减少光学串扰的全光成像设备、对应的方法、计算机程序产品、计算机可读载体介质和装置制造方法及图纸

本公开提供一种全光成像设备(2)，其包括设置在主透镜(L)和图像传感器(IS)之间的微透镜阵列(MLA)。所述全光成像设备(2)还包括布置在所述主透镜(L)的孔径光阑平面中的滤色器元件(CFE)，所述滤色器元件(CFE)包括至少两个不同的滤色器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减少光学串扰的全光成像设备、对应的方法、计算机程序产品、计算机可读载体介质和装置1.
本公开涉及全光(plenoptic)成像设备和光场获取方法的领域。更准确地说，本公开涉及一种允许限制全光成像设备的图像传感器内的光学串扰现象的特定光学组件。2.
技术介绍
本部分旨在向读者介绍可能与下面描述和/或要求保护的本公开的各方面相关的技术的各方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应就此而论来阅读，而不是作为对现有技术的承认。根据该
技术介绍
，已知利用全光成像设备(也称为全光相机)来获取同一场景的不同视图。如结合图1示意性地说明，根据现有技术的全光成像设备1使用定位在主透镜(L)的图像平面中且在图像传感器(IS)前面的微透镜阵列(MLA)，每一微透镜的一个微图像被投射在所述图像传感器(IS)上(也称为“子图像”或“微透镜图像”)。所述微透镜阵列(MLA)包括例如按照正交或梅花形排列均匀分布的多个微透镜。所述图像传感器(IS)包括多行和多列像素，并且每个微透镜图像至少部分地覆盖该图像传感器(IS)的预定数量的行和预定数量的列。换句话说，所述微透镜以这样的方式布置，使得每个微透镜与所述图像传感器的多个像素光学地相关联。全光成像设备经设计以使得每一微透镜图像描绘所俘获场景的特定区域，且与所述微透镜图像相关联的每一像素从主透镜出射光瞳上的特定子孔径位置的观看点来描绘此特定区域。在所述图像传感器(IS)上设置滤色器阵列(colorfilterarray,CFA)，以便能够进行全色图像重建。所述滤色器阵列(CFA)通常在所述图像传感器上布置红、绿和蓝(RGB)滤色器，所述RGB布置采取例如拜耳(bayer)滤光器马赛克的形式。通常，根据预定模式(pattern)，一个滤色器(红色、绿色或蓝色滤色器)与图像传感器(IS)的一个光传感器(即，一个像素)相关联，在Bayer滤光器的示例中，所述预定模式包括50％绿色、25％红色和25％蓝色。与一个微透镜光学关联的像素的数量对应于可以用全光成像设备获取的场景的视图的数量。为了获得不同视图，原始全光图像(即，从图像传感器读出的数据)被去马赛克和解复用。所述去马赛克使得能够恢复全色原始图像，即恢复原始图像的像素的全色信息(例如RGB信息，RGB表示“红”、“绿”和“蓝”)，而用全光成像设备获取的原始图像仅将一个颜色分量(例如R、G或B)与每个像素相关联。所述解复用使得能够恢复所述场景的不同视图，即，根据所述去马赛克的原始图像的像素所属的视图对它们进行分组。因为所述全光原始图像需要被解复用以获得场景的不同视图，所以每个渲染视图具有仅等于图像传感器的空间分辨率的一部分的空间分辨率。为了在视图级别(根据用户当前标准要求)获得足够的空间分辨率，全光成像设备的图像传感器因此必须嵌入大量的像素，同时仍然保持尽可能紧凑。这使得全光成像设备对光学串扰问题特别敏感。光学串扰表示这样的现象，其中应当到达图像传感器的给定光传感器的一些入射光线被无意地反射和/或折射，并且最终到达所述传感器的另一光传感器。因此，这种现象主要存在于所述图像传感器的相邻像素(或“相邻像素”)之间。随着每表面单位的像素密度增加以及随着像素尺寸减小，串扰问题变得更加显著。实际上，不能以与像素表面尺寸相同的比率来缩放小尺寸像素传感器(其包括滤色器)的厚度，以确保可接受的灵敏度。例如，为了确保红色灵敏度，具有大约1μm的表面宽度的像素传感器的深度应当大于3μm。布置在图像传感器上的滤色器阵列的厚度是有助于产生串扰的一个因素。例如，由于滤色器阵列厚度，进入红色滤色器的一些光可能串扰相邻的绿色滤色器，尤其是在较高的入射角下。结果，红色光谱被所述绿色滤色器吸收，降低了所述全光成像设备的总的光学效率。即使在较低的入射角下，由于所述滤色器厚度，进入例如红色滤色器的一些光也可以到达位于另一滤色器(例如相邻的绿色滤色器)下方的光传感器。因此，光学串扰破坏了图像传感器的光捕获效率，且通过引起不合需要的结果(例如模糊、对比度降低、灵敏度降低、色彩混合等)而使由全光成像设备产生的图像的质量降级。因此，将需要提供一种允许减少全光成像设备中的串扰问题的技术。3.
技术实现思路
根据本公开的一方面，公开了一种全光成像设备，其包括放置在主透镜和图像传感器之间的微透镜阵列。所提出的全光成像设备还包括布置在所述主透镜的孔径光阑平面(aperturestopplane)中的滤色器元件，所述滤色器元件包括至少两个不同的滤色器。以这种方式，不再需要具有直接在所述图像传感器的表面上实现的滤色器阵列：所述滤色器被直接设置在所述主透镜的所述孔径光阑平面中，在该平面中，它们的成型因数对于光效率更有利，即，在它们的厚度与面积的比率显著减小的位置处。结果，与在现有技术的全光成像设备的图像传感器中发生的串扰相比，在所述图像传感器中发生的串扰被减少。根据一个实施例，所述滤色器元件可以在所述孔径光阑平面中的至少两个预定位置之间移动。以此方式，可依据所述滤色器元件的位置来修改与所述图像传感器的给定像素相关联的滤色器。因此，这种全光成像设备允许获取中间全光图像，所述中间全光图像可在之后被组合以获得真彩色全光图像。结果，利用所提出的全光成像设备获得的子孔径视图的分辨率得到改善，因为不再需要实施去马赛克算法以根据从图像传感器输出的不完整颜色样本而重建全色图像。实际上，所述中间全光图像一起包含了将被重新组织以生成场景的不同视图的所有像素的完整颜色信息。根据实施例，所述滤色器元件采取以所述全光成像设备的光轴为中心的色轮的形式，并且所述全光成像设备包括用于使所述色轮围绕所述光轴旋转的装置。这样，所述滤色器元件具有很好地适应于常规光学组件的形状。此外，通过使用采取色轮形式的滤色器元件，提供了一种简单的方式来改变这种滤色器元件的配置，其可通过简单地使色轮围绕其中心旋转来改变这种滤色器元件的配置，而不需要所述光学组件内的额外空间。根据一个实施例，用于旋转色轮的所述装置包括涡流环形电机或压电环形电机。这样，可以根据客户要求实现不同的技术来旋转所述色轮。涡流环形电机易于实现且成本低廉。压电环形电机则很快速、准确。根据一个实施例，所述色轮被分成四个相等的部分，每个部分包括所述滤色器中的一个。这样，所述滤色器元件被设计为具有四部分的布置，其允许实现用于颜色重构的公知滤色器模式，例如RGGB模式(一个红色滤色器、两个绿色滤色器和一个蓝色滤色器)、CYYM模式(一个青色滤色器、两个黄色滤色器和一个品红色滤色器)或CYGM模式(一个青色滤色器、一个黄色滤色器、一个绿色滤色器和一个品红色滤色器)。根据一个实施例，所述滤色器元件包括一组或多组四个滤色器(分别为绿色、蓝色和红色)，比例为针对一个红色滤色器和一个蓝色滤色器的两个绿色滤色器。这样，所述滤色器元件采用Bayer滤光器配置，众所周知，该Bayer滤光器配置能够模仿人眼对绿光的较高灵敏度。根据一个实施例，所述至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光成像设备(2)，包括放置在主透镜(L)和图像传感器(IS)之间的微透镜阵列(MLA)，其中所述全光成像设备(2)还包括布置在主透镜(L)的孔径光阑平面中的滤色器元件(CFE)，所述滤色器元件(CFE)包括至少两个不同的滤色器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 EP 17306298.51.一种全光成像设备(2)，包括放置在主透镜(L)和图像传感器(IS)之间的微透镜阵列(MLA)，其中所述全光成像设备(2)还包括布置在主透镜(L)的孔径光阑平面中的滤色器元件(CFE)，所述滤色器元件(CFE)包括至少两个不同的滤色器。


2.根据权利要求1所述的全光成像设备，其中所述滤色器元件能够在所述孔径光阑平面中的至少两个预定位置之间移动。


3.根据权利要求1所述的全光成像设备，其中所述滤色器元件采取以所述全光成像设备的光轴为中心的色轮的形式，并且其中所述全光成像设备包括用于使所述色轮围绕所述光轴旋转的装置


4.根据权利要求3所述的全光成像设备，其中所述用于旋转的装置包括涡流环形电机或压电环形电机。


5.根据权利要求3或4所述的全光成像设备，其中所述色轮被分成四个相等的部分，每个部分包括所述滤色器中的一个。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的全光成像设备，其中所述滤色器元件包括一组或多组四个滤色器，该四个滤色器分别为绿色、蓝色和红色，比例为针对一个红色滤色器和一个蓝色滤色器的两个绿色滤色器。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的全光成像设备，其中所述至少两个不同的滤色器是二向色滤光器。


8.根据权利要求1所述的全光成像设备，其中所述至少两个不同的滤色器是电子颜色可切换滤光器。


9.一种用于获得原始全光图像的方法，其中所述方法由全光成像设备实施，所述全光成像设备包括放置在主透镜与图像传感器之间的微透镜阵列，以及布置在所述主透镜的孔径光...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦尔特·德拉齐克，米特拉·达姆加尼安，莫扎德·塞菲，
申请(专利权)人：交互数字CE专利控股有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR