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(duì)應(yīng)偏振光；液晶透鏡在用于成像 設(shè)備時(shí)，需要加偏振裝置，如偏振片，以使入射光呈線偏振狀態(tài)。但偏振片的使用會(huì)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 晶透鏡疊加組成透鏡組，或設(shè)計(jì)包含初始配向互相垂直的、疊加在一起的多液晶層的液晶 透鏡。各液晶透鏡或各液晶層分別處理由任意偏振態(tài)劃分形成的兩個(gè)垂直方向的偏振分 量，從而可以適用于任意偏振態(tài)的情況，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)如手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)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] 因此，如何在解決不使用偏振片也能夠直接通過液晶透鏡形成高質(zhì)量圖像的問題 的同時(shí)，還能夠減少透鏡結(jié)構(gòu)的厚度，成為亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 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，沒有使用偏振裝置，并且也沒有因采用多液晶透鏡（層）疊加的方式而增加成像裝置 的厚度。
[0009] 本發(fā)明提出了一種液晶透鏡成像裝置，包括：透鏡組，所述透鏡組包括至少一液晶 透鏡；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)?態(tài)；圖像采集單元，用于采集經(jīng)過所述液晶透鏡的光信號(hào)，并根據(jù)所述光信號(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)?態(tài)時(shí)，所述光信號(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)所述非對(duì)焦圖像和所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得 到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像。
[0010] 在上述實(shí)施方式中，本發(fā)明的液晶透鏡成像裝置利用非對(duì)焦圖像來輔助生成最后 清晰的對(duì)焦圖像，從而獲取高質(zhì)量的圖像。而且根據(jù)本發(fā)明的液晶透鏡成像裝置沒有偏振 裝置，器件結(jié)構(gòu)厚度減小，系統(tǒng)更緊湊。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述圖像處理單元用于對(duì)所述非對(duì)焦圖像和所述對(duì) 焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像，具體包括：利用所述非對(duì)焦 圖像來減弱所述對(duì)焦圖像中未被所述液晶透鏡調(diào)制的干擾光信號(hào)所生成的圖像。
[0012] 由于所述對(duì)焦圖像中的干擾信號(hào)被減弱，生成的圖像的對(duì)比度更高。
[0013] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述圖像處理單元用于對(duì)所述非對(duì)焦圖像和所 述對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像，還具體包括：利用所述 非對(duì)焦圖像中被所述液晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的圖像來對(duì)所述對(duì)焦圖像中被所述液 晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的圖像進(jìn)行處理。
[0014] 由于利用所述非對(duì)焦圖像中被所述液晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的圖像來對(duì)所 述對(duì)焦圖像中被所述液晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的子圖像進(jìn)行處理可等效于對(duì)其進(jìn)行 高通濾波，即反銳化掩模處理，讓最終生成的圖像更加銳化，具有較高對(duì)比度。
[0015] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述圖像處理單元還用于對(duì)所述最終成像的圖 像進(jìn)彳丁殼度調(diào)整。
[0016] 在進(jìn)行上述處理后會(huì)造成圖像能量的較大損失，而進(jìn)行亮度調(diào)整，可提升圖像能 量，使其恢復(fù)到正常的能量。
[0017] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述圖像處理單元用于對(duì)所述非對(duì)焦圖像和所 述對(duì)焦圖像進(jìn)行處理，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像是基于如下公式：
[0018]Is=normalization[If-Ψ(117···,In)]
[0019] 其中，Is表示所述最終成像的圖像，If表示所述對(duì)焦圖像，In表示所述非對(duì)焦圖 像，η是大于等于1的整數(shù)，normalization是亮度規(guī)整化處理函數(shù)，If-Ψ(L，…，In)表示 利用至少一幅所述非對(duì)焦圖像來對(duì)所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處理。
