專利名稱：拼圖式數(shù)碼相機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于數(shù)碼攝影器材，涉及一種高性能專業(yè)數(shù)碼相機機身技術，能夠由普通的數(shù)碼相機感光芯片得到像素成倍翻番的高清晰圖像。
技術背景目前，攝影技術已在進入數(shù)碼時代，傳統(tǒng)膠片相機正逐漸淡出普通百姓的視野。隨著技術的進步，數(shù)碼相機的像素正不斷翻番，但遠不能滿足高像素專業(yè)攝影的要求。另一方面感光芯片關鍵技術掌握在美國、日本等少數(shù)發(fā)達國家，對中國數(shù)碼相機存在關鍵技術封鎖。中國要在數(shù)碼相機產業(yè)樹立品牌，必須尋找一個有市場潛力的技術突破口。
從目前市場現(xiàn)狀來看，無論是定位在家庭使用的普及型數(shù)字相機，還是專業(yè)人員使用的高檔數(shù)碼相機，在結構設計上均為固定CCD(Charge coupledDevices)或CMOS(Complementary metaloxide semiconductor)感光芯片，即感光芯片位置相對于機身是固定不變的，感光芯片含有固定數(shù)量的物理像素，決定相機只能獲得有限的有效清晰度。中高檔數(shù)碼相機的感光芯片尺寸一般在1/3.2～1/1.8英寸之間，像素一般在210萬～800萬。而像素達到1000多萬以上，芯片有效尺寸達到全幅(24×36mm)的專業(yè)數(shù)碼相機，價格高達數(shù)萬元，一般愛好者無法承受專業(yè)數(shù)碼相機的高昂價格。

發(fā)明內容
本實用新型要解決的是現(xiàn)有技術存在的上述問題，提供一種新型的數(shù)碼相機，旨在采用簡單的結構的較低的成本來獲得高象素的清晰照片。解決上述問題采用的技術方案是拼圖式數(shù)碼相機，機身內設有中央控制單元、感光芯片、按鈕操縱系統(tǒng)、取景器和顯示器，所述的感光芯片設置在一個移動基板上，所述的移動基板設置在至少包括一個水平方向子模塊的機械移動模塊上，所述的移動基板通過傳動機構與受控于中央控制單元的步進馬達連接。
所述的移動基板通過設置在所述的水平方向子模塊上的水平螺旋軸連接到第一步進馬達上。所述的水平方向子模塊還通過一對設置在其上的水平軌道與所述的移動基板連接。
所述的機械移動模塊還包括一個垂直方向子模塊。所述的垂直方向子模塊可以設置在所述的垂直方向子模塊的后面，即所述的垂直方向子模塊通過第二步進馬達和垂直螺旋軸與水平方向子模塊連接。同時，所述的垂直方向子模塊還通過設置在其上的一對垂直軌道與所述的水平方向子模塊連接。
所述的垂直方向子模塊還可以設置在所述的垂直方向子模塊和機械移動模塊之間，即所述的垂直方向子模塊通過設置在其上的第二步進馬達和垂直螺旋軸與所述的移動基板連接，所述的水平方向子模塊通過設置在其上的第一步進馬達和水平螺旋軸與所述的垂直方向子模塊連接。同時，所述的垂直方向子模塊通過設置在其上的垂直軌道與所述的移動基板連接。所述的水平方向子模塊也通過設置在其上的水平軌道與所述的垂直方向子模塊連接。
本實用新型數(shù)碼相機，通過步進馬達、或彈簧、或其它形式的驅動力使感光芯片沿著聚焦平面移動至多個特定位置并依次對光學成像的不同區(qū)域分別感光，再由圖像處理及編碼電路自動拼接成完整照片，獲得極高像素的清晰照片，分辨率為采用同樣感光芯片的常規(guī)數(shù)碼相機的兩倍至數(shù)倍，有效像數(shù)可達數(shù)千萬，能直接放大輸出巨幅圖片。拼圖式數(shù)碼相機所拍攝的照片感光度、色彩還原和色彩飽和度等質量指標可達到采用同樣感光芯片的常規(guī)數(shù)碼相機拍攝效果。而拼圖式數(shù)碼相機所拍攝的照片在細節(jié)層次分辨率表現(xiàn)上則遠遠領先于普通數(shù)碼相機，完全能滿足專業(yè)攝影師對婚紗攝影、科技攝影、風光攝影、團體人像攝影、印前處理及其他對高清晰數(shù)碼圖像有很高要求的專業(yè)應用。
隨著技術進步，感光芯片的像素值會不斷提高。但我們利用數(shù)碼拼圖拍攝技術，在感光芯片技術進步的基礎上，始終超前享受更高像素的數(shù)碼照片。
