专利名称：拼图式数码相机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数码摄影器材，涉及一种高性能专业数码相机机身技术，能够由普通的数码相机感光芯片得到像素成倍翻番的高清晰图像。
技术背景目前，摄影技术已在进入数码时代，传统胶片相机正逐渐淡出普通百姓的视野。随着技术的进步，数码相机的像素正不断翻番，但远不能满足高像素专业摄影的要求。另一方面感光芯片关键技术掌握在美国、日本等少数发达国家，对中国数码相机存在关键技术封锁。中国要在数码相机产业树立品牌，必须寻找一个有市场潜力的技术突破口。
从目前市场现状来看，无论是定位在家庭使用的普及型数字相机，还是专业人员使用的高档数码相机，在结构设计上均为固定CCD(Charge coupledDevices)或CMOS(Complementary metaloxide semiconductor)感光芯片，即感光芯片位置相对于机身是固定不变的，感光芯片含有固定数量的物理像素，决定相机只能获得有限的有效清晰度。中高档数码相机的感光芯片尺寸一般在1/3.2～1/1.8英寸之间，像素一般在210万～800万。而像素达到1000多万以上，芯片有效尺寸达到全幅(24×36mm)的专业数码相机，价格高达数万元，一般爱好者无法承受专业数码相机的高昂价格。
发明内容
本实用新型要解决的是现有技术存在的上述问题，提供一种新型的数码相机，旨在采用简单的结构的较低的成本来获得高象素的清晰照片。解决上述问题采用的技术方案是拼图式数码相机，机身内设有中央控制单元、感光芯片、按钮操纵系统、取景器和显示器，所述的感光芯片设置在一个移动基板上，所述的移动基板设置在至少包括一个水平方向子模块的机械移动模块上，所述的移动基板通过传动机构与受控于中央控制单元的步进马达连接。
所述的移动基板通过设置在所述的水平方向子模块上的水平螺旋轴连接到第一步进马达上。所述的水平方向子模块还通过一对设置在其上的水平轨道与所述的移动基板连接。
所述的机械移动模块还包括一个垂直方向子模块。所述的垂直方向子模块可以设置在所述的垂直方向子模块的后面，即所述的垂直方向子模块通过第二步进马达和垂直螺旋轴与水平方向子模块连接。同时，所述的垂直方向子模块还通过设置在其上的一对垂直轨道与所述的水平方向子模块连接。
所述的垂直方向子模块还可以设置在所述的垂直方向子模块和机械移动模块之间，即所述的垂直方向子模块通过设置在其上的第二步进马达和垂直螺旋轴与所述的移动基板连接，所述的水平方向子模块通过设置在其上的第一步进马达和水平螺旋轴与所述的垂直方向子模块连接。同时，所述的垂直方向子模块通过设置在其上的垂直轨道与所述的移动基板连接。所述的水平方向子模块也通过设置在其上的水平轨道与所述的垂直方向子模块连接。
本实用新型数码相机，通过步进马达、或弹簧、或其它形式的驱动力使感光芯片沿着聚焦平面移动至多个特定位置并依次对光学成像的不同区域分别感光，再由图像处理及编码电路自动拼接成完整照片，获得极高像素的清晰照片，分辨率为采用同样感光芯片的常规数码相机的两倍至数倍，有效像数可达数千万，能直接放大输出巨幅图片。拼图式数码相机所拍摄的照片感光度、色彩还原和色彩饱和度等质量指标可达到采用同样感光芯片的常规数码相机拍摄效果。而拼图式数码相机所拍摄的照片在细节层次分辨率表现上则远远领先于普通数码相机，完全能满足专业摄影师对婚纱摄影、科技摄影、风光摄影、团体人像摄影、印前处理及其他对高清晰数码图像有很高要求的专业应用。
随着技术进步，感光芯片的像素值会不断提高。但我们利用数码拼图拍摄技术，在感光芯片技术进步的基础上，始终超前享受更高像素的数码照片。
此项技术还可以应用到摄像机，使摄像机在照片模式下可以获得高清晰照片，解决摄像机低分辨率CCD或CMOS)不适合拍照的矛盾。
此项实用新型设计，填补了国内国外空白，有望突破日本美国在数码相机领域技术垄断形成的市场壁垒。
图1a是拼图式数码相机正面示意图。
图1b是拼图式数码相机侧面透视图。
