高分辨率增加的成像方法 背景
发明的领域
本发明涉及高分辨率摄影。更具体地说，本发明涉及通过使用角度移位的图像传感阵列来捕捉摄影图像。
背景
标准摄影已经存在了几十年。当快门打开时，一个镜头或一组镜头将光线聚焦到感光乳胶上。镜头聚焦在离照相机某一距离的一个平面上，并且以可接受的焦距捕捉获取该平面内的以及在该平面前后方一定距离内的事物。在其中可捕捉被可接受地聚焦的图像的区域是景深。景深指示被拍摄的物体的更多的距离的特征以及它的周围环境地聚焦。标准照片是从照相机观察的聚焦平面的平面表示
已经出现了各种用于捕捉数字图像的技术。数字照相正日益成为主流。使用现在可以在市场上买到的百万像素照相机能捕捉较高分辨率的图片。数字图像的一个优点是能够在计算机上对它们进行处理。更特别的是，数字图像能够被放大，以便查看该图像的细节。在比较快地连续缩放时，现有数字照相机一般景深和分辨率会使图像受损。
附图的简要说明
本发明通过示例而不通过限制的方式在附图中得以说明，附图中相同的附图标记表示相同的元件。应当注意，说明书中所指的“一个”实施例对于相同的实施例不是必要的，这种表示意味着有至少一个实施例。
图1是本发明的一个实施例的完全聚焦的捕捉系统的示意图。
图2是本发明的一个实施例中的捕捉完全聚焦的图像的流程图。
图3是本发明的一个实施例的扫描一个物体的流程图。
图4是本发明的一个实施例的一个系统的示意图。
图5是本发明的另一个实施例的示意图。
详细说明
图1是本发明的一个实施例的完全聚焦的捕捉系统的示意图。捕捉设备10绕一个轴进行角度移位。通过一个弧扫过光程中的一些元件，图像传感器的聚焦区移动通过整个目标，从而捕捉到图像数据。用在这里的“聚焦区”被认为是捕捉设备在捕捉期间所传感的元件的景象。在一个实施例中，捕捉设备10使用线性图像传感阵列(LISA)来捕捉组成照片的数据线。捕捉设备10可以是在申请号为NO.08/660,809，题目为“使用对于三维物体的图像特征的强度梯度的数字变换器(DIGITIZER USING INTENSITY GRADIENT TO IMAGE FEATURES OFTHREE-DIMENSIONAL OBJECTS)”的共同未决的申请中所述的类型。这样的捕捉设备使该系统能够直接推出关于该物体的三维信息。这样的三维数据可以被用于产生下文所述的完全聚焦的照片。但是，捕捉设备能够得到关于目标物体的三维信息不是本发明的重点。
假定捕捉设备10的光学系统在给定距离具有景深“d”。景深随着与捕捉设备之间的距离的增加而增加。如前文所表明的，景深是在不改变镜头布置的条件下能够获得可接受聚焦的距离范围。这里所用的深度是指从基准到目标表面上一点的距离(而不是例如目标本身材料的厚度)。对于一个实施例，可接受的聚焦被定义为散焦模糊小于像素宽度的地方。表面凸纹大于d的目标12不能在一次通过中被完全聚焦。这里所用的目标可能是一个或多个物体或一个环境。因此，捕捉设备10建立了第一焦距r，以便例如对目标的前边缘34进行焦点对准。假设景深为d，则区域14中的所有点在第一次通过中被焦点对准。但是，目标12的超出区域14的部分，比如表面36和表面38，将是焦点没对准的。在接下来的通过中，建立焦距r′和r″，以便对区域16和18进行焦点对准，从而获得表面36和38的聚焦。三次通过之后，已经捕捉了目标物体12的三个图像。然后可以在捕捉设备内或在主机(未示出)上对那些图像加以合成，从而只为合成图像选择在该照片中的三幅图像中被最佳聚焦的那些点。在某些实施例中，图像可能被用于建立目标的三维模型的合成纹理图。因此，用在这里的“图像”可包括纹理图的全部或一部分。在一个实施例中，最佳聚焦可以通过在频域中处理图像而被确定。在相邻像素之间的数据改变率最大的地方，特征边缘的锐度较大，因此聚焦较好。这在频域中反映为峰值。在另一个实施例中，关于物体的三维数据可以被用于从被捕捉的各个图像中选择像素。在这两个例子中，能够在合成的照片中获得表面34、36和38的完全聚焦。尽管描述的是三次通过，但是公开的技术可以推广到N次通过，其中N是任意大的数。
因为捕捉设备基于角度移位进行操作，所以必须加以平面假设来产生标准照片。那些偏离从捕捉设备10到目标12的垂线的点将需要被缩放比例，以便为更大的距离进行补偿。另外，考虑到不管捕捉发生在平面的哪里都希望在各个捕捉之间具有相同的线性移位S这一事实，角度移位将在弧的边缘缩短并在接近垂线处较长。如所示的，定义区20的两个捕捉之间的角度移位小于定义区22的两个捕捉之间的角度移位，而照片平面上两个捕捉之间的线性移位保持为S。
在本发明的范围和意图之内的是：调整角速度同时保持稳定的捕捉速率，或调整捕捉速率，同时保持稳定的角速度，从而实现在捕捉之间一致的线性移位。根据数据捕捉或已知的目标特性而在扫描期间动态地改变捕捉之间的角度移位也在本发明的范围和意图之内。例如，假定表面是均匀的，对于目标12，在区域36的焦距处的表面34上的捕捉之间的接近移位的重要性可忽略不计。
