專(zhuān)利名稱(chēng)：用于空間頻率濾波的方法和圖像拍攝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的 一 種用于空間頻率濾波的方 法以及一種圖像拍攝設(shè)備。
以下基本上關(guān)于電影攝像機(jī)，但是本發(fā)明并不限于此。不言而喻，根據(jù)本 發(fā)明的方法例如同樣可以應(yīng)用于照相機(jī)或其它圖像拍攝設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了能夠拍攝盡可能逼真和無(wú)偽影的圖像，照相機(jī)被構(gòu)造為具有帶有有規(guī) 律的像素排列的光電圖像傳感器、光學(xué)前置濾波或者空間頻率濾波。如果要避
免重疊(Alias)效應(yīng)，則原則上光學(xué)前置濾波在圖像傳感器中是必須的。所謂 的重疊結(jié)構(gòu)也不能在后來(lái)例如借助像素?cái)?shù)據(jù)的數(shù)字濾波來(lái)去除，因?yàn)閿?shù)字的數(shù) 據(jù)不能被區(qū)別重疊結(jié)構(gòu)和圖像場(chǎng)景結(jié)構(gòu)。
該理論背景聯(lián)系尼奎斯特-香農(nóng)釆樣理論是公知的。尼奎斯特頻率通過(guò)半采 樣頻率來(lái)定義。
因此，光學(xué)的前置濾波或者空間頻率濾波應(yīng)該盡可能完全地抑制在圖像傳 感器上的、由物鏡所投影的待拍攝的場(chǎng)景的圖像的所有這樣的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu) 比在兩個(gè)具有相同光譜的光敏度的相鄰像素之間的距離更細(xì)，并且盡可能不抑 制所有比這粗略的結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@在技術(shù)上是不可能的，所以在抑制重疊偽影和 盡可能高的圖像清晰度之間總是必須進(jìn)行折衷。
圖像傳感器的理論上的、理想的像素的光敏度應(yīng)該隨著與像素中點(diǎn)的距離 增加而降低，然而其中還一起釆集相鄰像素的位置。相應(yīng)的依賴(lài)于方向的曲線
既取決于實(shí)際傳感器像素的光敏度依賴(lài)于位置的變化，也取決于傳感器像素的 相互幾何排列并且也取決于在較高圖像清晰度和較高抑制重疊偽影之間的期望 的折衷。理想的光學(xué)前置濾波應(yīng)該將圖像的光這樣分布到實(shí)際的傳感器像素上， 使得該傳感器像素盡可能地具有理想化像素的光敏度變化。
為此，在現(xiàn)有技術(shù)中存在不同的解決方案。有數(shù)字的圖像拍攝設(shè)備，其中僅通過(guò)物鏡的模糊來(lái)改變傳感器像素相對(duì)于圖像的光敏度變化。因?yàn)榫痛藷o(wú)論 如何都不能達(dá)到所期望的變化，所以通常還是使用特別為此目的而構(gòu)造的光學(xué)
濾波器。因此使用在傳感器像素之前設(shè)置的散射片(Zerstreuungsscheiben ),該 散射片將出現(xiàn)的光線散布在所有方向上，從而一個(gè)像素記錄圖像的一個(gè)較大范 圍。然而由此不能達(dá)到所要求的濾波的方向依賴(lài)性。為此首先使用基于晶體中 雙折射原理的濾波器。射入的光線通過(guò)濾波器例如被分為兩個(gè)或四個(gè)射出的光 線，借此實(shí)現(xiàn)了依賴(lài)于方向的濾波，該濾波對(duì)于通常的像素排列提供更好的結(jié) 果。在JP10229525A中公開(kāi)了這樣的方法。
在US5915047A中公開(kāi)了一種圖像拍攝設(shè)備，在該圖像拍攝設(shè)備中通過(guò)改 變物鏡到圖像傳感器的距離來(lái)識(shí)別出現(xiàn)的Moir6圖案。緊接著可以通過(guò)物鏡的 移動(dòng)、即圖像的散焦，將Moir6效應(yīng)的高度降低到期望的閾值以下。
然而，利用這些方法不能實(shí)現(xiàn)期望的依賴(lài)于位置的濾波過(guò)程。
一種提高每個(gè)光學(xué)前置濾波的有效性的可能性在于，使用具有高于期望的 分辨率(結(jié)果)的圖像傳感器。濾波性能隨著在像素光柵的和結(jié)果光柵的細(xì)度 或者頻率之間的比率而提高。然而該解決方案導(dǎo)致較低的光敏度，因?yàn)樵诰哂?多個(gè)像素的傳感器中傳感器的有效光敏感的面積由于傳感器上的必要的引線 (Zuleitung)而減少，因?yàn)閭鞲衅餍枰總€(gè)像素都保持相同大小的面積。此夕卜， 該解決方案導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理要求提高，并且由此隨之導(dǎo)致必須使用具有提高的能 量需求的高效率電子器件。
