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该偏振成像装置的偏振成像方法。该偏振成像装置包括：相对设置的液晶透镜和图像传感器，液晶透镜包括相互平行的至少三层液晶层、与每一层液晶层相适配的取向层和电极层，每一层液晶层对应一个取向层的取向角度，各取向角度互不相同，液晶透镜还包括电压驱动电路，电压驱动电路独立控制施加于每一层液晶层的驱动电压，当电压驱动电路对每一层液晶透镜施加驱动电压时，每一层液晶层形成的液晶透镜单元的焦距相等。该装置通过设置多个液晶层进行偏振成像，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。

Polarizing imaging devices and methods

The invention provides a polarization imaging device and a polarization imaging method of the polarization imaging device. The polarizing imaging device includes the relative set of liquid crystal lens and image sensor. The liquid crystal lens includes at least three layers of liquid crystal layer parallel to each other, the orientation layer and the electrode layer suitable for each layer of liquid crystal layer. Each layer of liquid crystal is corresponding to the orientation angle of an orientation layer, each direction angle is different from each other, and the liquid crystal lens is also wrapped. The voltage drive circuit independently controls the driving voltage applied to each layer of liquid crystal layer. When the voltage drive circuit exerts the driving voltage on each llllens, the focal length of the liquid crystal lens unit of each layer of liquid crystal is equal. By setting a plurality of liquid crystal layers for polarization imaging, the device does not need to set a polarizer and a driving structure to adjust the polarization direction of the polarizer, thus solving the problem of the lack of compact structure of the polarizing imaging device in the existing technology.

