液晶透鏡成像裝置和液晶透鏡成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及透鏡成像技術領域，具體而言，涉及一種液晶透鏡成像裝置和一種液 晶透鏡成像方法。
【背景技術】
[0002] -個成像裝置的核心部件是鏡頭和成像傳感器，外界物體發出或反射的光線通過 鏡頭匯聚在成像傳感器上成像，這個像再經過傳感器光電轉換或與傳感器上的物質發生化 學反應，最終被記錄下來。對于成像裝置來說，圖像放大率是物體反射的光線在成像傳感器 上的像的大小與物體實際大小的比例。改變成像裝置的聚焦設置，比如推動鏡頭對物體進 行對焦，往往帶來圖像放大率的變化，這個變化使得很多圖像處理和機器視覺領域的應用 效果降低甚至不能使用。下面給出三個例子介紹放大率變化帶來的影響。
[0003] -，在數碼相機的自動對焦過程中，一個常用做法是選取圖像中某一感興趣物體 的像并選取圖像中能容納該物體像的一個窗口，不斷改變聚焦設置并計算窗口內圖像聚焦 值，并最終選取聚焦值最大的聚焦設置作為自動對焦。然而隨著聚焦設置不斷改變，圖像的 放大率不斷發生變化，因此窗口內的圖像內容也就發生變化，感興趣物體會偏離甚至完全 偏出窗口，使得我們在比較該物體聚焦值的時候發生誤差，影響自動對焦結果。
[0004] 二，采用若干張同一場景在不同聚焦設置下的圖像計算其聚焦值，并根據聚 焦值峰值的分布計算物體深度，即depth-from-focus算法（Ens J, Lawrence P. An investigation of methods for determining depth from focus[J]. Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, 1993, 15(2):97-108.),或使用同 一場景在兩個不同聚焦設置下的圖像計算場景每一物體的散焦度，并計算其深度，即 depth-from-defocus 算法（Pentland A P. A new sense for depth of field [J]. Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, 1987 (4) : 523-531.) 〇 這些 算法均需要對比同一個物體在不同聚焦設置下的聚焦或散焦程度來推測深度，因此當圖像 放大率不同時，物體在圖像上的坐標也就不同，因此對比的結果就會產生較大誤差。
[0005] 三，在使用數碼相機拍攝微距場景時，只有處于對焦平面前后很小范圍內的物體 清晰，其他物體模糊，因此常常需要拍攝若干張不同對焦平面的相片并將每張相片內的清 晰部分的物體集合到一張圖像上，該過程被稱為圖像疊加 （image stacking)。該方法需要 將因放大率變化后而發生不同比例縮放的像放到一個固定縮放比例的圖像上，因而需要將 其他每一張圖像中的清晰物體部分的像進行縮放，這種圖像變形算法（image warping)的 方法不僅消除了原有圖像的一些高頻部分，而且增加了計算量。
[0006] 因此，如何獲得在改變聚焦設置的同時保持圖像放大率不發生變化，成為當前亟 待解決的技術問題。
【發明內容】
[0007] 本發明正是基于上述技術問題，提出了一種新的液晶透鏡成像裝置和液晶透鏡成 像方法。
[0008] 有鑒于此，本發明提出了一種液晶透鏡成像裝置，其特征在于，包括：液晶透鏡，其 具有一個第一孔徑光闌，所述液晶透鏡成像裝置的實際孔徑光闌為所述液晶透鏡的第一孔 徑光闌；光學透鏡組，其包括至少一個光學透鏡；以及圖像采集單元，所述液晶透鏡以及所 述光學透鏡組設置在所述圖像采集單元的同一側，所述圖像采集單元用于采集經過所述液 晶透鏡、光學透鏡組的光線而生成圖像。
