一种获取超分辨率图像的装置及方法

文档序号:22901 发布日期:2021-09-21 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 一种获取超分辨率图像的装置及方法 (Device and method for acquiring super-resolution image ) 是由 庞于 纪登鑫 王红超 沈健 于 2021-07-30 设计创作,主要内容包括:本申请实施例公开了一种获取超分辨率图像的装置及方法。该装置包括:镜头组件、光束位移机构以及图像传感器;光束位移机构位于镜头组件与图像传感器之间;镜头组件的光轴垂直于图像传感器的平面;光束位移机构进一步包括平面镜片和微致动器;镜头组件用于接收经拍摄目标反射的光,并形成入射至平面镜片的入射光;平面镜片用于使入射光发生折射,并形成传输至图像传感器的透射光;图像传感器用于接收透射光,并获取拍摄目标的图像;其中,微致动器用于带动平面镜片围绕旋转轴偏转预设角度,以使透射光的光束相对于入射光的光束沿平行于图像传感器的平面的方向平移预设位移。(The embodiment of the application discloses a device and a method for acquiring a super-resolution image. The device includes: a lens assembly, a beam displacement mechanism and an image sensor; the light beam displacement mechanism is positioned between the lens component and the image sensor; the optical axis of the lens component is vertical to the plane of the image sensor; the beam displacement mechanism further comprises a planar mirror and a micro-actuator; the lens assembly is used for receiving light reflected by a shooting target and forming incident light incident to the plane lens; the plane lens is used for refracting incident light and forming transmitted light transmitted to the image sensor; the image sensor is used for receiving the transmitted light and acquiring an image of a shooting target; the micro-actuator is used for driving the plane lens to deflect for a preset angle around the rotating shaft, so that the light beam of the transmission light can translate for a preset displacement relative to the light beam of the incident light along the direction parallel to the plane of the image sensor.)

一种获取超分辨率图像的装置及方法

技术领域

本申请实施例涉及成像

技术领域

,尤其涉及一种获取超分辨率图像的装置及方法。

背景技术

目前,用户越来越倾向于通过手机等移动电子设备实现图像的高分辨率拍摄,以获取具有更多细节特征的高质量图像。

现有的超分辨率成像装置大多是通过多次移动图像传感器的位置,每次移动的距离例如为0.25p或0.5p等(设单个像素单元的宽度为1p),并设置图像传感器在每次移动后分别拍摄一张低分辨率图像,由于这些低分辨率图像各自包含的细节特征和色彩信息会存在一定的差异,所以对上述低分辨率图像进行融合,能够得到一张具有较高分辨率的图像。

然而,由于移动电子设备日益朝着小型化、轻薄化的方向发展,导致摄像头组件的设计空间越来越小,并且随着图像传感器中像素单元个数的增加,单个像素单元的尺寸也变得更小。在这种情况下,若通过移动图像传感器的位置来实现高分辨率成像,则图像传感器的移动距离需要更小,对图像传感器的位移控制精度的要求也会更高。但是,在现有技术中,用于移动图像传感器的致动结构通常体积较大,且控制精度较低,仅适用于具有大尺寸像素的单反相机,而无法满足在手机等移动电子设备中的应用。

发明内容

有鉴于此,本申请实施例提供了一种获取超分辨率图像的装置及方法,以满足在手机等移动电子设备中的应用。

第一方面,本申请实施例提供一种获取超分辨率图像的装置,包括:镜头组件、光束位移机构以及图像传感器;所述光束位移机构位于所述镜头组件与所述图像传感器之间;所述镜头组件的光轴垂直于所述图像传感器的平面;所述光束位移机构进一步包括平面镜片和微致动器;所述镜头组件用于接收经拍摄目标反射的光,并形成入射至所述平面镜片的入射光;所述平面镜片用于使所述入射光发生折射,并形成传输至所述图像传感器的透射光;所述图像传感器用于接收所述透射光,并获取所述拍摄目标的图像;其中,所述微致动器用于带动所述平面镜片围绕旋转轴偏转预设角度,以使所述透射光的光束相对于所述入射光的光束沿平行于所述图像传感器的平面的方向平移预设位移。

利用光束位移机构带动平面镜片进行不同角度的偏转,能够使透过平面镜片的透射光的光束沿图像传感器的平面发生不同程度的位移,从而使图像传感器通过分别接收相应的透射光,获取到针对拍摄目标的一些具有不同细节特征的图像。本申请实施例提供的获取超分辨率图像的装置对于光束位移的控制精度高,控制操作简单,并且整体结构的体积较小,能够满足在移动电子设备中的应用。

作为一种可选的实施方式,所述旋转轴为所述平面镜片的对角线、边沿线或中心线。

作为一种可选的实施方式,所述微致动器进一步包括:可动基底、固定基底、支撑锚以及电磁驱动装置;所述平面镜片固定于所述可动基底的上表面;所述固定基底固定于所述可动基底的下方;所述可动基底和所述固定基底均包括透明区域,所述可动基底的透明区域和所述固定基底的透明区域用于透过所述透射光;所述电磁驱动装置设置于所述可动基底的下表面和所述固定基底的上表面,用于产生吸引力或排斥力以改变所述可动基底的边沿与所述固定基底的相对边沿之间的距离,带动所述平面镜片围绕所述旋转轴进行偏转;所述支撑锚支撑于所述可动基底与所述固定基底之间,用于根据所述电磁驱动装置产生的吸引力或排斥力的大小改变支撑高度。

