CN111988494A - 图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置 - Google Patents

图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111988494A
CN111988494A CN201910427953.9A CN201910427953A CN111988494A CN 111988494 A CN111988494 A CN 111988494A CN 201910427953 A CN201910427953 A CN 201910427953A CN 111988494 A CN111988494 A CN 111988494A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid crystal
crystal lens
image
driving voltage
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910427953.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111988494B (zh
Inventor
叶茂
陈晓西
白一晨
马嘉成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201910427953.9A priority Critical patent/CN111988494B/zh
Publication of CN111988494A publication Critical patent/CN111988494A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111988494B publication Critical patent/CN111988494B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262—Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/265—Mixing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

本发明涉及光学成像技术领域，本发明解决了扩展景深技术中图像采集效率较低的问题，提供一种图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置。该图像采集方法包括以下步骤：液晶透镜接收第一驱动电压；将液晶透镜接收的第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜变焦的过程中采集同一场景中不同对焦物的一系列图像。本发明发现了液晶透镜的动态变焦特性，其采集过程中液晶透镜分别呈透镜状态且成像像差均小于0.1，利用该特性进行图像动态采集，克服了液晶透镜无法动态连续变焦的技术偏见，本发明无须等待液晶透镜完成变焦后采集图像，从而提高采集效率。

Description

图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，具体是一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法和采集装置以及一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法和成像装置。
背景技术
通过电控液晶透镜变焦的研究很多，例如：
发表于2009年6月1日的论文“基于双折射原理共焦系统超分辨性能及轴向扫描技术研究”(现有技术1)，其通过改变电压Vc为不同的值，研究不同驱动电压下液晶透镜的焦距变化。
发表于2016年5月1日的论文“石墨烯基液晶微透镜阵列的制作与成像探测研究”(现有技术2)，其选取了多组不同固定电压值观察并测量微透镜阵列的焦距变化情况。
发表于2017年3月10日的论文“快速响应弯曲排列液晶透镜的研究”(现有技术3)，其测量焦距的方法为：在测量焦距过程中，通过在滑道铁轨上移动白屏的位置来寻找液晶透镜盒的焦点，若当焦点落在屏幕上时，出射光由于会聚作用，在白屏上光斑中也会形成一个小圆亮点，此时再测量白屏与液晶透镜盒之间的距离，该距离即为测得的焦距，然后通过改变不同的电压，在不同电压下，滑动白屏测量不同电压下液晶盒所对应的焦距。
通过现有技术1至现有技术3可以看出现有技术均是调节电压至某一特定电压值后，研究液晶透镜的焦距变化情况，而在液晶透镜连续变焦的过程中研究焦距变化的技术很少。造成这一现象的主要有以下几个原因：
1、液晶透镜的工作原理为：加在液晶透镜上的电压使液晶层中产生轴对称的不均匀电场，从而引起液晶层中液晶分子轴对称不均匀取向，液晶透镜在特定电压下形成光学透镜状的折射率分布，此时液晶透镜成为一种光学透镜。这种透镜状的折射率分布可由加在液晶透镜上的电压来改变，所以液晶透镜可电控调焦。研究人员一直认为，液晶透镜要呈现光学透镜状态，必须要给液晶透镜加上特定的电压值，且此特定的电压值产生一个特定焦距；换言之，要获得具有特定焦距的液晶透镜，必须给液晶透镜加上此特定焦距对应的电压。
