，通过遮挡微透镜实现不同的相位检测。已经公开的相关专利申请有：

索尼公司的中国专利申请“摄像元件和摄像装置”，申请号：200910138749.1，该发明公开了一种摄像元件和包括该摄像元件的摄像装置。该摄像元件包括输出用于相位差检测的测距信号的一组光电转换单元。每个光电转换单元包括光检测器和光瞳限制单元。光检测器生成测距信号。光瞳限制单元在拍摄光学系统的出射光瞳中将到达光射出的光瞳区域的尺寸限制为预定尺寸，物体光从所述拍摄光学系统的出射光瞳射出，所述到达光到达所述光检测器。所述预定尺寸小于所述出射光瞳的整个区域的尺寸的一半。

索尼公司的中国专利申请“成像器件和成像装置”，申请号：201110237216.6，公布日2012年3月14日，该发明公开了一种成像器件，包括:微透镜，其聚焦被摄体光:光接收元件，其接收由所述微透镜聚焦的被摄体光，由此生成用于通过相位差检测进行焦点确定的信号;以及光阻挡部分，其被布置在所述微透镜和所述光接收元件之间，从而阻挡由所述微透镜聚焦的被摄体光的一部分，其中设定在所述微透镜的光轴方向上在所述光阻挡部分和所述微透镜之间的距离，从而随着图像高度增加而减小。

索尼公司的中国专利申请“成像装置和成像设备”，申请号：201210009754.4，公布日2012年7月25日，该发明公开了一种成像装置和成像设备。成像装置包括:图像产生像素，包括产生用于产生图像的信号的光接收元件;相差检测像索，包括产生用于通过相差检测执行对焦确定的信号的光接收元件:以及保存部分，保存由图像产生像素中的光接收元件产生的信号，布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中。

索尼公司的中国专利申请“成像器件和成像装置”，申请号：201210033499.7，公布日2012年8月22日，该发明公开了一种涉及成像器件和成像装置。所述成像器件包括;会集来自被摄体的光的微型透镜;感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号:通过遮挡所述被摄体光的一部分来进行光瞳分割的第一遮光单元:和第二遮光单元，设置在所述第一遮光单元与所述微型透镜之间，并遮挡向所述第一遮光单元入射的被摄体光的一部分，其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积。

概括来说，现有的相位检测技术主要有两大类：

第一种是通过反射装置和额外相位检测装置实现的，此种方式结构比较复杂，成本较高，一般只有单反相机才具备。

第二种是通过在成像装置中按照一定的排布方式增加相位检测单元来实现相位检测。此种方案增加的相位检测单元来替代原有的成像单元，相位检测单元过少则不利于相位检测，过多则影响成像质量。如上所述的索尼公司的四件专利申请均属于此类。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，可以在一般成像装置（CCD、CMOS等）的基础上通过调整光路中的附件获取多帧图像的方式实现有效的图像深度相关信息的检测。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下所描述：

一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，包括透镜组、图像传感器，与图像传感器连接的信号处理单元，其中，该装置还包括遮挡装置，与遮挡装置连接并对其进行控制的遮挡控制单元，与遮挡控制单元、信号处理单元连接的主控制单元。