作为一种可选的实施方式,所述电磁驱动装置进一步包括:上电极和下电极;所述上电极位于所述可动基底的下表面,所述下电极位于所述固定基底的上表面。

作为一种可选的实施方式,所述电磁驱动装置进一步包括:微型线圈和永磁体;所述微型线圈位于所述可动基底的下表面,所述永磁体位于所述固定基底的上表面;或者,所述永磁体位于所述可动基底的下表面,所述微型线圈位于所述固定基底的上表面。

作为一种可选的实施方式,所述微致动器进一步包括:可动基底、固定基底、支撑柱以及电磁驱动装置;所述可动基底进一步包括:可动区域、固定区域以及曲折梁,所述可动基底的可动区域通过所述曲折梁连接至所述可动基底的固定区域,并且所述平面镜片固定于所述可动基底的可动区域的上表面;所述可动基底的可动区域和所述固定基底均包括透明区域,所述可动基底的可动区域的透明区域和所述固定基底的透明区域用于透过所述透射光;所述电磁驱动装置设置于所述可动基底的可动区域的下表面和所述固定基底的上表面,用于产生吸引力或排斥力使所述曲折梁发生形变,以改变所述可动基底的可动区域的边沿与所述固定基底的相对边沿之间的距离,带动所述平面镜片围绕所述旋转轴进行偏转;所述支撑柱支撑于所述可动基底的固定区域与所述固定基底之间,用于将所述可动基底的固定区域固定于所述固定基底的上方。

作为一种可选的实施方式,所述电磁驱动装置进一步包括:上电极和下电极;所述上电极位于所述可动基底的可动区域的下表面,所述下电极位于所述固定基底的上表面。

作为一种可选的实施方式,所述电磁驱动装置进一步包括:微型线圈和永磁体;所述微型线圈位于所述可动基底的可动区域的下表面,所述永磁体位于所述固定基底的上表面;或者,所述永磁体位于所述可动基底的可动区域的下表面,所述微型线圈位于所述固定基底的上表面。

作为一种可选的实施方式,所述微致动器进一步包括:可动基底、固定基底以及形状记忆合金;所述平面镜片固定于所述可动基底的上表面;所述固定基底固定于所述可动基底的下方;所述可动基底和所述固定基底均包括透明区域,所述可动基底的透明区域和所述固定基底的透明区域用于透过所述透射光;所述形状记忆合金支撑于所述可动基底与所述固定基底之间,用于在通电加热时发生收缩,或者在断电冷却时恢复拉伸,以改变所述可动基底的边沿与所述固定基底的相对边沿之间的距离,带动所述平面镜片围绕所述旋转轴进行偏转。

作为一种可选的实施方式,所述形状记忆合金的外围包覆有导热层,所述导热层用于缩短所述形状记忆合金在断电冷却时恢复拉伸的响应时间。

作为一种可选的实施方式,所述微致动器进一步包括:弹性恢复器件;所述弹性恢复器件支撑于所述可动基底与所述固定基底之间,用于加快所述形状记忆合金在断电冷却时恢复拉伸的速度。

作为一种可选的实施方式,所述微致动器进一步包括:固定基底、支撑锚以及致动件;所述镜头组件固定于所述固定基底的上方;所述固定基底固定于所述平面镜片的下方;所述平面镜片位于所述镜头组件与所述固定基底之间;所述固定基底包括透明区域,所述固定基底的透明区域用于透过所述透射光;所述致动件设置于所述镜头组件的下表面和所述平面镜片的上表面,用于改变所述平面镜片的边沿与所述固定基底的相对边沿之间的距离,使所述平面镜片围绕所述旋转轴进行偏转;所述支撑锚支撑于所述平面镜片与所述固定基底之间,用于在所述致动件的控制作用下改变支撑高度。

作为一种可选的实施方式,所述致动件进一步包括:上电极和下电极;所述上电极位于所述镜头组件的下表面,所述下电极位于所述平面镜片的上表面。

作为一种可选的实施方式,所述致动件进一步包括:微型线圈和永磁体;所述微型线圈位于所述镜头组件的下表面,所述永磁体位于所述平面镜片的上表面;或者,所述永磁体位于所述镜头组件的下表面,所述微型线圈位于所述平面镜片的上表面。

作为一种可选的实施方式,所述微致动器进一步包括:限位器;所述限位器位于所述固定基底的上表面,用于限制所述平面镜片围绕所述旋转轴偏转的所述预设角度的大小。

作为一种可选的实施方式,所述预设位移与所述预设角度满足如下关系:

其中,Δy为所述预设位移;t为所述平面镜片的厚度;n为所述平面镜片的折射率;θ为所述预设角度。

作为一种可选的实施方式,所述预设位移为所述图像传感器中像素单元宽度的非整数倍。

第二方面,本申请实施例提供一种获取超分辨率图像的方法,应用于获取超分辨率图像的装置,所述装置包括镜头组件、光束位移机构以及图像传感器,所述光束位移机构进一步包括平面镜片和微致动器;所述方法包括:利用所述镜头组件接收经拍摄目标反射的光,并形成入射至所述平面镜片的入射光;控制所述微致动器带动所述平面镜片围绕旋转轴偏转预设角度,使得透过所述平面镜片的透射光的光束相对于所述入射光的光束平移预设位移;利用所述图像传感器在所述平面镜片偏转前后或偏转不同角度前后分别接收相应的所述透射光,并分别获取至少一帧所述拍摄目标的低分辨率图像;将获取的所述拍摄目标的低分辨率图像融合,得到所述拍摄目标的超分辨率图像。

通过光束位移机构带动平面镜片进行不同角度的偏转,能够使透过平面镜片的透射光的光束沿图像传感器的平面发生不同程度的位移,再利用图像传感器分别接收相应的透射光,能够获取到针对拍摄目标的一些具有不同细节特征的低分辨率图像,最终将这些低分辨率图像融合,即可获得拍摄目标的高分辨率图像。本申请实施例提供的获取超分辨率图像的方法能够通过偏转平面镜片,实现对光束位移的高精度控制,且控制操作简单,有利于在移动电子设备中实现超分辨率成像。

作为一种可选的实施方式,所述旋转轴为所述平面镜片的对角线、边沿线或中心线。

作为一种可选的实施方式,所述预设位移为所述图像传感器中像素单元宽度的非整数倍。

作为一种可选的实施方式,所述预设位移与所述预设角度满足如下关系:

其中,Δy为所述预设位移;t为所述平面镜片的厚度;n为所述平面镜片的折射率;θ为所述预设角度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定。下面的描述涉及附图时,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的偏转平面镜片以实现光束位移的原理示意图;

图2为本申请实施例提供的预设位移与预设角度之间的关系曲线示意图;

图3A为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的装置在平面镜片未偏转时的结构示意图;

图3B为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的装置在平面镜片偏转预设角度时的结构示意图;

图4为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的装置的原理示意图;

图5A为本申请实施例提供的一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图5B为图5A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图5C为图5A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图5D为图5A所示的光束位移机构沿线CC’的截面示意图;

图6A为本申请实施例提供的另一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图6B为图6A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图6C为图6A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图7A为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图7B为图7A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图7C为图7A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图7D为图7A所示的光束位移机构沿线CC’的截面示意图;

图8A为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图8B为图8A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图8C为图8A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图9A为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图9B为图9A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图9C为图9A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图10A为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图10B为图10A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图10C为图10A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图11A为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的俯视结构示意图;

图11B为图11A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;

图11C为图11A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;

图12为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的装置中光束位移机构与镜头组件的位置关系示意图;

图13为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。

本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。另外,“第一”、“第二”等术语仅用于区别类似的对象,而不能理解为指示或暗示相对重要性,或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

除非在本申请的上下文中清楚地说明了指定的顺序,否则可与指定的顺序不同地执行在此描述的处理步骤。也就是说,可以以指定的顺序执行每个步骤、基本上同时执行每个步骤、以相反的顺序执行每个步骤或者以不同的顺序执行每个步骤。

在此处使用空间上相对的词汇,譬如“之下”“下方”“之上”“上方”“上表面”“下表面”及与其相似的表达,是为了方便说明图中所绘示的组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外,还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如,旋转90度或处于其他方位),而这些空间上相对的描述词汇应该做相应的解释。

本申请实施例提供一种获取超分辨率图像的装置,包括:镜头组件、光束位移机构以及图像传感器;光束位移机构位于镜头组件与图像传感器之间;镜头组件的光轴垂直于图像传感器的平面。

具体的,光束位移机构进一步包括平面镜片和微致动器;镜头组件可以接收经拍摄目标反射的光,并形成入射至平面镜片的入射光;平面镜片可以使该入射光发生折射,并形成传输至图像传感器的透射光;图像传感器可以接收该透射光,并获取拍摄目标的图像;其中,微致动器可以带动平面镜片围绕旋转轴偏转预设角度,以使透射光的光束相对于入射光的光束沿平行于图像传感器的平面的方向平移预设位移。

如图1所示,为本申请实施例提供的偏转平面镜片以实现光束位移的原理示意图。从图1中可以看到,将平面镜片偏转角度θ后,透射光It的光束相对于入射光Io的光束发生了平移,并且光束平移的位移为Δy。通过分析光束平移的位移Δy与平面镜片偏转的角度θ之间的大小关系,可以得到如下关系式:

其中,t为平面镜片的厚度,n为平面镜片的折射率。

根据上述公式1可以绘制出如图2所示的关系曲线示意图;其中,横轴表示平面镜片偏转的角度θ,纵轴表示光束平移的位移Δy。从图2可以看到,光束平移的位移Δy与平面镜片偏转的角度θ之间大体呈线性正相关;示例性的,若平面镜片的厚度t为200μm,折射率n为1.6,则当平面镜片偏转的角度θ从0°增加至1°时,光束平移的位移Δy能够相应地从0μm增加至约1.3μm,并且通过控制角度θ每次变化的度数,能够相应地实现光束的纳米级移动,例如,角度θ每增大或减小0.1°,则光束相应地平移约130nm。

