取像装置以及影像拍摄方法与流程

本发明涉及一种光学装置，且特别涉及一种取像装置以及影像拍摄方法。

背景技术：

光场影像技术透过镜头与透镜阵列的结合，使光场影像装置(例如光场相机)所纪录的影像具有角度资讯。举例而言，透过光场影像技术可获得多个具有不同视差的影像。这些具有角度资讯的影像经过处理后，可以使影像具备事后对焦、选择性对焦、全对焦、多视角、物件分离等效果。现有的光场相机可分为镜头阵列(camera array)、非聚焦型光场(non-focused)与聚焦型光场(focused)三种架构。以聚焦型光场为例，聚焦型光场以一主透镜搭配一透镜阵列。主透镜聚焦于透镜阵列的前方或后方，而透镜阵列对主透镜的成像进行再成像。

由于光场相机可产生至少两个以上不同角度资讯的影像，因此以单一角度资讯的影像来说，光场相机所截取的具有角度资讯影像的像素数与分辨率是低于传统相机的。若光场相机所要取得角度资讯愈多，则基本上经处理后所得到具特定角度资讯影像的像素数量将会愈低。另外，由于光场相机仍需透过光学元件才能将影像传递到影像感测器，因此与传统相机相同地仅具备有限的景深，也就是当采用较大光圈时，会有影像景深缩短的问题。虽然光场相机因其光学结构使其景深略大于传统相机，但实际上光场相机的景深仍有其范围限制。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的公知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种取像装置，其包括可变焦距透镜元件，以取得具有不同的景深的影像。

本发明提供一种影像拍摄方法，其利用可变焦距透镜元件，以取得具有不同的景深的影像。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种取像装置，用以拍摄物体的多个影像。取像装置包括影像感测元件、第一透镜元件、第二透镜元件以及可变焦距透镜元件。影像感测元件包括多个影像感测画素，用以感测这些影像。第一透镜元件用以将来自物体的至少一光束聚焦在第一透镜元件的焦深范围(a range of depth of focus)内的聚焦位置。第二透镜元件配置在第一透镜元件及影像感测元件之间。可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件及第二透镜元件之间或者在第一透镜元件之内，用以调整取像装置的对焦物距。光束在第一透镜元件的焦深范围内的一影像平面上具有一影像宽度，且影像宽度小于第一画素宽度。

在本发明的一实施例中，上述的可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件之内。第一透镜元件包括光圈，且可变焦距透镜元件配置在光圈处。

在本发明的一实施例中，上述的可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件之内。第一透镜元件包括入瞳处以及出瞳处，且可变焦距透镜元件配置在入瞳处或出瞳处。

在本发明的一实施例中，上述的可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件及第二透镜元件之间，且可变焦距透镜元件配置在影像平面与第一透镜元件之间。

在本发明的一实施例中，上述的可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件及第二透镜元件之间，且可变焦距透镜元件配置在影像平面与第二透镜元件之间。

在本发明的一实施例中，上述的光束通过可变焦距透镜元件，且可变焦距透镜元件将光束调变为具有非圆对称波前的光束。

在本发明的一实施例中，上述的影像宽度小于第二画素宽度，且第二画素宽度小于第一画素宽度。

在本发明的一实施例中，上述的光束通过可变焦距透镜元件，且可变焦距透镜元件将光束调变为具有圆对称波前的光束。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测元件包括影像感测器以及影像处理器。影像感测器包括这些影像感测画素，用以感测这些影像。影像处理器电连接可变焦距透镜元件，用以控制可变焦距透镜元件调整取像装置对焦的物距，从而使影像感测器在多个不同时间点感测具有不同倍率的这些影像。

在本发明的一实施例中，上述的影像处理器对具有不同倍率的这些影像进行倍率调整操作，以将这些影像的倍率调整为一致。

在本发明的一实施例中，上述的影像处理器对倍率一致的这些影像进行光场影像处理，以将这些影像从光场影像转换为非光场影像。

在本发明的一实施例中，上述的影像处理器对经光场影像处理的这些影像进行影像选取操作，以从这些影像当中选取至少部分区域，并且结合所选取的至少部分区域，形成景深影像。

在本发明的一实施例中，上述的影像处理器对经光场影像处理的这些影像进行像差校正操作，以提升这些影像的分辨率。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种影像拍摄方法。影像拍摄方法利用取像装置来拍摄物体的景深影像。取像装置包括依序排列的第一透镜元件、第二透镜元件以及影像感测元件。取像装置还包括可变焦距透镜元件。可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件及第二透镜元件之间或者在第一透镜元件之内。影像拍摄方法包括控制可变焦距透镜元件来调整取像装置的对焦物点。第一透镜元件具有焦深范围。利用第一透镜元件，将来自物体的光束聚焦在焦深范围内的聚焦位置。光束在焦深范围的影像平面上具有影像宽度，且影像宽度小于第一画素宽度。利用第二透镜元件，将来自第一透镜元件的光束成像在影像感测元件。利用影像感测元件，在多个不同时间点感测具有不同倍率的这些影像。将具有不同倍率的这些影像的倍率调整为一致。从倍率一致的这些影像当中选取至少部分区域，并且结合所选取的至少部分区域，形成景深影像。

