Dispositivo de procesamiento de imágenes.

Dispositivo de procesamiento de imágenes que comprende:

un sensor de imagen (100) con una pluralidad de detectores de imagen (30',

32a, 32b),

en el que una primera pluralidad de detectores de imagen (32a) está asociada a una primera matriz de detectores de imagen (30a);

en el que una segunda pluralidad de detectores de imagen (32b) está asociada a una segunda matriz de detectores de imagen (30b);

una unidad para alojar un panel de microlentes, que está configurada para fijar un panel de microlentes (10) a un dispositivo de procesamiento de imágenes tal que el sensor de imagen se encuentra en el plano focal del panel de microlentes (10) y existe una asociación entre las matrices de detectores de imagen (30; 30a; 30b) y microlentes (10a, 10b) del panel de microlentes (10) tal que cada microlente (10a, 10b) junto con una matriz de detectores de imagen (30; 30a; 30b), que incluye una pluralidad de detectores de imagen (30', 32a, 32b), forma un canal óptico; llevando asociado cada canal óptico una retícula de exploración (810, 820);

en el que están entrelazadas entre sí las reproducciones individuales de canales contiguos tal que las retículas de exploración de canales contiguos están desplazadas entre sí en múltiplos no enteros del intervalo de exploración de un canal individual; y un equipo para el procesamiento de imágenes (70) para corregir defectos de la imagen y para reconstruir una imagen completa (300) a partir de las reproducciones sobre los detectores de imagen (30', 32a, 32b) de las matrices de detectores de imagen (30; 30a, 30b);

en el que el equipo de procesamiento de imágenes (70) incluye una pluralidad de equipos de procesamiento para corregir distorsiones; y

en el que el equipo de procesamiento de imágenes (70) está configurado para corregir los defectos de la imagen correspondientes a la reproducciones individuales de todas las matrices de detectores de imagen (30; 30a, 30b) independientemente entre sí y en paralelo en el tiempo y para reconstruir a partir de la reproducciones individuales una imagen completa tal que se tenga en cuenta el entrelazado de las reproducciones individuales.

Dispositivo de procesamiento de imágenes Antecedentes de la invención [0001] La presente invención se refiere a un dispositivo, un dispositivo de procesamiento de imágenes y a un procedimiento para la reproducción óptica, que se utilizan por ejemplo en sistemas de cámara miniaturizados para aparatos terminales portátiles.

La utilización de sistemas de cámara miniaturizados para aparatos terminales portátiles (teléfono móvil, PDA, ordenador portátil, etc.) implica, además de la reducción de componentes electrónicos y optoelectrónicos, también la miniaturización de los objetivos de reproducción. Las premisas para ello son longitudes constructivas cortas de los objetivos y un número reducido de componentes ópticos (sobre todo elementos de lente) .

La progresiva reducción de las diagonales de los sensores de imagen, impulsada por el desarrollo de la tecnología de estructuración de semiconductores (fotodiodos más pequeños significa mayor cantidad de píxeles sobre la misma superficie de imagen) , así como por la reducción de los costes de fabricación de los sensores, exige no obstante, pese a la simplificación de la estructura del sistema óptico, lograr una elevada capacidad de resolución y una elevada intensidad de luz en el sistema óptico. Las soluciones de diseño óptico existentes se caracterizan por pocas formas de lentes, pero en cambio complejas (la mayoría de las veces esféricas) , que agotan las posibilidades de las tecnologías de fabricación actuales. Los insuficientes procedimientos de medida para el control de calidad de tales superficies complejas y las exactitudes laterales y axiales de alta precisión durante el montaje que son necesarias para asir los componentes ópticos de un tal objetivo de cámara miniaturizado, ponen límites adicionales a la realización. Las soluciones existentes para módulos de cámara miniaturizados no cumplen las especificaciones o los precios que requieren los integradores y usuarios.

