液晶透鏡成像方法

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方法。
【背景技術】
[0002] 由于液晶材料的各向異性性，液晶器件通常只對應偏振光；液晶透鏡在用于成像 設備時，需要加起偏裝置，如偏振片，以使入射光呈線偏振狀態。但偏振片的使用會使光強 度降至初始強度值的一半以下。這樣，在較暗的環境下，有可能使到達圖像傳感器的光量不 足，引起信噪比下降，降低成像質量。
[0003] 為避免偏振片的使用，可以在成像系統中用液晶層的初始配向互相垂直的多個液 晶透鏡疊加組成液晶透鏡，或設計包含初始配向互相垂直的多液晶層疊加的液晶透鏡。各 液晶透鏡或各液晶層分別處理兩個偏振分量，從而實現對任意偏振態環境的對應，但這種 解決方案存在以下的問題。
[0004] (1)多個液晶透鏡疊加方案或多個液晶層疊加方案由于增加了液晶透鏡或液晶層 的數量，因此大幅度增加了液晶透鏡的生產成本。
[0005] (2)由于增加了液晶透鏡或液晶層的數量，因此也大幅度增加了器件的厚度，讓液 晶透鏡成像裝置難以搭載進移動設備中。
[0006] (3)由于各液晶透鏡或各液晶層在系統中所處位置不同，因此偏振光的兩個分量 的傳播行為不完全一致，使系統的成像質量降低。
[0007] (4)使用上述方案進行圖像處理，屬于純數字的算術運算，只適用于在處于圖像傳 感器的線性響應區間內的圖像部分，對于圖像中處于非線性響應區間的部分則不適用。
[0008] 因此，如何使圖像處理適應于非線性響應區間又能夠直接通過液晶透鏡形成高質 量圖像，成為亟待解決的技術問題。