在本发明的一实施例中，上述的影像拍摄方法还包括利用可变焦距透镜元件将光束调变为具有非圆对称波前的光束。

在本发明的一实施例中，上述的影像宽度小于第二画素宽度，且第二画素宽度小于第一画素宽度。

在本发明的一实施例中，上述的影像拍摄方法还包括利用可变焦距透镜元件将光束调变为具有圆对称波前的光束。

在本发明的一实施例中，上述的影像拍摄方法还包括利用影像感测元件对倍率一致的这些影像进行光场影像处理，以将这些影像从光场影像转换为非光场影像。

在本发明的一实施例中，上述的影像处理器对经光场影像处理的这些影像进行像差校正操作，以提升这些影像的分辨率。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明实施例中，取像装置包括可变焦距透镜元件，其影像拍摄方法利用可变焦距透镜元件来调整取像装置的焦距。因此，光束在影像平面的影像宽度小于预设画素宽度，以取得具有不同的景深的影像。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明一实施例的取像装置的剖面示意图。

图1B为图1A中区域A1的放大示意图。

图2为本发明另一实施例的取像装置的剖面示意图。

图3A为本发明又一实施例的取像装置的剖面示意图。

图3B为本发明再一实施例的取像装置的剖面示意图。

图4为本发明另一实施例的取像装置的剖面示意图。

图5A为本发明又一实施例的取像装置的剖面示意图。

图5B为图5A中区域A2的放大示意图。

图6为本发明再一实施例的取像装置的剖面示意图。

图7为本发明一实施例的影像感测元件的方块示意图。

图8为本发明一实施例的影像拍摄方法的步骤流程图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A为本发明一实施例的取像装置的剖面示意图，请参考图1A。在本实施例中，取像装置100用以拍摄物体OB的多个影像(未示出)。取像装置100包括影像感测元件110、第一透镜元件120、第二透镜元件130以及可变焦距透镜元件140。第二透镜元件130配置在第一透镜元件120及影像感测元件110之间，且可变焦距透镜元件140配置在第一透镜元件120及第二透镜元件130之间。具体而言，影像感测元件110、第一透镜元件120、第二透镜元件130以及可变焦距透镜元件140位于第一透镜元件120的光轴OA上。当可变焦距透镜元件140尚未被驱动，而不会改变折射率的情况下，第一透镜元件120包括主透镜122，主透镜122具有焦深范围(a range of depth of focus)DF2，用以将来自物体OB的光束聚焦在焦深范围DF2内，具体而言，物体OB的光束透过主透镜122可聚焦于光轴OA上的范围。

在本实施例中，可变焦距透镜元件140用以调整取像装置100的对焦位置。具体而言，可变焦距透镜元件140例如是一液晶透镜(liquid crystal lens)或是其他可改变光焦度的光电元件。可变焦距透镜元件140适于透过施加电压而改变其光焦度(focal power)。在一些实施例中，可变焦距透镜元件140亦可以透过其他方式使其光焦度改变。本实施例中，透过可变焦距透镜元件140的光焦度改变，取像装置100即可选择性地使物体OB上不同位置的光束在通过第一透镜元件120以及可变焦距透镜元件140后聚焦在焦深范围DF2的位置范围内。举例而言，本实施例的第一透镜元件120的主透镜122在物体OB上包括多个物点OFa、OFb、OFc。这些物点OFa、OFb、OFc与主透镜122的中心O的距离不相同。具体而言，物点OFa与中心O的距离等于物距Da，物点OFb与中心O的距离等于物距Db，而物点OFc与中心O的距离等于物距Dc。物距Dc大于物距Db，而物距Db大 于物距Da。在本实施例中，可变焦距透镜元件140例如透过施加电压而调整其光焦度。取像装置100可选择性地使物体OB的物点OFa位置的光束L1依序通过第一透镜元件120的主透镜122以及可变焦距透镜元件140，并且聚焦在焦深范围DF2的位置范围内。或者，透过可变焦距透镜元件140的光焦度调整，取像装置100可选择性地使物体OB的物点OFb位置的光束L2依序通过第一透镜元件120的主透镜122以及可变焦距透镜元件140，并且聚焦在焦深范围DF2的位置范围内。此外，透过可变焦距透镜元件140的光焦度调整，取像装置100也可选择性地使物体OB的物点OFc位置的光束L3依序通过第一透镜元件120的主透镜122以及可变焦距透镜元件140，并且聚焦在焦深范围DF2的位置范围内。