[0020] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，Ψ(L，…，In)滿足如下公式：
[0021]
其中，￥1<表示對(duì)所述非對(duì)焦圖像Ik的加權(quán)系數(shù)， 0 <wk < 1,Sk=l<Ιο
[0022] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述亮度規(guī)整化處理函數(shù)normalization滿足如 下公式
[0023] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述非對(duì)焦圖像對(duì)應(yīng)的液晶透鏡的非對(duì)焦?fàn)顟B(tài) 與所述對(duì)焦圖像對(duì)應(yīng)的液晶透鏡的對(duì)焦?fàn)顟B(tài)的時(shí)間間隔小于預(yù)設(shè)時(shí)間。這樣，可保證原始 入射光L沒有發(fā)生變化，或僅發(fā)生可以忽略的微小變化。
[0024] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述液晶透鏡成像裝置還包括與所述液晶透鏡 配合使用的光學(xué)透鏡。
[0025] 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)液晶透鏡，所述多個(gè)液晶透 鏡的初始配向相互平行。
[0026] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，當(dāng)所述對(duì)焦圖像基于指定對(duì)焦點(diǎn)而生成時(shí)，所述 圖像處理單元基于圖像清晰度判斷在所述對(duì)焦圖像中獲得與所述指定對(duì)焦點(diǎn)處于同一對(duì) 焦面的對(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。
[0027] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述圖像處理單元在所述對(duì)焦圖像的對(duì)焦區(qū)域 與所述對(duì)焦區(qū)域之外的非對(duì)焦區(qū)域之間設(shè)定過渡區(qū)域，并利用所述非對(duì)焦圖像中與所述對(duì) 焦圖像的過渡區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域來對(duì)所述對(duì)焦圖像的過渡區(qū)域進(jìn)行處理。
[0028] 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：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)；采集經(jīng)過所述液晶透鏡的光信號(hào)，并根據(jù)所述光信號(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，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的液晶透鏡成像方法在沒有偏振片的情況下，既能夠獲得高質(zhì)量的成 像圖像，又能夠減小液晶透鏡成像裝置的厚度。
[0030] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對(duì)所述非對(duì)焦圖像和所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處 理，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像，具體包括：利用所述非對(duì)焦圖像來減弱所 述對(duì)焦圖像中未被所述液晶透鏡調(diào)制的干擾光信號(hào)所生成的圖像。
[0031] 由于所述對(duì)焦圖像中的干擾信號(hào)被減弱，生成的圖像的對(duì)比度更高。
[0032] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對(duì)所述非對(duì)焦圖像和所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處 理，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像，還具體包括：利用所述非對(duì)焦圖像中被所 述液晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的圖像來對(duì)所述對(duì)焦圖像中被所述液晶透鏡調(diào)制的光信 號(hào)所生成的圖像進(jìn)行處理。
[0033] 由于利用所述非對(duì)焦圖像中被所述液晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的圖像來對(duì)所 述對(duì)焦圖像中被所述液晶透鏡調(diào)制的光信號(hào)所生成的子圖像進(jìn)行處理可等效于對(duì)其進(jìn)行 高通濾波，即反銳化掩模處理，讓最終生成的圖像更加銳化，具有較高對(duì)比度。
[0034]在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述液晶透鏡成像方法還包括：對(duì)所述最終成像 的圖像進(jìn)行亮度調(diào)整。
[0035] 在進(jìn)行上述處理后會(huì)造成圖像能量的較大損失，而進(jìn)行亮度調(diào)整，可提升圖像能 量，使其恢復(fù)到正常的能量。
[0036] 在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述對(duì)所述非對(duì)焦圖像和所述對(duì)焦圖像進(jìn)行處 理，將處理得到的對(duì)焦圖像作為最終成像的圖像是基于如下公式：
[0037]
[0038]其中，Is表示所述最終成像的圖像，If表示所述對(duì)焦圖像，Ik表示所述非對(duì) 焦圖像，η是大于等于1的整數(shù)，wk