CN118859552B - 一种基于光子膜实现led屏的三维立体光学展示系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学领域，揭露一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统及方法，所述系统包括：多视点布局模块，用于分析LED屏的立体效果需求，构建光子膜的多视点布局；光学系统构建模块，用于确定LED屏的光学元件，配置光学元件、光子膜以及LED屏的协同作业网络，构建光学元件、光子膜以及LED屏的光学系统；光学系统模型构建模块，用于构建光学系统的光学系统模型；立体图像构建模块，用于识别LED屏对应的屏原始图像，将屏原始图像分割为图像视点，构建屏原始图像的立体图像；展示图像立体优化模块，用于追踪目标用户的用户视点，调节光学系统对应光学元件的元件参数，得到LED屏的目标立体展示图像。本发明在于提高对LED屏的三维立体光学的展示效果。

Description

一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统及方法
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统及方法。
背景技术
LED屏的三维立体光学展示是指通过LED屏幕技术实现的，能够产生三维视觉效果的展示方式。这种展示方式利用了人的双眼视差原理，在一定观看距离和角度下，观众可以看到屏幕上的图像产生深度感和立体感，从而呈现出三维效果。
目前，LED屏的三维立体光学展示主要是通过主动式3D眼镜技术，分别阻挡左右眼看到的不同画面，从而创造出立体效果，这种方法在生成立体效果的同时会损失一定的牺牲分辨率或亮度，观看体验容易受到环境和角度的影响，从而导致LED屏的三维立体展示效果不佳。
发明内容
本发明提供一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统及方法，其主要目的在于提高对LED屏的三维立体光学的展示效果。
为实现上述目的，本发明提供的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统包括：
多视点布局模块，用于获取LED屏的应用场景和目标用户，基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，识别预设的光子膜的微结构，基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局；
光学系统构建模块，用于基于所述多视点布局，确定所述LED屏的光学元件，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，基于所述协同作业网络，构建所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的光学系统；
光学系统模型构建模块，用于构建所述光学系统的光学系统模型；
立体图像构建模块，用于识别所述LED屏对应的屏原始图像，基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，基于所述图像视点，构建所述屏原始图像的立体图像；
展示图像立体优化模块，用于追踪所述目标用户的用户视点，基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像。
可选地，所述基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，包括：
采集所述目标用户的用户期望；
识别所述应用场景的应用场景特征；
基于所述用户期望和所述应用场景特征，确定所述LED屏的立体效果类型；
分析所述立体效果类型的视点数量和视点分布；
基于所述立体效果类型、所述视点数量以及所述视点分布，确定所述LED屏的立体效果需求。
可选地，所述基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局，包括：
分析所述微结构的微结构特点；
基于所述微结构特点，确定所述微结构的光线控制能力，其中，所述光线控制能力包括光线传播方向和光线聚焦效果；
基于所述微结构特点和所述光线控制能力，确定所述光子膜的初始多视点布局；
计算所述初始多视点布局的布局有效性；
当所述布局有效性符合要求预设的有效性阈值时，构建所述光子膜的多视点布局。
可选地，所述计算所述初始多视点布局的布局有效性，包括：
分析所述初始多视点布局的布局有效因子，其中，所述布局有效因子包括视差一致性、视角覆盖率、立体深度感以及观看舒适度；
确定所述布局有效因子的有效因子权重；
基于所述布局有效因子和所述有效因子权重，利用下述公式计算所述初始多视点布局的布局有效性：
ρ＝(DDσ*EEσ*GGσ*HHσ)/(D+E+G+H)
其中，ρ表示初始多视点布局的布局有效性，D表示初始多视点布局的视差一致性，E表示初始多视点布局的视角覆盖率，G表示初始多视点布局的立体深度感，H表示初始多视点布局的观看舒适度，Dσ表示视差一致性的权重，Eσ表示视角覆盖率的权重，Gσ表示立体深度感的权重，Hσ表示观看舒适度的权重。
