高感光實時偏振成像的微偏陣列及其成像裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于偏振光學成像技術領域，涉及一種實現高感光實時偏振成像的微偏陣列及其成像裝置。
【背景技術】
[0002]隨著納米加工技術和焦平面技術的發展，分焦平面偏振成像裝置得以實現，它是目前最先進的實時偏振成像裝置，一般的分焦平面偏振成像裝置包含包括透鏡，微型偏振片陣列和一個CCD數碼相機。其中微型偏振片陣列中的最小周期排布的模式是一個2 X 2大小的微型偏振片組合，該單元組由0度微型偏振片、45度微型偏振片、90度微型偏振片、135度微型偏振片組成。由于亞波長金屬光柵在入射光兩個振動方向上的透過率不同而具有偏振濾光作用，同時具有較高的消光比，加工方便，易于集成等優點。微型偏振片一般選取亞波長金屬光柵偏振片。
[0003]光的偏振狀態分為五種:自然光，線偏振光，部分偏振光，橢圓偏振光和圓偏振光。其中自然光、圓偏振光通過偏振片后的透射光強為入射光強的一半，而部分偏振光、橢圓偏振光在偏振片旋轉一周時，透射光強依次出現:極大值一極小值一極大值一極小值;線偏振光通過偏振片后透射光的特性為:若偏振片旋轉一周，則透射光依次出現:最亮一 “消光”(即光強為零)一最亮一“消光”的現象。因此可知無論拍攝場景中的偏振光的狀態如何，使用微型偏振片陣列獲取偏振圖像不可避免的會減低相機的進光量，這樣會在低光照情況或者曝光時間不足時因為感光度不足而使得獲得的偏振圖像存在較大的誤差。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種實現高感光實時偏振成像的微偏陣列，以解決現有技術中存在的在低光照情況或者曝光時間不足時因為感光度不足而使得獲得的偏振圖像存在較大誤差的問題。
[0005]本發明所采用的第一種技術方案是，實現高感光實時偏振成像的微偏陣列，微偏陣列包括依次緊密排列的若干個最小周期單元，每個最小周期單元均包括四個不同偏振角度的偏振單兀，四個不同偏振角度分別為0°、45°、90°或135°，各個偏振單兀的鏡片包括若干個偏振片和無偏鏡片。
[0006]進一步的，在每個偏振單元內的無偏鏡片和偏振片為交錯排列設置。
[0007]進一步的，無偏鏡片或偏振片，分別沿水平、豎直或對角線的方向連續排列。
[0008]本發明所采用的第二種技術方案是，基于上述微偏陣列的成像裝置，包括間隔設置的鏡頭和圖像傳感器，在圖像傳感器靠近鏡頭的一側緊密貼合設置有微偏陣列，圖像傳感器依次通信連接模擬信號處理器、D/Α轉換器、數字信號處理器和圖像顯示器；
[0009]其中，鏡頭，用于將入射光聚焦到圖像傳感器上；
[0010]圖像傳感器，用于將入射光轉化為每個像素點上的電信號，并發送至模擬信號處理器；[0011 ]模擬信號處理器，用于接收圖像傳感器傳來的模擬信號，并將其發送至D/Α轉換器；
[0012]D/Α轉換器，用于接收經模擬信號處理器傳輸來的信號，并對其進行數模轉換再發送至數字信號處理器；
[0013]數字信號處理器，用于接收經D/Α轉換器轉換后的信息，并對其進行去馬賽克處理，再將去馬賽克處理后得到的圖像顯示至圖像顯示器上。
[0014]進一步的，微偏陣列的鏡片總數量與傳感器上的感光單元總數量相同，且將微偏陣列中的各個鏡片與圖像傳感器上各個感光單元的位置對應設置。
[0015]進一步的，圖像傳感器，用于將接收到的相同偏振角度的像素點得到的電荷，結合或者分配至同一個感光單元上，以產生結合像素。
[0016]進一步的，圖像傳感器，用于將接收到的相同偏振角度的像素采集到的光信號所對應的數值求和，以產生結合像素。
[0017]本發明所采用的第三種技術方案是，基于上述成像裝置的一種像素結合方法，在微偏陣列中，將相同偏振角度的像素點得到的電荷，結合或者分配至同一個圖像傳感器的感光單元上，產生結合像素。
[0018]本發明所采用的第四種技術方案是，基于上述成像裝置的一種像素結合方法，在微偏陣列中，將相同偏振角度的像素采集到的光信號所對應的數值求和，產生結合像素。
[0019]本發明的有益效果是，在四個不同角度的偏振單元中引入了無偏鏡片，無偏鏡片可以保證不同偏振狀態的光的高透過率，保證實時獲取偏振圖像的同時，提高成像設備在低光照條件或者低曝光時間下的光靈敏度，并且可以有效地解決不同類型鏡片的飽和問題。
【附圖說明】
