[發明專利]基于液晶D型光學元件的高清光場成像方法

有效

• 申請號: 202110689820.6
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113538300B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 李暉;何燕成;陳偉靈;余毅;錢文彤;楊飛凡
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G06T5/40
• 分類號: G06T5/40;G06T5/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;黃帥

本發明提供了一種基于液晶D型光學元件的高清光場成像方法，包括步驟：在基于微透鏡陣列的光場成像系統中，將液晶D型光學元件置于主透鏡與微透鏡陣列之間；在液晶D型光學元件施加電壓時，獲取目標場景的清晰光場圖像；在未加電壓時，獲取成像探測器的模糊光場圖像；計算大氣光A；確定未加電壓時液晶D型光學元件的透射率，復原目標場景的原始光場圖像；基于清晰光場圖像和原始光場圖像，合成高清光場圖像。本發明在主透鏡與微透鏡陣列之間加入液晶D型光學元件，根據液晶分子指向矢與電壓之間的關系，可以獲取在不同電壓下的光場圖像，經過各電壓下光場圖像數據特征值的提取結合高清光場成像復合算法，實現高清光場的獲取。

技術領域

本發明屬于光場成像領域，具體涉及一種基于液晶D型光學元件的高清光場成像方法。

背景技術

研究光場成像系統，從捕獲的光線信息中獲取更多維信息，對于提升基于光場成像系統的圖像信息研究有一定的意義。光場定義為空間中某點沿著一定方向的光輻射量，將光場理論與計算機視覺相結合，形成了全光場理論(plenoptic?theory)，全光場理論用七維函數來表示空間中的光線，稱之為全光函數(Plenoptic?function)。由于全光函數所含有的數據過于龐大難以收集，故全光函數簡化至四維，并將光場參數化表示，提出了計算成像公式。

光場成像系統的限制主要是數據量和分辨率，但是優勢是能記錄更多信息，實際上，傳統相機已經達到許多傳統應用分辨率的極限，能記錄四維光線信息的成像系統必然是流行趨勢。常用的光場相機結構采用在成像探測器和主透鏡之間加入微透鏡陣列。

液晶是一種介于液態與結晶態的一種物質狀態，具有液體的流動性的同時，還具有晶體的各向異性，在外加電場或磁場的作用下，液晶分子的指向會隨所在電場或磁場發生擺動。它也一種雙折射率材料，將液晶材料密封到特定的電場中，不同位置液晶分子的擺動角度的不同會造成折射率的不同，由于不同的電壓會形成不同的電場，進而影響到折射率的分布。利用這種性質可以設計出一種新的液晶D型光學元件，并將其運用在光場成像中。

基于微透鏡陣列的光場成像方法存在低空間帶寬積等問題，在農業、醫療等行業應用有待改進。而采用液晶D型光學元件獲取高清光場是解決此問題的有效方法。該方法利用液晶的電控雙折射效應，通過控制電壓的狀態來獲取不同的光場圖像，通過算法進行光場圖像的復合，實現高清光場的獲取。

為了解決光場成像空間帶寬積低的問題，各國科研工作者采取了不同的方法，例如采用超分辨算法、深度學習等各種提升算法對光場圖像進行提升；同時還有在光場獲取的硬件上進行改進，例如采用相機陣列進行圖像采集。這些方法雖然可以進行分辨率的提升，但是無論是從軟件方面還是硬件方面都會消耗大量的資源。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于液晶D型光學元件的高清光場成像方法，實現高清光場的獲取。

本發明所采用的技術方案為：一種基于液晶D型光學元件的高清光場成像方法，包括以下步驟：

在基于微透鏡陣列的光場成像系統中，將液晶D型光學元件置于主透鏡與微透鏡陣列之間；

在液晶D型光學元件施加電壓的情況下,獲取目標場景的清晰光場圖像；

在液晶D型光學元件未加電壓的情況下,獲取成像探測器的模糊光場圖像；計算模糊光場圖像各個通道的像素均值，取最大的像素均值作為大氣光A；

確定未加電壓時液晶D型光學元件的透射率，并結合模糊光場圖像以及大氣光A，復原目標場景的原始光場圖像；

基于清晰光場圖像和原始光場圖像，合成高清光場圖像。

優選地，液晶D型光學元件包括聚酰亞胺定向層、向列相液晶和氧化銦錫層；其中，聚酰亞胺定向層負責進行液晶分子的取向，氧化銦錫層用于輸入外部電壓，進而利用液晶的散射效應，通過輸入不同的外部電壓使得液晶分子發生不同角度的反轉，形成許多不同的折射率。