液晶透镜成像装置及液晶透镜成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及透镜成像技术领域，具体而言，涉及一种液晶透镜成像装置和液晶透 镜成像方法。
【背景技术】
[0002] 传统上，由成像装置直接生成的图像的对比度较低，往往需要通过图像处理的手 段来提高其对比度。如在 Gonzalez, R.C·，Woods, R.E.:'Digital image processing, 2nd' ，SL:PrenticeHall, 2002中，介绍了使用"unsharp mask"方法来提高图像的对比度。具体 为，先将成像装置直接获得的原始图像卷积一个低通滤波器而生成模糊图像，利用模糊图 像来对原始图像进行处理，从而获得高对比度的最终图像。由上可知，最终图像使原始图像 的高频部分得到了增强，从而达到了提高图像对比度的效果。
[0003] 然而，这种软件图像处理的方法是利用一幅模糊图像来对原始图像进行处理，而 该模糊图像是基于原始图像模拟的，并不是真实的模糊图像。如上，在对原始图像卷积时所 用的低通滤波器是对该成像装置的点扩散函数的建模，通常由一个η * η的矩阵来定义。 点扩散函数是利用一个点光源通过该成像装置时在相同聚焦设置下形成的图像，所述低通 滤波器则是对该图像的归一化数字采样。由于点扩散函数的具体形式与该图像形成时的物 距、像距、光圈的大小和形状等因素有关，且光在传输过程中还存在衍射等非线性特性以及 上述数字采样的差异等。由此可见，很难构建出一个能完全反应物体形成真实模糊图像的 低通滤波器。此外，这种图像处理的方式还存在参数选取的问题，因为使用的低通滤波器的 种类和大小等均会影响处理的结果，即模拟模糊图像的真实度。
[0004] 因此，如何获得物体的真实模糊图像并利用真实的模糊图像来提高原始图像的对 比度，成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明正是基于上述问题中至少之一，提出了一种新的液晶透镜成像装置和成像 方法。
[0006] 本发明提出了一种液晶透镜成像装置，包括：偏振光生成器件，用于将入射光转换 为线偏振光；透镜组，所述透镜组包括至少一液晶透镜，所述线偏振光的偏振方向与所述液 晶透镜预定调制的线偏振光的偏振方向之间形成夹角；驱动电路，连接至所述液晶透镜，用 于使所述液晶透镜分别处于对焦状态和非对焦状态；图像采集单元，用于采集经过所述液 晶透镜的线偏振光信号，并根据所述线偏振光信号生成图像，当所述液晶透镜处于对焦状 态时，所述线偏振光信号生成对焦图像，当所述液晶透镜处于非对焦状态时，所述线偏振光 信号生成非对焦图像；图像处理单元，连接至所述图像采集单元，接收所述对焦图像和所述 非对焦图像，并用于对所述对焦图像和所述非对焦图像进行处理，将处理得到的图像作为 成像图像。
[0007] 在上述实施方式中，本发明的液晶透镜成像装置不仅结构紧凑，而且利用液晶透 镜生成的真实非对焦图像来使成像图像更加准确、真实地反应物体成像，图像质量更高。
[0008] 在上述技术方案中，优选的，所述线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜预定调制 的线偏振光的偏振方向之间的夹角为Θ，其中〇°彡Θ彡90°。
[0009] 在上述技术方案中，优选的，当所述线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜预定调 制的线偏振光的偏振方向之间的夹角为〇°时，所述图像采集单元用于对所述对焦图像和 所述非对焦图像进行处理，将处理得到的图像作为成像图像，具体包括：
[0010] 利用所述非对焦图像对所述对焦图像进行处理，获取所述对焦图像的高空间频率 图像部分；对所述对焦图像的高空间频率图像部分进行幅度放大后与所述对焦图像进行叠 加处理而得到所述成像图像。
[0011] 优选的，所述图像采集单元用于对所述对焦图像和所述非对焦图像进行处理，将 处理得到的图像作为成像图像是基于如下公式进行处理：
[0012]
[0013] 其中，Γ表示成像图像，I表示所述对焦图像，表示第i幅非对焦图像，Wi表示 对应所述第i幅非对焦图像的加权系数。
[0014] 优选的，所述加权系数^随所述图像采集单元生成第i幅非对焦图像时的液晶透 镜的焦距相对于所述图像采集单元生成所述对焦图像时的液晶透镜的焦距的变化量增大 而减小
[0015] 经过上述处理，从而获得了更高对比度的成像图像。
[0016] 在上述技术方案中，优选的，当所述线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜预定调 制的线偏振光的偏振方向之间的夹角不为〇°时，所述图像处理单元用于对所述对焦图像 和所述非对焦图像进行处理，将处理得到的图像作为成像图像，具体包括：
[0017] 利用所述非对焦图像来去除所述对焦图像中未被所述液晶透镜调制的线偏振光 信号所生成的图像，将处理得到的图像作为所述成像图像。
[0018] 优选的，所述图像处理单元用于对所述对焦图像和所述非对焦图像进行处理，将 处理得到的图像作为成像图像是基于如下公式进行处理：
[0019] I1 = IF+w(IF-IB)
