偏振成像裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種偏振成像裝置和適用于該偏振成像裝置的成像方法。該偏振成像裝置包括一個液晶透鏡和一個圖像傳感器。該液晶透鏡設置有正交排列的兩組電極，同時具備透鏡成像、偏振光選擇和偏振方向旋轉的功能。外部光線經過所述液晶透鏡入射到圖像傳感器上，通過分時控制加載在液晶透鏡上的電壓，即可得到多幅偏振角度不同的偏振圖像，從而實現偏振成像。本發明專利技術無需額外設置偏振片和用于旋轉偏振片的裝置，因此，相較于現有技術，本發明專利技術提供的結構更加緊湊、操作更加方便、全程電壓控制、有利于集成和小型化。

Polarizing imaging devices and methods

The invention provides a polarization imaging device and an imaging method suitable for the polarization imaging device. The polarization imaging device includes a liquid crystal lens and an image sensor. The liquid crystal lens has two sets of electrodes arranged in an orthogonal array, and has the functions of lens imaging, polarized light selection and polarization direction rotation. The external light is incident on the image sensor through the liquid crystal lens, and the polarization images with different polarization angles can be obtained by controlling the voltage on the liquid crystal lens by time-sharing control, so as to realize polarization imaging. The invention does not need to set the polarizer and the device for rotating the polarizer. Therefore, compared with the existing technology, the invention provides more compact structure, more convenient operation, full range voltage control, and is beneficial to integration and miniaturization.

【技術實現步驟摘要】
偏振成像裝置和方法
本專利技術涉及偏振成像
，尤其是指一種偏振成像裝置和方法。
技術介紹
偏振成像技術在對地遙感、天文觀測、目標識別、醫學診斷以及三維重建等領域有著廣泛的應用。其中偏振成像技術的原理為：當自然光(非偏振光)與物質發生相互作用時，例如反射、折射、散射、吸收，其出射光大多數情況下會變成部分偏振光或者線偏振光。根據基爾霍夫定律和菲涅爾公式可知，出射光的偏振度和物質界面的固有屬性(如成分、結構、粗糙度、含水量等)、反射角(或折射角)有著直接的關系。因此，通過解析目標的偏振成像信息，可以更加容易的識別目標，并通過計算反射角(或折射角)重建出目標物體的三維形貌。目前的分時法偏振相機主要由一個普通相機和一個置于相機鏡頭前端的可以旋轉的線偏振片組成。偏振相機用于記錄目標物體反射的自然光，當旋轉偏振片，使偏振片具有不同偏振方向時，分別記錄目標物體的偏振圖像。利用一系列不同偏振角度的偏振圖像，可以計算目標物體的線偏振度DOLP，利用線偏振度DOLP與物質折射率n和反射角θ之間的對應關系式，可以區分不同成分的物體以及重建出物體的三維形貌。上述現有技術的偏振成像裝置需要通過所增加機械或者電控方式的驅動結構調整偏振片的起偏角度，以獲得多幅不同偏振角對應的圖像，該種結構由于偏振片與附加的驅動結構的設置使得整個偏振成像裝置不夠緊湊。
