CN1174637C - 光电照相机和用于在光电照相机中格式化图像的方法 - Google Patents

Abstract

一种光电照相机，其包括由许多光学有源结构(L)，特别是呈被提供在阵列中的微透镜或小透镜形式的折射结构构成的物镜系统，检测器装置(D)被分配给透镜阵列，并包括由传感器元件(E)形成的检测器(D_n)，其限定光学图像中的像素。每个检测器(D_n)限定光学图像的一个采样，并且所有的采样都被最佳地用于产生数字图像。所述光电照相机可以作成彩色图像照相机，尤其适用于以RGB系统记录图像。对于利用所述光电照相机记录的图像进行数字电子格式化，可以在照相机中实现变焦和扫视功能。

Description

光电照相机和用于在光电照相机中格式化图像的方法

技术领域

本发明涉及一种光电照相机，其包括光学物镜系统，用于对照相机记录的场景成像，作为基本上在物镜系统的图像平面内的光学图像，光电检测器装置，其被提供在所述图像平面内，用于检测光学图像并根据所述检测输出输出信号，和检测器装置相连的处理器装置，用于转换和处理检测器装置的输出信号，以便以数字形式再现检测的图像，并可以在被选择地提供在照相机中的和处理器装置相连的显示装置上实时地显示所述图像，以及和处理器装置相连的存储装置，用于存储数字图像，以便也可以在和存储装置相连的选择的显示装置上显示，或者用于在适应于这些用途的并暂时地或永久地和所述照相机相连的外部装置上进行存储、显示或可能的附加处理。

本发明还涉及一种光电照相机，用于记录彩色图像的特别是用于以RGB系统记录彩色图像的光电照相机，其包括光学物镜系统，用于对照相机记录的场景成像，作为在物镜系统的图像平面内的光学图像，光电检测器装置，其基本上被提供在所述图像平面内，用于检测光学图像并根据所述检测输出输出信号，和检测器装置相连的处理器装置，用于转换和处理检测器装置的输出信号，以便以数字形式再现检测的图像，并可以在被选择地提供在照相机中的和处理器装置相连的显示装置上实时地显示所述图像，以及和处理器装置相连的存储装置，用于存储数字图像，以便在也可以和存储装置相连的选择的显示装置上显示，或者用于在适应于这些用途的并暂时地或永久地和所述照相机相连的外部装置上进行存储、显示或可能的附加处理。

本发明在总体上涉及适用于记录静止图像以及电影图像，包括视频图像，的光电照相机。按照本发明的光电照相机可以被这样实现，使得可以制成具有极扁的形状系数的廉价的小型照相机。

背景技术

在电荷耦合器件(CCD)投放市场之后，电子照相术几乎被应用于成像技术的所有领域，从最苛刻的科学应用例如在极弱的光强下记录静止图像的天文照相术到大量的普通应用，例如家用图像和区域监视。直到最近，光电照相机毫无例外地基于电荷耦合器件(CCD)的使用，虽然在特定的一些应用中，大部分是在科学研究的应用中，其它的一些类型的器件例如电荷注入器件(CID)的应用有所增加。使用CCD进行检测并实现光电照相机的根据在许多科技文献中被广泛地讨论了，因而在下面的说明中被认为是本领域技术人员熟知的。

虽然已经取得了很大的成功，但是在光电照相机中的CCD技术具有许多缺点，这些缺点对于CCD可能具有的用途、以及制造小型化的廉价的电池驱动的光电照相机具有不利影响。这种基于硅的CCD芯片的制造成本相当高，其要求几个不同的驱动电压，并消耗相当多的电流。在近几年中，一种被称为有源像素检测器(APS)的新的元件已经出现，其对于CCD技术具有很强的竞争力，尤其是在不需要绝对最好的图像质量的应用中。基于APS的光电检测器可以借助于CMOS技术以低的成本制造，并且能够集成许多功能，例如光检测、信号调节、在同一芯片上的电源和接口。除去可以具有非常低的成本、低的功率消耗和小的体积之外，APS检测器还可以被这样实现，使得在检测器芯片上直接获得图像信息的处理，例如包括阈值和轮廓的确定等。对于某些类型的应用，APS检测器和要求一次串行地读出整行像素的基于CCD的检测器相比，可以对选择的像素或像素组提供快速的存取。

基于APS的微型器件的民用性应用已经出现在若干领域中，结果使得或者代替其它技术，或者产生全新的产品。第一个例子是用于监视摄像机中，第二个例子是用于玩具中。由于APS检测器的特定性能，近来的发展被引导朝向具有非常小的体积的光电照相机。这种所谓的“片上”照相机可以从若干个公司买到，例如瑞典的VLSIVision，Scotland，firms公司和美国的Photobit公司。最近瑞士的CSEM宣称可以提供钢笔形式的照相机。

对于所有类型的光电照相机，它们的共同点在于都是一种在感光的检测表面产生可接受的光学图像的光学系统。当不管所使用的光电检测器的类型(CCD，CID，APS，二极管阵列等)而需要使电子照相机小型化时，这便出现问题。如果照相机的可利用的轴线长度(沿着光轴从照相机透镜的前方到达检测器芯片的背面的距离)被限制时，即当需要制造一种扁的照相机时，因为成像系统对这个距离的贡献是透镜厚度和背面聚焦长度(BFL)之和，这表示可以使用具有非常短的轴线尺寸的和非常短的聚焦长度的小透镜或微透镜提供扁的照相机。然而，实际上，至今尚未实现基于这个原理的扁的微型化的光电照相机。

正如下面要讨论的，导致这个结果的主要原因基本尚未在所使用的用于产生光学图像的光学系统中找到。即使最后的解决方案受到衍射的限制，还具有另一个限制因素，其在很大程度上和本文中的表述相同，即可以在图像平面内获得的被限制的空间分辨率，尤其是利用光电检测器阵列。为了更好地说明在作出本发明的研制过程中的逻辑步骤，下面给出现有技术的缺点的基本分析。

光学图像的质量取决于透镜的结构，并且如上所述，在最后的时刻，受到衍射的限制。为了简化分析，假定光是波长为555nm的单色的绿光，并且假定透镜非常薄，而且是衍射被限制的。则在图像平面内的空间分辨率由下式给出：

           w＝0.61λ/N_A       (1)

其中λ是光的波长，数字光圈N_A定义为

          N_A＝n sinα         (2)

其中n是在图像空间内的折射率，α是在图像空间内的边缘光线的半角。

在原理上，分辨率和透镜的物理尺寸无关。不过，由于数字光圈N_A的实际值，分辨率一般和光的波长相匹配。这意味着，含有M个分辨的元素的图像(M＝n_x.n_y，其中n_x和n_y分别是沿着x，y轴的分辨的元素数)必须覆盖图像平面内的一个面积，该面积不小于

