CN105301863A - 液晶透镜成像装置及液晶透镜成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种液晶透镜成像装置及成像方法。其中，液晶透镜成像方法包括：驱动液晶透镜，使其在对焦状态下生成对焦图像，在非对焦状态下生成散焦图像，利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像；根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像；基于所述噪点位置图像去除所述新对焦图像的噪点；以及基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的纹理区域的噪声。本发明的液晶透镜成像装置及成像方法利用对焦图像和散焦图像之间的相关性，高效而准确地提取出显噪点和纹理区域的位置，并分别对显噪点和纹理区域做去噪处理，最终生成高信噪比、高对比度的图像。

Description

液晶透镜成像装置及液晶透镜成像方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种液晶透镜成像装置和一种液晶透镜成像方法。

背景技术

由于液晶材料的各向异性性，液晶器件通常只对应偏振光；液晶透镜在用于成像设备时，需要加起偏装置，如偏振片，以使入射光呈线偏振状态。但偏振片的使用会使光强度降至初始强度值的一半以下。这样，在较暗的环境下，有可能使到达图像传感器的光量不足，引起信噪比下降，降低成像质量。

为避免偏振片的使用，可以在成像系统中用液晶层的初始配向互相垂直的多个液晶透镜叠加组成液晶透镜，或设计包含初始配向互相垂直的多液晶层叠加的液晶透镜。各液晶透镜或各液晶层分别处理两个偏振分量，从而实现对任意偏振态环境的对应，但这种解决方案存在以下的问题。

(1)多个液晶透镜叠加方案或多个液晶层叠加方案由于增加了液晶透镜或液晶层的数量，因此大幅度增加了液晶透镜的生产成本。

(2)由于增加了液晶透镜或液晶层的数量，因此也大幅度增加了器件的厚度，让液晶透镜成像装置难以搭载进移动设备中。

(3)由于各液晶透镜或各液晶层在系统中所处位置不同，因此偏振光的两个分量的传播行为不完全一致，使系统的成像质量降低。

然而，对于不使用任何偏振装置的液晶透镜成像系统所生成的图像，在图像处理中均会放大图像的噪声。如图1与图2所示，图1为原始拍摄的图像，图2为处理后的图像。由图可知，处理后的图像虽然比原始拍摄的图像清晰很多，但同时噪声也明显增大了。

因此，如何在解决不使用偏振片也能够直接通过液晶透镜形成高质量图像的问题的同时，还能够减少透镜结构的厚度，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明正是基于上述技术问题，提出了一种新的液晶透镜成像装置和液晶透镜成像方法。

有鉴于此，本发明提出了一种液晶透镜成像方法，其包括：驱动液晶透镜，使其在对焦状态下生成对焦图像，在非对焦状态下生成散焦图像，利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像；根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像；基于所述噪点位置图像去除所述新对焦图像的噪点；以及基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的纹理区域的噪声。

在上述实施方式中，利用原始对焦图像和散焦图像之间的相关性，获取噪点和纹理区域的位置，并分别对噪点和纹理区域做针对性的去噪处理，从而得到高信噪比、高对比度的图像而且利用了轻薄型的液晶透镜，可减小器件厚度，系统更紧凑。

在上述技术方案中，优选的，根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性，并进行多次噪点检测以获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域。

在上述技术方案中，优选的，进一步包括：基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的平滑区域的噪声。

在上述技术方案中，优选的，所述根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像具体包括基于如下公式获得二值图像：

$I_m=\left\{\begin{array}{cc}1& |I_f-I_r|>t_m\\ 0& |I_f-I_r|\≤t_m\end{array}\right.$

其中，I_m为由所述新对焦图像生成的二值图像，t_m为检测阈值，I_m中取值为1的像素点表示所述二值图像中的亮点，I_m中取值为0的像素点表示所述二值图像的平滑区域。

在上述技术方案中，优选的，对所述二值图像中的每个亮点进行第一次噪点检测，定义一个第一尺寸的邻域s₁和对应的第一检测阈值t₁，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数小于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点视为噪点，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数大于或者等于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域内s₁的亮点视为纹理，所有纹理的集合为纹理区域。