进一步，所述的透镜组由单一透镜或者多个透镜组成。

进一步，所述的遮挡装置是机械遮挡装置，由机械遮挡片组成。

进一步，所述的遮挡装置是电子遮挡装置，由电子遮挡片组成，依靠电压控制。更进一步，所述的电子遮挡片为液晶。

进一步，所述的遮挡装置置于透镜组之前或者之后或者透镜组内部。

进一步，所述的遮挡装置遮挡部分的形状为半圆形。

进一步，所述的图像传感器为图像信号采集装置，包括CCD成像元件、CMOS成像元件。

进一步，所述的遮挡控制单元是机械控制装置或者电子控制装置，分别用于控制机械遮挡装置的机械遮挡片或者电子遮挡装置的液晶。

进一步，所述的信号处理单元用于对图像传感器采集的信号加以处理，计算相位偏差，控制图像的后处理、存储及显示。

进一步，所述的主控制单元用于接收外部输入信号，协同控制信号处理单元和遮挡控制单元完成目标功能的总体控制。

本发明的有益效果如下：相比具有光线反射装置和额外相位检测装置的方案，本发明具有结构简单，设备体积小，成本低的优点；相比在图像传感器增加相位检测单元的方案，本发明不需要修改图像传感器，节约成本，且不会因为增加不能成像的相位检测单元使图像细节造成损失。

附图说明

图1是本发明通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中遮挡装置透镜组前装置示意图；

图3是本发明具体实施方式中遮挡装置的四种不同的遮挡方式示意图；

图4是本发明具体实施方式中上遮挡光路图；

图5是本发明具体实施方式中下遮挡光路图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明可以在一般成像装置（CCD、CMOS等）的基础上通过调整光路中的附件获取多帧图像的方式实现有效的图像深度相关信息的检测。电子相机等设备在自动对焦过程中通常采用对比度法或相位法实施对焦，相位法（对比度对焦）对焦能够实现快速对焦。单反相机实现相位检测需要一个光路反射装置和额外的相位检测装置，设备复杂且成本较高；普通的卡片相机没有光路反射装置，许多相机厂商在成像装置上进行了改造，增加了单独的相位检测单元来实现相位检测。本发明可以在不增加反射装置和相位检测装置，并且不改变成像装置的基础上，通过简单遮挡光路的方式实现包括相位检测在内的图像深度信息的检测功能。所述的图像深度信息指的是图像中被拍摄物体与镜头之间的距离（即图像三维信息），图像附加深度信息指的是得到图像本身以及图像深度信息。

一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，包括：

由遮挡装置、透镜组以及图像传感器组成一套系统，遮挡装置用于遮挡被拍摄物体通过透镜组到图像传感器间的光路，将图像传感器置于成像平面前部或者后部，通过改变遮挡装置的状态得到一组被遮挡后的图像，这些不同状态遮挡图像之间对比或者遮挡图像和原始图像对比，通过计算检测出图像深度相关信息。

本发明所述的装置不仅能够获得全部图像的深度相关信息，而且能够获得部分图像的深度相关信息。具体来说，遮挡部分和透光部分之间的边界通常为直线，而图像中只有这条直线附近的过渡区域内才能够检测到图像深度信息，这样只能得到图像部部分区域的深度相关信息；但是当遮挡片遮挡位置发生变化，使过渡区域遍历图像时，则可以得到全部图像的深度相关信息。

本实施例中，如图1所示，本发明所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，包括：

透镜组1，遮挡装置2，图像传感器3，与遮挡装置2连接的遮挡控制单元4，与图像传感器3连接的信号处理单元5，与遮挡控制单元4、信号处理单元5连接的主控制单元6。

其中，所述的透镜组1由单一透镜或者多个透镜组成；然而，透镜组不限于单一凸透镜，具体实施方式中只是举了一个等效于单一凸透镜的透镜组的实例。

所述的遮挡装置2可以是任何机械遮挡装置（如由一片或多片遮挡片组成）、电子遮挡装置（如由一片或多片液晶遮挡片组成，由电压控制）或其它有类似功能的装置，其数目可以是一个或者多个，优选一个；遮挡装置可以置于透镜组之前（即目标物体和透镜组之间）或之后（即透镜组和图像传感器之间），或者透镜组内部，也能够达到类似的效果，优选置于透镜组之前的位置；遮挡装置包括但不仅限于图3所示的形状和数目，也可以采用任意其他形状而非半圆形也能够达到类似效果，但可能后期计算较为复杂，同样能够达到效果；本实施例中，优选半圆形状。

