CN107688244B - 一种成像系统以及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像系统以及成像方法，该成像系统包括：镜头模组，所述镜头模组包括可转动偏光片以及位于所述可转动偏光片出射光线照射区域内的镜头；位于所述镜头出射光线照射区域内的感光传感器，所述感光传感器用于感应光线，以生成图像信息；图像处理器，所述图像处理器用于获取所述可转动偏光片处于不同转动位置时对应的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像。本发明技术方案可以避免由于镜面反射导致的成像不清楚的问题，提高了电子设备的成像质量。

Description

一种成像系统以及成像方法

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，更具体的，涉及一种成像系统以及成像方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，越来越多的具有成像功能的电子设备广泛的应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们生活不可或缺的重要工具。可以通过人工智能、机器学习以及深度学习等技术手段对电子设备获得图像进行处理，以满足人们的功能需求。

现有的电子设备在进行成像过程中，由于拍摄环境中镜面反射的原因，如玻璃窗或是镜子等造成的镜面反射，会导致生成的图像在对应发生镜面反射的区域图像不清楚，影响电子设备的成像质量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种成像系统以及成像方法，通过消除图像信息中的偏振光，可以避免由于镜面反射导致的成像不清楚的问题，提高了电子设备的成像质量。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案

一种成像系统，所述成像系统包括：

镜头模组，所述镜头模组包括可转动偏光片以及位于所述可转动偏光片出射光线照射区域内的镜头；

位于所述镜头出射光线照射区域内的感光传感器，所述感光传感器用于感应光线，以生成图像信息；

图像处理器，所述图像处理器用于获取所述可转动偏光片处于不同转动位置时对应的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像。

优选的，在上述成像系统中，入射所述可转动偏光片的环境光包括：非偏振光以及偏振光；

所述图像处理器用于基于所述图像信息与非偏振光的强度以及偏振光的强度的函数关系，计算所述偏振光信息。

优选的，在上述成像系统中，所述成像系统还包括存储器，所述存储器存储有所述可转动偏光片不同转动位置对应的偏振角度；

所述偏振光信息包括：偏振光入射所述偏振片前的强度以及偏振光的偏振角度；

所述图像处理器用于基于偏振光入射所述偏振片前的强度、偏振光的偏振角度以及所述可转动偏光片的当前偏振角度，计算所述图像信息中偏振光的强度，基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

优选的，在上述成像系统中，所述图像处理器用于计算一设定的所述图像信息中偏振光的强度，基于该图像信息以及该图像信息中偏振光的强度，生成无偏振光的目标图像。

优选的，在上述成像系统中，所述图像处理器用于计算每一所述图像信息中偏振光的强度，将所有所述图像信息滤除偏振光后，融合叠加，生成无偏振光的目标图像。

本发明还提供了一种成像方法，用于上述任一项所述的成像系统，所述成像方法包括：

获取所述成像系统中镜头模组处于不同转动位置的多个图像信息；

根据多个所述图像信息计算偏振光信息；

根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像。

优选的，在上述成像方法中，入射所述成像系统中可转动偏光片的环境光包括：非偏振光以及偏振光；

所述根据多个所述图像信息计算偏振光信息：

基于所述图像信息与非偏振光的强度以及偏振光的强度的函数关系，计算所述偏振光信息。

优选的，在上述成像方法中，所述偏振光信息包括：偏振光入射所述偏振片前的强度以及偏振光的偏振角度；

所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：

基于偏振光入射所述偏振片前的强度、偏振光的偏振角度以及所述可转动偏光片的当前偏振角度，计算所述图像信息中偏振光的强度；

基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

优选的，在上述成像方法中，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：

计算一设定的所述图像信息中偏振光的强度；

基于该图像信息以及该图像信息中偏振光的强度，生成无偏振光的目标图像。

优选的，在上述成像方法中，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：

计算每一所述图像信息中偏振光的强度；

将所有所述图像信息滤除偏振光后，融合叠加，生成无偏振光的目标图像。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的成像系统以及成像方法中，通过可转动的镜头模组采集不同转动位置的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像，可以避免由于镜面反射导致的成像不清楚的问题，提高了电子设备的成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种成像系统的结构示意图；

图2为图1所示成像系统中的镜头模组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种偏光片的工作原理示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种成像系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种成像效果对比实验图；

图6为本发明实施例提供的一种成像方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人研究发现，自然光是非偏振光，而镜面反射的光则是偏振光，利用这一特性，可以通过相应的图像处理方法消除图像信息中的镜面发射光(单一角度振动的偏振光)，即可以避免由于镜面反射导致的成像不清楚的问题，提高了电子设备的成像质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种成像系统的结构示意图，图2为图1所示成像系统中的镜头模组的结构示意图，该成像系统包括：镜头模组13，所述镜头模组13包括可转动偏光片132以及位于所述可转动偏光片132出射光线照射区域内的镜头131；位于所述镜头131出射光线照射区域内的感光传感器12，所述感光传感器12用于感应光线，以生成图像信息；图像处理器11，所述图像处理器11用于获取所述可转动偏光片132处于不同转动位置时对应的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像。所述图像处理器11与所述感光传感器12连接，以便于获取所述图像信息，用于生成无偏振光的目标图像。

所述镜头131、所述可转动偏光片132以及所述感光传感器12可以安装在同一底座21上。所述底座21具有容纳腔，用放置所述镜头131、所述可转动偏光片132以及所述感光传感器12。所述镜头131、所述可转动偏光片132以及所述感光传感器12位于同一光轴L。所述可转动偏光片132可以通过电机22绕所述光轴L转动。所述电极电机22安装在所述底座21上，具体都可以安装在所述容纳腔的开口处。所述感光芯传感器12具有多个阵列排布的感光单元121，所述感光单元121用于感应光线，生成图像信息。

环境光中包括非偏振的自然光(图1中实线箭头所示)以及具有单一偏振角度的偏振光(图1中虚线箭头所示)。所述可转动偏光片132处于一预设位置时，其工作原理如图3所示。

参考图3，图3为本发明实施例提供的一种偏光片的工作原理示意图，所述可转动偏光片132处于一预设位置时，只允许具有单一偏振角度的光线通过，其他偏振角度的光线至少被部分滤除。所述可转动偏光片132能够通过的光线强度满足马吕斯定律，如下述公式(0)所示：

Iout＝Iin*(cosθ)^2 (0)

其中，Iout表示输入所述可转动偏光片132的光线强度，Iin表示所述可转动偏光片132输出的光线强度。θ表示所述可转动偏光片132与入射光线的偏振角度的差值。根据马吕斯定律，cosθ在180°范围内以90°为中心对称分布的，所以设置可转动偏光片132具有多个转动位置，每个转动位置对一个一个不同的偏振角度，使得所述可转动偏光片132的偏振角度在0°-90°的区间内均匀分布即可。

对于任一转动位置，自然光均可以有一部分通过可转动偏光片132，而某一固定角度偏振的偏振光，当光线的偏振方向与可转动偏光片132的偏振方向相同，完全通过，垂直时，完全被滤除，介于垂直于平行之间时，部分通过。

如上述，入射所述可转动偏光片132的环境光包括：非偏振光以及偏振光。所述图像处理器11用于基于所述图像信息与非偏振光的强度A以及偏振光的强度B的函数关系，计算所述偏振光信息。根据所述可转动偏光片132处于不同转动位置时对应的多个图像信息，可以通过基于马吕斯定律的方程组计算环境光中非偏振光的强度以及偏振光的强度。

具体的，可以设置所述可转动偏光片132具有8个不同的转动位置，分别对应的8个不同的偏振角度，依次为90°、90°*1/7、90°*2/7、…、90°*6/7、90°。所述可转动偏光片132对应每个偏振角度分别对应采集图像信息，设定环境光中非偏振光的强度为A，镜面反射的偏振光的强度为B，反射光的偏振角度为α，则所述感光传感器12在8个不同的转动位置接收的光线强度可以分别表示如下：

I1＝A+B(cos(θ1-α))^2 (1)

I2＝A+B(cos(θ2-α))^2 (2)

I3＝A+B(cos(θ3-α))^2 (3)

…

I7＝A+B(cos(θ7-α))^2 (7)

I8＝A+B(cos(θ8-α))^2 (8)

其中，I1-I8为对应8个不同转动位置的光强，可以由所对应的所述图像信息获取，即I1-I8可以通过相应的所述感光传感器12测试获得。θ1-θ8为对应8个不同转动位置的所述可转动偏光片132的偏振角度，可以根据所述可转动偏光片132的当前转动位置确定。

通过公式(1)-(8)的至少三个公式可以计算获得A、B以及α。计算获得环境光中自然光的强度A，偏振光的强度B以及偏振光的偏振角度α后，进而可以计算获得每个转动位置对应的所述图像信息中未被滤除的偏振光的强度以及偏振角度。