在上述技术方案中，优选的，对经所述第一次噪点检测的纹理区域进行形态扩张，再进行等尺度的形态腐蚀，分离出所述第一次噪点检测中漏检的噪点。

在上述技术方案中，优选的，对经所述第一次噪点检测中视为纹理区域进行第二次噪点检测；定义一个第二尺寸的邻域s₂和对应的第二检测阈值t₂，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数小于所述第二检测阈值t₂时，将所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点视为所述漏检的噪点，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数大于或者等于所述第二检测阈值t₂时，则该亮点视为第二次噪点检测的纹理，所有第二次噪点检测的纹理的集合视为第二次噪点检测的纹理区域。

在上述技术方案中，优选的，所述第二尺寸的邻域s₂小于所述第一尺寸的邻域s₁，所述第二检测阈值t₂小于所述第一检测阈值t₁。

根据本发明的又一方面，还提供了一种液晶透镜成像装置，其特征在于，包括：透镜组，所述透镜组包括至少一液晶透镜；驱动电路，连接至所述液晶透镜，用于使所述液晶透镜分别处于对焦状态和非对焦状态；图像采集模组，用于采集经过所述液晶透镜的光信号，并根据所述光信号生成图像，当所述液晶透镜处于对焦状态时，所述光信号生成对焦图像，当所述液晶透镜处于非对焦状态时，所述光信号生成散焦图像；以及图像处理模组，其连接至所述图像采集单元，所述图像处理模组包括图像处理单元、噪点去除单元以及纹理区域去噪单元，所述图像处理单元利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像，并根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像，所述噪点去除单元去除所述新对焦图像的噪点，所述纹理区域去噪单元去除所述新对焦图像的纹理区域的噪声。

在上述技术方案中，优选的，所述图像处理单元根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的平滑区域，所述图像处理模组进一步包括平滑区域去噪单元，其用于去除所述新对焦图像的平滑区域的噪声。

在上述技术方案中，优选的，所述图像处理单元根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像具体包括基于如下公式获得二值图像：

$I_m=\left\{\begin{array}{cc}1& |I_f-I_r|>t_m\\ 0& |I_f-I_r|\≤t_m\end{array}\right.$

其中，I_m为由所述新对焦图像生成的二值图像，t_m为检测阈值，I_m中取值为1的像素点表示所述二值图像中的亮点，I_m中取值为0的像素点表示所述二值图像的平滑区域。

在上述技术方案中，优选的，对所述二值图像中的每个亮点进行第一次噪点检测，定义一个第一尺寸的邻域s₁和对应的第一检测阈值t₁，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数小于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点视为噪点，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数大于或者等于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域内s₁的亮点视为纹理，所有纹理的集合为纹理区域。

在上述技术方案中，优选的，对经所述第一次噪点检测的纹理区域进行形态扩张，再进行等尺度的形态腐蚀，分离出所述第一次噪点检测中漏检的噪点。

在上述技术方案中，优选的，对经所述第一次噪点检测的纹理区域进行第二次噪点检测；定义一个第二尺寸的邻域s₂和对应的第二检测阈值t₂，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数小于所述第二检测阈值t₂时，将所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点视为所述漏检的噪点，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数大于或者等于所述第二检测阈值t₂时，则该亮点视为第二次噪点检测的纹理，所有第二次噪点检测的纹理的集合视为第二次噪点检测的纹理区域。

在上述技术方案中，优选的，所述第二尺寸的邻域s₂小于所述第一尺寸的邻域s₁，所述第二检测阈值t₂小于所述第一检测阈值t₁。

本发明的液晶透镜成像装置和成像方法，利用原始对焦图像和散焦图像之间的相关性，获取噪点和纹理区域的位置，并分别对噪点和纹理区域做针对性的去噪处理，从而得到高信噪比、高对比度的图像而且利用了轻薄型的液晶透镜，可减小器件厚度，系统更紧凑。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的液晶透镜原始拍摄的图像；

