双镜头数字变焦本申请是以下发明专利申请的分案申请：申请日：2010年5月4日申请号：201010170111.9发明名称：双镜头数字变焦
背景技术：
数码相机模块目前正被整合进各种主机设备中。这些主机设备包括蜂窝电话、个人数字助理（PDA）、计算机等。对主机设备中的数码相机模块的消费者需求持续增长。主机设备制造商更希望数据相机模块小，使得它们能够被整合进主机设备而不增加主机设备的总体大小。此外，对主机设备中的相机具有高性能特性的需求正在增加。许多高性能相机（例如，独立的数码相机）具有的一个这样的特性是改变相机的焦距以增加和降低图像的放大率的能力，这典型地用变焦（zoom）镜头实现，现在已知为光学变焦。光学变焦典型地通过机械地、彼此相对地移动镜头元件来实现，并且因此这种变焦镜头典型地比固定焦距镜头更昂贵、更大和更不可靠。接近这种变焦效果的可替换的方法是用已知为数字变焦来实现。用数字变焦，而不是改变镜头的焦距，相机中的处理器裁剪图像并且在所捕获的图像的像素之间插值以创建“放大的”但是低分辨率的图像。已经有使用两个不同的镜头以接近变焦镜头的效果的一些尝试。过去已经用胶片相机完成，在该胶片相机中，用户可以选择两个不同焦距之一以在胶片上捕获图像。最近，关于相机模块的这种概念的变型已经在美国专利公开号No.2008/0030592中公开，其全部内容通过引用合并于此，其讨论了具有一对传感器的相机模块，每个传感器具有分离的镜头，光通过该分离的镜头被导向各个传感器。在该公开中，两个传感器同时操作以捕获图像。各个镜头有不同的焦距，因此即使每个镜头/传感器组合被对准以观察相同的方向，每个组合将捕获相同被摄体（subject）的、但有两个不同视野的图像。图像接着被拼合在一起以形成合成图像，该合成图像的中央部分由具有较长焦距的镜头/传感器组合所拍摄的相对高分辨率的图像形成，并且该合成图像的边缘部分由具有较短焦距的镜头/传感器组合所拍摄的相对低分辨率的图像的边缘部分形成。用户选择期望的变焦量，并且合成图像被用于从其插值以提供具有所期望的变焦量的图像。遗憾地，该出版物中公开的主要是概念上的，并且缺乏提供光学性能所需的某些细节。美国专利申请号No.61/161261公开了该概念的改进和细化，其全部内容通过引用合并于此。现有技术的前述例子及与其相关的限制企图例示而非排它。在阅读说明书并学习附图后，现有技术的其它限制对本领域技术人员而言将变得显而易见。
技术实现要素：
在此公开了由用户操作的相机，其包括：第一传感器，其捕获第一图像；第一镜头，其引导光至该第一传感器，该第一镜头具有第一焦距，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野；第二传感器，其捕获第二图像；第二镜头，其引导光至该第二传感器，该第二镜头具有比第一焦距长的第二焦距，其中第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第一视野大于第二视野；以及变焦控制，可由用户操作以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合基本与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野基本等于第一视野，则变焦的图像是第一图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对第一图像裁剪和插值从第一图像产生变焦的图像；如果所要求的视野基本等于第二视野，则变焦的图像是第二图像；以及如果所要求的视野小于第二视野，则通过对第二图像裁剪和插值从第二图像产生变焦的图像。相机可以进一步包括：第三传感器，其捕获第三图像；以及第三镜头，其引导光至该第三传感器，该第三镜头具有比第二焦距长的第三焦距，其中第三传感器和第三镜头的组合具有第三视野，其中第二视野大于第三视野。第三传感器和第三镜头的组合可以基本与第一传感器和第一镜头的组合以及第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野基本等于第一视野，则变焦的图像是第一图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对第一图像裁剪和插值从第一图像产生变焦的图像；如果所要求的视野基本等于第二视野，则变焦的图像是第二图像；如果所要求的视野小于第二视野并且大于第三视野，则通过对第二图像裁剪和插值从第二图像产生变焦的图像；如果所要求的视野基本等于第三视野，则变焦的图像是第三图像；以及如果所要求的视野小于第三视野，则通过对第三图像裁剪和插值从第三图像产生变焦的图像。