2、论文“石墨烯基液晶微透镜阵列的制作与成像探测研究”(现有技术2)当中通过实验论证了：“在外部电场的驱动下，液晶分子的倾斜角度并不是随电压的变化立刻变化，同时两者之间也不是作线性变化，而是有一定的阈值电压Vth(该论文中实验得到的阈值电压约为1.5Vrms)，当施加电压大于这个阈值电压时，液晶分子开始偏转”。因此，造成研究人员认为如果施加驱动电压的改变值小于阈值时液晶分子偏转角度不会变化的观点，也就造成研究人员认为液晶透镜无法动态连续变焦的技术偏见。但该论文的实验过程中分别选取了1.5Vrms、2.0Vrms、3.0Vrms、4.0Vrms、5.0Vrms、6.0Vrms的固定电压值进行的实验(其电压值是非连续变换的)，所以其并没有证明在液晶透镜驱动电压连续变换的过程中，驱动电压的改变值小于阈值不会导致液晶分子偏转的角度变化(例如在液晶透镜驱动电压由1.5Vrms变换为6.0Vrms的过程中，驱动电压的改变值小于1.5Vrms不会导致液晶分子偏转的角度变化)。
综合上述因素，最终导致研究人员存在液晶透镜无法动态连续变焦的技术偏见。
扩展景深(Extended Depth of Field,EDOF)光学成像系统可以获取物体更为丰富的信息，为了突破传统光学成像系统的景深限制，在过去的近半个世纪里，研究人员提出了许多方法以实现扩大光学系统的景深。现有扩大景深的方法主要可分为三类：第一类是通过缩小系统数值孔径实现景深扩展；第二种方法是波前编码(WFC)，通过在光瞳位置进行相位调制来记录编码图像，并利用数字图像处理技术对编码图像进行解码，实现扩大景深的效果；第三类是数字图像融合技术，对采集的具有不同焦平面的多幅图像进行小波分解，提取出各个对焦平面的高频信息，再根据融合规则对分解图像进行小波融合以达到扩大景深的效果。现存的扩大景深的方法存在的问题主要有：缩小系统数值孔径实现景深扩展将降低通过孔径的光通量；波前编码技术作为一种光学数字混合成像技术，其通过在传统非相干成像系统光瞳位置进行相位调制来记录编码图像，并利用数字图像处理技术对编码图像进行解码，以达到系统性能的提升。使用单一非对称相位掩膜板产生的点扩散函数(PSF)在理论焦面存在偏移，再利用数字图像处理技术进行解码时则解码图像中包含伪像；由于传统光学成像系统对不同物平面进行对焦存在图像放大率变化的问题，因此使用数字图像融合方法时需要对图像像素偏移进行补偿；使用远心光学系统可以解决对不同物平面对焦时图像放大率变化的问题，但远心光学系统体积大、重量大，难以广泛应用。
利用发明专利CN105573007A于2016年5月11日公开的液晶透镜成像装置可进行扩展景深光学成像，其技术方案能保证液晶透镜的孔径光阑为整个成像装置的孔径光阑，在使用液晶透镜改变焦距时，经过液晶透镜的第一孔径光阑中心的光线均不发生折射。因此，这些光线与所述光学透镜组的入射或出射角度不会发生变化，使光斑大小发生变化而中心坐标不变，从而解决了图像的放大率变化的问题。而该技术中的扩展景深光学成像方法仍需要人工调整多次电压，每次电压调整都需要待液晶透镜完成变焦后再人工进行图像采集，这就造成图像采集效率较低的问题。而扩展景深光学成像是将采集的一系列不同焦段的图像融合后进行成像，参与图像融合的图像数量越多，扩展景深图像精度越高；而现有的图像采集方法采集效率较低，也就难以采集到更多的图像，从而导致扩展景深图像的精度较低。同时，现有的图像采集方法是人工进行图像采集，也难以采集更多的图像。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法和采集装置以及一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法和成像装置，用以解决现有技术中存在的扩展景深技术中图像采集效率较低的问题。
本发明采用的技术方案是：
一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法，包括以下步骤：
S1、液晶透镜接收第一驱动电压；
S2、将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；
S3、响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；
S4、在所述液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
作为优选，所述步骤S4具体为：在所述液晶透镜连续变焦的过程中按图像采集频率f对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同。
作为优选，所述图像采集频率f≥15Hz。
一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法，包括以下步骤：
S1、液晶透镜接收第一驱动电压；
S2、将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；
S3、响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；
S4、在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；
S5、将采集的各幅图像融合为扩展景深图像；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
作为优选，所述步骤S4具体为：在所述液晶透镜连续变焦的过程中按图像采集频率f对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同。
作为优选，所述图像采集频率f≥15Hz。
作为优选，所述步骤S5中图像融合包括以下步骤：
S51、将采集的各幅图像进行N层的小波分解，获得其高频子图像和低频子图像；
S52、对获得的图像进行行与列的一维小波变换，采集图像小波分解系数；
S53、对各子图像上的不同频率的分量采用不同的融合算子进行融合处理；
S54、对融合处理后的图像进行行与列的一维小波逆变换，采集小波重构后的图像。
一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，所述处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，所述处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，所述处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，所述处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；将采集的各幅图像融合为扩展景深图像；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，所述处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，所述处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；所述将采集的各幅图像融合为扩展景深图像具体包括：将采集的各幅图像进行N层的小波分解，获得其高频子图像和低频子图像；对获得的图像进行行与列的一维小波变换，采集图像小波分解系数；对各子图像上的不同频率的分量采用不同的融合算子进行融合处理；对融合处理后的图像进行行与列的一维小波逆变换，采集小波重构后的图像；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
综上所述，本发明的有益效果如下：
1、本发明发现了液晶透镜具有在变焦过程中始终保持着透镜状态的特性，利用这一特性对图像进行动态采集，克服了液晶透镜无法动态连续变焦的技术偏见，本发明无须等待液晶透镜完成变焦后再采集图像，从而节约了采集时间，提高了效率；
2、本发明中通过提高图像采集的频率，便可采集到更多不同焦段的图像，该采集方式十分简单、高效。
附图说明
图1为实施例1中图像采集装置的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中A-A处的剖视图；
图4为实施例1中液晶透镜的结构示意图；
图5为实施例1中所采集的各图像的光焦度Power、像差RMS与时间的关系图。
附图标记如下：
1、第一ITO电极；2、紫外胶；3、Cr电极；4、间隔子；5、液晶层；6、第二ITO电极；7、第一基板；8、第二基板；9、第三基板；10、液晶透镜；11、玻璃透镜；12、图像传感器；13、第一对焦物；14、第二对焦物；15、第三对焦物；16、桌面；17、第四对焦物；18、第五对焦物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
实施例1：
本发明实施例1公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法，该图像采集方法采用如图1和图2所示的图像采集装置进行采集，图像采集装置从左至右依次包括液晶透镜、玻璃透镜和图像传感器，图像传感器的受光面朝向玻璃透镜设置，且液晶透镜的右侧面与玻璃透镜的左侧面相接触。该液晶透镜位于图像采集装置的光阑位置，玻璃透镜的焦距为8mm。
液晶透镜的结构如图4所示，其包括沿透镜通光方向(通光方向为垂直于液晶层的方向)依次设置的第三基板、第一ITO电极、紫外胶、Cr电极、第二基板、液晶层、第二ITO电极和第一基板。且第二基板与第二ITO电极之间设置有间隔子垫起液晶层所需的厚度。该液晶透镜中施加在Cr电极与第二ITO电极之间的电压为V1，施加在第一ITO电极与第二ITO电极之间的电压为V2。
使用该图像采集装置进行图像采集的场景如图1和图2所示，将第五对焦物、第四对焦物、第三对焦物、第二对焦物、第一对焦物、液晶透镜、玻璃透镜和图像传感器从左至右放置在桌面上，使第五对焦物、第四对焦物、第三对焦物、第二对焦物、第一对焦物的图像向右依次穿过液晶透镜和玻璃透镜被图像传感器采集。为保证图像传感器能采集到这五个对焦物的图像，五个对焦物的尺寸及摆放方式如图3所示，第一对焦物沿通光方向的投影尺寸小于第二对焦物沿通光方向投影的尺寸，第二对焦物沿通光方向的投影尺寸小于第三对焦物沿通光方向投影的尺寸，第三对焦物沿通光方向的投影尺寸小于第四对焦物沿通光方向投影的尺寸，第四对焦物沿通光方向的投影尺寸小于第五对焦物沿通光方向投影的尺寸。第五对焦物、第四对焦物、第三对焦物、第二对焦物和第一对焦物沿通光方向交错放置于桌面上。
图像采集装置的采集原理为：首先，在液晶透镜上不加电压使透镜工作在非透镜状态，初始对焦物距u0为30cm。分别测量液晶透镜在第一驱动电压(V11＝36Vrms，V21＝14Vrms，f1＝1000hz)、第二驱动电压(V12＝20Vrms，V22＝52Vrms，f2＝1000hz)工作时的工作状态。测得液晶透镜的驱动电压为在第一驱动电压时，液晶透镜所成的像位于图像传感器上，其光焦度Power1＝4.4m-1；测得液晶透镜的驱动电压为在第二驱动电压时，液晶透镜所成的像位于图像传感器上，其光焦度Power2＝-2.5m-1。即液晶透镜在第一驱动电压、第二驱动电压工作时为透镜状态，且液晶透镜在第一驱动电压或第二驱动电压下工作时液晶透镜分别呈光焦度不同的液晶状态。根据高斯公式：
Figure BDA0002068078580000091
Figure BDA0002068078580000092
其中，u0为初始对焦物距，v为像距，fglass为玻璃透镜的焦距，fLC为液晶透镜的焦距，光焦度power＝1/fLC，将上述两式相减可得：
Figure BDA0002068078580000093
将u0＝30cm，Power1＝4.4m-1带入上式，求得液晶透镜处于第一驱动电压时，对焦物距u1约为13cm；将u0＝30cm，Power2＝-2.5m-1带入上式，求得液晶透镜处于第二驱动电压时，对焦物距u2约为120cm。
将第一对焦物移动至对焦物距13cm处，移动第五对焦物至对焦物距120cm处，将第二对焦物移至对焦物距30cm处，移动第三对焦物至对焦物距45cm处，移动第四对焦物至对焦物距60cm处。
现有的图像采集方式为：使电压V1和V2逐级调节如表1所示，使液晶透镜特性从正透镜到负透镜变化(V1从36Vrms逐级变为20Vrms，V2由14Vrms逐级变为52Vrms，对焦物距从13cm变为120cm)，每次V1、V2的数值调节后，都等待液晶透镜完成变焦才控制图像传感器采集一次图像，共采集22次图像，所采集的各图像的光焦度Power及像差RMS如表1所示。由于液晶透镜位于图像采集装置的光阑位置，所以采集到的各幅图像的放大率相同。
V1(Vrms) V2(Vrms) Power(m<sup>-1</sup>) RMS(wave) V1(Vrms) V2(Vrms) Power(m<sup>-1</sup>) RMS(wave)
36.000 14.000 4.440 0.044 20.000 42.000 -1.577 0.030
36.000 15.000 4.373 0.046 20.000 43.000 -1.679 0.030
36.000 16.000 4.247 0.052 20.000 44.000 -1.806 0.038
36.000 17.000 4.145 0.052 20.000 45.000 -1.889 0.033
36.000 18.000 4.014 0.053 20.000 46.000 -1.995 0.036
36.000 19.000 3.874 0.053 20.000 47.000 -2.078 0.034
36.000 20.000 3.741 0.051 20.000 48.000 -2.183 0.036
36.000 21.000 3.593 0.051 20.000 49.000 -2.280 0.036
36.000 22.000 3.458 0.049 20.000 50.000 -2.371 0.035
36.000 23.000 3.303 0.049 20.000 51.000 -2.458 0.035
36.000 24.000 3.176 0.044 20.000 52.000 -2.553 0.039
表1
实施例1中图像采集方式为：将电压V1和V2进行调节，使液晶透镜特性从正透镜到负透镜变化(V1从36Vrms变为20Vrms，V2从14Vrms变为52Vrms，对焦物距从13cm变为120cm)；控制图像传感器从液晶透镜开始变焦至液晶透镜开始变焦的后4秒内采集60次图像(每隔1/15秒采集一次图像，即图像采集频率为15Hz)，所采集的各图像的光焦度Power及像差RMS如表2和图5所示。由于液晶透镜位于图像采集装置的光阑位置，所以采集到的各幅图像的放大率相同。
time(ms) Power(m<sup>-1</sup>) RMS(wave) time(ms) Power(m<sup>-1</sup>) RMS(wave)
66.667 4.357 0.066 2066.667 -0.998 0.056
133.333 4.355 0.066 2133.333 -1.077 0.057
200.000 4.356 0.066 2200.000 -1.212 0.058
266.667 4.356 0.066 2266.667 -1.273 0.058
333.333 4.354 0.066 2333.333 -1.374 0.059
400.000 4.357 0.066 2400.000 -1.418 0.059
466.667 4.358 0.067 2466.667 -1.463 0.059
533.333 4.282 0.066 2533.333 -1.539 0.060
600.000 3.749 0.055 2600.000 -1.573 0.060
666.667 3.512 0.050 2666.667 -1.635 0.060
733.333 3.085 0.046 2733.333 -1.658 0.061
800.000 2.887 0.043 2800.000 -1.684 0.061
866.667 2.671 0.041 2866.667 -1.724 0.061
933.333 2.277 0.047 2933.333 -1.742 0.061
1000.000 2.218 0.057 3000.000 -1.773 0.061
1066.667 2.021 0.074 3066.667 -1.786 0.062
1133.333 1.879 0.080 3133.333 -1.809 0.061
1200.000 1.731 0.083 3200.000 -1.822 0.062
1266.667 1.404 0.091 3266.667 -1.828 0.061
1333.333 1.223 0.092 3333.333 -1.843 0.061
1400.000 0.862 0.082 3400.000 -1.851 0.061
1466.667 0.704 0.080 3466.667 -1.860 0.061
1533.333 0.391 0.079 3533.333 -1.865 0.061
1600.000 0.232 0.076 3600.000 -1.868 0.062
