[发明专利]使用颜色相关波前编码扩展透镜系统中景深的系统和方法

说明书

相关申请

名为“Extended Depth Of Field Optical System（扩展景深光学系统）”的第7,218,448号美国专利通过引用包括在本文中。

背景技术

典型的相机具有有限的景深（焦深）。景深取决于相机的光圈，而较小的光圈获得相对较大的景深（例如，针孔相机提供无穷的景深）。然而，大光圈和大景深是同时所被希望的。对于该问题的一个通用方法是“波前编码”，“波前编码”提供具有扩展景深（EDoF）的图像。在这个基本方法中，所希望的是进一步扩展透镜系统的景深以改善相机性能。

发明内容

本发明使用相位掩模（独立的相位掩模或者整合至现有透镜元件中的相位掩模），以颜色相关方式对图像波前编码，从而使用对于各个颜色通道（R、G和B）独立的不同光学传递函数（OTF）生成轴向分离的图像，并且单独的颜色通道的OTF展现扩展景深并且在有限的空间频率范围内不包含零值。

在一个实施方式中，只有单一的颜色通道与单一的反褶积滤光片进行处理，代替单独的颜色通道的独立处理。在该实施方式中，所用信号处理是RGB颜色空间指YUV颜色空间的图像转换，使用预先测量的点扩散函数或取自模型的点扩散函数的Y通道的反褶积，然后转换回RGB颜色空间。U通道和Y通道未处理。

附图说明

图1A是示出本系统的一个实施方式的示例性部件的视图；

图1B是示出示例性集成掩模/透镜的视图；

图2是示出在一个实施方式中通过本系统执行的示例性步骤的流程图；

图3是示出使用波前编码的图像处理中执行的示例性步骤的视图；

图4是示出示例性色差透镜的结合后的EDoF的视图；

图5A是示出现有技术的拜耳马赛克图案的视图；以及

图5B是示出根据本系统修改的拜耳马赛克图案的视图；以及

图5C是包括单元阵列的彩色滤光片马赛克的示例性视图。

具体实施方式

图1A是示出用于提供扩展景深（EDoF）的本光学系统100的视图。如图1A所示，在示例性实施方式中，本系统100包括：颜色相关波前编码透镜系统104，颜色相关波前编码透镜系统104包括相位掩模101（或内嵌有相位掩模功能的现有透镜元件（例如，透镜103））；以及成像透镜（或复合透镜组件）103，用于将从物体接收到的光107聚焦到像平面127中。光学系统100还包括：图像传感器105（例如，电荷耦合器件“CCD”或者互补金属氧化物半导体器件“CMOS”），图像传感器105的一个表面与像平面127相邻，以捕捉入射在像平面处的光的电表示。系统100还包括：处理器110，具有关联存储器115，存储器115中存储有图像处理算法118和由传感器105捕捉到的数字图像120。

传感器105具有覆盖彩色滤光片马赛克117，覆盖彩色滤光片马赛克117可以具有拜耳图案或其他马赛克图案，如将在下面就图5描述的图案。彩色滤光片马赛克117由此向传感器105的特定群组的像素提供，以便以感兴趣的不同光谱通带操作，其中各个感兴趣的光谱通带由通过滤光片马赛克117的类似元件传递至其相应像素的波长范围构成。传感器105提供有限的空间频率范围内的输出，也就是说，由传感器的像素到像素间距最终限制的空间频率范围，但也可以被定义成比由像素到像素间距限制的范围小的空间频率。

本透镜系统104并入有色波前编码元件或透镜，103，以通过将透镜103设计成提供预定量的色差而实现轴向色分离，而同时，至少一个颜色通道的光学传递函数（OTF）在扩展焦深内的一定范围的空间频率上不包含零值。透镜103由此在下文中称为“有色波前编码透镜”。

集成掩模/透镜

图1B是示出示例性集成掩模/透镜106的视图。在一个实施方式中，如图1B所示，透镜系统104包括：波前编码相位掩模，与有色波前编码透镜集成，以形成专门设计成提供有色波前编码功能的单一的集成相位掩模/有色波前编码透镜106。本文中描述的各个实施方式将波前编码与色差结合以提供EDoF，并且是在下面描述的波前编码成像技术的实现。

通过波前编码成像