第一视野可以是第二视野的大约两倍。第一视野可以在第二视野的大约两至三倍的范围内。变焦控制可以用来要求在一个范围内的变焦的图像，该范围的一端大约对应于第一视野并且该范围的相对端大约对应于第二视野的1/4至1/2。还公开了由用户所操作的相机，其包括：传感器，其捕获图像；第一镜头，其可以引导光至该传感器，该第一镜头具有第一焦距，其中该传感器和第一镜头的组合具有第一视野；第二镜头，其可以引导光至该传感器，该第二镜头具有比第一焦距长的第二焦距，其中该传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第一视野大于第二视野；以及变焦控制，可由用户操作以允许用户要求所期望的视野以产生变焦的图像。第一和第二镜头能够相对于该传感器移动至两个不同的位置之一，使得该传感器能够接收到透过第一镜头的光或透过第二镜头的光。该传感器和第一镜头的组合基本与该传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野基本等于第一视野，则变焦的图像是来自第一传感器的图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对来自第一传感器的图像裁剪和插值从来自第一传感器的图像产生变焦的图像；如果所要求的视野基本等于第二视野，则变焦的图像是来自第二传感器的图像；以及如果所要求的视野小于第二视野，则通过对来自第二传感器的图像裁剪和插值从来自第二传感器的图像产生变焦的图像。第一视野可以是第二视野的大约两倍。第一视野可以在第二视野的大约两至三倍的范围内。变焦控制可以用来要求在一个范围内的变焦的图像，该范围的一端大约对应于第一视野并且该范围的相对端大约对应于第二视野的1/4至1/2。可以由用户手动地相对于传感器移动镜头。当用户所要求的视野在使用来自所述组合中的一个组合的图像到使用所述组合中的另一组合的图像之间改变时，由所述相机自动地相对于传感器移动各镜头。还公开了由用户操作的相机，包括：第一传感器，其捕获第一图像；第一镜头，其引导光至该第一传感器，该第一镜头具有第一焦距，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野；第二传感器，其捕获第二图像；第二镜头，其引导光至该第二传感器，该第二镜头具有比第一焦距长的第二焦距，其中第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第一视野大于第二视野；以及变焦控制，能够由用户操作以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野等于第一视野，则变焦的图像是第一图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对第一图像裁剪和插值从第一图像产生变焦的图像；如果所要求的视野等于第二视野，则变焦的图像是第二图像；以及如果所要求的视野小于第二视野，则通过对第二图像裁剪和插值从第二图像产生变焦的图像。选择第一镜头和第二镜头，使得第一传感器和第一镜头的组合的景深与第二传感器和第二镜头的组合的景深相同。还公开了在由用户操作的相机中的方法，包括：利用第一传感器捕获第一图像；利用第一镜头引导光至该第一传感器，该第一镜头具有第一固定焦距，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野；利用第二传感器捕获第二图像；利用第二镜头引导光至该第二传感器，该第二镜头具有比第一固定焦距长的第二固定焦距，其中第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第一视野大于第二视野；以及使用变焦控制以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野等于第一视野，则变焦的图像包括第一图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对第一图像裁剪和插值从第一图像产生变焦的图像；如果所要求的视野等于第二视野，则变焦的图像包括第二图像；以及如果所要求的视野小于第二视野，则通过对第二图像裁剪和插值从第二图像产生变焦的图像。还公开了由用户操作的相机，包括：传感器，其捕获图像；第一镜头，其能够引导光至该传感器，该第一镜头具有第一焦距，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野；第二镜头，其能够引导光至该传感器，该第二镜头具有比第一焦距长的第二焦距，其中第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第一视野大于第二视野；以及变焦控制，其能够由用户操作以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一和第二镜头能够相对于该传感器移动至两个不同的位置之一，使得该传感器能够接收到透过第一镜头的光或透过第二镜头的光。该传感器和第一镜头的组合与该传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野等于第一视野，则变焦的图像是来自该传感器和第一镜头的组合的图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对来自该传感器和第一镜头的组合的图像裁剪和插值从来自该传感器和第一镜头的组合的图像产生变焦的图像；如果所要求的视野等于第二视野，则变焦的图像是来自该传感器和第二镜头的组合的图像；以及如果所要求的视野小于第二视野，则通过对来自该传感器和第二镜头的组合的图像裁剪和插值从来自该传感器和第二镜头的组合的图像产生变焦的图像。选择第一镜头和第二镜头，使得该传感器和第一镜头的组合的景深与该传感器和第二镜头的组合的景深相同。还公开了在由用户操作的相机中的方法，包括：利用传感器捕获图像；经由第一镜头或第二镜头引导光至该传感器，其中该第一镜头具有第一焦距，并且该传感器和第一镜头的组合具有第一视野，以及其中第二镜头具有比第一焦距长的第二焦距，并且该传感器和第二镜头的组合具有大于第一视野的第二视野；以及使用变焦控制以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像；以及相对于该传感器将第一和第二镜头移动至两个不同的位置之一，使得该传感器能够接收到透过第一镜头的光或透过第二镜头的光。该传感器和第一镜头的组合与该传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。如果所要求的视野等于第一视野，则变焦的图像是来自该传感器和第一镜头的组合的图像；如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对来自该传感器和第一镜头的组合的图像裁剪和插值从来自该传感器和第一镜头的组合的图像产生变焦的图像；如果所要求的视野等于第二视野，则变焦的图像是来自该传感器和第二镜头的组合的图像；以及如果所要求的视野小于第二视野，则通过对来自该传感器和第二镜头的组合的图像裁剪和插值从来自该传感器和第二镜头的组合的图像产生变焦的图像。还公开了由用户操作的相机，包括：第一和第二传感器，其分别捕获第一图像和第二图像；第一和第二固定焦距镜头，其分别引导光至第一和第二传感器，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野并且第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第二固定焦距比第一固定焦距长，并且第一视野大于第二视野；以及变焦控制，能够由用户操作以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。基于所要求的视野的尺寸相对于第二视野的尺寸，从第一图像或第二图像产生变焦的图像。还公开了在由用户操作的相机中的方法，包括：利用第一和第二传感器分别捕获第一图像和第二图像；利用第一和第二固定焦距镜头分别引导光至第一和第二传感器，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野并且第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第二固定焦距比第一固定焦距长，并且第一视野大于第二视野；以及使用能够由用户操作的变焦控制，以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。基于所要求的视野的尺寸相对于第二视野的尺寸，从第一图像或第二图像产生变焦的图像。还公开了由用户操作的相机，包括：第一和第二传感器，分别捕获第一图像和第二图像；第一和第二镜头，分别引导光至第一和第二传感器，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野并且第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第二镜头的焦距比第一镜头的焦距长，并且第一视野大于第二视野；以及变焦控制，能够由用户操作以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。基于所要求的视野的尺寸相对于第二视野的尺寸，从第一图像或第二图像产生变焦的图像。无需第一镜头相对于第一传感器或第二镜头相对于第二传感器的任何物理移动而产生变焦的图像。还公开了在由用户操作的相机中的方法，包括：利用第一和第二传感器分别捕获第一和第二图像；利用第一和第二镜头分别引导光至第一和第二传感器，其中第一传感器和第一镜头的组合具有第一视野并且第二传感器和第二镜头的组合具有第二视野，其中第二镜头的焦距比第一镜头的焦距长，并且第一视野大于第二视野；以及使用能够由用户操作的变焦控制，以允许用户要求所期望的视野来产生变焦的图像。第一传感器和第一镜头的组合与第二传感器和第二镜头的组合对准，以允许每个组合指向相同的被摄体。基于所要求的视野的尺寸相对于第二视野的尺寸，从第一图像或第二图像产生变焦的图像。无需第一镜头相对于第一传感器或第二镜头相对于第二传感器的任何物理移动而产生变焦的图像。附图说明图1是相机的框图。具体实施方式以下描述并不企图将本发明限制于这里所公开的形式。因此，与以下教导、现有技术的技术和知识的相当的变更和修改都在本发明的范围内。这里描述的实施例进一步企图解释实践本发明的所知的模式，并使其他相关领域的技术人员能在这些或其它实施例中以及通过本发明的具体应用或使用所需要的各种修改来利用本发明。在图1中示出相机10。相机10可以包括具有相对较短的焦距的第一镜头12和第一传感器14，它们接近于具有相对较长的焦距的第二镜头16和第二传感器18且基本上与其对准。通过使得组合的第一镜头和第一传感器与组合的第二镜头和第二传感器对准，每个传感器可以获得基本上相同的被摄体的图像。当然，由于镜头12和16的不同的焦距，与由第二传感器18所获得的图像的相对较窄视野（FOV）相比，第一传感器14将获得具有相对较宽FOV的被摄体的图像。在一个例子中，第一FOV可以在第二FOV的两至三倍大的范围内。在另一例子中，第一FOV可以是第二FOV的大约两倍。在大多数情况下，每个传感器14和18可以进行某些基本的图像处理算法，比如白平衡等。镜头12和16可以由任何可接受的材料制成，包括塑料（例如，注模塑料）、玻璃、光学陶瓷、衍射元素或合成物。在一个例子中，镜头16可以是具有7.2毫米焦距以及32度视野（FOV）的镜头，而镜头12可以是具有3.62毫米焦距以及63度视野的镜头。这些镜头规格仅是示范性的，并且可以接受任何其它适当的镜头特性。此外，镜头12和16之一或其二者可以是可变焦距（变焦）镜头。在一个例子中，两个镜头12和16可以具有相同的焦距数（f-number）使得在传感器14和18处所接收的光照度相等。通过相等的照度，传感器可以操作在相似的放大率级以及具有相似的曝光时间。以这种方式，由分离的传感器14和18所捕获的分离的图像可以有相似的亮度级和对比度级。通过具有相似的放大率级，每个图像中的背景噪声将是相似的。通过具有相似的曝光时间，由于被摄体的移动而在每个图像中的人为现象（artifact）将是相似的。通过维持关于在两个图像中的这两特性的相似度，两个图像之间的过渡将更加为用户所接受。在另一个例子中，镜头12和16可以被选择为对每个镜头/传感器组合提供相同的景深（depthoffield）。在一个例子中，每个传感器是Bayer传感器，众所周知，其在分离的像素的阵列上使用滤色器阵列。这种传感器每隔一个像素感测绿光，并且插入的像素在红色像素和蓝色像素之间交替。原始的感测的信号稍后被提供给去马赛克（demosaicing）算法，其在像素之间插值以获得每个像素的全色彩信号。但是，本发明并不局限于使用Bayer传感器，并且利用具有不同的滤色器阵列的传感器、基于时序颜色的相机、使用分光器和对于每个颜色通道的分离的传感器的相机、以及其它的相机结构同样将很好地工作。在某些情况下，可以考虑相机10仅包括以上所描述的功能部分。在其它情况下，这些部分（统称为相机模块22）也可以与某些下游组件结合，作为相机10的一部分。在这种情况下，相机10也可以包括图像信号处理器（ISP）24、显示器26和用户接口控制28。当然，如在相机产业中众所周知的，相机也可以典型地包括在这里为简化而省略的若干其它组件。例如，作为非限制的例子，这些其它组件可以包括电池、电源、用于外部电源的应用的接口、USB或与计算机和/或打印机的其他接口、用于闪光拍摄的光源、自动对焦和成像稳定性控制、内置存储器、用于接收外置存储卡或设备（例如，SD或xD存储卡）的一个或多个端口，以及在移动电话中使用相机的情况下的麦克风、扬声器、发送器/接收器和用于外置麦克风和扬声器（例如，蓝牙耳机）的接口。用户接口控制28可以包括用来操作相机的常规控制，包括指示相机捕获一张或多张图像、以及操作图像及许多其它功能的控制。控制之一允许用户对相机数字地变焦以增加或减小相机的视野（FOV）。用户可以将图像缩小（zoomout）到在变焦范围的一端的、来自第一传感器14的图像的FOV，以及到在变焦范围的另一端的、可能在来自第二传感器16的图像的FOV的1/2和1/4之间的某处的点。如果所要求的视野基本上等于第一视野，则变焦的图像可以只是第一图像。如果所要求的视野小于第一视野并且大于第二视野，则通过对第一图像裁剪和插值从第一图像产生变焦的图像。如果所要求的视野基本上等于第二视野，则变焦的图像是第二图像。如果所要求的视野小于第二视野，则通过对第二图像裁剪和插值从第二图像产生变焦的图像。可以通过第一传感器的FOV将变焦范围限制在一端。虽然相机10可以被设计为允许用户继续缩小到大于第一镜头/传感器的“FOV”，但是事实上图像将较小，因为来自第一传感器的图像仅仅是在尺寸上缩小并且在图像的边缘处没有带来额外的图像信息，这是因为没有更宽的FOV图像数据可用。可以通过被认为对用户可接受的数字变焦量将变焦范围限制在相对端。由于发生的图像插值，可能想要将数字变焦限制为在来自第二传感器16的图像的FOV的1/2和1/4之间某处的FOV。可替换地，相机模块22可以包括置于其上的一个或多个ISP。它们可以与传感器分离或被整合进传感器中。此外，虽然这里所描述的镜头12和16是固定焦距，但是其中之一或其二者可以是可变焦距（变焦）镜头。可替换地，可以为相机10提供与前两个镜头/传感器组合对准的第三镜头/传感器的组合。该第三镜头/传感器组合可以具有仍然小于第二镜头/传感器组合的视野。随着相机由用户变焦，变焦的图像将在从第一图像、第二图像和第三图像形成之间按与以上类似的方式转变。在这种情况下，变焦范围可以从第一镜头/传感器组合的视野到第三镜头/传感器组合的视野的1/2至1/4。作为另一种替换，可以存在仅一个传感器，并且两个（或多个）镜头可以相对于该传感器移动，以允许从第一镜头和该一个传感器的组合捕获图像、或从第二镜头和该一个传感器的组合捕获图像。可以通过用户滑动或启动与镜头和传感器相关联的某种机械元件来实现这种镜头和传感器的相对移动，或可以通过当所要求的变焦量导致变焦的图像从来自一个组合切换至来自另一个组合时、相机自动地相对于传感器而移动镜头来实现该镜头和传感器的相对移动。作为对于此所有的进一步变化，替代移动镜头和传感器，光路可以由反射镜等改变方向以致使来自所选择的镜头的光到达传感器上。这里所讨论的全部技术的任意其它组合也是可能的。为了例释和描述，已经呈现了前述内容。此外，描述并不企图将发明限制于这里所公开的形式。虽然已经在以上讨论了大量示范的方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到某些变更、修改、变换、增加和其子组合。因此，意图以下所附权利要求和及此后所引入的权利要求被解释为包括所有这些变更、修改、变换、增加和子组合，因为它们在其真正的精神和范围内。