实物摄影机 【技术领域】
本发明是有关于一种实物摄影机，且特别是有关于一种可扩大景深的实物摄影机。
背景技术
实物摄影机自从出现以来，随着科技的发展被运用到各种领域，由消费产品至高科技产品，其应用范围相当广泛。实物摄影机经常应用于大型会议演讲上以投影方法放大标的物，或是应用于商业上的投影式屏幕或电视，以配合简报的内容做实时画面的呈现。
实物摄影机为一种较为方便的投影工具，可以不需要将欲简报的标的物预先制成电子式的影像文件或文档文件，即可直接呈现标的物在投影屏幕上。实物投影机是通过将欲简报的标的物置于镜头的取像范围内，再直接将拍摄的影像，呈现在投影屏幕上。因此，实物投影机可以减少简报人员准备简报数据所需的时间，并提供标的物实时状态的变化，是为相当便利的器具。
已知实物摄影机的镜头采用的对焦技术，大部分通过移动镜头的位置寻求较佳的影像的分辨率，达到对焦的目的。然而，因为移动镜头需要许多精密的电子机械配合，设计上较为繁复且成本昂贵。再者，移动镜头需要耗费不少时间，使用者必须等待实物摄影机对焦的时间。
为了改善上述问题，目前业界普遍透过延伸景深技术(Extended-Depth-of-Field，EDoF)来免除移动镜头进行对焦的动作。所谓景深是指在光学系统中呈现为可接受影像质量中聚焦的最远对象和最近对象之间的距离的量。延伸景深技术通过扩大景深，使得当待摄对象置放于其景深范围内时，镜头便可撷取到清晰的影像。
虽然延伸景深技术有助于将景深扩大，但是仍有其限制。具体来说，延伸景深技术无法适用于小物距的情况。目前已知的技术中，延伸景深技术能应用的景深通常介于数十厘米到数米之间，最远距离理想为无限远处。举例来说，以OmniVision Technologies Inc.出产的芯片OV3642 Color CMOS QXGA(3.1Megapixel)CameraChip为例，其适用的景深范围从20厘米到无限远处。由此可知，当物距小于其下限如20厘米时，延伸景深技术将无法适用。
在实物摄影机的领域中，实物摄影机经常处在物距小于上述延伸景深技术适用景深的下限的情况。在延伸景深技术无法适用的情况，实物摄影机仍得仰赖移动镜头来进行对焦，不仅设计上较为繁复且成本昂贵，还要耗费等对焦的时间。
有鉴于此，需要一种新的实物摄影机，其可应用延伸景深技术扩大其景深范围，而且还可适用于物距小于延伸景深技术的景深下限的情况。
【发明内容】
本发明一方面提出一种实物摄影机，利用延伸景深技术搭配近摄组件，扩大其景深范围并且突破延伸景深技术短物距的限制，取代传统移动镜头的对焦方式。
实物摄影机包含一液态镜头和一延伸景深模块。液态镜头电性连接控制电路，根据控制电路提供的电压改变液态镜头的屈光度。
液态镜头的作用是用以将来自物的光形成像，物和像均位于液态镜头的同一侧，物和液态镜头的距离小于像和液态镜头的距离。换言之，液态镜头可将物距较小的物映射成像距较大的像。
延伸景深模块耦接液态镜头，以撷取液态镜头所形成的像。延伸景深模块系利用相位编码技术数字处理所撷取到的像。
延伸景深模块至少包含相位编码器、信号处理器和数字影像处理器。相位编码器用以对像进行相位编码。信号处理器用以将相位编码后的像转换为数字信号。数字影像处理器电性连接信号处理器，用以将数字信号转换成为影像信号。
在本发明的一实施例中，延伸景深模块还包含数个镜头耦接相位编码器。
在本发明的另一实施例中，信号处理器包含感应器和一模拟数字转换器。感应器用以根据相位编码后的像的光强度，转换模拟信号。模拟数字转换器电性连接感应器，用以将模拟信号转换成数字信号。
在本发明的另一实施例中，数字影像处理器包含一译码器。译码器电性连接信号处理器，用以译码数字信号。
本发明的实施例中，延伸景深模块的景深具有一下限，液态镜头的屈光度调整使得其所形成的像到延伸景深模块的距离大于延伸景深模块的景深的下限值。本发明的一实施例中，液态镜头的屈光度调整使得像到延伸景深模块的距离大于1米且小于10米。
由上述各实施例可知，实物摄影机利用延伸景深模块扩大其景深范围，并且搭配可调动屈光度的液态镜头，将短物距的物投射成长像距的像，以突破延伸景深模块短物距的限制。
【附图说明】
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1绘示根据本发明一实施例的实物摄影机的结构示意图；
图2绘示如图1所绘示的实物摄影机的作用示意图。
【主要组件符号说明】
100：实物摄影机 110：液态镜头
112：控制电路 120：延伸景深模块
122：相位编码器 124：镜头
126：信号处理器 128：感应器
129：模拟数字转换器 130：数字影像处理器
132：译码器 140：外部显示装置
10：物 12：像
d1：物距 d2：像距
d3：距离
【具体实施方式】
请同时参考图1和图2，图1绘示根据本发明一实施例的实物摄影机100的结构示意图，图2绘示实物摄影机100的作用示意图。实物摄影机100用以撷取放置于前的物10的影像。并将其传送到外部显示装置140，例如电视、投影机或计算机屏幕等。
实物摄影机100包含液态镜头(liquid lens)110和延伸景深(Extended-Depth-of-Field，EDoF)模块120，两者互相耦接。延伸景深模块120用以扩大实物摄影机100的景深。因此，只要物10放置于实物摄影机100的景深范围内，实物摄影机100的镜头无须移动其位置便可撷取到清晰的影像。液态镜头110用以将短距离内的物10投射到较远的距离，以增加延伸景深模块120的适用范围。逐一详细说明各组件及其作用如下。
液态镜头110是一种屈光度(dioptor)可调变的镜头。通过外界供给的电压调控液态镜头110内部材料的结构，使得液态镜头110的屈光度改变，进而改变其焦距。在本发明的实施例中，液态镜头110电性连接控制电路112。控制电路112提供液态镜头110电压，并且透过改变电压来改变液态镜头110的屈光度。
液态镜头110有很多种。在本发明的一实施例中，是采用法国Varioptic公司所出产的镜头ARCTIC 416，其屈光度调变范围介于-5(m-1)到13(m-1)之间。
液态镜头110用以根据来自于物10的光形成像12，物10和像12均位于液态镜头110的前方。物10和液态镜头110之间的距离为物距d1，像12和液态镜头110之间的距离为像距d2，物距d1小于像距d2。在本发明的实施例中，液态镜头110的焦距可调整，使得像12成像于较物10远之处。
在本发明的实施例中，液态镜头110设置位于延伸景深模块120之前，意即液态镜头110介于延伸景深模块120和物10之间。由此可知，延伸景深模块120是撷取液态镜头110所形成的像12，并将像12进行相位编码处理而产生数字影像。
延伸景深模块120的景深有一个范围。为了扩大延伸景深模块120的适用范围，液态镜头110用以将位于延伸景深模块120的景深范围之外的物10映像形成位于延伸景深模块120的景深范围之内的像12。具体而言，液态镜头110的屈光度可调整，使得像12到延伸景深模块120的距离d3大于延伸景深模块120的景深的下限，不论物10是否位于延伸景深模块120的景深范围内。
在本发明之实施例中，液态镜头110的屈光度可调整，使得像12到延伸景深模块120的距离d3大于1米。像12到延伸景深模块120的距离d3的上限理想值为无线远，在实务上其可为10米。
延伸景深模块120利用相位编码技术(wave-front coding)对光进行编码，以数字方式处理所撷取到的像12，例如用信号处理技术译码。详细来说，相位编码技术是由在光学系统中插入如相位罩(phase mask)之类的相位编码器122，对传入的光的相位进行转换，以获得另依光学传递函数或者点扩散函数。在景深范围内，此新光学传递函数或者点扩散函数不变或对物距变化不敏感，从而形成模糊的中间成像。接着，再由译码的方式将这些中间图像转变成清晰的最终成像。相关延伸景深模块120的工作原理可参考文献如1995年4月由Edward Dowski和Thomas Cathey发表于Applied Optics上的文章《Extendeddepth of field through wave-front coding》。
在本发明的实施例中，延伸景深模块120包含有一相位编码器122、一信号处理器126和一数字影像处理器130。
相位编码器122设置位于液态镜头110后方，用以对所撷取的像12进行相位编码。在本发明的实施例中，相位编码器122和数个镜头124耦合，以达到相位编码器122的效能。
信号处理器126设置位于相位编码器122后方，用以将相位编码后的像12转换为数字信号。信号处理器126包含有一感应器128，用以接收经相位编码后的像12，根据像12的光强度转换出一模拟信号。在本发明的实施例中，信号处理器126可选择性地包含一模拟数字转换器129。模拟数字转换器129电性连接感应器128，用以将模拟信号转换成数字信号。
数字影像处理器130电性连接信号处理器126，用以将数字信号译码，并转换成影像信号。数字影像处理器130可连接外部显示装置140，将影像信号传送到外部显示装置140上播放。
在本发明的实施例中，数字影像处理器130内建译码器132。译码器132电性连接信号处理器126，用以将数字信号译码，以便后续影像处理流程。
延伸景深模块120的信号处理器126和数字影像处理器130可设置于同一电路中，诸如集成电路或芯片中。
由本发明的实施例可知，实物摄影机100利用延伸景深模块120扩大景深范围。实物摄影机100利用可调屈光度的液态镜头110设置于延伸景深模块120前，用以将短物距的物10投射成长像距的像12，进一步扩大景深范围。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。