提高成像元件的彩色成像分辨率的方法和底片掃描儀的制作方法

專利名稱：提高成像元件的彩色成像分辨率的方法和底片掃描儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種彩色成像方法，尤其涉及提高彩色成像元件的成像分辨率的方法，以及使用這種方法的底片掃描儀。
背景技術：
CCD作為圖像傳感器，已廣泛應用于數碼相機、數碼攝像機等圖像處理領域，尤其是彩色圖像處理。本質上，CCD不能感知光線的色彩(即光線的頻率成份)，其感光單元只能感知光線的強度。對于黑白CCD，每個感光單元形成一個像素，記錄下光線的強度值即可。然而要記錄彩色圖像，問題更為復雜，人們通過在CCD感光單元前面加色彩濾鏡陣列的方法來解決，使一個感光單元記錄某一個色彩分量的強度，然后進行色彩插值來計算丟失的色彩分量。這種獲得彩色的方法將使圖像的分辨率受到損失。
然而CCD自身的分辨率提高存在困難 一方面，為了提高CCD的分辨率，需要增加CCD的像素數；而另一方面，單位面積像素數越多，則像素尺寸越小，導致感光度降低、信噪比下降、動態范圍減小，影響其性能。因此只能通過增大CCD的面積來提高CCD的分辨率，而這將導致CCD的制造成本劇增，不是一個有效的解決辦法。這樣，如何在CCD自身的分辨率固定的情況下，減少由獲得彩色帶來的分辨率損失，將變得十分重要。
傳統彩色CCD感光單元及濾色鏡的排列是方形的，以G-R-G'-B型CCD為例，如圖1A所示，每個CCD構成一個像素的四個感光單元分別具有G-R-G'-B濾色鏡，因此成像時可分別形成四種顏色，此四點計算出一個彩色RGB值。這種方法的明顯缺點就是分辨率低，以具有200萬感光單元的CCD為例，其實際物理分辨率只有50萬。在實際中，可以對各感光單元的光值重復利用和計算，來提高成像分辨率。具體地說，如圖IB所示，在進行信號處理時，由a-b-g-h四點計算出 一 個RGB值，作為 一個像素記錄下來，同時，b-c-h-i ， g-h-m陽n ，
6h-i-n-o又各計算出一個像素，可以簡單的理解為4個感光單元的中心點構成一個"像點"，這樣，每個感光單元的光值都是復用的，使用了4次(邊緣部位除外)。由于復用，每4個感光單元計算出4個像素，這就是200萬像素(嚴格的說是200萬感光單元)的CCD分成4類顏色(兩個綠色算兩類)，仍產生200萬像素的圖像的原因。
經過上述計算后圖像分辨率雖然顯著提高，但是由于這種CCD成像采用色彩插值算法計算丟失的色彩值，將引起偽彩色和插值噪聲，影響成像質量，無法達到標稱分辨率應有的效果。因此目前已經出現了 3CCD成像技術，即在光射到芯片上以前，先通過棱鏡，棱鏡把光分為3束，將三個CCD分別用來處理三個顏色分量(例如紅、藍、綠)，得到全部色彩信息。然而使用3個CCD將使產品成本大大提升。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種提高成像元件的彩色成像分辨率的方法，其可以在不影響成像質量的條件下將彩色成像分辨率提高到原來的4倍左右。
本發明還提供一種使用上述方法的可提高掃描分辨率的底片掃描儀。在傳統CCD的成像技術中，成像畫面經過色彩濾鏡陣列后，每個畫面像點僅有一個色彩分量(如紅、綠或藍)透過，被相應位置的感光單元所接收，這意味著此像點的其他色彩分量因沒有對應的感光單元可接收而丟失。本發明的方法既是基于此認識而提出的，其通過多次成像來接收在傳統CCD中被丟失的色彩信息，從而獲得待成像畫面的完整色彩信息。
本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種提高成像元件的彩色成像分辨率的方法，該成像元件具有一 N*M像素陣列，其中每個像素包括四個方形排列的感光單元，形成2N*2M感光單元陣列，每個感光單元對一種顏色感光，其中，該方法包括以下步驟
a. 將待成像畫面劃分為21^^M的網格陣列，每個網格代表一個像點；
b. 以待成像畫面對準成像元件成像，使待成像畫面各像點中的第一類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第一畫面；C.使待成像畫面與成像元件錯開至少1列而成像，使待成像畫面各像點中的第二類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第二畫面；
d. 使待成像畫面與成像元件錯開至少1列并錯開至少1行而成像，使待成像畫面各像點中的第三類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第三畫面；
e. 使待成像畫面與成像元件錯開至少l行而成像，使待成像畫面各像點P中的第四類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第四畫面；
f .組合第一畫面至第四畫面，得到分辨率為2N*2M的最終畫面。
在上述的提高成像元件的成像分辨率的方法中，在步驟c中是以該待成像畫面的1 (2M-j)列像點成像于成像元件的(j+l) 2M列感光單元，其中j為錯開的列數且j為》1的奇數。
在上述的提高成像元件的成像分辨率的方法中，在步驟d中是以該待成像畫面的位于1 (2M-j)列且位于1 (2M-k)行的像點成像于成像元件的位于(j+l) 2M列且位于(k+l) 2M行的感光單元，其中j為錯開的列數且j》1， k為錯開的行數且k為》1的奇數。
在上述的提高成像元件的成像分辨率的方法中，在步驟e中是以該待成像畫面的1 (2M-k)行像點成像于成像元件的(k+l) 2M行感光單元，其中k為錯開的行數且k為》1的奇數。
本發明還提供另一種提高成像元件的彩色成像分辨率的方法，該成像元件具有一像素陣列，其中每個像素包括四個方形排列的感光單元，形成N*M感光單元陣列，每個感光單元對一種顏色感光，各感光單元之間具有間隙，其中，該方法包括以下步驟
a. 將待成像畫面劃分為2N*2M的網格陣列，每個網格代表一個對應至該成像元件的感光單元或感光單元之間的間隙的像點；
b. 使待成像畫面對準成像元件，進行第一次成像，然后，依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第l列依次移位至成像元件的第2列，第3歹i」，第4列，并分別成像；
c. 使待成像畫面相對成像元件移位一行的情況下，先進行第一次成像，然后依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至對準成像元件的
8第2列，第3列，第4列，并分別成像；
d. 使待成像畫面相對成像元件移位二行的情況下，先進行第一次成像，然后依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至對準成像元件的第2列，第3列，第4列，并分別成像；
e. 使待成像畫面相對成像元件移位三行的情況下，先進行第一次成像，然后依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至對準成像元件的第2列，第3列，第4列，并分別成像；
f. 組合各成像畫面，得到分辨率為2Nf2M的最終畫面。在本發明的方法中，成像元件為帶色彩濾鏡陣列的CCD或CMOS。該色
彩濾鏡陣列可為G-R-G-B型或C-Y-G-M型。
另外，本發明提出一種提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀，包括用以聚焦來自底片的光束的透鏡組、設于透鏡組的出光路徑上以感光的成像元件、以及電連接于成像元件以獲得成像畫面的圖像獲取單元，此底片掃描儀還包括一控制單元，產生驅動該成像元件沿互相垂直的第一方向或第二方向微移的驅動
信號，以及控制該圖像獲取單元獲取各成像畫面的時機的觸發信號； 一驅動機構，電連接于該控制單元，根據該驅動信號驅動該成像元件相對于入射光束沿第一方向或第二方向微移而產生行或列的錯位；以及一圖像處理單元，連接于該圖像獲取單元，組合各成像畫面以獲得一最終畫面。
在上述的底片掃描儀中，該驅動機構可包括一外框、 一內框、 一第一彈簧、一第二彈簧、 一第一驅動元件以及一第二驅動元件，該成像元件設于該內框中，該第一彈簧設于該成像元件的一側邊與該內框的內壁之間，該第一驅動元件設于該成像元件的另一相對的側邊與該內框的內壁之間；該內框設于該外框中，該第二彈簧設于該內框的一側邊與外框的內壁之間；該第二驅動元件設于該內
框的另一相對的側邊與外框的內壁之間。
本發明再提供一種提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀，包括用以聚焦來自底片的光束的透鏡組、設于透鏡組的出光路徑上以感光的成像元件、以及電連接于成像元件以獲得成像畫面的圖像獲取單元，此底片掃描儀還包括 一折射片，設于該底片至該成像元件之間的光路上，以折射經過該折射片的光束；一控制單元，產生驅動該折射片繞互相垂直的第一軸線或第二軸線偏轉的驅動信號，以及控制該圖像獲取單元獲取各成像畫面的時機的觸發信號； 一驅動裝置，電連接于該控制單元，根據該驅動信號驅動該折射片繞該第一軸線或第二軸線旋轉，以改變經過該折射片的光束在該成像元件上的入射方向而產生行或列的錯位；以及一圖像處理單元，連接于該圖像獲取單元，組合各成像畫面以獲得一最終畫面。
因此本發明的提高成像元件的成像分辨率的方法和底片掃描儀，通過多次的移位和成像，可以提高成像元件的實際分辨率，換句話說，由于不采用色彩差值算法，在取得相同分辨率的情況下，本發明可以消除偽彩色和成像噪聲，提高成像質量。


為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1A是CCD成像元件的像素組成原理圖。
圖1B是CCD成像元件的像素單元復用計算原理圖。
圖2是待成像畫面的像點劃分示意圖。
圖3是本發明提高成像元件的成像分辨率的方法一個實施例的流程圖。
圖4A 圖4D是以成像畫面對CCD進行四次成像的示意圖。
圖5A 圖5D是進行四次成像分別所得的第一至第四畫面示意圖。
圖6是第一至第四畫面組合而成的成像畫面示意圖。
圖7是另一種成像元件的像素組成示意圖。
圖8是本發明另一實施例的待成像畫面的像點劃分示意圖。
圖9是本發明另一實施例的最終畫面部分像素示意圖。
圖10是根據本發明一個實施例的底片掃描儀結構框圖。
圖11是根據本發明一個實施例的成像元件的驅動機構示意圖。
圖12是根據本發明另一個實施例的底片掃描儀結構框圖。
圖13是根據本發明另一個實施例的成像元件的驅動裝置示意圖。
具體實施方式
請參閱圖2所示，對于一個待成像畫面20而言，依據實際成像所能達到的分辨率，將其劃分為21^2M的網格陣列，其中每個網格視為一個像點P，依據三原色原理，每個像點P包含RGB色彩信息。
請回到圖1A所示，一個例如為CCD的成像元件10包含2Na2M感光單元陣列，陣列中四個感光單元.(依據濾光膜分為G-R-G，-B)視為一個像素，因此形成1^M像素陣列。
為簡明起見，以待成像畫面20中央的一個4*4的網格陣列(P1 P16)及成像元件10中央一個4*4的感光單元陣列(S1 S16)為例，并參照圖3所示流程圖，來描述本發明的成像方法。
在步驟301，如現有技術一樣，以待成像畫面20對準成像元件IO來成像，請參照圖4A，此時，待成像畫面20各像點P中的第一類顏色形成于成像元件IO對應位置的感光單元，以獲得如圖5A所示的第一畫面501。其中像點P1中的R值(記為P1R)得以在成像元件10的對應位置的一個具有R濾色鏡的感光單元Sl感光，像點P2中的G值(記為P2G)得以在成像元件10的對應位置的一個具有G濾色鏡的感光單元S2感光，依次類推。需要指出，上述第一類顏色是針對每個個別像點P而言，例如對于像點P1，其首先成像的第一類顏色為R(紅色)，而對于像點P2，其首先成像的第一類顏色為G (綠色)，對于像點P5，其首先成像的第一類顏色為G，(綠色)。
接著，在步驟302，使待成像畫面20與成像元件10錯開1歹ij，例如參照圖4B，待成像畫面20中的第1列對準成像元件10中的第2歹i」，待成像畫面20各像點P中的第二類顏色形成于成像元件10對應位置的感光單元，以獲得如圖5B所示的第二畫面502。其中像點P1中的G值(記為P1G)得以在成像元件10的對應位置的具有G濾色鏡的感光單元S2感光，像點P2中的R值(記為P2R)得以在成像元件10的對應位置的具有R濾色鏡的感光單元S3感光，依次類推。同樣，上述第二類顏色是針對每個個別像點P而言，例如對于像點Pl，其第二類顏色為G(綠色)，而對于像點P2，其第二類顏色為R(紅色)，對于像點P5，其第二類顏色為B (藍色)。此外，在圖4B所示情形下，像點P4、 P8、 P12、 P16將得以在感光單元S1 S16之外的區域感光，而感光單元Sl、 S5、 S9、 S13也會接收像點P1 P16以外的其他像點的相應色彩信息，在此不再詳細展開。而待成像畫面20的最右邊的一列像點(第2M列)將不會在成像元件IO上成像。