图2a是“两维四拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图3a是“一维二拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图3b是“一维三拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图3c是“二维九拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图3d是“双芯片二维四拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图3e是“四芯片二维四拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图3f是“四芯片一维三拼型”拼图式数码相机的感光芯片移动和感光区域示意图。
图4a是“两维四拼型”拼图式数码相机按拼图式工作模式拍摄的过程示意图。
图4b是“两维四拼型”拼图式数码相机按不拼图工作模式拍摄的过程示意图。
图5a是“双芯片两维四拼型”拼图式数码相机的拍摄过程示意图。
图6a是“两维四拼型”拼图式数码相机的两维移动模块结构模式图。
图6b是“一维三拼型”拼图式数码相机的一维移动模块结构模式图。
具体实施方式
本实用新型为拼图式数码相机，系统结构与普通数码相机相似，由中央控制单元、感光芯片、镜头曝光控制单元、图像数据处理与编码单元、数据存储单元、按钮操纵系统、取景器、显示器等部分有机组成。其中感光芯片移动模块是本实用新型的特点和关键内容，图像数据处理与编码单元在现有图像编码技术基础上增加了相应的图像拼接的功能。以下结合具体实施例和说明书附图进一步说明。
实施例一“两维四拼型”拼图式数码相机如图1a和图1b所示，两维四拼型拼图式数码相机外形和普通数码相机相似，外框1表示机身，圆环2表示镜头0接口位置；带网格纹理的矩形3表示感光芯片后续附图相同；虚线矩形4表示感光芯片移动和感光的区域，也是光学成像的聚焦平面。如图1b所示，在拼图式数码相机机身1内聚焦平面4后面相当于传统相机后背位置设计较大的暗仓，以安置感光芯片3、移动基板5、以及机械移动模块6和7；如图1b和图6a所示，感光芯片3固定于移动基板5上；如图6a所示，机械移动模块由水平移动子模块6、垂直移动子模块7组成，其中水平移动子模块6包含步进马达9和轨道13，垂直移动子模块7包含步进马达10和轨道14；如图6a所示，步进马达9具有螺旋轴11，使载有感光芯片3的移动基板5沿着水平移动子模块6的轨道13作水平移动；步进马达10具有螺旋轴12，使水平移动子模块6沿着垂直移动子模块7的轨道14作垂直移动；如图1b所示，整个机械运动模块通过垂直移动子模块7固定于机身1。如图6a和图2所示，通过步进马达9和10程序性的工作和停止，使感光芯片3沿着聚焦平面4依次移动到四个设定的感光位置。如图1b所示，感光芯片3感光面与聚焦平面4重叠。如图2和图6a所示，两维四拼型拼图式数码相机有效感光区域是CCD或CMOS感光芯片的物理感光区域的4倍，图2内标注数字1、2、3、4的虚线格子分别指示感光芯片3依次感光的位置。由以上所述装置，即可以使感光芯片3沿着聚焦平面5依次移动到四个特定的位置并感光。
如图6a和图2中虚线4所示，感光芯片的移动范围4相当于四个感光芯片3。如图2和图4a所示，步进马达10向上移动水平移动子模块6，步进马达9向左移动感光芯片移动基板5，使感光芯片3位于第1位置；第1次感光后，步进马达9向右移动感光芯片基板5，使感光芯片3位于第2位置；第2次感光后，步进马达10向下移动水平移动子模块6，使感光芯片3位于第3位置；第3次感光后，步进马达9向左移动感光芯片基板5，使感光芯片3位于第4位置；第4次感光后，数码相机完成一个拼图式拍照的机械流程；然后步进马达10向上移动水平移动子模块6，使感光芯片3回到第1位置，准备下一次拍摄。如图4a所示，一次拼图式拍摄流程，可获得四个拼图单元，一幅完整的照片由四个拼图单元拼接而成。
在图6a所示结构中，实施时也可以将载有感光芯片3的移动基板5先安装于垂直移动子模块7，再将垂直移动子模块7安装于水平移动子模块6，使用效果相同。
如图4b所示，如果将感光芯片3移动到聚焦平面4的中央并静止，则相机以相当于普通数码相机的工作模式进行一次感光，所拍摄的照片尺寸像素或拍摄范围只有拼图式拍摄的四分之一。
在拼图式拍摄过程中，感光芯片每移动到一个特定的位置，镜头快门以相同的速度开启一次，并且镜头的焦距和光圈保持在第一位置感光时的状态不变，直至完成一个拼图式拍摄流程为止，以保证一幅照片各部分的感光指标一致。