因此,本申请实施例提供的获取超分辨率图像的装置通过光束位移机构带动平面镜片偏转不同角度,能够使透过平面镜片的透射光的光束沿图像传感器的平面发生不同位移,并且基于上述平面镜片偏转的角度θ与光束平移的位移Δy之间的关系可知,该光束位移机构易于实现光束的纳米级移动,即位移控制精度较高,且控制操作简单,另外,通过控制平面镜片偏转的角度,可以使光束的位移总长达到几十微米,能够很好地满足在移动电子设备中的应用。

如图3A和3B所示,获取超分辨率图像的装置10包括:镜头组件101、平面镜片102、微致动器103以及图像传感器104;其中,平面镜片102和微致动器103位于镜头组件101与图像传感器104之间,并且镜头组件101的光轴垂直于图像传感器104的平面。当微致动器103未偏转平面镜片102时(如图3A),平面镜片102所在的平面垂直于镜头组件101的光轴,入射至平面镜片102的入射光从平面镜片102透射出去后,形成的透射光的光束相对于入射光的光束不发生改变,并且示例性的,该透射光可以由位于图像传感器104中心区域的像素单元或者像素单元组接收。当微致动器103将平面镜片102偏转预设角度时(如图3B),透射光的光束相对于入射光的光束发生了相应的位移,并且示例性的,该透射光将由位于图像传感器104中心区域以外的其他像素单元或者其他像素单元组接收。

例如,当平面镜片102围绕x轴进行逆时针(或顺时针)偏转时,透射光的光束相对于入射光的光束会向y轴的正方向(或负方向)平移。

如图4所示,为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的装置的原理示意图;可以看到,平面镜片偏转0.6°时获取的图像与平面镜片不发生偏转时获取的图像相比,存在一些细节特征方面的差异,同时成像质量几乎没有改变,并且平面镜片偏转后获取的图像相对于平面镜片未偏转时获取的图像是整体向同一个方向平移的。

因此,通过偏转平面镜片以实现光束的纳米级移动,可以使获取的图像具有不同的细节特征,再将平面镜片偏转前后或偏转不同角度前后获取的图像进行融合,则可以得到具有更多细节特征的超分辨率图像。

为了使融合后的图像相对于融合前的图像在分辨率方面具有更加明显的改善,可以使透射光的光束每次平移的位移为图像传感器中像素单元宽度的非整数倍。

如图5A~图5D所示,为本申请实施例提供的一种光束位移机构的结构示意图。其中,图5A为该光束位移机构的俯视结构示意图;图5B为图5A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;图5C为图5A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;图5D为图5A所示的光束位移机构沿线CC’的截面示意图。为了避免使附图凌乱,对于部分相同类型的结构,仅对其中的一个进行了附图标记。

从图5A~图5D可以看到,光束位移机构1包括:平面镜片11和微致动器12。其中,微致动器12进一步包括:可动基底121、固定基底122、支撑锚123以及电磁驱动装置124。平面镜片11固定于可动基底121的上表面,固定基底122固定于可动基底121的下方。可动基底121和固定基底122均包括透明区域,例如分别包括第一透明区域1211和第二透明区域1221,第一透明区域1211和第二透明区域1221可以透过经平面镜片11射出的透射光;具体的,第一透明区域1211和第二透明区域1221可以由透明玻璃板或者其他透明材质构成,以减少对透射光造成的遮挡,从而避免影响成像质量。电磁驱动装置124设置于可动基底121的下表面和固定基底122的上表面,可以产生吸引力或排斥力(例如,静电场中的静电力或感应磁场中的洛伦兹力),以改变可动基底121的边沿与固定基底122的相对边沿之间的距离,进而带动平面镜片11围绕其旋转轴进行偏转。支撑锚123支撑于可动基底121与固定基底122之间,可以根据电磁驱动装置124产生的吸引力或排斥力的大小改变支撑高度。

示例性的,本申请实施例中,平面镜片可以为能够透光和滤除部分波长的光的滤光片。可动基底和固定基底可以为高分子板材或者覆盖有绝缘层的金属薄片。平面镜片可以固定于可动基底的上表面的中心位置处。支撑锚可以由高分子弹性泡沫(如,泡棉)或者金属弹簧等弹性材料构成;优选地,支撑锚的半径小于1mm,具体可以根据所选用的弹性材料的力学性能进行确定;另外,优选地,支撑锚的高度小于0.5mm,具体可以根据所选用的弹性材料的变形能力和平面镜片所要实现的偏转角度进行确定。示例性的,当可动基底和固定基底为图5A~图5D所示的矩形时,可以将支撑锚设置于可动基底的四个角落。

另外,可以在固定基板上进行电路布置,如图5A中在固定基板122的上表面布置的电路1222,这些电路可用于实现对微致动器的控制或信号处理等功能。

其中,电磁驱动装置可以进一步包括:上电极和下电极;其中,上电极位于可动基底的下表面,下电极位于固定基底的上表面。

示例性的,如图5A~图5D所示,电磁驱动装置124进一步包括:上电极(电极1241、电极1242、电极1243以及电极1244)和下电极(电极1245、电极1246、电极1247以及电极1248),各个上电极和各个下电极分别正对地设置于可动基底121和固定基底122的各个边沿附近,例如,电极1241与电极1245正对地设置于可动基底121和固定基底122的沿x轴方向延伸、靠近y轴负方向的边沿线附近,并且上述电极均为片状电极。