图2为对图1中的图像进行一次噪点提取后得到的纹理区；

图3为本发明的一个实施例提供的液晶透镜成像方法的示意图；

图4为对图2中的图像进行一次噪点提取后得到的显噪点；

图5为对图2中的图像进行二次噪点提取后得到的纹理区；

图6为对图2中的图像进行二次噪点提取后得到的整个图像的显噪点；

图7为对图2中的图像进行二次噪点提取后得到的整个图像的纹理区；

图8为本发明的另一个实施例提供的液晶透镜原始拍摄的图像；

图9为图8经过清晰处理后的清晰对焦图像；

图10为图9经过本发明提供的液晶透镜成像方法后得到的清晰对焦图像。

图11为本发明的一个实施例提供的液晶透镜成像装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

本发明所揭示的液晶透镜成像装置与成像方法不使用任何偏振装置，因此能大大改善暗环境光下的拍摄效果，更适合于手机、平板电脑等要求轻薄的移动设备。

请参照图3，具体地，本发明揭示的液晶透镜成像方法，包括如下步骤：

步骤112：驱动液晶透镜，使其在对焦状态下生成对焦图像，在非对焦状态下生成散焦图像，利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像，利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像。

具体地，在本实施例中，入射至所述液晶透镜的光线，未经偏振装置进行处理。因此，所述液晶透镜生成的对焦图像I_f110中会包含未经液晶透镜调制的偏振光分量，该分量大大降低了成像的对比度。为了去除或减弱这个干扰分量，生成对比度较高的清晰图像，该成像系统一般需要额外采集一幅散焦图像I_r111作为参考。散焦图像I_r111是在该成像系统处于某非对焦状态下拍摄得到的。由下述公式(1)所揭示的图像处理方法，生成一幅对比度较高的清晰对焦图像I_s112。

I_s＝(I_f-αI_r)/(1-α)α∈(0，1)(1)

其中，α为偏振态异向因子，表征未被所述液晶透镜调制的偏振分量在入射光中所占的比例，αI_r为根据所述未被所述液晶透镜调制的光信号生成的图像信号。然而，当对焦图像I_f110和散焦图像I_r111中随机噪声的能量近似相等时，清晰对焦图像I_s112的噪声能量将上升为原始的(1+α²)/(1-α)²倍。因此，需要提取所述清晰对焦图像I_s112中噪点和纹理区域的位置。

步骤120：根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像。

具体过程如下：

所述液晶透镜通过调节施加在液晶透镜上的电压来改变其对光的折射率，从而实现对焦。在所述液晶透镜处于对焦和非对焦的状态下，所述液晶透镜的折射率是不同的，而其他的光学组件则没有发生变化。

所述液晶透镜在对焦状态下拍摄的对焦图像I_f110可以表示成由和两幅子图像所组成：

$I_f=I_f^x+I_f^y---\left(2\right)$

其中，x和y表征光波的两个互相垂直的偏振方向。和即为所述液晶透镜在对焦状态下感应x方向光分量和y方向光分量所相应生成的图像信号。不失一般性地，假设所述液晶透镜只对x方向光分量起调制作用，而不会改变y方向光分量。也就是说，对焦图像I_f中只有分量是清晰的对焦图像，而分量其实是一幅模糊的散焦图像。所以，分量也就是造成对焦图像I_f不清晰的干扰信号。一般会在液晶透镜前使用偏振装置来去除入射光中的y分量。而本系统则不使用偏振装置，因此y分量会干扰最后的成像。

类似地，所述液晶透镜在非对焦状态下生成的某一幅散焦图像I_r111也可以表示成由和两幅子图所组成：

$I_r=I_f^x+I_f^y---\left(3\right)$

其中，x和y表征光波的两个互相垂直的偏振方向。

如果从散焦图像I_r111对应的非对焦状态过渡到对焦图像I_f110对应的对焦状态的时间足够短，那么可以合理假设这两个状态下所述液晶透镜的入射光没有发生变化，也就是说两幅图拍摄的是完全一样的场景。又因为这两个状态下液晶透镜都不对y方向分量起调制作用，由此可得：

$I_f^y=I_r^y---\left(4\right)$

这样，如式(5)所示，将图像I_f110和I_r111做相减的处理，就可以去掉y分量的干扰信号

$I_f-I_r=I_f^x+I_f^y-I_r^x-I_r^y=I_f^x-I_r^x---\left(5\right)$

对于特定的对焦面而言，是清晰的对焦图像，而则是模糊的散焦图像。

一般而言，清晰对焦图像I_s112和模糊散焦图像I_r111在纹理很少的平滑区域差别很小，而在纹理丰富的区域则差别很大。因此，对焦图像I_f110和散焦图像I_r111之差的绝对值就可以放映出拍摄场景中纹理区域的位置，也就是清晰对焦图像I_s112中纹理区域的位置。同时，值得注意的是，对焦图像I_f110和散焦图像I_r111具有互不相关的随机噪声，因此，对焦图像I_f110和散焦图像I_r111之差的绝对值也会反映出这两幅图像中随机噪声的叠加。而由上述(1)式可知，这也就是图像清晰对焦图像I_s112中噪声的位置。

具体地，首先，基于如下公式(6)获得二值图像I_m，并根据二值图I_m来分别确定清晰对焦图像I_s112中的亮点与平滑区域的位置。

$I_m=\left\{\begin{array}{cc}1& |I_f-I_r|>t_m\\ 0& |I_f-I_r|\≤t_m\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，I_m为由所述新对焦图像生成的二值图像，t_m为检测阈值，I_m中取值为1的像素点表示所述二值图像中的亮点，即噪点与纹理区域，I_m中取值为0的像素点表示所述二值图像的平滑区域。

然后，对二值图像I_m进行第一次噪点检测，以指示所述清晰对焦图像I_s112的噪点的位置。在本实施例中，所述噪点是指二值图像I_m中比较离散和孤立的亮点。具体地，对二值图像I_m中的每个亮点定义一个第一尺寸的邻域s₁，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数小于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点视为噪点，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数大于或者等于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域内s₁的亮点视为纹理，所有纹理的集合为纹理区域。通过(7)式所示的检测生成一幅关于噪点的二值图像如图4所示。

$I_n^1\left(p\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&Sigma;}}_{q\&Element;N_{s_1}\left(p\right)}{I}_m\left(q\right)<t_1,I_m\left(p\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，式(7)中的p和q代表二值图像I_m中的像素点；Ns1(p)代表像素p的邻域，其可以定义为以像素p为中心，第一尺寸的邻域s₁。所述第一检测阈值t₁和所述第一尺寸的邻域s₁可以根据实际需求进行调整，在本实施例中，t₁＝5，s₁＝3。

相应地，去掉二值图像I_m中的噪点，剩下的就是纹理区域。由此通过下述(8)式计算得到一幅二值的纹理图像如图2所示。

$I_e^1=I_m-I_n^1---\left(8\right)$

由于上述式(7)所示的噪点判据是比较严格的，以确保检测到的噪点基本上都是正确的。但是这样也会漏掉一些噪点，通过图2所示的二值的纹理图像也可以观察到。为了进一步提高噪点和纹理区域的准确性，在本实施例中，进一步对上述二值的纹理图像做第二次噪点检测，以分离纹理区和漏检的噪点。由图2可知，二值的纹理图像中真实的纹理区一般都比较聚集，而残留的噪点则一般比较分散。因此，本发明对二值的纹理图像先做一个形态扩张(dilation)的操作，再做一个等尺度的形态腐蚀(erotion)操作，这样就会使二值的纹理图像中代表真实纹理的像素点聚集到一起，而不会影响分散的噪点。这样得到的一幅二值图像定义为如图5所示。

$I_e^2=\mathrm{erode}\left(\mathrm{dilate}\left(I_e^1\right)\right)---\left(9\right)$

接下来，对二值图像做类似(7)式的第二次噪点检测。由于二值图像中代表纹理的像素点已经聚集在一起，而噪点仍然分散，所以对于(7)式的检测，区分噪点和纹理区域的歧义已经减少，可以使用相对较宽松的判据。因此，第二次噪点检测所用的第二检测阈值t₂和第二尺寸的邻域s₂可以设定得比第一次噪点检测时要小，也就是说t₂＜t₁，s₂＜s₁。具体的实施例可以是t₂＝4，s₂＝2。当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数小于所述第二检测阈值t₂时，将所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点视为所述漏检的噪点，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数大于或者等于所述第二检测阈值t₂时，则该亮点视为第二次噪点检测的纹理，所有第二次噪点检测的纹理的集合视为第二次噪点检测的纹理区域。

具体地，通过下述(10)式所示的第二次噪点检测得到的二值图像即为新检测到的二次显噪点，也即在第一次噪点检测中漏检的噪点。

$I_n^2\left(p\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&Sigma;}}_{q\&Element;N_{s_2}\left(p\right)}{I}_e^2\left(q\right)<t_2,I_e^2\left(p\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(10\right)$