感光数据传输到图像处理和编码电路的原理和电路与现有的普通数码相机基本相同，特点在于图像处理与编码电路集成了图像拼接的功能。被拼接的数据可以是实时感光数据，也可以是经过缓存的图像数据。图像拼接功能可以集成到图像编码电路中，也可以通过图像编辑软件在PC电脑上进行图像拼接。
实施例二，“双芯片两维四拼型”拼图式数码相机“双芯片两维四拼型”拼图式数码相机的机械移动模块和工作流程与“两维四拼型”拼图式数码相机相同。其特点如图3d所示，感光芯片移动基板5上载有两枚感光芯片3，两枚感光芯片3之间相隔相当于一个感光芯片的空隙，当移动基板从位置1移动到位置2，或从位置3移动到位置4时，感光芯片3刚好补上前一个位置留下的空隙。如图5所示，感光芯片每感光一次，产生两个拼图单元，完成一次拍摄流程共获得八个拼图单元，最后由八个拼图单元拼接成一幅完整图像。其它方面与实施例一相同。
实施例三“一维三拼型”拼图式数码相机如图3b和图6b所示，“一维三拼型”拼图式数码相机的感光芯片只有水平移动模块，没有垂直移动模块。“一维三拼型”拼图式数码相机的水平移动模块可以参照“两维四拼型”拼图式数码相机的水平移动子模块6，由步进马达9驱动载有感光芯片3的移动基板5沿着轨道13作水平移动；也可以如图6b所示，载有感光芯片3的移动基板5固定于可以水平移动的布帘8，由步进马达或弹簧驱动布帘8作水平移动，使感光芯片3能够如图3b所示，沿着聚焦平面4从位置1移动到位置3并依次感光。一次拼图式拍摄获得三个拼图单元，由三个拼图单元拼接成一幅完整的照片。其它方面参考实施例一。
实施例四“一维两拼型”拼图式数码相机，实施方法参见“一维三拼型”拼图式数码相机。如图3a所示，“一维两拼型”拼图式数码相机依次在位置1和位置2感光，由两个拼接单元拼接成完整图像。其它方面与实施例三相同。
实施例五“两维九拼型”拼图式数码相机，实施方法参见“两维四拼型”拼图式数码相机。如图3c所示，“两维九拼型”拼图式数码相机依次从位置1移动到位置9感光，获得九个拼接单元，由九个拼接单元拼接成完整图像。其它方面与实施例一相似。
实施例六“四芯片两维四拼型”拼图式数码相机，实施方法参见实施例一和实施例二。其特点是一次感光获得四个拼接单元，四次感光共获得16个拼接单元。
实施例七“四芯片一维三拼型”拼图式数码相机，实施方法参见实施例三。如图3f所示，“四芯片一维三拼型”拼图式数码相机的是移动基板上有四枚长条形感光芯片3，三次感光共获得十二个长条形拼接单元。
综上所述，拼图式数码相机在现有感光芯片物理像素有限基础上，通过机械方法使有效像素成倍翻番，实现超高像素超高清晰的数码拍摄。拼图式数码相机的有效像素可以达到原有物理像素的二至若干倍。如果感光芯片的物理像素都是800万，那么普通数码相机的有效像素就是800万，而“一维两拼型”拼图式数码相机的有效像素为1600万，“两维四拼型”拼图式数码相机的有效像素达到3200万，同理“两维九拼型”拼图式数码相机的有效像素可达到7200万。从感光面积的角度说，如果感光芯片的有效物理感光面积为12×18平方毫米，则“一维两拼型”拼图式数码相机的有效感光面积为18×24平方毫米，“两维四拼型”拼图式数码相机的有效感光面积为24×36平方毫米，轻而易举就达到所谓传统135相机的全幅尺寸。而照片清晰度将远高于传统相机。
有经验的摄影师也可以给相机安装精确摇动拍摄的装置，结合后期拼接的方法获得大幅面照片，但问题的是由于镜头光学畸形效应存在焦距越短，畸形越重，同时镜头视角随着镜头焦距的变化而变化，摇动的角度不容易控制，结果使相邻的两个图像拼接单元之间的图像细节对接不上。所以摇动整个相机拍摄的拼接难度较大，难以设计成自动化。
而本实用新型拼图式数码相机在拍摄时，实际上是感光芯片对一幅聚焦平面光学成像进行扫描的工作，类似于扫描仪扫描印刷品情况，所以拼接效果不受镜头畸变影响，与镜头焦距变化无关，不存在视角误差，接缝自然而不易察觉。
拼图式数码相机可以在“高清晰拼图”和“普通不拼图”两种模式之间转换。也可以让“两维九拼型”拼图式数码相机设置成“两维六拼”、“两维四拼”、“一维三拼”的工作模式，或让“两维四拼型”拼图式数码相机设置成“一维两拼”的模式，如此类推。
