取像裝置以及影像拍攝方法與流程

2023-12-10 02:12:51

本發明涉及一種光學裝置，且特別涉及一種取像裝置以及影像拍攝方法。

背景技術：

光場影像技術透過鏡頭與透鏡陣列的結合，使光場影像裝置(例如光場相機)所紀錄的影像具有角度資訊。舉例而言，透過光場影像技術可獲得多個具有不同視差的影像。這些具有角度資訊的影像經過處理後，可以使影像具備事後對焦、選擇性對焦、全對焦、多視角、物件分離等效果。現有的光場相機可分為鏡頭陣列(camera array)、非聚焦型光場(non-focused)與聚焦型光場(focused)三種架構。以聚焦型光場為例，聚焦型光場以一主透鏡搭配一透鏡陣列。主透鏡聚焦於透鏡陣列的前方或後方，而透鏡陣列對主透鏡的成像進行再成像。

由於光場相機可產生至少兩個以上不同角度資訊的影像，因此以單一角度資訊的影像來說，光場相機所截取的具有角度資訊影像的像素數與解析度是低於傳統相機的。若光場相機所要取得角度資訊愈多，則基本上經處理後所得到具特定角度資訊影像的像素數量將會愈低。另外，由於光場相機仍需透過光學元件才能將影像傳遞到影像感測器，因此與傳統相機相同地僅具備有限的景深，也就是當採用較大光圈時，會有影像景深縮短的問題。雖然光場相機因其光學結構使其景深略大於傳統相機，但實際上光場相機的景深仍有其範圍限制。

「背景技術」段落只是用來幫助了解本

技術實現要素：
，因此在「背景技術」段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中普通技術人員所知道的公知技術。在「背景技術」段落所揭露的內容，不代表所述內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中普通技術人員所知曉或認知。

發明內容

本發明提供一種取像裝置，其包括可變焦距透鏡元件，以取得具有不同的景深的影像。

本發明提供一種影像拍攝方法，其利用可變焦距透鏡元件，以取得具有不同的景深的影像。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種取像裝置，用以拍攝物體的多個影像。取像裝置包括影像感測元件、第一透鏡元件、第二透鏡元件以及可變焦距透鏡元件。影像感測元件包括多個影像感測畫素，用以感測這些影像。第一透鏡元件用以將來自物體的至少一光束聚焦在第一透鏡元件的焦深範圍(a range of depth of focus)內的聚焦位置。第二透鏡元件配置在第一透鏡元件及影像感測元件之間。可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件及第二透鏡元件之間或者在第一透鏡元件之內，用以調整取像裝置的對焦物距。光束在第一透鏡元件的焦深範圍內的一影像平面上具有一影像寬度，且影像寬度小於第一畫素寬度。

在本發明的一實施例中，上述的可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件之內。第一透鏡元件包括光圈，且可變焦距透鏡元件配置在光圈處。

在本發明的一實施例中，上述的可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件之內。第一透鏡元件包括入瞳處以及出瞳處，且可變焦距透鏡元件配置在入瞳處或出瞳處。

在本發明的一實施例中，上述的可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件及第二透鏡元件之間，且可變焦距透鏡元件配置在影像平面與第一透鏡元件之間。

在本發明的一實施例中，上述的可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件及第二透鏡元件之間，且可變焦距透鏡元件配置在影像平面與第二透鏡元件之間。

在本發明的一實施例中，上述的光束通過可變焦距透鏡元件，且可變焦距透鏡元件將光束調變為具有非圓對稱波前的光束。

在本發明的一實施例中，上述的影像寬度小於第二畫素寬度，且第二畫素寬度小於第一畫素寬度。

在本發明的一實施例中，上述的光束通過可變焦距透鏡元件，且可變焦距透鏡元件將光束調變為具有圓對稱波前的光束。

在本發明的一實施例中，上述的影像感測元件包括影像感測器以及影像處理器。影像感測器包括這些影像感測畫素，用以感測這些影像。影像處理器電連接可變焦距透鏡元件，用以控制可變焦距透鏡元件調整取像裝置對焦的物距，從而使影像感測器在多個不同時間點感測具有不同倍率的這些影像。

在本發明的一實施例中，上述的影像處理器對具有不同倍率的這些影像進行倍率調整操作，以將這些影像的倍率調整為一致。

在本發明的一實施例中，上述的影像處理器對倍率一致的這些影像進行光場影像處理，以將這些影像從光場影像轉換為非光場影像。

在本發明的一實施例中，上述的影像處理器對經光場影像處理的這些影像進行影像選取操作，以從這些影像當中選取至少部分區域，並且結合所選取的至少部分區域，形成景深影像。

在本發明的一實施例中，上述的影像處理器對經光場影像處理的這些影像進行像差校正操作，以提升這些影像的解析度。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種影像拍攝方法。影像拍攝方法利用取像裝置來拍攝物體的景深影像。取像裝置包括依序排列的第一透鏡元件、第二透鏡元件以及影像感測元件。取像裝置還包括可變焦距透鏡元件。可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件及第二透鏡元件之間或者在第一透鏡元件之內。影像拍攝方法包括控制可變焦距透鏡元件來調整取像裝置的對焦物點。第一透鏡元件具有焦深範圍。利用第一透鏡元件，將來自物體的光束聚焦在焦深範圍內的聚焦位置。光束在焦深範圍的影像平面上具有影像寬度，且影像寬度小於第一畫素寬度。利用第二透鏡元件，將來自第一透鏡元件的光束成像在影像感測元件。利用影像感測元件，在多個不同時間點感測具有不同倍率的這些影像。將具有不同倍率的這些影像的倍率調整為一致。從倍率一致的這些影像當中選取至少部分區域，並且結合所選取的至少部分區域，形成景深影像。

在本發明的一實施例中，上述的影像拍攝方法還包括利用可變焦距透鏡元件將光束調變為具有非圓對稱波前的光束。

在本發明的一實施例中，上述的影像寬度小於第二畫素寬度，且第二畫素寬度小於第一畫素寬度。

在本發明的一實施例中，上述的影像拍攝方法還包括利用可變焦距透鏡元件將光束調變為具有圓對稱波前的光束。

在本發明的一實施例中，上述的影像拍攝方法還包括利用影像感測元件對倍率一致的這些影像進行光場影像處理，以將這些影像從光場影像轉換為非光場影像。

在本發明的一實施例中，上述的影像處理器對經光場影像處理的這些影像進行像差校正操作，以提升這些影像的解析度。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明實施例中，取像裝置包括可變焦距透鏡元件，其影像拍攝方法利用可變焦距透鏡元件來調整取像裝置的焦距。因此，光束在影像平面的影像寬度小於預設畫素寬度，以取得具有不同的景深的影像。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A為本發明一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖1B為圖1A中區域A1的放大示意圖。

圖2為本發明另一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖3A為本發明又一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖3B為本發明再一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖4為本發明另一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖5A為本發明又一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖5B為圖5A中區域A2的放大示意圖。

圖6為本發明再一實施例的取像裝置的剖面示意圖。

圖7為本發明一實施例的影像感測元件的方塊示意圖。

圖8為本發明一實施例的影像拍攝方法的步驟流程圖。

具體實施方式

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1A為本發明一實施例的取像裝置的剖面示意圖，請參考圖1A。在本實施例中，取像裝置100用以拍攝物體OB的多個影像(未示出)。取像裝置100包括影像感測元件110、第一透鏡元件120、第二透鏡元件130以及可變焦距透鏡元件140。第二透鏡元件130配置在第一透鏡元件120及影像感測元件110之間，且可變焦距透鏡元件140配置在第一透鏡元件120及第二透鏡元件130之間。具體而言，影像感測元件110、第一透鏡元件120、第二透鏡元件130以及可變焦距透鏡元件140位於第一透鏡元件120的光軸OA上。當可變焦距透鏡元件140尚未被驅動，而不會改變折射率的情況下，第一透鏡元件120包括主透鏡122，主透鏡122具有焦深範圍(a range of depth of focus)DF2，用以將來自物體OB的光束聚焦在焦深範圍DF2內，具體而言，物體OB的光束透過主透鏡122可聚焦於光軸OA上的範圍。

在本實施例中，可變焦距透鏡元件140用以調整取像裝置100的對焦位置。具體而言，可變焦距透鏡元件140例如是一液晶透鏡(liquid crystal lens)或是其他可改變光焦度的光電元件。可變焦距透鏡元件140適於透過施加電壓而改變其光焦度(focal power)。在一些實施例中，可變焦距透鏡元件140亦可以透過其他方式使其光焦度改變。本實施例中，透過可變焦距透鏡元件140的光焦度改變，取像裝置100即可選擇性地使物體OB上不同位置的光束在通過第一透鏡元件120以及可變焦距透鏡元件140後聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內。舉例而言，本實施例的第一透鏡元件120的主透鏡122在物體OB上包括多個物點OFa、OFb、OFc。這些物點OFa、OFb、OFc與主透鏡122的中心O的距離不相同。具體而言，物點OFa與中心O的距離等於物距Da，物點OFb與中心O的距離等於物距Db，而物點OFc與中心O的距離等於物距Dc。物距Dc大於物距Db，而物距Db大 於物距Da。在本實施例中，可變焦距透鏡元件140例如透過施加電壓而調整其光焦度。取像裝置100可選擇性地使物體OB的物點OFa位置的光束L1依序通過第一透鏡元件120的主透鏡122以及可變焦距透鏡元件140，並且聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內。或者，透過可變焦距透鏡元件140的光焦度調整，取像裝置100可選擇性地使物體OB的物點OFb位置的光束L2依序通過第一透鏡元件120的主透鏡122以及可變焦距透鏡元件140，並且聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內。此外，透過可變焦距透鏡元件140的光焦度調整，取像裝置100也可選擇性地使物體OB的物點OFc位置的光束L3依序通過第一透鏡元件120的主透鏡122以及可變焦距透鏡元件140，並且聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內。

在本實施例中，物點OFa、OFb、OFc用以示例性地說明可變焦距透鏡元件140用以調整取像裝置100的對焦物點，使來自不同位置的光束在通過第一透鏡元件120以及可變焦距透鏡元件140後得以聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內。值得注意的是，物體OB的物點OFa、OFb、OFc並非用以限定本發明，任何熟知本技術領域的人員在參照本發明之後，當可應用本發明的原則對其參數或設定作適當的改動，以致使其設定的數據改變，但都仍屬於本發明的範圍內。舉例而言，物體OB的物點可以位於物體OB上的任意位置，或者是不位於物體OB上。另外，物體OB可以是任何有形的物件、景象或是影像。此外，進入取像裝置100的光束可以來自空間中任何主動或被動的光源，本發明並不限於此。

請繼續參考圖1A。在本實施例中，來自物體OB的光束聚焦於焦深範圍DF2的範圍內，並且進入第二透鏡元件130。接著，影像感測元件110接收通過第二透鏡元件130的此光束。具體而言，第二透鏡元件130例如包括一微透鏡陣列(micro lens array,MLA)。影像感測元件110包括多個影像感測畫素(未示出)，用以感測這些影像。具體而言，各影像感測畫素作為感測光信號的基礎單元(cell)，並具有一預設的畫素尺寸。在本實施例中，影像感測元件110例如包括電荷耦合元件影像感測器(charge coupled device image sensor,CCD image sensor)或互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感測器等類似的裝置，本發明並不加以限制。另外，在本實施例中，取像裝置100例如是聚 焦型的光場相機。然而在其他實施例中，取像裝置100亦可以是非聚焦型的光場相機、其他類型的光場相機或是其他類型的光學取像裝置，本發明並不限於此。

圖1B為圖1A中區域A1的放大示意圖，請同時參考圖1A以及圖1B。在本實施例中，可變焦距透鏡元件140將光束L1、L2、L3調變為具有圓對稱波前的光束。經由可變焦距透鏡元件140的光焦度的適當調整，第一透鏡元件120的主透鏡122以及可變焦距透鏡元件140可以選擇性地將來自物體OB的物點OFa、OFb、OFc位置的光束L1、L2、L3分別聚焦在聚焦位置IFa、IFb、IFc。在本實施例中，聚焦位置IFa、IFb、IFc落在焦深範圍DF2內，且聚焦位置IFa、IFb、IFc位於可變焦距透鏡元件140以及第二透鏡元件130之間。光束L1、L2、L3在分別通過聚焦位置IFa、IFb、IFc之後，於焦深範圍DF2的影像平面IP上分別具有影像寬度IWa、IWb、IWc。另外，本實施例的焦深範圍DF2例如是具有範圍的兩側邊界，本實施例的影像平面IP在焦深範圍DF2的位置範圍中位於遠離第一透鏡元件120的一側。具體而言，這些影像寬度IWa、IWb、IWc小於第二畫素寬度PW2，且第二畫素寬度PW2例如是影像感測元件110的中五個影像感測畫素(未示出)的寬度總合，然而此寬度總合併不用以限定本發明。在一些實施例中，第二畫素寬度PW2可以對應於可變焦距透鏡元件140對光束L1、L2、L3的調變，而採用其他數量的影像感測畫素的寬度總合。或者，在一些實施例中，第二畫素寬度PW2亦可以根據取像裝置100的不同設計而採用不同的寬度，本發明並不限於此。

在本實施例中，可變焦距透鏡元件140可以通過調整取像裝置100的對焦物點，選擇性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物點OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3在經過第一透鏡元件120的主透鏡122以及可變焦距透鏡元件140之後，聚焦在一較小的範圍內。具體而言，聚焦位置IFa和聚焦位置IFb之間的距離小於物點OFa和物點OFb的距離，而聚焦位置IFb和聚焦位置IFc之間的距離小於物點OFb和物點OFc的距離。因此，光束L1、L2、L3在焦深範圍DF2的影像平面IP上的影像寬度IWa、IWb、IWc也隨的限制在一較小的範圍內。在本實施例中，可變焦距透鏡元件140例如透過施加電壓而改變其光焦度，而得以在一特定範圍內選擇一物點，使此物 點位置發出的光束聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內，並且此特定範圍內的物點位置發出的光束，在焦深範圍DF2的影像平面IP上的影像寬度小於第二畫素寬度PW2。

圖2為本發明另一實施例的取像裝置的剖面示意圖，請參考圖2。在本實施例中，取像裝置200類似於圖1A實施例的取像裝置100。取像裝置200的構件與相關敘述可參考取像裝置100的相關敘述，在此不再贅述。取像裝置200與取像裝置100主要的差異在於，取像裝置200的第一透鏡元件220包括主透鏡222、光圈224以及次透鏡226，但不限於此，可依實際設計情況增加或減少光學元件。在本實施例中，主透鏡222、光圈224以及次透鏡226位於第一透鏡元件220的光軸OA上，且光圈224配置於主透鏡222與次透鏡226之間。可變焦距透鏡元件240配置第一透鏡元件220之內，且配置在光圈224處。

在本實施例中，通過調整可變焦距透鏡元件240以選擇性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物點OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3在經過第一透鏡元件220的主透鏡222、可變焦距透鏡元件240以及次透鏡226之後，聚焦在一較小的範圍內。具體而言，可變焦距透鏡元件240例如透過施加電壓而改變其光焦度，而得以在一特定範圍內選擇一物點，使此物點位置發出的光束聚焦在焦深範圍內，並且此特定範圍內自物點位置發出的光束在焦深範圍的影像平面上的影像寬度小於第二畫素寬度。在本實施例中，取像裝置可以配合主透鏡222以及可變焦距透鏡元件240而採用適當的次透鏡226，使光束L1、L2、L3聚焦在一較小的範圍內。具體而言，次透鏡226的數量可以是一個或者是多個，而次透鏡226的形狀和樣式可以依據取像裝置200的不同設計而調整，本發明並不限於此。

圖3A為本發明又一實施例的取像裝置的剖面示意圖，請參考圖3A。在本實施例中，取像裝置300A類似於圖2實施例的取像裝置200。取像裝置300A的構件與相關敘述可參考取像裝置200的相關敘述，在此便不再贅述。取像裝置300A與取像裝置200主要的差異在於，取像裝置300A的第一透鏡元件320A包括主透鏡322A、光圈324A以及次透鏡326A。在本實施例中，第一透鏡元件320A包括一入瞳處327A以及一出瞳處328A。從第一透鏡元件320A的物側沿著光軸OA方向觀看光圈324A所在的位置即 為入瞳處327A所在的位置，而從第一透鏡元件320A的像側沿著光軸OA方向觀看光圈324A所在的位置即為出瞳處328A所在的位置。具體而言，第一透鏡元件320A的物側沿著光軸OA方向而隔著主透鏡322A觀看光圈324A所在的位置即為入瞳處327A所在的位置，而從第一透鏡元件320A的像側沿著光軸OA方向而隔著次透鏡326A觀看光圈324A所在的位置即為出瞳處328A所在的位置。在本實施例中，可變焦距透鏡元件340A配置在入瞳處327A。

圖3B為本發明再一實施例的取像裝置的剖面示意圖，請參考圖3B。在本實施例中，取像裝置300B類似於圖3A實施例的取像裝置300A。取像裝置300B的構件與相關敘述可參考取像裝置300A的相關敘述，在此便不再贅述。取像裝置300B與取像裝置300A主要的差異例如在於，取像裝置300B的第一透鏡元件320B包括主透鏡322B、光圈324B以及次透鏡326B。在本實施例中，第一透鏡元件320B包括一入瞳處327B以及一出瞳處328B，且可變焦距透鏡元件340B配置在出瞳處328B。

圖4為本發明另一實施例的取像裝置的剖面示意圖，請參考圖4。在本實施例中，取像裝置400類似於圖1A實施例的取像裝置100。取像裝置400的構件與相關敘述可參考取像裝置100的相關敘述，在此便不再贅述。取像裝置400與取像裝置100主要的差異例如在於，取像裝置400的可變焦距透鏡元件440配置在第一透鏡元件420及第二透鏡元件130之間。在本實施例中，第一透鏡元件420的主透鏡422將來自物體OB的物點OFa位置的光束L1聚焦在位於光軸OA上的聚焦位置IFa。第一透鏡元件420的主透鏡422將來自物體OB的物點OFb位置的光束L2聚焦在位於光軸OA上的聚焦位置IFb。另外，第一透鏡元件420的主透鏡422將來自物體OB的物點OFc位置的光束L3聚焦在位於光軸OA上的聚焦位置IFc。具體而言，可變焦距透鏡元件440配置在這些聚焦位置IFa、IFb、IFc與第二透鏡元件130之間，且配置在第一透鏡元件420的焦深範圍(未示出)的影像平面IP與第二透鏡元件130之間。本實施例中，可變焦距透鏡元件440例如是配置於與第二透鏡元件130距離最近的聚焦位置IFc和第二透鏡元件130之間。來自物體OB的光束L1、L2、L3可分別通過聚焦位置IFa、IFb、IFc之後，進入可變焦距透鏡元件440。可變焦距透鏡元件440例如透過施 加電壓而改變其光焦度，使得來自物體OB的光束L1、L2、L3可適度地偏折，並且進入第二透鏡元件130。接著，影像感測元件110可接收通過第二透鏡元件130的光束L1、L2、L3。在本實施例中，可變焦距透鏡元件140可以通過其光焦度的調整，改變取像裝置400的對焦物點，選擇性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物點OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3由影像感測元件110所接收。