在本实施例中，物点OFa、OFb、OFc用以示例性地说明可变焦距透镜元件140用以调整取像装置100的对焦物点，使来自不同位置的光束在通过第一透镜元件120以及可变焦距透镜元件140后得以聚焦在焦深范围DF2的位置范围内。值得注意的是，物体OB的物点OFa、OFb、OFc并非用以限定本发明，任何熟知本技术领域的人员在参照本发明之后，当可应用本发明的原则对其参数或设定作适当的改动，以致使其设定的数据改变，但都仍属于本发明的范围内。举例而言，物体OB的物点可以位于物体OB上的任意位置，或者是不位于物体OB上。另外，物体OB可以是任何有形的物件、景象或是影像。此外，进入取像装置100的光束可以来自空间中任何主动或被动的光源，本发明并不限于此。

请继续参考图1A。在本实施例中，来自物体OB的光束聚焦于焦深范围DF2的范围内，并且进入第二透镜元件130。接着，影像感测元件110接收通过第二透镜元件130的此光束。具体而言，第二透镜元件130例如包括一微透镜阵列(micro lens array,MLA)。影像感测元件110包括多个影像感测画素(未示出)，用以感测这些影像。具体而言，各影像感测画素作为感测光信号的基础单元(cell)，并具有一预设的画素尺寸。在本实施例中，影像感测元件110例如包括电荷耦合元件影像感测器(charge coupled device image sensor,CCD image sensor)或互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感测器等类似的装置，本发明并不加以限制。另外，在本实施例中，取像装置100例如是聚 焦型的光场相机。然而在其他实施例中，取像装置100亦可以是非聚焦型的光场相机、其他类型的光场相机或是其他类型的光学取像装置，本发明并不限于此。

图1B为图1A中区域A1的放大示意图，请同时参考图1A以及图1B。在本实施例中，可变焦距透镜元件140将光束L1、L2、L3调变为具有圆对称波前的光束。经由可变焦距透镜元件140的光焦度的适当调整，第一透镜元件120的主透镜122以及可变焦距透镜元件140可以选择性地将来自物体OB的物点OFa、OFb、OFc位置的光束L1、L2、L3分别聚焦在聚焦位置IFa、IFb、IFc。在本实施例中，聚焦位置IFa、IFb、IFc落在焦深范围DF2内，且聚焦位置IFa、IFb、IFc位于可变焦距透镜元件140以及第二透镜元件130之间。光束L1、L2、L3在分别通过聚焦位置IFa、IFb、IFc之后，于焦深范围DF2的影像平面IP上分别具有影像宽度IWa、IWb、IWc。另外，本实施例的焦深范围DF2例如是具有范围的两侧边界，本实施例的影像平面IP在焦深范围DF2的位置范围中位于远离第一透镜元件120的一侧。具体而言，这些影像宽度IWa、IWb、IWc小于第二画素宽度PW2，且第二画素宽度PW2例如是影像感测元件110的中五个影像感测画素(未示出)的宽度总合，然而此宽度总合并不用以限定本发明。在一些实施例中，第二画素宽度PW2可以对应于可变焦距透镜元件140对光束L1、L2、L3的调变，而采用其他数量的影像感测画素的宽度总合。或者，在一些实施例中，第二画素宽度PW2亦可以根据取像装置100的不同设计而采用不同的宽度，本发明并不限于此。

在本实施例中，可变焦距透镜元件140可以通过调整取像装置100的对焦物点，选择性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物点OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3在经过第一透镜元件120的主透镜122以及可变焦距透镜元件140之后，聚焦在一较小的范围内。具体而言，聚焦位置IFa和聚焦位置IFb之间的距离小于物点OFa和物点OFb的距离，而聚焦位置IFb和聚焦位置IFc之间的距离小于物点OFb和物点OFc的距离。因此，光束L1、L2、L3在焦深范围DF2的影像平面IP上的影像宽度IWa、IWb、IWc也随的限制在一较小的范围内。在本实施例中，可变焦距透镜元件140例如透过施加电压而改变其光焦度，而得以在一特定范围内选择一物点，使此物 点位置发出的光束聚焦在焦深范围DF2的位置范围内，并且此特定范围内的物点位置发出的光束，在焦深范围DF2的影像平面IP上的影像宽度小于第二画素宽度PW2。

图2为本发明另一实施例的取像装置的剖面示意图，请参考图2。在本实施例中，取像装置200类似于图1A实施例的取像装置100。取像装置200的构件与相关叙述可参考取像装置100的相关叙述，在此不再赘述。取像装置200与取像装置100主要的差异在于，取像装置200的第一透镜元件220包括主透镜222、光圈224以及次透镜226，但不限于此，可依实际设计情况增加或减少光学元件。在本实施例中，主透镜222、光圈224以及次透镜226位于第一透镜元件220的光轴OA上，且光圈224配置于主透镜222与次透镜226之间。可变焦距透镜元件240配置第一透镜元件220之内，且配置在光圈224处。

