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，没有使用偏振装置，并且也没有因采用多液晶透镜（层）叠加的方式而增加成像装置 的厚度。
[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，并用于对所述非对焦图像和所述对焦图像进行处理，将处理得 到的对焦图像作为最终成像的图像。
[0010] 在上述实施方式中，本发明的液晶透镜成像装置利用非对焦图像来辅助生成最后 清晰的对焦图像，从而获取高质量的图像。而且根据本发明的液晶透镜成像装置没有偏振 装置，器件结构厚度减小，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非对焦图像和所述对 焦图像进行处理，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像，具体包括：利用所述非对焦 图像来减弱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] 由于所述对焦图像中的干扰信号被减弱，生成的图像的对比度更高。
[0013] 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非对焦图像和所 述对焦图像进行处理，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像，还具体包括：利用所述 非对焦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。
[0014] 由于利用所述非对焦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子图像进行处理可等效于对其进行 高通滤波，即反锐化掩模处理，让最终生成的图像更加锐化，具有较高对比度。
[0015] 在上述任一技术方案中，优选的，所述图像处理单元还用于对所述最终成像的图 像进彳丁壳度调整。
[0016] 在进行上述处理后会造成图像能量的较大损失，而进行亮度调整，可提升图像能 量，使其恢复到正常的能量。
[0017] 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非对焦图像和所 述对焦图像进行处理，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像是基于如下公式：
[0018]Is=normalization[If-Ψ(117···,In)]
[0019] 其中，Is表示所述最终成像的图像，If表示所述对焦图像，In表示所述非对焦图 像，η是大于等于1的整数，normalization是亮度规整化处理函数，If-Ψ(L，…，In)表示 利用至少一幅所述非对焦图像来对所述对焦图像进行处理。
[0020] 在上述任一技术方案中，优选的，Ψ(L，…，In)满足如下公式：
[0021]
其中，￥1<表示对所述非对焦图像Ik的加权系数， 0 <wk < 1,Sk=l<Ιο
[0022] 在上述任一技术方案中，优选的，所述亮度规整化处理函数normalization满足如 下公式
[0023] 在上述任一技术方案中，优选的，所述非对焦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。
[0024] 在上述任一技术方案中，优选的，所述液晶透镜成像装置还包括与所述液晶透镜 配合使用的光学透镜。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 在上述任一技术方案中，优选的，所述图像处理单元在所述对焦图像的对焦区域 与所述对焦区域之外的非对焦区域之间设定过渡区域，并利用所述非对焦图像中与所述对 焦图像的过渡区域对应的图像区域来对所述对焦图像的过渡区域进行处理。
[0028] 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，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像。
[0029] 根据本发明的液晶透镜成像方法在没有偏振片的情况下，既能够获得高质量的成 像图像，又能够减小液晶透镜成像装置的厚度。
[0030] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述非对焦图像和所述对焦图像进行处 理，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像，具体包括：利用所述非对焦图像来减弱所 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。
[0031] 由于所述对焦图像中的干扰信号被减弱，生成的图像的对比度更高。
[0032] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述非对焦图像和所述对焦图像进行处 理，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像，还具体包括：利用所述非对焦图像中被所 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。
[0033] 由于利用所述非对焦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子图像进行处理可等效于对其进行 高通滤波，即反锐化掩模处理，让最终生成的图像更加锐化，具有较高对比度。
[0034]在上述任一技术方案中，优选的，所述液晶透镜成像方法还包括：对所述最终成像 的图像进行亮度调整。
[0035] 在进行上述处理后会造成图像能量的较大损失，而进行亮度调整，可提升图像能 量，使其恢复到正常的能量。
[0036] 在上述任一技术方案中，优选的，所述对所述非对焦图像和所述对焦图像进行处 理，将处理得到的对焦图像作为最终成像的图像是基于如下公式：
[0037]
[0038]其中，Is表示所述最终成像的图像，If表示所述对焦图像，Ik表示所述非对 焦图像，η是大于等于1的整数，wk