[发明专利]利用方孔型液晶透镜提高成像分辨率的方法及系统和透镜

说明书

本发明提供一种利用方孔型液晶透镜提高成像分辨率的方法及系统和透镜，系统包括相机、玻璃主透镜、方孔型液晶透镜、偏振片、目标物体；方法包括：(1)利用方孔型液晶透镜的光轴移动获取图像序列；(2)基于图像序列利用图像重建算法获得高分辨率图像。相较于现有技术，本发明在无机械移动的基础上实现了对物体的超分辨率采样，降低了系统的复杂程度，提升了可靠性，节约了成本。本发明省略了图像配准这一步骤，在保证图像重建效果的同时，提升了图像计算的效率。本发明所使用的方孔型液晶透镜相比于以前的圆孔型光轴可移动透镜更加稳定，在光轴移动后透镜特性变化更小，故而获取的图像序列更为清晰，后续分辨率提升效果更佳。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，涉及一种利用方孔型液晶透镜提高成像分辨率的方法及系统和透镜。

背景技术

液晶具有各向异性的特点。液晶透镜是利用电极对液晶施加非均匀电场，使液晶分子发生偏转，形成规律的排列状态，进而产生与玻璃透镜相同的光学调制效果的液晶光学器件。目前主要是通过改变电场的分布状态，来调整液晶透镜的光学特性。在此基础上，液晶透镜可以实现焦距和光轴的连续变化。方孔型液晶透镜的结构从上到下依次是上层玻璃基板、上层基板电极及高阻抗膜、第一取向层、液晶层、第二取向层、下层电极基板及高阻抗膜、下层玻璃基板同一层电极由两块平行的矩形电极组成，上下层的电极互相垂直。该型液晶透镜通过调节电极上的电压和相位可以在保持透镜焦距不变的情况下，实现光轴的连续移动。

目前的高分辨率成像主要有两种方法。一种是利用高精度加工的玻璃透镜设计搭建光路，尽量减小该光学系统成像时的弥散斑直径，从而提升透镜组的分辨率。同时搭配高分辨率的光学传感器，实现高分辨率图像的获取。这种方法存在加工成本高，设备体积过大的缺点。另一种方法是使用图像处理技术，将低分辨率图像提升为高分辨率图像。对于单张图像，该方法存在图像细节失真的概率；对于图像序列，使用该方法要求图像序列存在位移，且需要对该组图像进行配准。为解决上述问题，相关研究人员使用机械装置移动传感器或镜头，获取具有已知位移的图像序列，这也带来了装置的复杂化，降低了整体系统的可靠性。

本文中的高分辨率图像是指比相机直接拍摄得到的原始图像的分辨率更高。

发明内容

本发明是针对传统高分辨率成像依赖高性能器件和机械移动部件的不足，提供了一种利用方孔型液晶透镜提高成像分辨率的方案。其利用液晶透镜可电控移动光轴的特点，获取有亚像素级位移(即位移小于1个像素)的图像序列，合成高分辨率图像。降低了高分辨率成像系统的器件成本，简化了机械结构，提高了图像处理效率。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种利用方孔型液晶透镜提高成像分辨率的系统，沿光路方向从左到右依次为相机8、玻璃主透镜9、方孔型液晶透镜10、偏振片11、目标物体12；各光学器件的光轴重合，相机8与玻璃主透镜9通过镜头接口连接，玻璃主透镜9紧贴方孔型液晶透镜10，使得玻璃主透镜9与方孔型液晶透镜10两透镜的间距为0；相机8、玻璃主透镜9、方孔型液晶透镜10、偏振片11构成光学系统；相机8的传感器分辨率小于等于玻璃主透镜9的分辨率；

所述方孔型液晶透镜10从上到下依次为上层玻璃基板1、上层电极高阻抗膜复合基板层2、上聚合物取向层3、液晶层4、下聚合物取向层5、下层电极高阻抗膜复合基板层6、下层玻璃基板7；

上层电极高阻抗膜复合基板层2和下层电极高阻抗膜复合基板层6是相互平行大小相同的矩形且二者交错排列成十字形；

上层电极高阻抗膜复合基板层2包括左右两侧的第一电极E1和第二电极E2、及中间纵向延伸的上层高阻抗膜21；

下层电极高阻抗膜复合基板层6包括上下两侧的第三电极E3和第四电极E4、及中间横向延伸的下层高阻抗膜61；

上层高阻抗膜21和下层高阻抗膜61相互垂直，上层高阻抗膜21和下层高阻抗膜61的重叠区域是正方形，所述正方型为透镜的有效工作区域；有效工作区域外做遮光处理；