在本实施例中，通过调整可变焦距透镜元件240以选择性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物点OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3在经过第一透镜元件220的主透镜222、可变焦距透镜元件240以及次透镜226之后，聚焦在一较小的范围内。具体而言，可变焦距透镜元件240例如透过施加电压而改变其光焦度，而得以在一特定范围内选择一物点，使此物点位置发出的光束聚焦在焦深范围内，并且此特定范围内自物点位置发出的光束在焦深范围的影像平面上的影像宽度小于第二画素宽度。在本实施例中，取像装置可以配合主透镜222以及可变焦距透镜元件240而采用适当的次透镜226，使光束L1、L2、L3聚焦在一较小的范围内。具体而言，次透镜226的数量可以是一个或者是多个，而次透镜226的形状和样式可以依据取像装置200的不同设计而调整，本发明并不限于此。

图3A为本发明又一实施例的取像装置的剖面示意图，请参考图3A。在本实施例中，取像装置300A类似于图2实施例的取像装置200。取像装置300A的构件与相关叙述可参考取像装置200的相关叙述，在此便不再赘述。取像装置300A与取像装置200主要的差异在于，取像装置300A的第一透镜元件320A包括主透镜322A、光圈324A以及次透镜326A。在本实施例中，第一透镜元件320A包括一入瞳处327A以及一出瞳处328A。从第一透镜元件320A的物侧沿着光轴OA方向观看光圈324A所在的位置即 为入瞳处327A所在的位置，而从第一透镜元件320A的像侧沿着光轴OA方向观看光圈324A所在的位置即为出瞳处328A所在的位置。具体而言，第一透镜元件320A的物侧沿着光轴OA方向而隔着主透镜322A观看光圈324A所在的位置即为入瞳处327A所在的位置，而从第一透镜元件320A的像侧沿着光轴OA方向而隔着次透镜326A观看光圈324A所在的位置即为出瞳处328A所在的位置。在本实施例中，可变焦距透镜元件340A配置在入瞳处327A。

图3B为本发明再一实施例的取像装置的剖面示意图，请参考图3B。在本实施例中，取像装置300B类似于图3A实施例的取像装置300A。取像装置300B的构件与相关叙述可参考取像装置300A的相关叙述，在此便不再赘述。取像装置300B与取像装置300A主要的差异例如在于，取像装置300B的第一透镜元件320B包括主透镜322B、光圈324B以及次透镜326B。在本实施例中，第一透镜元件320B包括一入瞳处327B以及一出瞳处328B，且可变焦距透镜元件340B配置在出瞳处328B。

图4为本发明另一实施例的取像装置的剖面示意图，请参考图4。在本实施例中，取像装置400类似于图1A实施例的取像装置100。取像装置400的构件与相关叙述可参考取像装置100的相关叙述，在此便不再赘述。取像装置400与取像装置100主要的差异例如在于，取像装置400的可变焦距透镜元件440配置在第一透镜元件420及第二透镜元件130之间。在本实施例中，第一透镜元件420的主透镜422将来自物体OB的物点OFa位置的光束L1聚焦在位于光轴OA上的聚焦位置IFa。第一透镜元件420的主透镜422将来自物体OB的物点OFb位置的光束L2聚焦在位于光轴OA上的聚焦位置IFb。另外，第一透镜元件420的主透镜422将来自物体OB的物点OFc位置的光束L3聚焦在位于光轴OA上的聚焦位置IFc。具体而言，可变焦距透镜元件440配置在这些聚焦位置IFa、IFb、IFc与第二透镜元件130之间，且配置在第一透镜元件420的焦深范围(未示出)的影像平面IP与第二透镜元件130之间。本实施例中，可变焦距透镜元件440例如是配置于与第二透镜元件130距离最近的聚焦位置IFc和第二透镜元件130之间。来自物体OB的光束L1、L2、L3可分别通过聚焦位置IFa、IFb、IFc之后，进入可变焦距透镜元件440。可变焦距透镜元件440例如透过施 加电压而改变其光焦度，使得来自物体OB的光束L1、L2、L3可适度地偏折，并且进入第二透镜元件130。接着，影像感测元件110可接收通过第二透镜元件130的光束L1、L2、L3。在本实施例中，可变焦距透镜元件140可以通过其光焦度的调整，改变取像装置400的对焦物点，选择性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物点OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3由影像感测元件110所接收。

