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，需要加偏振装置，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 晶透镜叠加组成透镜组，或设计包含初始配向互相垂直的、叠加在一起的多液晶层的液晶 透镜。各液晶透镜或各液晶层分别处理由任意偏振态划分形成的两个垂直方向的偏振分 量，从而可以适用于任意偏振态的情况，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如手机、平板电脑等移动设备中。
[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] 因此，如何在解决不使用偏振片也能够直接通过液晶透镜形成高质量图像的问题 的同时，还能够减少透镜结构的厚度，成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008] 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。
[0009] 本发明提出了一种液晶透镜成像装置，包括：透镜组，所述透镜组包括至少一液晶 透镜；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光信号，并根据所述光信号生成图像，当 所述液晶透镜处于对焦状态时，所述光信号生成对焦图像，当所述液晶透镜处于非对焦状 态时，所述光信号生成参考图像；图像处理单元，连接至所述图像采集单元，接收所述对焦 图像和所述参考图像，并用于对所述对焦图像和所述参考图像进行处理，将处理得到的图 像进行反卷积处理。
[0010] 在上述实施方式中，本发明的液晶透镜成像装置不仅利用参考图像来辅助获得高 质量的图像，而且利用了轻薄型的液晶透镜，可减小器件厚度，系统更紧凑。
[0011] 在上述技术方案中，优选的，所述图像处理单元用于对所述对焦图像和所述参考 图像进行处理，将处理得到的图像进行反卷积处理，具体包括：利用所述参考图像来去除所 述对焦图像中未被所述液晶透镜调制的干扰光信号所生成的图像。
[0012] 优选的，所述图像处理单元用于对所述对焦图像和所述参考图像进行处理，将处 理得到的图像进行反卷积处理，还具体包括：利用所述参考图像中被所述液晶透镜调制的 光信号所生成的图像来对所述对焦图像中被所述液晶透镜调制的光信号所生成的图像进 行处理。
[0013] 经过上述处理，所述对焦图像中的干扰信号被去除，生成的图像的对比度更高。
[0014] 在上述任一技术方案中，优选的，所述图像处理单元用于对所述对焦图像和所述 参考图像进行处理，将处理得到的图像进行反卷积处理是基于如下公式：
[0016] 其中，If表示欲获得的图像，If表示所述对焦图像，L表示所述参考图像，*表示 卷积符，S表示冲击响应，h表示降晰函数，η表示所述液晶透镜成像装置的系统噪声。
[0017] 在上述任一技术方案中，优选的，所述参考图像为所述液晶透镜处于透镜状态时 生成的非对焦图像，且降晰函数h基于如下公式确定：
[0019] 其中，U表示所述非对焦图像的横坐标，V表示所述非对焦图像的纵坐标，r表示所 述非对焦图像的弥散圆半径，
[0021] 在上述任一技术方案中，优选的，将所述透镜组等效为一个等效透镜时，所述非对 焦图像的弥散圆半径r是基于如下公式确定：
[0023] 其中，2a表示所述等效透镜的孔径，s表示所述等效透镜与所述图像采集单元的 距离，f。表示形成所述对焦图像时所述等效透镜的等效焦距，f表示形成所述非对焦图像时 所述等效透镜的等效焦距。
[0024] 在上述任一技术方案中，优选的，所述参考图像对应的液晶透镜的非对焦状态与 所述对焦图像对应的液晶透镜的对焦状态的时间间隔小于预设时间。这样，可保证原始入 射光L没有发生变化，或仅发生可以忽略的微小变化。
[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 光学透镜。
[0026] 在上述任一技术方案中，优选的，所述透镜组包括多个液晶透镜，所述多个液晶透 镜的初始配向相互平行。
[0027] 上述技术方案的一实施例中，所述透镜组的多个液晶透镜为层叠设置。
[0028] 在上述任一技术方案中，优选的，当所述对焦图像基于指定对焦点而生成时，所述 图像处理单元基于图像清晰度判断在所述对焦图像中获得与所述指定对焦点处于同一对 焦面的对焦区域，并利用所述参考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。
[0029] 这样的处理可保证与该指定对焦点具有相同对焦面的图像区域是清晰的，图像质 量更高，而对其他非对焦区域不进行处理，保留了未被液晶透镜调制的偏振信号，所以会呈 现出比普通相机所拍摄的图像更虚化的效果。
[0030] 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：驱动液晶透镜分 别处于对焦状态和非对焦状态；采集经过所述液晶透镜的光信号，并根据所述光信号生成 图像，当所述液晶透镜处于对焦状态时，所述光信号生成对焦图像，当所述液晶透镜处于非 对焦状态时，所述光信号生成参考图像；接收并对所述对焦图像和所述参考图像进行处理， 将处理得到的图像进行反卷积处理。
[0031] 根据本发明的液晶透镜成像方法不仅可利用参考图像来辅助获得高质量的成像 图像，而且利用了轻薄型的液晶透镜，可减小器件厚度，系统更紧凑。
[0032] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述对焦图像和所述参考图像进行处理， 将处理得到的图像进行反卷积处理，具体包括：利用所述参考图像来去除所述对焦图像中 未被所述液晶透镜调制的干扰光信号所生成的图像。
[0033] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述对焦图像和所述参考图像进行处理， 将处理得到的图像进行反卷积处理，还具体包括：利用所述参考图像中被所述液晶透镜调 制的光信号所生成的图像来对所述对焦图像中被所述液晶透镜调制的光信号所生成的图 像进行处理。
[0034] 经过上述处理，所述对焦图像中的干扰信号被去除，生成的图像的对比度更高。 [0035] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述对焦图像和所述参考图像进行处理， 将处理得到的图像进行反卷积处理是基于如下公式：
[0037] 其中If表示欲获得的图像，If表示所述对焦图像，L表示所述参考图像，*表示 卷积符，S表示冲击响应，h表示降晰函数，η表示液晶透镜成像系统的噪声。
[0038] 在上述任一技术方案中，优选的，所述参考图像为所述液晶透镜处于透镜状态时 生成的非对焦图像，且降晰函数h基于如下公式确定：
[0040] 其中，u表示所述非对焦图像的横坐标，V表示所述非对焦图像的纵坐标，r表示所 述非对焦图像的弥散圆半径，
[0042] 在上述任一技术方案中，优选的，将所述透镜组等效为一个等效透镜时，所述非对 焦图像的弥散圆半径r是基于如下公式确定：
[0044] 其中，2a表示所述等效透镜的孔径，s表示所述等效透镜与所述图像采集单元的 距离，f。表示形成所述对焦图像时所述等效透镜的等效焦距，f表示形成所述非对焦图像时 所述等效透镜的等效焦距。
[0045] 在上述任一技术方案中，优选的，所述参考图像对应的液晶透镜的非对焦状态与 所述对焦图像对应的液晶透镜的对焦状态的时间间隔小于预设时间。这样，可保证原始入 射光L没有发生变化，或仅发生可以忽略的微小变化。
[0046] 在上述任一技术方案中，优选的，当所述对焦图像基于指定对焦点而生成时，根据 图像清晰度判断在所述对焦图像中获得与所述指定对焦点处于同一对焦面的对焦区域，并 利用所述参考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。
[0047] 这样的处理可保证与该指定对焦点具有相同对焦面的图像区域是清晰的，图像质 量更高，而对其他非对焦区域不进行处理，保留了未被液晶透镜调制的偏振信号，所以会呈