高感光实时偏振成像的微偏阵列及其成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于偏振光学成像技术领域，涉及一种实现高感光实时偏振成像的微偏阵列及其成像装置。
【背景技术】
[0002]随着纳米加工技术和焦平面技术的发展，分焦平面偏振成像装置得以实现，它是目前最先进的实时偏振成像装置，一般的分焦平面偏振成像装置包含包括透镜，微型偏振片阵列和一个CCD数码相机。其中微型偏振片阵列中的最小周期排布的模式是一个2 X 2大小的微型偏振片组合，该单元组由0度微型偏振片、45度微型偏振片、90度微型偏振片、135度微型偏振片组成。由于亚波长金属光栅在入射光两个振动方向上的透过率不同而具有偏振滤光作用，同时具有较高的消光比，加工方便，易于集成等优点。微型偏振片一般选取亚波长金属光栅偏振片。
[0003]光的偏振状态分为五种:自然光，线偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光。其中自然光、圆偏振光通过偏振片后的透射光强为入射光强的一半，而部分偏振光、椭圆偏振光在偏振片旋转一周时，透射光强依次出现:极大值一极小值一极大值一极小值;线偏振光通过偏振片后透射光的特性为:若偏振片旋转一周，则透射光依次出现:最亮一 “消光”(即光强为零)一最亮一“消光”的现象。因此可知无论拍摄场景中的偏振光的状态如何，使用微型偏振片阵列获取偏振图像不可避免的会减低相机的进光量，这样会在低光照情况或者曝光时间不足时因为感光度不足而使得获得的偏振图像存在较大的误差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种实现高感光实时偏振成像的微偏阵列，以解决现有技术中存在的在低光照情况或者曝光时间不足时因为感光度不足而使得获得的偏振图像存在较大误差的问题。
[0005]本发明所采用的第一种技术方案是，实现高感光实时偏振成像的微偏阵列，微偏阵列包括依次紧密排列的若干个最小周期单元，每个最小周期单元均包括四个不同偏振角度的偏振单兀，四个不同偏振角度分别为0°、45°、90°或135°，各个偏振单兀的镜片包括若干个偏振片和无偏镜片。
[0006]进一步的，在每个偏振单元内的无偏镜片和偏振片为交错排列设置。
[0007]进一步的，无偏镜片或偏振片，分别沿水平、竖直或对角线的方向连续排列。
[0008]本发明所采用的第二种技术方案是，基于上述微偏阵列的成像装置，包括间隔设置的镜头和图像传感器，在图像传感器靠近镜头的一侧紧密贴合设置有微偏阵列，图像传感器依次通信连接模拟信号处理器、D/Α转换器、数字信号处理器和图像显示器；
[0009]其中，镜头，用于将入射光聚焦到图像传感器上；
[0010]图像传感器，用于将入射光转化为每个像素点上的电信号，并发送至模拟信号处理器；[0011 ]模拟信号处理器，用于接收图像传感器传来的模拟信号，并将其发送至D/Α转换器；
[0012]D/Α转换器，用于接收经模拟信号处理器传输来的信号，并对其进行数模转换再发送至数字信号处理器；
[0013]数字信号处理器，用于接收经D/Α转换器转换后的信息，并对其进行去马赛克处理，再将去马赛克处理后得到的图像显示至图像显示器上。
[0014]进一步的，微偏阵列的镜片总数量与传感器上的感光单元总数量相同，且将微偏阵列中的各个镜片与图像传感器上各个感光单元的位置对应设置。
[0015]进一步的，图像传感器，用于将接收到的相同偏振角度的像素点得到的电荷，结合或者分配至同一个感光单元上，以产生结合像素。
[0016]进一步的，图像传感器，用于将接收到的相同偏振角度的像素采集到的光信号所对应的数值求和，以产生结合像素。
[0017]本发明所采用的第三种技术方案是，基于上述成像装置的一种像素结合方法，在微偏阵列中，将相同偏振角度的像素点得到的电荷，结合或者分配至同一个图像传感器的感光单元上，产生结合像素。
[0018]本发明所采用的第四种技术方案是，基于上述成像装置的一种像素结合方法，在微偏阵列中，将相同偏振角度的像素采集到的光信号所对应的数值求和，产生结合像素。
[0019]本发明的有益效果是，在四个不同角度的偏振单元中引入了无偏镜片，无偏镜片可以保证不同偏振状态的光的高透过率，保证实时获取偏振图像的同时，提高成像设备在低光照条件或者低曝光时间下的光灵敏度，并且可以有效地解决不同类型镜片的饱和问题。
【附图说明】
[0020]图la至图1d分别为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列中偏振片与无偏镜片水平交错连续排列、竖直交错连续排列、水平交错错行排列和间隔交错排列的结构示意图；
[0021]图2为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列的偏振角度示意图；
[0022]图2中，Α.0°偏振单兀，Β.45°偏振单兀，C.90°偏振单兀，D.135°偏振单兀；
[0023]图3为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列中偏振片与无偏镜片沿对角线方向连续交错排列示意图；
[0024]图4为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列中偏振片数量小于无偏镜片数量的结构示意图；
[0025]图5a至图5c分别为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列的8X6、6X 6和4X6的阵列示意图；
[0026]图6a和图6b分别为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列的6X 6阵列的两种结构不意图；
[0027]图7a和图7b分别为本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列的4X4阵列的两种结构不意图；
[0028]图8是本发明实现高感光实时偏振成像的微偏阵列应用于传统数码相机时的成像原理示意图；
[0029]图8中，1.入射光，2.镜头，3.高感光微偏阵列，4.图像传感器，5.模拟信号处理器，
6.D/A转换器，7.数字信号处理器，8.图像显示器；
[0030]图9a为图1a中对应相同偏振角度的像素的电荷进行垂直方向的两两结合的效果图；
[0031]图9b为图la中对应相同偏振角度的像素在水平方向上以四个为一组结合的效果图；
[0032]图9c为在图9a基础上，在水平方向上以四个为一组结合的效果图；
[0033]图中，1.偏振片，I1.无偏镜片。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0035]本发明提供了一种实现高感光实时偏振成像的微偏阵列，包括依次紧密排列的若干个最小周期单元，最小周期单元是指有着最少像素数的重复单元。如图1所示，每个最小周期单元均包括四个不同偏振角度的单元，如图2所示，粗实线围住的偏振单元A、B、C和D分别代表偏振角度为0°，45°，90°和135°的偏振单元。在四个不同角度偏振片I的基础上，引入了无偏镜片II，无偏镜片II可以保证不同偏振状态的光的高透过率。
[0036]在每个偏振单元内的无偏镜片II和偏振片I的排布方式可以但不限于以下形式:无偏镜片II和偏振片I交错排列设置;无偏镜片II或偏振片I，分别沿水平、竖直或对角线的方向连续排列。其中，最小周期单元内偏振片I的数量不大于无偏镜片II的数量。
[0037]图la显示了本发明提出的微偏振列的一种最小周期单元，该单元中包含两类镜片，一类为偏振片I，一类为无偏镜片II，偏振片与无偏镜片II水平交错排列，根据偏振角度的不同，又可以将最小单元分为四个不同偏振角度单元。如图la，在同一偏振角度单元内，无偏镜片II按水平方向连续排列，组成若干个水平行；如图lb，在同一偏振角度单元内，无偏镜片II按竖直方向连续排列，组成若干个竖直列，且上述在同一偏振角度单元内按行或列的方向连续排列的无偏镜片II，在不同的偏振角度单元内，也位于同一水平位置或同一竖直位置。
[0038]如图1c，在保证偏振片I与无偏镜片11交错排列的同时，上述图la和图lb中，在同一偏振角度单元内按行方向连续排列的无偏镜片II，在不同的偏振角度单元内，也可以位于不同的水平位置，当然在同一偏振角度单元内按列的方向连续排列的无偏镜片II，也可以位于不同的竖直位置。
[0039]如图ld，在同一偏振角度单元内，可以将图la所示的连续排列的无偏镜片II和偏振片I隔一列相互交错排列。
[0040]图3显示了图la的另外一种变形，它们的本质思想是一样的，不同的是，在每个不同偏振角度单元上无偏镜片II在主对角线位置排布，与主对角线相邻对角线上排列对应角度偏振片I，无偏镜片11与偏振片I沿对角线方向交错排列。