圖5A為本發明又一實施例的取像裝置的剖面示意圖，圖5B為圖5A中區域A2的放大示意圖，請參考圖5A以及圖5B。在本實施例中，取像裝置500類似於圖1A實施例的取像裝置100。取像裝置500的構件與相關敘述可參考取像裝置100的相關敘述，在此便不再贅述。取像裝置500與取像裝置100主要的差異在於，取像裝置500的可變焦距透鏡元件540可將來自物體OB的物點OFd的光束L4調變為具有非圓對稱波前的光束，以增加第一透鏡元件520物方與像方的景深範圍。具體而言，可變焦距透鏡元件540可選擇性地使來自不同位置的光束在通過第一透鏡元件520以及可變焦距透鏡元件540後得以聚焦在焦深範圍DF1的位置範圍中。舉例而言，可變焦距透鏡元件540可使來自物點OFd的光束L4在通過第一透鏡元件520以及可變焦距透鏡元件540後聚焦在焦深範圍DF1的位置範圍中。另外，透過對可變焦距透鏡元件540光焦度的調整，可變焦距透鏡元件540可以使來自物體OB不同於物點OFd的其他物點的光束聚焦在焦深範圍DF1的位置範圍中。在本實施例中，光束L4在焦深範圍DF1的影像平面IP上具有影像寬度IWd。影像寬度IWd小於第一畫素寬度PW1，且第一畫素寬度PW1例如是影像感測元件110之中50個影像感測畫素(未示出)的寬度總合，然而此寬度總合併不用以限定本發明。值得注意的是，由於本實施例的可變焦距透鏡元件540將來自物體OB的物點OFd的光束L4調變為具有非圓對稱波前的光束，因此第一畫素寬度PW1大於圖1A、1B實施例的第二畫素寬度PW2。在其他實施例中，第一畫素寬度PW1的大小以及第一畫素寬度PW1與第二畫素寬度PW2大小關係可以根據取像裝置的不同設計而調整，本發明並不限於此。

圖6為本發明再一實施例的取像裝置的剖面示意圖，請參考圖6。在本實施例中，取像裝置600類似於圖1A實施例的取像裝置100。取像裝置600 的構件與相關敘述可參考取像裝置100的相關敘述，在此便不再贅述。取像裝置600與取像裝置100主要的差異在於，取像裝置600的可變焦距透鏡元件640可選擇性地使來自不同位置的光束在通過第一透鏡元件620以及可變焦距透鏡元件640後得以聚焦，且第二透鏡元件130位於光軸OA的此聚焦位置的焦深範圍內。舉例而言，可變焦距透鏡元件640可選擇性地使來自物點OFa的光束L1、來自物點OFb的光束L2或來自物點OFc的光束L3在通過第一透鏡元件620的主透鏡622以及可變焦距透鏡元件640後聚焦在位於第二透鏡元件130所在位置上對應的焦深位置範圍內。在本實施例中，取像裝置600例如是一非聚焦型光場相機。然而在其他實施例中，取像裝置600亦可以是其他類型的光場相機或是光學取像裝置，本發明並不限於此。

圖7為本發明一實施例的影像感測元件的方塊示意圖，請參考圖7。其中的取像裝置100例如可以是圖1A至圖6實施例的取像裝置100、200、300A、300B、400、500、600當中的任一者，此處是以取像裝置100為例，本發明並不加以限制。在本實施例中，影像感測元件110例如是應用於圖1A實施例的取像裝置100。影像感測元件110包括影像感測器112以及影像處理器114。影像感測器112包括多個影像感測畫素(未示出)，用以感測多個影像。具體而言，影像感測器112感測的這些影像例如是光場影像。舉例而言，取像裝置100的第二透鏡元件130例如包括一微透鏡陣列(示出於圖1A)，此微透鏡陣列上的各微透鏡與部分的這些影像感測畫素相對應。各微透鏡所對應的這些影像感測畫素用以形成一影像。影像感測器112透過第二透鏡元件130形成多個影像。

在本實施例中，影像處理器114耦接影像感測器112以及取像裝置100。影像處理器114接收影像感測器112所感測的多個影像。具體而言，影像處理器114包括信號處理單元115、中央處理單元116、記憶單元117以及控制單元118。影像處理器114例如是中央處理單元(central processing unit,CPU)，或是其他可程式化的一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用一體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)或其他類似 裝置或這些裝置的組合。除此之外，上述的信號處理單元115、中央處理單元116、記憶單元117以及控制單元118亦可各自為不同元件。舉例而言，信號處理單元115例如是圖形處理器(Graphic Processing Unit,GPU)，中央處理單元116例如是一獨立的處理晶片，記憶單元117例如是可移動隨機存取記憶體(random access memory，RAM)、只讀記憶體(read-only memory，ROM)、快閃記憶體(flash memory)或類似元件或上述元件的組合，控制單元118例如是上述的可程式化的一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)或數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)等元件，中央處理單元116與控制單元118亦可整合於同一晶片內，本發明並不限於此。

請參考圖1A、圖1B與圖7，在本實施例中，影像處理器114的中央處理單元116用以通過控制單元118控制可變焦距透鏡元件140來調整取像裝置110的對焦位置。具體而言，中央處理單元116例如是傳送一控制信號至控制單元118，而控制單元118根據控制信號來施加適當的電壓至可變焦距透鏡元件140。舉例而言，取像裝置100通過可變焦距透鏡元件140的改變而調整至第一透鏡元件120的對焦物距至物距Da，因而使物體OB的物點OFa所發出的光束L1聚焦在焦深範圍DF2內的聚焦位置IFa。接著，聚焦在聚焦位置IFa的光束L1通過第二透鏡元件130並由影像感測元件110的影像感測器112所接收。在本實施例中，這些影像的資料由影像感測器112傳送至信號處理單元115，信號處理單元115再將這些影像的資料加以運算而形成這些影像。具體而言，這些影像例如為光場影像集合LIa1。此外，來自不同的微透鏡的這些影像具有多個不同的角度資訊。在一些實施例中，這些影像亦可以根據不同的微透鏡而具有不同的光場資訊。中央處理單元116、記憶單元117以及信號處理單元115彼此相互耦接，記憶單元117用以儲存中央處理單元116以及信號處理單元115的信號指令或影像內容。中央處理單元116用以控制信號處理單元115進行影像處理，且中央處理單元116亦用以控制控制單元118來進而控制可變焦距透鏡元件140。

在本實施例中，取像裝置100通過可變焦距透鏡元件140的改變而調整第一透鏡元件120的對焦物距至物距Db，因而使物體OB的物點OFb所發出的光束L2聚焦在焦深範圍DF2內的聚焦位置IFb。接著，聚焦在聚焦 位置IFb的光束L2通過第二透鏡元件130並由影像感測元件110的影像感測器112所接收，信號處理單元115再將影像資料處理而形成光場影像集合LIb1。同樣地，取像裝置100通過可變焦距透鏡元件140的改變而調整第一透鏡元件120的對焦物距至物距Dc，使得信號處理單元115可將影像的資料處理而形成光場影像集合LIc1。在本實施例中，光場影像集合LIa1、光場影像集合LIb1以及光場影像集合LIc1各自對應的這些光場影像由影像感測器112感測的時間點並不相同。另外，由於光場影像集合LIa1、光場影像集合LIb1以及光場影像集合LIc1分別對應的物距Da、物距Db以及物距Dc並不相同，因此光場影像集合LIa1、光場影像集合LIb1以及光場影像集合LIc1所對應的這些影像具有不同的放大倍率。具體而言，影像處理器114的信號處理單元115用以對具有不同放大倍率的這些影像進行一倍率調整操作，以將光場影像集合LIa1、光場影像集合LIb1以及光場影像集合LIc1所對應的這些影像的放大倍率調整為一致。在本實施例中，信號處理單元115至少根據第一透鏡元件120、第二透鏡元件130以及可變焦距透鏡元件140的控制參數進行倍率調整操作，以對這些影像作放大倍率修正。在一些實施例中，倍率調整操作可以用以將這些影像的放大倍率調整成一致，或者可以將這些影像的放大倍率調整成不一致。另外，在一些實施例中，信號處理單元可以根據取像裝置100的不同設計而根據其他條件或控制參數來對這些影像作放大倍率修正，本發明並不限於此。

在本實施例中，光場影像集合LIa1所對應的這些影像經倍率調整操作後成為光場影像集合LIa2，光場影像集合LIb1所對應的這些影像經倍率調整操作後成為光場影像集合LIb2，而光場影像集合LIc1所對應的這些影像經倍率調整操作後成為光場影像集合LIc2(圖7示意性地將光場影像集合LIa2、LIb2、LIc2示出為層疊狀並僅標示出光場影像集合LIa2)。在本實施例中，光場影像集合LIa2、LIb2、LIc2所對應的這些影像放大倍率一致。光場影像集合LIa2、LIb2、LIc2可選擇性地輸出至一輸出及使用者事件端119以提供給使用者。

在本實施例中，影像處理器114的信號處理單元115可對光場影像集合LIa2、LIb2、LIc2所對應的這些影像進行一光場影像處理，以將這些影像從光場影像轉換為非光場影像。具體而言，本實施例的光場影像集合 LIa2、LIb2、LIc2所對應的這些影像至少具有多個對應於不同微透鏡的角度資訊。在本實施例中，信號處理單元115根據這些對應於不同微透鏡的角度資訊而將光場影像集合LIa2所對應的這些影像進行影像處理。這些影像經過影像處理後結合而形成一非光場影像LIa3。同樣地，信號處理單元115根據這些對應於不同微透鏡的角度資訊而將光場影像集合LIb2以及光場影像集合LIc2所分別對應的這些影像進行影像處理。光場影像集合LIb2所對應的這些影像以及光場影像集合LIc2所對應的這些影像分別經過影像處理後結合而形成一非光場影像LIb3以及一非光場影像LIc3(圖7示意性地將非光場影像LIa3、Lib3、LIc3示出為層疊狀並僅標示出非光場影像LIa3)。非光場影像LIa3、非光場影像LIb3、非光場影像LIc3可選擇性地輸出至輸出及使用者事件端119以提供給使用者。另外，使用者亦可以透過輸出及使用者事件端119以提供指令來控制光場影像處理的方式。舉例而言，在一些實施例中，信號處理單元115可以根據這些對應於不同微透鏡的光場資訊而將光場影像集合所對應的這些影像進行影像處理，以形成一個或多個非光場影像。另外，在一些實施例中，信號處理單元115亦可以根據特定的影像處理方式，來將光場影像集合所對應的這些影像轉換成一個或多個非光場影像，本發明並不限於此。

在本實施例中，影像處理器114的信號處理單元115可對經光場影像處理的這些影像進行一像差校正(aberration correction)操作，以提升這些影像的解析度。具體而言，信號處理單元115可對經光場影像處理的非光場影像LIa3、LIb3、LIc3進行像差校正操作，以提升非光場影像LIa3、LIb3、LIc3的影像解析度。像差校正操作例如是包括球面像差(spherical aberration)的校正、彗差(coma aberration)的校正、色差(chromatic aberration)的校正、畸變像差(distortion aberration)的校正、枕形畸變(pincushion aberration)的校正、桶形像差(barrel aberration)的校正或其他種類像差的校正。非光場影像LIa3、LIb3、LIc3通過像差校正操作而分別轉換成具有較高影像解析度的非光場影像LIa4、LIb4、LIc4(圖7示意性地將非光場影像LIa4、Lib4、LIc4示出為層疊狀並僅標示出非光場影像LIa4)。另外，非光場影像LIa4、非光場影像LIb4、非光場影像LIc4可選擇性地輸出至輸出及使用者事件端119以提供給使用者。除此之外，在一些實施例中，信 號處理單元115可根據可變焦距透鏡元件140的波前資訊將非光場影像LIa3、LIb3、LIc3的影像解析度提升，或者信號處理單元115亦可以根據其他設定而將非光場影像LIa3、LIa3、LIa3的影像解析度進行調整，本發明並不限於此。

在本實施例中，影像處理器114的信號處理單元115可對經光場影像處理的這些影像進行一影像選取操作，以從這些影像當中選取至少部分區域，並且結合所選取的至少部分區域，形成一景深影像。具體而言，信號處理單元115對經光場影像處理且經像差校正操作的非光場影像LIa4、LIa4、LIa4進行影像選取操作。在本實施例中，非光場影像LIa4例如對應於第一透鏡元件120的物距Da，且非光場影像LIa4對應於物點OFa的部分區域是清楚的。非光場影像LIb4對應於第一透鏡元件120的物距Db，且非光場影像LIb4對應於物點OFb的部分區域是清楚的。另外，非光場影像LIc4對應於第一透鏡元件120的物距Dc。且非光場影像LIc4對應於物點OFc的部分區域是清楚的。信號處理單元115選取非光場影像LIa4對應於物點OFa的部分區域，並選取非光場影像LIb4對應於物點OFb的部分區域，且選取非光場影像LIc4對應於物點OFc的部分區域。具體而言，信號處理單元115至少結合所選取的對應於物點OFa的部分區域、對應於物點OFb的部分區域以及對應於物點OFc的部分區域，形成一景深影像DI。在本實施例中，景深影像DI可選擇性地輸出至輸出及使用者事件端119以提供給使用者。另外，使用者亦可以透過輸出及使用者事件端119以提供指令來控制影像選取操作的處理方式。

在本實施例中，由於景深影像DI包括對應於物距Da的非光場影像LIa4的較清楚的區域、對應於物距Db的非光場影像LIb4的較清楚的區域以及對應於物距Dc的非光場影像LIc4的較清楚的區域，因此景深影像DI相對於非光場影像LIa4、LIb4、LIc4而言具有較大的景深。然而在一些實施例中，信號處理單元115亦可以依據使用者的不同需求，而對非光場影像LIa4、LIb4、LIb4的部分區域作其他形式的結合，而形成景深相同於非光場影像LIa4、非光場影像LIb4或非光場影像LIc4的景深影像DI。或者信號處理單元115亦可以形成景深小於非光場影像LIa4、LIb4、LIc4的景深影像DI，本發明並不限於此。除此之外，信號處理單元115亦可以依據使用者的不 同需求，而選取非光場影像LIa4、LIb4、LIb4的部分區域作其他的影像處理或應用，本發明亦不限於此。

請繼續參考圖1A、圖1B以及圖7。在本實施例中，可變焦距透鏡元件140可選擇性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物點OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3在經過第一透鏡元件120的主透鏡122以及可變焦距透鏡元件140之後，得以分別聚焦在焦深範圍DF2內的聚焦位置IFa、IFb、IFc。另外，光束L1、L2、L3在焦深範圍DF2的影像平面IP上的影像寬度IWa、IWb、IWc小於第二畫素寬度PW2。因此，透過可變焦距透鏡元件140的光焦度改變，取像裝置100可選擇性地使物體OB上不同位置的光束在通過第一透鏡元件120以及可變焦距透鏡元件140後聚焦在焦深範圍DF2的位置範圍內。接著，來自物體OB的光束進入第二透鏡元件130並且由影像感測元件110接收。影像感測元件110透過可變焦距透鏡元件140的光焦度改變而得以產生光場影像集合LIa1、光場影像集合LIb1以及光場影像集合LIc1所對應的這些光場影像。同時，光場影像集合LIa1、光場影像集合Lib1以及光場影像集合LIc1分別對應於物距Da、物距Db以及物距Dc，且光場影像集合LIa1、光場影像集合LIb1以及光場影像集合LIc1所對應的這些影像得以通過如圖7實施例所述的影像處理而得到景深影像DI。另外，透過影像處理器114的影像選取操作，景深影像DI可以透過影像結合來達成不同的景深。因此，取像裝置100產生的光場影像集合LIa1、LIb1、LIc1所對應的這些光場影像可以透過影像結合來形成景深影像DI，而景深影像DI可以具有不同的景深。除此之外，圖7實施例所述的影像處理還包括對非光場影像LIa3、LIb3、LIc3進行像差校正操作，以形成具有較高影像解析度的非光場影像LIa4、LIb4、LIc4。因此通過非光場影像LIa4、LIb4、LIc4所形成的景深影像DI也具有較高的影像解析度。

