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方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于液晶材料的各向異性性，液晶器件通常只對應(yīng)偏振光；液晶透鏡在用于成像 設(shè)備時(shí)，需要加起偏裝置，如偏振片，以使入射光呈線偏振狀態(tài)。但偏振片的使用會使光強(qiáng) 度降至初始強(qiáng)度值的一半以下。這樣，在較暗的環(huán)境下，有可能使到達(dá)圖像傳感器的光量不 足，引起信噪比下降，降低成像質(zhì)量。
[0003] 為避免偏振片的使用，可以在成像系統(tǒng)中用液晶層的初始配向互相垂直的多個(gè)液 晶透鏡疊加組成液晶透鏡，或設(shè)計(jì)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(gè)偏振分量，從而實(shí)現(xiàn)對任意偏振態(tài)環(huán)境的對應(yīng)，但這種 解決方案存在以下的問題。
[0004] (1)多個(gè)液晶透鏡疊加方案或多個(gè)液晶層疊加方案由于增加了液晶透鏡或液晶層 的數(shù)量，因此大幅度增加了液晶透鏡的生產(chǎn)成本。
[0005] (2)由于增加了液晶透鏡或液晶層的數(shù)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(jìn)移動設(shè)備中。
[0006] (3)由于各液晶透鏡或各液晶層在系統(tǒng)中所處位置不同，因此偏振光的兩個(gè)分量 的傳播行為不完全一致，使系統(tǒng)的成像質(zhì)量降低。
[0007] (4)使用上述方案進(jìn)行圖像處理，屬于純數(shù)字的算術(shù)運(yùn)算，只適用于在處于圖像傳 感器的線性響應(yīng)區(qū)間內(nèi)的圖像部分，對于圖像中處于非線性響應(yīng)區(qū)間的部分則不適用。
[0008] 因此，如何使圖像處理適應(yīng)于非線性響應(yīng)區(qū)間又能夠直接通過液晶透鏡形成高質(zhì) 量圖像，成為亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明正是基于上述技術(shù)問題，提出了一種新的液晶透鏡成像方法。
[0010] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種液晶透鏡成像方法，包括：驅(qū)動液晶透鏡處于第一狀 態(tài)，采用在所述第一狀態(tài)時(shí)刻經(jīng)過所述液晶透鏡的第一光信號，并根據(jù)所述第一光信號生 成與其對應(yīng)的第一光亮圖；驅(qū)動液晶透鏡處于第二狀態(tài)，采用在所述第二狀態(tài)時(shí)刻經(jīng)過所 述液晶透鏡的第二光信號，并根據(jù)所述第二光信號生成與其對應(yīng)的第二光亮圖；對所述第 一光亮圖與所述第二光亮圖進(jìn)行處理，將處理得到的光亮圖作為最終的光亮圖；以及根據(jù) 最終的光亮圖生成最終數(shù)字圖像信號。
[0011] 在上述實(shí)施方式中，所述液晶透鏡成像方法通過對光亮圖進(jìn)行處理，最終得到數(shù) 字圖像信號，從而避免了直接使用數(shù)字圖像信號進(jìn)行處理時(shí)，只能針對成像傳感器線性響 應(yīng)區(qū)間進(jìn)行計(jì)算所帶來的誤差問題，進(jìn)而提高了光亮圖的計(jì)算結(jié)果。
[0012] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，根據(jù)所述第一光信號生成與其對應(yīng)的第一光亮 圖的方法包括：根據(jù)所述第一光信號生成第一圖像信號，再根據(jù)圖像傳感器的光量與傳感 器輸出值的響應(yīng)函數(shù)（以下簡稱為"成像傳感器的響應(yīng)函數(shù)"）的反函數(shù)得出與所述第一圖 像信號相對應(yīng)的第一光亮圖。
[0013] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，根據(jù)所述第二光信號生成與其對應(yīng)的第二光亮 圖的方法包括：根據(jù)所述第二光信號生成第二圖像信號，再根據(jù)圖像傳感器的響應(yīng)函數(shù)的 反函數(shù)得出與所述第二圖像信號相對應(yīng)的第二光亮圖。
[0014] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一狀態(tài)為非透鏡狀態(tài)，所述第二狀態(tài)為透 鏡狀態(tài)。
[0015] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進(jìn)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(diào)制的光信號對應(yīng)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(diào)制的光信號生成的光亮圖根 據(jù)所述第一光亮圖獲得。
[0016] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)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(tài)異向因子，表征未被所述液晶透鏡調(diào)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(diào)制的光信號生成的光亮圖。
[0019] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，在進(jìn)入所述液晶透鏡的入射光為自然光的情況 下，所述偏振態(tài)異向因子α
[0020] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一狀態(tài)為非對焦?fàn)顟B(tài)，所述第二狀態(tài)為對 焦?fàn)顟B(tài)。
[0021] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進(jìn)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(diào)制的干擾光 信號所對應(yīng)的光亮圖。
[0023] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進(jìn)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(diào)制的光信號所對應(yīng)的光亮圖來對所述第二光亮圖中被所述液晶透鏡調(diào)制的光 信號所對應(yīng)的光亮圖進(jìn)行處理。
[0024] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一狀態(tài)與所述第二狀態(tài)相隔的時(shí)間小于 預(yù)設(shè)時(shí)間。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)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(fā)明第二實(shí)施例提供的液晶透鏡成像方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施 例及實(shí)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(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實(shí) 施例的限制。
[0029] 本發(fā)明提供的液晶透鏡成像方法包括如下步驟：
[0030] 驅(qū)動液晶透鏡處于第一狀態(tài)，采用在所述第一狀態(tài)時(shí)刻經(jīng)過所述液晶透鏡的第一 光信號，并根據(jù)所述第一光信號生成與其對應(yīng)的第一光亮圖；
[0031] 驅(qū)動液晶透鏡處于第二狀態(tài)，采用在所述第二狀態(tài)時(shí)刻經(jīng)過所述液晶透鏡的第二 光信號，并根據(jù)所述第二光信號生成與其對應(yīng)的第二光亮圖；
[0032] 對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進(jìn)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(jù)最終的光亮圖生成最終數(shù)字圖像信號。
[0034] 參見圖1，本發(fā)明第一實(shí)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(tài)下的光亮圖，計(jì)算出場景的感興趣區(qū)域所發(fā)出光線經(jīng)過液晶透 鏡和普通透鏡匯聚后形成的光亮圖，并根據(jù)最終的光亮圖生成最終數(shù)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(qū)動液晶透鏡處于非透鏡狀態(tài)，采用在所述非透鏡狀態(tài)時(shí)刻經(jīng)過所述液 晶透鏡的第一光信號，并根據(jù)所述第一光信號生成與其對應(yīng)的第一光亮圖。
[0037] 在本實(shí)施例中，不對液晶透鏡施加驅(qū)動電壓或所施加的驅(qū)動電壓使液晶透鏡的焦 點(diǎn)距離為無窮大時(shí)，所述液晶透鏡處于非透鏡狀態(tài)，此時(shí)，液晶透鏡對入射光L沒有調(diào)制作 用。此時(shí)通過液晶透鏡后的第一光信號為Si。在本實(shí)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(yīng)的第一圖像信號L。再根據(jù)圖像傳感器的響應(yīng)函數(shù)的反函數(shù)得出 與所述第一圖像信號I:相對應(yīng)的第一光亮圖A。這里，不同于常規(guī)的圖像處理，我們不直接 使用數(shù)字圖像進(jìn)行后續(xù)圖像處理，而是使用更加接近真實(shí)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(yīng)區(qū)間進(jìn)行圖像處理操作所帶來的誤差。
[0038] 步驟12 :驅(qū)動液晶透鏡處于透鏡狀態(tài)，采用在所述透鏡狀態(tài)時(shí)刻經(jīng)過所述液晶透 鏡的第二光信號，并根據(jù)所述第二光信號生成與其對應(yīng)的第二光亮圖。
[0039] 在本實(shí)施例中，對液晶透鏡施加驅(qū)動電壓，使被液晶透鏡調(diào)制的偏振光所成的像 位于圖像傳感器上，此時(shí)液晶透鏡處于透鏡狀態(tài)，這樣液晶透鏡對入射光L的某一個(gè)偏振 方向具有匯聚或發(fā)散的調(diào)制作用。此時(shí)，通過液晶透鏡后的第二光信號為S 2。在本實(shí)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(yīng)的第二圖像信號1 2。再根據(jù)圖像 傳感器的響應(yīng)函數(shù)的反函數(shù)得出與所述第二圖像信號12相對應(yīng)的第二光亮圖r 2。
[0040] 具體在，上述根據(jù)光信號生成圖像信號，再根據(jù)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(shù)f是圖像傳感器的響應(yīng)函數(shù)，圖像傳感器上任一像素（x，y)獲取的光亮 圖r(x，y)轉(zhuǎn)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(guān) 系如下：
[0043]
[0044] 其中f 1 :I(x，y)->r(x，y)是圖像傳感器響應(yīng)函數(shù)的反函數(shù)。
[0045] 步驟13 :對所述第一光亮圖與所述第二光亮圖進(jìn)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(diào)制的光信號對應(yīng) 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(diào)制的光信號生成的 光亮圖根據(jù)所述第一光亮圖獲得。
[0046] 在本實(shí)施例中，所述第一狀態(tài)與所述第二狀態(tài)相隔的時(shí)間小于預(yù)設(shè)時(shí)間。由于前 后兩個(gè)狀態(tài)的時(shí)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(qiáng)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(qiáng)響應(yīng)曲線 的同一區(qū)間，其對應(yīng)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(shí)際操作 中可以通過對非透鏡和透鏡狀態(tài)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(tài)的異向因子，表征未被所述液晶透鏡調(diào)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(diào)制的光信號生成的光亮圖。在進(jìn)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(zhì)時(shí)，所述偏振態(tài)異
[0049] 步驟14 :根據(jù)最終的光亮圖生成最終數(shù)字圖像信號。
[0050] 在本實(shí)施例中，我們通過所述圖像傳感器的響應(yīng)函數(shù)，即上述公式（1)，根據(jù)最終 的光亮圖生成最終的高質(zhì)量數(shù)字圖像信號。
[0051] 在上述