此項技術還可以應用到攝像機，使攝像機在照片模式下可以獲得高清晰照片，解決攝像機低分辨率CCD或CMOS)不適合拍照的矛盾。
此項實用新型設計，填補了國內國外空白，有望突破日本美國在數(shù)碼相機領域技術壟斷形成的市場壁壘。


圖1a是拼圖式數(shù)碼相機正面示意圖。
圖1b是拼圖式數(shù)碼相機側面透視圖。
圖2a是“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖3a是“一維二拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖3b是“一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖3c是“二維九拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖3d是“雙芯片二維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖3e是“四芯片二維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖3f是“四芯片一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片移動和感光區(qū)域示意圖。
圖4a是“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機按拼圖式工作模式拍攝的過程示意圖。
圖4b是“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機按不拼圖工作模式拍攝的過程示意圖。
圖5a是“雙芯片兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的拍攝過程示意圖。
圖6a是“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的兩維移動模塊結構模式圖。
圖6b是“一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機的一維移動模塊結構模式圖。
具體實施方式
本實用新型為拼圖式數(shù)碼相機，系統(tǒng)結構與普通數(shù)碼相機相似，由中央控制單元、感光芯片、鏡頭曝光控制單元、圖像數(shù)據(jù)處理與編碼單元、數(shù)據(jù)存儲單元、按鈕操縱系統(tǒng)、取景器、顯示器等部分有機組成。其中感光芯片移動模塊是本實用新型的特點和關鍵內容，圖像數(shù)據(jù)處理與編碼單元在現(xiàn)有圖像編碼技術基礎上增加了相應的圖像拼接的功能。以下結合具體實施例和說明書附圖進一步說明。
實施例一“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機如圖1a和圖1b所示，兩維四拼型拼圖式數(shù)碼相機外形和普通數(shù)碼相機相似，外框1表示機身，圓環(huán)2表示鏡頭0接口位置；帶網格紋理的矩形3表示感光芯片后續(xù)附圖相同；虛線矩形4表示感光芯片移動和感光的區(qū)域，也是光學成像的聚焦平面。如圖1b所示，在拼圖式數(shù)碼相機機身1內聚焦平面4后面相當于傳統(tǒng)相機后背位置設計較大的暗倉，以安置感光芯片3、移動基板5、以及機械移動模塊6和7；如圖1b和圖6a所示，感光芯片3固定于移動基板5上；如圖6a所示，機械移動模塊由水平移動子模塊6、垂直移動子模塊7組成，其中水平移動子模塊6包含步進馬達9和軌道13，垂直移動子模塊7包含步進馬達10和軌道14；如圖6a所示，步進馬達9具有螺旋軸11，使載有感光芯片3的移動基板5沿著水平移動子模塊6的軌道13作水平移動；步進馬達10具有螺旋軸12，使水平移動子模塊6沿著垂直移動子模塊7的軌道14作垂直移動；如圖1b所示，整個機械運動模塊通過垂直移動子模塊7固定于機身1。如圖6a和圖2所示，通過步進馬達9和10程序性的工作和停止，使感光芯片3沿著聚焦平面4依次移動到四個設定的感光位置。如圖1b所示，感光芯片3感光面與聚焦平面4重疊。如圖2和圖6a所示，兩維四拼型拼圖式數(shù)碼相機有效感光區(qū)域是CCD或CMOS感光芯片的物理感光區(qū)域的4倍，圖2內標注數(shù)字1、2、3、4的虛線格子分別指示感光芯片3依次感光的位置。由以上所述裝置，即可以使感光芯片3沿著聚焦平面5依次移動到四個特定的位置并感光。