在上述的一些實施例中，如同圖1A、1B實施例的取像裝置100，圖2實施例的取像裝置200、圖3A實施例的取像裝置300A、圖3B實施例的取像裝置300B、圖4實施例的取像裝置400、圖5A、5B實施例的取像裝置500以及圖6實施例的取像裝置600產生的多個光場影像亦可以透過圖7實施例的影像結合來達成不同的景深。

圖8為本發明一實施例之影像拍攝方法的步驟流程圖，請參考圖8。所 述影像拍攝方法例如是可應用在圖1A、1B的取像裝置100、圖2的取像裝置200、圖3A的取像裝置300A、圖3B的取像裝置300B、圖4的取像裝置400、圖5A、5B的取像裝置500以及圖6的取像裝置600。所述影像拍攝方法包括如下步驟。在步驟S800中，控制可變焦距透鏡元件，來調整取像裝置的對焦物點。接著，在步驟S810中，利用第一透鏡元件，將來自物體的一光束聚焦在焦深範圍內的聚焦位置。在本實施例中，根據可變焦距透鏡元件的結構，光束例如是被調變為非圓對稱波前的光束或是圓對稱波前的光束。

在步驟S820中，利用第二透鏡元件，將來自第一透鏡元件的光束成像在影像感測元件。在步驟S830中，利用影像感測元件對倍率一致的這些影像進行光場影像處理，以將這些影像從光場影像轉換為非光場影像。之後，在步驟S840中，利用影像感測元件，在多個不同時間點感測具有不同倍率的這些影像，將具有不同倍率的這些影像的倍率調整為一致，再從倍率一致的這些影像當中選取至少部分區域，並且結合所選取的至少部分區域，形成景深影像。

另外，本發明的實施例的影像拍攝方法可以由圖1至圖7實施例的敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。本發明的實施例中，取像裝置的第一透鏡元件具有焦深範圍，用以將來自物體的至少一光束聚焦在焦深範圍內的聚焦位置。可變焦距透鏡元件配置在第一透鏡元件及第二透鏡元件之間或者在第一透鏡元件之內，用以調整取像裝置的對焦物距。光束在焦深範圍的影像平面上具有影像寬度，且影像寬度小於第一畫素寬度。因此，取像裝置可以透過可變焦距透鏡元件取得具有不同的景深的影像。另外，本發明實施例影像拍攝方法包括利用可變焦距透鏡元件來調整取像裝置的對焦物點。利用影像感測元件在多個不同時間點感測具有不同倍率的影像。將具有不同倍率的這些影像的倍率調整為一致。從倍率一致的這些影像當中選取至少部分區域，並且結合所選取的至少部分區域，形成景深影像。因此，影像拍攝方法可以取得具有不同的景深的影像。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施的 範圍，凡依本發明權利要求及發明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或權利要求不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件檢索之用，並非用來限制本發明的權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

【符號說明】

100、200、300A、300B、400、500、600：取像裝置

110：影像感測元件

112：影像感測器

114：影像處理器

115：信號處理單元

116：中央處理單元

117：記憶單元

118：控制單元

119：輸出及使用者事件端

120、220、320A、320B、420、520、620：第一透鏡元件

122、222、322A、322B、422、522、622：主透鏡

224、324A、324B：光圈

226、326A、326B：次透鏡

130：第二透鏡元件

140、240、340A、340B、440、540、640：可變焦距透鏡元件

327A、327B：入瞳處

328A、328B：出瞳處

A1、A2：區域

Da、Db、Dc、Dd：物距

DF1、DF2：焦深範圍

DI：景深影像

IFa、IFb、IFc：聚焦位置

IP：影像平面

IWa、IWb、IWc、IWd：影像寬度

L1、L2、L3、L4：光束

LIa1、LIa2、LIb1、LIb2、LIc1、LIc2：光場影像集合

LIa3、LIa4、LIb3、LIb4、LIc3、LIc4：非光場影像

O：中心

OA：光軸

OB：物體

OFa、OFb、OFc、OFd：物點

PW1：第一畫素寬度

PW2：第二畫素寬度

S800、S810、S820、S830、S840：影像拍攝方法的步驟