图5A为本发明又一实施例的取像装置的剖面示意图，图5B为图5A中区域A2的放大示意图，请参考图5A以及图5B。在本实施例中，取像装置500类似于图1A实施例的取像装置100。取像装置500的构件与相关叙述可参考取像装置100的相关叙述，在此便不再赘述。取像装置500与取像装置100主要的差异在于，取像装置500的可变焦距透镜元件540可将来自物体OB的物点OFd的光束L4调变为具有非圆对称波前的光束，以增加第一透镜元件520物方与像方的景深范围。具体而言，可变焦距透镜元件540可选择性地使来自不同位置的光束在通过第一透镜元件520以及可变焦距透镜元件540后得以聚焦在焦深范围DF1的位置范围中。举例而言，可变焦距透镜元件540可使来自物点OFd的光束L4在通过第一透镜元件520以及可变焦距透镜元件540后聚焦在焦深范围DF1的位置范围中。另外，透过对可变焦距透镜元件540光焦度的调整，可变焦距透镜元件540可以使来自物体OB不同于物点OFd的其他物点的光束聚焦在焦深范围DF1的位置范围中。在本实施例中，光束L4在焦深范围DF1的影像平面IP上具有影像宽度IWd。影像宽度IWd小于第一画素宽度PW1，且第一画素宽度PW1例如是影像感测元件110之中50个影像感测画素(未示出)的宽度总合，然而此宽度总合并不用以限定本发明。值得注意的是，由于本实施例的可变焦距透镜元件540将来自物体OB的物点OFd的光束L4调变为具有非圆对称波前的光束，因此第一画素宽度PW1大于图1A、1B实施例的第二画素宽度PW2。在其他实施例中，第一画素宽度PW1的大小以及第一画素宽度PW1与第二画素宽度PW2大小关系可以根据取像装置的不同设计而调整，本发明并不限于此。

图6为本发明再一实施例的取像装置的剖面示意图，请参考图6。在本实施例中，取像装置600类似于图1A实施例的取像装置100。取像装置600 的构件与相关叙述可参考取像装置100的相关叙述，在此便不再赘述。取像装置600与取像装置100主要的差异在于，取像装置600的可变焦距透镜元件640可选择性地使来自不同位置的光束在通过第一透镜元件620以及可变焦距透镜元件640后得以聚焦，且第二透镜元件130位于光轴OA的此聚焦位置的焦深范围内。举例而言，可变焦距透镜元件640可选择性地使来自物点OFa的光束L1、来自物点OFb的光束L2或来自物点OFc的光束L3在通过第一透镜元件620的主透镜622以及可变焦距透镜元件640后聚焦在位于第二透镜元件130所在位置上对应的焦深位置范围内。在本实施例中，取像装置600例如是一非聚焦型光场相机。然而在其他实施例中，取像装置600亦可以是其他类型的光场相机或是光学取像装置，本发明并不限于此。

图7为本发明一实施例的影像感测元件的方块示意图，请参考图7。其中的取像装置100例如可以是图1A至图6实施例的取像装置100、200、300A、300B、400、500、600当中的任一者，此处是以取像装置100为例，本发明并不加以限制。在本实施例中，影像感测元件110例如是应用于图1A实施例的取像装置100。影像感测元件110包括影像感测器112以及影像处理器114。影像感测器112包括多个影像感测画素(未示出)，用以感测多个影像。具体而言，影像感测器112感测的这些影像例如是光场影像。举例而言，取像装置100的第二透镜元件130例如包括一微透镜阵列(示出于图1A)，此微透镜阵列上的各微透镜与部分的这些影像感测画素相对应。各微透镜所对应的这些影像感测画素用以形成一影像。影像感测器112透过第二透镜元件130形成多个影像。

在本实施例中，影像处理器114耦接影像感测器112以及取像装置100。影像处理器114接收影像感测器112所感测的多个影像。具体而言，影像处理器114包括信号处理单元115、中央处理单元116、记忆单元117以及控制单元118。影像处理器114例如是中央处理单元(central processing unit,CPU)，或是其他可程式化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊应用一体电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化逻辑装置(Programmable Logic Device,PLD)或其他类似 装置或这些装置的组合。除此之外，上述的信号处理单元115、中央处理单元116、记忆单元117以及控制单元118亦可各自为不同元件。举例而言，信号处理单元115例如是图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)，中央处理单元116例如是一独立的处理晶片，记忆单元117例如是可移动随机存取记忆体(random access memory，RAM)、只读记忆体(read-only memory，ROM)、快闪记忆体(flash memory)或类似元件或上述元件的组合，控制单元118例如是上述的可程式化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)或数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等元件，中央处理单元116与控制单元118亦可整合于同一晶片内，本发明并不限于此。