综上所述，根据下述(11)式，将第一次从二值图像I_m中检测到的噪点和第二次从中检测到的二次漏检的噪点合并在一起，这就组成了所述新对焦图像I_s112中噪点二值图像I_n，如图6所示。

$I_n=I_n^1|I_n^2---\left(11\right)$

相应地，根据下述(12)式可以计算出最终的纹理二值图像I_e，如图7所示。

I_e＝I_m-I_n(12)

对比图7和图2，可以观察到在图7中更多的噪点被成功地检测出。虽然图7里仍然有少量聚集的噪点因无法和纹理区域分而保留，但是基本上不影响最后的去噪效果。

可以理解的是，在本实施例中，可以根据需要对所述纹理位置图像进行二次或者多次噪点检测，以检测更多的噪点，并更好地分离出图像中的纹理区域与噪点。

步骤130：基于所述噪点位置图像去除所述新对焦图像的噪点。

具体地，根据(11)式检测到的噪点二值图像I_n，其指示了清晰对焦图像I_s112中噪点的位置。由于已经确切知道这些噪点的位置，就可以完全把他们从清晰对焦图像I_s112去掉，而其所在位置的像素值可以由周围其它非噪点的像素插值得到。去除噪点的操作可以由下述(13)式来描述。

$I_s^{\&prime;}\left(p\right)=\left\{\begin{array}{cc}f\left(I_s\left(q\right)\right|q\&Element;N_s\left(p\right),I_n\left(q\right)\&NotEqual;1)& I_n\left(p\right)=1\\ I_s\left(p\right)& I_n\left(p\right)=0\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中p，q以及Ns(p)的定义和上述(7)式相同。低通滤波f(·)的一个最简单有效的实施例就是对所有样本取平均值。由于此处低通滤波f(·)的样本不包含那些显噪点，因此，I_n(q)≠1。

步骤140：基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的平滑区域的噪声。

在完成第一步的噪点去除操作后，再根据式(12)检测到的纹理二值图像I_e定义非纹理的平滑区域，对平滑区域的每个像素点做最简单的低通滤波就可以达到很好的去噪效果。为保证对平滑区域像素做低通滤波时其邻域不会有纹理像素，需要对纹理二值图像I_e做进一步形态扩张，如下述式(14)所示。

I′_e＝dilate(I_e，e)(14)

对扩张之后的纹理二值图像I′_e取反，就定义了平滑区域二值图像。这样，对平滑区域去噪的操作就可以用下述式(15)来描述。

$I_s^{\&prime;\&prime;}\left(p\right)=\left\{\begin{array}{cc}f\left(I_s^{\&prime;}\left(q\right)\right|q\&Element;N_s\left(p\right))& I_e^{\&prime;}\left(p\right)=0\\ I_s^{\&prime;}\left(p\right)& I_e^{\&prime;}\left(p\right)=1\end{array}\right.---\left(15\right)$

此处形态扩张dilate(·)的尺度和低通滤波f(·)所使用的邻域的尺度相等，同为s。在本实施例中，此处低通滤波f(·)可以是最简单的取平均值操作。

步骤150：基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的纹理区域的噪声。

最后一步就是对I′_e(p)＝1的纹理区域做去噪处理。由于纹理区域像素的邻域往往包含对比度较大的纹理，如果直接对纹理区域像素做低通滤波，势必会模糊掉这些纹理细节。为避免出现纹理模糊的问题，需要确保参与滤波的样本I″_s(q)与原像素值I″_s(p)的差别较小。下述式(16)给出了对纹理区域去噪的操作，其中低通滤波G(·)的一个实施例是高斯滤波，检测阈值t_d的一个实施例是t_d＝15。

$I_{\mathrm{dn}}\left(p\right)=\left\{\begin{array}{cc}G\left(I_s^{\&prime;\&prime;}\left(q\right)\right|q\&Element;N_s\left(p\right),|I_s^{\&prime;\&prime;}\left(q\right)-I_s^{\&prime;\&prime;}\left(p\right)|<t_d)& I_e^{\&prime;}\left(p\right)=1\\ I_s^{\&prime;\&prime;}\left(p\right)& I_e^{\&prime;}\left(p\right)=0\end{array}\right.---\left(16\right)$