本实施例中,当上电极与下电极之间存在电势差时,上下正对的两个电极之间将会产生静电吸引力,使其中的上电极向下电极靠近,进而带动平面镜片围绕旋转轴(边沿线或者对角线)进行偏转。上电极与下电极之间的静电吸引力越大,二者之间的距离就越小,带动平面镜片偏转的角度就越大,进而使得透过平面镜片的透射光的光束相对于入射至平面镜片的入射光的光束平移的位移也越大。通过控制处于正对位置的上电极与下电极之间的电势差,可以相应地带动平面镜片围绕不同旋转轴、向不同方向偏转不同的角度,进而实现光束在不同方向上的亚像素级位移。

例如,当电极1241与电极1245之间存在电势差时,电极1241与电极1245之间会产生静电吸引力,使电极1241向电极1245靠近,进而带动平面镜片11向y轴负方向偏转,并且平面镜片11的旋转轴为其沿x轴方向延伸的、靠近y轴负方向的边沿线。

再例如,当电极1241与电极1245之间以及电极1242与电极1246之间存在电势差时,上下正对的两个电极之间会产生静电吸引力,使电极1241和电极1242分别向电极1245和电极1246靠近,进而带动平面镜片11以其对角线(图5A所示的俯视图中连接平面镜片11右上角和左下角的线)为旋转轴向x轴正方向、y轴负方向进行偏转。

为了更加精确、有效地控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移,本实施例中可以在固定基底的上表面设置限位器。

示例性的,如图5A~图5D所示,当可动基底121和固定基底122为矩形时,可以在固定基底122的四个角落分别设置限位器125。

或者,也可以通过控制对上电极和下电极进行驱动的激励信号的大小,进而控制上电极与下电极之间的电势差,来控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移。

如图6A~图6C所示,为本申请实施例提供的另一种光束位移机构的结构示意图。其中,图6A为该光束位移机构的俯视结构示意图;图6B为图6A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;图6C为图6A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图。为了避免使附图凌乱,对于一部分相同类型的结构,仅对其中的一个进行了附图标记。

图6A~图6C所示的光束位移机构2包括:平面镜片21和微致动器22。其中,微致动器22进一步包括:可动基底221、固定基底222、支撑锚223以及电磁驱动装置224。

具体的,本申请实施例提供的光束位移机构2中的平面镜片21、微致动器22及其所包括的可动基底221、固定基底222、支撑锚223可以与图5A~图5D所示的光束位移机构1中的平面镜片11、微致动器12及其所包括的可动基底121、固定基底122、支撑锚123的结构和位置关系基本相同;但不同之处在于,本实施例中,电磁驱动装置224中的上电极2241和下电极2242分别包括至少一个叉指电极,并且上电极2241的叉指结构与下电极2242的叉指结构交错设置。

本实施例中,通过控制正对设置的上电极与下电极之间的叉指电压,可以改变可动基底的边沿与固定基底的相对边沿之间的距离,进而带动平面镜片围绕其旋转轴(边沿线或者对角线)向不同方向偏转不同角度,以使透过平面镜片的透射光的光束相对于入射至平面镜片的入射光的光束发生平移。

为便于精确、有效地控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移,本实施例中可以在固定基底222的上表面设置限位器225,例如,当固定基底222为矩形时,可以在固定基底222的四个角落分别设置限位器225。

如图7A~7D所示,为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的结构示意图。其中,图7A为该光束位移机构的俯视结构示意图;图7B为图7A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;图7C为图7A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图;图7D为图7A所示的光束位移机构沿线CC’的截面示意图。为了避免使附图凌乱,对于部分相同类型的结构,仅对其中的一个进行了附图标记。

图7A~图7D所示的光束位移机构3包括:平面镜片31和微致动器32。其中,微致动器32进一步包括:可动基底321、固定基底322、支撑锚323以及电磁驱动装置324。

具体的,本申请实施例提供的光束位移机构3中的平面镜片31、微致动器32及其所包括的可动基底321、固定基底322、支撑锚323可以与图5A~图5D所示的光束位移机构1中的平面镜片11、微致动器12及其所包括的可动基底121、固定基底122、支撑锚123的结构和位置关系基本相同;但不同之处在于,本实施例中,电磁驱动装置进一步包括:微型线圈和永磁体;其中,微型线圈位于可动基底的下表面,永磁体位于固定基底的上表面;或者,永磁体位于可动基底的下表面,微型线圈位于固定基底的上表面。

示例性的,如图7A~图7D所示,电磁驱动装置324进一步包括:微型线圈(线圈3241、线圈3242、线圈3243以及线圈3244)和永磁体(永磁体3245、永磁体3246、永磁体3247以及永磁体3248),各个微型线圈和各个永磁体分别正对地设置于可动基底321和固定基底322的各个边沿附近,例如,线圈3241与永磁体3245正对地设置于可动基底321和固定基底322的沿x轴方向延伸、靠近y轴负方向的边沿线附近,并且微型线圈位于可动基底的下表面,永磁体位于固定基底的上表面。

