[发明专利]基于液晶D型光学元件的高清光场成像方法

说明书

本发明提供了一种基于液晶D型光学元件的高清光场成像方法，包括步骤：在基于微透镜阵列的光场成像系统中，将液晶D型光学元件置于主透镜与微透镜阵列之间；在液晶D型光学元件施加电压时，获取目标场景的清晰光场图像；在未加电压时，获取成像探测器的模糊光场图像；计算大气光A；确定未加电压时液晶D型光学元件的透射率，复原目标场景的原始光场图像；基于清晰光场图像和原始光场图像，合成高清光场图像。本发明在主透镜与微透镜阵列之间加入液晶D型光学元件，根据液晶分子指向矢与电压之间的关系，可以获取在不同电压下的光场图像，经过各电压下光场图像数据特征值的提取结合高清光场成像复合算法，实现高清光场的获取。

技术领域

本发明属于光场成像领域，具体涉及一种基于液晶D型光学元件的高清光场成像方法。

背景技术

研究光场成像系统，从捕获的光线信息中获取更多维信息，对于提升基于光场成像系统的图像信息研究有一定的意义。光场定义为空间中某点沿着一定方向的光辐射量，将光场理论与计算机视觉相结合，形成了全光场理论(plenoptic theory)，全光场理论用七维函数来表示空间中的光线，称之为全光函数(Plenoptic function)。由于全光函数所含有的数据过于庞大难以收集，故全光函数简化至四维，并将光场参数化表示，提出了计算成像公式。

光场成像系统的限制主要是数据量和分辨率，但是优势是能记录更多信息，实际上，传统相机已经达到许多传统应用分辨率的极限，能记录四维光线信息的成像系统必然是流行趋势。常用的光场相机结构采用在成像探测器和主透镜之间加入微透镜阵列。

液晶是一种介于液态与结晶态的一种物质状态，具有液体的流动性的同时，还具有晶体的各向异性，在外加电场或磁场的作用下，液晶分子的指向会随所在电场或磁场发生摆动。它也一种双折射率材料，将液晶材料密封到特定的电场中，不同位置液晶分子的摆动角度的不同会造成折射率的不同，由于不同的电压会形成不同的电场，进而影响到折射率的分布。利用这种性质可以设计出一种新的液晶D型光学元件，并将其运用在光场成像中。

基于微透镜阵列的光场成像方法存在低空间带宽积等问题，在农业、医疗等行业应用有待改进。而采用液晶D型光学元件获取高清光场是解决此问题的有效方法。该方法利用液晶的电控双折射效应，通过控制电压的状态来获取不同的光场图像，通过算法进行光场图像的复合，实现高清光场的获取。

为了解决光场成像空间带宽积低的问题，各国科研工作者采取了不同的方法，例如采用超分辨算法、深度学习等各种提升算法对光场图像进行提升；同时还有在光场获取的硬件上进行改进，例如采用相机阵列进行图像采集。这些方法虽然可以进行分辨率的提升，但是无论是从软件方面还是硬件方面都会消耗大量的资源。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于液晶D型光学元件的高清光场成像方法，实现高清光场的获取。

本发明所采用的技术方案为：一种基于液晶D型光学元件的高清光场成像方法，包括以下步骤：

在基于微透镜阵列的光场成像系统中，将液晶D型光学元件置于主透镜与微透镜阵列之间；

在液晶D型光学元件施加电压的情况下,获取目标场景的清晰光场图像；

在液晶D型光学元件未加电压的情况下,获取成像探测器的模糊光场图像；计算模糊光场图像各个通道的像素均值，取最大的像素均值作为大气光A；

确定未加电压时液晶D型光学元件的透射率，并结合模糊光场图像以及大气光A，复原目标场景的原始光场图像；

基于清晰光场图像和原始光场图像，合成高清光场图像。

优选地，液晶D型光学元件包括聚酰亚胺定向层、向列相液晶和氧化铟锡层；其中，聚酰亚胺定向层负责进行液晶分子的取向，氧化铟锡层用于输入外部电压，进而利用液晶的散射效应，通过输入不同的外部电压使得液晶分子发生不同角度的反转，形成许多不同的折射率。