所述的图像传感器3为图像信号采集装置，包括CCD成像元件、CMOS成像元件等，图像传感器可以置于非成像平面的任意位置，包括成像平面之前或者成像平面之后，均可以达到类似效果。

所述的遮挡控制单元4用于控制遮挡装置2，可以是用于控制机械遮挡装置的机械控制装置、用于控制电子遮挡装置（如液晶）的电子控制装置或其它有类似功能的控制装置。

所述的信号处理单元5用于对图像传感器采集的信号加以处理，计算相位偏差等信息，控制图像的后处理、存储、显示等功能。

所述的主控制单元6用于接收外部输入信号，协同控制信号处理单元和遮挡控制单元完成目标功能的总体控制。

本发明中，所述的透镜组1和遮挡装置2是整个装置的核心部分。

如图2所示，图2表示的是本实施例中的透镜组21、遮挡装置22以及图像传感器23三者之间的一种位置关系。其中遮挡装置22可以一个或者是多个，遮挡位置22也可以是成像光路的任何位置，包括透镜组前、透镜组后，以及透镜组内部。通过遮挡装置分别遮挡部分光路得到不同的遮挡图像，通过遮挡图像和未遮挡图像或者不同的遮挡图像之间进行对比，计算出图像相位偏差和图像深度相关信息（可任意角度遮挡）。

如图3所示，图3显示的是一种遮挡装置的四种不同遮挡方式，分别为上遮挡、下遮挡、左遮挡、右遮挡。其中遮挡片可以是任意形状，遮挡片的遮挡部分优选半圆形，遮挡方式的可以采用其中的任意角度的一种或多种，优选上遮挡、下遮挡，或者左遮挡、右遮挡，即不同遮挡方式时之间最好是相互对称的。在实际应用中，需要采用多种不同的遮挡方式对目标物体拍照后来进行对比，其中两个对比实例如下：1、没有遮挡时拍摄的全图像分别与采用上（下）遮挡和左（右）遮挡图像方式拍摄的图像进行对比；2、采用上、下遮挡方式拍摄的图像对比和采用左、右遮挡方式拍摄的图像对比。

图4和图5位于透镜组前分别采用如图3所示遮挡片的形状和上遮挡与下遮挡两种方式所成像的光路图。被拍摄物体上的任意点0，通过遮挡装置2的遮挡在非焦平面7上（图4和图5以图像传感器在焦平面7后为例）形成了光斑8或光斑9。遮挡位置不同，形成的光斑位于成像中心点的偏向不同。这些图像的偏差通过计算处理后，可以得到许多功能上的应用（如快速对焦）。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，包括透镜组、图像传感器，与图像传感器连接的信号处理单元，其特征在于：该装置还包括遮挡装置，与遮挡装置连接并对其进行控制的遮挡控制单元，与遮挡控制单元、信号处理单元连接的主控制单元。

2.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的透镜组由单一透镜或者多个透镜组成。

3.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的遮挡装置是机械遮挡装置，由机械遮挡片组成。

4.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的遮挡装置是电子遮挡装置，由电子遮挡片液晶组成，依靠电压控制。

5.如权利要求3或4所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的遮挡装置置于透镜组之前或者之后或者透镜组内部。

6.如权利要求5所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的遮挡装置遮挡部分的形状为半圆形。

7.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的图像传感器为图像信号采集装置，包括CCD成像元件、CMOS成像元件。

8.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的遮挡控制单元是机械控制装置或者电子控制装置，分别用于控制机械遮挡装置的机械遮挡片或者电子遮挡装置的液晶。

9.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的信号处理单元用于对图像传感器采集的信号加以处理，计算相位偏差，控制图像的后处理、存储及显示。

10.如权利要求1所述的一种通过光路遮挡方式获得图像附加深度相关信息的装置，其特征在于：所述的主控制单元用于接收外部输入信号，协同控制信号处理单元和遮挡控制单元完成目标功能的总体控制。