本实施例中,当微型线圈内通有电流时会产生感应磁场,所产生的感应磁场与永磁体之间能够产生吸引力或者排斥力,进而改变可动基底的边沿与固定基底的相对边沿之间的距离,以带动平面镜片围绕其旋转轴(边沿线、中心线或者对角线)进行偏转。微型线圈与永磁体之间的吸引力(或排斥力)越大,二者之间的距离就越小(或越大),带动平面镜片偏转的角度就越大,进而使得透过平面镜片的透射光的光束相对于入射至平面镜片的入射光的光束平移的位移也越大。通过控制处于正对位置的微型线圈与永磁体之间的磁感应强度,可以相应地带动平面镜片围绕不同旋转轴、向不同方向偏转不同的角度,进而实现光束在不同方向上的亚像素级位移。

例如,当线圈3241内通有电流,并且其产生的感应磁场与永磁体3245之间产生了排斥力时,能够使得线圈3241远离永磁体3245,进而带动平面镜片31向y轴正方向进行偏转,并且平面镜片31的旋转轴为其沿x轴方向延伸的、靠近y轴正方向的边沿线。

再例如,当线圈3241和线圈3242内均通有电流,并且其产生的感应磁场分别与永磁体3245和永磁体3246之间产生了排斥力时,能够使得线圈3241和线圈3242分别远离永磁体3245和永磁体3246,进而带动平面镜片31以其对角线(图7A所示的俯视图中连接平面镜片31右上角和左下角的线)为旋转轴向x轴负方向、y轴正方向进行偏转。

又例如,当线圈3241和线圈3243内均通有电流,并且线圈3241产生的感应磁场与永磁体3245之间产生了排斥力,而线圈3243产生的感应磁场与永磁体3247之间产生了吸引力时,能够使得线圈3241远离永磁体3245,线圈3243靠近永磁体3247,进而带动平面镜片31以其沿x轴方向延伸的中心线为旋转轴向y轴正方向进行偏转。

为了更加精确、有效地控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移,本实施例中可以在固定基底的上表面设置限位器。

示例性的,如图7A~图7D所示,当固定基底322为矩形时,可以在固定基底322的四个角落分别设置限位器325。

或者,也可以通过控制微型线圈中的电流大小,进而控制微型线圈与永磁体之间的磁感应强度,以控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移。

如图8A~8C所示,为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的结构示意图。其中,图8A为该光束位移机构的俯视结构示意图;图8B为图8A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;图8C为图8A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图。为了避免使附图凌乱,对于一部分相同类型的结构,仅对其中的一个进行了附图标记。

图8A~图8C所示的光束位移机构4包括:平面镜片41和微致动器42。其中,微致动器42进一步包括:可动基底421、固定基底422、支撑锚423以及电磁驱动装置424。平面镜片41固定于可动基底421的上表面,固定基底422固定于可动基底421的下方。可动基底421和固定基底422均包括透明区域,例如分别包括第三透明区域4211和第四透明区域4221,第三透明区域4211和第四透明区域4221可以透过从平面镜片41射出的透射光。电磁驱动装置424设置于可动基底421的下表面和固定基底422的上表面,可以产生吸引力或排斥力(例如,静电场中的静电力或感应磁场中的洛伦兹力),以改变可动基底421的边沿与固定基底422的相对边沿之间的距离,进而带动平面镜片41围绕其旋转轴进行偏转。支撑锚423支撑于可动基底421与固定基底422之间,可以根据电磁驱动装置424产生的吸引力或排斥力的大小改变支撑高度。

具体的,平面镜片可以固定于可动基底的上表面的中心位置处。支撑锚设置于可动基底的各个边沿的中心位置处。电磁驱动装置正对地设置于可动基底和固定基底的各个边沿附近,并且在支撑锚的两端对称分布;电磁驱动装置的类型可以为片状电极、叉指电极或者微型线圈与永磁体(图8A~图8C中仅以片状电极作为示例),当对电极进行激励,或者在微型线圈内通有电流时,上下正对设置的电磁驱动装置之间可以产生吸引力或者排斥力,改变可动基底的边沿与其正对的固定基底的边沿之间的距离,使支撑锚发生形变,进而带动平面镜片以其中心线为旋转轴进行偏转。支撑锚可以由泡棉或金属弹簧等弹性材料构成;优选地,支撑锚的半径小于1mm,具体可以根据所选用的弹性材料的力学性能进行确定;另外,优选地,支撑锚的高度小于0.5mm,具体可以根据所选用的弹性材料的变形能力和平面镜片所要实现的偏转角度进行确定。

如图9A~9C所示,为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的结构示意图。其中,图9A为该光束位移机构的俯视结构示意图;图9B为图9A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;图9C为图9A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图。为了避免使附图凌乱,对于部分相同类型的结构,仅对其中的一个进行了附图标记。

