一種液晶濾波方法、液晶濾波器和空間濾波系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本公開實施例公開了一種液晶濾波方法，該方法包括：逐次改變液晶濾波器上遮光部分的面積，記錄遮光部分的面積每次改變時所透過該液晶濾波器的光線強度；根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。利用本公開所提供的濾波方法，在確定最佳頻譜位置時，通過改變液晶濾波器上遮光部分的面積的方法取代傳統(tǒng)濾波移動濾波器位置的方法。因此，無需在濾波系統(tǒng)中安裝機械移動裝置。減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度。相應(yīng)地，本公開還提供了一種液晶濾波器和空間濾波系統(tǒng)。
【專利說明】一種液晶濾波方法、液晶濾波器和空間濾波系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種液晶濾波方法、液晶濾波器和空間濾波系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]空間頻譜濾波是在光學(xué)系統(tǒng)的空間頻譜面上放置適當?shù)臑V波器，去掉(或有選擇地通過)某些空間頻率或改變它們的振幅和相位，使物體的圖像按照人們的希望得到改善。也就是說，空間頻譜濾波是一種采用濾波處理的影像增強方法，目地是改善影像質(zhì)量，包括去除高頻噪聲與干擾，及影像邊緣增強、線性增強以及去模糊等。分為低通濾波(平滑化)、高通濾波(銳化)和帶通濾波。處理方法有計算機處理(數(shù)字濾波)和光學(xué)信息處理兩種。
[0003]在傳統(tǒng)的4f系統(tǒng)中，空間頻譜濾波單元一般采用機械結(jié)構(gòu)，比如目前常用到的刀口濾波器、圓孔濾波器等均還采用機械結(jié)構(gòu)。采用機械結(jié)構(gòu)的空間濾波單元較適用于頻譜位置固定的系統(tǒng)。但對于頻譜位置經(jīng)常發(fā)生變化的系統(tǒng)，若采用手動操作來移動刀口濾波器或圓孔濾波器等空間濾波單元的位置，會引起濾波位置控制精度差的問題；若采用驅(qū)動機械來移動刀口濾波器或圓孔濾波器等空間濾波單元的位置，則需要在系統(tǒng)中安裝驅(qū)動電機、連軸、絲桿、機械濾波單元等多個元件，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本公開實施例提供一種液晶濾波方法、液晶濾波器和空間濾波系統(tǒng)，其中，該液晶濾波方法包括:
[0005]逐次改變液晶濾波器上遮光部分的面積，記錄遮光部分的面積每次改變時所透過所述液晶濾波器的光線強度；
[0006]根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。
[0007]優(yōu)選地，逐次改變液晶濾波器中遮光部分的面積，包括:逐次以相同步長改變液晶濾波器中遮光部分的面積。
[0008]優(yōu)選地，根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置，包括:
[0009]根據(jù)所記錄的光線強度計算遮光部分的面積每次改變時光線強度的變化率；
[0010]提取光線強度變化率的最大值，確定該值所對應(yīng)的遮光部分的邊界為最佳頻譜位置。
[0011]當采用刀口濾波方式進行濾波時，通過改變?yōu)V波器上遮光部分的寬度來改變遮光部分的面積。
[0012]當采用圓孔濾波方式進行濾波時，通過改變?yōu)V波器上遮光部分的半徑來改變遮光部分的面積。
[0013]本公開所提供的一種液晶濾波方法，通過改變液晶濾波器上遮光部分的面積，記錄遮光部分面積每次改變時透過液晶濾波器的光線強度，從而根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，在確定最佳頻譜位置時，通過改變液晶濾波器上遮光部分的面積的方法來取代傳統(tǒng)濾波時移動濾波器位置方法。因此，無需在空間濾波系統(tǒng)中安裝驅(qū)動電機、連軸、絲杠等元件，提高測量精度的同時也減小了空間濾波系統(tǒng)的復(fù)雜度。
[0014]本公開還提供了一種液晶濾波器，該濾波器包括:液晶陣列單元和電路控制單元，其中:
[0015]所述液晶陣列單元，用于通過改變遮光部分的面積對透過液晶濾波器的光線進行控制；
[0016]所述電路控制單元，用于控制所述液晶陣列單元，改變所述液晶陣列單元上遮光部分的面積。
[0017]優(yōu)選地，所述液晶陣列單元包括多個面積相同的液晶陣列子單元。
[0018]優(yōu)選地，所述電路控制單元包括多個開關(guān)子單元，所述開關(guān)子單元與所屬液晶子單元一一對應(yīng)，并分別對所對應(yīng)的液晶陣列子單元進行控制。
[0019]優(yōu)選地，所述電路控制單元還包括:
[0020]時鐘電路子單元，用于控制所述開關(guān)子單元的閉合和斷開。
[0021]優(yōu)選地，所述液晶濾波器還包括:
[0022]機械固定支架，用于固定所述液晶陣列單元和所述電路控制單元。
[0023]本公開所提供的一種液晶濾波器，通過其內(nèi)部的電路控制單元實現(xiàn)對液晶陣列單元遮光面積的控制，從而實現(xiàn)對透過液晶濾波單元光線的控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本公開所提供的液晶濾波器，在確定最佳頻譜位置時，只需要通過液晶陣列單元不斷控制通過的光線，而無需移動濾波器本身。因此，可以無需在空間濾波系統(tǒng)中安裝驅(qū)動電機、連軸、絲杠等兀件，提聞測量精度的同時也減小了空間濾波系統(tǒng)的復(fù)雜度。
[0024]本公開還提供了一種空間濾波系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:液晶濾波器和可見光接收器，其中:
[0025]所述液晶濾波器，用于通過逐次改變其上遮光部分的面積控制通過的光線；
[0026]所述可見光接收器，用于接收通過所述液晶濾波器的光線，并記錄所述液晶濾波器上遮光部分的面積每次改變時透過所述液晶濾波器的光線強度，根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。
[0027]本公開提供的空間濾波系統(tǒng)采用液晶濾波器進行濾波，液晶濾波器通過逐次改變其上遮光部分的面積以控制通過的光線。因此，在濾波過程中，無需移動液晶濾波器的位置即可實現(xiàn)最佳頻譜位置的確定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本公開實施例所提供的一種液晶濾波方法流程示意圖；
[0030]圖2為采用本公開實施例所提供的液晶濾波方法的光讀出紅外焦平面陣列的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0031]圖3為本公開實施例所提供的液晶濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0032]圖4為本公開實施例所提供的液晶濾波器中液晶陣列單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5為如圖2所不系統(tǒng)中液晶濾波器遮光部分變化不意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合本公開實施例中的附圖，對本公開實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本公開一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本公開中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本公開保護的范圍。
[0035]實施例一
[0036]本實施例提供了一種液晶濾波方法，該方法如圖1所示，包括:
[0037]步驟101:逐次改變液晶濾波器上遮光部分的面積，記錄遮光部分的面積每次改變時透過所述液晶濾波器的光線強度；
[0038]通過控制液晶濾波器中液晶分子的排列，可以實現(xiàn)液晶濾波器對透過光線的控制。因此，當液晶濾波器上遮光部分面積增大時，相應(yīng)地，透過液晶濾波器的光線會減少；反之，透過液晶濾波器的光線會增多。
[0039]在本步驟中，優(yōu)選地，可采用相同步長改變液晶濾波器上遮光部分的面積。也就是說，液晶濾波器每次可以增大或減小相同的遮光面積。
[0040]另外，需要說明的是，由于存在多種方式的空間濾波，例如刀口濾波、圓孔濾波等，在改變液晶濾波器上遮光部分的面積時，也需考慮所采用的濾波方式。當采用刀口濾波方式時，可通過增大或減小遮光部分的寬度來實現(xiàn)遮光部分面積的改變；而當采用圓孔濾波方式時，可通過增大或減小遮光部分的半徑來實現(xiàn)遮光部分面積的改變。而具體采用何種方式實現(xiàn)遮光部分面積的改變，視濾波方式而定，本公開對此不做限制。
[0041]由于液晶濾波器上遮光部分面積發(fā)生變化，相應(yīng)地，透過液晶濾波器的光線就會發(fā)生變化，通過對每次遮光面積發(fā)生變化時透過光線強度的記錄，可實現(xiàn)最佳頻譜位置的確定。
[0042]步驟102:根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。
[0043]由于步驟101中已對每次遮光面積發(fā)生變化時透過液晶濾波器的光線強度做了記錄，因此，在本步驟中，根據(jù)所做記錄，計算遮光面積每次改變時光線強度的變化率，并提取變化率的最大值。
[0044]通過所提取的變化率最大值，獲取該最大值所對應(yīng)的遮光部分的面積，并確定此時的遮光部分的邊界為最佳頻譜位置。
[0045]實施例二
[0046]圖2為使用本公開所提供的液晶濾波方法的光讀出紅外焦平面陣列的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該系統(tǒng)包括紅外目標201、紅外成像物鏡鏡頭202、紅外平面陣列
203、點光源204、準直系統(tǒng)205、分光棱鏡206、傅里葉變換透鏡207、濾波平面上的液晶濾波器208、成像系統(tǒng)209和可見光接收器210。
[0047]在該系統(tǒng)中，采用微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems, MEMS)技術(shù)加工的微梁陣列作為紅外輻射的吸收結(jié)構(gòu)將輻射能量轉(zhuǎn)化為探測單元的熱能；通過覆蓋于微梁上的金屬薄膜構(gòu)成雙材料梁結(jié)構(gòu)將單元的熱能轉(zhuǎn)化為微梁的轉(zhuǎn)角；依靠刀口濾波非干涉光學(xué)系統(tǒng)將微梁的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為光線強度的變化；最終采用光學(xué)電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)將光線強度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞑⒁曰叶葓D像輸出。其工作原理可分為MEMS微懸臂梁熱形變過程與光學(xué)微轉(zhuǎn)角讀出過程兩部分。本實施例重點介紹光學(xué)微轉(zhuǎn)角讀出過程。
[0048]在本實施例中，光學(xué)讀出系統(tǒng)采用非相干光空間濾波技術(shù)中的譜平面刀口濾波技術(shù)，包括:
[0049]譜平面刀口濾波技術(shù)基于4f光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)原理見圖2所示。入射的可見光經(jīng)分光棱鏡206照射到位于傅里葉變換透鏡207前焦平面的紅外平面陣列203的表面。從紅外平面陣列203返回的的光線經(jīng)過傅里葉變換后在傅里葉透鏡207的后焦平面上形成衍射譜。濾波平面上的液晶濾波器208放置在此后焦平面上，用以選擇衍射譜的通光量。透過濾波刀口的光線經(jīng)過成像系統(tǒng)209被放置在成像系統(tǒng)209焦平面的CXD接收，形成可見光圖像。假設(shè)紅外平面陣列203上每個懸臂梁的光學(xué)反射面可以簡化為規(guī)則的矩形板，這樣一個個矩形板排列起來形成二維的光柵結(jié)構(gòu)。當用可見光照明光柵時，光柵上每個矩形板單元在譜平面形成相同的衍射譜，但是當吸收紅外輻射后由于每個矩形板偏轉(zhuǎn)的角度不同，每個單元的衍射譜將相互錯開一個小小的位移。