具有视频支持和切换/无切换动态控制的双孔径变焦摄影机制造技术

本发明专利技术涉及既可以操作在静止模式下也可以操作在视频模式下的双孔径变焦数字摄影机。所述摄影机包括广角和长焦成像部分，所述广角和长焦成像部分具有对应的透镜/传感器组合、图像信号处理器以及分别耦合到广角和长焦成像部分的摄影机控制器。广角和长焦成像部分提供对应的图像数据。所述控制器被配置成在较低变焦因数(ZF)数值与更高ZF数值之间的焦距拉近操作中输出变焦视频输出图像，所述变焦视频输出图像取决于是否满足无切换标准而只包括广角图像数据或只包括长焦图像数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有视频支持和切换/无切换动态控制的双孔径变焦摄影机相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月13日提交的美国临时专利申请号62/204,667的优先权，该申请通过引用的方式被明确地全文合并在本文中。
本文中所公开的实施例总体上涉及数字摄影机，并且特别涉及具有视频能力的变焦数字摄影机。
技术介绍
数字摄影机模块当前正被合并到多种寄主设备中。这样的寄主设备包括蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、计算机等等。针对寄主设备中的数字摄影机模块的消费者需求正在持续增长。寄主设备制造商希望数字摄影机模块的尺寸较小，从而可以在不增大寄主设备的总体尺寸的情况下将数字摄影机模块合并到其中。此外，对于这样的摄影机具有更高性能特性的需求也在不断增加。许多更高性能摄影机(例如独立式数字静止摄影机)所具有的一项此类特性是改变摄影机的焦距以便增大和减小图像的放大率的能力。这种能力通常是利用变焦透镜实现的，并且被称作光学变焦。“变焦(zoom)”通常被理解成通过改变光学系统的焦距而提供相同场景和/或对象的不同放大率的能力，其中更高的变焦水平与更高的放大率相关联，并且较低的变焦水平与较低的放大率相关联。光学变焦通常是通过将透镜单元相对于彼此机械地移动而实现的。与固定焦距透镜相比，这样的变焦透镜通常更加昂贵、更大并且可靠性更低。用于近似变焦效果的一种替换的方法是利用所谓的数字变焦而实现的。对于数字变焦，取代改变透镜的焦距，摄影机中的处理器对图像进行裁剪并且在所捕获的图像的像素之间进行内插，从而产生经过放大的但是分辨率更低的图像。使用多孔径成像系统来近似变焦透镜的效果的尝试是已知的。多孔径成像系统(其例如被实施在数字摄影机中)包括多个光学子系统(其也被称作“摄影机”)。每一个摄影机包括一个或多个透镜以及/或者其他光学单元，其定义孔径从而使得所接收到的电磁辐射由所述光学子系统成像，并且将所得到的图像导向二维(2D)像素化图像传感器区段。图像传感器(或者简称作“传感器”)区段被配置成接收图像，并且基于所述图像生成一个图像数据集合。数字摄影机可以被对准以接收与具有包括一个或多个对象的给定集合的场景相关联的电磁辐射。所述图像数据集合可以被表示成数字图像数据，正如本领域内所熟知的那样。在后面的描述中，“图像”、“图像数据”和“数字图像数据”可以被互换使用。此外，“对象”和“场景”可以被互换使用。本文中所使用的术语“对象”是被成像到图像中的点或像素的真实世界中的实体。例如在美国专利公开号2008/0030592、2010/0277619和2011/0064327中描述了多孔径成像系统和相关联的方法。在US2008/0030592中，两个传感器被同时操作以便捕获通过相关联的透镜所成像的图像。传感器及其相关联的透镜形成透镜/传感器组合。所述两个透镜具有不同的焦距。因此，尽管每一个透镜/传感器组合被对准成朝向相同的方向，但是每一个组合通过两个不同的视场(FOV)捕获相同主体的图像。一个传感器通常被称作“广角(Wide)”，另一个被称作“长焦(Tele)”。每一个传感器提供单独的图像，其分别被称作“广角”(或“W”)和“长焦”(或“T”)图像。与T图像相比，W图像反映出更宽的FOV并且具有较低的分辨率。所述图像随后被缝合(融合)在一起，从而形成复合(“融合”)图像。在复合图像中，中心部分由通过具有更长焦距的透镜/传感器组合取得的相对更高分辨率图像形成，外围部分由通过具有较短焦距的透镜/传感器组合取得的相对较低分辨率图像的外围部分形成。用户选择期望的变焦数量，并且使用复合图像对来自所选择的变焦数量的数值进行内插，以便提供对应的变焦图像。在视频模式下，除了高帧率要求和高功率消耗之外，US2008/0030592所给出的解决方案还要求非常多的处理资源(这是因为全部两个摄影机都处于完全操作状态)。US2010/0277619教导了一种具有两个透镜/传感器组合的摄影机，所述两个透镜具有不同的焦距，从而使得来自其中一个组合的图像具有近似来自另一个组合的图像的2-3倍大的FOV。随着摄影机的用户请求给定的变焦数量，从具有大于所请求的FOV的下一个FOV的透镜/传感器组合提供经过变焦的图像。因此，如果所请求的FOV小于较小的FOV组合，则从通过该组合捕获的图像产生经过变焦的图像，并且在必要时使用裁剪和内插。类似地，如果所请求的FOV大于较小的FOV组合，则从通过另一个组合捕获的图像产生经过变焦的图像，并且在必要时使用裁剪和内插。当在视频模式下移动到长焦摄影机时，US2010/0277619所给出的解决方案导致视差伪像。在US2008/0030592和US2010/0277619全部二者中，不同焦距的系统导致使用CMOS传感器在不同的时间暴露出匹配的长焦和广角FOV。这样就降低了总体图像质量。不同的光学F数(“F#”)导致图像强度差异。利用这样的双传感器系统进行工作需要双倍带宽支持，也就是从传感器到后续硬件组件的附加连线。US2008/0030592和US2010/0277619都没有解决配准误差。US2011/0064327公开了多孔径成像系统和用于图像数据融合的方法，其中包括提供分别对应于所成像的第一和第二场景的第一和第二图像数据集合。所述场景至少部分地在重叠区段中重叠，从而定义作为第一图像数据集合的一部分的重叠图像数据的第一总集，以及作为第二图像数据集合的一部分的重叠图像数据的第二总集。重叠图像数据的第二总集被表示成多个图像数据摄影机，从而使得每一个摄影机是基于第二总集的至少一项特性，并且每一个摄影机跨越所述重叠区段。通过至少基于所选择的其中一个但是少于所有的图像数据摄影机修改重叠图像数据的第一总集，由图像处理器产生图像数据的融合集合。在本申请中所公开的系统和方法仅仅应对融合的静止图像。已知的现有技术参考文献都没有提供具有固定焦距透镜的纤薄(例如装配在蜂窝电话中)双孔径变焦数字摄影机，所述摄影机被配置成既能操作在静止模式下也能操作在视频模式下以便提供静止和视频图像，其中摄影机配置在视频模式下不使用任何融合来提供连续、平滑的变焦。因此，所需要的并且有利的将是具有不会遭受通常所遇到的问题和缺点(前面列出了其中的一些)的纤薄数字摄影机，其具有光学变焦并且既能操作在视频模式下也能操作在静止模式下。
技术实现思路
本文中所公开的实施例教导了双孔径(其也被称作双透镜或两传感器)光学变焦数字摄影机的使用。所述摄影机包括两个摄影机，即广角摄影机和长焦摄影机，每一个摄影机包括固定焦距透镜、图像传感器和图像信号处理器(ISP)。长焦摄影机是更高变焦摄影机，广角摄影机是较低变焦摄影机。在一些实施例中，长焦透镜的厚度/有效焦距(EFL)比值小于大约1。所述图像传感器可以包括两个分开的2D像素化传感器或者被划分成至少两个区域的单个像素化传感器。所述数字摄影机既可以操作在静止模式下也可以操作在视频模式下。在视频模式下，在一些实施例中通过在W和T图像之间进行切换以便缩短计算时间要求，在“没有融合”的情况下实现光学变焦，从而允许高视频速率。为了避免视频模式中的不连续，所述切换包括应用附加的处理块，这在一些实施例中包括图像伸缩和偏移。在一些实施例中，当满足无切换标准时，在无需切换的情况下在视频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变焦数字摄影机，包括：a)广角成像部分，其包括具有广角视场(FOV)的固定焦距广角透镜和广角传感器，所述广角成像部分适于提供对象或场景的广角图像数据；b)长焦成像部分，其包括具有比广角FOV更窄的长焦FOV的固定焦距长焦透镜和长焦传感器，所述长焦成像部分适于提供对象或场景的长焦图像数据；以及c)适于耦合到广角和长焦成像部分的摄影机控制器，所述摄影机控制器被配置成对通过来自广角和长焦图像数据全部二者的输入所确定的无切换标准进行评估，并且如果满足无切换标准则输出变焦视频输出图像，所述变焦视频输出图像在较低变焦因数(ZF)数值与更高ZF数值之间的焦距拉近操作中只包括广角图像数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.13 US 62/204,6671.一种变焦数字摄影机，包括：a)广角成像部分，其包括具有广角视场(FOV)的固定焦距广角透镜和广角传感器，所述广角成像部分适于提供对象或场景的广角图像数据；b)长焦成像部分，其包括具有比广角FOV更窄的长焦FOV的固定焦距长焦透镜和长焦传感器，所述长焦成像部分适于提供对象或场景的长焦图像数据；以及c)适于耦合到广角和长焦成像部分的摄影机控制器，所述摄影机控制器被配置成对通过来自广角和长焦图像数据全部二者的输入所确定的无切换标准进行评估，并且如果满足无切换标准则输出变焦视频输出图像，所述变焦视频输出图像在较低变焦因数(ZF)数值与更高ZF数值之间的焦距拉近操作中只包括广角图像数据。2.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述无切换标准包括通过全局配准计算的广角与长焦图像之间的偏移，所述偏移大于第一阈值。3.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述无切换标准包括通过全局配准计算的视差范围，所述视差范围大于第二阈值。4.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述无切换标准包括长焦图像的有效分辨率低于广角图像的有效分辨率。5.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述无切换标准包括广角和长焦图像中的若干相应特征小于第三阈值。6.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述无切换标准包括在广角和长焦图像的重叠区域中成像的大多数对象被计算成比第一阈值距离更靠近摄影机。7.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述无切换标准包括在广角和长焦图像的重叠区域中成像的一些对象被计算成比第二阈值距离更近，而在广角和长焦图像的重叠区域中成像的其他对象则被计算成比第三距离阈值更远。8.根据权利要求1所述的摄影机，其中，所述摄影机控制器包括用于接收用户输入的用户控制模块，以及用于基于用户输入配置每一个传感器采集广角和长焦图像数据的传感器控制模块。9.根据权利要求8所述的摄影机，其中，所述用户输入包括变焦因数、摄影机模式和感兴趣区段。10.根据权利要求1-9当中的任一条所述的摄影机，其中，所述长焦透镜包括小于1的轨道总长(TTL)/有效焦距(EFL)的比值。11.根据权利要求1-9当中的任一条所述的摄影机，其中，如果不满足无切换标准，则所述摄影机控制器还被配置成在较低ZF数值与更高ZF数值之间进行切换或者进行相反的切换时输出具有平滑过渡的视频输出图像，其中在较低ZF数...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·科恩，N·吉瓦，O·吉古因斯基，G·沙布岱，E·阿什克纳兹，R·卡特兹，E·戈登堡，
申请(专利权)人：核心光电有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL