一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統技術方案

本發明專利技術公開了一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，屬于光學成像探測技術領域。包括短焦主透鏡、電控液晶微光學結構、面陣光敏探測器、驅控模塊和處理模塊；短焦主透鏡將遠方物體進行一次壓縮成像；驅控模塊為面陣光敏探測器和電控液晶微光學結構提供用于驅動和調控的電壓信號；電控液晶微光學結構將不同方向的目標光束進行離散化排布，并匯聚于光敏元上；面陣光敏探測器將入射到光敏元上的特征光束轉換為電信號；處理模塊將來自各光敏元的電信號進行量化處理，得到包含三維空間信息的序列子圖像數據。本發明專利技術通過建立電信號

【技術實現步驟摘要】
一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統


[0001]本專利技術屬于光學成像探測
，更具體地，涉及一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統。

技術介紹

[0002]自人類文明誕生以來，對世界的探索與感知便是永恒的追求，這一過程離不開成像器件與成像系統。景深，是指成像系統前沿能夠取得清晰圖像的成像所測定的被攝物體前后的距離范圍。在聚焦完成后，在焦點前后的范圍內都能形成清晰的像，這一前一后的距離范圍便叫做景深；當被拍攝景物出于最佳成像面時，被攝景物前面的清晰范圍叫做前景深，后面的清晰范圍叫做后景深；前景深與后景深加在一起，叫做全景深。
[0003]為了獲得較大的景深，通常的做法是減小通光孔徑，但付出的代價是進光量同時被大大降低，截止頻率也急劇下降。