[0020] 其中，Γ表示所述成像图像，IF表示所述对焦图像，IB表示所述非对焦图像，w表 示对应所述非对焦图像I B的参数。
[0021] 优选的，
，其中a = cos θ-β，β表示漏光量在入射光中的比例。
[0022] 经过上述去除所述对焦图像中未被所述液晶透镜调制的线偏振光信号所生成的 图像，从而获得了更清晰的成像图像。
[0023] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对焦图像和所述非对焦图像的放大率基本 相同。
[0024] 这样，即可直接利用所述非对焦图像来对所述对焦图像进行简单的图像处理，从 而获得高对比度的成像图像，无需考虑所述对焦图像和所述非对焦图像的放大率不同的问 题，以及所需的复杂的图像运算。
[0025] 在上述任一技术方案中，优选的，所述透镜组还包括与所述液晶透镜配合使用的 固体非偏振光透镜，所述线偏振光依次经过所述液晶透镜和固体非偏振光透镜。
[0026] 在上述任一技术方案中，优选的，所述透镜组包括多个层叠设置的液晶透镜，所述 多个液晶透镜的初始配向相互平行。
[0027] 在上述任一技术方案中，优选的，当所述对焦图像基于指定物生成时，所述图像处 理单元利用聚焦计算深度算法在所述对焦图像中获得所述指定物的对焦区域，并利用所述 非对焦图像中与所述对焦图像的对焦区域对应的图像区域来对所述对焦图像的对焦区域 进行处理。
[0028] 优选的，所述图像处理单元利用聚焦计算深度算法在所述对焦图像中获得所述指 定物的对焦区域，具体包括：
[0029] 所述图像处理单元分别计算所述对焦图像的对焦区域中的像素的聚焦值和所述 非对焦图像中与所述对焦图像的对焦区域对应的图像区域中的像素的聚焦值，所述对焦图 像的对焦区域中的像素的聚焦值大于所述非对焦图像中与所述对焦图像的对焦区域对应 的图像区域中的对应像素的聚焦值。
[0030] 这样即可针对指定物形成的对焦区域进行处理，获得具有高对比度的对焦区域的 成像图像，而对成像图像的其他非对焦区域则不进行任何处理，可让保留与所述对焦图像 相同的真实效果。
[0031] 根据本发明的又一方面，还提供了一种液晶透镜成像方法，包括：将入射光转换为 线偏振光；驱动液晶透镜分别处于对焦状态和非对焦状态；所述线偏振光的偏振方向与所 述液晶透镜预定调制的线偏振光的偏振方向之间形成夹角；采集经过所述液晶透镜的线偏 振光信号，并根据所述线偏振光信号生成图像，当所述液晶透镜处于对焦状态时，所述线偏 振光信号生成对焦图像，当所述液晶透镜处于非对焦状态时，所述线偏振光信号生成非对 焦图像；接收并对所述对焦图像和所述非对焦图像进行处理，将处理得到的图像作为成像 图像。
[0032] 根据本发明的液晶透镜成像方法，其利用液晶透镜生成的真实非对焦图像来使成 像图像更加准确、真实地反应物体成像，图像质量更高。
[0033] 在上述技术方案中，优选的，所述线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜预定调制 的线偏振光的偏振方向之间的夹角为Θ，其中〇°彡Θ彡90°。
[0034] 在上述技术方案中，优选的，当所述线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜预定调 制的线偏振光的偏振方向之间的夹角为0°时，所述图像采集单元用于对所述对焦图像和 所述非对焦图像进行处理，将处理得到的图像作为成像图像，具体包括：
[0035] 利用所述非对焦图像对所述对焦图像进行处理，获取所述对焦图像的高空间频率 图像部分；对所述对焦图像的高空间频率图像部分进行幅度放大后与所述对焦图像进行叠 加处理而得到所述成像图像。
[0036] 经过上述处理，从而获得了更高对比度的成像图像。
[0037] 在上述技术方案中，优选的，当所述线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜预定调 制的线偏振光的偏振方向之间的夹角不为〇°时，所述图像处理单元用于对所述对焦图像 和所述非对焦图像进行处理，将处理得到的图像作为成像图像，具体包括：
[0038] 利用所述非对焦图像来去除所述对焦图像中未被所述液晶透镜调制的线偏振光 信号所生成的图像，将处理得到的图像作为所述成像图像。
[0039] 经过上述去除所述对焦图像中未被所述液晶透镜调制的线偏振光信号所生成的 图像，从而获得了更清晰的成像图像。
[0040] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对焦图像和所述非对焦图像的放大率基本 相同。
[0041] 这样，即可直接利用所述非对焦图像来对所述对焦图像进行简单的图像处理，从 而获得高对比度的成像图像，无需考虑所述对焦图像和所述非对焦图像的放大率不同的问 题，以及所需的复杂的图像运算。
[0042] 在上述任一技术方案中，优选的，当所述对焦图像基于指定物生成时，利用聚焦计 算深度算法在所述对焦图像中获得所述指定物的对焦区域，并利用所述非对焦图像中与所 述对焦图像的对焦区域对应的图像区域来对所述对焦图像的对焦区域进行处理。
[0043] 优选的，所述利用聚焦计算深度算法在所述对焦图像中获得