可选地，所述配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，包括：
分析所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同工作方式；
基于所述协同工作方式，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的连接方式和控制逻辑；
通过所述连接方式和所述控制逻辑，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的信号传输方案；
基于所述连接方式、所述控制逻辑以及所述信号传输方案，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络。
可选地，所述构建所述光学系统的光学系统模型，包括：
确定所述光学系统的光学系统需求；
基于所述光学系统需求，选择所述光学系统的仿真软件；
通过所述仿真软件，建立所述光学系统的仿真几何模型；
定义所述仿真几何模型的仿真场景，并配置所述仿真场景的仿真参数；
基于所述仿真场景和所述仿真参数，模拟所述光学系统的光线传播；
基于所述光线传播，分析所述光学系统的光学性能；
通过所述光学性能，对所述仿真几何模型进行参数优化，得到所述光学系统模型。
可选地，所述基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，包括：
将所述光学系统模型集成至预设的图像处理软件中，得到集成光学系统模型；
基于所述集成光学系统模型，确定所述屏原始图像的视点方向和视点位置；
基于所述视点方向和所述视点位置，计算所述屏原始图像的视点视差；
基于所述视点视差，将所述屏原始图像分割为图像视点。
可选地，所述基于所述视点方向和所述视点位置，计算所述屏原始图像的视点视差，包括：
基于所述视点方向和所述视点位置，确定所述屏原始图像对应目标用户和所述屏原始图像的视点图像距离和视点光线入射角；
基于所述视点图像距离和所述视点光线入射角，利用下述公式计算所述屏原始图像的视点视差：
其中，σ表示屏原始图像的视点视差，Fr表示屏原始图像对应目标用户左眼视点的视点图像距离，Fe表示屏原始图像对应目标用户右眼视点的视点图像距离，θr表示屏原始图像对应目标用户左眼视点的视点光线入射角，θe表示屏原始图像对应目标用户右眼视点的视点光线入射角，cos表示余弦函数。
可选地，所述追踪所述目标用户的用户视点，包括：
利用预设的摄像系统采集所述目标用户的头部运动图像；
识别所述头部运动图像的图像特征点；
识别所述图像特征点的特征点位移和旋转角度；
基于所述特征点位移和所述旋转角度，利用下述公式计算所述目标用户的头部运动向量：
其中，表示目标用户的头部运动向量，xω-xω-1表示图像特征点在x轴上的位移，yω表示图像特征点第ω帧在x轴上的位置，xω-1表示图像特征点第ω-1帧在x轴上的位置，yω-yω-1表示图像特征点在y轴上的位移，yω表示图像特征点第ω帧在y轴上的位置，yω-1表示图像特征点第ω-1帧在y轴上的位置，表示图像特征点在x轴上的旋转角度，表示图像特征点在y轴上的旋转角度，表示图像特征点在z轴上的旋转角度；
基于所述头部运动向量，确定所述目标用户的头部运行轨迹；
基于所述头部运行轨迹，分析所述目标用户的头部姿态；
通过所述头部姿态，确定所述目标用户的用户视点。
为了解决上述问题，本发明还提供一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示方法，所述方法包括：
获取LED屏的应用场景和目标用户，基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，识别预设的光子膜的微结构，基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局；
基于所述多视点布局，确定所述LED屏的光学元件，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，基于所述协同作业网络，构建所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的光学系统；
构建所述光学系统的光学系统模型；
识别所述LED屏对应的屏原始图像，基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，基于所述图像视点，构建所述屏原始图像的立体图像；
追踪所述目标用户的用户视点，基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像。
本发明基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求可以确保系统能够满足应用场景和目标用户的需求；本发明基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局可以适应目标用户的观看习惯和舒适度；本发明配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络可以为后期的立体效果修改提供依据；进一步地，本发明基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点作为后期进行立体图像构建的基础，最后，本发明基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像可以提高用户观看图像的立体效果。因此，本发明可提高对LED屏的三维立体光学的展示效果。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统的功能模块图；
图2为本发明一实施例提供的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示方法的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。
实际上，基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统所部署的服务端设备可能是由一台或多台设备构成的。上述基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统可以实现为：业务实例、虚拟机、硬件设备。比如，该基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统可以实现为部署在云节点中的一个或多个设备上的一种业务实例。简单来说，该光学展示系统可以理解为是部署在云节点上的一种软件，用于为各用户端提供基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示的服务。或者，该基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统也可以实现为部署在云节点中的一个或多个设备上的一种虚拟机。该虚拟机中安装有用于管理各用户端的应用软件。或者，该基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统还可以实现为由众多相同或不同类型的硬件设备构成的服务端，设置一个或多个硬件设备用于为各用户端提供基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示服务。
在实现形式上，基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统和用户端相互适应。即，基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统作为安装于云服务平台的应用，则用户端作为与该应用建立通信连接的客户端；或实现基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统作为网站实现，则用户端作为网页实现；再或实现基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统作为云服务平台实现，则用户端作为即时通信应用中的小程序实现。
参照图1所示，是本发明一实施例提供的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统的功能模块图。
本发明所述基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统200可以设置于云端服务器中，在实现形式上，可以作为一个或多个服务设备，也可以作为一应用安装于云端(例如光学展示运营方的服务器、服务器集群等)上，或者也可以开发为网站。根据实现的功能，所述基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统200包括多视点布局模块101、光学系统构建模块102、光学系统模型构建模块103、立体图像构建模块104及展示图像立体优化模块105。本发明实施例中，基于基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示的追踪中，上述各个模块均可独立实现，且与其他模块调用。这里的调用可以理解为，某一模块可以连接另一类型的多个模块，并为其连接的多个模块提供相应服务，本发明实施例提供的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统中，无需修改程序代码，即可通过增加模块、并直接调用的形式来调整基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示架构的适用范围，实现集群式水平拓展，以便达到快捷灵活拓展基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统的目的。实际应用中，上述模块可以设置在同一设备或不同设备中，也可以是设置在虚拟设备中，例如云端服务器中的服务实例。
下面结合具体实施例，分别针对基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统的各个组成部分以及具体工作流程进行说明：
所述多视点布局模块101，用于获取LED屏的应用场景和目标用户，基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，识别预设的光子膜的微结构，基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局。
