逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统的制作方法

本申请涉及裸眼三维静态光场重建领域，尤其涉及逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统。

背景技术：

1、在静态光场系统领域中，如果颜色失真得不到纠正，会导致图像质量的降低，降低图像的清晰度和对比度，使得观众感知到的图像不准确，影响视觉体验。产生静态光场颜色失真原因如下：

2、1.在滤光片的制作过程中：会由于材料的不均匀性、制备过程中的温度变化、挥发性有机物残留等因素导致滤光片的颜色出现失真。其中包括色彩偏移问题：滤光片误差可能导致滤光片的透射谱与理想的滤光特性不完全匹配，导致被过滤的光线中某些颜色的能量增强或降低，使得观察到的色彩与原始场景的真实色彩不一致；色彩饱和度变化：滤光片误差导致色彩饱和度的变化，使观察到的色彩饱和度出现非均匀性，造成色彩失真；光谱波动：滤光片误差引入光谱波动，这种波动会导致被过滤的光线的光谱分布发生变化，进而影响观察到的色彩，特别是在此需要精确色彩重现的应用中，会对结果产生显著影响。

3、2.在光的衍射过程中，不同波长的光会以不同的方式弯曲和扩散，并以复杂的方式相互干涉，导致颜色弯曲或频谱畸变，导致光的波长分布发生改变，从而在某些情况下影响到色彩的观察。

4、3.目前的静态光场显示技术在显示过程中：由于光线经由柱透镜在空间中传播到观察者位置时，会发生色散现象导致颜色偏移，同时由于柱透镜的光学性质会造成各个像素之间的亮度和色彩差异，也会对色彩准确性产生影响。

5、因此，亟需一种能有效解决静态光场颜色失真问题的方法。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，以解决现有技术中由于静态光场颜色显示设备失真而影响色彩表现的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统的具体技术方案如下：

3、逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，系统包括色彩光源结构、三维光场显示结构及逆问题色彩校正算法模块。

4、逆问题优化算法包括：步骤1：获取各通道三维空间分布差异较大的源彩色与光场模拟彩色的颜色样本mat数据；步骤2：利用拟合算法建立静态光场下颜色空间的mat的颜色拟合模型；步骤3：将色域重构问题建模为逆问题，生成源彩色与光场模拟彩色之间的系数变换mat；步骤4：基于优化mat参数，获取对合成图像进行颜色重构的指导，重新映射颜色数值，保证良好的色彩还原度。

5、进一步地，所述系统硬件组成包括两个结构，其中，所述色彩光源结构包括：基于子像素以提供准直背光的准直光束发生器，实现图像的颜色调制的rgb三色滤光片；所述三维光场显示结构包括：基于垂直方向上拓宽光束以实现垂直方向上的均匀视角垂直扩散膜，实现光束角度调控的控光单元柱透镜阵列；优选的，选用基于有效矫正透镜像差的非球面透镜阵列alca，最终控光单元lcu通过所述调制发射定向光束构建空间体素。

6、进一步地，逆问题色彩校正算法模块包括：通过对逆问题求解实现计算机合成图矫正；实现强度调制的半色调薄膜，优选的选用jmsahd算法，通过激光能量调节墨点的大小和调整打印墨点的位置实现对色深的精确控制，最终通过色域重构的合成图样重新打印半色调薄膜，实现色彩还原。

7、进一步地，颜色样本可使用包括但不限于的颜色空间：rgb、lab或cmyk表示，基于计算机合成图为rgb数据矩阵且系统结构采用rgb三色滤光片，优选地选用rgb颜色空间，并记录其坐标值，进而步骤（1）所述源彩色与光场模拟彩色的单像素坐标值分别为（r、g、b），并分别构建了源彩色与光场模拟彩色图像的三通道灰度数组矩阵a1，a2，优选的，a1和a2生成60组rgb矩阵数据。

8、进一步地，步骤（2）所述拟合算法用于建立静态光场下颜色空间的mat的颜色拟合模型，所述拟合算法包括但不限于：最小二乘法拟合算法、多项式拟合算法、样条插值拟合算法、神经网络拟合算法、高斯模型拟合算法。

9、进一步地，源彩色通过滤光片及控光单元和其余光学器件产生色散，模拟该过程为系数矩阵c，为消除颜色失真的影响，基于求解得到系数矩阵c的逆矩阵并反作用于源彩色进行色域重构，以生成真实彩色，步骤（3）所述逆问题求解模型满足：

10、a1 = c_inverse * a2（其中c为拟合算法模型映射系数矩阵，a1为源彩色理论值输入值，a2为静态光场模拟彩色实际输出值）。

11、进一步地，基于的静态光场实现简单且易于实现的线性和非线性数据拟合。优选的，选择最小二乘法拟合，建立标准色板中的rgb颜色样本与目标色域中的rgb颜色样本之间的映射关系。

12、进一步地，基于的静态光场实现灵活的曲线拟合，优选的，选择多项式拟合以控制拟合的复杂度；基于的静态光场实现平滑的曲线拟合，实现有效地处理数据中的噪声和不连续性。优选的，选择样条插值拟合以提供更多的颜色选择。

