指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统和方法与流程

本发明属于显示优化设备领域，更具体地，涉及基于指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统和方法。

背景技术：

目前，指向性背光技术是主流的裸眼3D立体显示技术之一。指向性背光显示技术的基本原理是采用了时空复用的方法，利用光学器件对光的方向进行一定的调控，在观看距离形成一系列可独立开关的视区。通常是多个独立可控的背光光源同时开启，照亮观看范围内的特定区域，该特定区域即为视区。配备上高刷新率的液晶显示面板，当观察者的眼睛处于任一个视区内时，开启该视区的照明，观看者的眼睛即可接收到液晶显示面板当前显示的图像。因此，通过高速率交替开启左右眼所在视区的照明，可以实现左右眼图像的分离，使得左眼的图像进入左眼，右眼的图像进入右眼，产生立体感，观看者就可以观看到3D影像。

在一般的指向背光裸眼3D显示系统中，通常照亮一个视区的多个独立可控的背光光源都是采用相同的亮度，并且由于光学元件的作用，显示面板的亮度分布的起伏往往难以被人眼轻易察觉。这虽然可以满足观看的亮度均匀性要求，但对于显示系统的性能并没有充分优化和发挥，并在一些特殊画面下会凸显出这种亮度起伏，降低观看的舒适感。另外，对于一般的指向背光裸眼3D显示系统，通常具备众多的视区，需要对每个视区独立优化，这对于人力优化而言是费时的工作，而且人力优化难以得到最优的效果，因此需要采用自动化的方式去优化，其中可选的方案即是采用智能优化算法达到高效、精准的智能调光的效果。

智能调光问题实际上是优化问题，优化问题是指在满足一定条件下，在多种方案中寻找最优的方案，从而使得某个或多个指标得到最优解，或者使得某系统中的某些性能达到最大值或最小值。优化问题广泛存在机器学习、图像分析、模式识别、自动控制和生产调度等众多领域。根据人类智能、自然规律和生物群体性和社会性，人们发明了许多优化算法来解决复杂的优化问题，主要有源于自然生物进化机制的遗传算法、模拟固体物质退火过程的模拟退火算法和蚁群算法等。实践证明，通过优化方法，可以提高系统效率，降低能耗，合理地利用资源，并且随着处理对象规模的增加，这些效果也会越发明显。

技术实现要素：

为解决现有技术上的不足，本发明的目的在于提供一种指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统，旨在消除现有指向背光裸眼3D显示系统中自动实现视区智能调光优化问题，从而优化显示系统的亮度均匀性等性能，提高显示效果。

为解决上述问题，本发明提供一种指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统，包括：指向性背光裸眼3D显示系统、图像获取装置、智能优化模块；该智能优化模块分别与指向性背光裸眼3D显示系统和图像获取装置连接；所述智能优化模块包括：控制子模块、亮度计算子模块、优化计算子模块；该优化计算子模块采用智能优化算法计算。

进一步而言，所述指向性背光裸眼3D显示系统，包括背光源、透镜阵列、线性扩散膜层以及液晶显示面板，所述背光源包括若干可独立控制的发光元，若干个独立可控的发光元形成发光强度组，照亮某一个空间区域从而形成一个视区。

进一步而言，所述发光元至少包括一个发光单元，所述发光单元包括发光二极管。

进一步而言，所述图像获取装置包括摄像头、旋转底座与导轨，所述摄像头置于旋转底座上，所述旋转底座置于导轨上，所述导轨的导向至少包括两个自由度，导轨将旋转底座与摄像头移动至特定位置，旋转底座将摄像头的镜头指向裸眼3D显示系统的显示面板中心。

进一步而言，所述控制子模块发送视区位置信息到图像获取装置，控制导轨将摄像头移动至特定的视区内，并使摄像头的镜头指向所述液晶显示面板中心，控制所述摄像头拍摄；

所述亮度计算子模块选取拍摄所得图片中液晶显示面板区域中的若干像素作为亮度抽样单元，所述图片中液晶显示面板区域按抽样单元等分，计算所述抽样单元中的像素的亮度平均值，从而在拍摄所得的图片中提取所述液晶显示面板区域的亮度分布，然后进行去噪及拟合处理，从而得到各抽样单元的拟合亮度；

所述优化计算子模块设定一个所述发光元的发光强度取值范围及取值步长，若干发光元的发光强度构成发光强度组，以发光强度组的取值作为优化参数，以所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为评价函数，利用智能优化算法迭代计算出发光强度组的最优的发光强度组，并记录；