请参考图1A、图1B与图7，在本实施例中，影像处理器114的中央处理单元116用以通过控制单元118控制可变焦距透镜元件140来调整取像装置110的对焦位置。具体而言，中央处理单元116例如是传送一控制信号至控制单元118，而控制单元118根据控制信号来施加适当的电压至可变焦距透镜元件140。举例而言，取像装置100通过可变焦距透镜元件140的改变而调整至第一透镜元件120的对焦物距至物距Da，因而使物体OB的物点OFa所发出的光束L1聚焦在焦深范围DF2内的聚焦位置IFa。接着，聚焦在聚焦位置IFa的光束L1通过第二透镜元件130并由影像感测元件110的影像感测器112所接收。在本实施例中，这些影像的资料由影像感测器112传送至信号处理单元115，信号处理单元115再将这些影像的资料加以运算而形成这些影像。具体而言，这些影像例如为光场影像集合LIa1。此外，来自不同的微透镜的这些影像具有多个不同的角度资讯。在一些实施例中，这些影像亦可以根据不同的微透镜而具有不同的光场资讯。中央处理单元116、记忆单元117以及信号处理单元115彼此相互耦接，记忆单元117用以储存中央处理单元116以及信号处理单元115的信号指令或影像内容。中央处理单元116用以控制信号处理单元115进行影像处理，且中央处理单元116亦用以控制控制单元118来进而控制可变焦距透镜元件140。

在本实施例中，取像装置100通过可变焦距透镜元件140的改变而调整第一透镜元件120的对焦物距至物距Db，因而使物体OB的物点OFb所发出的光束L2聚焦在焦深范围DF2内的聚焦位置IFb。接着，聚焦在聚焦 位置IFb的光束L2通过第二透镜元件130并由影像感测元件110的影像感测器112所接收，信号处理单元115再将影像资料处理而形成光场影像集合LIb1。同样地，取像装置100通过可变焦距透镜元件140的改变而调整第一透镜元件120的对焦物距至物距Dc，使得信号处理单元115可将影像的资料处理而形成光场影像集合LIc1。在本实施例中，光场影像集合LIa1、光场影像集合LIb1以及光场影像集合LIc1各自对应的这些光场影像由影像感测器112感测的时间点并不相同。另外，由于光场影像集合LIa1、光场影像集合LIb1以及光场影像集合LIc1分别对应的物距Da、物距Db以及物距Dc并不相同，因此光场影像集合LIa1、光场影像集合LIb1以及光场影像集合LIc1所对应的这些影像具有不同的放大倍率。具体而言，影像处理器114的信号处理单元115用以对具有不同放大倍率的这些影像进行一倍率调整操作，以将光场影像集合LIa1、光场影像集合LIb1以及光场影像集合LIc1所对应的这些影像的放大倍率调整为一致。在本实施例中，信号处理单元115至少根据第一透镜元件120、第二透镜元件130以及可变焦距透镜元件140的控制参数进行倍率调整操作，以对这些影像作放大倍率修正。在一些实施例中，倍率调整操作可以用以将这些影像的放大倍率调整成一致，或者可以将这些影像的放大倍率调整成不一致。另外，在一些实施例中，信号处理单元可以根据取像装置100的不同设计而根据其他条件或控制参数来对这些影像作放大倍率修正，本发明并不限于此。

在本实施例中，光场影像集合LIa1所对应的这些影像经倍率调整操作后成为光场影像集合LIa2，光场影像集合LIb1所对应的这些影像经倍率调整操作后成为光场影像集合LIb2，而光场影像集合LIc1所对应的这些影像经倍率调整操作后成为光场影像集合LIc2(图7示意性地将光场影像集合LIa2、LIb2、LIc2示出为层叠状并仅标示出光场影像集合LIa2)。在本实施例中，光场影像集合LIa2、LIb2、LIc2所对应的这些影像放大倍率一致。光场影像集合LIa2、LIb2、LIc2可选择性地输出至一输出及使用者事件端119以提供给使用者。

在本实施例中，影像处理器114的信号处理单元115可对光场影像集合LIa2、LIb2、LIc2所对应的这些影像进行一光场影像处理，以将这些影像从光场影像转换为非光场影像。具体而言，本实施例的光场影像集合 LIa2、LIb2、LIc2所对应的这些影像至少具有多个对应于不同微透镜的角度资讯。在本实施例中，信号处理单元115根据这些对应于不同微透镜的角度资讯而将光场影像集合LIa2所对应的这些影像进行影像处理。这些影像经过影像处理后结合而形成一非光场影像LIa3。同样地，信号处理单元115根据这些对应于不同微透镜的角度资讯而将光场影像集合LIb2以及光场影像集合LIc2所分别对应的这些影像进行影像处理。光场影像集合LIb2所对应的这些影像以及光场影像集合LIc2所对应的这些影像分别经过影像处理后结合而形成一非光场影像LIb3以及一非光场影像LIc3(图7示意性地将非光场影像LIa3、Lib3、LIc3示出为层叠状并仅标示出非光场影像LIa3)。非光场影像LIa3、非光场影像LIb3、非光场影像LIc3可选择性地输出至输出及使用者事件端119以提供给使用者。另外，使用者亦可以透过输出及使用者事件端119以提供指令来控制光场影像处理的方式。举例而言，在一些实施例中，信号处理单元115可以根据这些对应于不同微透镜的光场资讯而将光场影像集合所对应的这些影像进行影像处理，以形成一个或多个非光场影像。另外，在一些实施例中，信号处理单元115亦可以根据特定的影像处理方式，来将光场影像集合所对应的这些影像转换成一个或多个非光场影像，本发明并不限于此。

