CN110969581B - 无偏振片的液晶光学元件成像方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了无偏振片的液晶光学元件成像方法、装置、设备及介质。该方法包括：获取通过液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄该场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；计算原始灰度图像的局部标准方差值，获得标准方差图像；从标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；选取一幅参考灰度图像，对纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像；依据纹理增强图像与背景图像生成目标图像。本发明在无偏振片的前提下，利用液晶光学元件在对焦状态拍摄的图像和非对焦状态的拍摄的图像，通过对计算标准方差值后区分出的纹理图像进行增强纹理处理，不仅提升了成像速度，而且使得得到的目标图像更清晰。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学成像方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
近年来，液晶透镜在电控为代表的焦点可变透镜技术受到广泛关注。在电场作用下，液晶分子发生偏转，引起异常光折射率的改变。因此可以通过改变电压来对异常光进行聚焦和散焦。然而寻常光的折射率不会随着液晶分子的偏转而发生改变。因此，在液晶透镜成像系统，需要偏振片来移除不能被调制的寻常光。但是，偏振片会大大减少入射到图像传感器的光量，导致成像质量受到影响。
目前，已经推出避免使用偏振片的几种解决方案，一种是利用蓝相液晶来制作液晶透镜，但由于蓝相液晶小的双折射性、窄的工作温度范围和高驱动电压，现在还未达到产业实用水平。另外一种方法使用多层液晶来代替单层结构，但这种方法会增加成本和液晶透镜的厚度，在应用中受到很大的限制。最后一种方法利用非透镜状态和透镜状态分别获取图像，通过图像处理提高清晰度，但这种方法引入过多的噪声使得图像质量变差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无偏振片的液晶光学元件成像方法、装置、设备及介质，用以解决现有技术中无偏振片成像时噪声较多导致成像质量变差的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种无偏振片的液晶光学元件成像方法，其中，所述方法包括：
获取一通过所述液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄所述场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；
计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像；
从所述标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；
选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像；
依据所述纹理增强图像与所述背景图像生成目标图像。
优选地，所述方法在所述计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像之前，还包括：
对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展。
优选地，所述对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展，包括：
定义局部标准方差所选择的图像子区域大小，设定子区域大小为(P，Q)，原始灰度图像矩阵大小为(M，N)，则原始灰度图像边界镜像扩展后为(M+P-1，N+Q-1)，其中，M、N、P、Q为正整数。
优选地，所述P和Q的取值范围为：7≤P≤11，7≤Q≤11，且P和Q取奇数。
优选地，P＝11，Q＝11。
优选地，所述选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像，包括：
设定纹理图像的阈值I1，原始灰度图像的值为If，参考灰度图像的值为Ir，则获得的纹理增强图像分为两种情况：在大于所述阈值I1时，通过以下公式得到所述纹理增强图像：(If(i，j)-a*Ir(i，j))/(1-a)；在小于等于所述阈值I1时，则取所述If的值，其中i和j取大于等于1的自然数，所述a的取值依据所述参考灰度图像的模糊程度确定，所述a的取值范围为0.1≤a≤0.9。
优选地，当所述a大于等于预定取值时，则对所述纹理增强图像进行双边滤波处理。
第二方面，本发明实施例提供一种无偏振片的液晶光学元件成像装置，其中，所述装置包括：
图像获取模块，用于获取一通过所述液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄所述场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；
计算模块，用于计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像；
分离模块，用于从所述标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；
纹理图像增强处理模块，用于选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像；
目标图像生成模块，用于依据所述纹理增强图像与所述背景图像生成目标图像。
第三方面，本发明实施例提供一种无偏振片的液晶光学元件成像设备，其中，所述设备包括：液晶光学元件、至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如前面任一项所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如前面任一项所述的方法。
本发明实施例的无偏振片的液晶光学元件成像方法、装置、设备及介质，在摄像头无偏振片的前提下，利用液晶光学元件在对焦状态拍摄的图像和非对焦状态拍摄的图像，通过对计算标准方差值后区分出的纹理图像进行增强纹理处理，不仅提升了成像速度，而且使得得到的目标图像更清晰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例的无偏振片的液晶光学元件成像方法的流程示意图。
图2示出了图1的液晶光学元件成像方法在对焦状态下的参考灰度图像。
图3示出了图1的对焦状态下的灰度图像镜像扩展后的灰度图像。
图4示出了图1的液晶光学元件成像方法中标准方差图像。
图5示出了选取的一幅非对焦状态下的参考灰度图像。
图6示出了经过纹理增强处理后的局部细节图像。
图7示出了纹理增强图像经滤波处理后的局部细节图像。
图8示出了对焦状态下的MTF测量结构图。
图9示出了纹理增强图像的MTF测量结构图。
图10示出了纹理增强图像经滤波处理后的MTF测量结构图。
图11示出了本发明实施例的无偏振片的液晶光学元件成像装置的结构示意图。
图12示出了本发明实施例的无偏振片的液晶光学元件成像设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句″包括......″限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1至图10，本发明实施例提供一种无偏振片的液晶光学元件成像方法，其中，所述方法包括：
S1、获取一通过所述液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄所述场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；这里的液晶光学元件为液晶透镜或复眼液晶透镜。这里的原始灰度图像和至少一幅参考灰度图像可以是使用液晶透镜获得自然光下获得ISO1233标准测试卡的序列图像中的部分或者全部。在成像时，获取序列图像之前，先在对焦状态下，指定物距下获得比较清晰的图像。若获取到的图像不是灰度图像(如RGB图像等)，则将其转换为灰度图像。
S2、计算所述原始灰度图像的局部标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的局部标准方差图像；以局部标准方差矩阵大小为基础，从上到下，从左到右(从点XP/2+1，Q/2+1，到XM+P/2，N+Q/2)对中心点像素和所有领域像素做标准差计算，最终获得一幅跟原图尺寸相同的标准差图像。假设子区域中所有的像素为一序列{x1，x2，x3…，xn}，为序列的平均值，则该中心点位置的标准方差为：
S3、从所述标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；背景图像是图像灰度变化缓慢的区域，标准方差会比较小，纹理图像部分的标准方差相对较大，通过分析灰度值就能区分是背景图像还是纹理图像。对于纹理图像的提取的方法有很多，比如方差、sobel算子、小波分析，将对焦图像和非对焦图像相减。本发明优选采用方差计算来实现，主要是算法简单，图像处理效率较高。对纹理部图像部分做清晰度增强，故需要在标准差图像中对产生的纹理图像和背景图像进行区分，可以采取对整幅原始灰度图像做平均处理求取平均值作为阈值。
S4、选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像；从各幅参考灰度图像中选取一幅参考灰度图像来作为纹理图像的参考。
S5、依据所述纹理增强图像与所述背景图像生成目标图像。
本发明实施例提出的上述无偏振片的液晶光学元件成像方法，通过图像处理的方法来提高图像清晰度，只需要获取对焦状态下的一幅图像和非对焦状态下一幅图像，通过提取图像的纹理结构然后对纹理结构进行清晰度增强处理，该方法的优点是，只对纹理结构进行图像处理，不会引入多余的噪声。如图2至图7可以看到经过本发明实施例的上述无偏振片的液晶光学元件成像方法后，图像清晰度和显示效果得到明显提升。而且液晶光学元件也无需工作于非透镜状态，节省了图像成像的时间。
在一个实施例中，所述方法在所述计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像之前，还包括：
如图4所示，对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展，生成镜像扩展图像。优选地，所述对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展，包括：