有些懸臂梁的轉(zhuǎn)角偏大，導(dǎo)致衍射光大部分移入液晶濾波器208不通光區(qū)域，透過的光亮變少；而有些懸臂梁大轉(zhuǎn)角偏小，衍射光大部分仍在液晶濾波器208的通光區(qū)域內(nèi)，透過的光亮變少的程度不大。這樣可見光接收器210 (CCD等)上不同的部分看到的光強就有差別，換句話說，也就是“看到” 了紅外熱圖像。盡管透過液晶濾波器208的光強與懸臂梁的偏轉(zhuǎn)角為非線性關(guān)系，但在偏轉(zhuǎn)角很小的情況下，還是可以近似認為滿足線性關(guān)系，而且近似線性區(qū)間位于曲線的最靈敏段。由于零級衍射譜的光能最集中，因此透過光強變化率最大的時候，此時液晶濾波器208的刀口的邊界正好在零級衍射譜的中心線上，該位置也稱為最佳頻譜位置。因此，最佳頻譜位置可以通過測量透過光線強度變化率來進行確定。
[0050]如圖2所示，液晶濾波器208位于傅里葉透鏡207的后焦平面上，用于選擇衍射譜的通光量，為實現(xiàn)透過光線強度變化率最大，需要控制液晶濾波器208的遮光部分面積，進而實現(xiàn)對透過光線強度變化率的控制。在本公開實施例中，液晶濾波器的工作原理為:液晶是由棒狀分子組成的液態(tài)晶體，當通電時導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過，因此可以通過通斷電來控制液晶顯示器中液晶像素對光的阻隔和穿透。
[0051]在本公開實施例中，液晶濾波器208具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，可包括:液晶陣列單元301，電路控制單元302。其中，液晶陣列單元301，放置于傅里葉透鏡207的后焦平面上，為顯示圖形的功能區(qū)域，通過控制其內(nèi)部棒狀分子的排列，可實現(xiàn)光的阻隔和穿透；電路控制單元301，與液晶陣列單元301電性連接，用于控制施加于液晶陣列單元301上的電場，通過電場的變化控制液晶陣列單元301中的液晶的排列和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)對通過液晶陣列子單元301的光線的控制。另外，除了上述兩個子單元，液晶濾波器208還可包括一個機械固定支架303，該機械固定支架為液晶陣列單元301和電路控制單元302的固定支架，以實現(xiàn)上述兩個單元的固定。
[0052]結(jié)合上述光讀出紅外焦平面陣列的光路系統(tǒng)以及該系統(tǒng)中液晶濾波器208的具體結(jié)構(gòu)，下面介紹液晶濾波器208如何在光讀出紅外焦平面陣列光路系統(tǒng)中進行空間頻譜濾波，并實現(xiàn)最佳頻譜位置的確定。
[0053]首先，控制液晶濾波單元208的液晶陣列，使光線全部透過液晶濾波器208。
[0054]在本公開實施例中，由于采用刀口濾波方式，液晶陣列單元301可以由多個平行排列的液晶陣列子單元組成，具體結(jié)構(gòu)可參見圖4。其中，每個液晶陣列子單元分別由對應(yīng)的電路控制單元302中的開關(guān)子單元進行控制。例如，電路控制單元302包括多個開關(guān)子單元，通過對各個開關(guān)子單元進行通斷控制，實現(xiàn)對液晶陣列單元301中各個液晶陣列子單元的控制。在本步驟中，要使光線全部透過液晶濾波器208，可以將各個電路控制單元302中的開關(guān)子單元設(shè)置為閉合狀態(tài)，對液晶陣列單元301中的所有液晶陣列子單元施加電壓，使液晶陣列單元301中各液晶陣列子單元中的液晶像素整齊排列，致使光線能夠全部通過液晶濾波器208，并記錄當前透過液晶濾波器208的光線強度。
[0055]控制電路控制單元302中的部分開關(guān)子單元，使其處于斷開狀態(tài)，相應(yīng)地，該部分開關(guān)子單元所對應(yīng)的液晶陣列單元301中的液晶陣列子單元，由于未被施加電壓，其內(nèi)部的液晶像素排列混亂，光線無法透過。在本公開實施例中，可按如圖5所示的方式通過電路控制單元對液晶陣列單元301中的液晶陣列子單元進行控制，即，逐漸減少液晶陣列單元301中能夠透光的液晶陣列子單元數(shù)量，以一定步長增加遮光部分的寬度，實現(xiàn)對透過液晶陣列單元301的光線強度的控制。另外，為便于電路控制單元302對液晶陣列單元301的控制，可在電路控制單元302中增加一個時序電路，通過該時序電路實現(xiàn)對電路控制單元302中開關(guān)子單元的控制。需要說明的是，由于遮光部分寬度每次發(fā)生變化時，都需要記錄下當時透過液晶陣列單元301的光線強度，因此在采用時序電路對電路控制單元302中的開關(guān)子單元進行控制時，時序電路的周期要大于或等于系統(tǒng)中CCD等元件記錄光線強度的時間。