【發明內容】

[0009] 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方法。
[0010] 有鑒于此，本發明提出了一種液晶透鏡成像方法，包括：驅動液晶透鏡處于第一狀 態，采用在所述第一狀態時刻經過所述液晶透鏡的第一光信號，并根據所述第一光信號生 成與其對應的第一光亮圖；驅動液晶透鏡處于第二狀態，采用在所述第二狀態時刻經過所 述液晶透鏡的第二光信號，并根據所述第二光信號生成與其對應的第二光亮圖；對所述第 一光亮圖與所述第二光亮圖進行處理，將處理得到的光亮圖作為最終的光亮圖；以及根據 最終的光亮圖生成最終數字圖像信號。
[0011] 在上述實施方式中，所述液晶透鏡成像方法通過對光亮圖進行處理，最終得到數 字圖像信號，從而避免了直接使用數字圖像信號進行處理時，只能針對成像傳感器線性響 應區間進行計算所帶來的誤差問題，進而提高了光亮圖的計算結果。
[0012] 在上述任一技術方案中，優選的，根據所述第一光信號生成與其對應的第一光亮 圖的方法包括：根據所述第一光信號生成第一圖像信號，再根據圖像傳感器的光量與傳感 器輸出值的響應函數（以下簡稱為"成像傳感器的響應函數"）的反函數得出與所述第一圖 像信號相對應的第一光亮圖。
[0013] 在上述任一技術方案中，優選的，根據所述第二光信號生成與其對應的第二光亮 圖的方法包括：根據所述第二光信號生成第二圖像信號，再根據圖像傳感器的響應函數的 反函數得出與所述第二圖像信號相對應的第二光亮圖。
[0014] 在上述任一技術方案中，優選的，所述第一狀態為非透鏡狀態，所述第二狀態為透 鏡狀態。
[0015] 在上述任一技術方案中，優選的，所述對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進行 處理，具體包括：在所述第二光亮圖中去除未被所述液晶透鏡調制的光信號對應的光亮圖， 得到所述最終成像的光亮圖，其中，所述未被所述液晶透鏡調制的光信號生成的光亮圖根 據所述第一光亮圖獲得。
[0016] 在上述任一技術方案中，優選的，基于如下公式確定所述最終成像的光亮圖：
[0017] r3 = r2_ α ·
[0018] 其中，r3為所述最終的光亮圖，為所述第一光亮圖，r2為所述第二光亮圖，α為 偏振態異向因子，表征未被所述液晶透鏡調制的偏振分量在入射光中所占的比例，α *^為 所述未被所述液晶透鏡調制的光信號生成的光亮圖。
[0019] 在上述任一技術方案中，優選的，在進入所述液晶透鏡的入射光為自然光的情況 下，所述偏振態異向因子α
[0020] 在上述任一技術方案中，優選的，所述第一狀態為非對焦狀態，所述第二狀態為對 焦狀態。
[0021] 在上述任一技術方案中，優選的，所述對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進行 處理，將處理得到的光亮圖作為最終的光亮圖，具體包括：
[0022] 利用所述第一光亮圖來減弱所述第二光亮圖中未被所述液晶透鏡調制的干擾光 信號所對應的光亮圖。
[0023] 在上述任一技術方案中，優選的，所述對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進行 處理，將處理得到的光亮圖作為最終的光亮圖，還具體包括：利用所述第一光亮圖中被所述 液晶透鏡調制的光信號所對應的光亮圖來對所述第二光亮圖中被所述液晶透鏡調制的光 信號所對應的光亮圖進行處理。
[0024] 在上述任一技術方案中，優選的，所述第一狀態與所述第二狀態相隔的時間小于 預設時間。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明第一實施例提供的液晶透鏡成像方法的流程示意圖；
[0026] 圖2為本發明第二實施例提供的液晶透鏡成像方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施 例及實施例中的特征可以相互組合。
[0028] 在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是，本發明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發明并不限于下面公開的具體實 施例的限制。
[0029] 本發明提供的液晶透鏡成像方法包括如下步驟：
[0030] 驅動液晶透鏡處于第一狀態，采用在所述第一狀態時刻經過所述液晶透鏡的第一 光信號，并根據所述第一光信號生成與其對應的第一光亮圖；
[0031] 驅動液晶透鏡處于第二狀態，采用在所述第二狀態時刻經過所述液晶透鏡的第二 光信號，并根據所述第二光信號生成與其對應的第二光亮圖；
[0032] 對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進行處理，將處理得到的光亮圖作為最終的 光殼圖；以及
[0033] 根據最終的光亮圖生成最終數字圖像信號。
[0034] 參見圖1，本發明第一實施例提供的液晶透鏡成像方法的流程示意圖，其使用液晶 透鏡處于透鏡和非透鏡狀態下的光亮圖，計算出場景的感興趣區域所發出光線經過液晶透 鏡和普通透鏡匯聚后形成的光亮圖，并根據最終的光亮圖生成最終數字圖像信號。
[0035] 具體地，所述液晶透鏡成像方法包括如下步驟：
[0036] 步驟11 :驅動液晶透鏡處于非透鏡狀態，采用在所述非透鏡狀態時刻經過所述液 晶透鏡的第一光信號，并根據所述第一光信號生成與其對應的第一光亮圖。
[0037] 在本實施例中，不對液晶透鏡施加驅動電壓或所施加的驅動電壓使液晶透鏡的焦 點距離為無窮大時，所述液晶透鏡處于非透鏡狀態，此時，液晶透鏡對入射光L沒有調制作 用。此時通過液晶透鏡后的第一光信號為Si。在本實施例中，可以通過圖像傳感器采集第一 光信號Si，生成與其對應的第一圖像信號L。再根據圖像傳感器的響應函數的反函數得出 與所述第一圖像信號I:相對應的第一光亮圖A。這里，不同于常規的圖像處理，我們不直接 使用數字圖像進行后續圖像處理，而是使用更加接近真實第一光信號S1的第一光亮圖 Γι， 降低了在成像傳感器在非線性響應區間進行圖像處理操作所帶來的誤差。
[0038] 步驟12 :驅動液晶透鏡處于透鏡狀態，采用在所述透鏡狀態時刻經過所述液晶透 鏡的第二光信號，并根據所述第二光信號生成與其對應的第二光亮圖。
[0039] 在本實施例中，對液晶透鏡施加驅動電壓，使被液晶透鏡調制的偏振光所成的像 位于圖像傳感器上，此時液晶透鏡處于透鏡狀態，這樣液晶透鏡對入射光L的某一個偏振 方向具有匯聚或發散的調制作用。此時，通過液晶透鏡后的第二光信號為S 2。在本實施例 中，可以通過圖像傳感器采集第二光信號S2，生成與其對應的第二圖像信號1 2。再根據圖像 傳感器的響應函數的反函數得出與所述第二圖像信號12相對應的第二光亮圖r 2。
[0040] 具體在，上述根據光信號生成圖像信號，再根據圖像信號生成光亮圖的過程如 下：
[0041] f ：r (x, y) ->I (x, y) (1)
[0042] 其中函數f是圖像傳感器的響應函數，圖像傳感器上任一像素（x，y)獲取的光亮 圖r(x，y)轉化為該像素的圖像信號I(x，y)。其中，光亮圖r(x，y)與圖像信號I(x，y)的關 系如下：
[0043]
[0044] 其中f 1 :I(x，y)->r(x，y)是圖像傳感器響應函數的反函數。
[0045] 步驟13 :對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進行處理，將處理得到的光亮圖作 為最終的光亮圖。具體地，在所述第二光亮圖中去除未被所述液晶透鏡調制的光信號對應 的光亮圖，得到所述最終成像的光亮圖，其中，所述未被所述液晶透鏡調制的光信號生成的 光亮圖根據所述第一光亮圖獲得。
[0046] 在本實施例中，所述第一狀態與所述第二狀態相隔的時間小于預設時間。由于前 后兩個狀態的時間間隔很短，入射到攝像頭里的光幾乎相同，因此圖像傳感器接收到的光 信號強度幾乎無變化，故&和S 2的能量近乎相等，基本上位于圖像傳感器的光強響應曲線 的同一區間，其對應的第一光亮圖ri和第一光亮圖r 2的能量也近乎相等。所以在實際操作 中可以通過對非透鏡和透鏡狀態下獲得的第一光亮圖^和第一光亮圖r2做式（1)所述的 光亮圖處理，來去除第一光亮圖r 2中混雜的無用的光亮圖，得到最終的光亮圖r3。
[0047] r3 = r2_ α · (3)
[0048] 其中，α是偏振態的異向因子，表征未被所述液晶透鏡調制的偏振分量在入射光 中所占的比例，α ·^為所述未被所述液晶透鏡調制的光信號生成的光亮圖。在進入所述 液晶透鏡的入射光為自然光的情況下，即入射光波具有各向同性的性質時，所述偏振態異
[0049] 步驟14 :根據最終的光亮圖生成最終數字圖像信號。
[0050] 在本實施例中，我們通過所述圖像傳感器的響應函數，即上述公式（1)，根據最終 的光亮圖生成最終的高質量數字圖像信號。
[0051] 在上述