定义计算局部标准方差所选择的图像区域大小，设定区域大小为(P，Q)，原始灰度图像边界上的矩阵大小为(M，N)，则原始灰度图像边界镜像扩展后为(M+P-1，N+Q-1)，其中，M、N、P、Q为正整数。根据预先选的局部标准方差的计算区域大小来扩展图像，以保证最后计算得到的标准差图像和原对焦图像保持同样的尺寸。
优选地，所述P和Q的取值范围为：7≤P≤11，7≤Q≤1。经试验验证，当P＝11和Q＝11时，图像扩展后的大小为(M+10，N+10)。
优选地，所述选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像，包括：
设定纹理图像的阈值I1，原始灰度图像的值为If，参考灰度图像的值为Ir，则获得的纹理增强图像分为两种情况：在大于所述阈值I1时，通过以下公式得到所述纹理增强图像：((i，j)-a*(i，j))/(1-a)；在小于等于所述阈值I1时，则取所述If的值，其中i和j取大于等于1的自然数，所述a的取值依据所述参考灰度图像的模糊程度确定，所述a的取值范围为0.1≤a≤0.9。优选地，a的取值为0.6。
优选地，当所述a大于等于预定取值时，则对所述纹理增强图像进行双边滤波处理。由于a变大后边缘效应过度增强，可以使用双边滤波处理，起到保边滤噪的效果。本发明实施例提供的一种双边滤波处理方式如下：
以模板半径(r＝3)为基础扩展纹理增强后的图像，
其中，sigma_d＝3；
sigma_r＝50；
以距离作为自变量高斯滤波器W1和以相似度作为自变量高斯滤波器W2对图像进行处理：
通过W＝W1*W2，得到加权系数；
通过P＝Image(i-r：i+r，j-r：j+r)*w，得到加权矩阵；
然后利用公式Image(i，j)＝sum(sum(P))/sum(sum(w))，求取中心点的加权平均值。
通过双边滤波能够在保留细节的情况下大大改善纹理增强造成的边缘效应，这是因为边缘效应主要由于纹理提取时引入的边缘噪声。且能较大程度改善MTF表现，其中，MTF(Modulation Transfer Function)表示调制传递函数。改善MTF表现图8至图10中，对焦状态的MTF测量结构图、纹理增强处理后的MTF测量结构图以及纹理增强图像经滤波处理后的MTF测量结构图，明显地，曲线越来越明显，且更加平滑，图像清晰度和显示效果明显提升。
请参见图11，本发明实施例提供一种无偏振片的液晶光学元件成像装置，其中，所述装置包括：
图像获取模块10，用于获取一通过所述液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄所述场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；
计算模块20，用于计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像；
分离模块30，用于从所述标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；
纹理图像增强处理模块40，用于选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像；
目标图像生成模块50，用于依据所述纹理增强图像与所述背景图像生成目标图像。
优选地，所述装置，还包括：
镜像扩展模块，用于对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展。
在一个实施例中，所述镜像扩展模块，具体用于：
定义局部标准方差所选择的图像子区域大小，设定子区域大小为(P，Q)，原始灰度图像矩阵大小为(M，N)，则原始灰度图像边界镜像扩展后为(M+P-1，N+Q-1)，其中，M、N、P、Q为正整数。
优选地，所述P和Q的取值范围为：7≤P≤11，7≤Q≤11，且P和Q取奇数。
较佳地，P＝11，Q＝11。
优选地，所述纹理图像增强处理模块40，具体用于：
设定纹理图像的阈值I1，原始灰度图像的值为If，参考灰度图像的值为Ir，则获得的纹理增强图像分为两种情况：在大于所述阈值I1时，通过以下公式得到所述纹理增强图像：((i，j)-a*(i，j))/(1-a)；在小于等于所述阈值I1时，则取所述If的值，其中i和j取大于等于1的自然数，所述a的取值依据所述参考灰度图像的模糊程度确定，所述a的取值范围为0.1≤a≤0.9。
优选地，所述纹理图像增强处理模块40还包括：双边滤波处理单元，用于当所述a大于等于预定取值时，则对所述纹理增强图像进行双边滤波处理。
另外，结合图1至图10描述的本发明实施例的无偏振片的液晶光学元件成像方法可以由无偏振片的液晶光学元件成像设备来实现。图12示出了本发明实施例提供的无偏振片的液晶光学元件成像设备的硬件结构示意图。
无偏振片的液晶光学元件成像设备可以包括液晶光学元件、处理器401以及存储有计算机程序指令的存储器402。通过处理器调用存储器的计算机程序指令控制液晶光学元件。
具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器402可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器402可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器402可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器402是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器402包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种无偏振片的液晶光学元件成像方法。
在一个示例中，无偏振片的液晶光学元件成像设备还可包括通信接口403和总线410。其中，如图12所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线410连接并完成相互间的通信。
通信接口403，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线410包括硬件、软件或两者，将基于无偏振片的液晶光学元件成像设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线410可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
另外，结合上述实施例中的无偏振片的液晶光学元件成像方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种无偏振片的液晶光学元件成像方法。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。″机器可读介质″可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种无偏振片的液晶光学元件成像方法，其特征在于，所述方法包括：
获取一通过所述液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄所述场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；
对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展，包括：定义局部标准方差所选择的图像子区域大小，设定子区域大小为(P，Q)，原始灰度图像矩阵大小为(M，N)，则原始灰度图像边界镜像扩展后为(M+P-1，N+Q-1)，其中，M、N、P、Q为正整数；
计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像；
从所述标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；
选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像，包括：
设定纹理图像的阈值I1，原始灰度图像的值为If，参考灰度图像的值为Ir，则获得的纹理增强图像分为两种情况：在大于所述阈值I1时，通过以下公式得到所述纹理增强图像：(If(i，j)-a*Ir(i，j))/(1-a)；在小于等于所述阈值I1时，则取所述If的值，其中i和j取大于等于1的自然数，所述a的取值依据所述参考灰度图像的模糊程度确定，所述a的取值范围为0.1≤a≤0.9；
依据所述纹理增强图像与所述背景图像生成目标图像。
2.根据权利要求1所述的无偏振片的液晶光学元件成像方法，其特征在于，所述P和Q的取值范围为：7≤P≤11，7≤Q≤11，且P和Q取奇数。
3.根据权利要求2所述的无偏振片的液晶光学元件成像方法，其特征在于，P＝11，Q＝11。
4.根据权利要求1至3任一项所述的无偏振片的液晶光学元件成像方法，其特征在于，当所述a大于等于预定取值时，则对所述纹理增强图像进行双边滤波处理。
5.一种无偏振片的液晶光学元件成像装置，其特征在于，所述装置包括：
图像获取模块，用于获取一通过所述液晶光学元件在对焦状态拍摄一场景后处理得到的原始灰度图像和在非对焦状态拍摄所述场景后处理得到的至少一幅参考灰度图像；
计算模块，用于计算所述原始灰度图像的标准方差值，获得与原始灰度图像尺寸相同的标准方差图像；在计算所述原始灰度图像的标准方差值之前对所述原始灰度图像边界上的像素依据邻域大小对所述原始灰度图像作镜像扩展，包括：定义局部标准方差所选择的图像子区域大小，设定子区域大小为(P，Q)，原始灰度图像矩阵大小为(M，N)，则原始灰度图像边界镜像扩展后为(M+P-1，N+Q-1)，其中，M、N、P、Q为正整数；
分离模块，用于从所述标准方差图像中区分出背景图像和纹理图像；
纹理图像增强处理模块，用于选取一幅参考灰度图像，对所述纹理图像进行增强纹理处理，得到纹理增强图像，包括设定纹理图像的阈值I1，原始灰度图像的值为If，参考灰度图像的值为Ir，则获得的纹理增强图像分为两种情况：在大于所述阈值I1时，通过以下公式得到所述纹理增强图像：(If(i，j)-a*Ir(i，j))/(1-a)；在小于等于所述阈值I1时，则取所述If的值，其中i和j取大于等于1的自然数，所述a的取值依据所述参考灰度图像的模糊程度确定，所述a的取值范围为0.1≤a≤0.9；
目标图像生成模块，用于依据所述纹理增强图像与所述背景图像生成目标图像。
6.一种无偏振片的液晶光学元件成像设备，其特征在于，所述成像设备包括：液晶光学元件、至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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