[发明专利]用于处理色差和紫色条纹的方法和装置

说明书

本申请为分案申请，其母案申请的发明名称为“用于处理色差和紫色条纹的方法和装置”，国际申请日为2009年1月28日，国际申请号为“PCT/EP2009/050967”，国家申请号为200980103030.2。

技术领域

本发明总体上涉及校正数字图像中的色差和紫色条纹的领域。

背景技术

除真空之外的任何介质的折射率都随着波长改变。由此，任何折射光学系统的高斯和象差特性是波长的函数，即存在色差。旨在于在可观的波长范围上使用的多种现代折射系统基本上由于高斯和更加阶的色效应而性能受限。天文望远镜设计的历史提供了有用的示例。Isaac Newton先生发明了反射式望远镜，因为他认为通过组合两个单透镜以形成我们现在所称的消色差双合透镜来校正单透镜中的色效应是不可能的；实际上，他认为所有透镜的色效应都与其功率成比例，甚至对于不同的镜片具有相同的比例常数。然后，在18世纪中叶，John Dollond和Chester Moore Hall表明Newton是错误的，并且他们制造了消色差双合透镜。这导致了制造出越来越大的望远镜双合物镜。然而，随着物镜变得较大，而且设计技术变得更加精细，发现“消色差”双合透镜不能完全消除所出现的色差以及残余误差(称为“次级光谱”)。

如上所述，当不同颜色的光在介质中以不同的速度传播时，折射率是波长相关的。该现象称为色散。公知的示例是玻璃棱镜，其将白光入射光束色散为多种颜色的彩虹。摄影镜头包括各种色散、介电镜片。这些镜片不以相同的角度折射入射光的所有成分颜色，并且可能需要巨大的努力来设计使所有的颜色一起集中到相同焦点的全面校正透镜。色差是由于色散而偏离理想成像。然而塞德尔象差是单色的，即，其还可以利用单色光发生；色差仅出现于多色光中。

轴向色差

可以区分两种类型的色差。轴向色差(ACA)也称为纵向色差，指的是透镜无法将不同颜色聚焦到相同的焦平面上。针对光轴上的主体点，各种颜色的焦点也在光轴上，但是在纵向(即，沿轴向)上有位移。在图1A-图1B中针对远光源对这种性质进行了说明。在该略图中，仅绿光锐聚焦到传感器上。蓝光和红光在传感器平面上具有所谓的模糊圈，并且不是锐利成像的。图1B示出了纵向色差的起因。图1B示出了三种不同颜色的焦平面不重合。

在实际应用中，如果存在接近图像中心的条纹，其在图像轻微散焦时改变颜色，则这很有可能是纵向色差。这种类型无法使用传统软件来校正，如果光圈缩小则其会减小，并且其取决于焦点距离。

横向色差

斜入射光导致横色差，也称为横向色。其是指侧向位移的焦点。在不存在轴向色时，所有的颜色都聚焦在相同的平面上，但是图像放大取决于波长。横向色的出现意味着焦距取决于波长，而复透镜中的轴向色的出现不严格需要可变焦距。这看起来是违反直觉的，但是在对纵向色差进行校正的透镜中，所有颜色的主平面不需要重合。因为焦距由从后主平面到像平面的距离确定，所以即使当所有的图像都在相同平面中时，焦距也可以取决于波长。图1C示出了横向色差的起因。图像的大小随着颜色而变化。红色图像放大得大于绿色图像，而红色图像和绿色图像又都放大得大于蓝色图像。

总之，当针对纵向色差对透镜进行校正时，不同的颜色或多或少聚焦在光轴的相同点上，但是其可能聚焦在不同的离轴距离处，导致不同颜色的图像大小不同。这一类型称为横向或者横色差(TCA)。

在实际方面，如果从中心到边角存在渐多的互补色条纹，则这很有可能是横色差。该类型可以通过软件来校正，其不会由于光圈缩小而改变，并且其与焦点距离无关。图1D是示出ACA和LCA的发生的比较的示意图。

图1B-图1C区分了两种简化的情况，因为在实践中，轴向和横向成分是共存的。多色体填充了像空间中的体积，其包括各种大小和位置的单色像的连续体。特别地，横向色在远距镜头和反向远距(反焦)镜头中很明显。色差通常限制了其他方面校正好的远距设计的性能。色差的原型表现是沿着分隔图像的暗色部分和明亮部分的边界的彩色条纹。即，色差的可感知效应在文字描述上有所变化。看起来横向色是比轴向色更严重的象差，因为前者导致彩色条纹而后者仅降低锐度。Oberkochen提出了不同的观点，并指出轴向色是最显著的色差。Hecht将色差的累积效应描述为发白的模糊或者朦胧的交叠。具有针对轴向色的消色差(不完全)校正的光学系统的残余颜色误差导致每个像点周围的品红色光环或者模糊。

紫色条纹