[0020]圖la至圖1d分別為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列中偏振片與無偏鏡片水平交錯連續排列、豎直交錯連續排列、水平交錯錯行排列和間隔交錯排列的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列的偏振角度示意圖；
[0022]圖2中，Α.0°偏振單兀，Β.45°偏振單兀，C.90°偏振單兀，D.135°偏振單兀；
[0023]圖3為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列中偏振片與無偏鏡片沿對角線方向連續交錯排列示意圖；
[0024]圖4為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列中偏振片數量小于無偏鏡片數量的結構示意圖；
[0025]圖5a至圖5c分別為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列的8X6、6X 6和4X6的陣列示意圖；
[0026]圖6a和圖6b分別為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列的6X 6陣列的兩種結構不意圖；
[0027]圖7a和圖7b分別為本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列的4X4陣列的兩種結構不意圖；
[0028]圖8是本發明實現高感光實時偏振成像的微偏陣列應用于傳統數碼相機時的成像原理示意圖；
[0029]圖8中，1.入射光，2.鏡頭，3.高感光微偏陣列，4.圖像傳感器，5.模擬信號處理器，
6.D/A轉換器，7.數字信號處理器，8.圖像顯示器；
[0030]圖9a為圖1a中對應相同偏振角度的像素的電荷進行垂直方向的兩兩結合的效果圖；
[0031]圖9b為圖la中對應相同偏振角度的像素在水平方向上以四個為一組結合的效果圖；
[0032]圖9c為在圖9a基礎上，在水平方向上以四個為一組結合的效果圖；
[0033]圖中，1.偏振片，I1.無偏鏡片。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0035]本發明提供了一種實現高感光實時偏振成像的微偏陣列，包括依次緊密排列的若干個最小周期單元，最小周期單元是指有著最少像素數的重復單元。如圖1所示，每個最小周期單元均包括四個不同偏振角度的單元，如圖2所示，粗實線圍住的偏振單元A、B、C和D分別代表偏振角度為0°，45°，90°和135°的偏振單元。在四個不同角度偏振片I的基礎上，引入了無偏鏡片II，無偏鏡片II可以保證不同偏振狀態的光的高透過率。
[0036]在每個偏振單元內的無偏鏡片II和偏振片I的排布方式可以但不限于以下形式:無偏鏡片II和偏振片I交錯排列設置;無偏鏡片II或偏振片I，分別沿水平、豎直或對角線的方向連續排列。其中，最小周期單元內偏振片I的數量不大于無偏鏡片II的數量。
[0037]圖la顯示了本發明提出的微偏振列的一種最小周期單元，該單元中包含兩類鏡片，一類為偏振片I，一類為無偏鏡片II，偏振片與無偏鏡片II水平交錯排列，根據偏振角度的不同，又可以將最小單元分為四個不同偏振角度單元。如圖la，在同一偏振角度單元內，無偏鏡片II按水平方向連續排列，組成若干個水平行；如圖lb，在同一偏振角度單元內，無偏鏡片II按豎直方向連續排列，組成若干個豎直列，且上述在同一偏振角度單元內按行或列的方向連續排列的無偏鏡片II，在不同的偏振角度單元內，也位于同一水平位置或同一豎直位置。
[0038]如圖1c，在保證偏振片I與無偏鏡片11交錯排列的同時，上述圖la和圖lb中，在同一偏振角度單元內按行方向連續排列的無偏鏡片II，在不同的偏振角度單元內，也可以位于不同的水平位置，當然在同一偏振角度單元內按列的方向連續排列的無偏鏡片II，也可以位于不同的豎直位置。
[0039]如圖ld，在同一偏振角度單元內，可以將圖la所示的連續排列的無偏鏡片II和偏振片I隔一列相互交錯排列。
[0040]圖3顯示了圖la的另外一種變形，它們的本質思想是一樣的，不同的是，在每個不同偏振角度單元上無偏鏡片II在主對角線位置排布，與主對角線相鄰對角線上排列對應角度偏振片I，無偏鏡片11與偏振片I沿對角線方向交錯排列。