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制造方法及图纸

本发明专利技术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。根据本发明专利技术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。

Imaging device and method of high resolution mobile electronic equipment based on scanning light field

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及光学成像领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术，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。优选地，微透镜阵列摆放在镜头的像点处，在获得镜头采集光照的空间信息同时获得光束的角度信息。优选地，扫描微透镜模块的扫描速度与成像模块中像感器的采集速度匹配。根据本专利技术，还提供了一种电子设备，其特征在于包括所述的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置。根据本专利技术，还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方法，其特征在于包括：建立根据上述基于扫描光场的高分辨率移动电子设备中的光学元件与成像元件的数值仿真模型，并且对数值仿真模型进行仿真以获得物空间的点扩散图样，进一步计算获得相位空间的理想点扩散函数；根据数值仿真模型，在选择拍摄的目标场景后，利用光学模块收集目标场景的光束，调整并匹配扫描微透镜阵列模块和成像模块中的传感器的帧率以及微透镜阵列的扫描速度，随后通过像感器进行成像；使用采集到的光场数据结合数字计算像差补偿算法补偿像差，结合解卷积算法重建高分辨率图像或多帧重建图像融合成视频。优选地，重建高分辨率图像或多帧重建图像融合成视频包括：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。本专利技术提出的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备成像装置和方法，在去除像差、提高原有清晰程度、提升原有分辨率等方面都表现出比其它系统更好的性能，验证了它在小型化光学成像系统中的巨大优势，突破了传感器尺寸对于像素数目的束缚、突破了光学镜头中像差对于成像质量束缚，获得手机或其它移动电子设备最大化的拍摄于成像效果。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：图1示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置的系统框图。图2示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置的结构示意图。图3示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像方法的流程图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。具体实施方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。<第一实施例>图1示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置的系统框图。图2示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置的结构示意图。如图1和图2所示，根据本专利技术优选实施例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100、扫描微透镜阵列模块200、成像模块300。其中移动电子设备光学模块100包括移动电子设备光学镜头110；扫描微透镜阵列模块200包括位移装置210和微透镜阵列220；成像模块300包括移动电子设备像感器310。具体地，光学模块100通过移动电子设备光学镜头110对场景进行拍摄，收集光学信息。扫描微透镜阵列模块200通过小型位移装置210带动微透镜阵列220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110收集的光学信息直到成像模块300中的移动电子设备像感器310上。进一步地，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置，其特征在于包括：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。/n

【技术特征摘要】
20191115 CN 20191112577081.一种基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置，其特征在于包括：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。


2.根据权利要求1所述的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置，其特征在于还包括：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。


3.根据权利要求2所述的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置，其特征在于，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。


4.根据权利要求1或2所述的基于扫描光场的高分辨率移动电子设备的成像装置，其特征在于，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。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴嘉敏，方璐，郭钰铎，肖红江，熊博，
申请(专利权)人：北京超放信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11