技術實現思路

[0004]針對相關技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，旨在解決近距離成像系統景深不足的問題。
[0005]為實現上述目的，本專利技術提供了一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，包括短焦主透鏡、電控液晶微光學結構、面陣光敏探測器、驅控模塊和處理模塊；其中，所述面陣光敏探測器劃分為多個子面陣光敏探測器，所述子面陣光敏探測器包括多個光敏元；
[0006]所述短焦主透鏡將遠方物體進行一次壓縮成像；
[0007]所述驅控模塊為所述面陣光敏探測器和電控液晶微光學結構提供用于驅動和調控的電壓信號；
[0008]所述電控液晶微光學結構將不同方向的目標光束進行離散化排布，并匯聚于所述光敏元上；
[0009]所述面陣光敏探測器將入射到光敏元上的特征光束轉換為電信號；
[0010]所述處理模塊將來自各光敏元的電信號進行量化處理，得到包含三維空間信息的序列子圖像數據，通過建立電信號幅值與最佳物平面深度之間的數學關系，進行三維光場層析化成像。
[0011]進一步地，所述驅控模塊調節電壓的均方幅值時，所述電控液晶微光學結構的焦距變化，整個成像系統所對應的最佳物平面位置發生改變，從而得到電信號幅值與最佳物平面深度之間的數學關系。
[0012]進一步地，所述電控液晶微光學結構包括液晶層、圖案化電極層和公共電極層；
[0013]所述圖案化電極層和公共電極層分別設置于液晶層的兩側；
[0014]所述圖案化電極層由導電膜構成，所述導電膜上設置有呈陣列分布的電極微孔，所述電極微孔具有兩種以上的孔徑大小，且孔徑不同的電極微孔交替排列，孔徑相同的電極微孔周期排列。
[0015]進一步地，所述導電膜上設置有m
×
n個呈陣列分布的電極微孔，所述面陣光敏探測器相應劃分為m
×
n個呈陣列分布的子面陣光敏探測器，m、n均為大于1的整數。
[0016]進一步地，所述電極微孔為圓形、三角形、正方形、正五邊形或正六邊形。
[0017]進一步地，所述公共電極層包括導電透光膜。
[0018]進一步地，所述驅控模塊將驅動和調控的電壓信號加載在所述圖案化電極層和公共電極層之間；當所述電壓信號的均方幅值高于預設閾值時，所述電控液晶微光學結構等效為面陣液晶微透鏡陣列。
[0019]通過本專利技術所構思的以上技術方案，與現有技術相比，能夠取得以下有益效果：
[0020]1、本專利技術的成像系統在驅控模塊的外加電壓激勵下，可在液晶微光學結構內部形成特定的空間電場分布，從而誘導液晶分子形成一種與宏觀微透鏡陣列相對應的特定空間折射率定向化分布，此液晶微透鏡陣列對長焦物鏡所成的像進行二次成像，可顯著擴展成像系統景深范圍，通常可擴展2～5倍。此外，通過調節外加激勵電壓的均方幅值，可調控液晶微光學結構的焦距，當液晶微光學結構的焦距改變時，整個成像系統所對應的最佳物平面位置會發生改變，因而可建立電信號
?
目標深度的關系，從而進行電控層析化成像，進一步擴展景深。
[0021]2、通過激勵特定空間電場以控制液晶微透鏡焦距這一操作受外加電壓的約束、干預或引導，具有智能化特征。而且，采用可精密電驅控的液晶微透鏡陣列，具有極高的結構、電學以及電光參數的穩定性，具有控制精度高的特點。
[0022]3、本專利技術的可見光、近紅外超景深望遠成像系統的主體為封裝在芯片外殼內的液晶微透鏡陣列，其功能化厚度僅在微米量級，在光路中接插方便，易與常規光學光電機械結構匹配耦合。
附圖說明
[0023]圖1是本專利技術實施例的可見光近紅外近距離景深擴展成像系統的封裝結構示意圖；
[0024]圖2是本專利技術實施例的可見光近紅外近距離景深擴展成像系統的的光學成像應用配置示意圖；
[0025]圖3是本專利技術實施例的可見光近紅外近距離景深擴展成像系統的電控液晶微光學結構示意圖；
[0026]圖4是在不同驅控電信號下具有不同聚光能力的液晶微透鏡陣列示意圖；
[0027]圖5是典型的電極微孔結構示意圖；
[0028]圖6是液晶微透鏡陣列的焦距隨驅控電壓信號幅值變化的示意圖；
[0029]圖7是電信號幅值
?
最佳物平面深度的關系示意圖。
具體實施方式
[0030]為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0031]為實現上述目的，本專利技術提供了一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，包括長焦成像物鏡、電控液晶微光學結構、面陣光電探測器和驅控模塊和處理模塊；
[0032]其中，長焦成像物鏡用于將遠方物體進行一次壓縮成像；電控液晶微光學結構可以在驅控電壓信號下，形成類拋物線狀的梯度折射率分布，從而宏觀表現為電控微透鏡陣列；面陣光電探測器包括多個陣列分布的子面陣光電探測器，每個子面陣光電探測器包括數量和排列方式相同的多個陣列分布的光敏元；面陣電控液晶微透鏡陣列與所述面陣光電探測器匹配耦合，每一單元電控液晶微透鏡與一個子面陣光電探測器對應，構成電控復眼成像探測模態下的一個成像單眼；面陣電控液晶微透鏡陣列用于將不同方向的目標光束進行離散化排布，并定向匯聚在與各單元電控液晶微透鏡對應的子面陣光電探測器的光敏元上；面陣光電探測器將入射到多個子面陣光電探測器上的特征光束轉換為電信號；處理模塊用于將每個子面陣光電探測器的各光敏元的電信號歸屬到一個單眼的成像操作，通過對子面陣光電探測器的光電信號進行量化與處理，得到包含三維空間信息的序列子圖像數據；所述驅控模塊還可用于為所述面陣光電探測器、電控液晶微光學結構提供驅動和調控信號，驅動此兩者工作，并對所述電控液晶微光學結構進行與幅值和頻率相關的信號調控。
[0033]優選地，所述面陣電控液晶微透鏡陣列與所述子面陣光電探測器均為M
×
N元，其中，M、N均為大于1的整數。
[0034]下面結合一個優選實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，其特征在于，包括短焦主透鏡、電控液晶微光學結構、面陣光敏探測器、驅控模塊和處理模塊；其中，所述面陣光敏探測器劃分為多個子面陣光敏探測器，所述子面陣光敏探測器包括多個光敏元；所述短焦主透鏡將遠方物體進行一次壓縮成像；所述驅控模塊為所述面陣光敏探測器和電控液晶微光學結構提供用于驅動和調控的電壓信號；所述電控液晶微光學結構將不同方向的目標光束進行離散化排布，并匯聚于所述光敏元上；所述面陣光敏探測器將入射到光敏元上的特征光束轉換為電信號；所述處理模塊將來自各光敏元的電信號進行量化處理，得到包含三維空間信息的序列子圖像數據，通過建立電信號幅值與最佳物平面深度之間的數學關系，進行三維光場層析化成像。2.如權利要求1所述的可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，其特征在于，所述驅控模塊調節電壓的均方幅值時，所述電控液晶微光學結構的焦距變化，整個成像系統所對應的最佳物平面位置發生改變，從而得到電信號幅值與最佳物平面深度之間的數學關系。3.如權利要求1所述的可見光近紅外近距離景深擴展成像系統，其特征在于，所述電控液晶微光學結構包括液晶層、圖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明策，劉可薇，王哲，張新宇，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：