偏振成像装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种偏振成像装置和适用于该偏振成像装置的成像方法。该偏振成像装置包括一个液晶透镜和一个图像传感器。该液晶透镜设置有正交排列的两组电极，同时具备透镜成像、偏振光选择和偏振方向旋转的功能。外部光线经过所述液晶透镜入射到图像传感器上，通过分时控制加载在液晶透镜上的电压，即可得到多幅偏振角度不同的偏振图像，从而实现偏振成像。本发明专利技术无需额外设置偏振片和用于旋转偏振片的装置，因此，相较于现有技术，本发明专利技术提供的结构更加紧凑、操作更加方便、全程电压控制、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.

【技术实现步骤摘要】
偏振成像装置和方法
本专利技术涉及偏振成像
，尤其是指一种偏振成像装置和方法。
技术介绍
偏振成像技术在对地遥感、天文观测、目标识别、医学诊断以及三维重建等领域有着广泛的应用。其中偏振成像技术的原理为：当自然光(非偏振光)与物质发生相互作用时，例如反射、折射、散射、吸收，其出射光大多数情况下会变成部分偏振光或者线偏振光。根据基尔霍夫定律和菲涅尔公式可知，出射光的偏振度和物质界面的固有属性(如成分、结构、粗糙度、含水量等)、反射角(或折射角)有着直接的关系。因此，通过解析目标的偏振成像信息，可以更加容易的识别目标，并通过计算反射角(或折射角)重建出目标物体的三维形貌。目前的分时法偏振相机主要由一个普通相机和一个置于相机镜头前端的可以旋转的线偏振片组成。偏振相机用于记录目标物体反射的自然光，当旋转偏振片，使偏振片具有不同偏振方向时，分别记录目标物体的偏振图像。利用一系列不同偏振角度的偏振图像，可以计算目标物体的线偏振度DOLP，利用线偏振度DOLP与物质折射率n和反射角θ之间的对应关系式，可以区分不同成分的物体以及重建出物体的三维形貌。上述现有技术的偏振成像装置需要通过所增加机械或者电控方式的驱动结构调整偏振片的起偏角度，以获得多幅不同偏振角对应的图像，该种结构由于偏振片与附加的驱动结构的设置使得整个偏振成像装置不够紧凑。
技术实现思路
本专利技术技术方案的目的是提供一种偏振成像装置和方法，无需设置偏振片和用于偏振片的偏振方向调节的驱动结构，从而解决现有技术的偏振成像装置结构不够紧凑的问题。本专利技术具体实施例提供一种偏振成像装置，包括一个液晶透镜和一个图像传感器，液晶透镜设置在图像传感器之前，外部光线经过液晶透镜入射到图像传感器上，图像传感器记录拍摄到的图像；所述液晶透镜包括液晶层、取向层、第一电极组、第二电极组和电压驱动电路；所述第一电极组包括第一电极层和第二电极层；所述第二电极组包括第三电极层和第四电极层；所述第一电极层、取向层、液晶层、第二电极层沿着系统光轴方向依次设置；所述第三电极层和所述第四电极层平行于光轴，并分置于液晶层两侧；所述电压驱动电路同时向第一电极组输出第一驱动电压、向第二电极组输出第二驱动电压，并分别控制第一驱动电压和第二驱动电压的大小；所述第一驱动电压使所述液晶层中的液晶分子沿系统光轴方向偏转；所述第二驱动电压使所述液晶层中的液晶分子在垂直于系统光轴的平面内偏转。优选地，所述第一电极层和/或所述第二电极层设有圆孔。优选地，所述第三电极层与所述第四电极层均为面电极。具体地，所述电压驱动电路包括第一子电路和第二子电路，所述第一子电路控制施加于所述第一电极层与所述第二电极层之间的所述第一驱动电压，所述第二子电路分时控制施加于所述第三电极层与所述第四电极层之间的所述第二驱动电压。优选地，所述电压驱动电路分时向所述第二电极组输出电压值不等的三组第二驱动电压。