一种计算方式，基于马吕斯定律，选择所述可转动偏光片132处于三个不同转动位置时对应马吕斯定律的公式计算获得A、B以及α。如通过(1)-(8)中任意三个公式列方程组可以计算获得A、B以及α。

另一种计算方式，如下：

I2–I1＝B((cosθ2-α)^2-(cosθ1-α)^2) (9)

I3–I1＝B((cosθ3-α)^2-(cosθ1-α)^2) (10)

将公式(10)和公式(9)相除，可以得到：

(I3–I1)/(I2–I1)＝((cos(θ3-α))^2-(cos(θ1-α))^2)

/((cos(θ2-α))^2-(cos(θ1-α))^2) (11)

转换上述公式(11)可以得到：

(I3–I1)/(I2–I1)＝((cos(θ3-α)+cos(θ1-α))/(cos(θ2-α)+cos(θ1-α)))

*((cos(θ2-α)-cos(θ1-α))/(cos(θ2-α)-cos(θ1-α)))

令Iq＝(I3–I1)/(I2–I1)，并用和差化积简化上式右侧的表达式后有

Iq＝(A1*cos((θ3+θ1)/2–α)/A2*cos((θ2+θ1)/2–α))

*(A3*sin((θ3+θ1)/2–α)/A4*sin((θ2+θ1)/2–α)) (12)

其中，A1、A2、A3和A4是和公式(1)-(3)关联的常数。由公式(12)可以得到α，从而通过求解下面的矩阵方程可以求得A和B的值。

后一种计算方式以多个采样数据进行计算，准确度更好。

参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种成像系统的结构示意图，该成像系统在图1所示实施方式的基础上还包括存储器41，所述存储器41存储有所述可转动偏光片132不同转动位置对应的偏振角度。上述所述偏振光信息包括：偏振光入射所述偏振片前的强度A以及偏振光的偏振角度α。可以通过上述计算方法计算获得A和α的值。

所述图像处理器11用于基于偏振光入射所述偏振片前的强度A、偏振光的偏振角度α以及所述可转动偏光片132的当前偏振角度θi，计算所述图像信息中偏振光的强度，基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

所述图像处理器11与控制所述可转动偏光片132的电机连接，直接根据所述存储器41中的所述偏振角度依次控制所述可转动偏光片132转动，进而基于上述计算方法自动计算获得所述图像信息中偏振光的强度，基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

所述图像处理器11生成无偏振光的目标图像的方法包括如下两种方式：

方式一：所述图像处理器11用于计算一设定的所述图像信息中偏振光的强度，基于该图像信息以及该图像信息中偏振光的强度，生成无偏振光的目标图像。

该方式中，所述图像处理器11计算获得A、B以及α后，可以进一步计算获得任一转动位置对应的所述图像信息中未被滤除的偏振光的强度以及偏振角度，将该图像信息中的未被滤除的偏振光消除，进而基于消除偏振光后的该图像信息生成无偏振光的目标图像，所述目标图像中消除了由于镜面反射导致的图像不清晰问题。

方式二：所述图像处理器11用于计算每一所述图像信息中偏振光的强度，将所有所述图像信息滤除偏振光后，融合叠加，生成无偏振光的目标图像。

该方式中，所述图像处理器11计算获得A、B以及α后，可以进一步计算获得所有转动位置对应的所述图像信息中未被滤除的偏振光的强度以及偏振角度，将每个所述图像信息中的未被滤除的偏振光消除，将所有消除偏振光后的图像信息融合叠加，生成无偏振光的目标图像，所述目标图像中消除了由于镜面反射导致的图像不清晰问题。相对于上一方式，该方式可以亮度更大。

在成像过程中，由于使用者手部细微抖动抖动，会影响成像质量，如会导致图像模糊等问题。为了解决该问题，本发明实施例所述成像系统进行图像拍摄的过程中所述图像处理器11还用于基于人工智能、机器学习以及深度学习等技术手段对目标图像进行处理，以提高目标图像的质量。

参考图5，图5为本发明实施例提供的一种成像效果对比实验图，现有成像系统成像效果如图5中左图所示，由于窗户玻璃存在镜面反射，导致窗户玻璃区域形成的图形模糊，不清楚，本发明实施例所述成像系统的成像效果如图5中右图所示，可见，本发明实施例所述成像系统可以完全消除窗户玻璃镜面反射导致的对应区域成像模糊的问题，提高了成像质量。

通过上述描述可知，本发明实施例提供的成像系统通过可转动的镜头模组采集不同转动位置的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像，可以避免由于镜面反射导致的成像不清楚的问题，提高了电子设备的成像质量。