在本实施例中，影像处理器114的信号处理单元115可对经光场影像处理的这些影像进行一像差校正(aberration correction)操作，以提升这些影像的分辨率。具体而言，信号处理单元115可对经光场影像处理的非光场影像LIa3、LIb3、LIc3进行像差校正操作，以提升非光场影像LIa3、LIb3、LIc3的影像分辨率。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、畸变像差(distortion aberration)的校正、枕形畸变(pincushion aberration)的校正、桶形像差(barrel aberration)的校正或其他种类像差的校正。非光场影像LIa3、LIb3、LIc3通过像差校正操作而分别转换成具有较高影像分辨率的非光场影像LIa4、LIb4、LIc4(图7示意性地将非光场影像LIa4、Lib4、LIc4示出为层叠状并仅标示出非光场影像LIa4)。另外，非光场影像LIa4、非光场影像LIb4、非光场影像LIc4可选择性地输出至输出及使用者事件端119以提供给使用者。除此之外，在一些实施例中，信 号处理单元115可根据可变焦距透镜元件140的波前资讯将非光场影像LIa3、LIb3、LIc3的影像分辨率提升，或者信号处理单元115亦可以根据其他设定而将非光场影像LIa3、LIa3、LIa3的影像分辨率进行调整，本发明并不限于此。

在本实施例中，影像处理器114的信号处理单元115可对经光场影像处理的这些影像进行一影像选取操作，以从这些影像当中选取至少部分区域，并且结合所选取的至少部分区域，形成一景深影像。具体而言，信号处理单元115对经光场影像处理且经像差校正操作的非光场影像LIa4、LIa4、LIa4进行影像选取操作。在本实施例中，非光场影像LIa4例如对应于第一透镜元件120的物距Da，且非光场影像LIa4对应于物点OFa的部分区域是清楚的。非光场影像LIb4对应于第一透镜元件120的物距Db，且非光场影像LIb4对应于物点OFb的部分区域是清楚的。另外，非光场影像LIc4对应于第一透镜元件120的物距Dc。且非光场影像LIc4对应于物点OFc的部分区域是清楚的。信号处理单元115选取非光场影像LIa4对应于物点OFa的部分区域，并选取非光场影像LIb4对应于物点OFb的部分区域，且选取非光场影像LIc4对应于物点OFc的部分区域。具体而言，信号处理单元115至少结合所选取的对应于物点OFa的部分区域、对应于物点OFb的部分区域以及对应于物点OFc的部分区域，形成一景深影像DI。在本实施例中，景深影像DI可选择性地输出至输出及使用者事件端119以提供给使用者。另外，使用者亦可以透过输出及使用者事件端119以提供指令来控制影像选取操作的处理方式。

在本实施例中，由于景深影像DI包括对应于物距Da的非光场影像LIa4的较清楚的区域、对应于物距Db的非光场影像LIb4的较清楚的区域以及对应于物距Dc的非光场影像LIc4的较清楚的区域，因此景深影像DI相对于非光场影像LIa4、LIb4、LIc4而言具有较大的景深。然而在一些实施例中，信号处理单元115亦可以依据使用者的不同需求，而对非光场影像LIa4、LIb4、LIb4的部分区域作其他形式的结合，而形成景深相同于非光场影像LIa4、非光场影像LIb4或非光场影像LIc4的景深影像DI。或者信号处理单元115亦可以形成景深小于非光场影像LIa4、LIb4、LIc4的景深影像DI，本发明并不限于此。除此之外，信号处理单元115亦可以依据使用者的不 同需求，而选取非光场影像LIa4、LIb4、LIb4的部分区域作其他的影像处理或应用，本发明亦不限于此。

请继续参考图1A、图1B以及图7。在本实施例中，可变焦距透镜元件140可选择性地使具有不同物距Da、Db、Dc的物点OFa、OFb、OFc的光束L1、L2、L3在经过第一透镜元件120的主透镜122以及可变焦距透镜元件140之后，得以分别聚焦在焦深范围DF2内的聚焦位置IFa、IFb、IFc。另外，光束L1、L2、L3在焦深范围DF2的影像平面IP上的影像宽度IWa、IWb、IWc小于第二画素宽度PW2。因此，透过可变焦距透镜元件140的光焦度改变，取像装置100可选择性地使物体OB上不同位置的光束在通过第一透镜元件120以及可变焦距透镜元件140后聚焦在焦深范围DF2的位置范围内。接着，来自物体OB的光束进入第二透镜元件130并且由影像感测元件110接收。影像感测元件110透过可变焦距透镜元件140的光焦度改变而得以产生光场影像集合LIa1、光场影像集合LIb1以及光场影像集合LIc1所对应的这些光场影像。同时，光场影像集合LIa1、光场影像集合Lib1以及光场影像集合LIc1分别对应于物距Da、物距Db以及物距Dc，且光场影像集合LIa1、光场影像集合LIb1以及光场影像集合LIc1所对应的这些影像得以通过如图7实施例所述的影像处理而得到景深影像DI。另外，透过影像处理器114的影像选取操作，景深影像DI可以透过影像结合来达成不同的景深。因此，取像装置100产生的光场影像集合LIa1、LIb1、LIc1所对应的这些光场影像可以透过影像结合来形成景深影像DI，而景深影像DI可以具有不同的景深。除此之外，图7实施例所述的影像处理还包括对非光场影像LIa3、LIb3、LIc3进行像差校正操作，以形成具有较高影像分辨率的非光场影像LIa4、LIb4、LIc4。因此通过非光场影像LIa4、LIb4、LIc4所形成的景深影像DI也具有较高的影像分辨率。

在上述的一些实施例中，如同图1A、1B实施例的取像装置100，图2实施例的取像装置200、图3A实施例的取像装置300A、图3B实施例的取像装置300B、图4实施例的取像装置400、图5A、5B实施例的取像装置500以及图6实施例的取像装置600产生的多个光场影像亦可以透过图7实施例的影像结合来达成不同的景深。

图8为本发明一实施例之影像拍摄方法的步骤流程图，请参考图8。所 述影像拍摄方法例如是可应用在图1A、1B的取像装置100、图2的取像装置200、图3A的取像装置300A、图3B的取像装置300B、图4的取像装置400、图5A、5B的取像装置500以及图6的取像装置600。所述影像拍摄方法包括如下步骤。在步骤S800中，控制可变焦距透镜元件，来调整取像装置的对焦物点。接着，在步骤S810中，利用第一透镜元件，将来自物体的一光束聚焦在焦深范围内的聚焦位置。在本实施例中，根据可变焦距透镜元件的结构，光束例如是被调变为非圆对称波前的光束或是圆对称波前的光束。

在步骤S820中，利用第二透镜元件，将来自第一透镜元件的光束成像在影像感测元件。在步骤S830中，利用影像感测元件对倍率一致的这些影像进行光场影像处理，以将这些影像从光场影像转换为非光场影像。之后，在步骤S840中，利用影像感测元件，在多个不同时间点感测具有不同倍率的这些影像，将具有不同倍率的这些影像的倍率调整为一致，再从倍率一致的这些影像当中选取至少部分区域，并且结合所选取的至少部分区域，形成景深影像。

另外，本发明的实施例的影像拍摄方法可以由图1至图7实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例中，取像装置的第一透镜元件具有焦深范围，用以将来自物体的至少一光束聚焦在焦深范围内的聚焦位置。可变焦距透镜元件配置在第一透镜元件及第二透镜元件之间或者在第一透镜元件之内，用以调整取像装置的对焦物距。光束在焦深范围的影像平面上具有影像宽度，且影像宽度小于第一画素宽度。因此，取像装置可以透过可变焦距透镜元件取得具有不同的景深的影像。另外，本发明实施例影像拍摄方法包括利用可变焦距透镜元件来调整取像装置的对焦物点。利用影像感测元件在多个不同时间点感测具有不同倍率的影像。将具有不同倍率的这些影像的倍率调整为一致。从倍率一致的这些影像当中选取至少部分区域，并且结合所选取的至少部分区域，形成景深影像。因此，影像拍摄方法可以取得具有不同的景深的影像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的 范围，凡依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或申请专利范围中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

【符号说明】

100、200、300A、300B、400、500、600：取像装置

110：影像感测元件

112：影像感测器

114：影像处理器

115：信号处理单元

116：中央处理单元

117：记忆单元

118：控制单元

119：输出及使用者事件端

120、220、320A、320B、420、520、620：第一透镜元件

122、222、322A、322B、422、522、622：主透镜

224、324A、324B：光圈

226、326A、326B：次透镜

130：第二透镜元件

140、240、340A、340B、440、540、640：可变焦距透镜元件

327A、327B：入瞳处

328A、328B：出瞳处

A1、A2：区域

Da、Db、Dc、Dd：物距

DF1、DF2：焦深范围

DI：景深影像

IFa、IFb、IFc：聚焦位置

IP：影像平面

IWa、IWb、IWc、IWd：影像宽度

L1、L2、L3、L4：光束

LIa1、LIa2、LIb1、LIb2、LIc1、LIc2：光场影像集合

LIa3、LIa4、LIb3、LIb4、LIc3、LIc4：非光场影像

O：中心

OA：光轴

OB：物体

OFa、OFb、OFc、OFd：物点

PW1：第一画素宽度

PW2：第二画素宽度

S800、S810、S820、S830、S840：影像拍摄方法的步骤