以上结合附图详细说明了根据本发明的技术方案，本发明将利用原始对焦图像I_f110和散焦图像I_r111之间的相关性，高效而准确地提取出清晰对焦图像I_s112中噪点和纹理区域的位置。接着，对清晰对焦图像I_s112中的噪点、平滑区域和纹理区域分别做针对性的去噪处理，最终生成一幅高信噪比、高对比度的对焦图像I_dn151。具体地，可以参见图8、图9与图10，其中，图8表示的是液晶透镜原始拍摄的图像，图9表示的是清晰处理后的清晰对焦图像I_s，而图10表示的是经过本发明提供的液晶透镜成像方法去噪后的高信噪比、高对比度的对焦图像I_dn151。

图11示出了根据本发明的一个具体实施方式的液晶透镜成像装置200的结构图。

所述液晶透镜成像装置200包括：透镜组21，驱动电路23，图像采集模组25以及图像处理模组27。其中，所述图像处理模组27包括图像处理单元271、噪点去除单元272、平滑区域去噪单元273以及纹理区域去噪单元274。

透镜组21包括至少一液晶透镜。当透镜组21工作时，原始入射光L(优选包括具有多个不同偏振方向的偏振光)进入透镜组21。

图像采集模组25采集经过透镜组21的光信号，并根据所述光信号生成图像，将生成的图像传输至图像处理单元271。所述图像处理单元271接收图像并对其进行分析判断，根据接收的图像向所述驱动电路23输出控制信号。

所述驱动电路23连接至透镜组21的液晶透镜，根据图像处理单元271的控制信号调节施加在透镜组21的液晶透镜上的电压，从而改变液晶透镜的折射率，使液晶透镜从非对焦状态过渡到对焦状态，或者从对焦状态过渡到非对焦状态。

所述液晶透镜处于对焦状态时，图像采集模组25生成对焦图像I_f110。而从非对焦状态过渡到对焦状态或者从对焦状态过渡到非对焦状态的过程中，透镜组透镜处于非对焦状态，将图像采集模组25生成的散焦图像I_r111作为参考图像。

所述图像处理单元271利用所述散焦图像I_r111对所述对焦图像I_f100进行处理而获得新对焦图像，并根据所述对焦图像I_f100和所述散焦图像I_r111的相关性获知所述新对焦图像I_s112的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像，所述噪点去除单元272去除所述新对焦图像I_s112的噪点，所述平滑区域去噪单元273用于去除所述新对焦图像I_s112的平滑区域的噪声，所述纹理区域去噪单元274用于去除所述新对焦图像I_s112的纹理区域的噪声。

本发明的液晶透镜成像装置由于没有偏振装置，可保证原始入射光L的强度。利用原始对焦图像和散焦图像之间的相关性，获取噪点和纹理区域的位置，并分别对噪点和纹理区域做针对性的去噪处理，从而得到高信噪比、高对比度的图像而且利用了轻薄型的液晶透镜，可减小器件厚度，系统更紧凑。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种液晶透镜成像方法，其特征在于，包括：

驱动液晶透镜，使其在对焦状态下生成对焦图像，在非对焦状态下生成散焦图像，利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像；

根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像；

基于所述噪点位置图像去除所述新对焦图像的噪点；以及

基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的纹理区域的噪声。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性，并进行多次噪点检测以获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，进一步包括：基于所述纹理位置图像去除所述新对焦图像的平滑区域的噪声。

4.根据权利要求3所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，所述根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像具体包括基于如下公式获得二值图像：

$I_m=\left\{\begin{array}{cc}1& |I_f-I_r|>t_m\\ 0& |I_f-I_r|\&le;t_m\end{array}\right.$

其中，I_m为由所述新对焦图像生成的二值图像，t_m为检测阈值，I_m中取值为1的像素点表示所述二值图像中的亮点，I_m中取值为0的像素点表示所述二值图像的平滑区域。

5.根据权利要求4所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，对所述二值图像中的每个亮点进行第一次噪点检测，定义一个第一尺寸的邻域s₁和对应的第一检测阈值t₁，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数小于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点视为噪点，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数大于或者等于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域内s₁的亮点视为纹理，所有纹理的集合为纹理区域。