其次，在步驟303，使待成像畫面20與成像元件10錯開1列并錯開1行，例如參照圖4C，待成像畫面20中的第1列對準成像元件10中的第2列，并且待成像畫面20中的第1列對準成像元件10中的第2歹U，待成像畫面20各像點P中的第三類顏色形成于成像元件10對應位置的感光單元，以獲得如圖5C所示的第三畫面503。其中像點Pl中的B值(記為P1B)得以在成像元件10的對應位置的具有B濾色鏡的感光單元S6感光，像點P2中的G'值(記為P2G')得以在成像元件10的對應位置的具有G，濾色鏡的感光單元S7感光，依次類推。同樣，上述第三類顏色是針對每個個別像點P而言，例如對于像點P1，其第三類顏色為B (藍色)，而對于像點P2，其第三類顏色為G'(綠色)，對于像點P5，其第二類顏色為G (綠色)。此外，在圖4C所示情形下，未在感光單元S1 S16區域內感光的其他像點會在此區域外得到感光，而未被像點P1 P16感光的其他感光單元也會接收像點P1 P16以外的其他像點的相應色彩信息，在此不再詳細展開。而待成像畫面20的最右邊的一列(第2M列)像點和最下邊的一行(第2N行)像點將不會在成像元件10上成像。
再者，在步驟304，使待成像畫面20與成像元件10錯開1行，例如參照圖4D，待成像畫面20中的第1行對準成像元件10中的第2行，待成像畫面20各像點P中的第四類顏色形成于成像元件10對應位置的感光單元，以獲得如圖5D所示的第四畫面504。其中像點P1中的G'值(記為P1G')得以在成像元件10的對應位置的具有G'濾色鏡的感光單元S5感光，像點P2中的B值(記為P2B)得以在成像元件10的對應位置的具有B濾色鏡的感光單元S6感光，依次類推。同樣，上述第四類顏色是針對每個個別像點P而言，例如對于像點P1，其第四類顏色為G'(綠色)，而對于像點P2，其第四類顏色為B (藍色)，對于像點P5，其第四類顏色為R (紅色)。此外，在圖4D所示情形下，像點P12 P16將得以在感光單元S1 S16之外的區域感光，而感光單元S1 S4也會接收像點P1 P16以外的其他像點的相應色彩信息，在此不再詳細展開。而待成像畫面20的最下邊的一行(第2N行)像點將不會在成像元件10上成像。
最后，在步驟305，組合上述第一畫面501至第四畫面504，將能得到一個2N*2M的最終畫面601 (圖6)，其中需將經錯位成像獲得的畫面復位成原始位置，使得各個像素的對應顏色信息能夠重合。仍以其中央的4*4像素陣列為例，其中P1 P3、 P5 P7、 P9 P11分別具有G-R-G'-B值，即經過幾次成像后，最終畫面505將包含待成像畫面20各像點的所有色彩信息，且分辨率達到2N*2M。
由于像點P4、 P8、 P12 P16并非真正的邊緣點，因此雖然圖6中并未顯示它們的所有色彩信息，但是容易得知它們的所有色彩信息也能夠被成像元件接收和記錄。在此，若假定P4、 P8、 P12所在列為最右的一列，而P12 P16所在行為最下的一列，則圖6中顯示的恰好為這種情況下這些像點被記錄的色彩信息。由此可知，這些像點中一般只有2類色彩信息被記錄，而像點P16則只有一類色彩信息(B)被記錄。該結論可以容易地推及待成像畫面20的最右邊的一列(第2M列)像點和最下邊的一行(第2N行)。這些位置的像點的成像質量對整個圖像質量的影響并不嚴重。當然，對于這些邊緣行或列，還可以通過其他方法補足色彩信息。因此，對于一個具有2N^M感光單元陣列的成像元件10，利用上述方法可以得到被劃分
為2N*2M網格陣列的待成像畫面20的所有色彩信息，其實際分辨率達到2N*2M。由圖4A 圖4D中待成像畫面20與成像元件10的對準關系變化可知，本發明的方法可以通過多次微移待成像畫面20與成像元件10的其中之一來實現這種變化，例如，將成像元件10按照向右、向下、向左(圖4B 圖4D)的順序依次微移，獲得第二至第四畫面；也可以將待成像畫面20按照此順序依次微移，來獲得第二至第四畫面。需要指出的是，上述步驟301 304的順序并無限制，只要能夠獲得第一畫面501至第四畫面504即可，同時多次微移的順序也可以變化。諸如向右(錯開一列)、向上(錯開一列和一行)、向左(錯開一行)的順序，或者向下(錯開一行)、向右(錯開一列和一行)、向上(錯開一列)等順序也可實現獲得一個像點的四類色彩信息的目的。
此外，錯開的列數和行數并不限于1，可以是錯開j列和k行，其中j， k均未奇數且j^1， k》1，對應地，在步驟302中是以該待成像畫面的l (2M-j)列像點成像于成像元件的第(j+l) 2M列感光單元。在步驟303中是以該待成像畫面的位于1 (2M-j)列且位于1 (2M-k)行的像點成像于成像元件的位于(j+l) 2M列且位于(k+l) 2M行的感光單元。而在步驟304中，是以該待成像畫面的1 (2M-k)行像點成像于成像元件的(k+l) 2M行感光單元。
13錯開的j列和k行意味著這些列和行的顏色信息丟失，因此j， k的上限可由本領域技術人員根據需要選擇。
圖7是一種感光單元之間存在間隙101的成像元件100。參看圖8所示，
如果按照一般的方法成像，則對應這些間隙101的偶數行P2i，P4!，…，Pm和偶數列P,2，P22,…,Pn2像點信息，將不會得到記錄，從而損失。
因此本發明的提高成像元件的成像分辨率的方法的另一實施例，提出一種
可采集這些偶數行和偶數列像點信息的方法。考慮一個包含N*M感光單元陣列的成像元件，若考慮其間隙空間，則視為一 2N*2M的陣列。此陣列中的元素包括感光單元和間隙。而這些元素與待成像畫面中的各個像點一一對應。由于每一像點包含四類顏色信息(例如R-G-B-G')，則待成像畫面共計2N*2M*4=16N*M的顏色信息，而成像元件每次感光能夠采集N*M數量的顏色信息，則需要進行至少16次成像才能獲取待成像畫面中的所有像點的顏色信息(忽略邊緣部分的像點部分顏色信息丟失)。其中，至少要進行15次的移位對準成像，具體的移位過程可參照上一實施例。將各次成像記錄的顏色信息組合，最終可得到2N*2M的成像畫面。
以圖8所示的8*8像點陣列為例，將此成像畫面對應圖7所示的成像元件100，先在不進行任何移位的情況下第一次成像，然后，依次進行3次列的移位，并分別成像，其中使待成像畫面200的第l列(Pu,P21，...，P81)依次移位至成像元件100的第2列，第3列，第4列，而第2 7列依次類推。
其次，在待成像畫面的第1 7列對準成像元件100的2 8列的情況下(即l次行移位)，先成像1次，然后依次進行3次列的移位，并分別成像，其中使待成像畫面200的第1列(Pn,P21,...,P71)依次移位至對準成像元件100的第2列，第3列，第4列，而第2 7列依次類推。
再者，在待成像畫面的第1 6列對準成像元件100的3 8列的情況下(即2次行移位)，先成像1次，然后依次進行3次列的移位，并分別成像，其中使待成像畫面200的第1列(P ,P21"..,P61)依次移位至對準成像元件100的第2列，第3列，第4列，而第2 7列依次類推。
最后，在待成像畫面的第1 5列對準成像元件100的4 8列的情況下(即2次行移位)，先成像1次，然后依次進行3次列的移位，并分別成像，其中使待成像畫面200的第1列(P ,P21,...,P51)依次移位至對準成像元件100的第2列，第3列，第4列，而第2 7列依次類推。
經過上述操作，已經進行了 16次成像，其中位于偶數列的信息將能在成像元件200中得到記錄。將記錄的這些顏色信息組合，最終至少得到一個成像畫面4*4的包含所有顏色信息的圖像陣列，如圖9所示。丟失的顏色信息是由于那些像點位于邊緣引起的，若將圖7、 8所示成像元件和待成像畫面分別視為一個N*M陣列和一個2N*2M的畫面的一部分，則那些顏色信息將會在鄰近的區域內得到記錄。
應當指出，上述的移位和成像的步驟和順序僅為舉例而已，在成像16次的基礎上，對這些步驟及其順序進行調整和變化，是本領域技術人員的基本能力，因而這些調整和變化應當在本發明的保護范圍之內。
本發明的方法中的成像元件不僅可以是上述G-R-G-B類型(Bayer pattern)的原色CCD，也可是同樣由四個感光單元呈方向排列的C-Y-G-M型補色CCD。此外，成像元件還可以是具有相同結構配置的CMOS(互補金屬氧化物半導體)。這些CCD或CMOS可以作為數碼相機中的成像元件，也可以作為諸如底片掃描儀等圖像獲取設備中的成像元件。
下面以底片掃描儀為例，說明本發明的方法結合于圖像獲取設備中的例子。
參照圖IO所示，根據本發明一個實施例的底片掃描儀1主要包括一組透鏡IIO、 一個例如CCD 120的感光元件、 一個驅動CCD 120沿X和Y兩個方向移動的驅動機構130、 一個控制單元140、 一個圖像獲取單元150、以及一個圖像處理單元160。其中控制單元140依照前述的控制流程控制驅動機構130移動CCD 120，使CCD 120相對底片2上的圖像產生多次錯位而成像。與此同時，控制單元140使圖像獲取單元150在每次成像時獲取CCD 120感光的畫面。最終，這些畫面傳輸至圖像處理單元160進行組合，以獲得最終畫面。
圖11示出一個驅動機構130的例子，此驅動機構130具有一內框131，CCD 120置于內框131中，其一側邊與內框131的內壁之間設有第一彈簧132,另一相對的側邊與內框131的內壁之間設有第一驅動元件133。第一驅動元件133例如是壓電陶瓷，當其受到一來自控制單元140的電壓驅動時，則產生微小形變，以帶動CCD 120在Y方向上微移。內框131是置于外框134中，其一側邊與外框134的內壁之間設有第二彈簧135，另一相對的側邊與外框134的內壁之間設有第二驅動元件136。第二驅動元件136例如是壓電陶瓷，當其受到一來自控制單元140的電壓驅動時，則產生微小形變，以帶動內框131在X方向上微移。由此CCD 120就可在X、 Y平面上分別沿X、 Y兩個方向微移，以實現成像的錯位。
參照圖12所示，根據本實用新型另一個實施例的底片掃描儀2包括一組透鏡210、 一個例如CCD 220的成像元件、 一個例如是設在CCD 220與透鏡組210之間以改變光束的入射方向的折射片230、驅動折射片230繞軸線X和Y旋轉的驅動裝置240、 一個控制單元250、 一個圖像獲取單元260、以及一個圖像處理單元270。其中控制單元250用以按照前述的多次錯位和成像的流程控制驅動裝置130轉動折射片230，使之改變光束的方向，從而使CCD220相對底片200上的圖像產生行或列的錯位而成像。與此同時，控制單元250使圖像獲取單元260在每次成像時獲取CCD 220感光的畫面。最終，這些畫面傳輸至圖像處理單元270進行組合，以獲得最終畫面。
在另一未圖示的實施例中，折射片230還可以設在底片200與透鏡組210
之間，其作用與上述實施例一致。
圖13示出一個驅動裝置240的例子，此驅動裝置包括一基板300，基板300上設有一外偏轉板310、 一第一驅動機構330、 一內偏轉板350、以及一第二驅動機構370。基板300具有正面300a和反面300b，基板中央設有開口 301。
外偏轉板310通過與X軸方向平行的第一轉軸320設于基板300上，并可繞X軸方向旋轉。第一驅動機構330位于外偏轉板310的一側，以對外偏轉板提供使其旋轉的第一力矩M1。具體地說，第一驅動機構330包括一第一步進電機331、 一第一漸開輪332、以及一第一定位塊333。第一步進電機331固定于基板300中，且位于外偏轉板310的遠離第一轉軸的一側，第一漸開輪332設于第一步進電機331的輸出軸上，第一定位塊333 —端接觸于第一漸開輪332，另一端則穿過基板300上的開口 302固定于外偏轉板310上的一側。第一漸開輪332具有逐漸增大的半徑，在第一步進電機331以例如順時針方向旋轉時，第一漸開輪332可以逐漸下壓(-Z方向)第一定位塊333從而下壓外偏轉板310的左側，從而對外偏轉板310提供一第一力矩M1，使外偏轉板310可繞第一轉軸320轉動。此外，外偏轉板310的復位可通過位于與第一步進電機331相反側且置于外偏轉板310與基板300之間的復位彈簧(圖未示)來實現。
外偏轉板310具有一與內偏轉形狀適配的開口 311，內偏轉板350通過與軸Y方向平行的第二轉軸360置于外偏轉板的開口 311內，并可繞第二轉軸360旋轉。內偏轉板350中央設置上述的折射片230。第二驅動機構370設于外偏轉板310中且作用于內偏轉板350的一側，以對該側提供一使內偏轉板410繞第二轉軸320旋轉的第二力矩M2。第二驅動機構370包括一第二步進電機371、一第二漸開輪372、以及一第二定位塊373。第二步進電機371固定于外偏轉板310的靠近第一轉軸的一側，通過基板300的開口 303露出于基板上表面300a，并且第二步進電機371是位于內偏轉板350的遠離第二轉軸的一側。第二漸開輪372設于第二步進電機371的輸出軸上，第二定位塊373 —端接觸于第二漸開輪372，另一端則固定于內偏轉板350上的遠離第二轉軸的一側。第二漸開輪372具有逐漸增大的半徑，在第一步進電機371以例如順時針方向旋轉時，第一漸開輪332可以逐漸下壓(-Z方向)第二定位塊373從而下壓內偏轉板350的一側，從而對內偏轉板350提供一第二力矩M2，使內偏轉板350可繞第二轉軸360轉動。此外，內偏轉板350的復位可通過位于與第二步進電機371相反側且置于外偏轉板310與內偏轉板350之間的復位彈簧(圖未示)來實現。
因此本發明的提高成像元件的成像分辨率的方法和底片掃描儀，通過多次的移位和成像，可以提高成像元件的實際分辨率，換句話說，由于不采用色彩差值算法，在取得相同分辨率的情況下，本發明可以消除偽彩色和成像噪聲，提高成像質量。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
1權利要求
1、一種提高成像元件的彩色成像分辨率的方法，該成像元件具有一N*M像素陣列，其中每個像素包括四個方形排列的感光單元，形成2N*2M感光單元陣列，每個感光單元對一種顏色感光，其特征在于，該方法包括以下步驟a. 將待成像畫面劃分為2N*2M的網格陣列，每個網格代表一個像點；b. 以待成像畫面對準成像元件成像，使待成像畫面各像點中的第一類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第一畫面；c. 使待成像畫面與成像元件錯開至少1列而成像，使待成像畫面各像點中的第二類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第二畫面；d. 使待成像畫面與成像元件錯開至少1列并錯開至少1行而成像，使待成像畫面各像點中的第三類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第三畫面；e. 使待成像畫面與成像元件錯開至少1行而成像，使待成像畫面各像點P中的第四類顏色于成像元件對應位置的感光單元感光，以獲得第四畫面；f. 組合第一畫面至第四畫面，得到分辨率為2N*2M的最終畫面。
2、 如權利要求1所述的提高成像元件的成像分辨率的方法，其特征在于， 在步驟c中是以該待成像畫面的1 (2M-j)列像點成像于成像元件的(j+l) 2M列 感光單元，其中j為錯開的列數且j為》1的奇數。
3、 如權利要求1所述的提高成像元件的成像分辨率的方法，其特征在于， 在步驟d中是以該待成像畫面的位于l (2M-j)列且位于l (2M-k)行的像點成像 于成像元件的位于(j+l) 2M列且位于(k+l) 2M行的感光單元，其中j為錯 開的列數且j》.1， k為錯開的行數且k為》1的奇數。
4、 如權利要求1所述的提高成像元件的成像分辨率的方法，其特征在于， 在步驟e中是以該待成像畫面的1 (2M-k)行像點成像于成像元件的(k+l) 2M 行感光單元，其中k為錯開的行數且k為》1的奇數。
5、 如權利要求1所述的提高成像元件的成像分辨率的方法，其特征在于， 所述成像元件為帶色彩濾鏡陣列的CCD或CM0S。
6、 一種提高成像元件的彩色成像分辨率的方法，該成像元件具有一像素陣列，其中每個像素包括四個方形排列的感光單元，形成N*M感光單元陣列，每個 感光單元對一種顏色感光，各感光單元之間具有間隙，其特征在于，該方法包括以 下步驟a. 將待成像畫面劃分為2N*2M的網格陣列，每個網格代表一個對應至該 成像元件的感光單元或感光單元之間的間隙的像點；b. 使待成像畫面對準成像元件，進行第一次成像，然后，依次進行3次列 的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至成像元件的第2列，第3列，第4 列，并分別成像；c. 使待成像畫面相對成像元件移位一行的情況下，先進行第一次成像，然 后依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至對準成像元件的 第2列，第3列，第4列，并分別成像；d. 使待成像畫面相對成像元件移位二行的情況下，先進行第一次成像，然 后依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至對準成像元件的 第2列，第3列，第4列，并分別成像；e. 使待成像畫面相對成像元件移位三行的情況下，先進行第一次成像，然 后依次進行3次列的移位，使待成像畫面的第1列依次移位至對準成像元件的 第2列，第3列，第4列，.并分別成像；f .組合各成像畫面，得到分辨率為2N*2M的最終畫面。