[0056]當液晶陣列單元301中的液晶陣列子單元全部處于不透光狀態(tài)，即，電路控制單元302中所有開關(guān)子單元全部處于斷開狀態(tài)時，光線強度數(shù)據(jù)采集完成。根據(jù)所采集到的光線強度數(shù)據(jù)，計算遮光部分寬度每次變化時光線強度的變化率，并得到光線強度變化率的最大值，該值所對應(yīng)的遮光部分的邊界即可認為位于零級衍射譜的中心線上，也即最佳頻譜位置。
[0057]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種液晶濾波方法，其特征在于，包括: 逐次改變液晶濾波器上遮光部分的面積，記錄遮光部分的面積每次改變時透過所述液晶濾波器的光線強度； 根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，逐次改變液晶濾波器上遮光部分的面積，包括: 逐次以相同步長改變液晶濾波器上遮光部分的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置，包括: 根據(jù)所記錄的光線強度計算遮光部分的面積每次改變時光線強度的變化率； 提取光線強度變化率的最大值，確定該值所對應(yīng)的遮光部分的邊界為最佳頻譜位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，包括:當采用刀口濾波方式進行濾波時，通過改變?yōu)V波器上遮光部分的寬度來改變遮光部分的面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，包括:當采用圓孔濾波方式進行濾波時，通過改變?yōu)V波器上遮光部分的半徑來改變遮光部分的面積。
6.一種液晶濾波器，其特征在于，包括:液晶陣列單元和電路控制單元，其中: 所述液晶陣列單元，用于通過改變遮光部分的面積對透過液晶濾波器的光線進行控制； 所述電路控制單元，用于控制所述液晶陣列單元，改變所述液晶陣列單元上遮光部分的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶濾波器，其特征在于，所述液晶陣列單元包括多個面積相同的液晶陣列子單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶濾波器，其特征在于，所述電路控制單元包括多個開關(guān)子單元，所述開關(guān)子單元與所述液晶陣列子單元一一對應(yīng)，并分別對所對應(yīng)的液晶陣列子單元進行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液晶濾波器，其特征在于，所述電路控制單元還包括: 時鐘電路子單元，用于控制所述開關(guān)子單元的閉合和斷開。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的液晶濾波器，其特征在于，還包括: 機械固定支架，用于固定所述液晶陣列單元和所述電路控制單元。
11.一種空間濾波系統(tǒng)，其特征在于，包括:液晶濾波器和可見光接收器，其中: 所述液晶濾波器，用于通過逐次改變其上遮光部分的面積控制通過的光線； 所述可見光接收器，用于接收通過所述液晶濾波器的光線，并記錄所述液晶濾波器上遮光部分的面積每次改變時透過所述液晶濾波器的光線強度，根據(jù)所記錄的光線強度確定最佳頻譜位置。
【文檔編號】G02B27/46GK103913791SQ201210593957
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】焦斌斌, 孔延梅, 陳大鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所