然后，优化计算子模块发送指令到控制子模块，控制子模块接收命令并将摄像头移至下一个视区，直至将所有所述视区优化完毕。

另外，本发明还提供一种指向背光裸眼3D显示系统的智能调光方法，包括步骤：

S1图像获取：使用摄像头、旋转底座与导轨，所述摄像头置于旋转底座上，所述旋转底座置于导轨上，所述导轨的导向至少包括两个自由度；导轨根据视区位置信息，将摄像头移动至特定的视区内，并使摄像头的镜头指向所述指向背光裸眼3D显示系统的所述液晶显示面板中心；

S2接收优化计算过程中的指令，控制所述摄像头拍摄；

S3优化计算，包括亮度计算与算法优化计算：

S4亮度计算：选取拍摄所得图片中液晶显示面板区域中的若干像素作为亮度抽样单元，所述图片中液晶显示面板区域按抽样单元等分，计算所述抽样单元中的像素的亮度平均值，从而在拍摄所得的图片中提取所述液晶显示面板区域的亮度分布，然后进行去燥及拟合处理，从而得到各抽样单元的拟合亮度；

S5算法优化计算：设定一个所述发光元的发光强度取值范围及取值步长，若干发光元的发光强度组成发光强度组，以发光强度组的取值作为优化参数，以所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为评价函数，利用智能优化算法迭代计算出最优的发光强度组，并记录；

然后，优化计算子模块发送指令到控制子模块，控制子模块接收命令并将摄像头移至下一个视区，直至将所有所述视区优化完毕。

进一步而言，所述智能优化算法为遗传算法，所述算法优化计算为：

S511发光强度组种群创建：把所述发光强度组设置为一个个体，设置所述个体只有一条染色体，所述染色体上有若干个基因，每个发光元的所述发光强度设置为基因，设定一个所述发光元的发光强度取值范围及取值步长。设置发光强度组种群的代数以及每代所述发光强度组种群的发光强度组数量。

S512判断：判断是否超过预设置的代数；

S513适应度评价与保存：发送指令到控制子模块，控制摄像头拍摄，并发送至亮度计算子模块进行亮度计算，亮度计算子模块将所述各抽样单元的拟合亮度发送至算法优化计算模块，把所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为适应度评价函数，最终并对每一代适应度最高的所述发光强度组进行保存；

S514选择：利用轮盘赌选择法的思想进行选择，每个发光强度组的选择概率与其适应度成比例，适应度越小，被选中的概率越高。每一代种群中，所述选择操作进行若干轮；

S515交叉：将选择的发光强度组两两配对，每对发光强度组随机交换所述发光强度组中各发光元的发光强度；

S516变异：设置所述发光强度变异概率及变异范围，所述选择的发光强度组随机变异；产生下一代发光强度组种群：并再重新进行适应度评价与保存，直至迭代计算完毕；

S517输出：计算完毕后输出该发光强度组最优的发光强度组；然后，优化计算子模块发送指令到控制子模块，控制子模块接收命令并将摄像头移至下一个视区，直至将所有所述视区优化完毕。

进一步而言，所述变异与交叉步骤可调换。

进一步而言，所述智能优化算法为模拟退火算法，所述算法优化计算为：

S521，初始化：设置初始发光强度组，计算该发光强度组下的评价函数值；设定模拟退火算法的控制参数：取所有亮度抽样单元的拟合亮度中的最高亮度与最低亮度，控制参数为(最高亮度-最低亮度)/(最高亮度+最低亮度)×100％；设定每个控制参数下，迭代计算的次数；设定初始控制参数；

S522，固定控制参数值下的迭代计算：每一次迭代产生一个新的发光强度组，产生方式为：新的发光强度组中的每个新的发光强度值以原发光强度组中的发光强度值为中心，设定变化范围，新的发光强度值在该变化范围中随机取值，其中变化范围与评价函数值成正比；计算评价函数增量：发送指令到控制子模块，控制摄像头拍摄，并发送至亮度计算子模块进行亮度计算，亮度计算子模块将所述各抽样单元的拟合亮度发送至算法优化计算模块，把所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为评价函数，评价函数增量表示为新的发光强度组下的评价函数值减去原发光强度组下的评价函数值；判断是否接受新的发光强度组：若评价函数增量小于0，则接受所述新的发光强度组，否则设置以概率接受所述新的发光强度组，所述概率与评价函数增量有关；

S523，判断固定控制参数值下是否充分搜索：判断是否完成m次迭代，若满足，则进行步骤S524，若不满足，则继续迭代计算；

S524，判断是否满足终止条件：终止条件为控制参数T是否小于特定的值，该特定值至少为2.5％，若满足终止条件，输出最优解，若不满足，则控制参数减小，继续执行步骤S522和S523；

进一步而言，所述摄像头包括CCD。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益技术效果：

1、本发明提供的指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统和方法，能很好地应用于指向性背光裸眼3D显示系统的性能优化，由于其自动化运行，无需人力参与，极大地提升了效率。

2、本发明使用现有的智能优化算法进行高效而准确地优化调光，避免了人为调节的不准确与费时费力问题；其中现有可用的智能优化算法包括：遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例的指向背光裸眼3D显示系统的遗传算法调光系统的结构示意图；

图2为一维亮度抽样示意图；

图3a为去噪及拟合前液晶显示面板的一维亮度分布示意图；

图3b为去噪及拟合后液晶显示面板的一维亮度分布示意图

图4为本发明实施例的指向背光裸眼3D显示系统的遗传算法的调光方法流程图；

图5为本发明实施例的指向背光裸眼3D显示系统的智能调光方法流程图

其中：

1：指向性背光裸眼3D显示系统；2：图像获取装置；3；智能优化模块；11：背光源；12：透镜阵列；13：线性扩散膜层；14：液晶显示面板；141：图片中液晶显示面板区域；142：亮度抽样单元；

21：摄像头；22：旋转底座；23：导轨；

31：控制子模块；32：亮度计算子模块；33：优化计算子模块。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

本发明公开了一种指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统，其结构主要包括：指向性背光裸眼3D显示系统1、图像获取装置2、智能优化模块3。该智能优化模块3包括：控制子模块31、亮度计算子模块32、优化计算子模块33。该优化计算子模块采用智能优化算法计算。

另外，上述智能调光系统的智能调光方法，包括：图像获取和优化计算，所述优化计算包括亮度计算与算法优化计算。作为优选，所述智能优化算法采用遗传算法，把发光强度组的取值作为优化参数，以所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为适应度评价函数，计算出每个视区的发光强度组的最优的发光强度组。

本发明的智能调光系统和方法能够有效地对所述显示系统每个视区的亮度均匀性进行优化，避免了人为优化的不准确与低效率。

实施例1

如图1所示，一种指向背光裸眼3D显示系统的(遗传算法)智能调光系统示意图，其结构主要包括：指向性背光裸眼3D显示系统1、图像获取装置2及智能优化模块3。该智能优化模块3分别与指向性背光裸眼3D显示系统1和图像获取装置2连接。

该指向性背光裸眼3D显示系统1其结构包括：背光源11、透镜阵列12、线性扩散膜层13以及液晶显示面板14。该背光源11包括若干可独立控制的发光元，若干个独立可控的发光元形成发光强度组，照亮某一个空间区域从而形成一个视区。所述发光元至少包括一个发光单元，所述发光单元包括发光二极管。

该图像获取装置2其结构包括：摄像头21、旋转底座22及导轨23。该摄像头21置于旋转底座22上，该摄像头21为CCD。该旋转底座22置于导轨23上。该导轨23的导向至少包括两个自由度，导轨23将旋转底座22与摄像头21移动至特定位置，该旋转底座22将摄像头21的镜头指向该指向性裸眼3D显示系统1的液晶显示面板14的中心。

该智能优化模块3其结构包括：控制子模块31、亮度计算子模块32、及优化计算子模块33。该控制子模块31发送视区位置信息到图像获取装置2，控制导轨23将摄像头21移动至特定的视区内，并使摄像头的镜头指向所述液晶显示面板14的中心，控制所述摄像头21进行拍摄。

利用图像获取装置2和控制子模块31进行图像获取：控制子模块31接收优化计算子模块33的指令，控制导轨23根据视区位置信息，将摄像头21移动至特定的视区内，并使摄像头21的镜头指向所述指向背光裸眼3D显示系统1的所述液晶显示面板14的中心，控制所述摄像头21拍摄。

亮度计算：该亮度计算子模块32选取拍摄所得图片中、液晶显示面板区域141中的若干像素作为亮度抽样单元142，该图片中液晶显示面板区域141按抽样单元等分，计算所述抽样单元中的像素的亮度平均值，从而在拍摄所得的图片中提取所述液晶显示面板区域141的亮度分布，然后进行去噪及拟合处理，从而得到各抽样单元142的拟合亮度。

作为优选，如图2所示，选取拍摄所得图片中液晶显示面板区域141纵向上中心的若干行、横向上1列像素作为亮度抽样单元142，计算出所述抽样单元中的像素亮度平均值，从而得到液晶显示屏幕的一维亮度分布，如图3a所示，然后进行去噪及拟合处理，从而得到各抽样单元的拟合亮度，如图3b所示。

算法优化计算：所述优化计算子模块33设定一个所述发光元的发光强度I取值范围及取值步长，发光强度组中若干发光元的发光强度组成发光强度组(I_1,I_2,…,I_n)，以发光强度组的取值作为优化参数，以所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为评价函数E，利用遗传算法迭代计算出发光强度组的最优的发光强度组，并记录。

然后，优化计算子模块33发送指令到控制子模块31，控制子模块接收命令并将摄像头移至下一个视区，直至将所有所述视区优化完毕。

如图4所示，遗传算法优化调光步骤包括：

S11，发光强度组种群创建：把所述发光强度组(I_1,I_2,…,I_n)设置为一个个体，设置所述个体只有一条染色体，所述染色体上有若干个基因，每个发光元的所述发光强度I设置为基因，设定一个所述发光元的发光强度取值范围及取值步长。设置发光强度组种群的代数以及每代所述发光强度组种群的发光强度组数量。

S12，判断：判断是否超过预设置的代数；

S13，适应度评价与保存：把所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为适应度评价函数E，并对每一代适应度最高的所述发光强度组进行保存；

S14，选择：利用轮盘赌选择法的思想进行选择，每个发光强度组的选择概率与其适应度E成比例，适应度越小，被选中的概率越高。每一代种群中，所述选择操作进行若干轮；

S15，交叉：将选择的发光强度组两两配对，每对发光强度组随机交换所述发光强度组中所述发光元的发光强度；

S16，变异：设置所述发光强度的变异概率及变异范围，对所述选择的发光强度进行随机变异。

S17，产生下一代发光强度组种群：并再重新进行适应度评价步骤，直至迭代计算完毕。

S18，输出：计算完毕后输出该发光强度组最优的发光强度组。然后，优化计算子模块发送指令到控制子模块，控制子模块接收命令并将摄像头移至下一个视区，直至将所有所述视区优化完毕。

进一步而言，所述变异步骤与交叉步骤调换，先设置所述发光强度的变异概率及变异范围，对所述选择的发光强度进行随机变异。将所述选择的发光强度组两两配对，每对发光强度组随机交换所述发光强度组中所述发光元的发光强度。

实施例2

除了利用算法优化计算的步骤不同外，其它步骤与实施例1相同，本实施例2采用模拟退火算法迭代计算发光强度组的最优的发光强度组。

如图5所示，模拟退火算法优化调光步骤包括：

S21，初始化：设置初始发光强度组(I_10,I_20,…,I_n0)，计算该发光强度组下的评价函数值E_0；设定模拟退火算法的控制参数T：取图2所示的所有亮度抽样单元142的亮度中的最高亮度L_max与最低亮度L_min，控制参数T＝(L_max-L_min)/(L_max+L_min)×100％；设定每个T值下，迭代计算的次数m；设定初始控制参数T_0；

S22，固定T值下的迭代计算：每一次迭代产生一个新的发光强度组(I_1q’,I_2q’,…,I_nq’)，q’＝1,2,..,m，产生方式为：新的发光强度组中的每个新的发光强度值I_nq’以原发光强度组中I_nq为中心，设定变化范围ΔI，I_nq’在(I_nq±ΔI)中随机取值。

其中，q＝q’-1，ΔI与评价函数值成正比；计算评价函数增量：发送指令到控制子模块，控制摄像头拍摄，并发送至亮度计算子模块进行亮度计算，亮度计算子模块将所述各抽样单元的拟合亮度发送至算法优化计算模块，把所述各抽样单元的拟合亮度的标准差作为评价函数，评价函数增量表示为新的发光强度组下的评价函数值减去原发光强度组下的评价函数值ΔE＝E(I_1q’,I_2q’,…,I_nq’)-E(I_1q,I_2q,…,I_nq)；判断是否接受为新的发光强度组：若ΔE<0，则接受所述(I_1q’,I_2q’,…,I_nq’)为新的发光强度组，否则设置以概率f接受(I_1q’,I_2q’,…,I_nq’)为新的发光强度组，所述概率与ΔE有关；

S23，判断控制参数T下是否充分搜索：判断是否完成m次迭代，若满足，则进行步骤S24，若不满足，则继续迭代计算；

S24，判断是否满足终止条件：终止条件为控制参数T是否小于特定的值，该特定值至少为5％，若满足终止条件，输出最优解，若不满足，则控制参数T减小，继续执行步骤S22和S23；

与现有技术相比，本发明提供的一种指向背光裸眼3D显示系统的智能调光系统和方法，能很好地应用于指向性背光裸眼3D显示系统性能的高效优化，由于其自动化运行，无需人力参与，极大地提升了效率。

另外，使用现有的智能优化算法进行高效而准确地优化调光，避免了人为调节的不准确与费时费力问题。其中现有可用的智能优化算法包括：遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。