专利名称：数码相机中一种提高影像分辨率的方法
技术领域：
本发明与一光学输入系统有关，尤其是与一种具提高解析能力的光学输入系统有关。
背景技术：
近年来，随着光学组件的制程技术技术不断演进，已使数字相机成为全球消费性电子产品中最热门的商品之一。随着微机电制程的进展，不仅有效地降低这些微电子组件的生产成本，同时也让这些应用到数字相机上的微电子组件所占的体积大幅地缩小。因此，越来越多轻、薄、短、小且物美价廉的数字相机逐渐成为消费性电子市场上的主流商品。
简单来说，数字相机为一种光学输入系统，其藉由感应所输入的光线讯号，经过光电讯号转换后而产生一对应的影像讯号，并透过一显示器输出或储存于一内存中。请参阅图1所示，其表示已知的一种光学输入系统的主要构件及其成像原理。该光学输入系统10主要由一数字相机100及其外接的储存或显示设备142、143所组成。该数字相机100还包含一镜头110、一感测装置120以及一讯号处理装置130。当使用该数字相机100进行影像拍摄时，由一拍摄物体所反射的一输入光线，经过该镜头100内部多个光学组件加以对焦调准后，即投射到该感测装置120上。该感测装置120由多个感光像素(pixel)所组成，各该感光像素接收到光讯号后，会根据所接收的光讯号强度激发出来的不同强度的电子讯号而传送到该讯号处理装置130上。该讯号处理装置130主要系包含一模拟/数字转换器(A/D converter)131与一微处理单元(Micro Processor Unit)132；而经由该讯号处理装置130的处理，由该感测装置120的每一感光像素所激发出来的电子讯号可转换成数字影像讯号而储存于内建(built-in)的内存141，或直接显示于内建/外接显示器142(如LCD)，或者是透过一连接埠143(port)而传送到外接的储存装置或其它显示装置。
由上述说明可以清楚了解，一台数字相机的成像主因是透过使其感测装置将输入的光讯号转换成电子讯号，再转换成数字影像讯号输出或储存。因此，该感测装置的讯号感测能力往往是决定数字相机性能的关键。在已知的技术中，常见用来作为感测装置的感测组件为电荷耦合传感器(CCD)或互补式金属氧化物半导体(CMOS)。不过，无论采用那种感测组件，该感测组件都是透过其上的多个感光像素而对所输入的光线产生一对应的电子讯号。因此，对于数字影像而言，感测组件上所具有的感光像素数目是决定相机对影像的解析能力的主要因素。对于任何与影像有关的装置而言，解析能力是决定影像品质的重要衡量指针之一，因为，过低的影像分辨率不仅可能造成不同的像素之间的连接不够平顺，而且也可能使影像的色彩产生偏差，造成影像扭曲、色彩失真等问题。因此，如何提升影像的分辨率一直是数字相机设计上的重点之一。
一般来说，已知用来提升数字相机的解析能力的技术通常只是透过更精密的微机电制程来增加感测组件(CCD或CMOS)上的像素数目；也就是说透过更精细的制程技术而使感测组件可以分割出成更多、更细的感光像素。然而，在数字相机想要追求更轻薄短小以迎合市场需求的前提下，感测组件的设计势必也会随之更微小化。因此，想要在微小化的感测组件上制造出更多、更细的感光像素不仅耗费成本，而且终将面临制程极限上的限制。在目前已知的技术中，感测组件上的单一像素尺寸的极限值约2.4μm，而对于越小的感测组件来说，在2.4μm的尺寸限制下，必然难再提升更高的解析像素；因此，未来若欲进一步继续提升数字相机的分辨率，势必需要藉由其它途径才能实现。
综合以上所述，本发明的动机即由此而产生；本案申请人鉴于时代潮流所需，乃经悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终于本发明的“数字相机中一种提高解析能力的构造及方法”。相较于已知技术仅只是追求感测组件上的解析像素的提升，本发明还提出使用一分光装置产生二幅比对影像，再藉由该二幅比对影像的像素分析，可以在不需增加感测组件的分辨率的情况下，实现提高数字相机解析能力的目的。
发明内容
本发明提供一种光学输入系统，其包括一镜头，用以接收并控制输入该光学输入系统的一光线；一感测装置，用以感测该光线所形成的一影像；一分光装置，设于该镜头与该光学感测装置之间，用以控制该影像的成像；以及一讯号处理装置，用以储存并处理该影像。
根据上述构想，其中该镜头还包括至少一透镜，用以调整该光学输入系统的一景深(depth of field)，以及一开关(快门)，用以控制该光线的一输入光度。
根据上述构想，其中该分光装置至少包括一双折射晶体与一偏光组件。
根据上述构想，其中该偏光组件为一线性偏光片，且其偏振方向调整成第一偏振方向与第二偏振方向其中之一。
根据上述构想，其中该第一与第二偏振方向相互垂直。
根据上述构想，其中该感测装置为一电荷耦合传感器(CCD)。
根据上述构想，其中该感测装置为一互补式金属氧化物半导体(CMOS)。
根据上述构想，其中该讯号处理装置还包括一讯号处理器与一内存。
根据上述构想，其中该光学输入系统为一数字照相机。
此外，本发明亦提供一种光学输入方法，应用于一光学输入系统，其中该光学输入系统至少包括一镜头、一分光装置、一感测装置以及一讯号处理装置，该方法包括下列步骤(a)设定该分光装置为第一偏光状态；(b)使第一光线依序通过该镜头与该分光装置而形成第一影像；(c)设定该分光装置为第二偏光状态；(d)使第二光线通过该镜头与该分光装置而形成第二影像；以及(e)撷取该第与第二影像进行影像比对，以形成一重构影像(reconstruction image)。
根据上述构想，其中藉由调整该镜头内的一开关开启时间，以控制该光线的一输入光度。
根据上述构想，其中藉由调整该分光装置的偏光状态，以改变该第一与第二影像的成像位置。
根据上述构想，其中该第一偏光状态与该第二偏光状态的相位相差90度。
根据上述构想，其中藉由该感测装置的每一像素所吸收的光度，以感测该第一与第二影像的位置。
根据上述构想，其中藉由该讯号处理装置以储存并比对该第一与第二影像的位置。
根据上述构想，其中该第一影像与该第二影像在空域(space domain)上系包括重叠部分与位移部分。
根据上述构想，其中该重构影像系由该重叠部分经过灰阶计算而产生。
本案得藉由下列图标及详细说明，得一更深入的了解
图1表示已知的一种光学输入系统的主要构件及其成像原理；
图2表示根据本发明的一种光学输入系统的主要构件及其成像原理；图3表示根据本发明的一种用以提升光学输入系统的光学解析能力的步骤流程图。
具体实施例方式
请参阅图2(A)与(B)，其说明本发明的一较佳具体实施例的光学输入系统架构及其成像过程的示意图。如图中所示，本发明的光学输入系统200系至少包含一镜头210与一感测装置220；其中，该镜头210内由多个光学透镜所组成，用以调整该光学输入系统200的取景距离(景深)与焦点(Focus)，同时该镜头亦包含一开关(光圈、快门)，用以控制所输入光线的光度与时间。该感测装置220则为一光电感测组件，如电荷耦合传感器(CCD)或互补式金属氧化物半导体(CMOS)，用以感应所输入的光线讯号，并将其转换成电子讯号传送到一讯号处理装置(没有显示于图中)以运算出一数字影像讯号。除此以外，该光学输入系统200在该镜头210与该感测装置220之间还包含一分光装置250，用以提升该数字影像信号的分辨率。如图中所示，该分光装置250主要由一双折射晶体251与一偏光组件252所组成，其中该双折射晶体251可将入射的光线分成第一偏极光P与第二偏极光S，其中该第一与第二偏极光P、S的偏振方向相互垂直；而设置在该双折射晶体251之后的该偏光组件252则为一线性偏光片，该线性偏光片的偏振方向可以视情况需要而任意调整成与该第一偏极光P的偏振方向或与该第二偏极光S的偏振方向相互平行。因此，当该偏光组件252的偏振方向设定成与该第一偏极光P的偏振方向平行时(此时偏光组件252的偏振方向定义为0度)，该第一偏极光P便可以通过该偏光组件252而入射该感测装置220(如图2(A)所示)，此时该第二偏极光S则因偏振方向与偏光组件252的偏振方向(0度)垂直而无法通过。同样的，若偏光组件252的偏振方向设定为90度时，则变成该第二偏极光S可以通过该偏光组件252而入射该感测装置220，而该第一偏极光P则无法入射该感测装置220(如图2(B)所示)。
由于本发明的光学输入系统200具有分光装置250的设计，使得由该拍摄物20所反射的一输入光线经过该双折射晶体251时会分成两组相位相差90度的第一与第二偏极光P、S，并由于相继将该偏光组件252的偏振方向设定为0度与90度，而使得该输入光线得以先后再该感测装置220上激发出两组电子讯号而形成两幅数字影像(图像1、图像2)。虽然，该两组电子讯号是由同一光线所产生，然而因为其所形成的第一与第二偏极光P、S具有90度的相位差，因此会使该图像1与图像2在空域(space domain)上具有微小的位移差；因此，透过对该图像1与图像2进行图像复原演算后，原先无法辨识的成像位置得因为该位移差的补偿而得以辨识，因而得以提升该光学输入系统200的影像解析能力。
上述的光学输入系统200除了可以应用于静态影像拍摄的数字相机外，也可以适用动态影像拍摄的数字摄影机或其它光学输入装置。
请参阅图3所示，其表示本发明用以提升光学解析能力(resolution power)的一种光学输入方法。该光学输入方法可用于如前述实施例的一光学输入系统200中，其中该光学输入方法300至少包含下列步骤在步骤301，设定该光学输入系统200的拍摄参数(焦距、景深等)，使欲拍摄的影像能清楚的呈现在预览窗口中；接着于步骤302中，将该光学输入系统200内的偏振片252偏振方向设定为0度(即与第一偏极光P相互平行)；于步骤303中撷取该第一偏极光P所形成的图像1；接着于步骤304中，将该偏振片252的偏振方向设定为90度(与第二偏极光S相互平行)；在步骤305中，撷取该第二偏极光S所形成的图像2；接着，在步骤306中，将该图像1与图像2进行图像复原演算，以产生一重构影像；最后在步骤307中，将该重构影像透过一显示装置输出或储存。
在一较佳具体实施例中，步骤306中的图像复原演算过程藉由该图像1与该图像2每一像素位置上的灰阶比对，而形成该重构影像。更详细地说，因为该图像1与图像2在空域上具有一微小距离差，因此可藉由二幅图像比对后的灰阶变化而得出该图像1与图像2的重叠位置与差异位置，进而得以辨识出原先无法藉由感测装置的像素所辨识的分辨率。
本发明前面所述的各项实施例为本发明的详细说明，当不能以的限定本发明的目的与应用范围；任何熟悉本技术领域者皆可任施匠思而为诸般修饰，然其皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。
权利要求
1.一种光学输入系统，其包括一镜头，用以接收并控制输入该光学输入系统的一光线；一感测装置，用以感测该光线所形成的一影像；一分光装置，设于该镜头与该光学感测装置之间，用以控制该影像的成像；以及一讯号处理装置，用以储存并处理该影像。
2.如权利要求1所述的光学输入系统，其特征在于，该镜头还包括至少一透镜，用以调整该光学输入系统的一景深；以及一开关，用以控制该光线的一输入光度。
3.如权利要求1所述的光学输入系统，其特征在于，该分光装置至少包括一双折射晶体与一偏光组件。
4.如权利要求3所述的光学输入系统，其特征在于，该偏光组件为一线性偏光片，且其偏振方向调整成第一偏振方向与第二偏振方向其中之一。
5.如权利要求4所述的光学输入系统，其特征在于，该第一与第二偏振方向系相互垂直。
6.如权利要求1所述的光学输入系统，其特征在于，该感测装置为一电荷耦合传感器。
7.如权利要求1所述的光学输入系统，其特征在于，该感测装置为一互补式金属氧化物半导体。
8.如权利要求1所述的光学输入系统，其特征在于，该讯号处理装置还包括一讯号处理器与一内存。
9.如权利要求1所述的光学输入系统，其特征在于，为一数字照相机。
10.一种光学输入方法，应用于一光学输入系统，其中该光学输入系统至少包括一镜头、一分光装置、一感测装置以及一讯号处理装置，该方法包括下列步骤设定该分光装置为第一偏光状态；使第一光线依序通过该镜头与该分光装置而形成第一影像；设定该分光装置为第二偏光状态；使第二光线通过该镜头与该分光装置而形成第二影像；以及撷取该第一与第二影像进行影像比对，以形成一重构影像。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，藉由调整该镜头内的一开关开启时间，以控制该光线的一输入光度。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，藉由调整该分光装置的偏光状态，以改变该第一与第二影像的成像位置。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该第一偏光状态与该第二偏光状态的相位相差90度。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，藉由该感测装置的每一像素所吸收的光度，以感测该第一与第二影像的位置。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，藉由该讯号处理装置以储存并比对该第一与第二影像的位置。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该第一影像与该第二影像在空域上包括重叠部分与位移部分。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该重构影像由该重叠部分经过灰阶计算而产生。
全文摘要
本发明提供一种可提升解析能力的光学输入系统，其包括一镜头，用以接收并控制输入该光学输入系统的一光线；一感测装置，用以感测该光线所形成的一影像；一分光装置，设于该镜头与该光学感测装置之间，用以控制该影像的成像；以及一讯号处理装置，用以储存并处理该影像；其中，藉由陆续将该分光装置的偏振方向设定成两个相互垂直的偏光状态，而使同一输入光线能陆续于该感测装置上形成两组图像，并藉由该两组图像的比对以形成具有更高分辨率的一重构影像。
文档编号H04N5/335GK1936647SQ20051002982
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月21日 优先权日2005年9月21日
发明者张平, 何代水 申请人:英华达(上海)电子有限公司