[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

说明书

本发明公开了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，涉及光学摄影领域，S1：确定远处物点发出的光经过定焦镜头聚焦形成的最小光斑的中心坐标、半径和面积；S2：任一像素产生的某种颜色光的电信号是由对应物点的子物点发出该颜色的光照射在相应的子像素产生；S3：任一像素将产生三个关于该像素子像素电信号的方程组；S4：求解一组像素的电信号方程组，得到这组像素的子像素输出的三色光的电信号；S5：用图像处理程序处理这组像素的子像素电信号得到一张放大倍数为m×n的照片。本发明以感光元件的灵敏度和超强的芯片运算能力为基础，使得手机相机能够像长焦相机一样实现大范围近似连续的光学变焦进行拍摄照片。

技术领域

本发明涉及光学摄影领域，具体涉及一种大范围光学变焦方法及设备。

背景技术

手机拍照正日益成为手机的最受重视的功能之一。由于体积的限制，目前手机相机几乎都是定焦镜头，只能数码变焦，不能连续大范围地实现光学变焦，这是手机相机的一个固有的缺陷。数码变焦效果不能和光学变焦相媲美。最近虽然有液态镜头出现，但能实现的变焦范围太小，成像质量也不能保证。现在的手机的相机使用的几乎都是定焦镜头，不能实现光学变焦，尤其是超大范围的光学变焦。相机感光元件的任一像素接收到的光来自景物的一小块有限大小的物点，该物点可以看成若干个更小的互不重叠的子物点的集合，这些子物点发出的光聚焦在一个像素上，不能被分辨开。拍摄时这些子物点的光信号转化为一个总的像素的电信号被记录。

发明内容

本发明提供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，以达到使得手机相机的定焦镜头能够实现大范围近似连续的光学变焦的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于定焦镜头实现大范围连续光学变焦的方法，

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