公知的光學(xué)前置濾波的另一個(gè)缺陷在于，固定地而不可改變地預(yù)先給出濾 波曲線的變化或者設(shè)計(jì)方案。相反地，能夠隨場(chǎng)合而適配的濾波設(shè)計(jì)方案是具 有優(yōu)勢(shì)的。例如，肖像拍攝在較小清晰度要求的情況下要求強(qiáng)烈抑制重疊偽影， 反之，在拍攝具有許多細(xì)小細(xì)節(jié)和很少有規(guī)律的結(jié)構(gòu)的全景時(shí)，例如風(fēng)景拍攝， 大多數(shù)情況下僅出現(xiàn)很少的重疊偽影并且在前景中存在盡可能高的清晰度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種改善的光學(xué)前置濾波或者空間頻率 濾波。
按照本發(fā)明，提出了具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的一種用于空間頻率濾波的 方法和一種圖像拍攝設(shè)備。
只要沒(méi)有另外明確描述，以下的解釋和優(yōu)點(diǎn)是關(guān)于所有4艮據(jù)本發(fā)明的解決方案。根據(jù)本發(fā)明的圖像拍攝設(shè)備具有用于執(zhí)行所描述步驟的相應(yīng)裝置。
提出了一種用于在圖像拍攝設(shè)備中進(jìn)行空間頻率濾波的方法，該圖像拍攝 設(shè)備具有物鏡，該物鏡將所采集的圖像投影到一個(gè)或多個(gè)具有光敏感的像素的 光電圖像傳感器上。至少一個(gè)光電圖像傳感器和由物鏡投影到該圖像傳感器上 的圖像在圖像拍攝期間在像素平面、特別是可調(diào)地或者可控地，相對(duì)彼此被移 動(dòng)。在實(shí)際中通過(guò)在固定圖像情況下移動(dòng)圖像傳感器或者在固定圖像傳感器情 況下移動(dòng)圖像，或者通過(guò)兩種運(yùn)動(dòng)的組合可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。每種可能性都具有 特定的優(yōu)勢(shì)，以下將單獨(dú)討論。在此，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置向量占據(jù)具有分別可預(yù) 先確定的停留時(shí)間或者速度的可預(yù)先確定的停留位置。位置向量由此描述了一 個(gè)(優(yōu)選地為閉合的)可以用來(lái)表征運(yùn)動(dòng)的軌跡或者運(yùn)動(dòng)軌道。
傳感器的每個(gè)像素相對(duì)于圖像運(yùn)動(dòng)或者圖像相對(duì)于傳感器運(yùn)動(dòng)，從而傳感 器像素釆集比沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下圖像的更大面積。具有更小速度或者更長(zhǎng) 停留時(shí)間的位置向量的位置，對(duì)應(yīng)于傳感器像素關(guān)于相應(yīng)的圖像位置增加的曝 光時(shí)間以及也由此提高的相對(duì)光敏度的位置。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)預(yù)先規(guī)定位置向量的停留位置和與此對(duì)應(yīng)的速度或者說(shuō)停留時(shí)間，與 實(shí)際像素的幾何排列和取決于位置的光敏度變化一起，可以實(shí)現(xiàn)傳感器像素相 對(duì)于圖像的任意所期望的取決于位置的光敏度變化。
本發(fā)明另一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于軌跡的可變構(gòu)成性。由此可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)的前 置濾波，該光學(xué)的前置濾波可以匹配不同的圖像拍攝場(chǎng)景和攝像機(jī)的不同運(yùn)行 方式，如以下進(jìn)一步描述的那樣。
優(yōu)選實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求以及以下描述的內(nèi)容。
在傳感器和圖像之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以按照多種方式例如借助電磁或者根 據(jù)壓電效應(yīng)工作的驅(qū)動(dòng)元件來(lái)產(chǎn)生。由此，圖像傳感器或者光學(xué)元件在制造成 本減小的情況下可以按照可變的速度在任意的運(yùn)動(dòng)軌道上運(yùn)動(dòng)。
為了簡(jiǎn)化描述，以下當(dāng)提到傳感器的或像素的運(yùn)動(dòng)軌道或運(yùn)動(dòng)時(shí)，總是指 在傳感器和圖像之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該相對(duì)運(yùn)動(dòng)也可以借助在傳感器之前連接的 光學(xué)元件的運(yùn)動(dòng)來(lái)來(lái)產(chǎn)生，如果沒(méi)有明確排除的話。在此，例如參考使用常規(guī) 的圖像穩(wěn)定裝置的可能性，數(shù)字照相機(jī)或電影攝像機(jī)被配備有該圖像穩(wěn)定裝置。
這樣的圖像穩(wěn)定裝置例如在JP2004271694A中示出。在這樣的裝置中在傳感器 之前連接的光學(xué)元件(例如透鏡、透鏡組或棱鏡)可以機(jī)械地、特別是側(cè)面可移動(dòng)地和/或可偏移地調(diào)節(jié)，從而可以補(bǔ)償攝像機(jī)使用者的抖動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也 就是，常規(guī)的圖像穩(wěn)定裝置使得由傳感器采集的圖像片段保持恒定。通過(guò)合適 的改編程序，可以借助這樣的裝置產(chǎn)生所采集的圖像關(guān)于傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
原則上，本發(fā)明可以使用所有種類(lèi)的數(shù)字圖像傳感器。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的 前置濾波的運(yùn)動(dòng)軌道對(duì)傳感器的所有像素必然地總是相同的，所以在具有不同 光譜的光敏度像素的傳感器中優(yōu)選地每個(gè)像素種類(lèi)都應(yīng)該具有一個(gè)相同的靜態(tài) 的位置相關(guān)的相對(duì)光敏度和在傳感器面積上的相同幾何排列以及由此相同的像 素?cái)?shù)。
如上面已經(jīng)解釋的那樣，軌跡還應(yīng)該根據(jù)像素相對(duì)于圖像的期望的位置相 關(guān)的光敏度變化、根據(jù)具有相同光譜敏感性的相鄰像素的幾何排列以及根據(jù)像 素形狀和根據(jù)在像素上可能的聚光鏡來(lái)構(gòu)造。例如如果像素到其具有相同光譜 敏感性的相鄰像素在水平方向上的距離大于在垂直方向上的距離，則運(yùn)動(dòng)軌道 的變化應(yīng)該考慮該不對(duì)稱(chēng)性?？扇我鈽?gòu)造的軌跡的優(yōu)點(diǎn)特別在于，對(duì)具有其特 殊像素排列和參數(shù)的每個(gè)圖像傳感器類(lèi)型可以最佳實(shí)現(xiàn)任意所期望的光學(xué)濾波 曲線變化。
可以考慮軌跡的不同的變形。在許多情況下例如使用從不同頻率和振幅的 簡(jiǎn)單的圓形運(yùn)動(dòng)或正弦運(yùn)動(dòng)的重疊得出的軌跡，就已經(jīng)足以近似地實(shí)現(xiàn)期望的
位置相關(guān)的光敏度變化。正弦形狀的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一般形式特別地可以表示為 J^sin" +一
x
產(chǎn)l
ffl
其中co:2兀f， f=l/T, T:圖像拍攝時(shí)間。
從這樣的技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的軌跡的停留位置和停留時(shí)間的關(guān)系中，以及從像素 的物理的和幾何的特性中可以推導(dǎo)出像素關(guān)于圖像的取決于位置的相對(duì)光敏度 特性，從而通過(guò)與所期望的光敏度特性的比較可以評(píng)判該近似值的質(zhì)量。
傳感器或光學(xué)元件的運(yùn)動(dòng)與圖像拍攝的曝光時(shí)間同步是合適的，由此通過(guò) 該運(yùn)動(dòng)所獲得的像素相對(duì)于圖像的相對(duì)光敏度的位置相關(guān)的變化獨(dú)立于其曝光 時(shí)間。這點(diǎn)可以在技術(shù)上、特別是通過(guò)速度改變而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。因此，在曝光 或者圖像拍攝期間，應(yīng)該整數(shù)倍(即， 一倍或多倍)地經(jīng)歷軌跡。
與前置濾波一致地?cái)?shù)字地進(jìn)行后置濾波是特別合適的。這點(diǎn)具有優(yōu)勢(shì)，因 為每個(gè)不同的位置相關(guān)的光敏度特性以特殊的方式在傳感器圖像信號(hào)中產(chǎn)生期
7望的和不期望的待拍攝的結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)由圖像處理電子部件進(jìn)行的隨后的數(shù)字 濾波在其特征方面特別地與分別起作用的光學(xué)前置濾波特征一致，才可以獲得 最佳的結(jié)果圖像。對(duì)各個(gè)數(shù)字的后置濾波來(lái)說(shuō)要求的特征可以從光學(xué)的前置濾 波的各個(gè)位置相關(guān)的光敏度特性中計(jì)算出。
根據(jù)另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，拍攝至少兩個(gè)不相同的中間圖像，并且處理 為一幅結(jié)果圖像。這些中間圖像例如由圖像傳感器依次拍攝，該圖像傳感器在 拍攝之間優(yōu)選地被移動(dòng)一個(gè)像素行。中間圖像同樣可以由至少兩個(gè)圖像傳感器
來(lái)拍攝。例如可以拍攝全彩色圖像(特別是用Bayer傳感器或FOVEON X3圖 像傳感器)、黑白圖像或者部分彩色圖像。優(yōu)選地，由一個(gè)圖像傳感器拍攝或者 產(chǎn)生黑白中間圖像并且由另 一個(gè)圖像傳感器拍攝或者產(chǎn)生紅/藍(lán)中間圖像。隨著 至少兩個(gè)不相同的全彩色中間圖像、部分彩色中間圖像或黑白中間圖像的提供， 可以改善結(jié)果圖像的對(duì)比度和/或清晰度。結(jié)果圖像優(yōu)選地提供有比每個(gè)中間圖 像單獨(dú)所獲得的多得多的信息(色彩、亮度范圍、分辨率等)。
根據(jù)本發(fā)明還提供了按照權(quán)利要求8所述的圖像拍攝設(shè)備。在優(yōu)選的實(shí)施 方式中根據(jù)本發(fā)明的圖像拍攝設(shè)備具有用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施方式的 裝置。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中圖像拍攝設(shè)備具有用于存儲(chǔ)圖像傳感器或者光學(xué)元 件的至少一個(gè)軌跡或者運(yùn)動(dòng)軌道的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置?？梢钥刂七\(yùn)動(dòng)軌道以及由 此像素相對(duì)于圖像的位置相關(guān)的光敏度變化，從而可以實(shí)現(xiàn)不同的位置相關(guān)的 光敏度特性，其中可以存儲(chǔ)為此所需要的參數(shù)，特別是攝像機(jī)制造者的參數(shù)， 并且可以由使用者調(diào)用。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，例如可以調(diào)用三個(gè)不同 的運(yùn)動(dòng)軌道。在為風(fēng)景拍攝而設(shè)置的運(yùn)動(dòng)軌道中像素在運(yùn)動(dòng)時(shí)例如僅覆蓋具有 相同光譜敏感性的相鄰像素的靜止區(qū)域(Ruhebereich)的一部分，從而在僅僅 很小的重疊偽影抑制情況下產(chǎn)生高的圖像清晰度。在另一個(gè)為正常拍攝所設(shè)置 的運(yùn)動(dòng)軌道情況下，在運(yùn)動(dòng)時(shí)像素例如覆蓋下一相鄰像素的靜止區(qū)域的一大部 分。該運(yùn)動(dòng)軌道對(duì)大多數(shù)圖像場(chǎng)景提供在圖像清晰度和重疊偽影抑制之間的合 適的折衷。在第三種運(yùn)動(dòng)軌道中像素在運(yùn)動(dòng)時(shí)例如覆蓋下一像素的所有的靜止 區(qū)域以及部分地還有相距更遠(yuǎn)的相鄰^f象素的靜止區(qū)域。該運(yùn)動(dòng)軌道使得可以在 最好的重疊偽影抑制情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)肖像拍攝的期望的清晰度降低。不言而喻， 可以提供更細(xì)分級(jí)的濾波特征。進(jìn)一步提出，將每個(gè)所存儲(chǔ)的軌跡與對(duì)應(yīng)的數(shù) 字后置濾波功能組合。具有常規(guī)的光學(xué)濾波器的圖像拍攝設(shè)備迄今為止不具有這種可變?yōu)V波。
在具有兩個(gè)或者多個(gè)相同種類(lèi)的圖像傳感器的攝像機(jī)中，根據(jù)運(yùn)行模式優(yōu) 選地可以執(zhí)行和存儲(chǔ)其它不同的軌跡或者運(yùn)動(dòng)軌道。因此，例如可以設(shè)置用于 采集提高的亮度范圍或者提高的圖像清晰度的運(yùn)行模式。在后一種情況下例如 將傳感器的像素以 一定的像素間隔在一定的方向上相對(duì)偏移，以便以公知的方 式從傳感器圖像的不同數(shù)據(jù)中產(chǎn)生具有更高圖像清晰度的結(jié)果圖像。在這種情 況下，優(yōu)選地就像攝像機(jī)僅具有帶相應(yīng)的更高像素?cái)?shù)或者像素密度的唯一的傳 感器一樣來(lái)使用軌跡，從中產(chǎn)生更小振幅以及其它形狀的軌跡。因?yàn)樵诖藗鞲?器的軌跡是相同的，因此取代移動(dòng)傳感器還可以移動(dòng)用于將圖像移位到傳感器
的單個(gè)的光學(xué)元件。
在其中相應(yīng)于設(shè)置的軌跡機(jī)械地移動(dòng)圖像傳感器的攝像機(jī)的情況下，優(yōu)選 地，還在曝光時(shí)間期間圖像傳感器以一定的量和一定的方向相對(duì)另一個(gè)傳感器 恒定移位的同時(shí)，使用至少 一個(gè)機(jī)械裝置。該量?jī)?yōu)選地可以;故存儲(chǔ)并且可以#皮 重新調(diào)用，從而可以在具有或者沒(méi)有傳感器移位的運(yùn)行模式之間任意轉(zhuǎn)換。優(yōu) 選地，可以存儲(chǔ)和可以重新調(diào)用附加的恒定的移位向量，借助該移位向量，可 以平衡在兩個(gè)或多個(gè)傳感器的像素之間的由制造者引起的不期望的機(jī)械偏移， 從而在制造時(shí)僅需要進(jìn)行傳感器的像素行或者像素列的精確的并行對(duì)齊。


以下的描述和附圖中給出本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式。
不言而喻，前面提到的和后面將要解釋的特征不僅可以用于分別所說(shuō)明的 組合，而且還可以用于其它組合或者單獨(dú)的情況，而不脫離本發(fā)明的范圍。
在附圖中根據(jù)多個(gè)實(shí)施例示意性示出了本發(fā)明，并且在以下參考附圖詳細(xì) 描述。
以下附圖中
圖la示出了用于本發(fā)明實(shí)施方式的第一圖像傳感器的片段； 圖lb示出了對(duì)根據(jù)圖la的傳感器在傳感器和圖像之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡 的實(shí)施例；
圖2a示出了用于本發(fā)明實(shí)施方式的第二圖像傳感器的片段； 圖2b示出了對(duì)根據(jù)圖2a的傳感器在傳感器和圖像之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡 的實(shí)施例；以及圖3示出了具有用于在兩個(gè)圖像傳感器上進(jìn)行圖像分配的旋轉(zhuǎn)的鏡輪
(Spiegelrad )的攝像機(jī)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖la示意性示出了第一圖像傳感器100的片段。圖像傳感器IOO具有相同 光譜敏感性的像素I，后者被設(shè)置在正方形的光柵中。傳感器100具有傳感器 行IIO、 120、 130等以及傳感器列101、 102、 103等。在傳感器行110中并排 設(shè)置相同種類(lèi)的像素111、 112、 113等，在傳感器行120中并排設(shè)置相同種類(lèi) 的像素121、 122、 123等。在各個(gè)像素之間例如具有在示意性圖中沒(méi)有示出的 引線和其它電子元件。
素可以同時(shí)記錄可見(jiàn)光譜所有色彩或者的僅一個(gè)相同的子區(qū)域。
圖2a示意性示出了第二圖像傳感器200的片段。該圖像傳感器200具有不 同光i普敏感性的像素R和B,后者被設(shè)置在正方形的光柵中。傳感器200例如 具有紅像素R和藍(lán)像素B,這些像素被交替設(shè)置在傳感器行210、 220、 230等 以及傳感器列201、 202、 203等中。在傳感器行210中并排交替地設(shè)置紅像素 211、 213等以及藍(lán)像素212、 214等，在傳感器行220中并排交替設(shè)置藍(lán)像素 221、 223等以及紅像素222、 224等。
所描述的第二傳感器200例如可以與根據(jù)圖la的具有黑白像素或綠像素 的圖像傳感器IOO—起被用于對(duì)應(yīng)于圖3的雙傳感器攝像機(jī)中，在該雙傳感器 攝像機(jī)中按照公知的方式從兩個(gè)傳感器41、 42的圖像數(shù)據(jù)71、 72中確定唯一 的結(jié)果圖像78。
圖lb在圖IOOO中示出了根據(jù)圖la的傳感器的軌跡1003的例子。圖1000 具有張開(kāi)一個(gè)平面的x軸1001和y軸1002。在此是傳感器平面。坐標(biāo)系的原 點(diǎn)，即軸1001和1002的交點(diǎn)，與傳感器中點(diǎn)的靜止位置對(duì)應(yīng)。因?yàn)閳D像傳感 器的所有單個(gè)像素以相同的方式與傳感器中點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)，所以原點(diǎn)同樣可以與 單個(gè)像素的中點(diǎn)對(duì)應(yīng)。相鄰單個(gè)像素的中點(diǎn)按照坐標(biāo)在軸1001和1002上隔開(kāi)。 例如如果像素122位于坐標(biāo)系的原點(diǎn)(0/0)，則像素123位于位置(1/0),像 素112位于位置(0/1 ),等等。
在此，軌跡1003從兩個(gè)如下對(duì)應(yīng)的圓形運(yùn)動(dòng)的重疊中得出
x = 0.42 cos(t) - 0.35 cos(3t)y = 0.42 sin(t) + 0.35 sin(3t)
要說(shuō)明的是，所使用的數(shù)值僅僅是可一般表示的參數(shù)a、 b、 c、 d的優(yōu)選的 例子。 一般的表達(dá)可以表示在公式x=a cos(t)畫(huà)b cos(3t)以及y=c sin(t) + d sin(3t)中。
所示出的軌跡近似地形成為十字形的，其中該十字形的主軸繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn) 45°。四個(gè)臂近似地形成為水滴形的，其中該形狀近似地等于四個(gè)圓形的重疊， 這四個(gè)圓形的中點(diǎn)在坐標(biāo)軸上相同地隔開(kāi)。要說(shuō)明的是，例如用螺旋形的軌跡
軌跡在哪個(gè)方向上通過(guò)不重要。系數(shù)在此僅僅作為對(duì)這里假設(shè)的像素特性 和對(duì)這里假設(shè)的所期望的光敏度特性的例子給出。例如，如果重疊更小的振幅 的更快的圓形運(yùn)動(dòng)，則可以實(shí)現(xiàn)更好的效果。
在該例子中傳感器像素采集與其光敏感性面積的大小相比顯著更大的圖 像的面積，并且由此也在相鄰像素的靜止位置上延伸，其中結(jié)果的光敏感性從 靜止中心起降低，并且其中該結(jié)果的光敏度具有從像素排列的幾何圖形推導(dǎo)出 的期望的方向依賴(lài)性。
與圖lb類(lèi)似，圖2b在圖2000中示出了對(duì)根據(jù)圖2a的具有兩個(gè)不同顏色 敏感性(R, B)的像素種類(lèi)的傳感器的軌跡2003的例子。圖2000同樣具有張 開(kāi)一個(gè)平面的X軸2001和Y軸2002。坐標(biāo)系的原點(diǎn)依然是傳感器或者像素中 點(diǎn)的靜止位置。例如如果R像素222位于坐標(biāo)系原點(diǎn)(0/0 ),則B像素223位 于位置(1/0),然而其中最靠近的R像素位于更遠(yuǎn)的位置211、 213、 231和233。
因?yàn)閮煞N像素(R， B)具有相同的幾何排列，所以對(duì)每個(gè)像素種類(lèi)的軌跡 也導(dǎo)致相同的光敏度特性。因?yàn)橄乱痪哂邢嗤拭舳鹊南噜徬袼鼗ハ嘞嗑噍^ 遠(yuǎn)(約1.4倍)，并且在與在根據(jù)圖la的傳感器情況下不同的方向上(45度)， 所以也必須達(dá)到不同的光敏度特性。由此相應(yīng)的軌跡對(duì)該傳感器具有更大的偏 轉(zhuǎn)以及不同的取向。在此同樣從兩個(gè)圓形運(yùn)動(dòng)的重疊中得出該軌跡，然而具有 不同的系數(shù)
x = 0.48 cos(t) - 0,68 cos(3t)
y = 0.48 sin(t) + 0.68 sin(3t)
同樣這里數(shù)值是可一般表示的參數(shù)a、 b、 c、 d的優(yōu)選值。 根據(jù)圖2b的軌跡2003與根據(jù)圖lb的軌跡1003相似，其中存在一定的區(qū) 別。在軌跡2003中十字形的臂并行于坐標(biāo)軸2001、 2002取向。軌跡的形狀近似地通過(guò)四個(gè)圓形的重疊來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們的中點(diǎn)位于坐標(biāo)系的對(duì)角線上并且其半
徑大于圖lb中的相應(yīng)的半徑。
如果重疊例如更小振幅的更快的圓形運(yùn)動(dòng)，則如在圖1中那樣在此可以達(dá) 到更好的結(jié)果。
在其它的實(shí)施方式中也可以使用完全不同種類(lèi)的軌跡，以實(shí)現(xiàn)所期望的光 敏度特性。這里選擇兩個(gè)圓形運(yùn)動(dòng)的重疊，因?yàn)樗诩夹g(shù)上能特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)， 并且因?yàn)樗呀?jīng)能達(dá)到此處所期望結(jié)果的良好近似。但是不言而喻，同樣可以 通過(guò)完全不同的函數(shù)來(lái)描述軌跡，并且此處描述的實(shí)施方式僅僅是示例性的并 且不應(yīng)被理解為限制。
圖3繪出了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的實(shí)施方式，該數(shù)字?jǐn)z像機(jī)具有根據(jù)本發(fā)明的光學(xué) 前置濾波的例子并且總體用3表示。在該數(shù)字?jǐn)z像機(jī)中由物鏡IO采集的圖像經(jīng) 過(guò)旋轉(zhuǎn)的鏡面扇形輪31被投影到兩個(gè)圖像傳感器41和42上。圖像傳感器41 被構(gòu)造為根據(jù)圖la的黑白或者綠圖像傳感器，而圖像傳感器42被構(gòu)造為根據(jù) 圖2a的紅-藍(lán)傳感器。根據(jù)所描述的本發(fā)明實(shí)施方式，由電機(jī)51在曝光期間在 根據(jù)圖lb的軌跡上移動(dòng)圖像傳感器41并且由電機(jī)52在根據(jù)圖2b的軌跡上移 動(dòng)圖像傳感器42。各個(gè)運(yùn)動(dòng)平面垂直于圖平面。
快速旋轉(zhuǎn)的鏡面扇形輪31被構(gòu)造為具有反射的和透射的扇區(qū)，從而所采 集的圖像在曝光期間盡可能多次地被交替投影到圖像傳感器41或者42上，由 此進(jìn)行兩個(gè)傳感器的準(zhǔn)同時(shí)的曝光。
在每個(gè)圖像傳感器的圖像曝光時(shí)間期間總是接收由其各個(gè)運(yùn)動(dòng)軌道的至 少正好一個(gè)完全周期的光。然而與具有用于圖像分配的棱鏡的攝像機(jī)相反，在 這樣的周期內(nèi)在曝光時(shí)間內(nèi)通過(guò)扇形輪片段 一 次或多次中斷或者衰減傳感器上 的光流。為了保證傳感器像素的光敏度特性不受扇形輪影響，優(yōu)選地在像素的 曝光時(shí)間內(nèi)總是進(jìn)行偶數(shù)個(gè)具有任意起點(diǎn)的完全的運(yùn)動(dòng)軌道周期或者軌跡。此 外，鏡面扇形和間隙扇形優(yōu)選地具有相同的角寬度，并且扇形輪進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)角 度優(yōu)選地始終為鏡面扇形角度加上間隙扇形角度的奇數(shù)倍。在具有兩個(gè)將圖像 分配為3個(gè)圖像的旋轉(zhuǎn)鏡面扇形輪的攝像機(jī)中適用類(lèi)似的條件。
如果取代兩個(gè)傳感器100和200而使用兩個(gè)相同的傳感器，則要求的軌跡 也是相同的。在這種情況下，取代借助兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器52、 52的傳感器41、 42的 運(yùn)動(dòng)，也可以使用唯一的、由驅(qū)動(dòng)器55側(cè)面移動(dòng)的并且由圖像分配器31放置 的用于在圖像和傳感器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的光學(xué)元件56。當(dāng)然也可以在每個(gè)傳感器之前設(shè)置具有特有驅(qū)動(dòng)的特有光學(xué)元件。最后在如分離的傳感器驅(qū)動(dòng)情況下 那樣也可以允許在兩個(gè)傳感器的傳感器像素之間可選的靜態(tài)偏差。這樣的偏差
可以按照公知的方式被用于提高結(jié)果圖像78的圖像清晰度，如上面已經(jīng)描述的
那樣。由于電機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)，該偏差可以隨時(shí)被撤銷(xiāo)，以便例如按照同樣公知 的方式獲得可以表示高的亮度范圍的結(jié)果圖像。
由圖像傳感器41和42分別拍攝中間圖像71和72。中間圖像71和72被 傳遞到圖像處理裝置75，該圖像處理裝置以公知的方式產(chǎn)生結(jié)果圖像78。此外， 相應(yīng)于圖3的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)還具有攝像機(jī)控制裝置60，該攝像機(jī)控制裝置被構(gòu)造 為用于控制圖像傳感器41和42、電機(jī)51、 52以及55、圖像處理裝置75和其 它裝置。
權(quán)利要求
1. 一種用于在具有物鏡(10)的圖像拍攝設(shè)備(3)中進(jìn)行空間頻率濾波的方法，該物鏡(10)將采集的圖像投影到一個(gè)或者多個(gè)具有光敏的像素(111，112，113，...；211，212，213，...)的光電圖像傳感器(100；200；41；42)上，其特征在于，在圖像拍攝期間在像素平面中相對(duì)彼此移動(dòng)至少一個(gè)光電圖像傳感器(100；200；41；42)和在其上投影的圖像，其中，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置向量占據(jù)具有分別預(yù)先確定的停留時(shí)間的預(yù)先確定的停留位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)所述圖像傳感器(100;述圖像傳感器(100; 200; 41; 42 )和圖像之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述圖像傳感器(100; 200; 41; 42)和圖i"象之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是正弦形狀運(yùn)動(dòng)的重疊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或者3所述的方法，其特征在于，借助于所述相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的位置向量的停留位置和停留時(shí)間的變化，來(lái)產(chǎn)生圖像傳感器像素的光敏 度相對(duì)于圖像的所期望的取決于位置的變化，并且其中，該位置向量在圖像拍 攝期間優(yōu)選地經(jīng)歷一個(gè)或者多個(gè)完全的運(yùn)動(dòng)軌道周期(1003; 2003 )。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)與 圖像拍攝的曝光時(shí)間同步。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行與所述空間 頻率濾波一致的數(shù)字的后置濾波。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由至少一個(gè)光電 圖像傳感器(100; 200; 41; 42 )拍攝至少兩個(gè)不同的中間圖像(71, 72)，并 且處理為結(jié)果圖像(78)。
8. —種圖像拍攝設(shè)備，特別是具有物鏡(10)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(3)，該物鏡 (lO)將釆集的圖像投影到一個(gè)或者多個(gè)具有光敏的像素(lll, 112， ...211，212,…)的光電圖像傳感器(100; 200; 41; 42)上，其特征在于，用于在至少一個(gè)圖像傳感器(100; 200; 41; 42)和在其上 投影的圖像之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置(51， 52， 55)，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)是在圖像拍攝 期間通過(guò)至少一個(gè)光電圖像傳感器(100; 200; 41; 42 )在像素平面的運(yùn)動(dòng)和/或至少一個(gè)用于將該圖像在圖像傳感器像素平面中移位到圖像傳感器(100; 200; 41; 42)上的光學(xué)元件(56 )的運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生的，其中，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置 向量占據(jù)具有分別預(yù)先確定的停留時(shí)間的預(yù)先確定的停留位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述圖像拍攝設(shè)備，其特征在于，使用所述用于圖像傳 感器和圖像之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置，用于同時(shí)產(chǎn)生附加的、至少在圖像拍攝的曝 光時(shí)間內(nèi)恒定的、在像素平面中圖像傳感器和圖像之間以預(yù)先給出的量和預(yù)先 給出的方向的移位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的圖像拍攝設(shè)備，其特征在于，存儲(chǔ)裝置， 該存儲(chǔ)裝置用來(lái)存儲(chǔ)圖像傳感器的和/或用于圖像移位的光學(xué)元件的至少 一個(gè) 運(yùn)動(dòng)軌道的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在具有物鏡(10)的圖像拍攝設(shè)備(3)中進(jìn)行空間頻率濾波的方法，該物鏡(10)將采集的圖像投影到一個(gè)或者多個(gè)具有光敏的像素(111，112，113，…；211，212，213，…)的光電圖像傳感器(100；200；41；42)上，其中，在圖像拍攝期間在像素平面中相對(duì)彼此移動(dòng)至少一個(gè)光電圖像傳感器(100；200；41；42)和在其上投影的圖像，其中，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置向量占據(jù)具有分別預(yù)先確定的停留時(shí)間的預(yù)先確定的停留位置。
文檔編號(hào)G03B5/00GK101454714SQ200780018962
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者格爾德·斯圖克勒 申請(qǐng)人:格爾德·斯圖克勒