     A＝Mw²＝n_x.n_y.w²         (3)

其中w是上面的公式(1)定义的分辨率。

透镜的视野和图像的线性尺寸n_x.w、n_y.w确定了透镜的聚焦长度，因而确定了透镜的物理尺寸。视野由打击到光学图像的最边缘的阵列的半角确定，在此位置的到光轴的直线距离由下式给出

       d/2＝(n_x ²+n_y ²)_1/2.w/2    (4)

用s’表示图像的距离，得到

s’＝d/(2tgθ)＝(n_x ²+n_y ²)^1/2.w/(2tgθ)    (5)

对于一般的成像情况，透镜的焦距长度仅仅略小于图像距离s’，即

           f≌s’    (6)

如果例如插入数值w＝0.5μm，n_x＝n_y＝10³，即M＝10⁶，

θ＝19.3°，则得到f≌s’＝1.01mm。

具有这个焦距长度的微透镜一般具有可匹配的直线尺寸，因而能够实现在一定范围内的能够提供1百万个像素的分辨率的真正小型化的扁的照相机。

不幸的是，例如上面确定的对于在图像平面内的记录介质的分辨率为0.5μm的要求非常难于实现，并且远远超出了利用像素相关的光电图像检测器可以实现的范围。按照现有技术的CCD和APS检测器至少具有10倍于上述的分辨率w的像素间距，这意味着，透镜的焦距长度和直线尺寸应当在10mm以上的范围内。显然，照相机的直线尺寸取决于所需的图像质量，即取决于图像的清晰度，和要求单色图像或者全色图像。因而，可以实现其尺寸为沿着光轴在1cm范围内的光电照相机。然而，这不能被认为是特别扁的。较小的尺寸是可能的，但是必然影响图像质量。例如“片上照相机”的概念，其中使用CMOS处理器制造低成本的与/或特殊用途的光电照相机器件，可以参考例如来自下述的文献：Photobit，U.S.A；IVP，Sweden；VLSI Vision，GreatBritain；CSEM，Switzerland；and IMEC，Belgium。为了回顾一下利用CMOS技术进行成像的技术，例如可以参考J.Zarnowski & M.Pace，“Imaging options expand with CMOS technolgy”，Laser FocusWorld，pp.125-130(June 1997)。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光电照相机，其可以用于以高的图像质量和高的空间分辨率记录静止图像、电影图像或视频图像，同时，所述照相机具有非常扁的整体轮廓，并且避免和上述现有技术有关的缺点，特别是图像的清晰度和其物理尺寸有关，尤其是和光学成像系统的轴线长度有关这些缺点。

本发明的目的还在于提供一种光电照相机，其可以被制成一种相当薄的层，其一般被形成在在扁的或弯曲的表面上，厚度范围为1-3mm。

本发明的另一个目的在于提供一种具有若干个空间成像特性和光谱成像特性的光电照相机，包括在图像的一个或几个区域内或者沿着图像平面中的一个或几个轴线的光学图像的被控制的清晰度，极大的视野，包括直到球面视野(4π球面角度)，在空间上分辨的色度或光谱分析，全色图像或者从紫外到红外在一个或几个波长带宽内成像，以及可以利用空间检测和分析而进行基于视差的成像。

本发明的另一个目的在于提供一种光电照相机，其成像方法使用光检测元件和利用光电技术在大的表面上实现的电路。这种技术将允许按照本发明的光电照相机以特别低的成本被制造。最终实现本发明的一个特定目的，即光电照相机将利用基于无定形的或者多晶的无机半导体或者基于聚合物或低聚物的有机半导体的薄的器件来实现。这种材料的应用的一个例子是可弯曲的塑料板形式的元件，它们可被制成可被固定在扁的或弯曲的表面上的薄的卡片。

本发明的另外一个特定目的是通过使用准单色微透镜作为照相机中的光学有源结构，从而使得能够实现超小型的光电照相机。

按照本发明的上述目的是利用一种光电照相机来实现的，其特征在于，照相机的物镜系统由两个或几个光学有源结构(L)形成，每个光学有源结构适用于在唯一分配给各个光学有源结构的物镜系统的图像平面区域上产生被记录的场景的光学图像，对每个光学有源结构在其各自的指定区域或图像平面内提供至少一个光电检测器，所有的检测器被包括在照相机的光电检测器装置中，每个检测器包括唯一地确定光学图像的一个像素的至少一个传感器元件，像素的面积基本上由单独限定的传感器元件的面积确定，并且每个检测器适用于限定光学图像的一个采样，每个采样中的像素数量由在限定的检测器中的传感器元件的数量确定，由所有的采样最佳地形成数字图像，并且空间清晰度由被传感器元件限定的光学图像中不同位置中的像素数量确定。

有利的是在这种结构中光学有源结构是衍射结构或反射结构或者是这些结构的组合。

特别有利的是所述折射结构或衍射结构被作为具有最大3mm的直径的透镜来实现。

有利的是当在光学图像中被清楚地限定的像素的总数等于检测器装置中的传感器元件时，则使得在这种情况下在给定的像素和其限定传感器元件之间存在1对1的关系，从而通过光学图像的全部采样可以产生数字图像，或者当在光学图像中的被清楚地限定的像素的总数小于检测器装置中的传感器元件的总数时，则使得在这种情况下在给定的像素和其限定传感器元件之间存在1个对多个的关系，借以通过过采样光学图像产生数字图像。有利的是光电照相机包括一个或几个空间滤光器，它们被提供在物镜系统的前方与/或物镜系统和检测器装置之间，所述空间滤光器最好是空间光调制器特别是在那种结构中是一种可控的电子光学光调制器。

有利的是当按照本发明的光电照相机包括被提供在物镜系统前方与/或被提供在物镜系统和检测器装置之间的一个或几个滤光装置时。此时最好滤光器装置可以包括单独的光谱选择滤光器，其分别被分配给或者每个光学有源结构，或者光学有源结构组，或者被分配给每个光学有源结构的检测器装置的一个或几个检测器。最好是借助于透射单独的波长带的每个光谱选择的滤光器，滤光器装置适用于透射两个或多个单独的波长带，透射每个单独的波长带的滤光器的数量基本上是相等的。此时单独的波长带最好这样选择，使得滤光器装置形成原色滤光器装置或者RGB滤光器装置，或者使得滤光器装置形成互补的彩色滤光器装置。

在一些实施例中，光谱选择滤光器可以有利地作为带状滤光器来实现，通过透射给定波长带的每个带，其适用于透射两个或几个单独的波长带，此时最好在带状滤光器中的每个带可被分配给一个或几个检测器中的传感器元件的各个行或列，并且每个带状滤光器还可以作为原色滤光器或RGB滤光器来实现。