感光芯片两维移动依靠两层相互垂直的移动系统，这种精确控制的机械原理可以参考电脑光驱激光头小车移动的驱动原理，包含电机和轨道机构及步进式定位控制电路系统。感光芯片移动还可以设计成由弹性驱动的布帘快门式移动，以简化驱动机构，这种弹性驱动移动控制系统还包含定位阻尼及触控元件，适用于一维拼图式数码相机。定位在家庭业余使用的普及型数字相机，适宜采用一维拼图式设计，以保证结构简单和合适的制造成本。
影响总感光速度的因素主要是拼接的子画面拼接单元数目亦即感光位置的数目、感光的次数和快门的速度。当以一维拼图模式操作时，感光次数为2～3次，且光线较强，则可以将总感光时间控制在1/60秒以内，可以直接手持操作。如果以两维拼图模式操作时，一般需要借助于三脚架，但感光的速度还是很快的，不至于产生等待的感觉。这种拼接的模式特别适合于人物集体合影、婚纱人像摄影，工作场景摄影、风光景物摄影，产品静物摄影、科技成像摄影、印刷品翻拍等需要高像素的应用领域。
备注为了便于阐述，说明书中所述感光芯片的面积、长度和宽度均是指CCD或CMOS感光芯片有效感光部位的面积、长度和宽度。
权利要求1.拼图式数码相机，机身(1)内设有中央控制单元、感光芯片(3)、按钮操纵系统、取景器和显示器，其特征在于所述的感光芯片(3)设置在一个移动基板(5)上，所述的移动基板(5)设置在至少包括一个水平方向子模块(6)的机械移动模块上，所述的移动基板(5)通过传动机构与受控于中央控制单元的步进马达连接。
2.如权利要求1所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的移动基板(5)通过设置在所述的水平方向子模块(6)上的水平螺旋轴(11)连接到第一步进马达(9)上。
3.如权利要求2所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的水平方向子模块(6)还通过一对设置在其上的水平轨道(13)与所述的移动基板(5)连接。
4.如权利要求1所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的机械移动模块还包括一个垂直方向子模块(7)。
5.如权利要求4所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的垂直方向子模块(7)通过第二步进马达(10)和垂直螺旋轴(12)与水平方向子模块(6)连接。
6.如权利要求5所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的垂直方向子模块(7)还通过设置在其上的一对垂直轨道(14)与所述的水平方向子模块(6)连接。
7.如权利要求4所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的垂直方向子模块(7)通过设置在其上的第二步进马达(10)和垂直螺旋轴(12)与所述的移动基板(5)连接，所述的水平方向子模块(6)通过设置在其上的第一步进马达(9)和水平螺旋轴(11)与所述的垂直方向子模块(7)连接。
8.如权利要求7所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的垂直方向子模块(7)通过设置在其上的垂直轨道(14)与所述的移动基板(5)连接。
9.如权利要求7所述的拼图式数码相机，其特征在于所述的水平方向子模块(6)通过设置在其上的水平轨道(13)与所述的垂直方向子模块(7)连接。
专利摘要一种拼图式数码相机设计新概念。数码相机有效感光区域面积是感光芯片物理面积的2倍至若干倍。在一次光学成像时段内，感光芯片沿着聚焦平面移动到2至多个特定位置依次感光，所得感光数据由内置的图像编码微处理电路自动拼接成完整的高像素图像。摘要附图所示仅为其中一种实施例，其感光芯片移动的范围刚好等于感光芯片面积4倍，即数码相机聚焦平面感光面积为感光芯片物理面积的4倍，即有效像素为感光芯片物理像素的4倍，相当于4张底片拼接成一张大底片，合成一张完整的图案。除了可以一维2拼或3拼移动感光，还可以设计成两维6拼、8拼、9拼等依此类推。进一步的双感光芯片或多感光芯片设计，可减少感光过程中的移动次数，提高总感光速度。
文档编号H04N5/225GK2775963SQ200420073369
公开日2006年4月26日 申请日期2004年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者吴开云 申请人:吴开云