7、 如權利要求8所述的提高成像元件的成像分辨率的方法，其特征在于， 所述成像元件為帶色彩濾鏡陣列的CCD或CM0S。
8、 一種提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀，包括用以聚焦來自底片的光束 的透鏡組、設于透鏡組的出光路徑上以感光的成像元件、以及電連接于成像元件以 獲得成像畫面的圖像獲取單元，其特征在于所述底片掃描儀還包括一控制單元，產生驅動該成像元件沿互相垂直的第一方向或第二方向微移的 驅動信號，以及控制該圖像獲取單元獲取各成像畫面的時機的觸發信號；一驅動機構，電連接于'該控制單元，根據該驅動信號驅動該成像元件相對于 入射光束沿第一方向或第二方向微移而產生行或列的錯位；以及一圖像處理單元，連接于該圖像獲取單元，組合各成像畫面以獲得一最終畫面。
9、 如權利要求8所述的底片掃描儀，其特征在于，該驅動機構包括一外 框、 一內框、 一第一彈簧、 一第二彈簧、 一第一驅動元件以及一第二驅動元件， 該成像元件設于該內框中，該第一彈簧設于該成像元件的一側邊與該內框的內 壁之間，該第一驅動元件設于該成像元件的另一相對的側邊與該內框的內壁之 間；該內框設于該外框中，該第二彈簧設于該內框的一側邊與外框的內壁之間； 該第二驅動元件設于該內框的另一相對的側邊與外框的內壁之間。
10、 一種提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀，包括用以聚焦來自底片的光束的透鏡組、設于透鏡組的出光路徑上以感光的成像元件、以及電連接于成像元件以獲得成像畫面的圖像獲取單元，其特征在于所述底片掃描儀還包括一折射片，設于該底片至該成像元件之間的光路上，以折射經過該折射片的光束；一控制單元，產生驅動該折射片繞互相垂直的第一軸線或第二軸線偏轉的驅 動信號，以及控制該圖像獲取單元獲取各成像畫面的時機的觸發信號；一驅動裝置，電連接于該控制單元，根據該驅動信號驅動該折射片繞該第一 軸線或第二軸線旋轉，以改變經過該折射片的光束在該成像元件上的入射方向而產 生行或列的錯位；以及一圖像處理單元，連接于該圖像獲取單元，組合各成像畫面以獲得一最終畫面。
11、 如權利要求10所述的提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀，其特征在 于，該折射片設置于該底片與該透鏡組之間的光路上。
12、 如權利要求10所述的提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀，其特征在 于，該折射片設置于該透鏡組與該成像元件之間的光路上。
13、 如權利要求10 12任一項所述的提高彩色掃描分辨率的底片掃描儀， 其特征在于，該驅動裝置包括一基板、 一外偏轉板、 一第一轉軸、 一內偏轉板、 一第二轉軸、 一第一驅動機構和一第二驅動機構，其中該外偏轉板通過第一轉 軸設于該基板上，該外偏轉板具有一開口，該內偏轉板置于外偏轉板的開口內， 且通過第二轉軸設于外偏轉板上，第一轉軸與第二轉軸互相垂直；該折射片置 于該內偏轉板的中央；該第一驅動機構設于該基板上且作用于外偏轉板的一側，以對該側提供一 使外偏轉板繞第一轉軸旋轉的第一力矩；該第二驅動機構設于外偏轉板上且作用于內偏轉板的一側，用以對該側提 供一使內偏轉板繞第二轉軸偏轉的第二力矩。
全文摘要
本發明公開一種提高成像元件的成像分辨率的方法和底片掃描儀，通過多次的移位和成像，記錄待成像畫面中每一像點的所有顏色信息(如R-G-B-G)。因此，本發明可以提高成像元件的實際分辨率，并提高成像質量。本發明的另一種提高成像元件的成像分辨率的方法適用于感光單元之間具有間隙的成像元件，能夠獲取對應這些間隙的像點的顏色信息。
文檔編號H04N9/04GK101472185SQ20071017359
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者鋒 侯, 帆 張 申請人:鋒 侯