[发明专利]一种基于定焦镜头实现大范围连续光学变焦的方法及设备

权利要求书

1.一种基于定焦镜头实现大范围连续光学变焦的方法，其特征在于：

使用具有固定的光学变焦倍数为m的镜头拍摄等效变焦倍数为m×n的照片，其过程中进行仿变焦处理的具体方法是：

S1：将物点视为发光的点光源；在第一坐标系中，点光源在所述第一坐标系中的坐标为(r,φ,z)，其中z＞＞0；对于任意物点，物点发出的光通过所述镜头后折射形成光锥，光锥的最小光斑所在平面和光锥中心轴垂直，所述最小光斑的形状近似为圆形；

根据围绕镜头光轴旋转的圆对称性，镜头光轴为第一坐标系的Z轴，只需要考虑φ角固定的大量物点的集合即可；所述大量物点具有不同的r坐标和z坐标；对每一个物点，精确测量出物点发出的光通过镜头后形成光锥的最小光斑的中心坐标和光斑半径；对于这些数据，使用数据拟合的处理方法，可以得到任意物点发出的光通过镜头后形成的光锥的最小光斑中心坐标R_λ(r,z)、Φ_λ＝φ+π和Z_λ(r,z)以及最小光斑半径a_λ(r,z)，它们都是物点坐标的函数；在第一坐标系中Z_λ(r,z)＜0；指标λ＝1,2,3分别代表蓝光、绿光和红光；

当物点的坐标z＞＞0时，光斑中心坐标R_λ(r,z)和Z_λ(r,z)以及光斑半径a_λ(r,z)基本上不再受z的影响；对于同一个物点发出的不同颜色的光，产生的光斑坐标和大小会有一些差异；

物点发出的光线经过镜头后聚焦形成光锥，光锥在最小光斑附近的外表面近似为双曲面，双曲面由双曲线围绕光锥中心轴旋转而成；假设所述双曲线的表达式为v＝0表示的平面为第一截面，即该光锥的最小光斑所在的平面；距离第一截面为d的平面为光锥的第二截面，所述第二截面和光锥相交的圆形光斑面积为

S2：相机的感光元件包括若干像素，每个像素分别由感应蓝、绿、红光的感光层由外向里依次叠加而成；拍摄放大倍数为m×n的照片，这里m是定焦镜头的固定放大倍数，需要将感光元件的像素看成由n个面积近似相等的圆形子像素组成，每个像素和把光照射在该像素上的一个有限大小的物点相对应，每个像素的n个子像素和物点的n个子物点相对应；每个像素感应相应物点发出的光能，并将其转化为输出的电信号；

S3：每次拍摄，任一像素输出的某种颜色光的电信号是由对应物点的子物点发出这种颜色的光照射在相应的子像素上产生的电信号的和；改变镜头和感光元件的距离拍摄n次，对每一种颜色的光，任一像素将产生一个关于该像素的子像素电信号的n元一次非齐次线性方程组；对应于感光元件具有蓝、绿和红光的三层感光层，每个像素共产生三个子像素电信号的n元一次非齐次线性方程组；

S4：求解一定数量像素的子像素电信号方程组，其中每一像素产生3n个子像素的电信号，这里n是每个像素的子像素的数量，3指的是蓝、绿和红光三种颜色；

S5：用图像处理程序处理这组像素的子像素电信号，就可以得到一张放大倍数为m×n的照片。

2.根据权利要求1所述一种基于定焦镜头实现大范围连续光学变焦的方法，其特征在于，S3所述感光元件的像素和子像素电信号生成方式：

任一像素接收的光来自于远处具有一定大小的一个物点，对应于把每一个像素的感应不同颜色的感光层看成由n个面积近似相等而且基本上没有重叠的子像素组成，我们把在对焦情况下光照射在该像素上的物点也看成是由n个大小近似相等而且基本上没有重叠的子物点组成，而且该物点的子物点发出的光经过镜头聚焦后得到的光锥和该像素的子像素是一一对应的，因此，要求像素的面积必须远大于远处一个极小的点光源发出的光经过镜头聚焦后得到的光锥最小光斑的面积；任一像素输出的电信号是该像素对应的有限大小的物点的n个子物点发出的光经过镜头聚焦后得到的n个光锥光能的线性叠加。