[0009] 在上述實施方式中，所述液晶透鏡成像裝置的實際孔徑光闌為所述液晶透鏡的第 一孔徑光闌。場景物體可以看成為無數個點光源的集合，對于一個點光源物體，其在成像傳 感器上的像為一個光斑。在場景物體發射或反射的光線中，經過整個成像裝置實際孔徑光 闌中心的光線決定了該物體的放大率，由于本成像裝置保證了液晶透鏡的孔徑光闌為整個 成像裝置的孔徑光闌，因此當我們使用液晶透鏡改變焦距時，經過液晶透鏡的第一孔徑光 闌中心的光線均不發生折射，因此，這些光線與所述光學透鏡組的入射或出射角度也不發 生變化，所以光斑中心不發生移動。僅僅光斑大小發生變化而中心坐標不變，因此，圖像的 放大率不變。其他不經過孔徑光闌中心的光線發生折射且折射程度隨液晶透鏡的焦距變化 而變化，結果是物體圖像的模糊程度發生變化。
[0010] 在上述任一技術方案中，優選的，當所述光學透鏡組包括一個光學透鏡，所述液晶 透鏡設置在所述光學透鏡的靠近或者遠離所述圖像采集單元的一側。
[0011] 當所述光學透鏡組包括多個光學透鏡時，所述液晶透鏡設置在所述光學透鏡的靠 近或者遠離所述圖像采集單元的一側，或者設置在所述多個光學透鏡之間。
[0012] 在上述任一技術方案中，優選的，當所述光學透鏡組包括一個光學透鏡，所述光學 透鏡組具有一個第二孔徑光闌，且所述第二孔徑光闌大于所述第一孔徑光闌。
[0013] 在上述任一技術方案中，優選的，所述光學透鏡組的第二孔徑光闌a2表示為如下 公式：
[0015] 其中，表示所述液晶透鏡的第一孔徑光闌，d表示所述液晶透鏡與所述光學透鏡組 之間的距離，α為所述液晶透鏡成像裝置的視野角。
[0016] 在上述任一技術方案中，優選的，光經過所述液晶透鏡的第一孔徑光闌的中心的 光線不發生折射，直接入射至所述光學透鏡組，且入射到所述光學透鏡組的光線的角度及 入射位置不隨液晶透鏡焦距的變化而變化，即光線在所述圖像傳感器所成的像的中心坐標 不變。
[0017] 在上述任一技術方案中，優選的，所述液晶透鏡的第一孔徑光闌的中心為所述液 晶透鏡的光學中心。
[0018] 在上述任一技術方案中，優選的，所述液晶透鏡成像裝置無漸暈光闌。
[0019] 根據本發明的另一方面，還提供了另一種液晶透鏡成像裝置，其包括：光學透鏡 組，其包括至少一個光學透鏡，所述光學透鏡組具有第一主點；液晶透鏡，其具有第二主點， 所述液晶透鏡的第二主點與所述光學透鏡組的第一主點重合；以及圖像采集單元，其用于 采集經過所述液晶透鏡、光學透鏡組的光線而生成圖像。
[0020] 在上述任一技術方案中，優選的，所述光學透鏡組包括多個光學透鏡時，所述多個 光學透鏡的等效前主點與等效后主點重合，作為所述光學透鏡組的第一主點。
[0021] 在上述任一技術方案中，優選的，場景物體發射或者反射的光經過所述液晶透鏡 的第二主點的光線不發生折射，直接在所述圖像傳感器成像，且改變所述液晶透鏡的焦距， 所述像的坐標不變。
[0022] 在上述實施方式中，場景物體發射或者反射的光經過所述液晶透鏡的第二主點的 光線不發生折射，直接在所述圖像傳感器上成像。并且，當改變所述液晶透鏡的焦距時，由 于所述液晶透鏡與所述光學透鏡組的等效主點不變，因此，所述場景物體在所述圖像傳感 器所成的像的坐標不發生變化，即圖像的放大率不變。
【附圖說明】
[0023] 圖1為點光源成像的示意圖；
[0024] 圖2為當液晶透鏡處于非透鏡狀態時的成像示意圖；
[0025] 圖3為當液晶透鏡處于透鏡狀態時的成像示意圖；
[0026] 圖4為本發明第一實施例提供的液晶透鏡成像裝置的結構示意圖；
[0027] 圖5為圖4中的液晶透鏡成像裝置的光路示意圖；
[0028] 圖6為本發明第二實施例提供的液晶透鏡成像裝置的結構示意圖。
[0029] 圖7為本發明第三實施例提供的液晶透鏡成像裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】