按照本发明，光谱选择滤光器是马赛克滤光器是有利的，通过使马赛克滤光器中的每个滤光器部分透射一个给定的波长带，其适用于透射两个或几个单独的波长带，透射每个波长带的滤光器部分的数量基本上是相等的，并且最好在马赛克滤光器中的每个滤光器部分被分配给一个或几个检测器中的各个传感器元件。特别是，每个马赛克滤光器最好是互补的彩色滤光器。

按照本发明，检测器装置包括用下列技术之一实现的检测器是有利的，即，电荷耦合器件CCD技术，电荷注入器件CID技术，有源像素传感器APS技术或无源矩阵中的传感器阵列PMSA技术。当检测器利用PMSA技术实现时，按照本发明，检测器被制成薄膜元件或混合元件，并适用于从用于唯一地寻址每个单独的传感器元件的无源电极阵列上方的传感器元件并行地读出输出信号是有利的，在这种情况下，检测器最好被整体地或部分地利用有机半导体材料或电绝缘材料制造，其中包括塑料材料和半导体低聚物或聚合物。

按照本发明，使光学有源结构具有确定的色差或色散是有利的，使得用于两个或多个单独波长带的每个光学有源结构以选择光谱的方式产生在每个波长带中的光学图像，其基本上在相应的基本上相配的沿光线方向重叠地错开的图像平面上，并且对于在这些图像平面的每个中的每个光学有源结构提供一个用于光学图像的光谱选择检测的检测器，使得在每个图像平面上的每个光学有源结构确定在空间域中的一个采样和在频率域中的一个采样，在频域中的分辨率基本上由具有各自的指定检测器的单独的波长带的数量确定，借以使由检测器装置检测的光学图像可以作为多光谱数字彩色图像利用选择的合适的彩色系统而被产生。在这种情况下，对于每个光学有源结构最好分别在指定给三色系统的3个单独的波长带的图像平面中提供3个单独的叠加检测器。

按照本发明的上述目的还可以利用一种光电照相机来实现，其特征在于，照相机的物镜系统由两个或几个光学有源结构的阵列形成，每个光学有源结构具有确定的色差或色散，使得其焦点的位置取决于光的波长，每个光学结构适用于在物镜系统的3个单独的叠加的图像平面的区域上产生记录场景的光谱选择的光学图像，所述区域被唯一地分配给各个光学有源结构，第一图像平面形成在光谱的蓝部分中的一个波长带中的第一光学图像，第二图像平面形成在光谱的绿部分中的一个波长带中的第二光学图像，第三图像平面形成在光谱的红部分中的一个波长带中的第三光学图像，对于每个光谱有源结构，在各个指定的图像平面内提供光电检测器，用于检测由光学有源结构在每个波长带蓝绿红中产生的光学图像，每个检测器包括至少一个传感器元件，使得至少一个传感器元件唯一地确定光学图像的一个像素，像素的面积基本上由单独限定的传感器元件的面积确定，在一个图像平面中的每个检测器适用于限定在相应于该图像平面的波长带中的光学图像的一个采样，并且在每个采样中的像素的数量由在所述限定的检测器中的传感器元件的数量确定，数字图像被作为RGB彩色图像被最佳地产生，借助于在光学图像中的检测器元件限定部分，其具有清楚的由像素的数量确定的空间清晰度。

最好是，在这种情况下，按照本发明，光学有源结构是具有确定的色差的折射结构或衍射结构，或者是这些结构的组合，特别是最好所述折射或衍射结构作为小透镜被实现，所述小透镜的直径最大为3mm。

按照本发明，在这种情况下，最好在一个波长带的光学图像中的被清楚地限定的像素的总数等于在检测器装置中为这一波长带提供的检测器中的传感器元件的总数，使得在这种情况下，在给定的像素和其限定的传感器元件之间存在一对一的关系，借以利用在每个波长带中的光学图像的全部采样产生数字的RGB彩色图像，并且整个光学图像按照颜色被过采样3次。

最后，当根据本发明的照相机以由照相机记录的图像信息的软件控制处理或数字实现时，所述处理在像素的子组上进行，并实现一个或多个下列功能：图像格式化、运动或位移补偿以及自动聚焦，这是具有优势的。

本发明的其它特点和优点在所附的其余的从属权利要求中披露了。

附图说明

下面借助于示例的实施例并且参照附图详细说明本发明，附图中的各个图由本说明书的各个连续的部分进行更详细的解释。

图1a，b示意地表示按照本发明的电子照相机的第一实施例，图1a是侧视图，图1b是正视图；

图2a-c是通过按照本发明的照相机的不同部分的截面图；

图3a，b分别以侧视图和正视图示意地表示按照本发明的照相机的第二实施例；

图4a，b分别以侧视图和正视图示意地表示按照本发明的照相机的第二实施例，其中提供有滤光器；

图5a，b分别以侧视图和正视图示意地表示和图4所示的照相机的相应的实施例，不过其中以不同方式提供有滤光器；

图6是用于按照本发明的照相机中的RGB系统中的带状滤光器的

实施例；

图7是用于按照本发明的照相机中在互补的颜色系统中的镶嵌状的滤光器；

图8以侧视图示意地表示按照本发明的照相机的第四实施例；

图9a示意地表示按照本发明的照相机的第五实施例；

图9b示意地表示在图9a所示的照相机的实施例中的检测器；

图10a表示在按照本发明的照相机中的变焦功能的实现；以及

图10b表示在按照本发明的照相机中的全景功能的实现。

具体实施方式

按照本发明的照相机的基本构思如图1所示，图1a是侧视图，图1b是正视图，用于示意地表示第一实施例。所述照相机使用若干个光学有源结构，例如呈微透镜或小透镜L的形式，照相机的物镜系统被表示为4个这种透镜L₁-L₄的阵列。每个透镜L产生一个要被成像的场景的图像，具有最终图像中所需的总的清晰度。对每个透镜分配一个检测器装置，具有被提供在背平面P上的各个检测器D₁-D₄，例如包括处理器、存储器等，并且在背平面的背面可以提供显示装置V，用于显示被记录的图像，所述显示装置还作为取景器。提供有检测器D₁-D₄的公共图像平面I和透镜阵列的公共无穷大共轭聚焦平面分开，当然，聚焦平面F和图像平面I对于位于无穷远处的成像物体是共同延伸的。代替在一个透镜下利用高密度的感光检测器元件阵列试图记录图像平面的光强分布的所有的细节，当透镜小时，这将导致不能实现的检测器元件密度，本发明使用在每个透镜L₁-L₄下形成的图像的空间采样。实际上，每个检测器D₁-D₄通过在每个检测器中的多个检测器元件E采样一场光学图像。在图1中，在检测器D₁中，示出了一个检测器元件E。检测器D₁-D₄例如具有36个不重叠的检测器元件E，它们把光学图像分为36个像素。从而，检测器元件E也覆盖光学图像的整个区域，使得所述区域被检测器D₁-D₄检测，从而来自每个检测器D₁-D₄的空间采样共同构成一个完整的图像采样。