技術實現思路
本專利技術技術方案的目的是提供一種偏振成像裝置和方法，無需設置偏振片和用于偏振片的偏振方向調節的驅動結構，從而解決現有技術的偏振成像裝置結構不夠緊湊的問題。本專利技術具體實施例提供一種偏振成像裝置，包括一個液晶透鏡和一個圖像傳感器，液晶透鏡設置在圖像傳感器之前，外部光線經過液晶透鏡入射到圖像傳感器上，圖像傳感器記錄拍攝到的圖像；所述液晶透鏡包括液晶層、取向層、第一電極組、第二電極組和電壓驅動電路；所述第一電極組包括第一電極層和第二電極層；所述第二電極組包括第三電極層和第四電極層；所述第一電極層、取向層、液晶層、第二電極層沿著系統光軸方向依次設置；所述第三電極層和所述第四電極層平行于光軸，并分置于液晶層兩側；所述電壓驅動電路同時向第一電極組輸出第一驅動電壓、向第二電極組輸出第二驅動電壓，并分別控制第一驅動電壓和第二驅動電壓的大??；所述第一驅動電壓使所述液晶層中的液晶分子沿系統光軸方向偏轉；所述第二驅動電壓使所述液晶層中的液晶分子在垂直于系統光軸的平面內偏轉。優選地，所述第一電極層和/或所述第二電極層設有圓孔。優選地，所述第三電極層與所述第四電極層均為面電極。具體地，所述電壓驅動電路包括第一子電路和第二子電路，所述第一子電路控制施加于所述第一電極層與所述第二電極層之間的所述第一驅動電壓，所述第二子電路分時控制施加于所述第三電極層與所述第四電極層之間的所述第二驅動電壓。優選地，所述電壓驅動電路分時向所述第二電極組輸出電壓值不等的三組第二驅動電壓。具體地，所述取向層的取向角度為α，且0°＜α＜90°。本專利技術實施例還提供一種偏振成像方法，應用于上述偏振成像裝置中，所述方法包括：當所述液晶透鏡未加載電壓時，目標物體發出的光線經過液晶透鏡入射到圖像傳感器上形成初始圖像，所述圖像傳感器記錄所述初始圖像；當所述電壓驅動電路同時加載第一驅動電壓和第二驅動電壓時，目標物體發出的光線經過液晶透鏡入射到圖像傳感器上形成正交偏振疊加圖像，所述電壓驅動電路持續輸出滿足預設條件且電壓值保持不變的所述第一驅動電壓，并分時輸出電壓值不等的多組所述第二驅動電壓，所述圖像傳感器依次記錄多幅正交偏振疊加圖像，所述正交偏振疊加圖像的個數與所述第二驅動電壓的組數相適配；根據所述初始圖像和所述正交偏振疊加圖像獲取偏振圖像，所述偏振圖像的個數與所述正交偏振疊加圖像的個數相適配。進一步地，根據所述初始圖像和所述多幅正交偏振疊加圖像獲取所述多幅偏振圖像，之后包括：根據所述偏振圖像獲取所述目標物體在像平面中的線偏振度；根據所述目標物體在所述像平面中的線偏振度獲取所述目標物體在物平面中的線偏振度。進一步地，根據所述目標物體在所述像平面中的線偏振度獲取所述目標物體在物平面中的線偏振度，之后包括：根據所述目標物體在物平面中的線偏振度，識別目標物體或者重建目標物體的三維分布。本專利技術實施例所述偏振成像裝置和方法，采用所述設置有正交排列的兩組電極的液晶透鏡，所述液晶透鏡同時具備透鏡成像、偏振光選擇和偏振方向旋轉的功能；通過分時控制施加于所述第二電極組上的所述第二驅動電壓，以獲得不同偏振方向的多幅偏振圖像，從而實現偏振成像。附圖說明圖1表示本專利技術實施例所述偏振成像裝置的成像原理結構示意圖；圖2表示本專利技術實施例所述偏振成像裝置中液晶透鏡的實施結構其中一側面截面示意圖；圖3表示本專利技術實施例中，液晶透鏡的另一側面截面示意圖；圖4表示本專利技術實施例中，液晶透鏡的俯視截面示意圖；圖5a和圖5b表示采用本專利技術實施例所述偏振成像裝置，當電壓驅動電路輸入第一驅動電壓時，液晶分子的轉動狀態；圖6表示采用本專利技術實施例所述偏振成像裝置，當電壓驅動電路輸入第二驅動電壓時，液晶分子的轉動狀態；圖7表示本專利技術實施例所述偏振成像裝置的組成結構示意圖；圖8表示本專利技術實施例所述偏振成像方法的流程示意圖；圖9表示液晶透鏡的工作原理示意圖；圖10表示本專利技術實施例液晶透鏡的成像過程示意圖；圖11表示平行平晶的成像過程示意圖；圖12表示物平面與成像平面之間的幾何關系示意圖。具體實施方式為使本專利技術的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本專利技術提供一種偏振成像裝置，如圖1所示，包括相對設置的圖像傳感器10和液晶透鏡20。其中液晶透鏡20包括液晶層、取向層、第一電極組、第二電極組和電壓驅動電路；所述第一電極組包括第一電極層和第二電極層；所述第二電極組包括第三電極層和第四電極層；所述第一電極層、取向層、液晶層、第二電極層沿著系統光軸方向依次設置；所述第三電極層和所述第四電極層平行于系統光軸，并分置于液晶層兩側。基于上述結構的偏振成像裝置，當電壓驅動電路同時向第一電極組加載第一驅動電壓、向第二電極組加載第二驅動電壓時，在第一驅動電壓的作用下，液晶層內的液晶分子沿系統的光軸(即空間坐標系中的Z軸)方向偏轉，形成透鏡單元，在第二驅動電壓的作用下，液晶層的液晶分子在垂直于系統光軸的平面(即空間坐標系中的X-Y平面)內偏轉，從而改變液晶分子的取向方向，所述液晶分子的取向方向為所述液晶分子的長軸在X-Y平面內的投影的方向。因此，當外部光線通過液晶透鏡時，由于第一驅動電壓的影響，偏振方向平行于液晶分子的取向方向的光線被改變傳播方向，偏振方向垂直于液晶分子的取向方向的光線經過不改變傳播方向，所有兩組正交偏振方向的光線均在圖像傳感器上成像，圖像傳感器記錄一幅正交偏振疊加圖像；另外，由于第二驅動電壓的影響，液晶分子的取向方向發生改變，分時調節第二驅動電壓值的大小，可以得到多幅偏振分子取向方向不同的正交偏振疊加圖像，即多幅不同偏振角度的正交偏振疊加圖像?；谏鲜鲈?，電壓驅動電路具有一個穩定的第一驅動電壓和多組不同的第二驅動電壓。同時向液晶透鏡加載第一驅動電壓和第二驅動電壓，并分時改變第二驅動電壓的大小，可以得到多幅偏振分子取向方向不同的正交偏振疊加圖像。這些本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種偏振成像裝置，其特征在于：包括一個液晶透鏡和一個圖像傳感器，液晶透鏡設置在圖像傳感器之前，外部光線經過液晶透鏡入射到圖像傳感器上，圖像傳感器記錄拍攝到的圖像；所述液晶透鏡包括液晶層、取向層、第一電極組、第二電極組和電壓驅動電路；所述第一電極組包括第一電極層和第二電極層；所述第二電極組包括第三電極層和第四電極層；所述液晶透鏡的中心與所述圖像傳感器的中心之間的連線為系統光軸，所述第一電極層、取向層、液晶層、第二電極層沿著系統光軸方向依次設置；所述第三電極層和所述第四電極層平行于光軸，并分置于液晶層兩側；所述電壓驅動電路向第一電極組輸出滿足預設條件且電壓值保持不變的第一驅動電壓、并分時向所述第二電極組輸出電壓值不等的多組第二驅動電壓；所述第一驅動電壓使所述液晶層中的液晶分子沿系統光軸方向偏轉；所述第二驅動電壓使所述液晶層中的液晶分子在垂直于系統光軸的平面內偏轉。

【技術特征摘要】
1.一種偏振成像裝置，其特征在于：包括一個液晶透鏡和一個圖像傳感器，液晶透鏡設置在圖像傳感器之前，外部光線經過液晶透鏡入射到圖像傳感器上，圖像傳感器記錄拍攝到的圖像；所述液晶透鏡包括液晶層、取向層、第一電極組、第二電極組和電壓驅動電路；所述第一電極組包括第一電極層和第二電極層；所述第二電極組包括第三電極層和第四電極層；所述液晶透鏡的中心與所述圖像傳感器的中心之間的連線為系統光軸，所述第一電極層、取向層、液晶層、第二電極層沿著系統光軸方向依次設置；所述第三電極層和所述第四電極層平行于光軸，并分置于液晶層兩側；所述電壓驅動電路向第一電極組輸出滿足預設條件且電壓值保持不變的第一驅動電壓、并分時向所述第二電極組輸出電壓值不等的多組第二驅動電壓；所述第一驅動電壓使所述液晶層中的液晶分子沿系統光軸方向偏轉；所述第二驅動電壓使所述液晶層中的液晶分子在垂直于系統光軸的平面內偏轉。2.根據權利要求1所述的偏振成像裝置，其特征在于，所述第一電極層和/或所述第二電極層設有圓孔。3.根據權利要求1所述的偏振成像裝置，其特征在于，所述第三電極層和所述第四電極層均為面電極。4.根據權利要求1所述的偏振成像裝置，其特征在于，所述電壓驅動電路包括第一子電路和第二子電路，所述第一子電路控制施加于所述第一電極層與所述第二電極層之間的所述第一驅動電壓，所述第二子電路分時控制施加于所述第三電極層與所述第四電極層之間的所述第二驅動電壓。5.根據權利要求1所述的偏振成像裝置，其特征在于，所述電壓驅動電路分時向所述第二電極組輸出電壓值不等的三組第二驅動電壓。6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙娟，
申請(專利權)人：深圳超多維光電子有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44