CN1544990A - 四镜头分色成像的超薄手机成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法。完全相同的四个短焦距镜头按2×2平面排列，焦平面位置安装一个黑白CCD，通过彩色滤色片装置得到彩色图像；每二个镜头间的距离为1/2的CCD边长，四个镜头分别装以透红、透绿、透绿和透蓝滤色片，每一个镜头使处于焦平面位置的CCD1/4面积的象素成像，得到四幅颜色各异，视场相同的图像，经处理合成为一幅彩色图像。本发明的优点：1)成像系统象素不变，而光学系统减薄一半，使手机整机可以设计成超薄型；2)可使用单色CCD作为成像器件；3)图像的颜色是通过四个镜头对应的滤色片分色得到的，滤色片制作更容易，分色效果更好；4)四个镜头可以分别按单色光设计，使镜头光学结构得到简化。
Description
技术领域
本发明涉及四镜头分色成像的超薄手机成像方法。
背景技术
移动电话(手机)已经成为普通市民必不可少的通讯工具，随着手机数量的不断扩大，其功能也不断增加。带数码照相机的手机正在高速发展和普及。目前的手机上的数码照相机一般为30万象素左右，基本属于玩具型。由于30万象素的CCD尺寸很小，其成像系统一般比较容易做成薄型。
现在，带数码照相机的手机发展提出了二个方面的要求；一是希望整机愈来愈薄，以便于携带；另一方面是希望数码成像的照片愈来愈清晰，也就是希望CCD象素数愈来愈高。由于CCD每一个象素的最小尺寸受到半导体工艺的限制，很显然上面二个方面的要求是互相矛盾的。
目前数码照相机的象素已经达到80万、130万，并很快会发展到200万象素。在目前的半导体工艺水平限制下，象素的增加势必增大CCD的几何尺寸。为了保证合理的成像视场角，一般光学系统的厚度都比较大，影响了手机的超薄型设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法。
完全相同的四个短焦距镜头按2×2平面排列，焦平面位置安装一个黑白CCD，通过彩色滤色片装置得到彩色图像；每二个镜头间的距离为1/2的CCD边长，四个镜头分别装以透红、透绿、透绿和透蓝滤色片，每一个镜头使处于焦平面位置的CCD1/4面积的象素成像，得到四幅颜色各异，视场相同的图像，经处理合成为一幅彩色图像。
本发明的优点：
1)成像系统象素不变，视场角不扩大，而光学系统减薄一半，使手机整机可以设计成超薄型；
2)可使用单色CCD作为成像器件，不需要彩色CCD；
3)图像的颜色是通过四个镜头对应的滤色片分色得到的，滤色片制作更容易，分色效果更好；
4)四个镜头可以分别按红色、绿色、绿色和蓝色单色光设计和校正像差，使成像时的色像差大大减小，从而使镜头光学结构得到简化。
附图说明
图1是基于四镜头分色成像的超薄手机成像方法的四个镜头相对于CCD的位置关系示意图；
图2是基于四镜头分色成像的超薄手机成像方法的光学成像系统图；
图3是作为与本方法对比的一般成像系统的光学系统图；
图4是基于四镜头分色成像的超薄手机成像方法中的单色CCD获得的原始图像的象素分布图；
图5是基于四镜头分色成像的超薄手机成像方法中的单色CCD获得的原始图像经过DSP第一步处理后图像的象素分布图。
具体实施方式
本发明提出的一种四镜头分色的成像方法，可以使手机成像光学系统的厚度缩小近一半，使手机整机可以设计成超薄型。完全相同的四个短焦距镜头按2×2平面排列，焦平面位置安装一个单色CCD(或CMOS，下同)。每二个镜头间的距离为1/2的CCD边长，四个镜头分别装以透红、透绿、透绿和透蓝滤色片，每一个镜头使处于焦平面位置的CCD1/4面积的象素成像，得到四幅颜色各异，视场相同的图像。
DSP图像处理系统把四幅图像上相对应位置的象素进行颜色插值处理(计算方法与一般彩色CCD颜色插值处理相同)，使每个单色象素均有其它颜色的分量，合成后图像的象素数与CCD的总象素数相同。
基本方法如下：完全相同的四个短焦距镜头按二行二列平面排列，每二个镜头间的距离为1/2的CCD边长，四个镜头分别称为左上、左下、右上和右下镜头，它们有相同的焦平面。焦平面位置安装一个单色CCD，四个镜头的成像像平面分别为CCD的四分之一面积，即左上镜头使CCD的左上四分之一象素成像，左下镜头使CCD的左下四分之一象素成像，右上镜头使CCD的右上四分之一象素成像，右下镜头使CCD的右下四分之一象素成像。四个镜头分别装以透红、透绿、透绿和透蓝滤色片(例如，左上镜头组透红光、左下和右上二个镜头组透绿光，右下镜头组透蓝光)。控制系统一次成像后，系统得到一幅单色的图像，但因为CCD的四个区域分别是通过不同的镜头和滤色片成像的，因此实际上得到了四幅颜色各异，视场相同的图像。
DSP图像处理系统把四幅图像上相对应位置的象素进行颜色插值处理(计算方法与一般彩色CCD颜色插值处理相同)，使每个单色象素均有其它颜色的数值，合成后图像的象素数与CCD的总象素数相同。从而达到成像象素不变，视场角不扩大，而光学系统减薄一半。
如图1-图5所示：
四个镜头——左上镜头、左下镜头、右上镜头和右下镜头有完全相同的焦距、视场角和像平面，并按二行二列平面排列，每二个镜头间的距离为1/2的CCD边长，焦平面位置安装一个单色CCD。如图1所示。
四个镜头的成像像平面分别为CCD的四分之一面积，即左上镜头使CCD的左上四分之一象素成像，左下镜头使CCD的左下四分之一象素成像，右上镜头使CCD的右上四分之一象素成像，右下镜头使CCD的右下四分之一象素成像。如图1和图2所示。四个镜头分别装以透红、透绿、透绿和透蓝滤色片(例如，左上镜头组透红光、左下和右上二个镜头组透绿光，右下镜头组透蓝光)。
由于每个镜头的视场角均为2W，与焦距扩大一倍而成像于整个CCD的镜头系统成像时，有相同的视场角。如图3所示。
控制系统一次成像后，系统得到一幅单色的图像，但因为CCD的四个区域分别是通过不同的镜头和滤色片成像的，因此实际上得到了四幅颜色各异，视场相同的图像。如图4中的象素R11和GA11、GB11、B11对应于相同的物方视场角，他们的主要区别是各自获取了同一物点的不同颜色信息。图4中左上方1/4区域为红色图像，右上方1/4和左下方1/4区域为绿色图像，右下方1/4为蓝色图像。
DSP图像处理系统第一步先把四幅图像上的象素移一下位，把有相同物方视场角(不同颜色信息)的象素移动到相邻位置，如图5所示。原来不相邻的R11、GA11、GB11和B11移动到了相邻位置，而原来与R11相邻的R12和R21被移开了一个象素。与一般的彩色CCD颜色插值方法一样，对相对应位置的象素进行颜色插值处理，使每个单色象素均有其它颜色的数值，合成后图像的象素数与CCD的总象素数相同。从而达到成像象素不变，视场角不扩大，而光学系统减薄一半。
由于每个镜头的成像视场为长方形，需要用视场光栏分开四个镜头分别所成的像，可以在每个镜头后加一个暗箱桶作视场光栏，视场光栏遮住的CCD象素可以在较小的范围内，DSP图像处理时可以剔除。
当系统对有限远物体成像时，因为四个镜头及其对应的CCD成像系统并不完全同轴，存在一个较小的视差。但通过测距系统或对图像作清晰度评价处理可以得到物距信息，从而使视差在DSP第一步软件处理时得以校正。
Claims (5)
1.一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法，其特征在于，完全相同的四个短焦距镜头按2×2平面排列，焦平面位置安装一个黑白CCD，通过彩色滤色片装置得到彩色图像；每二个镜头间的距离为1/2的CCD边长，四个镜头分别装以透红、透绿、透绿和透蓝滤色片，每一个镜头使处于焦平面位置的CCD1/4面积的象素成像，得到四幅颜色各异，视场相同的图像，经处理合成为一幅彩色图像。
2.根据权利要求1所述的一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法，其特征在于，所说的完全相同的四个短焦距镜头：在成像系统有相同视场角时每个镜头的焦距比一个镜头成像时缩小一半。
3.根据权利要求1所述的一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法，其特征在于，所说的焦平面位置安装一个黑白CCD，通过彩色滤色片装置得到彩色图像：其图像的不同颜色信息是通过每个镜头后面或前面加彩色滤色片或镜头上镀膜得到的。
4.根据权利要求1所述的一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法，其特征在于，所说的每一个镜头使处于焦平面位置的CCD1/4面积的象素成像，得到四幅颜色各异，视场相同的图像：每一个镜头使处于焦平面位置的CCD1/4面积的象素成像，得到四幅颜色各异，视场相同的图像。所获取的四幅图像每一幅单色图像均覆盖了全部成像视场，即每一幅之间的视场是相同的。
5.根据权利要求1所述的一种四镜头分色成像的超薄手机成像方法，其特征在于，所说的经处理合成为一幅彩色图像：在成像系统获取了四幅单色图像以后，DSP图像处理系统第一步把有相同物方视场角不同颜色信息的象素移动到相邻位置，然后对相应位置的象素进行颜色插值处理，使每个单色象素均有其它颜色的数值，合成后图像的象素数与CCD的总象素数相同。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |