實物攝影機的製作方法

2023-05-08 06:29:56

專利名稱：實物攝影機的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種實物攝影機，且特別是有關於一種可擴大景深的實物攝影機。
背景技術：
實物攝影機自從出現以來，隨著科技的發展被運用到各種領域，由消費產品至高科技產品，其應用範圍相當廣泛。實物攝影機經常應用於大型會議演講上以投影方法放大標的物，或是應用於商業上的投影式屏幕或電視，以配合簡報的內容做實時畫面的呈現。
實物攝影機為一種較為方便的投影工具，可以不需要將欲簡報的標的物預先製成電子式的影像文件或文檔文件，即可直接呈現標的物在投影屏幕上。實物投影機是通過將欲簡報的標的物置於鏡頭的取像範圍內，再直接將拍攝的影像，呈現在投影屏幕上。因此，實物投影機可以減少簡報人員準備簡報數據所需的時間，並提供標的物實時狀態的變化，是為相當便利的器具。 已知實物攝影機的鏡頭採用的對焦技術，大部分通過移動鏡頭的位置尋求較佳的影像的解析度，達到對焦的目的。然而，因為移動鏡頭需要許多精密的電子機械配合，設計上較為繁複且成本昂貴。再者，移動鏡頭需要耗費不少時間，使用者必須等待實物攝影機對焦的時間。 為了改善上述問題，目前業界普遍透過延伸景深技術(Extended-D印th-of-Field， EDoF)來免除移動鏡頭進行對焦的動作。所謂景深是指在光學系統中呈現為可接受影像質量中聚焦的最遠對象和最近對象之間的距離的量。延伸景深技術通過擴大景深，使得當待攝對象置放於其景深範圍內時，鏡頭便可擷取到清晰的影像。
雖然延伸景深技術有助於將景深擴大，但是仍有其限制。具體來說，延伸景深技術無法適用於小物距的情況。目前已知的技術中，延伸景深技術能應用的景深通常介於數十釐米到數米之間，最遠距離理想為無限遠處。舉例來說，以0mniVision Technologies Inc.出產的晶片0V3642 Color CMOS QXGA(3. 1Meg即ixel)CameraChip為例，其適用的景深範圍從20釐米到無限遠處。由此可知，當物距小於其下限如20釐米時，延伸景深技術將無法適用。 在實物攝影機的領域中，實物攝影機經常處在物距小於上述延伸景深技術適用景深的下限的情況。在延伸景深技術無法適用的情況，實物攝影機仍得仰賴移動鏡頭來進行對焦，不僅設計上較為繁複且成本昂貴，還要耗費等對焦的時間。 有鑑於此，需要一種新的實物攝影機，其可應用延伸景深技術擴大其景深範圍，而且還可適用於物距小於延伸景深技術的景深下限的情況。

發明內容
本發明一方面提出一種實物攝影機，利用延伸景深技術搭配近攝組件，擴大其景深範圍並且突破延伸景深技術短物距的限制，取代傳統移動鏡頭的對焦方式。
實物攝影機包含一液態鏡頭和一延伸景深模塊。液態鏡頭電性連接控制電路，根
據控制電路提供的電壓改變液態鏡頭的屈光度。 液態鏡頭的作用是用以將來自物的光形成像，物和像均位於液態鏡頭的同一側，
物和液態鏡頭的距離小於像和液態鏡頭的距離。換言之，液態鏡頭可將物距較小的物映射成像距較大的像。 延伸景深模塊耦接液態鏡頭，以擷取液態鏡頭所形成的像。延伸景深模塊系利用相位編碼技術數字處理所擷取到的像。 延伸景深模塊至少包含相位編碼器、信號處理器和數字影像處理器。相位編碼器
用以對像進行相位編碼。信號處理器用以將相位編碼後的像轉換為數位訊號。數字影像處
理器電性連接信號處理器，用以將數位訊號轉換成為影像信號。 在本發明的一實施例中，延伸景深模塊還包含數個鏡頭耦接相位編碼器。 在本發明的另一實施例中，信號處理器包含感應器和一模擬數字轉換器。感應器
用以根據相位編碼後的像的光強度，轉換模擬信號。模擬數字轉換器電性連接感應器，用以
將模擬信號轉換成數位訊號。 在本發明的另一實施例中，數字影像處理器包含一解碼器。解碼器電性連接信號處理器，用以解碼數位訊號。 本發明的實施例中，延伸景深模塊的景深具有一下限，液態鏡頭的屈光度調整使得其所形成的像到延伸景深模塊的距離大於延伸景深模塊的景深的下限值。本發明的一實施例中，液態鏡頭的屈光度調整使得像到延伸景深模塊的距離大於1米且小於10米。
由上述各實施例可知，實物攝影機利用延伸景深模塊擴大其景深範圍，並且搭配可調動屈光度的液態鏡頭，將短物距的物投射成長像距的像，以突破延伸景深模塊短物距的限制。


為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下 圖1繪示根據本發明一實施例的實物攝影機的結構示意 圖2繪示如圖1所繪示的實物攝影機的作用示意圖。主要組件符號說明100 :實物攝影機110 :液態鏡頭112 :控制電路120 :延伸景深模塊122 :相位編碼器124 :鏡頭126 :信號處理器128 :感應器129 :模擬數字轉換器130 :數字影像處理器132 :解碼器140 :外部顯示裝置10 :物12 :像dl :物距d2 :像距d3 :距離
具體實施例方式
請同時參考圖1和圖2，圖1繪示根據本發明一實施例的實物攝影機100的結構示 意圖，圖2繪示實物攝影機100的作用示意圖。實物攝影機100用以擷取放置於前的物10 的影像。並將其傳送到外部顯示裝置140，例如電視、投影機或計算機屏幕等。
實物攝影機100包含液態鏡頭(liquid lens) 110和延伸景深 (Extended-D印th-of-Field， EDoF)模塊120，兩者互相耦接。延伸景深模塊120用以擴大 實物攝影機100的景深。因此，只要物10放置於實物攝影機100的景深範圍內，實物攝影 機100的鏡頭無須移動其位置便可擷取到清晰的影像。液態鏡頭IIO用以將短距離內的物 10投射到較遠的距離，以增加延伸景深模塊120的適用範圍。逐一詳細說明各組件及其作 用如下。 液態鏡頭110是一種屈光度(dioptor)可調變的鏡頭。通過外界供給的電壓調控 液態鏡頭110內部材料的結構，使得液態鏡頭110的屈光度改變，進而改變其焦距。在本發 明的實施例中，液態鏡頭110電性連接控制電路112。控制電路112提供液態鏡頭110電 壓，並且透過改變電壓來改變液態鏡頭110的屈光度。 液態鏡頭110有很多種。在本發明的一實施例中，是採用法國Varioptic公司所 出產的鏡頭ARCTIC 416，其屈光度調變範圍介於-5(m-l)到13(m-l)之間。
液態鏡頭110用以根據來自於物10的光形成像12，物10和像12均位於液態鏡頭 110的前方。物10和液態鏡頭110之間的距離為物距dl，像12和液態鏡頭110之間的距 離為像距d2，物距dl小於像距d2。在本發明的實施例中，液態鏡頭110的焦距可調整，使 得像12成像於較物10遠之處。 在本發明的實施例中，液態鏡頭110設置位於延伸景深模塊120之前，意即液態鏡 頭110介於延伸景深模塊120和物10之間。由此可知，延伸景深模塊120是擷取液態鏡頭 110所形成的像12，並將像12進行相位編碼處理而產生數字影像。 延伸景深模塊120的景深有一個範圍。為了擴大延伸景深模塊120的適用範圍， 液態鏡頭IIO用以將位於延伸景深模塊120的景深範圍之外的物10映像形成位於延伸景 深模塊120的景深範圍之內的像12。具體而言，液態鏡頭110的屈光度可調整，使得像12 到延伸景深模塊120的距離d3大於延伸景深模塊120的景深的下限，不論物10是否位於 延伸景深模塊120的景深範圍內。 在本發明之實施例中，液態鏡頭110的屈光度可調整，使得像12到延伸景深模塊 120的距離d3大於1米。像12到延伸景深模塊120的距離d3的上限理想值為無線遠，在 實務上其可為10米。 延伸景深模塊120利用相位編碼技術(wave-front coding)對光進行編碼，以數 字方式處理所擷取到的像12，例如用信號處理技術解碼。詳細來說，相位編碼技術是由在 光學系統中插入如相位罩(Phase mask)之類的相位編碼器122，對傳入的光的相位進行轉 換，以獲得另依光學傳遞函數或者點擴散函數。在景深範圍內，此新光學傳遞函數或者點擴 散函數不變或對物距變化不敏感，從而形成模糊的中間成像。接著，再由解碼的方式將這些 中間圖像轉變成清晰的最終成像。相關延伸景深模塊120的工作原理可參考文獻如1995年 4月由Edward Dowski禾卩Thomas Cathey發表於Applied Optics上的文章《Extendedd印th of field through wave—front coding》。
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在本發明的實施例中，延伸景深模塊120包含有一相位編碼器122、一信號處理器 126和一數字影像處理器130。 相位編碼器122設置位於液態鏡頭110後方，用以對所擷取的像12進行相位編 碼。在本發明的實施例中，相位編碼器122和數個鏡頭124耦合，以達到相位編碼器122的 效能。 信號處理器126設置位於相位編碼器122後方，用以將相位編碼後的像12轉換為 數位訊號。信號處理器126包含有一感應器128，用以接收經相位編碼後的像12，根據像12 的光強度轉換出一模擬信號。在本發明的實施例中，信號處理器126可選擇性地包含一模 擬數字轉換器129。模擬數字轉換器129電性連接感應器128，用以將模擬信號轉換成數位訊號。 數字影像處理器130電性連接信號處理器126，用以將數位訊號解碼，並轉換成影 像信號。數字影像處理器130可連接外部顯示裝置140，將影像信號傳送到外部顯示裝置 140上播放。 在本發明的實施例中，數字影像處理器130內建解碼器132。解碼器132電性連接 信號處理器126，用以將數位訊號解碼，以便後續影像處理流程。 延伸景深模塊120的信號處理器126和數字影像處理器130可設置於同一電路 中，諸如集成電路或晶片中。 由本發明的實施例可知，實物攝影機100利用延伸景深模塊120擴大景深範圍。實 物攝影機100利用可調屈光度的液態鏡頭110設置於延伸景深模塊120前，用以將短物距 的物10投射成長像距的像12，進一步擴大景深範圍。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術的 人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍 當視權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
一種實物攝影機，其特徵在於，至少包含一液態鏡頭，電性連接一控制電路，根據該控制電路提供的電壓改變該液態鏡頭的屈光度，該液態鏡頭用以將來自一物的光形成一像，該物和該像均位於該液態鏡頭的同一側，該物和該液態鏡頭的距離小於該像和該液態鏡頭的距離；以及一延伸景深模塊，耦接該液態鏡頭以擷取該像，用以利用相位編碼技術數字處理該像，該延伸景深模塊至少包含一相位編碼器，用以對該像進行相位編碼；一信號處理器，用以將相位編碼後的該像轉換為數位訊號；以及一數字影像處理器，電性連接該信號處理器，用以將該數位訊號轉換成為一影像信號。
2. 根據權利要求1所述的實物攝影機，其特徵在於，該延伸景深模塊還包含多個鏡頭耦接該相位編碼器。
3. 根據權利要求1所述的實物攝影機，其特徵在於，該信號處理器包含一感應器，用以根據相位編碼後的該像的光強度轉換一模擬信號；以及一模擬數字轉換器，電性連接該感應器，用以將該模擬信號轉換成該數位訊號。
4. 根據權利要求1所述的實物攝影機，其特徵在於，該數字影像處理器包含一解碼器，電性連接該信號處理器，用以解碼該數位訊號。
5. 根據權利要求1所述的實物攝影機，其特徵在於，該延伸景深模塊的景深具有一下限，該液態鏡頭的屈光度調整使得該像到該延伸景深模塊的距離大於該下限。
6. 根據權利要求1所述的實物攝影機，其特徵在於，該液態鏡頭的屈光度調整使得該像到該延伸景深模塊的距離大於1米且小於10米。
全文摘要
本發明揭露一種實物攝影機，包含一液態鏡頭和一延伸景深模塊。液態鏡頭根據控制電路提供的電壓改變其屈光度，並用以將物距較小的物映射成像距較大的像。物和像均位於液態鏡頭的同一側。延伸景深模塊位於液態鏡頭後方，以相位編碼技術數字處理像。延伸景深模塊包含用以對像進行相位編碼的相位編碼器、用以將相位編碼後的像轉換為數位訊號的信號處理器和用以將數位訊號轉換為影像信號的數字影像處理器。
文檔編號G02B26/02GK101790040SQ20101012809
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月5日 優先權日2010年3月5日
發明者林瑞文 申請人:圓展科技股份有限公司