[发明专利]基于液晶透镜的小凹成像装置及成像方法

说明书

本发明实施例公开基于液晶透镜的小凹成像装置及成像方法。该小凹成像装置包括：大视场角透镜组件、图像传感器和图像处理器，以及位于所述大视场角透镜组件与所述图像传感器之间的液晶透镜组件，所述液晶透镜组件的孔径小于所述大视场角透镜组件的孔径，所述大视场角透镜组件对视场范围的场景成像，所述液晶透镜组件对所述场景中指定的局部场景对焦，形成对焦图像。本发明解决了大视场同时高分辨的成像需求，具有大视场，感兴趣区域高清，以及结构简单的优点。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种基于液晶透镜的小凹成像装置及成像方法。

背景技术

目前，在如目标追踪定位、扫描识别技术领域中，大视场、高分辨率的快速轻巧成像系统日益受到重视。在传统的成像系统中，视场角越大，边缘视场的成像质量就越差。如图1所示，为了整体像质的平衡，通常会选择整体像质最佳的位置作为像面，而不是针对单一视场选择最佳像面。由图1可发现：在传统的成像系统中，为了实现大视场，往往会牺牲某些区域的分辨率。而在传统的光学成像系统中，为了获得大视场与高分辨率，通常采用减小入瞳直径和增加光学元件的方法。然而，减小了入瞳直径会降低像平面的光照度；增加光学元件会增加系统的体积和重量。这些都限制了对技术的进一步应用。

小凹成像光学系统是未来解决大视场、高分辨率、轻小型成像应用需求的最有潜力的方案之一。小凹成像模拟人眼成像系统的特性，即可以对大视场进行全局成像，又可以对感兴趣区域实现高分辨率的局部成像，兼顾了大视场与高分辨的特性。

在目前的摄像领域中，光学镜头的分辨率已经高达几千万像素，但实时的视频传输中，往往仅能传输数百万像素，甚至更低，这主要是受到数据量传输的限制。即使由千万级摄像头作为视频录制设备，在实时传输中，高像素视频流往往被全部高压缩比压缩，导致实际像素往往低很多。

而液晶透镜是一种可通过控制驱动液晶的电压调节焦距的器件，具有质量小、功耗低、体积小、可实时控制等优点。将液晶透镜与大视场的透镜组组合使用，参考小凹成像的概念，即大视场的透镜进行全局成像，液晶透镜对于感兴趣的区域进行高分辨成像，从而实现大视场、高分辨、快速轻巧的成像系统。相比于空间光调制器，液晶透镜无需考虑入射波长，同时拥有更强的调节能力，可以校正离焦带来的像差。

目前图像领域对于液晶透镜的小凹成像方面的研究非常稀少，而利用液晶透镜实现小凹成像也面临着许多技术问题。因此，有必要提出一种基于液晶透镜的小凹成像装置及成像方法，以实现小凹成像。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于液晶透镜的小凹成像装置及成像方法，以实现低功耗、高成像质量的小凹成像。

第一方面，本发明提供一种基于液晶透镜的小凹成像装置，包括：大视场角透镜组件、图像传感器和图像处理器，以及位于所述大视场角透镜组件与所述图像传感器之间的液晶透镜组件，所述液晶透镜组件的孔径小于所述大视场角透镜组件的孔径，所述大视场角透镜组件对视场范围的场景成像，所述液晶透镜组件对所述场景中指定的局部场景对焦，形成对焦图像。

进一步的，所述液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离d为：

d≤D*m；

其中，D为液晶透镜组件的孔径，m为大视场角透镜组件光圈值。

进一步的，所述液晶透镜组件包括液晶透镜单元和驱动控制单元，对焦时，所述驱动控制单元控制所述液晶透镜单元以第一光焦度形式工作，所述图像处理器判断图像质量是否提高，若图像质量提高，则完成对所述局部场景的对焦；若图像质量未提高，所述驱动控制单元控制所述液晶透镜单元以第二光焦度形式工作，直至图像质量提高完成对所述局部场景的对焦。

可选的，所述液晶透镜单元为非阵列液晶透镜，所述非阵列液晶透镜可沿光轴或者垂直光轴方向根据所述局部场景成像区域移动。

可选的，所述液晶透镜单元为包括多个子透镜的液晶透镜阵列；