1666.667 0.066 0.071 3666.667 -1.872 0.061
1733.333 -0.213 0.064 3733.333 -1.879 0.061
1800.000 -0.333 0.061 3800.000 -1.885 0.061
1866.667 -0.568 0.058 3866.667 -1.881 0.061
1933.333 -0.684 0.056 3933.333 -1.884 0.061
2000.000 -0.800 0.056 4000.000 -1.890 0.061
表2
从表2和图5可以看出，液晶透镜在变焦过程中(从正透镜到负透镜变化过程中)，液晶透镜始终保持着透镜状态且像差RMS都小于0.1(该特性即为液晶透镜动态变焦特性)，所采集到的图像质量好，其克服了液晶透镜无法动态连续变焦的技术偏见。本实施例在液晶透镜变焦的过程中对图像进行采集，其无须等待液晶透镜完成变焦后再采集图像，相较于现有的采集方法大大节约采集时间，从而提高了图像采集效率。而图像传感器按图像采集频率采集图像，能够更加方便、快捷的采集到更多的图像。
同时，从表2和图5可以看出，在液晶透镜驱动电压连续变换的过程中，焦距是连续变化的，也就是说在液晶透镜驱动电压连续变换的过程中，液晶分子偏转的角度是连续变化的，即在液晶透镜驱动电压连续变换的过程中，液晶分子偏转的角度与驱动电压的改变值是否小于阈值无关(液晶透镜驱动电压连续变换的过程也并不存在使液晶分子偏转角度不变的阈值)。
由于本实施例图像采集过程处于液晶透镜的连续变焦过程中，在该过程中，只需通过提高图像传感器的采集频率，便可采集到更多不同焦段的图像，这样的采集方式十分简单，高效。
实施例2：
本发明实施例2公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法，该成像方法包括两步，第一步为图像采集，第二步为图像融合。
实施例2的第一步图像采集的方式与实施例1中的采集方法相同，其调节电压V1和V2使液晶透镜特性从正透镜到负透镜变化，并从液晶透镜开始变焦至液晶透镜开始变焦的后4秒内控制图像传感器每隔1/15秒采集一次图像，共采集60次图像。
实施例2的第二步图像融合的的方式为：将图像传感器采集的所有图像进行N层的小波分解，获得其高频子图像和低频子图像，对所获得的图像进行行与列的一维小波变换，采集图像小波分解系数。然后对各子图像上的不同频率的分量采用不同的融合算子进行融合处理，得到融合后的图像后对该图像进行行与列的一维小波逆变换，采集小波重构后的图像，该图像即为融合的13cm—120cm的扩展景深图像。
本实施例的有益效果为：由于本实施例图像采集过程处于液晶透镜的连续变焦过程中，在该过程中，只需通过提高图像传感器的采集频率，便可采集到更多不同焦段的图像，如此将更多不同焦段的图像进行图像融合后得到的扩展景深图像精度更高。实施例2也证明了实施例1中的图像采集方法解决了扩展景深图像采集过程中图像采集效率低的问题。
实施例3：
本发明实施例3公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的立体成像方法，该方法将实施例1中图像采集方法与现有发明专利(公开号CN106454318A)公开的立体成像方法相结合，实施例3中立体成像方法包括四步，第一步为图像采集，第二步为采集所要拍摄场景的场景深度分布图，第三步为依据所述场景深度分布图，采集所述场景的视差偏移量；第四步为依据所述场景深度分布图，控制所述可变焦透镜单元对所述场景的感兴趣区域进行对焦，经图像处理后生成立体图像的第一图像。实施例3的第一步图像采集的方式与实施例1中的采集方法相同。
实施例4：
本发明实施例4公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，该液晶透镜位于光阑位置处，处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像。
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
实施例4中图像采集装置在液晶透镜变焦的过程中对图像进行采集，无须等待液晶透镜完成变焦后再采集图像，相较于现有的采集方法大大节约采集时间，从而提高了图像采集效率。
实施例5：
本发明实施例5公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，该液晶透镜位于光阑位置处，处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在所述液晶透镜连续变焦的过程中按图像采集频率f对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同。
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。图像传感器按图像采集频率采集图像，能够更加方便、快捷的采集到更多的图像。
实施例5中图像采集频率f≥15Hz。
实施例5中图像采集装置在采集过程中液晶透镜置于整个成像系统光阑位置的，保证采集的各幅图像的放大率相同。
实施例6：
本发明实施例6公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，该液晶透镜位于光阑位置处，处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同(采集过程中液晶透镜置于整个成像系统光阑位置的，保证采集的各幅图像的放大率相同)；将采集的各幅图像融合为扩展景深图像。
