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方法。
【背景技术】
[0002] 由于液晶材料的各向异性性，液晶器件通常只对应偏振光；液晶透镜在用于成像 设备时，需要加起偏装置，如偏振片，以使入射光呈线偏振状态。但偏振片的使用会使光强 度降至初始强度值的一半以下。这样，在较暗的环境下，有可能使到达图像传感器的光量不 足，引起信噪比下降，降低成像质量。
[0003] 为避免偏振片的使用，可以在成像系统中用液晶层的初始配向互相垂直的多个液 晶透镜叠加组成液晶透镜，或设计包含初始配向互相垂直的多液晶层叠加的液晶透镜。各 液晶透镜或各液晶层分别处理两个偏振分量，从而实现对任意偏振态环境的对应，但这种 解决方案存在以下的问题。
[0004] (1)多个液晶透镜叠加方案或多个液晶层叠加方案由于增加了液晶透镜或液晶层 的数量，因此大幅度增加了液晶透镜的生产成本。
[0005] (2)由于增加了液晶透镜或液晶层的数量，因此也大幅度增加了器件的厚度，让液 晶透镜成像装置难以搭载进移动设备中。
[0006] (3)由于各液晶透镜或各液晶层在系统中所处位置不同，因此偏振光的两个分量 的传播行为不完全一致，使系统的成像质量降低。
[0007] (4)使用上述方案进行图像处理，属于纯数字的算术运算，只适用于在处于图像传 感器的线性响应区间内的图像部分，对于图像中处于非线性响应区间的部分则不适用。
[0008] 因此，如何使图像处理适应于非线性响应区间又能够直接通过液晶透镜形成高质 量图像，成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0009] 本发明正是基于上述技术问题，提出了一种新的液晶透镜成像方法。
[0010] 有鉴于此，本发明提出了一种液晶透镜成像方法，包括：驱动液晶透镜处于第一状 态，采用在所述第一状态时刻经过所述液晶透镜的第一光信号，并根据所述第一光信号生 成与其对应的第一光亮图；驱动液晶透镜处于第二状态，采用在所述第二状态时刻经过所 述液晶透镜的第二光信号，并根据所述第二光信号生成与其对应的第二光亮图；对所述第 一光亮图与所述第二光亮图进行处理，将处理得到的光亮图作为最终的光亮图；以及根据 最终的光亮图生成最终数字图像信号。
[0011] 在上述实施方式中，所述液晶透镜成像方法通过对光亮图进行处理，最终得到数 字图像信号，从而避免了直接使用数字图像信号进行处理时，只能针对成像传感器线性响 应区间进行计算所带来的误差问题，进而提高了光亮图的计算结果。
[0012] 在上述任一技术方案中，优选的，根据所述第一光信号生成与其对应的第一光亮 图的方法包括：根据所述第一光信号生成第一图像信号，再根据图像传感器的光量与传感 器输出值的响应函数（以下简称为"成像传感器的响应函数"）的反函数得出与所述第一图 像信号相对应的第一光亮图。
[0013] 在上述任一技术方案中，优选的，根据所述第二光信号生成与其对应的第二光亮 图的方法包括：根据所述第二光信号生成第二图像信号，再根据图像传感器的响应函数的 反函数得出与所述第二图像信号相对应的第二光亮图。
[0014] 在上述任一技术方案中，优选的，所述第一状态为非透镜状态，所述第二状态为透 镜状态。
[0015] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述第一光亮图与所述第二光亮图进行 处理，具体包括：在所述第二光亮图中去除未被所述液晶透镜调制的光信号对应的光亮图， 得到所述最终成像的光亮图，其中，所述未被所述液晶透镜调制的光信号生成的光亮图根 据所述第一光亮图获得。
[0016] 在上述任一技术方案中，优选的，基于如下公式确定所述最终成像的光亮图：
[0017] r3 = r2_ α ·
[0018] 其中，r3为所述最终的光亮图，为所述第一光亮图，r2为所述第二光亮图，α为 偏振态异向因子，表征未被所述液晶透镜调制的偏振分量在入射光中所占的比例，α *^为 所述未被所述液晶透镜调制的光信号生成的光亮图。
[0019] 在上述任一技术方案中，优选的，在进入所述液晶透镜的入射光为自然光的情况 下，所述偏振态异向因子α
[0020] 在上述任一技术方案中，优选的，所述第一状态为非对焦状态，所述第二状态为对 焦状态。
[0021] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述第一光亮图与所述第二光亮图进行 处理，将处理得到的光亮图作为最终的光亮图，具体包括：
[0022] 利用所述第一光亮图来减弱所述第二光亮图中未被所述液晶透镜调制的干扰光 信号所对应的光亮图。
[0023] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述第一光亮图与所述第二光亮图进行 处理，将处理得到的光亮图作为最终的光亮图，还具体包括：利用所述第一光亮图中被所述 液晶透镜调制的光信号所对应的光亮图来对所述第二光亮图中被所述液晶透镜调制的光 信号所对应的光亮图进行处理。
[0024] 在上述任一技术方案中，优选的，所述第一状态与所述第二状态相隔的时间小于 预设时间。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明第一实施例提供的液晶透镜成像方法的流程示意图；
[0026] 图2为本发明第二实施例提供的液晶透镜成像方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实 施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施 例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可 以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实 施例的限制。
[0029] 本发明提供的液晶透镜成像方法包括如下步骤：
[0030] 驱动液晶透镜处于第一状态，采用在所述第一状态时刻经过所述液晶透镜的第一 光信号，并根据所述第一光信号生成与其对应的第一光亮图；
[0031] 驱动液晶透镜处于第二状态，采用在所述第二状态时刻经过所述液晶透镜的第二 光信号，并根据所述第二光信号生成与其对应的第二光亮图；
[0032] 对所述第一光亮图与所述第二光亮图进行处理，将处理得到的光亮图作为最终的 光壳图；以及
[0033] 根据最终的光亮图生成最终数字图像信号。
[0034] 参见图1，本发明第一实施例提供的液晶透镜成像方法的流程示意图，其使用液晶 透镜处于透镜和非透镜状态下的光亮图，计算出场景的感兴趣区域所发出光线经过液晶透 镜和普通透镜汇聚后形成的光亮图，并根据最终的光亮图生成最终数字图像信号。
[0035] 具体地，所述液晶透镜成像方法包括如下步骤：
[0036] 步骤11 :驱动液晶透镜处于非透镜状态，采用在所述非透镜状态时刻经过所述液 晶透镜的第一光信号，并根据所述第一光信号生成与其对应的第一光亮图。
[0037] 在本实施例中，不对液晶透镜施加驱动电压或所施加的驱动电压使液晶透镜的焦 点距离为无穷大时，所述液晶透镜处于非透镜状态，此时，液晶透镜对入射光L没有调制作 用。此时通过液晶透镜后的第一光信号为Si。在本实施例中，可以通过图像传感器采集第一 光信号Si，生成与其对应的第一图像信号L。再根据图像传感器的响应函数的反函数得出 与所述第一图像信号I:相对应的第一光亮图A。这里，不同于常规的图像处理，我们不直接 使用数字图像进行后续图像处理，而是使用更加接近真实第一光信号S1的第一光亮图 Γι， 降低了在成像传感器在非线性响应区间进行图像处理操作所带来的误差。
[0038] 步骤12 :驱动液晶透镜处于透镜状态，采用在所述透镜状态时刻经过所述液晶透 镜的第二光信号，并根据所述第二光信号生成与其对应的第二光亮图。
[0039] 在本实施例中，对液晶透镜施加驱动电压，使被液晶透镜调制的偏振光所成的像 位于图像传感器上，此时液晶透镜处于透镜状态，这样液晶透镜对入射光L的某一个偏振 方向具有汇聚或发散的调制作用。此时，通过液晶透镜后的第二光信号为S 2。在本实施例 中，可以通过图像传感器采集第二光信号S2，生成与其对应的第二图像信号1 2。再根据图像 传感器的响应函数的反函数得出与所述第二图像信号12相对应的第二光亮图r 2。
[0040] 具体在，上述根据光信号生成图像信号，再根据图像信号生成光亮图的过程如 下：
[0041] f ：r (x, y) ->I (x, y) (1)
[0042] 其中函数f是图像传感器的响应函数，图像传感器上任一像素（x，y)获取的光亮 图r(x，y)转化为该像素的图像信号I(x，y)。其中，光亮图r(x，y)与图像信号I(x，y)的关 系如下：
[0043]
[0044] 其中f 1 :I(x，y)->r(x，y)是图像传感器响应函数的反函数。
[0045] 步骤13 :对所述第一光亮图与所述第二光亮图进行处理，将处理得到的光亮图作 为最终的光亮图。具体地，在所述第二光亮图中去除未被所述液晶透镜调制的光信号对应 的光亮图，得到所述最终成像的光亮图，其中，所述未被所述液晶透镜调制的光信号生成的 光亮图根据所述第一光亮图获得。
[0046] 在本实施例中，所述第一状态与所述第二状态相隔的时间小于预设时间。由于前 后两个状态的时间间隔很短，入射到摄像头里的光几乎相同，因此图像传感器接收到的光 信号强度几乎无变化，故&和S 2的能量近乎相等，基本上位于图像传感器的光强响应曲线 的同一区间，其对应的第一光亮图ri和第一光亮图r 2的能量也近乎相等。所以在实际操作 中可以通过对非透镜和透镜状态下获得的第一光亮图^和第一光亮图r2做式（1)所述的 光亮图处理，来去除第一光亮图r 2中混杂的无用的光亮图，得到最终的光亮图r3。
[0047] r3 = r2_ α · (3)
[0048] 其中，α是偏振态的异向因子，表征未被所述液晶透镜调制的偏振分量在入射光 中所占的比例，α ·^为所述未被所述液晶透镜调制的光信号生成的光亮图。在进入所述 液晶透镜的入射光为自然光的情况下，即入射光波具有各向同性的性质时，所述偏振态异
[0049] 步骤14 :根据最终的光亮图生成最终数字图像信号。
[0050] 在本实施例中，我们通过所述图像传感器的响应函数，即上述公式（1)，根据最终 的光亮图生成最终的高质量数字图像信号。
[0051] 在上述