对于如图1b所示的每个检测器D₁-D₄，检测器元件E在4个透镜L₁-L₄的图像平面内形成一个子阵列。因而检测器元件E确定透镜L₁-L₄的每个图像平面I的表面的采样区域，其中这些区域相对于图像的位置被这样设置，使得它们在一幅合成的嵌套图画中互相补充。应当注意，在图像平面I内的采样区域的密度不需要特别高，因为在k个透镜的阵列中的每个透镜只采样最终图像或合成图像中的清晰度要素的总量的1/k。这便使得能够使用具有中低填充系数的电子阵列照相机，其中填充系数是用总的像素面积除以像素面积的光检测部分所获得的值。低的填充系数除去降低对制造光检测器芯片的要求外，还能简化芯片中的图像处理。

光学有源结构L不必是透镜，即折射结构，而也可以是衍射结构或反射结构或这些结构的组合。如果折射结构或衍射结构作为小透镜来实现，它们至多具有3mm的直径，因而可以被提供在基本刚性的或柔性的表面上。所示表面可以是平面、曲面或双曲面。例如光学有源结构或透镜L可以按照图2a-2c所示的方式被提供，其中图2a表示被提供在弯曲的透明基片S上的透镜L，并表示检测器D_n被这样提供在基片的背面，使得它们和透镜L对齐。在检测器D_n(未示出)下方的后平面P中，可以设置电子元件，或者如图所示，提供显示装置V。图2b相应地表示光学有源结构或透镜L可以如何被提供在基片S的有小平面的表面上，同时还表示检测器D_n，以及在后平面上可以设置显示装置V与/或没有示出的电子元件。

图2c表示一个可能的最佳实施例，其具有被提供在平面基片S上的小透镜L和被提供在基片背面上的检测器D_n。在后平面P内或在后平面P上也可以提供显示装置V与/或未示出的电子元件。

在图像平面I内的特定区域的采样可以用不同方法实现：

-在图像平面I上提供具有透光区域或“窗口”的不透明的掩模。通过每个窗口入射的光也落到专用的被提供在窗口下方的感光元件上。感光元件一般大于由窗口采样的面积，并且根据在阵列中使用的透镜数可以比所述面积大得多。这在实际中通过使用空间滤光器SF来实现，例如图3a和图3b所示。空间滤光器SF被提供在检测器装置D的一部分D_n和透镜L之间，如图3a的截面图和图3b的正视图所示。空间滤光器SF具有窗口或开口A，其在光学几何关系上或者和检测器元件E对齐，或者和检测器装置D中的感光部分对齐。为了简明，图3b只示出了具有指定的空间滤光器SF的一个透镜L，实际上，检测器装置D被制成芯片，其具有大量的检测器元件E或感光点，并被分配给透镜L的阵列。

-感光元件本身被形成并位于图像平面上，使得它们具有采样功能。在每个元件之间的区域是不感光的，因为这些区域本来就对光不敏感，或者因为它们被直接提供在芯片表面上的不透明层挡住。

由上述可见，透镜的数量k必须和在芯片表面上的感光区域的密度相匹配。这在实现具有扁的形状的小型电子照相之间是一个重要的瓶颈。所需的透镜的最小数量取决于在照相机中需要使用的检测器技术以及照相机关于形状系数和图像质量的规范。

例如，如果假定记录黑白图像并且使用在图像平面中分辨率为w(散焦的圆圈直径)的透镜。当检测器中的每个感光检测器元件的有效尺寸和透镜的分辨率元素w匹配时可以实现最紧凑的结构。对于小型透镜，一般具有w≥0.5μm。在这一区域内的检测器元件的最小尺寸容易适应于目前的电子阵列照相机技术。在电子照相机中像素之间的距离一般在5μm及5μm以上的范围。这可以和所需的图像尺寸相匹配，即沿x方向为N_x.w，沿y方向为N_y.w，这对于具有一百万个像素的图像，N_x＝N_y＝1000，即500μm·500μm或更大。假定检测器元件的感光区域的相互距离例如为10μm，每个透镜可以容纳50·50＝2500个像素，所需的最少的透镜的数量为400。在正方形透镜阵列中，这意味着20·20个透镜。

如果按照本发明的照相机用于记录彩色图像，则涉及到简化照相机的制造，从而避免使用以高的精度划分像素的彩色滤光器。

图4a是表示在按照本发明的实施例中的具有在透镜阵列和检测器装置之间的滤光器的装置的侧视图。为了达到透镜L₁，L₂，...，在这种情况下，提供有各自的滤光器FI_R，FI_B，FI_G，这些滤光器中的每一个如图4b的正视图所示被分配给透镜阵列中的三组每组3个透镜L₁，L₂，L₃；L₄，L₅，L₆；L₇，L₈，L₉所述三组的3个透镜的滤光器用于不同的光谱带R，G，B，使得这些滤光器共同构成在RGB系统中记录彩色图像的系统。因为每个透镜L被分配给只具有一种颜色的滤光器，在这个透镜的图像平面中的检测器D_n内的所有检测器元件将只采样这一颜色。用于产生给定像素的全部颜色的其它的颜色分量以相应的方式在其它的透镜下被采样。如果在按照本发明的照相机中使用RGB颜色系统，因而3个透镜或者具有R滤光器，或者具有G滤光器，或者具有B滤光器，在图中分别表示为FI_R，FI_B，FI_C，其中的每一个采样同一个图像部分中的有关的光谱带。如图4b所示，这一部分可以排列成3个分开的但是相互靠近的像素区域，例如由检测器区域D₁，D₄，D₇所覆盖，使得实现完整的重叠。这种实施例的优点在于，每个光学有源元件或透镜只需处理一个有限的波长范围，因而可以被优化而不必考虑色差。在本发明的另一个实施例中，使用具有窄带通的多个过滤器，即需要多于最少数量3个或4个的过滤器，以便提供全色表示，同时透镜可被优化而不考虑色差。当使用衍射光学系统时，这是尤其重要的，和折射光学系统相比，其可以提供结构和成本方面的优点，但是其通常也具有很大的色散。

图5a和5b示意地表示按照本发明的照相机的实施例，其中具有图4a，4b所示的相应的滤光装置，但是具有提供在检测器装置D中单独的检测器D_n的正前方的单独的滤光器。当然，应当理解，如图5a，5b所示的单独的检测器D_n可以被集成在检测器芯片上而作为芯片的一部分，虽然各自的滤光器FI中的每一个可以单独地实现彩色滤光器，例如在RGB彩色系统中。如图5b所示，此时每种颜色可以由指定的检测器或检测器部分的两个滤光器处理。例如具有指定的检测器D₁和D₂的滤光器FI₁和FI₂可以处理红光的光谱带，此时，滤光器FI₁，FI₂当然实现R滤光器。