需解释的是所述LED屏是指一种使用发光二极管(LED)作为显示单元的电子显示屏，所述应用场景是指LED屏将被用于的具体环境和场合，例如，它可能用于户外广告牌、商场展示、电影院、家庭娱乐中心、教育机构、展览馆等，所述目标用户是指系统的预期使用者或受众。例如，目标用户可能是普通消费者、专业观众、学生、教育工作者、企业客户等。
本发明基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求可以确保系统能够满足应用场景和目标用户的需求。其中，所述立体效果需求是指LED屏需要实现的立体效果的具体参数和要求，包括视点数量、视点分布、立体效果的深度、层次和运动感等需求。
详细地，所述基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，包括：
采集所述目标用户的用户期望；
识别所述应用场景的应用场景特征；
基于所述用户期望和所述应用场景特征，确定所述LED屏的立体效果类型；
分析所述立体效果类型的视点数量和视点分布；
基于所述立体效果类型、所述视点数量以及所述视点分布，确定所述LED屏的立体效果需求。
其中，所述用户期望是指目标用户对LED屏立体效果的期望和偏好，包括立体深度、图像质量、观看舒适度、互动性等方面的要求，所述应用场景特征是指LED屏将被使用的具体环境的特点，如观看距离、环境光线、观众数量、使用频率等，这些特征会影响立体效果的设计和实现，所述立体效果类型是指根据用户期望和应用场景特征，确定LED屏需要实现的具体立体效果，如深度感、层次感、运动感等，所述视点数量立体效果中所需的视点数量，即观众在不同角度和位置观看时，LED屏需要提供多少个独立的视角，所述视点分布立体效果中视点的布局和分布，这决定了观众在哪些角度和位置可以看到不同的图像，从而产生立体效果。
进一步地，所述识别所述应用场景的应用场景特征可以通过考虑应用场景的环境因素，如光线、温度、湿度、观看距离等进行分析。
需解释的是，所述光子膜是指一种特殊的薄膜材料，它通过其微观结构对光线进行控制，以实现立体显示效果，所述微结构是指光子膜上设计的微观结构，包括透镜阵列、光栅、波导、液晶微结构等结构。
本发明基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局可以适应目标用户的观看习惯和舒适度。其中，所述多视点布局是指允许观众从多个不同的角度和位置看到不同的图像的视点布局。
详细地，所述基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局，包括：
分析所述微结构的微结构特点；
基于所述微结构特点，确定所述微结构的光线控制能力，其中，所述光线控制能力包括光线传播方向和光线聚焦效果；
基于所述微结构特点和所述光线控制能力，确定所述光子膜的初始多视点布局；
计算所述初始多视点布局的布局有效性；
当所述布局有效性符合要求预设的有效性阈值时，构建所述光子膜的多视点布局。
其中，所述微结构特点是指光子膜上的微观结构所具有的独特属性，如透镜的形状、光栅的周期性、液晶的相变特性等，所述光线传播方向是指光线在光子膜中的传播路径和方向，包括光线通过微结构时的折射和反射情况，所述光线聚焦效果是指光线通过微结构后的聚焦程度，即光线在特定方向上的汇聚效果，所述初始多视点布局是指基于微结构特点和光线控制能力初步确定的多视点布局方案，它决定了视点的数量和分布，所述布局有效性是指多视点布局在实现立体效果方面的效果，包括视差的大小、立体感的效果等，所述有效性阈值是指预先设定的一个标准，用来判断多视点布局是否满足立体效果的要求。
进一步地，所述计算所述初始多视点布局的布局有效性，包括：
分析所述初始多视点布局的布局有效因子，其中，所述布局有效因子包括视差一致性、视角覆盖率、立体深度感以及观看舒适度；
确定所述布局有效因子的有效因子权重；
基于所述布局有效因子和所述有效因子权重，利用下述公式计算所述初始多视点布局的布局有效性：
ρ＝(DDσ*EEσ*GGσ*HHσ)/(D+E+G+H)
其中，ρ表示初始多视点布局的布局有效性，D表示初始多视点布局的视差一致性，E表示初始多视点布局的视角覆盖率，G表示初始多视点布局的立体深度感，H表示初始多视点布局的观看舒适度，Dσ表示视差一致性的权重，Eσ表示视角覆盖率的权重，Gσ表示立体深度感的权重，Hσ表示观看舒适度的权重。
其中，所述视差一致性是指在多视点布局中，不同视点上左右眼看到的图像之间的视差是否一致。视差一致性越高，表示立体效果越稳定，观众体验越好，所述视角覆盖率是指多视点布局能够覆盖的观众视角范围的比例。视角覆盖率越高，表示多视点布局能够满足更多观众的观看需求，所述立体深度感是指多视点布局产生的立体效果的深度感觉。立体深度感越高，表示立体效果越明显，观众体验越沉浸，所述观看舒适度是指观众在观看立体图像时的舒适程度。观看舒适度越高，表示观众体验越愉悦，所述有效因子权重是指在计算布局有效性时，根据重要程度对视差一致性、视角覆盖率、立体深度感和观看舒适度这四个因素的分配权重。
所述光学系统构建模块102，用于基于所述多视点布局，确定所述LED屏的光学元件，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，基于所述协同作业网络，构建所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的光学系统。
需解释的是，所述光学元件包括透镜、反射镜、光栅等元件。
本发明配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络可以为后期的立体效果修改提供依据。其中，所述协同作业网络是指协同所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏相互工作实现目标的需求的网络。
详细地，所述配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，包括：
分析所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同工作方式；
基于所述协同工作方式，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的连接方式和控制逻辑；
通过所述连接方式和所述控制逻辑，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的信号传输方案；
基于所述连接方式、所述控制逻辑以及所述信号传输方案，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络。
其中，所述协同工作方式是指光学元件、光子膜和LED屏在立体显示系统中如何相互配合工作的方式，包括它们的功能、性能以及相互作用的方式，所述连接方式是指光学元件、光子膜和LED屏之间的物理连接方式，包括接口、线缆、连接器等，所述控制逻辑是指系统内部各组件之间如何通过电子信号和软件程序进行控制和协调，确保它们按照预定的方式工作的逻辑，所述信号传输方案是指系统内部信号的传输方式，包括信号类型、传输路径、传输速度和可靠性等方案。
进一步地，所述通过所述连接方式和所述控制逻辑，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的信号传输方案可以通过数字信号处理技术、高速通信接口等技术实现。
所述光学系统模型构建模块103，用于构建所述光学系统的光学系统模型。
本发明通过构建所述光学系统的光学系统模型更好地理解光学系统的性能为后期的成像提供依据。
详细地，所述构建所述光学系统的光学系统模型，包括：
确定所述光学系统的光学系统需求；
基于所述光学系统需求，选择所述光学系统的仿真软件；
通过所述仿真软件，建立所述光学系统的仿真几何模型；
定义所述仿真几何模型的仿真场景，并配置所述仿真场景的仿真参数；
基于所述仿真场景和所述仿真参数，模拟所述光学系统的光线传播；
基于所述光线传播，分析所述光学系统的光学性能；
通过所述光学性能，对所述仿真几何模型进行参数优化，得到所述光学系统模型。
其中，所述光学系统需求是指光学系统需要满足的设计目标和性能指标，如焦距、视场角、分辨率、畸变等，所述仿真软件是指用于模拟和分析光学系统性能的软件工具，如Zemax、Opt i System、Li ghtToo l s等，所述仿真几何模型是指在仿真软件中建立的包含所有光学元件(如透镜、反射镜、光栅等)的几何布局模型，所述仿真场景是指在仿真软件中设置的光线传播的环境和条件，包括光源位置、观察者位置、成像面位置等，所述仿真参数是指在仿真场景中定义的光学元件的参数，如焦距、半径、折射率等，所述光线传播是指在仿真软件中模拟的光线从光源出发，经过光学元件，最终到达成像面的过程，所述光学系统模型是指经过仿真分析得到的光学系统性能模型，包括光线传播路径、聚焦效果、成像质量等仿真。
进一步地，所述通过所述仿真软件，建立所述光学系统的仿真几何模型可以通过几何光学、波动光学或全息光学等方式实现。
所述立体图像构建模块104，用于识别所述LED屏对应的屏原始图像，基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，基于所述图像视点，构建所述屏原始图像的立体图像。
需解释的是，所述屏原始图像指的是LED屏上显示的初始图像，即没有经过任何立体效果处理的图像。
本发明基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点作为后期进行立体图像构建的基础。其中，所述图像视点是指是指屏幕上特定位置的图像，它代表了从立体显示系统中特定视角观看时看到的图像内容。
详细地，所述基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，包括：
将所述光学系统模型集成至预设的图像处理软件中，得到集成光学系统模型；
基于所述集成光学系统模型，确定所述屏原始图像的视点方向和视点位置；
基于所述视点方向和所述视点位置，计算所述屏原始图像的视点视差；
基于所述视点视差，将所述屏原始图像分割为图像视点。
其中，所述集成光学系统模型是指将光学系统模型与图像处理软件相结合，形成一个能够处理光学相关数据的软件工具，所述图像处理软件是指用于处理和分析图像数据的软件工具，如G I MP、Adobe Photoshop、ImageJ等工具，所述视点方向是指在光学系统中，每个视点对应的光线传播方向，这些方向决定了左右眼看到的图像差异，是产生立体效果的关键，所述视点位置是指在光学系统中，每个视点相对于其他视点的位置，视点位置的确定有助于计算视点视差和分割原始图像，所述视点视差是指在光学系统中，不同视点上左右眼看到的图像之间的差异，视点视差是实现立体显示的基础，通过计算视点视差，可以确定每个视点图像的差异。
进一步地，所述基于所述视点方向和所述视点位置，计算所述屏原始图像的视点视差，包括：
基于所述视点方向和所述视点位置，确定所述屏原始图像对应目标用户和所述屏原始图像的视点图像距离和视点光线入射角；
基于所述视点图像距离和所述视点光线入射角，利用下述公式计算所述屏原始图像的视点视差：
其中，σ表示屏原始图像的视点视差，Fr表示屏原始图像对应目标用户左眼视点的视点图像距离，Fe表示屏原始图像对应目标用户右眼视点的视点图像距离，θr表示屏原始图像对应目标用户左眼视点的视点光线入射角，θe表示屏原始图像对应目标用户右眼视点的视点光线入射角，cos表示余弦函数。
其中，所述视点图像距离是指视点图像距离是指在立体显示系统中，左眼视点和右眼视点分别看到的图像与眼睛之间的距离，所述视点光线入射角是指光线从屏幕上的特定点进入左眼或右眼时的角度，所述右眼视点是指在立体显示系统中，右眼所处的位置，所述左眼视点是指在立体显示系统中，左眼所处的位置。
需解释的是，所述立体图像是指通过模拟人眼观看的左右眼视差来创建的具有深度感的图像。详细地，所述立体图像可以3D Studio Max、Blender等软件对图像视点组合成立体图像。
所述展示图像立体优化模块105，用于追踪所述目标用户的用户视点，基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像。
本发明通过追踪所述目标用户的用户视点作为后期进行立体优化的基础。其中，所述用户视点是指用户眼睛在三维空间中的位置和朝向。
详细地，所述追踪所述目标用户的用户视点，包括：
利用预设的摄像系统采集所述目标用户的头部运动图像；
识别所述头部运动图像的图像特征点；
识别所述图像特征点的特征点位移和旋转角度；
基于所述特征点位移和所述旋转角度，利用下述公式计算所述目标用户的头部运动向量：
其中，表示目标用户的头部运动向量，xω-xω-1表示图像特征点在x轴上的位移，yω表示图像特征点第ω帧在x轴上的位置，xω-1表示图像特征点第ω-1帧在x轴上的位置，yω-yω-1表示图像特征点在y轴上的位移，yω表示图像特征点第ω帧在y轴上的位置，yω-1表示图像特征点第ω-1帧在y轴上的位置，表示图像特征点在x轴上的旋转角度，表示图像特征点在y轴上的旋转角度，表示图像特征点在z轴上的旋转角度；
基于所述头部运动向量，确定所述目标用户的头部运行轨迹；
基于所述头部运行轨迹，分析所述目标用户的头部姿态；
通过所述头部姿态，确定所述目标用户的用户视点。
其中，所述头部运动图像是指摄像系统捕捉到的包含目标用户头部运动信息的图像序列，所述图像特征点是指在头部运动图像中识别出的关键点，这些点用于追踪头部的运动。特征点通常位于头部的重要部位，如眼睛、鼻子、嘴巴等，所述头部运行轨迹是指在连续的头部运动图像中，特征点随时间变化的路径。通过分析这些轨迹，可以确定头部的平移和旋转运动，所述头部姿态是指头部的方向和角度，包括头部相对于水平面的倾斜角度、头部在三维空间中的旋转角度等，所述特征点位移是指在连续的图像帧之间，特征点位置的变化，所述旋转角度是指头部在三维空间中的旋转程度，所述头部运动向量是指在连续的图像帧之间，头部运动的总体描述。
进一步地，所述识别所述头部运动图像的图像特征点可以通过特征点检测算法，如Harr i s角点检测、S I FT、SURF等进行检测。
进一步地，所述基于所述图像特征点，确定所述目标用户的头部运行轨迹主要通过计算特征点之间的距离和角度变化实现。
本发明基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像可以提高用户观看图像的立体效果。其中，所述目标立体展示图像是指在立体显示系统中，通过光学系统和图像处理技术，为观众提供具有深度感和立体效果的最终图像。
详细地，所述基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像通过将用户视点从摄像系统的坐标系映射到光学系统的坐标系，分析用户视点对立体图像的视角和深度感的影响，并根据视点分析结果，调节光学元件的参数，如透镜的焦距、光栅的周期等参数。
本发明基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求可以确保系统能够满足应用场景和目标用户的需求；本发明基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局可以适应目标用户的观看习惯和舒适度；本发明配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络可以为后期的立体效果修改提供依据；进一步地，本发明基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点作为后期进行立体图像构建的基础，最后，本发明基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像可以提高用户观看图像的立体效果。因此，本发明可提高对LED屏的三维立体光学的展示效果。
参照图2所示，为本发明一实施例提供的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示方法的流程示意图。在本实施例中，所述基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示方法包括：
获取LED屏的应用场景和目标用户，基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，识别预设的光子膜的微结构，基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局；
基于所述多视点布局，确定所述LED屏的光学元件，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，基于所述协同作业网络，构建所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的光学系统；
构建所述光学系统的光学系统模型；
识别所述LED屏对应的屏原始图像，基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，基于所述图像视点，构建所述屏原始图像的立体图像；
追踪所述目标用户的用户视点，基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或系统也可以由一个单元或系统通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统包括：
多视点布局模块，用于获取LED屏的应用场景和目标用户，基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，识别预设的光子膜的微结构，基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局，其中，所述基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局，包括：分析所述微结构的微结构特点，基于所述微结构特点，确定所述微结构的光线控制能力，其中，所述光线控制能力包括光线传播方向和光线聚焦效果，基于所述微结构特点和所述光线控制能力，确定所述光子膜的初始多视点布局，计算所述初始多视点布局的布局有效性，当所述布局有效性符合要求预设的有效性阈值时，构建所述光子膜的多视点布局，其中，所述计算所述初始多视点布局的布局有效性，包括：分析所述初始多视点布局的布局有效因子，其中，所述布局有效因子包括视差一致性、视角覆盖率、立体深度感以及观看舒适度，确定所述布局有效因子的有效因子权重，基于所述布局有效因子和所述有效因子权重，利用下述公式计算所述初始多视点布局的布局有效性：
ρ＝(DDσ*EEσ*GGσ*HHσ)/(D+E+G+H)
其中，ρ表示初始多视点布局的布局有效性，D表示初始多视点布局的视差一致性，E表示初始多视点布局的视角覆盖率，G表示初始多视点布局的立体深度感，H表示初始多视点布局的观看舒适度，Dσ表示视差一致性的权重，Eσ表示视角覆盖率的权重，Gσ表示立体深度感的权重，Hσ表示观看舒适度的权重；
光学系统构建模块，用于基于所述多视点布局，确定所述LED屏的光学元件，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，基于所述协同作业网络，构建所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的光学系统；
光学系统模型构建模块，用于构建所述光学系统的光学系统模型；
立体图像构建模块，用于识别所述LED屏对应的屏原始图像，基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，基于所述图像视点，构建所述屏原始图像的立体图像；
展示图像立体优化模块，用于追踪所述目标用户的用户视点，基于所述用户视点和所述立体图像，调节所述光学系统对应光学元件的元件参数，得到所述LED屏的目标立体展示图像。
2.如权利要求1所述的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，包括：
采集所述目标用户的用户期望；
识别所述应用场景的应用场景特征；
基于所述用户期望和所述应用场景特征，确定所述LED屏的立体效果类型；
分析所述立体效果类型的视点数量和视点分布；
基于所述立体效果类型、所述视点数量以及所述视点分布，确定所述LED屏的立体效果需求。
3.如权利要求1所述的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，包括：
分析所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同工作方式；
基于所述协同工作方式，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的连接方式和控制逻辑；
通过所述连接方式和所述控制逻辑，确定所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的信号传输方案；
基于所述连接方式、所述控制逻辑以及所述信号传输方案，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络。
4.如权利要求1所述的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述构建所述光学系统的光学系统模型，包括：
确定所述光学系统的光学系统需求；
基于所述光学系统需求，选择所述光学系统的仿真软件；
通过所述仿真软件，建立所述光学系统的仿真几何模型；
定义所述仿真几何模型的仿真场景，并配置所述仿真场景的仿真参数；
基于所述仿真场景和所述仿真参数，模拟所述光学系统的光线传播；
基于所述光线传播，分析所述光学系统的光学性能；
通过所述光学性能，对所述仿真几何模型进行参数优化，得到所述光学系统模型。
5.如权利要求1所述的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述基于所述光学系统模型，将所述屏原始图像分割为图像视点，包括：
将所述光学系统模型集成至预设的图像处理软件中，得到集成光学系统模型；
基于所述集成光学系统模型，确定所述屏原始图像的视点方向和视点位置；
基于所述视点方向和所述视点位置，计算所述屏原始图像的视点视差；
基于所述视点视差，将所述屏原始图像分割为图像视点。
6.如权利要求5所述的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述基于所述视点方向和所述视点位置，计算所述屏原始图像的视点视差，包括：
基于所述视点方向和所述视点位置，确定所述屏原始图像对应目标用户和所述屏原始图像的视点图像距离和视点光线入射角；
基于所述视点图像距离和所述视点光线入射角，利用下述公式计算所述屏原始图像的视点视差：
其中，σ表示屏原始图像的视点视差，Fr表示屏原始图像对应目标用户左眼视点的视点图像距离，Fe表示屏原始图像对应目标用户右眼视点的视点图像距离，θr表示屏原始图像对应目标用户左眼视点的视点光线入射角，θe表示屏原始图像对应目标用户右眼视点的视点光线入射角，cos表示余弦函数。
7.如权利要求1所述的基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示系统，其特征在于，所述追踪所述目标用户的用户视点，包括：
利用预设的摄像系统采集所述目标用户的头部运动图像；
识别所述头部运动图像的图像特征点；
识别所述图像特征点的特征点位移和旋转角度；
基于所述特征点位移和所述旋转角度，利用下述公式计算所述目标用户的头部运动向量：
其中，表示目标用户的头部运动向量，xω-xω-1表示图像特征点在x轴上的位移，xω表示图像特征点第ω帧在x轴上的位置，xω-1表示图像特征点第ω-1帧在x轴上的位置，yω-yω-1表示图像特征点在y轴上的位移，yω表示图像特征点第ω帧在y轴上的位置，yω-1表示图像特征点第ω-1帧在y轴上的位置，表示图像特征点在x轴上的旋转角度，表示图像特征点在y轴上的旋转角度，表示图像特征点在z轴上的旋转角度；
基于所述头部运动向量，确定所述目标用户的头部运行轨迹；
基于所述头部运行轨迹，分析所述目标用户的头部姿态；
通过所述头部姿态，确定所述目标用户的用户视点。
8.一种基于光子膜实现LED屏的三维立体光学展示方法，其特征在于，所述方法包括：
获取LED屏的应用场景和目标用户，基于所述应用场景和所述目标用户，分析所述LED屏的立体效果需求，识别预设的光子膜的微结构，基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局，其中，所述基于所述微结构和所述立体效果需求，构建所述光子膜的多视点布局，包括：分析所述微结构的微结构特点，基于所述微结构特点，确定所述微结构的光线控制能力，其中，所述光线控制能力包括光线传播方向和光线聚焦效果，基于所述微结构特点和所述光线控制能力，确定所述光子膜的初始多视点布局，计算所述初始多视点布局的布局有效性，当所述布局有效性符合要求预设的有效性阈值时，构建所述光子膜的多视点布局，其中，所述计算所述初始多视点布局的布局有效性，包括：分析所述初始多视点布局的布局有效因子，其中，所述布局有效因子包括视差一致性、视角覆盖率、立体深度感以及观看舒适度，确定所述布局有效因子的有效因子权重，基于所述布局有效因子和所述有效因子权重，利用下述公式计算所述初始多视点布局的布局有效性：
ρ＝(DDσ*EEσ*GGσ*HHσ)/(D+E+G+H)
其中，ρ表示初始多视点布局的布局有效性，D表示初始多视点布局的视差一致性，E表示初始多视点布局的视角覆盖率，G表示初始多视点布局的立体深度感，H表示初始多视点布局的观看舒适度，Dσ表示视差一致性的权重，Eσ表示视角覆盖率的权重，Gσ表示立体深度感的权重，Hσ表示观看舒适度的权重；
基于所述多视点布局，确定所述LED屏的光学元件，配置所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的协同作业网络，基于所述协同作业网络，构建所述光学元件、所述光子膜以及所述LED屏的光学系统；
构建所述光学系统的光学系统模型；
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