在本发明的另一个实施例中，捕捉设备10自动改变移位之间的焦距，以补偿与基准位置之间的距离。例如，对于定义区20的捕捉的焦距将大于定义区22的焦距。以这种方式，在当没有捕捉设备10时该变化焦距将典型地具有由角度移位产生的聚焦圆柱体的地方，该捕捉设备10可以在图像上叠加一个聚焦平面。该平面不需要垂直于捕捉设备10叠加，并且其它的捕捉模式(比如更接近地匹配于目标12的表面凸纹)都在本发明的范围和意图之内。
在一个实施例中，在开始实际图像捕捉之前，图像捕捉设备10执行粗略的扫描，从而了解获得完全聚焦的最终照片所需要的捕捉通过次数。在另一个实施例中，捕捉设备10在预先设置的焦距开始捕捉，并反复捕捉连续的景深，直到已经发生规定数量的通过。在另一个实施例中，该系统从捕捉的数据中推断并动态地确定应当捕捉哪些附加的景深。
在一个实施例中，捕捉设备10通过一次或多次的通过来捕捉目标12的外表面的纹理图。用在这里的“外表面”被认为是从捕捉设备观察的该目标物体的可见的表面，其中假定景深为无限。在某些实施例中，目标物体可以由例如一个转盘被相对于捕捉设备地重新放置。在一个实施例中，在物体由非连续宽光谱照明进行照射时执行捕捉，从而对于该捕捉不需要激光。
图2是捕捉一个完全聚焦的图像的流程图。一般来说，将被拍摄的目标包含一些凸纹，即深度特性。除了物体是弓形的限制情况，有可能凸纹比任何静态成像设备的景深要大。因此，用焦点对准的物体上任意特定焦点来捕捉图像将必然造成其它点焦点没对准。因此，在本发明的一个实施例中，在功能块100识别将被扫描的物体的凸纹。然后在功能块102确定理想的或将被用于创建完全聚焦的图像的通过次数。举例来说，如果所用的镜头组的景深是“1”，将需要三次通过来获得具有2.5″凸纹的物体的完全聚焦的图像。在功能块104，捕捉设备被设置为具有第一景深。在功能块106，以第一景深对该物体进行扫描。在功能块108，景深增加。在确定块110，做出用于完全聚焦的通过次数是否被完成的确定。如果没有完成，物体被重新扫描并且进一步增加景深。当用于完全聚焦的通过次数完成时，在功能块112，从多个扫描中选择像素以形成完全聚焦的图像。在功能块112中对于像素的选择可作为该目标物体的三维特性的了解结果而完成，或者通过观察来自每个相应的图像的像素并比较对应于同一区域的不同图像中的像素的相应聚焦来推断。
图3是本发明的一个实施例的扫描一个物体的流程图。在功能块200，一个图像捕捉设备绕一个轴进行角度移位。在功能块202，捕捉一个对应于捕捉设备的当前方位的线图像。在功能块204，捕捉之间的移位相对于与基准位置之间的距离进行调整。在功能块206，调整线图像的比例，与目标平面保持一致。在功能块208，做出目标平面的捕捉是否完成的确定。如果捕捉没有完成，则捕捉设备根据调整的移位速率重新有进行角度移位，与功能块200-206一致地执行进一步的线捕捉。如果目标平面的捕捉完成，则在功能块210将线图像被组成一幅照片。
图4是本发明的一个实施例的系统的示意图。捕捉设备410捕捉位于视野414内的目标400的图像。通过在捕捉设备410内的线性图像传感器的聚焦区的连续移位来捕捉图像。在一个实施例中，线性图像传感器通过一个光圈线性地移位，用连续的线性捕捉来捕捉全部画面。因为对捕捉理想的目标400的照片来说视野不够宽，所以在捕捉第一图像后，图像捕捉设备410自动重新定位，从而改变它的视野为视野416。接下来的图像可以通过捕捉设备410的聚焦区的线性移位来加以捕捉。示例的视野414和416互相重叠，而使目标400的一部分被多余地捕捉。减小或降低这样的重叠的量是在本发明的范围和意图之内的，尽管一些重叠是希望的，它们用于确保不在边缘丢失数据。捕捉的两幅图像可以被处理从而把它们拼接到一起，以便形成整个目标400的一幅照片。重新定位可以是线性的而不是角度的，这也在本发明的范围和意图之内。例如，捕捉设备410能够沿着一个导杆(未示出)平移，从而沿着平行于导杆的一个平面捕捉连续的图像。
图5是本发明的另一个实施例的示意图。在该实施例中，捕捉设备510在移动通过一系列的角度移位时调整它的镜头组的焦距。这有效地建立了与目标物体512一致的平面聚焦区。如果r是捕捉设备到理想焦点的垂直距离，则对另一个移位的焦距由r/θ给出。通过适当地调整焦距，能够捕捉一个平面表面的高分辨率图像。在一个实施例中，类似的聚焦调整被用于适当地调整焦距，其中与适当的三角关系相关联的物体的三维深度数据被用于建立焦距。
在前面的说明中，已经参照特定的实施例对本发明进行了说明。但是很明显。在不脱离在附属的权利要求中提出的本发明的较宽的精神和范围的条件下能够做出各种修正和改变。因此说明书和附图应被看作是说明性的而不是限制性的。