液晶透鏡成像裝置及液晶透鏡成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及透鏡成像技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種液晶透鏡成像裝置和液晶透 鏡成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)上，由成像裝置直接生成的圖像的對(duì)比度較低，往往需要通過圖像處理的手 段來提高其對(duì)比度。如在 Gonzalez, R.C·，Woods, R.E.:'Digital image processing, 2nd' ，SL:PrenticeHall, 2002中，介紹了使用"unsharp mask"方法來提高圖像的對(duì)比度。具體 為，先將成像裝置直接獲得的原始圖像卷積一個(gè)低通濾波器而生成模糊圖像，利用模糊圖 像來對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，從而獲得高對(duì)比度的最終圖像。由上可知，最終圖像使原始圖像 的高頻部分得到了增強(qiáng)，從而達(dá)到了提高圖像對(duì)比度的效果。
[0003] 然而，這種軟件圖像處理的方法是利用一幅模糊圖像來對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，而 該模糊圖像是基于原始圖像模擬的，并不是真實(shí)的模糊圖像。如上，在對(duì)原始圖像卷積時(shí)所 用的低通濾波器是對(duì)該成像裝置的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的建模，通常由一個(gè)η * η的矩陣來定義。 點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是利用一個(gè)點(diǎn)光源通過該成像裝置時(shí)在相同聚焦設(shè)置下形成的圖像，所述低通 濾波器則是對(duì)該圖像的歸一化數(shù)字采樣。由于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的具體形式與該圖像形成時(shí)的物 距、像距、光圈的大小和形狀等因素有關(guān)，且光在傳輸過程中還存在衍射等非線性特性以及 上述數(shù)字采樣的差異等。由此可見，很難構(gòu)建出一個(gè)能完全反應(yīng)物體形成真實(shí)模糊圖像的 低通濾波器。此外，這種圖像處理的方式還存在參數(shù)選取的問題，因?yàn)槭褂玫牡屯V波器的 種類和大小等均會(huì)影響處理的結(jié)果，即模擬模糊圖像的真實(shí)度。
[0004] 因此，如何獲得物體的真實(shí)模糊圖像并利用真實(shí)的模糊圖像來提高原始圖像的對(duì) 比度，成為亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正是基于上述問題中至少之一，提出了一種新的液晶透鏡成像裝置和成像 方法。
[0006] 本發(fā)明提出了一種液晶透鏡成像裝置，包括：偏振光生成器件，用于將入射光轉(zhuǎn)換 為線偏振光；透鏡組，所述透鏡組包括至少一液晶透鏡，所述線偏振光的偏振方向與所述液 晶透鏡預(yù)定調(diào)制的線偏振光的偏振方向之間形成夾角；驅(qū)動(dòng)電路，連接至所述液晶透鏡，用 于使所述液晶透鏡分別處于對(duì)焦?fàn)顟B(tài)和非對(duì)焦?fàn)顟B(tài)；圖像采集單元，用于采集經(jīng)過所述液 晶透鏡的線偏振光信號(hào)，并根據(jù)所述線偏振光信號(hào)生成圖像，當(dāng)所述液晶透鏡處于對(duì)焦?fàn)?態(tài)時(shí)，所述線偏振光信號(hào)生成對(duì)焦圖像，當(dāng)所述液晶透鏡處于非對(duì)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，所述線偏振光 信號(hào)生成非對(duì)焦圖像；圖像處理單元，連接至所述圖像采集單元，接收所述對(duì)焦圖像和所述 非對(duì)焦圖像，并用于對(duì)所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的圖像作為 成像圖像。
[0007] 在上述實(shí)施方式中，本發(fā)明的液晶透鏡成像裝置不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且利用液晶透 鏡生成的真實(shí)非對(duì)焦圖像來使成像圖像更加準(zhǔn)確、真實(shí)地反應(yīng)物體成像，圖像質(zhì)量更高。
[0008] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述線偏振光的偏振方向與所述液晶透鏡預(yù)定調(diào)制 的線偏振光的偏振方向之間的夾角為Θ，其中〇°彡Θ彡90°。
[0009] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述線偏振光的偏振方向與所述液晶透鏡預(yù)定調(diào) 制的線偏振光的偏振方向之間的夾角為〇°時(shí)，所述圖像采集單元用于對(duì)所述對(duì)焦圖像和 所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的圖像作為成像圖像，具體包括：