如圖6a和圖2中虛線4所示，感光芯片的移動范圍4相當于四個感光芯片3。如圖2和圖4a所示，步進馬達10向上移動水平移動子模塊6，步進馬達9向左移動感光芯片移動基板5，使感光芯片3位于第1位置；第1次感光后，步進馬達9向右移動感光芯片基板5，使感光芯片3位于第2位置；第2次感光后，步進馬達10向下移動水平移動子模塊6，使感光芯片3位于第3位置；第3次感光后，步進馬達9向左移動感光芯片基板5，使感光芯片3位于第4位置；第4次感光后，數(shù)碼相機完成一個拼圖式拍照的機械流程；然后步進馬達10向上移動水平移動子模塊6，使感光芯片3回到第1位置，準備下一次拍攝。如圖4a所示，一次拼圖式拍攝流程，可獲得四個拼圖單元，一幅完整的照片由四個拼圖單元拼接而成。
在圖6a所示結構中，實施時也可以將載有感光芯片3的移動基板5先安裝于垂直移動子模塊7，再將垂直移動子模塊7安裝于水平移動子模塊6，使用效果相同。
如圖4b所示，如果將感光芯片3移動到聚焦平面4的中央并靜止，則相機以相當于普通數(shù)碼相機的工作模式進行一次感光，所拍攝的照片尺寸像素或拍攝范圍只有拼圖式拍攝的四分之一。
在拼圖式拍攝過程中，感光芯片每移動到一個特定的位置，鏡頭快門以相同的速度開啟一次，并且鏡頭的焦距和光圈保持在第一位置感光時的狀態(tài)不變，直至完成一個拼圖式拍攝流程為止，以保證一幅照片各部分的感光指標一致。
感光數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像處理和編碼電路的原理和電路與現(xiàn)有的普通數(shù)碼相機基本相同，特點在于圖像處理與編碼電路集成了圖像拼接的功能。被拼接的數(shù)據(jù)可以是實時感光數(shù)據(jù)，也可以是經過緩存的圖像數(shù)據(jù)。圖像拼接功能可以集成到圖像編碼電路中，也可以通過圖像編輯軟件在PC電腦上進行圖像拼接。
實施例二，“雙芯片兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機“雙芯片兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的機械移動模塊和工作流程與“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機相同。其特點如圖3d所示，感光芯片移動基板5上載有兩枚感光芯片3，兩枚感光芯片3之間相隔相當于一個感光芯片的空隙，當移動基板從位置1移動到位置2，或從位置3移動到位置4時，感光芯片3剛好補上前一個位置留下的空隙。如圖5所示，感光芯片每感光一次，產生兩個拼圖單元，完成一次拍攝流程共獲得八個拼圖單元，最后由八個拼圖單元拼接成一幅完整圖像。其它方面與實施例一相同。
實施例三“一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機如圖3b和圖6b所示，“一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機的感光芯片只有水平移動模塊，沒有垂直移動模塊。“一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機的水平移動模塊可以參照“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的水平移動子模塊6，由步進馬達9驅動載有感光芯片3的移動基板5沿著軌道13作水平移動；也可以如圖6b所示，載有感光芯片3的移動基板5固定于可以水平移動的布簾8，由步進馬達或彈簧驅動布簾8作水平移動，使感光芯片3能夠如圖3b所示，沿著聚焦平面4從位置1移動到位置3并依次感光。一次拼圖式拍攝獲得三個拼圖單元，由三個拼圖單元拼接成一幅完整的照片。其它方面參考實施例一。