图6和图7表示可以用于按照本发明的光电彩色图像照相机中的不同类型的滤光器。图6表示在RGB系统中带滤光器的一个例子。这种滤光器交替地向各个指定的检测器组透射红绿蓝光谱带。和图5所示的实施例结合使用，在带滤光器中的颜色带RGB可被分配给单独的检测器中的检测器元件的行。带滤光器提供良好的彩色表示，但是在一些情况下沿着确定的方向使图像清晰度降低，并可能降低测光的响应。图7表示在互补的彩色系统中的嵌套的滤光器的实施例，其中滤光器由嵌套的彩色滤光器构成，它们向检测器中的检测器元件或者向检测器阵列中的单独指定的检测器交替地透射一种互补的颜色蓝Cy，黄Ye，绿Gr或红Mg。通过使来自4个相邻检测器元件或者可能的检测器的信号相加而获得全色图像。即，例如来自相邻一对线性检测器的信号可被用于产生全色图像。通常图像清晰度和测光响应比使用带滤光器时较好，但是不能使用嵌套滤光器获得RGB输出信号。和带滤光器相应，在嵌套滤光器中的单独的场可被分别指定给单独的检测器，但是也可以指定给一个检测器中的检测器元件。

图8表示按照本发明的照相机的一个实施例，其中透镜L的有源光学结构具有色差或色散，使得不同波长λ1，λ2的光被折射或散射到各个图像平面I₁，I₂中的不同的图像点s1’，s2’上。在图像平面I₁，I₂中，提供各个检测器D₁，D₂，使得在波长λ1，λ2附近的两个单独的波长带内获得光学图像的检测。此时第一检测器D₁必须包括这样的检测器，它们被提供用于在检测器D₁中在其间形成开口或窗口，或者在检测器之间的区域中的检测器D₁对于中心在波长λ2附近因而到达检测器D₂的光必须是透明的，所述的光被聚焦在图像平面I₂上，并被检测器D₂中的传感器记录。因而，每个检测器D₁、D₂将利用0.5的采样系数记录欠采样的图像，使得被D₁，D₂记录的场包括由L记录的场景的全采样图像。

如果需要彩色图像，按照本发明的照相机可以包括透镜和如图9a提供的透镜检测器，图9a表示一个透镜L。所述透镜L具有色差或色散，使得3个不同波长λ1，λ2，λ3的光聚焦在3个不同的图像平面I₁，I₂，I₃中的图像点s1’，s2’，s3’上。在每个图像平面内，提供有各自的检测器D₁，D₂，D₃，最好具有传感器元件，其光谱选择灵敏度分别适用于波长λ1，λ2，λ3。这3个重叠提供的检测器D₁，D₂，D₃此时可以组合而产生RGB系统中的彩色图像。检测器D₁，D₂必须被这样实现，使得它们对于在这些检测器中应当被检测到的光谱带外面的光是透明的。

图9b示意地表示每个检测器D₁，D₂，D₃横向分解的正视图。每个检测器具有27个传感器元件，检测器D₁，D₂，D₃共具有81个检测器元件，因而由透镜L成像的光学图像的总像素数以及由检测器D₁，D₂，D₃检测的总像素数是81个。因而，对于每个波长λ1，λ2，λ3，利用透镜L和3个检测器D₁，D₂，D₃以1/3的采样系数获得光学图像的采样。因而完整采样RGB图像将需要具有图9a所示的检测器的3个透镜。有利的是，在未被图9b所示的传感器元件覆盖的区域中的检测器D₁可以用对波长为λ2，λ3的光透明的材料制成。因而波长为λ2的光将被通过并在提供有检测器D₂的图像平面I₂上聚焦。检测器D₂最好相应地由对波长为λ3的光是透明材料制成，使得这一波长的光可以通过未被传感器元件覆盖的检测器D₂，并在提供有D₃的图像平面I₃上聚焦。

下面详细说明按照本发明的照相机的不同的光学特性和可以实现的技术特征。

在希望照相机简单、价廉的应用场合，使用固定焦距的系统即没有运动的机械部件的系统是方便的。对于在物体空间和图像空间分别具有焦距f和f’的透镜，对于薄的透镜可以写成

      x.x’＝f·f’    (7)

其中x，x’是沿着光轴从无穷远的共轭聚焦点分别到s处的物体点和s’处的图像点的距离：

    x＝s-f    (8)

    x’＝s’-f’  (9)

由式(7)-(9)可见，沿轴向物体的位移s导致相对于图像平面的轴向图像位移δs’，如果s＞＞f，则

    δs’＝-f·f·δs/s²    (10)

由式(10)可见，当s增加时，图像位置和物体距离s的相关性变小。这个关系对于摄影业余爱好者是熟知的。还可以看出，对于给定的物体距离s，当焦距f和f’变短时，图像位置和物体距离的相关性更小。

在本结构中后一种关系是尤其有兴趣的，其中透镜的焦距比传统的摄影系统小2到3个数量级。在另一方面，对于遵守上式(1)的衍射限制的光学系统的图像平面的散焦允差Δs’将受到光学系统的物理尺寸的限制，并且在这种情况下，Δs’可以和利用一般的摄影系统获得的相比。

这对场Δs的深度具有极大的影响。为了简化，假定f≌f’，式(10)可以写成：

    Δs≌-(s/f)².Δs’    (11)

换句话说，对于给定的Δs’的场的深度和焦距f的倒数的平方成比例。作为一个例子，可以考虑一种具有无穷大的固定焦距的照相机，即具有s’＝f’＝f的图像平面。如果在图像平面中的散焦允差是Δs’，则最接近的物体距离s_min由标准的透镜方程确定

    1/s+1/s’＝1/f’    (12)

在物距s＝s_min时，有

    1/s_min+1/(f+Δs’)＝1/f’    (13)

因而，对于f＞＞Δs’

    s_min＝f²/Δs’    (14)

例如，假定f＝1mm，Δs’＝1μm，因而获得s_min＝10³mm，因而具有固定焦距的照相机在从无限远到1m的聚焦平面内产生瑞界定的图像。通过对有限的距离选择标称的最佳焦距，可以进一步减少s_min.