Un procedimiento de fabricación establecido para sistemas ópticos de cámara consiste en generar lentes individuales y zócalos mediante moldeado por inyección de plástico en moldes mecanizados con ultraprecisión. Usualmente pueden entonces fabricarse las lentes junto con sus zócalos en el moldeo por inyección 30 de dos componentes. Los componentes individuales se montan a continuación en un zócalo de enchufe y se fijan mediante unión en arrastre de forma (adhesión por fuerza molecular, pegado) . No obstante este procedimiento ya no puede utilizarse con una suficiente precisión de ajuste para fabricar objetivos miniaturizados con un tamaño constructivo inferior a 5 × 5 × 5 mm³. Otros problemas resultan al aportar componentes tan pequeños, así como en la técnica de configuración y conexión de los mismos. En detalle resultan problemas en el manejo de los componentes 35 debido a las fuerzas electrostáticas (peso y dimensiones reducidos de los componentes) , así como por el peligro de ensuciamiento y de que se rayen las superficies ópticas sensibles. Por estas razones más del 80% de los costes de fabricación son atribuibles a los procesos de montaje. Ciertamente existen fundamentos avanzados relativos al manejo de pequeños sistemas ópticos en la técnica de estructura híbrida (micropinzas mecánicas y electrostáticas, así como neumáticas, apoyadas por sensores) , pero así aumentan considerablemente los costes de una fabricación masiva (por ejemplo sistemas ópticos de cámara para teléfonos móviles) . Además, debido a la técnica de fabricación híbrida para elevados formatos de resolución, se necesita un posicionado activo, por ejemplo piezoactuador de los sistemas ópticos de plástico, para compensar las tolerancias del montaje del objetivo sobre el convertidor de imagen optoelectrónico (sensor de imagen) . Esto origina un aumento adicional del precio unitario.

Un procedimiento alternativo para objetos de un tamaño inferior a 5 × 5 × 5 mm³ es la fabricación de sistemas ópticos a escala de obleas o wafers (WLO-wafer level optics) . Aquí se utiliza un elemento de herramienta para las correspondientes lentes individuales fabricado mediante mecanizado de ultraprecisión (por ejemplo torneado al diamante) , para un moldeado por UV múltiple (proceso de avance y repetición) de los distintos componentes sobre una oblea de substrato (nivel de oblea o wafer de módulos ópticos) . Alternativamente puede 50 fabricarse una oblea de herramienta completa con siempre los mismos componentes individuales mediante mecanizado de precisión y a continuación replicarse en una única etapa de moldeado por UV a escala de oblea. De esta manera pueden fabricarse en paralelo muchas lentes del mismo tipo, pero también distanciadores y diafragmas. En etapas siguientes pueden conectarse axialmente entre sí las distintas placas de oblea, para obtener una pila de obleas con una pluralidad de objetivos. Aquí se trata de una tecnología de fabricación paralelizada, que recurre a 55 procesos e instalaciones de la fabricación de microelectrónica. Los principales inconvenientes de la aplicación de estos procedimientos de fabricación de la microóptica para lentes miniaturizadas, pero que resultan grandes en comparación con las microlentes usuales, son los elevados costes de fabricación de herramientas de moldeo apropiadas, así como la limitada precisión, debida por ejemplo a la contracción del material, de los perfiles superficiales que pueden lograrse en la replicación por UV de microlentes con grandes alturas de vértice (mayores de 100 !m) . Además, persisten problemas en la reproducibilidad y en la comprobación de la calidad, en particular de la caracterización de la forma compleja de la lente de este orden de magnitud, sin resolver hasta ahora. Los módulos sólo podían probarse hasta ahora junto con todos los otros componentes ópticos mediante un procedimiento de reproducción de imágenes que en función de la cantidad de componentes y de etapas de fabricación, reduce fuertemente el rendimiento.

Además existen configuraciones de un sensor de reproducción óptico plano, que representa la transposición técnica del ojo compuesto o facetado en yuxtaposición de los insectos. En este sistema de reproducción extremadamente compacto, multicanal, lleva asociada cada microlente un fotodetector (píxel) .

A continuación se denominará a un fotodetector en parte también detector de imagen o también fotodiodo.

Mediante el decalaje del fotodetector respecto a la correspondiente microlente puede abrirse un gran campo visual, pese al pequeño tamaño constructivo. No obstante, al utilizarse un fotodetector por cada canal es necesaria una gran superficie de base para el panel de fotodetectores (sensor de imagen CCD o CMOS) , para lograr una capacidad de resolución de imagen moderada. Esto aumenta considerablemente los costes de fabricación del correspondiente sensor de reproducción miniaturizado.

Los documentos DE 10 2004 003 013.8 y PCT PAT. APPL. WO 2005/069607 describen un sistema de reproducción multicanal a base de un ojo facetado artificial, llevando aquí asociado cada canal un detector de imagen o llevando asociados unos pocos detectores de imagen con distintas funciones. Cada canal abarca así sólo una zona estrechamente limitada del campo de objeto.

Los documentos US 005696371 A y EP 0840502A2 describen otro sistema de reproducción multicanal a base de ojos facetados artificiales. Se describe una cámara digital compacta con una óptica de reproducción multicanal refractiva/difractiva y un campo visual segmentado. El sistema está compuesto por una configuración de paneles de lentes conformados como segmentos de lente descentrados, en cuya distancia focal se encuentra un panel fotosensible de sensores de imagen. Axialmente delante del panel de lentes se utilizan dos paneles de diafragmas con paredes laterales que discurren oblicuas y un periodo mayor que el panel de lentes, para predeterminar la magnitud del campo visual. Para suprimir diafonías ópticas, se proponen paredes verticales de material absorbente de la luz entre canales ópticos contiguos.

El documento J. Tanida, T. Kumagai, K. Yamada y S. Miyatake “Thin observation module by bound

optics (Tombo) concept and experimental verification” (módulo de observación fina mediante el concepto de ópticacompuesta (Tombo) y verificación experimental”, Óptica Aplicada 40, páginas 1806-1813, abril 2001 muestra otra configuración multicanal para la reproducción óptica. Por este documento se conoce una configuración multicanal en la que las microimágenes del sensor de imagen optoelectrónico se encuentran centradas axialmente bajo la correspondiente microlente asociada y los canales contiguos están separados entre sí mediante paredes... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de procesamiento de imágenes que comprende:

un sensor de imagen (100) con una pluralidad de detectores de imagen (30’, 32a, 32b) ,

en el que una primera pluralidad de detectores de imagen (32a) está asociada a una primera matriz de detectores de imagen (30a) ;

en el que una segunda pluralidad de detectores de imagen (32b) está asociada a una segunda matriz de detectores de imagen (30b) ;

una unidad para alojar un panel de microlentes, que está configurada para fijar un panel de microlentes (10) a un dispositivo de procesamiento de imágenes tal que el sensor de imagen se encuentra en el plano focal del panel de microlentes (10) y existe una asociación entre las matrices de detectores de imagen (30; 30a; 30b) y microlentes (10a, 10b) del panel de microlentes (10) tal que cada microlente (10a, 10b) junto con una matriz de detectores de imagen (30; 30a; 30b) , que incluye una pluralidad de detectores de imagen (30’, 32a, 32b) , forma un canal óptico; llevando asociado cada canal óptico una retícula de exploración (810, 820) ;

en el que están entrelazadas entre sí las reproducciones individuales de canales contiguos tal que las retículas de exploración de canales contiguos están desplazadas entre sí en múltiplos no enteros del intervalo de exploración de un canal individual; y un equipo para el procesamiento de imágenes (70) para corregir defectos de la imagen y para reconstruir una imagen completa (300) a partir de las reproducciones sobre los detectores de imagen (30’, 32a, 32b) de las matrices de detectores de imagen (30; 30a, 30b) ;

en el que el equipo de procesamiento de imágenes (70) incluye una pluralidad de equipos de procesamiento para corregir distorsiones; y

en el que el equipo de procesamiento de imágenes (70) está configurado para corregir los defectos de la imagen correspondientes a la reproducciones individuales de todas las matrices de detectores de imagen (30; 30a, 30b) independientemente entre sí y en paralelo en el tiempo y para reconstruir a partir de la reproducciones individuales una imagen completa tal que se tenga en cuenta el entrelazado de las reproducciones individuales.

2. Dispositivo de procesamiento de imágenes según la reivindicación 1, en el que el equipo de 35 procesamiento de imágenes (70) está realizado sobre un chip con el sensor de imagen (100) .

3. Dispositivo de procesamiento de imágenes según la reivindicación 2, en el que la pluralidad de equipos de procesamiento para corregir distorsiones están dispuestos en los intersticios de las matrices de detectores de imagen del sensor de imagen (100) .

4. Dispositivo de procesamiento de imágenes según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la retícula de exploración de un canal considerado es la totalidad de aquellos puntos del objeto en la zona de profundidad de campo del canal considerado que se reproducen sobre los distintos detectores de imagen (30’, 32a, 32b) de la matriz de detectores de imagen (30; 30a, 30b) del canal considerado.