【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，所述偏振成像装置包括相对设置的液晶透镜和图像传感器，所述液晶透镜包括相互平行的至少三层液晶层、与每一层所述液晶层相适配的取向层和电极层，每一层所述液晶层对应一个所述取向层的取向角度，各所述取向角度互不相同，所述液晶透镜还包括电压驱动电路，所述电压驱动电路独立控制施加每一层所述液晶层的驱动电压，当所述电压驱动电路对每一层所述液晶透镜施加驱动电压，每一层所述液晶层形成的液晶透镜单元的焦距相等。具体地，所述液晶层设置为四层，相邻两层所述液晶层共用一个所述电极层。进一步地，所述电极层上设有圆孔。具体地，每一层所述液晶层的厚度相等。优选地，每一层所述液晶层的厚度不超过50微米。优选地，所述液晶透镜包括第一取向层、第二取向层、第三取向层、第四取向层，所述第一取向层的取向角度为0°，所述第二取向层的取向角度为45°，所述第三取向层的取向角度为90°，所述第四取向层的取向角度为135°。本专利技术实施例提供的偏振成像装置，分时向至少三层液晶层施加驱动电压，依次获取与加电液晶层相对应的偏振图像，相较于现有技术采用旋转线偏振片以实现获取多个偏振图像的偏振成像机构，图像采集更为方便，且结构紧凑。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：当所述电压驱动电路未向所述液晶透镜施加驱动电压时，目标物体经过液晶透镜形成初始图像，所述图像传感器记录所述初始图像；当所述电压驱动电路分时单独控制施加于各个所述液晶层的驱动电压以形成液晶透镜单元，所述目标物体经过所述液晶透镜单元形成正交偏振叠加图像，所述图像传感器记录所述正交偏振叠加图像，所述正交偏振叠加图像的个数与所述液晶层的个数相适配；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。具体地，所述液晶层设置有四层，所述电压驱动电路分时独立向四层所述液晶层施加驱动电压获得四幅所述正交偏振叠加图像。进一步地，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，之后所述方法还包括：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。具体地，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，包括：根据所述偏振图像获取斯托克斯参数；根据所述斯托克斯参数获取所述目标物体在像平面中的线偏振度。本专利技术实施例所述偏振成像方法，通过分时控制对多个液晶层施加驱动电压，以获得相对应的多幅偏振图像，无需设置偏振片及用于偏振片的偏振方向调节的驱动结构，操作更加方便。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的整体结构示意图；图3表示本专利技术实施例所设置液晶透镜的结构示意图；图4表示图3的立体结构示意图；图5表示液晶透镜中任一个液晶透镜单元的工作原理示意图；图6表示本专利技术实施例所述成像控制方法的流程示意图；图7表示本专利技术实施例所述液晶透镜的成像过程示意图；图8表示平行平晶的成像过程示意图；图9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。本专利技术实施例提供一种偏振成像装置，如图1与图2所示，所述偏振成像装置包括：图像传感器10；液晶透镜20，设置于待取像的目标物体1与图像传感器10之间，液晶透镜20包括相互平行的至少三层液晶层、与每一层液晶层相适配的电极层和取向层，每一层液晶层对应一个取向层的取向角度，各取向角度互不相同；此外液晶透镜20还包括电压驱动电路，与每一液晶层相匹配的各电极层分别与电压驱动电路连接，电压驱动电路独立控制施加每一层液晶层的驱动电压，在驱动电压的作用下，液晶层内的液晶分子偏转形成一个液晶透镜单元，每一层液晶层形成的液晶透镜单元的焦距相等。上述结构的偏振成像装置中，通过设置至少三层的液晶层，且不同层的液晶层所匹配取向层的取向角度不相同，电压驱动电路独立控制施加于每一层液晶层的驱动电压，当电压驱动电路向液晶层提供驱动电压，在驱动电压的作用下，该层液晶层内的液晶分子偏转形成液晶透镜单元，偏振方向平行于该层液晶层对应取向层的取向角度的入射光束，液晶透镜单元改变该入射光束的传播方向，该入射光束会聚于图像传感器10的成像面，图像传感器10记录该入射光束的图像信息。相较于现有技术，本实施例通过设置多层液晶层，每一层液晶层对应一个取向角度，电压驱动电路分时向各个液晶层施加驱动电压，偏振方向平行于该液晶层对应的取向角度的入射光束，经过液晶层加电形成的液晶透镜单元后改变其传播方向，图像传感器10记录该入射光束的图像信息，由于各个取向角度互不相同，因此，图像传感器10可以记录多幅偏振方向不同的图像，无需设置偏振片及用于偏振片的偏振方向调节的驱动结构，能够使整个偏振成像装置的结构更加紧凑。图3和图4为本专利技术实施例所设置液晶透镜20的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，液晶透镜20包括四层液晶层，即第一液晶层100、第二液晶层200、第三液晶层300和第四液晶层400，第一液晶层100对应第一取向方向，第二液晶层200对应第二取向方向，第三液晶层300对应第三取向方向，第四液晶层对应第四取向方向。相邻第一液晶层100与第二液晶层200共用第二电极层22，第二液晶层200与第三液晶层300共用第三电极层23，第三液晶层300与第四液晶层400共用第四电极层24，本实施例提供的液晶透镜20相邻两层液晶层共用一个电极层，节省一层电极层，降低液晶透镜20的整体厚度，结构紧凑。如图3和图4所示，本实施例提供的电压驱动电路包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振成像装置，所述偏振成像装置包括相对设置的液晶透镜和图像传感器，其特征在于：所述液晶透镜包括相互平行的至少三层液晶层、与每一层所述液晶层相适配的取向层和电极层，每一层所述液晶层对应一个所述取向层的取向角度，各所述取向角度互不相同，所述液晶透镜还包括电压驱动电路，所述电压驱动电路独立控制施加于每一层所述液晶层的驱动电压，当所述电压驱动电路对每一层所述液晶透镜施加驱动电压，每一层所述液晶层形成的液晶透镜单元的焦距相等。

【技术特征摘要】
1.一种偏振成像装置，所述偏振成像装置包括相对设置的液晶透镜和图像传感器，其特征在于：所述液晶透镜包括相互平行的至少三层液晶层、与每一层所述液晶层相适配的取向层和电极层，每一层所述液晶层对应一个所述取向层的取向角度，各所述取向角度互不相同，所述液晶透镜还包括电压驱动电路，所述电压驱动电路独立控制施加于每一层所述液晶层的驱动电压，当所述电压驱动电路对每一层所述液晶透镜施加驱动电压，每一层所述液晶层形成的液晶透镜单元的焦距相等。2.如权利要求1所述的偏振成像装置，其特征在于：所述液晶层设置为四层，相邻两层所述液晶层共用一个所述电极层。3.如权利要求2所述的偏振成像装置，其特征在于：所述电极层上设有圆孔。4.如权利要求3所述的偏振成像装置，其特征在于：每一层所述液晶层的厚度相等。5.如权利要求4所述的偏振成像装置，其特征在于：每一层所述液晶层的厚度不超过50微米。6.如权利要求2至5中任一项所述的偏振成像装置，其特征在于：所述液晶透镜包括第一取向层、第二取向层、第三取向层、第四取向层，所述第一取向层的取向角度为0°，所述第二取向层的取向角度为45°，所述第三取向层的取向角度为90°，所述第四取向层的取向角度为135°。7.一种偏振成像方法，应用于权利要...

【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