如果按照本发明的光电照相机利用数字或软件控制的图像处理来实现，则可以获得许多优点。具体地说，必须注意，电子成像和传统的基于胶片的成像相比的优点在于，在最终的图像被产生之前，可以借助于合适的软件简单而直接地控制图像信息。在一些情况下，这种处理可以直接地“在片上”进行，即在物理上接近检测器并利用和检测器集成在一起的电子元件和电路，例如基于CMOS的结构。在商业上，“片上照相机”元件和系统可以利用片上的不同类型的处理来实现，包括门限处理和像素之间的校正分析，例如轮廓确定。下面讨论尤其和本发明相关的一些类型的图像处理。

按照本发明的光电照相机的基本实现使得可以使用在相当大的面积上延伸的并包括大量像素的光敏检测器阵列，这意味着可以这样选择像素的两个子组，使得它们代表较大的图像的部分，因而可以提供变焦功能，拍全景功能或运动补偿功能。

例如，根据本发明的照相机中所记录的全格式光学图像的数字电子格式化可以通过下述方式发生：通过分别朝向图像中的会聚点或会聚轴进行图像的连续或步进式径向或轴向压缩，来产生一部分或一段全格式数字图像，图像压缩数字式地发生在提供在处理器装置中的数据处理器中并根据一个或多个确定的像素减法协议，并通过照相机内部或外部提供的操作装置实现，该操作装置通过照相机操作者手动操纵或根据预定标准自动操纵，并通过再次分别从会聚点或从会聚轴朝向全格式图像径向或轴向、步进式或连续地扩展格式化的段。在提供显示装置的情况下，格式化可以在其实被可视化，在瞬间格式化所引起的部分或段将被显示为合成的全格式图像，但是具有由格式化的相应的像素减法值给出的真实的空间分辨率。

特别地，数字电子格式化功能可以通过图像的径向压缩或扩展来实现，段格式根据场景和照相机中的图像平面之间的距离分别由远距照相、广角或宏格式确定，类似地，数字电子全景功能可以通过轴向压缩或扩展实现。当执行变焦或全景时，会聚点或会聚轴可以缺省为自动选择为第一种情况中是光轴和图像平面的交点、和/或选择为第二种情况中是图像平面的水平等分线。这里的会聚点或会聚轴可以在操作装置上手动选择，分别为图像的任意点或任意轴。

图10a表示一整幅图像是如何朝向图像中的一点会聚的。借助于在照相机中提供的处理器并使用预定的像素减法协议，通过利用软件控制，会聚可以分级地或者连续地沿径向进行。图10a中的部分1和部分2代表变焦的图像，不过相对于整幅图像中的总的像素数具有减少的像素数。如果部分1和部分2被在显示器上再现，它们将被扩大到占满显示器的一个整幅的图像，并且此时可以使用软件由合成的整幅图像产生变焦图像，不过通过在放大的部分中插入像素可以具有和整幅图像相同的清晰度，使得由部分1或2表示的变焦图像以好象是以和实际的整幅图像相同的清晰度出现。

图10b表示如何借助于使整幅图像沿轴向向会聚轴缩小从而实现拍全景功能的。例如形成不同的全景图像部分1和2。在这种情况下，会聚轴是整幅图像的水平平分线。

在按照本发明的光电照相机中，一个重要的特征是可以利用相互沿横向设置的两个或多个光学系统记录信息。对于比无穷远近的物体，这意味着可能存在视差问题。在简单的成像情况下，对于在无穷远处的物体，视差引起图像平面中的图像相对于图像位置的横向位移。这种位移以统一的方式按照阵列中的透镜而不同，并且物体距照相机越近位移越大。通过选择感光元件，即传感器元件，所述位移可以简单地进行补偿。当图像以电子方式合成时，所述元件也相应地位移。这可以用不同的方式来实现。一种方法是对所有要被合成的图像取一个特定的视差角度，在这种情况下，对于最相关的成像任务选择最佳的物体距离。另一种方法是在照相机的存储器中校正不同的图像，并为了实现最好的最终图像对感光区域的选择进行优化。

还可以实现自动聚焦功能，其中利用机械固定聚焦的光学系统的场的固有深度不足。通过选择一个要被合成的图像的最佳物距，这可以以和如同结合视差补偿所述的方式类似的方式发生。在这种结构中，使用透镜阵列而引起的固有视差误差，即物体在图像平面中的位移，可用于测量距离。

最后，说明按照本发明的光电照相机的实施例的特定例子。

例1-可弯曲的微透镜照相机

参看图2a-2c之一，所示的照相机作为一种夹层结构来实现，其中具有大量的位于薄的可弯曲的板上的微透镜2。所述可弯曲的板被连附在另一个可弯曲的板上，其中以一个被控的图形提供检测器D_n。所述的透镜板可以用整片的塑料材料制成，其中通过塑性变形、刻蚀、或者通过在平的基片上淀积一种材料形成小透镜。此外，一种小透镜板可以包括大量的被固定在可弯曲的平面矩阵中的单独的小透镜。

作为阵列被提供在可弯曲的基片中的塑料检测器最近通过使用相配的聚合物被实现了。其响应性和光谱响应非常好，并且可用于形成高质量的图像。

用于实现这种照相机的夹层结构可被连附于平的表面与/或弯曲的表面上，例如被用于监视的区域内。例如通过把夹层结构弯曲而成为圆柱形，可以获得360度的图像视野，这可以使机械的扫视功能成为多余的。

例2-具有衍射微透镜的照相机

参看图2c，正如所应当理解的那样，每个小透镜L是一个衍射透镜，因而在这种情况下利用具有一个带通范围的指定的滤光器，其允许通过衍射透镜成像而没有严重的色差。为了获得在一个足够宽的波长范围上的光谱覆盖，可以使用具有互补带通滤光器的一系列小透镜。带通滤光器的数量可以非常大，使得利用具有非常窄的带宽的各个滤光器获得宽范围的光谱覆盖。在这种情况下，例如图2c所示的实施例实际上可以如图5a，5b所示的方式被实现，其中使各个滤光器被提供在每个透镜L的后面，但是在指定的检测器D_n的前方。

除去实现非常扁的表面轮廓之外，使用衍射透镜的照相机在控制各个透镜的成像性能方面具有大的灵活性。这使得能够进一步改善上述照相机的结构。例如在阵列中的一些透镜可被优化，以便对选择的图像的外周区域，即以大的角度进入照相机的光轴的光线成像。通过使用标准的方法进行大量生产，可以制造成本低而可靠性高的衍射小透镜阵列，其中包括具有特定性能的大量的单个小透镜。

例3-超小型照相机

再次假定照相机利用图2c所示的基本结构来实现。在这种情况下，通过使用如Norwegian的专利申请973390披露的无源寻址结构，阵列配置中的检测器可被使用，该专利在此列为参考。这种结构尤其适用于混合硅元件中的光敏聚合物，或者其中的电子电路和机械支撑元件全部或部分地由有机材料制成的元件中的光敏聚合物。

这使得能够在图像平面内形成感光区域，其面积密度超过利用现有技术(例如APS和CCD)的电子光传感器阵列可达到的密度的1至2个数量级。这再次说明，为了提供高质量的图像所需的小透镜的数量可被相应地减少。如果一个透镜只处理一个原色，这意味着至少需要3个小透镜。

如上所述，这些透镜的复杂性和物理尺寸和具有相应的调制传递函数性能的(MTF性能)非彩色透镜相比将大大减少，从而导致一般具有1mm³的尺寸的透镜。因而在几mm³的总形状系数内能够实现高质量的光电全色照相机。