具体地，所述取向层的取向角度为α，且0°＜α＜90°。本专利技术实施例还提供一种偏振成像方法，应用于上述偏振成像装置中，所述方法包括：当所述液晶透镜未加载电压时，目标物体发出的光线经过液晶透镜入射到图像传感器上形成初始图像，所述图像传感器记录所述初始图像；当所述电压驱动电路同时加载第一驱动电压和第二驱动电压时，目标物体发出的光线经过液晶透镜入射到图像传感器上形成正交偏振叠加图像，所述电压驱动电路持续输出满足预设条件且电压值保持不变的所述第一驱动电压，并分时输出电压值不等的多组所述第二驱动电压，所述图像传感器依次记录多幅正交偏振叠加图像，所述正交偏振叠加图像的个数与所述第二驱动电压的组数相适配；根据所述初始图像和所述正交偏振叠加图像获取偏振图像，所述偏振图像的个数与所述正交偏振叠加图像的个数相适配。进一步地，根据所述初始图像和所述多幅正交偏振叠加图像获取所述多幅偏振图像，之后包括：根据所述偏振图像获取所述目标物体在像平面中的线偏振度；根据所述目标物体在所述像平面中的线偏振度获取所述目标物体在物平面中的线偏振度。进一步地，根据所述目标物体在所述像平面中的线偏振度获取所述目标物体在物平面中的线偏振度，之后包括：根据所述目标物体在物平面中的线偏振度，识别目标物体或者重建目标物体的三维分布。本专利技术实施例所述偏振成像装置和方法，采用所述设置有正交排列的两组电极的液晶透镜，所述液晶透镜同时具备透镜成像、偏振光选择和偏振方向旋转的功能；通过分时控制施加于所述第二电极组上的所述第二驱动电压，以获得不同偏振方向的多幅偏振图像，从而实现偏振成像。附图说明图1表示本专利技术实施例所述偏振成像装置的成像原理结构示意图；图2表示本专利技术实施例所述偏振成像装置中液晶透镜的实施结构其中一侧面截面示意图；图3表示本专利技术实施例中，液晶透镜的另一侧面截面示意图；图4表示本专利技术实施例中，液晶透镜的俯视截面示意图；图5a和图5b表示采用本专利技术实施例所述偏振成像装置，当电压驱动电路输入第一驱动电压时，液晶分子的转动状态；图6表示采用本专利技术实施例所述偏振成像装置，当电压驱动电路输入第二驱动电压时，液晶分子的转动状态；图7表示本专利技术实施例所述偏振成像装置的组成结构示意图；图8表示本专利技术实施例所述偏振成像方法的流程示意图；图9表示液晶透镜的工作原理示意图；图10表示本专利技术实施例液晶透镜的成像过程示意图；图11表示平行平晶的成像过程示意图；图12表示物平面与成像平面之间的几何关系示意图。具体实施方式为使本专利技术的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种偏振成像装置，如图1所示，包括相对设置的图像传感器10和液晶透镜20。其中液晶透镜20包括液晶层、取向层、第一电极组、第二电极组和电压驱动电路；所述第一电极组包括第一电极层和第二电极层；所述第二电极组包括第三电极层和第四电极层；所述第一电极层、取向层、液晶层、第二电极层沿着系统光轴方向依次设置；所述第三电极层和所述第四电极层平行于系统光轴，并分置于液晶层两侧。基于上述结构的偏振成像装置，当电压驱动电路同时向第一电极组加载第一驱动电压、向第二电极组加载第二驱动电压时，在第一驱动电压的作用下，液晶层内的液晶分子沿系统的光轴(即空间坐标系中的Z轴)方向偏转，形成透镜单元，在第二驱动电压的作用下，液晶层的液晶分子在垂直于系统光轴的平面(即空间坐标系中的X-Y平面)内偏转，从而改变液晶分子的取向方向，所述液晶分子的取向方向为所述液晶分子的长轴在X-Y平面内的投影的方向。因此，当外部光线通过液晶透镜时，由于第一驱动电压的影响，偏振方向平行于液晶分子的取向方向的光线被改变传播方向，偏振方向垂直于液晶分子的取向方向的光线经过不改变传播方向，所有两组正交偏振方向的光线均在图像传感器上成像，图像传感器记录一幅正交偏振叠加图像；另外，由于第二驱动电压的影响，液晶分子的取向方向发生改变，分时调节第二驱动电压值的大小，可以得到多幅偏振分子取向方向不同的正交偏振叠加图像，即多幅不同偏振角度的正交偏振叠加图像。基于上述原理，电压驱动电路具有一个稳定的第一驱动电压和多组不同的第二驱动电压。同时向液晶透镜加载第一驱动电压和第二驱动电压，并分时改变第二驱动电压的大小，可以得到多幅偏振分子取向方向不同的正交偏振叠加图像。这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振成像装置，其特征在于：包括一个液晶透镜和一个图像传感器，液晶透镜设置在图像传感器之前，外部光线经过液晶透镜入射到图像传感器上，图像传感器记录拍摄到的图像；所述液晶透镜包括液晶层、取向层、第一电极组、第二电极组和电压驱动电路；所述第一电极组包括第一电极层和第二电极层；所述第二电极组包括第三电极层和第四电极层；所述液晶透镜的中心与所述图像传感器的中心之间的连线为系统光轴，所述第一电极层、取向层、液晶层、第二电极层沿着系统光轴方向依次设置；所述第三电极层和所述第四电极层平行于光轴，并分置于液晶层两侧；所述电压驱动电路向第一电极组输出满足预设条件且电压值保持不变的第一驱动电压、并分时向所述第二电极组输出电压值不等的多组第二驱动电压；所述第一驱动电压使所述液晶层中的液晶分子沿系统光轴方向偏转；所述第二驱动电压使所述液晶层中的液晶分子在垂直于系统光轴的平面内偏转。

【技术特征摘要】
1.一种偏振成像装置，其特征在于：包括一个液晶透镜和一个图像传感器，液晶透镜设置在图像传感器之前，外部光线经过液晶透镜入射到图像传感器上，图像传感器记录拍摄到的图像；所述液晶透镜包括液晶层、取向层、第一电极组、第二电极组和电压驱动电路；所述第一电极组包括第一电极层和第二电极层；所述第二电极组包括第三电极层和第四电极层；所述液晶透镜的中心与所述图像传感器的中心之间的连线为系统光轴，所述第一电极层、取向层、液晶层、第二电极层沿着系统光轴方向依次设置；所述第三电极层和所述第四电极层平行于光轴，并分置于液晶层两侧；所述电压驱动电路向第一电极组输出满足预设条件且电压值保持不变的第一驱动电压、并分时向所述第二电极组输出电压值不等的多组第二驱动电压；所述第一驱动电压使所述液晶层中的液晶分子沿系统光轴方向偏转；所述第二驱动电压使所述液晶层中的液晶分子在垂直于系统光轴的平面内偏转。2.根据权利要求1所述的偏振成像装置，其特征在于，所述第一电极层和/或所述第二电极层设有圆孔。3.根据权利要求1所述的偏振成像装置，其特征在于，所述第三电极层和所述第四电极层均为面电极。4.根据权利要求1所述的偏振成像装置，其特征在于，所述电压驱动电路包括第一子电路和第二子电路，所述第一子电路控制施加于所述第一电极层与所述第二电极层之间的所述第一驱动电压，所述第二子电路分时控制施加于所述第三电极层与所述第四电极层之间的所述第二驱动电压。5.根据权利要求1所述的偏振成像装置，其特征在于，所述电压驱动电路分时向所述第二电极组输出电压值不等的三组第二驱动电压。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵娟，
申请(专利权)人：深圳超多维光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44