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
实施例6中扩展景深图像成像装置的图像采集过程处于液晶透镜的连续变焦过程中，在该过程中，只需通过提高图像传感器的采集频率，便可采集到更多不同焦段的图像，如此将更多不同焦段的图像进行图像融合后得到的扩展景深图像精度更高。
实施例7：
本发明实施例7公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，该液晶透镜位于光阑位置处，处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中按图像采集频率f对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同(采集过程中液晶透镜置于整个成像系统光阑位置的，保证采集的各幅图像的放大率相同)；将采集的各幅图像融合为扩展景深图像。
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
实施例7中图像采集频率f≥15Hz。
实施例8：
本发明实施例8公开了一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，该液晶透镜位于光阑位置处，处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同(采集过程中液晶透镜置于整个成像系统光阑位置的，保证采集的各幅图像的放大率相同)；将采集的各幅图像进行N层的小波分解，获得其高频子图像和低频子图像；对获得的图像进行行与列的一维小波变换，采集图像小波分解系数；对各子图像上的不同频率的分量采用不同的融合算子进行融合处理；对融合处理后的图像进行行与列的一维小波逆变换，采集小波重构后的图像。
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
以上对本发明所提供的基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法和采集装置以及一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法和成像装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、液晶透镜接收第一驱动电压；
S2、将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；
S3、响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；
S4、在所述液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
2.根据权利要求1所述的基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在所述液晶透镜连续变焦的过程中按图像采集频率f对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同。
3.根据权利要求2所述的基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集方法，其特征在于，所述图像采集频率f≥15Hz。
4.一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、液晶透镜接收第一驱动电压；
S2、将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；
S3、响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；
S4、在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；
S5、将采集的各幅图像融合为扩展景深图像；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
5.根据权利要求4所述的基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在所述液晶透镜连续变焦的过程中按图像采集频率f对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同。
6.根据权利要求5所述的基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法，其特征在于，所述图像采集频率f≥15Hz。
7.根据权利要求4-6任一项所述的基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像方法，其特征在于，所述步骤S5中图像融合包括以下步骤：
S51、将采集的各幅图像进行N层的小波分解，获得其高频子图像和低频子图像；
S52、对获得的图像进行行与列的一维小波变换，采集图像小波分解系数；
S53、对各子图像上的不同频率的分量采用不同的融合算子进行融合处理；
S54、对融合处理后的图像进行行与列的一维小波逆变换，采集小波重构后的图像。
8.一种基于液晶透镜动态变焦特性的图像采集装置，其特征在于，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，所述处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，所述处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
9.一种基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，其特征在于，包括：液晶透镜、图像传感器、处理单元及存储器，所述处理单元分别连接存储器、图像传感器和液晶透镜，所述处理单元调用存储器存储的程序指令实现以下功能：
使液晶透镜接收第一驱动电压；将所述液晶透镜接收的所述第一驱动电压切换为第二驱动电压；响应于所述第一驱动电压至第二驱动电压的切换，液晶透镜连续变焦；在液晶透镜连续变焦的过程中对同一场景采集至少两幅图像，且各幅图像的放大率相同；将采集的各幅图像融合为扩展景深图像；
其中，液晶透镜在第一驱动电压和第二驱动电压时，液晶透镜分别呈透镜状态。
10.根据权利要求9所述的基于液晶透镜动态变焦特性的扩展景深图像成像装置，其特征在于，所述将采集的各幅图像融合为扩展景深图像具体包括：将采集的各幅图像进行N层的小波分解，获得其高频子图像和低频子图像；对获得的图像进行行与列的一维小波变换，采集图像小波分解系数；对各子图像上的不同频率的分量采用不同的融合算子进行融合处理；对融合处理后的图像进行行与列的一维小波逆变换，采集小波重构后的图像。
CN201910427953.9A 2019-05-22 2019-05-22 图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置 Active CN111988494B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910427953.9A CN111988494B (zh) 2019-05-22 2019-05-22 图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910427953.9A CN111988494B (zh) 2019-05-22 2019-05-22 图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111988494A true CN111988494A (zh) 2020-11-24
CN111988494B CN111988494B (zh) 2022-03-08

Family

ID=73437351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910427953.9A Active CN111988494B (zh) 2019-05-22 2019-05-22 图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111988494B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112834834A (zh) * 2021-03-15 2021-05-25 电子科技大学 一种基于液晶光学特性的静电测量装置及方法
CN113514974A (zh) * 2021-04-19 2021-10-19 南昌虚拟现实研究院股份有限公司 液晶透镜变焦处理方法及系统
CN115037850A (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 电子科技大学 基于液晶透镜的图像采集方法、装置、设备及存储介质
CN116128782A (zh) * 2023-04-19 2023-05-16 苏州苏映视图像软件科技有限公司 一种图像生成方法、装置、设备以及存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008070721A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Casio Comput Co Ltd 撮像装置及びそのプログラム
CN102736352A (zh) * 2012-07-04 2012-10-17 信利半导体有限公司 电子产品及其液晶变焦透镜
CN102902128A (zh) * 2012-11-05 2013-01-30 信利半导体有限公司 一种液晶变焦透镜
US20140016080A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 Liqxtal Technology Inc. Liquid crystal lens structure and electrical controlling liquid crystal glasses structure thereof
CN106331683A (zh) * 2016-08-25 2017-01-11 锐马（福建）电气制造有限公司 一种物体三维重建方法及其系统
CN108037550A (zh) * 2017-11-24 2018-05-15 西安交通大学 一种低电压驱动的反转变焦微透镜
CN109167909A (zh) * 2018-11-26 2019-01-08 Oppo广东移动通信有限公司 成像模组及电子装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008070721A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Casio Comput Co Ltd 撮像装置及びそのプログラム
CN102736352A (zh) * 2012-07-04 2012-10-17 信利半导体有限公司 电子产品及其液晶变焦透镜
US20140016080A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 Liqxtal Technology Inc. Liquid crystal lens structure and electrical controlling liquid crystal glasses structure thereof
CN102902128A (zh) * 2012-11-05 2013-01-30 信利半导体有限公司 一种液晶变焦透镜
CN106331683A (zh) * 2016-08-25 2017-01-11 锐马（福建）电气制造有限公司 一种物体三维重建方法及其系统
CN108037550A (zh) * 2017-11-24 2018-05-15 西安交通大学 一种低电压驱动的反转变焦微透镜
CN109167909A (zh) * 2018-11-26 2019-01-08 Oppo广东移动通信有限公司 成像模组及电子装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶明: "区域清晰度的小波变换图像融合算法研究", 《电子测量与仪器学报》 *
桂坤: "连续变焦的聚合物分散液晶电控透镜", 《光子学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115037850A (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 电子科技大学 基于液晶透镜的图像采集方法、装置、设备及存储介质
CN115037850B (zh) * 2021-03-05 2023-10-20 电子科技大学 基于液晶透镜的图像采集方法、装置、设备及存储介质
CN112834834A (zh) * 2021-03-15 2021-05-25 电子科技大学 一种基于液晶光学特性的静电测量装置及方法
CN113514974A (zh) * 2021-04-19 2021-10-19 南昌虚拟现实研究院股份有限公司 液晶透镜变焦处理方法及系统
CN116128782A (zh) * 2023-04-19 2023-05-16 苏州苏映视图像软件科技有限公司 一种图像生成方法、装置、设备以及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN111988494B (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111988494B (zh) 图像采集方法、装置和扩展景深图像成像方法、装置
CN107153263B (zh) 一种高分辨率大靶面机器视觉镜头
US20100085468A1 (en) Apparatus and method of capturing image
CN102053339B (zh) 自动聚焦方法
CN111983828B (zh) 聚焦深度测量方法和测量装置
CN102455509B (zh) 具有电可变的扩展景深的光学器件
Liu et al. Continuous optical zoom microscope with extended depth of field and 3D reconstruction
JP5677366B2 (ja) 撮像装置
CN103529543A (zh) 一种显微镜自动调焦方法
CN103499879A (zh) 一种超景深显微图像获取方法
CN111145134A (zh) 基于块效应的微透镜光场相机全聚焦图像生成算法
CN105137577B (zh) 变焦成像镜头、成像模组和虹膜识别装置
Zhang et al. Electrically high-resistance liquid crystal micro-lens arrays with high performances for integral imaging 3D display
CN112686829B (zh) 基于角度信息的4d光场全聚焦图像获取方法
US20170061603A1 (en) Method of enabling spatially varying auto focusing of objects and an image capturing system thereof
US8134636B2 (en) Autofocusing optical system using tunable lens system
US20200154042A1 (en) Light field imaging system
CN111538153B (zh) 一种高清摄像装置和变形增倍镜
Chen et al. Electrically addressed focal stack plenoptic camera based on a liquid-crystal microlens array for all-in-focus imaging
CN117572549A (zh) 用于获得超微距图像的系统和方法
CN111308741B (zh) 基于液晶透镜的小凹成像装置及成像方法
CN111158141A (zh) 一种超探测器分辨率的中波红外成像镜头系统
CN114303360B (zh) Tof相机
CN113610055B (zh) 一种基于梯度信息的全光视频序列帧内预测方法
CN113721352B (zh) 一种微距变形宽荧幕镜头及具有其的数码相机、摄像机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant