[发明专利]基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置及方法。根据本发明的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置包括：移动电子设备光学模块、扫描微透镜阵列模块和成像模块；其中移动电子设备光学模块包括移动电子设备光学镜头；扫描微透镜阵列模块包括位移装置和微透镜阵列；成像模块包括移动电子设备像感器；光学模块通过移动电子设备光学镜头对场景进行拍摄以收集光学信息，扫描微透镜阵列模块通过位移装置带动微透镜阵列进行二维尺度内的周期性移动扫描，并进一步传播移动电子设备光学镜头收集的光学信息至成像模块中的移动电子设备像感器上。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，具体涉及一种基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置及方法。

背景技术

近年来，随着科技的提高与人们生活的逐渐丰富，人们对于拍照的需求与日俱增，手机、平板电脑等移动电子设备作为生活中必不可少的小型智能成像设备，也在不断升级以迎合人们对于高清晰度大像素数目的拍摄需求。

决定成像系统成像质量或成像分辨率的三方面限制条件如下：一是像感器的采样率：普遍流行的像感器时下主要分为CCD和CMOS两类，将像素数目做多，像元尺寸做小都有利于更高清的分辨率图像生成；二是系统的光学衍射极限：根据瑞利分辨率判据，成像系统中各透镜的数值孔径决定了系统的分辨能力；三是像差，像差普遍存在于自然环境中，比如大气的散射等。同时像差也存在于镜头之中，由于镜头属于人工磨制的器件，会存在与理论光学中的理想透镜模型的偏差。另一方面，随着镜头尺寸的逐渐增大，理想光学系统中的近轴光学理论不再适用，离轴光线的轨迹难以像近轴光线那样易于预测。以上三点都限制了系统的成像能力。

得益于工业的发展，光学系统可以达到的衍射极限已经足以满足我们普通的拍摄需求，同时也有足够的工艺制作出大面阵小像元尺寸的高分辨率像感器。而阻拦这些工艺进一步发展的正是像差的存在。物理模型上，随着单镜头尺寸的增长，像差会随之逐步提升。因此随着像素数目的提升、有效像素数目会被限制在一个有限的尺度上。另一方面，手机、平板电脑等中小型移动电子设备的便携性严重限制了手机光学镜头以及光电成像传感器(CCD，CMOS)的尺寸。所以如何在现有的手机镜头与成像传感器的尺寸下，发挥它们的最大光学性能，拍摄高分辨率、高像素数目的影响成为一个必须解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种基于扫描光场的高分辨率移动电子设备成像装置和方法，结合新的光学结构与计算摄像算法，实现了保证现有小型化尺寸的手机等移动电子设备光学镜头与传感器实现高分辨率成像。这个系统通过微透镜阵列同时采集到光线的角度信息和空间信息，进一步在相位空间融合不同角度的同一场景的图像，并矫正像差。另一方面该系统结合计算摄像算法，可以获得高于像感器像素分辨率图像的功能，用低像素数目的手机成像模块获得高像素数目的图像。

根据本发明，提供了一种基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置，包括：移动电子设备光学模块、扫描微透镜阵列模块和成像模块；其中移动电子设备光学模块包括移动电子设备光学镜头；扫描微透镜阵列模块包括位移装置和微透镜阵列；成像模块包括移动电子设备像感器；光学模块通过移动电子设备光学镜头对场景进行拍摄以收集光学信息，扫描微透镜阵列模块通过位移装置带动微透镜阵列进行二维尺度内的周期性移动扫描，并进一步传播移动电子设备光学镜头收集的光学信息至成像模块中的移动电子设备像感器上。

优选地，基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置还包括：处理单元，用于通过数字自适应算法，去除不同角度对应的图像像差，并结合扫描的次数，融合每一扫描周期的去除像差后的光场数据，重建获得大于等于原图像分辨率的图像或视频。

优选地，移动电子设备光学模块、扫描微透镜阵列模块、成像模块和处理单元均集成在同一移动电子设备中。

优选地，移动电子设备光学镜头处于对焦状态或者处于在预定的散焦范围，微透镜阵列放置在移动电子设备光学镜头的后焦面处，移动电子设备像感器处于微透镜阵列的后焦点的预定轴向范围内。