實施例四“一維兩拼型”拼圖式數(shù)碼相機，實施方法參見“一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機。如圖3a所示，“一維兩拼型”拼圖式數(shù)碼相機依次在位置1和位置2感光，由兩個拼接單元拼接成完整圖像。其它方面與實施例三相同。
實施例五“兩維九拼型”拼圖式數(shù)碼相機，實施方法參見“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機。如圖3c所示，“兩維九拼型”拼圖式數(shù)碼相機依次從位置1移動到位置9感光，獲得九個拼接單元，由九個拼接單元拼接成完整圖像。其它方面與實施例一相似。
實施例六“四芯片兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機，實施方法參見實施例一和實施例二。其特點是一次感光獲得四個拼接單元，四次感光共獲得16個拼接單元。
實施例七“四芯片一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機，實施方法參見實施例三。如圖3f所示，“四芯片一維三拼型”拼圖式數(shù)碼相機的是移動基板上有四枚長條形感光芯片3，三次感光共獲得十二個長條形拼接單元。
綜上所述，拼圖式數(shù)碼相機在現(xiàn)有感光芯片物理像素有限基礎上，通過機械方法使有效像素成倍翻番，實現(xiàn)超高像素超高清晰的數(shù)碼拍攝。拼圖式數(shù)碼相機的有效像素可以達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800萬，那么普通數(shù)碼相機的有效像素就是800萬，而“一維兩拼型”拼圖式數(shù)碼相機的有效像素為1600萬，“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的有效像素達到3200萬，同理“兩維九拼型”拼圖式數(shù)碼相機的有效像素可達到7200萬。從感光面積的角度說，如果感光芯片的有效物理感光面積為12×18平方毫米，則“一維兩拼型”拼圖式數(shù)碼相機的有效感光面積為18×24平方毫米，“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機的有效感光面積為24×36平方毫米，輕而易舉就達到所謂傳統(tǒng)135相機的全幅尺寸。而照片清晰度將遠高于傳統(tǒng)相機。
有經驗的攝影師也可以給相機安裝精確搖動拍攝的裝置，結合后期拼接的方法獲得大幅面照片，但問題的是由于鏡頭光學畸形效應存在焦距越短，畸形越重，同時鏡頭視角隨著鏡頭焦距的變化而變化，搖動的角度不容易控制，結果使相鄰的兩個圖像拼接單元之間的圖像細節(jié)對接不上。所以搖動整個相機拍攝的拼接難度較大，難以設計成自動化。
而本實用新型拼圖式數(shù)碼相機在拍攝時，實際上是感光芯片對一幅聚焦平面光學成像進行掃描的工作，類似于掃描儀掃描印刷品情況，所以拼接效果不受鏡頭畸變影響，與鏡頭焦距變化無關，不存在視角誤差，接縫自然而不易察覺。
拼圖式數(shù)碼相機可以在“高清晰拼圖”和“普通不拼圖”兩種模式之間轉換。也可以讓“兩維九拼型”拼圖式數(shù)碼相機設置成“兩維六拼”、“兩維四拼”、“一維三拼”的工作模式，或讓“兩維四拼型”拼圖式數(shù)碼相機設置成“一維兩拼”的模式，如此類推。
感光芯片兩維移動依靠兩層相互垂直的移動系統(tǒng)，這種精確控制的機械原理可以參考電腦光驅激光頭小車移動的驅動原理，包含電機和軌道機構及步進式定位控制電路系統(tǒng)。感光芯片移動還可以設計成由彈性驅動的布簾快門式移動，以簡化驅動機構，這種彈性驅動移動控制系統(tǒng)還包含定位阻尼及觸控元件，適用于一維拼圖式數(shù)碼相機。定位在家庭業(yè)余使用的普及型數(shù)字相機，適宜采用一維拼圖式設計，以保證結構簡單和合適的制造成本。