6.根据权利要求5所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，对经所述第一次噪点检测的纹理区域进行形态扩张，再进行等尺度的形态腐蚀，分离出所述第一次噪点检测中漏检的噪点。

7.根据权利要求6所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，对经所述第一次噪点检测中视为纹理区域进行第二次噪点检测；定义一个第二尺寸的邻域s₂和对应的第二检测阈值t₂，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数小于所述第二检测阈值t₂时，将所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点视为所述漏检的噪点，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数大于或者等于所述第二检测阈值t₂时，则该亮点视为第二次噪点检测的纹理，所有第二次噪点检测的纹理的集合视为第二次噪点检测的纹理区域。

8.根据权利要求7所述的液晶透镜成像方法，其特征在于，所述第二尺寸的邻域s₂小于所述第一尺寸的邻域s₁，所述第二检测阈值t₂小于所述第一检测阈值t₁。

9.一种液晶透镜成像装置，其特征在于，包括：

透镜组，所述透镜组包括至少一液晶透镜；

驱动电路，连接至所述液晶透镜，用于使所述液晶透镜分别处于对焦状态和非对焦状态；

图像采集模组，用于采集经过所述液晶透镜的光信号，并根据所述光信号生成图像，当所述液晶透镜处于对焦状态时，所述光信号生成对焦图像，当所述液晶透镜处于非对焦状态时，所述光信号生成散焦图像；以及

图像处理模组，其连接至所述图像采集单元，所述图像处理模组包括图像处理单元、噪点去除单元以及纹理区域去噪单元，所述图像处理单元利用所述散焦图像对所述对焦图像进行处理而获得新对焦图像，并根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像，所述噪点去除单元去除所述新对焦图像的噪点，所述纹理区域去噪单元去除所述新对焦图像的纹理区域的噪声。

10.根据权利要求9所述的液晶透镜成像装置，其特征在于，所述图像处理单元根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的平滑区域，所述图像处理模组进一步包括平滑区域去噪单元，其用于去除所述新对焦图像的平滑区域的噪声。

11.根据权利要求10所述的液晶透镜成像装置，其特征在于，所述图像处理单元根据所述对焦图像和所述散焦图像的相关性获知所述新对焦图像的噪点和纹理区域，从而形成噪点位置图像和纹理位置图像具体包括基于如下公式获得二值图像：

$I_m=\left\{\begin{array}{cc}1& |I_f-I_r|>t_m\\ 0& |I_f-I_r|\&le;t_m\end{array}\right.$

其中，I_m为由所述新对焦图像生成的二值图像，t_m为检测阈值，I_m中取值为1的像素点表示所述二值图像中的亮点，I_m中取值为0的像素点表示所述二值图像的平滑区域。

12.根据权利要求11所述的液晶透镜成像装置，其特征在于，对所述二值图像中的每个亮点进行第一次噪点检测，定义一个第一尺寸的邻域s₁和对应的第一检测阈值t₁，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数小于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点视为噪点，当所述第一尺寸的邻域s₁内的亮点总数大于或者等于所述第一检测阈值t₁时，将所述第一尺寸的邻域内s₁的亮点视为纹理，所有纹理的集合为纹理区域。

13.根据权利要求12所述的液晶透镜成像装置，其特征在于，对经所述第一次噪点检测的纹理区域进行形态扩张，再进行等尺度的形态腐蚀，分离出所述第一次噪点检测中漏检的噪点。

14.根据权利要求13所述的液晶透镜成像装置，其特征在于，对经所述第一次噪点检测的纹理区域进行第二次噪点检测；定义一个第二尺寸的邻域s₂和对应的第二检测阈值t₂，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数小于所述第二检测阈值t₂时，将所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点视为所述漏检的噪点，当所述第二尺寸的邻域s₂内的亮点总数大于或者等于所述第二检测阈值t₂时，则该亮点视为第二次噪点检测的纹理，所有第二次噪点检测的纹理的集合视为第二次噪点检测的纹理区域。

15.根据权利要求14所述的液晶透镜成像装置，其特征在于，所述第二尺寸的邻域s₂小于所述第一尺寸的邻域s₁，所述第二检测阈值t₂小于所述第一检测阈值t₁。