13、进一步地，基于的静态光场实现复杂的映射关系，实现适应性强、泛化能力好的非线性拟合。优选的，选择神经网络拟合以生成准确的拟合结果。

14、进一步地，步骤（4）基于合成图映射变换矩阵系数，获得色域重构的合成图样，进而生成新半色调薄膜，以获取静态光场源色彩图样。

15、本申请提供的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统具有以下优点：

16、为解决这一问题，本发明提出了精确而高效的色域重构方法。通过将色域重构问题转化为逆问题的优化过程，结合针对光场显示特点设计的颜色校准算法，实现了对静态光场显示设备的颜色精确校准。通过与标准光场的对比、颜色一致性的测量的实验验证，验证了本发明的方法能够有效地解决静态光场中的颜色失真和不一致性问题，提升图像的颜色准确度和显示质量，具有较高的准确性和可扩展性。

技术特征：

1.逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，该系统包括：色彩光源结构、三维光场显示结构及逆问题色彩校正算法模块；逆问题优化算法包括：步骤1：获取各通道三维空间分布差异较大的源彩色与光场模拟彩色的颜色样本mat数据；步骤2：利用拟合算法建立静态光场下颜色空间的mat的颜色拟合模型；步骤3：将色域重构问题建模为逆问题，生成源彩色与光场模拟彩色之间的系数变换mat；步骤4：基于优化mat参数，获取对合成图像进行颜色重构的指导，重新映射颜色数值，保证良好的色彩还原度。

2.根据权利要求1所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，所述系统的硬件组成包括色彩光源结构和三维光场显示结构，所述色彩光源结构包括：基于子像素以提供准直背光的准直光束发生器，实现图像的颜色调制的rgb三色滤光片；所述三维光场显示结构包括：基于垂直方向上拓宽光束以实现垂直方向上的均匀视角垂直扩散膜，实现光束角度调控的控光单元柱透镜阵列。

3.根据权利要求1所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，逆问题色彩校正算法模块包括：通过对逆问题求解实现计算机合成图矫正；实现强度调制的半色调薄膜。

4.根据权利要求1所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，颜色样本可使用的颜色空间包括：rgb、lab或cmyk，基于计算机合成图为rgb数据矩阵且系统结构采用rgb三色滤光片，选用rgb颜色空间，并记录其坐标值，进而步骤1所述源彩色与光场模拟彩色的单像素坐标值分别为（r、g、b），并分别构建了源彩色与光场模拟彩色图像的三通道灰度数组矩阵a1，a2。

5.根据权利要求1所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，步骤2所述拟合算法用于建立静态光场下颜色空间的mat的颜色拟合模型，所述拟合算法包括：最小二乘法拟合算法、多项式拟合算法、样条插值拟合算法、神经网络拟合算法、高斯模型拟合算法。

6.根据权利要求1所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，源彩色通过滤光片及控光单元和其余光学器件产生色散，模拟该过程为系数矩阵c，为消除颜色失真的影响，基于求解得到系数矩阵c的逆矩阵并反作用于源彩色进行色域重构，以生成真实彩色，所述步骤3的逆问题求解模型满足：

7.根据权利要求5所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，基于的静态光场实现简单且易于实现的线性和非线性数据拟合，选择最小二乘法拟合，建立标准色板中的rgb颜色样本与目标色域中的rgb颜色样本之间的映射关系。

8.根据权利要求5所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，基于的静态光场实现灵活的曲线拟合，选择多项式拟合以控制拟合的复杂度；基于的静态光场实现平滑的曲线拟合，实现有效地处理数据中的噪声和不连续性，选择样条插值拟合，提供更多的颜色选择。

9.根据权利要求5所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，基于的静态光场实现复杂的映射关系，实现适应性强、泛化能力好的非线性拟合，选择神经网络拟合以生成准确的拟合结果。

10.根据权利要求1所述的逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统，其特征在于，步骤4基于合成图映射变换矩阵系数，获得色域重构的合成图样，进而生成新半色调薄膜，以获取静态光场源色彩图样。

技术总结
本申请涉及裸眼三维静态光场重建领域，为了解决现有技术中由于静态光场颜色显示设备失真而影响色彩表现的技术问题，本申请公开了逆问题优化的静态光场色域重构算法及系统。所述静态光场系统包括色彩光源结构、三维光场显示结构及逆问题色彩校正模块，该逆问题优化方法包括：获取分析静态光场三维重建的颜色偏移数据；构建静态光场的颜色拟合模型；将色域重构问题建模为逆问题；根据所得的优化参数，对计算机输入合成图像进行颜色重构处理，重新映射颜色数值，实现静态光场不受滤光片工艺及光的衍射影响，提升图像的颜色准确度和静态光场三维显示质量。

技术研发人员：于迅博,席心怡,高鑫,张钊赫,张凯庆,邢树军,刘博阳,高超,黄辉,周硕
受保护的技术使用者：深圳臻像科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6