影響總感光速度的因素主要是拼接的子畫面拼接單元數(shù)目亦即感光位置的數(shù)目、感光的次數(shù)和快門的速度。當以一維拼圖模式操作時，感光次數(shù)為2～3次，且光線較強，則可以將總感光時間控制在1/60秒以內，可以直接手持操作。如果以兩維拼圖模式操作時，一般需要借助于三腳架，但感光的速度還是很快的，不至于產生等待的感覺。這種拼接的模式特別適合于人物集體合影、婚紗人像攝影，工作場景攝影、風光景物攝影，產品靜物攝影、科技成像攝影、印刷品翻拍等需要高像素的應用領域。
備注為了便于闡述，說明書中所述感光芯片的面積、長度和寬度均是指CCD或CMOS感光芯片有效感光部位的面積、長度和寬度。
權利要求1.拼圖式數(shù)碼相機，機身(1)內設有中央控制單元、感光芯片(3)、按鈕操縱系統(tǒng)、取景器和顯示器，其特征在于所述的感光芯片(3)設置在一個移動基板(5)上，所述的移動基板(5)設置在至少包括一個水平方向子模塊(6)的機械移動模塊上，所述的移動基板(5)通過傳動機構與受控于中央控制單元的步進馬達連接。
2.如權利要求1所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的移動基板(5)通過設置在所述的水平方向子模塊(6)上的水平螺旋軸(11)連接到第一步進馬達(9)上。
3.如權利要求2所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的水平方向子模塊(6)還通過一對設置在其上的水平軌道(13)與所述的移動基板(5)連接。
4.如權利要求1所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的機械移動模塊還包括一個垂直方向子模塊(7)。
5.如權利要求4所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的垂直方向子模塊(7)通過第二步進馬達(10)和垂直螺旋軸(12)與水平方向子模塊(6)連接。
6.如權利要求5所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的垂直方向子模塊(7)還通過設置在其上的一對垂直軌道(14)與所述的水平方向子模塊(6)連接。
7.如權利要求4所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的垂直方向子模塊(7)通過設置在其上的第二步進馬達(10)和垂直螺旋軸(12)與所述的移動基板(5)連接，所述的水平方向子模塊(6)通過設置在其上的第一步進馬達(9)和水平螺旋軸(11)與所述的垂直方向子模塊(7)連接。
8.如權利要求7所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的垂直方向子模塊(7)通過設置在其上的垂直軌道(14)與所述的移動基板(5)連接。
9.如權利要求7所述的拼圖式數(shù)碼相機，其特征在于所述的水平方向子模塊(6)通過設置在其上的水平軌道(13)與所述的垂直方向子模塊(7)連接。
專利摘要一種拼圖式數(shù)碼相機設計新概念。數(shù)碼相機有效感光區(qū)域面積是感光芯片物理面積的2倍至若干倍。在一次光學成像時段內，感光芯片沿著聚焦平面移動到2至多個特定位置依次感光，所得感光數(shù)據(jù)由內置的圖像編碼微處理電路自動拼接成完整的高像素圖像。摘要附圖所示僅為其中一種實施例，其感光芯片移動的范圍剛好等于感光芯片面積4倍，即數(shù)碼相機聚焦平面感光面積為感光芯片物理面積的4倍，即有效像素為感光芯片物理像素的4倍，相當于4張底片拼接成一張大底片，合成一張完整的圖案。除了可以一維2拼或3拼移動感光，還可以設計成兩維6拼、8拼、9拼等依此類推。進一步的雙感光芯片或多感光芯片設計，可減少感光過程中的移動次數(shù)，提高總感光速度。
文檔編號H04N5/225GK2775963SQ200420073369
公開日2006年4月26日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權日2004年7月12日
發(fā)明者吳開云 申請人:吳開云