[0010] 利用所述非對(duì)焦圖像對(duì)所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，獲取所述對(duì)焦圖像的高空間頻率 圖像部分；對(duì)所述對(duì)焦圖像的高空間頻率圖像部分進(jìn)行幅度放大后與所述對(duì)焦圖像進(jìn)行疊 加處理而得到所述成像圖像。
[0011] 優(yōu)選的，所述圖像采集單元用于對(duì)所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將 處理得到的圖像作為成像圖像是基于如下公式進(jìn)行處理：
[0012]
[0013] 其中，Γ表示成像圖像，I表示所述對(duì)焦圖像，表示第i幅非對(duì)焦圖像，Wi表示 對(duì)應(yīng)所述第i幅非對(duì)焦圖像的加權(quán)系數(shù)。
[0014] 優(yōu)選的，所述加權(quán)系數(shù)^隨所述圖像采集單元生成第i幅非對(duì)焦圖像時(shí)的液晶透 鏡的焦距相對(duì)于所述圖像采集單元生成所述對(duì)焦圖像時(shí)的液晶透鏡的焦距的變化量增大 而減小
[0015] 經(jīng)過上述處理，從而獲得了更高對(duì)比度的成像圖像。
[0016] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述線偏振光的偏振方向與所述液晶透鏡預(yù)定調(diào) 制的線偏振光的偏振方向之間的夾角不為〇°時(shí)，所述圖像處理單元用于對(duì)所述對(duì)焦圖像 和所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的圖像作為成像圖像，具體包括：
[0017] 利用所述非對(duì)焦圖像來去除所述對(duì)焦圖像中未被所述液晶透鏡調(diào)制的線偏振光 信號(hào)所生成的圖像，將處理得到的圖像作為所述成像圖像。
[0018] 優(yōu)選的，所述圖像處理單元用于對(duì)所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將 處理得到的圖像作為成像圖像是基于如下公式進(jìn)行處理：
[0019] I1 = IF+w(IF-IB)
[0020] 其中，Γ表示所述成像圖像，IF表示所述對(duì)焦圖像，IB表示所述非對(duì)焦圖像，w表 示對(duì)應(yīng)所述非對(duì)焦圖像I B的參數(shù)。
[0021] 優(yōu)選的，
，其中a = cos θ-β，β表示漏光量在入射光中的比例。
[0022] 經(jīng)過上述去除所述對(duì)焦圖像中未被所述液晶透鏡調(diào)制的線偏振光信號(hào)所生成的 圖像，從而獲得了更清晰的成像圖像。
[0023] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像的放大率基本 相同。
[0024] 這樣，即可直接利用所述非對(duì)焦圖像來對(duì)所述對(duì)焦圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像處理，從 而獲得高對(duì)比度的成像圖像，無需考慮所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像的放大率不同的問 題，以及所需的復(fù)雜的圖像運(yùn)算。
[0025] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述透鏡組還包括與所述液晶透鏡配合使用的 固體非偏振光透鏡，所述線偏振光依次經(jīng)過所述液晶透鏡和固體非偏振光透鏡。
[0026] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述透鏡組包括多個(gè)層疊設(shè)置的液晶透鏡，所述 多個(gè)液晶透鏡的初始配向相互平行。
[0027] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述對(duì)焦圖像基于指定物生成時(shí)，所述圖像處 理單元利用聚焦計(jì)算深度算法在所述對(duì)焦圖像中獲得所述指定物的對(duì)焦區(qū)域，并利用所述 非對(duì)焦圖像中與所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域來對(duì)所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域 進(jìn)行處理。
[0028] 優(yōu)選的，所述圖像處理單元利用聚焦計(jì)算深度算法在所述對(duì)焦圖像中獲得所述指 定物的對(duì)焦區(qū)域，具體包括：
[0029] 所述圖像處理單元分別計(jì)算所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域中的像素的聚焦值和所述 非對(duì)焦圖像中與所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域中的像素的聚焦值，所述對(duì)焦圖 像的對(duì)焦區(qū)域中的像素的聚焦值大于所述非對(duì)焦圖像中與所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域?qū)?yīng) 的圖像區(qū)域中的對(duì)應(yīng)像素的聚焦值。
[0030] 這樣即可針對(duì)指定物形成的對(duì)焦區(qū)域進(jìn)行處理，獲得具有高對(duì)比度的對(duì)焦區(qū)域的 成像圖像，而對(duì)成像圖像的其他非對(duì)焦區(qū)域則不進(jìn)行任何處理，可讓保留與所述對(duì)焦圖像 相同的真實(shí)效果。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種液晶透鏡成像方法，包括：將入射光轉(zhuǎn)換為 線偏振光；驅(qū)動(dòng)液晶透鏡分別處于對(duì)焦?fàn)顟B(tài)和非對(duì)焦?fàn)顟B(tài)；所述線偏振光的偏振方向與所 述液晶透鏡預(yù)定調(diào)制的線偏振光的偏振方向之間形成夾角；采集經(jīng)過所述液晶透鏡的線偏 振光信號(hào)，并根據(jù)所述線偏振光信號(hào)生成圖像，當(dāng)所述液晶透鏡處于對(duì)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，所述線偏 振光信號(hào)生成對(duì)焦圖像，當(dāng)所述液晶透鏡處于非對(duì)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，所述線偏振光信號(hào)生成非對(duì) 焦圖像；接收并對(duì)所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的圖像作為成像 圖像。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的液晶透鏡成像方法，其利用液晶透鏡生成的真實(shí)非對(duì)焦圖像來使成 像圖像更加準(zhǔn)確、真實(shí)地反應(yīng)物體成像，圖像質(zhì)量更高。
[0033] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述線偏振光的偏振方向與所述液晶透鏡預(yù)定調(diào)制 的線偏振光的偏振方向之間的夾角為Θ，其中〇°彡Θ彡90°。
[0034] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述線偏振光的偏振方向與所述液晶透鏡預(yù)定調(diào) 制的線偏振光的偏振方向之間的夾角為0°時(shí)，所述圖像采集單元用于對(duì)所述對(duì)焦圖像和 所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的圖像作為成像圖像，具體包括：
[0035] 利用所述非對(duì)焦圖像對(duì)所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，獲取所述對(duì)焦圖像的高空間頻率 圖像部分；對(duì)所述對(duì)焦圖像的高空間頻率圖像部分進(jìn)行幅度放大后與所述對(duì)焦圖像進(jìn)行疊 加處理而得到所述成像圖像。
[0036] 經(jīng)過上述處理，從而獲得了更高對(duì)比度的成像圖像。
[0037] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述線偏振光的偏振方向與所述液晶透鏡預(yù)定調(diào) 制的線偏振光的偏振方向之間的夾角不為〇°時(shí)，所述圖像處理單元用于對(duì)所述對(duì)焦圖像 和所述非對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的圖像作為成像圖像，具體包括：
[0038] 利用所述非對(duì)焦圖像來去除所述對(duì)焦圖像中未被所述液晶透鏡調(diào)制的線偏振光 信號(hào)所生成的圖像，將處理得到的圖像作為所述成像圖像。
[0039] 經(jīng)過上述去除所述對(duì)焦圖像中未被所述液晶透鏡調(diào)制的線偏振光信號(hào)所生成的 圖像，從而獲得了更清晰的成像圖像。
[0040] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像的放大率基本 相同。
[0041] 這樣，即可直接利用所述非對(duì)焦圖像來對(duì)所述對(duì)焦圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像處理，從 而獲得高對(duì)比度的成像圖像，無需考慮所述對(duì)焦圖像和所述非對(duì)焦圖像的放大率不同的問 題，以及所需的復(fù)雜的圖像運(yùn)算。
[0042] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述對(duì)焦圖像基于指定物生成時(shí)，利用聚焦計(jì) 算深度算法在所述對(duì)焦圖像中獲得所述指定物的對(duì)焦區(qū)域，并利用所述非對(duì)焦圖像中與所 述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域來對(duì)所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域進(jìn)行處理。
[0043] 優(yōu)選的，所述利用聚焦計(jì)算深度算法在所述對(duì)焦圖像中獲得