[发明专利]偏振成像装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及偏振成像技术领域，尤其是指一种偏振成像装置和方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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°。

本发明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；