从图9A~9C可以看到,光束位移机构5包括:平面镜片51和微致动器52。其中,微致动器52进一步包括:可动基底521、固定基底522、支撑柱523以及电磁驱动装置524。可动基底521进一步包括:可动区域5211、固定区域5212以及曲折梁5213,可动区域5211通过曲折梁5213连接至固定区域5212,并且平面镜片51固定于可动区域5211的上表面。可动基底521的可动区域5211和固定基底522均包括透明区域,例如分别包括第五透明区域5211a和第六透明区域5221,第五透明区域5211a和第六透明区域5221可以透过从平面镜片51射出的透射光;具体的,第五透明区域5211a和第六透明区域5221可以由透明玻璃板或者其他透明材质构成,以减少对透射光造成的遮挡。电磁驱动装置524设置于可动基底521的可动区域5211的下表面和固定基底522的上表面,可以产生吸引力或排斥力(例如,静电场中的静电力或感应磁场中的洛伦兹力),以改变可动基底521的可动区域5211的边沿与固定基底522的相对边沿之间的距离,带动平面镜片51围绕其旋转轴进行偏转。支撑柱523支撑于可动基底521与固定基底522之间,可以将可动基底521的固定区域5212固定于固定基底522的上方。曲折梁5213可以根据电磁驱动装置524产生的吸引力或排斥力的大小改变可动基底521的可动区域5211的偏转角度。

具体的,本实施例中,平面镜片可以为能够透光和滤除部分波长的光的滤光片。可动基底和固定基底可以为高分子板材或者覆盖有绝缘层的金属薄片。平面镜片可以固定于可动基底的可动区域上表面的中心位置处。支撑柱由不可形变的材料制成。示例性的,当可动基底和固定基底为图9A~9C所示的矩形时,可以将支撑柱设置于可动基底的固定区域的四个角落,并且电磁驱动装置可正对地设置于可动基底的可动区域的边沿线附近和固定基底的边沿线附近。电磁驱动装置的类型可以为片状电极、叉指电极或者微型线圈与永磁体(图9A~图9C中仅以片状电极作为示例),当对电极进行激励,或者在微型线圈内通有电流时,上下正对设置的电磁驱动装置之间可以产生吸引力或者排斥力,改变可动基底的可动区域的边沿与固定基底的相对边沿之间的距离,使曲折梁发生形变,进而带动平面镜片围绕其旋转轴(边沿线、对角线或者中心线)进行偏转。

如图10A~图10C所示,为本申请实施例提供的又一种光束位移机构的结构示意图。其中,图10A为该光束位移机构的俯视结构示意图;图10B为图10A所示的光束位移机构沿线AA’的截面示意图;图10C为图10A所示的光束位移机构沿线BB’的截面示意图。为了避免使附图凌乱,对于部分相同类型的结构,仅对其中的一个进行了附图标记。

从图10A~图10C可以看到,光束位移机构6包括:平面镜片61和微致动器62。其中,微致动器62进一步包括:可动基底621、固定基底622以及形状记忆合金(shape memoryalloys,SMA)623。平面镜片61固定于可动基底621的上表面,固定基底622固定于可动基底621的下方。可动基底621和固定基底622均包括透明区域,例如分别包括第七透明区域6211和第八透明区域6221,第七透明区域6211和第八透明区域6221可以透过从平面镜片61射出的透射光;具体的,第七透明区域6211和第八透明区域6221可以由透明玻璃板或者其他透明材质构成,以减少对透射光造成的遮挡,从而避免影响成像质量。形状记忆合金623支撑于可动基底621和固定基底622之间,可以在通电加热时发生收缩,或者在断电冷却时恢复拉伸,以改变可动基底621的边沿与固定基底622的相对边沿之间的距离,带动平面镜片61围绕其旋转轴进行偏转。

具体的,为了使形状记忆合金能够实现较大的形变量,可以将形状记忆合金制成弹簧等结构,以增加其应变能力。当可动基底和固定基底均为图10A~图10C所示的矩形时,可以将形状记忆合金设置于可动基底的四个角落。通过对形状记忆合金进行充断电,可以控制其相应地发生形变(收缩或拉伸),以使可动基底的边沿与固定基底的边沿之间的距离增大或减小,进而带动平面镜片围绕其旋转轴(边沿线、对角线或者中心线)进行偏转;其中,平面镜片可以固定于可动基底的上表面的中心位置处。

为了缩短形状记忆合金在断电冷却时恢复拉伸状态的响应时间,可以在形状记忆合金的外围包裹一导热层。

另外,还可以在可动基底与固定基底之间设置弹性恢复器件(例如,高弹性泡沫)。具体的,弹性恢复器件可以支撑于可动基底与固定基底之间,并且可以将弹性恢复器件设置于可动基底的各个边沿的中心位置处。当微致动器工作于初始断电状态时,在弹性恢复器件的支撑作用下,形状记忆合金能够处于拉伸状态;当对形状记忆合金进行通电加热时,形状记忆合金会发生收缩,并压缩弹性恢复器件产生形变,以拉动可动基板发生偏转,进而带动平面镜片发生偏转;当对形状记忆合金进行断电冷却时,在弹性恢复器件的支撑作用下,能够使形状记忆合金加快恢复初始拉伸状态。

本实施例中,为了更加精确、有效地控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移,可以在固定基底的上表面设置限位器。

示例性的,如图10A~图10C所示,当固定基底622为矩形时,可以在固定基底622的四个角落分别设置限位器625,例如,可以将限位器625设置于形状记忆合金623的周围。

作为一种可选的实施方式,也可以将形状记忆合金设置于可动基底的各个边沿的中心位置处,以起到支撑可动基底和致动的作用,如图11A~图11C所示。

从图11A~图11C可以看到,光束位移机构7包括:平面镜片71和微致动器72。其中,微致动器72进一步包括:可动基底721、固定基底722以及形状记忆合金723。具体的,平面镜片71和微致动器72及其所包括的可动基底721、固定基底722可以与图10A~图10C所示的光束位移机构6中的平面镜片61和微致动器62及其所包括的可动基底621、固定基底622的结构和位置关系基本相同。

另外,在本实施例中,也可以在可动基底721与固定基底722之间设置弹性恢复器件724;具体的,当可动基底721和固定基底722为图11A~11C所示的矩形时,可以将弹性恢复器件724设置于可动基底721的四个角落,以起到帮助支撑可动基底721和在形状记忆合金723进行断电冷却时加快恢复其拉伸状态的作用。

为了更加精确、有效地控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移,可以在固定基底的上表面设置限位器。

示例性的,如图11A~图11C所示,当固定基底722为矩形时,可以在固定基底722的四个角落分别设置限位器725,例如,可以将限位器725设置于弹性恢复器件724的周围。

如图12所示,为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的装置中光束平移机构和镜头组件的位置关系示意图;其中,光束平移机构包括平面镜片81和微致动器82。具体的,微致动器82进一步包括固定基底821、支撑锚822以及致动件823;镜头组件80固定于固定基底821的上方,固定基底821固定于平面镜片81的下方,平面镜片81位于镜头组件80与固定基底821之间;固定基底821包括一透明区域,该透明区域可以透过从平面镜片81射出的透射光;致动件823设置于镜头组件80的下表面和平面镜片81的上表面,可以改变支撑锚822的支撑高度和平面镜片81的边沿与固定基底821的相对边沿之间的距离,使平面镜片81围绕其旋转轴进行偏转;支撑锚822支撑于平面镜片81与固定基底821之间,可以在致动件823的控制作用下改变支撑高度。

具体的,致动件可以包括上电极和下电极,其中,上电极位于镜头组件的下表面,下电极位于平面镜片的上表面,位置上下相对的电极之间可以产生静电吸引力,进而控制平面镜片围绕其旋转轴(边沿线或对角线)进行偏转;或者,致动件可以包括:微型线圈和永磁体,其中,微型线圈位于镜头组件的下表面(或平面镜片的上表面),永磁体位于平面镜片的上表面(或镜头组件的下表面),位置上下相对的微型线圈和永磁体之间可以形成磁场,产生吸引力或排斥力,进而控制平面镜片围绕其旋转轴(边沿线、对角线或中心线)进行偏转。

进一步地,为了更加精确、有效地控制平面镜片偏转的角度和光束平移的位移,本实施例中可以在固定基底的上表面设置限位器。

需要说明的是,尽管上述实施例中的可动基底和固定基底均以矩形作示例性说明,但实际上,可动基底和固定基底的形状不限于为矩形,例如还可以为圆形,或者可以为正方形、菱形、六边形等其他多边形,并且可动基底与固定基底既可以采用相同的形状,也可以采用不同的形状,本申请实施例对此不作限定。

另外,在上述实施例中,也可以采用开孔的方式设置可动基底或固定基底的透明区域,以避免对透射光造成遮挡。

在上述实施例中,电磁驱动装置、限位器、形状记忆合金、弹性恢复器件、致动件等的数量和形状仅为示例,本申请实施例对此不作限定。

如图13所示,为本申请实施例提供的一种获取超分辨率图像的方法,该方法可应用于获取超分辨率图像的装置,该装置包括镜头组件、微致动器、平面镜片以及图像传感器;该方法包括:

S101:利用镜头组件接收经拍摄目标反射的光,并形成入射至平面镜片的入射光。

S102:控制微致动器带动平面镜片围绕旋转轴偏转预设角度,使得透过平面镜片的透射光的光束相对于该入射光的光束平移预设位移。

其中,平面镜片的旋转轴可以为平面镜片的对角线、边沿线或中心线,并且该预设位移与该预设角度可以满足如下关系:

其中,Δy为所述预设位移,t为平面镜片的厚度,n为平面镜片的折射率;θ为所述预设角度。

S103:利用图像传感器在平面镜片偏转前后或偏转不同角度前后分别接收相应的透射光,并分别获取至少一帧拍摄目标的低分辨率图像。

为了使融合后的图像相对于融合前的图像在分辨率方面具有更加明显的改善,可以控制透射光的光束每次平移的位移(即预设位移)为图像传感器中像素单元宽度的非整数倍。

S104:将获取的拍摄目标的低分辨率图像融合,得到拍摄目标的超分辨率图像。

具体的,例如可以采用预先训练好的超分辨率神经网络模型对获取的低分辨率图像进行融合,该超分辨率神经网络模型可以预先通过对大量训练样本进行训练得到,训练样本可以包括低分辨率图像样本以及该低分辨率图像样本对应的高分辨率图像样本。

应理解,本申请实施例中的具体实施方式仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例,而非限制本申请实施例的范围,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形,而这些改进或者变形均落入本申请的保护范围。

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