Claims (45)

1.一种光电照相机，其包括光学物镜系统，用于对照相机记录的场景成像，作为在物镜系统的图像平面(I)内的光学图像，光电检测器装置(D)，其被提供在所述图像平面(I)内，用于检测光学图像并根据所述检测输出输出信号，和检测器装置相连的处理器装置，用于转换和处理检测器装置的输出信号，以便以数字形式再现检测的图像，并可以在被选择地提供在照相机中的和处理器装置相连的显示装置(V)上实时地显示所述图像，以及和处理器装置相连的存储装置，用于存储数字图像，以便也可以在和存储装置相连的选择的显示装置上显示，或者用于在适应于这些用途的并暂时地或永久地和所述照相机相连的外部装置上进行存储、显示或可能的附加处理，其特征在于，照相机的物镜系统由两个或几个光学有源结构(L)形成，每个光学有源结构(L)适用于在唯一分配给各个光学有源结构的物镜系统的图像平面区域上产生被记录的场景的光学图像，对每个光学有源结构(L)在其各自的指定区域或图像平面内提供至少一个光电检测器(D_n)，所有的检测器(D_n)被包括在照相机的光电检测器装置(D)中，每个检测器(D_n)包括唯一地确定光学图像的一个像素的至少一个传感器元件(E)，像素的面积由单独限定的传感器元件的面积确定，并且每个检测器(D_n)适用于限定光学图像的一个采样，每个采样中的像素数量由在限定的检测器(D_n)中的传感器元件(E)的数量确定，由所有的采样最佳地形成数字图像，并且空间清晰度由被传感器元件(E)限定的光学图像中不同位置中的像素数量确定。

2.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，所述光学有源结构(L)是折射结构或衍射结构或反射结构或者是这些结构的组合。

3.如权利要求2所述的光电照相机，其特征在于，所述折射结构或衍射结构被制成最大直径为3mm的小透镜。

4.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，具有光学有源结构(L)的物镜系统形成为刚性的或可弯曲的表面。

5.如权利要求4所述的光电照相机，其特征在于，为刚性或可弯曲的表面可以是平面、曲面或双曲面。

6.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，每个检测器(D_n)包括两个或多个传感器元件(E)的阵列，使得阵列中的每个检测器元件限定光学图像中的一个在空间上清楚的像素。

7.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，检测器装置(E)都具有相同的形状系数，因而由光学图像的几何面积和一个传感器元件的几何面积之间的比给出用像素表示的光学图像的面积。

8.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，在光学图像中被清楚地限定的像素的总数等于检测器装置(D)中的传感器元件(E)的总数，使得在这种情况下在给定的像素和其限定传感器元件(E)之间存在1对1的关系，从而通过光学图像的全部采样可以产生数字图像。

9.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，在光学图像中的被清楚地限定的像素的总数小于检测器装置(D)中的传感器元件的总数，使得在这种情况下在给定的像素和其限定传感器元件之间存在1个对多个的关系，借以通过过采样光学图像产生数字图像。

10.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，两个或多个检测器(D_n)限定光学图像的同等的空间采样。

11.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，其中包括一个或几个空间滤光器(SF)，它们被提供在物镜系统的前方与/或物镜系统和检测器装置之间。

12.如权利要求11所述的光电照相机，其特征在于，所述空间滤光器(SF)是空间光调制器。

13.如权利要求12所述的光电照相机，其特征在于，所述空间光调制器(SF)是可控的电子光学光调制器。

14.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，其中包括一个或几个滤光器装置(FI)，它们被提供在物镜系统的前方与/或物镜系统和检测器装置(D)之间。

15.如权利要求14所述的光电照相机，其特征在于，滤光器装置(FI)可以包括单独的光谱选择滤光器(FI_N)，其分别被分配给或者每个光学有源结构(L)，或者光学有源结构(L)组，或者被分配给每个光学有源结构的检测器装置的一个或几个检测器(D_n)。

16.如权利要求15所述的光电照相机，其特征在于，借助于透射单独的波长带的每个光谱选择的滤光器(FI_N)，滤光器装置(FI)适用于透射两个或多个单独的波长带，透射每个单独的波长带的滤光器的数量基本上是相等的。

17.如权利要求16所述的光电照相机，其特征在于，呈相邻的或非相邻的带宽关系的单独的波长带，其组合至少覆盖光谱的可见部分。

18.如权利要求16所述的光电照相机，其特征在于，单独的波长带被这样选择，使得滤光器装置(FI_N)形成原色滤光器装置或者RGB滤光器装置。

19.如权利要求16所述的光电照相机，其特征在于，单独的波长带被这样选择，使得滤光器(FI_N)装置形成互补的彩色滤光器装置。

20.如权利要求15所述的光电照相机，其中滤光器装置(FI)的光谱选择滤光器(FI_N)分别被分配给或者被叠加到为每个光学有源结构提供的一个或几个检测器(D_n)，其特征在于，所述光谱选择滤光器(FI_N)是带状滤光器，借助于透射给定波长带的每个带，其适用于透射两个或几个单独的波长带，透射每个波长带的带状滤光器的数量基本上是相等的。

21.如权利要求20所述的光电照相机，其特征在于，在带状滤光器(FI_N)中的每个带可被分配给一个或几个检测器(D_n)中的传感器元件(E)的各个行或列。

22.如权利要求20所述的光电照相机，其特征在于，每个带状滤光器还可以是原色滤光器或RGB滤光器。

23.如权利要求15所述的光电照相机，其中滤光器装置的光谱选择滤光器(FI_N)分别被分配给或者被叠加到为每个光学有源结构提供的一个或几个检测器(D_n)，其特征在于，光谱选择滤光器是马赛克滤光器，借助于使马赛克滤光器中的每个滤光器部分透射一个给定的波长带，其适用于透射两个或几个单独的波长带，透射每个波长带的滤光器部分的数量基本上是相等的。

24.如权利要求23所述的光电照相机，其特征在于，马赛克滤光器中的每个滤光器部分被分配给一个或几个检测器(D_n)中的各个传感器元件(E)。

25.如权利要求23所述的光电照相机，其特征在于，每个马赛克滤光器(FI_N)是互补的彩色滤光器。

26.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，检测器装置(D)包括用下列技术之一实现的检测器(D_n)，即，电荷耦合器件CCD技术，电荷注入器件CID技术，有源像素传感器APS技术或无源矩阵中的传感器阵列PMSA技术。

27.如权利要求26所述的光电照相机，其中检测器利用PMSA技术实现，其特征在于，检测器(D_n)被制成薄膜元件或混合元件，并且所述检测器(D_n)适用于从用于唯一地寻址每个单独的传感器元件的无源电极阵列上方的传感器元件(E)并行地读出输出信号。

28.如权利要求27所述的光电照相机，其特征在于，检测器(D_n)被整体地或部分地利用有机半导体材料或电绝缘材料制造，其中包括塑料材料和半导体低聚物或聚合物。

29.如权利要求28所述的光电照相机，其特征在于，所述有机材料整体地或部分地透射光谱的至少可见光部分，在检测器的传感器元件(E)之间的区域内的检测器(D_n)在这个光谱范围内是透明的或半透明的。

30.如权利要求28所述的光电照相机，其特征在于，所述检测器(D_n)的电极阵列至少在光谱的可见光范围内是透明的或半透明的。

31.如权利要求1所述的光电照相机，其特征在于，光学有源结构(L)利用确定的色差或色散来实现，使得用于两个或多个单独波长带的每个光学有源结构以选择光谱的方式产生在每个波长带中的光学图像，其基本上在相应的基本上相配的沿光线方向重叠地错开的图像平面(I_n)上，并且对于在这些图像平面的每个中的每个光学有源结构(L)提供一个用于光学图像的光谱选择检测的检测器(D_n)，使得在每个图像平面(I_n)上的每个光学有源结构(L)确定在空间域中的一个采样和在频率域中的一个采样，在频域中的分辨率基本上由具有各自的指定检测器(D_n)的单独的波长带的数量确定，借以使由检测器装置(D_n)检测的光学图像可以作为多光谱数字彩色图像利用选择的合适的彩色系统而被产生。

32.如权利要求31所述的光电照相机，其特征在于，对于每个光学有源结构(L)分别在指定给三色系统的3个单独的波长带的图像平面(I₁，I₂，I₃)中提供3个单独的叠加检测器(D₁，D₂，D₃)。

33.一种光电照相机，用于记录彩色图像，特别是用于以RGB系统记录彩色图像的光电照相机，其包括光学物镜系统，用于对照相机记录的场景成像，作为在物镜系统的图像平面(I)内的光学图像，光电检测器装置(D)，其被提供在所述图像平面(I)内，用于检测光学图像并根据所述检测输出输出信号，和检测器装置相连的处理器装置，用于转换和处理检测器装置的输出信号，以便以数字形式再现检测的图像，并可以在被选择地提供在照相机中的和处理器装置相连的显示装置(V)上实时地显示所述图像，以及和处理器装置相连的存储装置，用于存储数字图像，以便在也可以和存储装置相连的选择的显示装置上显示，或者用于在适应于这些用途的并暂时地或永久地和所述照相机相连的外部装置上进行存储、显示或可能的附加处理，其特征在于，照相机的物镜系统由两个或几个光学有源结构的阵列(L)形成，每个光学有源结构(L)具有确定的色差或色散，使得其焦点的位置取决于光的波长，每个光学结构适用于在物镜系统的3个单独的叠加的图像平面(I₁，I₂，I₃)的区域上产生记录场景的光谱选择的光学图像，所述区域被唯一地分配给各个光学有源结构，第一图像平面(I₁)形成在光谱的蓝部分中的一个波长带中的第一光学图像，第二图像平面(I₂)形成在光谱的绿部分中的一个波长带中的第二光学图像，第三图像平面(I₃)形成在光谱的红部分中的一个波长带中的第三光学图像，对于每个光谱有源结构(L)，在各个指定的图像平面(I₁，I₂，I₃)的每个平面内提供光电检测器(D_n)，用于检测由光学有源结构在每个波长带蓝绿红中产生的光学图像，每个检测器包括至少一个传感器元件(E)，使得至少一个传感器元件唯一地确定光学图像的一个像素，像素的面积基本上由单独限定的传感器元件的面积确定，在一个图像平面中的每个检测器适用于限定在相应于该图像平面的波长带中的光学图像的一个采样，并且在每个采样中的像素的数量由在所述限定的检测器中的传感器元件的数量确定，数字图像被作为RGB彩色图像被最佳地产生，借助于在光学图像中的检测器元件限定部分，其具有清楚的由像素的数量确定的空间清晰度。

34.如权利要求33所述的光电照相机，其特征在于，光学有源结构(L)是具有确定的色差的折射结构或具有确定的色散的衍射结构，或者是这些结构的组合。

35.如权利要求34所述的光电照相机，其特征在于，所述折射或衍射结构作为具有3mm的最大直径的小透镜被实现。

36.如权利要求33所述的光电照相机，其特征在于，在一个波长带内的光学图像中的被清楚地限定的像素的总数等于在检测器装置中为这一波长带提供的检测器(D_n)中的传感器元件(E)的总数，使得在这种情况下，在给定的像素和其限定的传感器元件之间存在一对一的关系，借以可以利用在每个波长带中的光学图像的全部采样产生数字的RGB彩色图像，并且整个光学图像按照颜色被过采样3次。

37.如权利要求33所述的光电照相机，其特征在于，在一个波长带内的光学图像中的被清楚地限定的像素的总数小于在检测器装置中为这一波长带提供的检测器(D_n)中的传感器元件(E)的总数，使得在这种情况下，在给定的像素和其限定的传感器元件之间存在一个对多个的关系，借以可以利用在每个波长带中的过采样并且使光学图像的总的过采样等于在每个波长带内的过采样系数的和产生数字的RGB彩色图像。

38.根据权利要求1或权利要求33的光电照相机，其特征在于照相机以由照相机记录的图像信息的软件控制处理或数字实现，所述处理在像素的子组上进行，并实现一个或多个下列功能：图像格式化、运动或位移补偿以及自动聚焦。

39.根据权利要求38的光电照相机，其特征在于图像格式化分别包括变焦子功能和/或全景子功能。

40.根据权利要求39的光电照相机，其特征在于变焦和全景子功能是通过一个或多个像素减法协议以及扩展至全格式化的变焦和全景图像来实现的。

41.根据权利要求40的光电照相机，其特征在于全格式化的变焦或全景图像通过利用像素插值策略以全格式化原始图像的原始分辨率来记录或显示。

42.根据权利要求38的光电照相机，其特征在于运动或位移补偿功能是通过下述实现的：确定在阵列中至少两个间隔开的光学有源结构产生的至少两个选中的图像采样所给出的视差，并选择最优目标用于合成最终图像。

43.根据权利要求42的光电照相机，其特征在于运动或位移补偿功能是通过下述实现的：将照相机存储器中的不同图像进行相关，并对不同图像选择最优感光区域用于合成运动或位移补偿的最终图像。

44.根据权利要求38的光电照相机，其特征在于自动聚焦功能是通过下述实现的：通过确定阵列中至少两个间隔开的光学有源结构产生的至少两个选中的图像采样所给出的视差，对要合成的最终图像选择最优目标距离，并测量目标距离。

45.根据权利要求33的光电照相机，其特征在于所述光电照相机用于以RGB系统记录彩色图像。

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