基于上述成像系统，本发明另一实施例还提供了一种成像方法，该成像方法用于驱动上述成像系统进行成像，该成像方法如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种成像方法的流程示意图，该成像方法包括：

步骤S11：获取所述成像系统中镜头模组处于不同转动位置的多个图像信息。

可以通过图像处理器控制电机转动，带动镜头模组中的可转动滤光片转动，以使得镜头模组处于不同转动位置。

步骤S12：根据多个所述图像信息计算偏振光信息。

步骤S13：根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像。

可选的，入射所述成像系统中可转动偏光片的环境光包括：非偏振光以及偏振光。此时，所述根据多个所述图像信息计算偏振光信息：基于所述图像信息与非偏振光的强度以及偏振光的强度的函数关系，计算所述偏振光信息。

可选的，所述偏振光信息包括：偏振光入射所述偏振片前的强度以及偏振光的偏振角度。此时，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括基于偏振光入射所述偏振片前的强度、偏振光的偏振角度以及所述可转动偏光片的当前偏振角度，计算所述图像信息中偏振光的强度；基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

可选的，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：计算一设定的所述图像信息中偏振光的强度；基于该图像信息以及该图像信息中偏振光的强度，生成无偏振光的目标图像。

或者，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：计算每一所述图像信息中偏振光的强度；将所有所述图像信息滤除偏振光后，融合叠加，生成无偏振光的目标图像。

可以通过上述实施例所述的成像系统中的图像处理器执行该成像方法。本发明实施例所述成像方法中，通过可转动的镜头模组采集不同转动位置的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像，可以避免由于镜面反射导致的成像不清楚的问题，提高了电子设备的成像质量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：

镜头模组，所述镜头模组包括可转动偏光片以及位于所述可转动偏光片出射光线照射区域内的镜头；

位于所述镜头出射光线照射区域内的感光传感器，所述感光传感器用于感应光线，以生成图像信息；

图像处理器，所述图像处理器用于获取所述可转动偏光片处于不同转动位置时对应的多个图像信息，根据多个所述图像信息计算偏振光信息，根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像；

其中，所述图像处理器用于基于所述图像信息与非偏振光的强度以及偏振光的强度的函数关系，计算所述偏振光信息；根据所述可转动偏光片处于不同转动位置时对应的多个图像信息，通过基于马吕斯定律的方程组计算环境光中非偏振光的强度以及偏振光的强度。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括存储器，所述存储器存储有所述可转动偏光片不同转动位置对应的偏振角度；

所述偏振光信息包括：偏振光入射所述偏振片前的强度以及偏振光的偏振角度；

所述图像处理器用于基于偏振光入射所述偏振片前的强度、偏振光的偏振角度以及所述可转动偏光片的当前偏振角度，计算所述图像信息中偏振光的强度，基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述图像处理器用于计算一设定的所述图像信息中偏振光的强度，基于该图像信息以及该图像信息中偏振光的强度，生成无偏振光的目标图像。

4.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述图像处理器用于计算每一所述图像信息中偏振光的强度，将所有所述图像信息滤除偏振光后，融合叠加，生成无偏振光的目标图像。

5.一种成像方法，用于如权利要求1-4任一项所述的成像系统，其特征在于，所述成像方法包括：

获取所述成像系统中镜头模组处于不同转动位置的多个图像信息；

根据多个所述图像信息计算偏振光信息；

根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像；

其中，基于所述图像信息与非偏振光的强度以及偏振光的强度的函数关系，计算所述偏振光信息；根据所述可转动偏光片处于不同转动位置时对应的多个图像信息，通过基于马吕斯定律的方程组计算环境光中非偏振光的强度以及偏振光的强度。

6.根据权利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述偏振光信息包括：偏振光入射所述偏振片前的强度以及偏振光的偏振角度；

所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：

基于偏振光入射所述偏振片前的强度、偏振光的偏振角度以及所述可转动偏光片的当前偏振角度，计算所述图像信息中偏振光的强度；

基于该计算结果，生成无偏振光的目标图像。

7.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：

计算一设定的所述图像信息中偏振光的强度；

基于该图像信息以及该图像信息中偏振光的强度，生成无偏振光的目标图像。

8.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述图像信息以及所述偏振光信息生成无偏振光的目标图像包括：

计算每一所述图像信息中偏振光的强度；

将所有所述图像信息滤除偏振光后，融合叠加，生成无偏振光的目标图像。

Images