一种焦散图像编码方法及系统与流程

本发明属于光学元件，具体公开了一种焦散图像编码方法及系统。

背景技术：

1、焦散是光线经透明或反射表面汇聚形成的光强图案，可用于抬头显示（head-updisplay, hud）等应用中实现高对比度图像投影。现有的焦散图像生成方法主要基于光线追踪或离线优化，这些方法假设光源为理想点光源，且计算过程耗时数小时，无法满足实时可编程显示需求。特别是在车载hud等动态场景中，需要根据实时导航信息、速度提示等内容快速更新焦散图像，现有方法难以实现视频帧率的实时编码。此外，现有方法针对不同的调制器件（如液晶空间光调制器、电润湿微透镜阵列、mems微镜阵列）需要分别开发独立的编码算法，缺乏统一的技术框架，开发和维护成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种焦散图像编码方法及系统，以解决上述问题。

2、本发明的具体实现方式为：

3、一种焦散图像编码方法，包括：

4、获取待显示的目标图像，并初始化调制面的当前控制信号；

5、根据调制面的物理调制方式，建立光传输可微模型，光传输可微模型建立控制信号到投影面光强分布之间的可微映射关系；

6、基于光传输可微模型和光源模型，对当前控制信号进行可微渲染，得到预测光强分布；

7、以预测光强分布与目标图像之间的差异构建损失函数；

8、通过对损失函数进行梯度优化迭代，计算并输出调制面的最优控制信号。

9、作为一种可选方式，光传输可微模型以调制面上各控制单元的控制信号和入射光方向为输入，输出该控制单元的出射光方向；

10、物理调制方式包括相位调制、焦距调制或角度调制；

11、当物理调制方式为相位调制时，出射光方向基于控制信号对应的相位梯度确定；

12、当物理调制方式为焦距调制时，出射光方向基于控制信号对应的曲面法线经折射计算确定；

13、当物理调制方式为角度调制时，出射光方向基于控制信号对应的镜面法线经反射计算确定。

14、作为一种可选方式，光源模型为扩展面光源模型，其建立过程包括：

15、将扩展面光源离散化为多个具有对应的空间位置和权重的点光源；

16、其中，预测光强分布为各点光源经光传输可微模型分别计算后在投影面上的加权叠加。

17、作为一种可选方式，各点光源的空间位置和权重通过离线标定获得；

18、离线标定包括：

19、向调制面施加预设控制信号，采集投影面上的实际光强分布图像，以实际光强分布图像与模型预测之间的误差为优化目标，拟合得到各点光源的空间位置和权重。

20、作为一种可选方式，损失函数包括图像误差项和至少一项正则化项；

21、正则化项选自以下至少一种：相邻控制单元之间的平滑约束项、投影面目标区域外的光溢出惩罚项、控制信号物理可行域的约束项。

22、作为一种可选方式，当目标图像为视频帧序列中的一帧时，还包括时序优化步骤：

23、当待显示的内容为视频帧序列时，目标图像为视频帧序列中的当前帧，方法还包括视频帧的时序优化步骤：

24、将视频帧序列中的帧划分为关键帧和差分帧；

25、对关键帧执行完整的梯度优化迭代；

26、对差分帧，以时序相邻的已求解帧的最优控制信号为初始值，对变化量执行梯度优化迭代。

27、作为一种可选方式，梯度优化迭代中还包括加速策略，加速策略包括以下至少一种：

28、在第一分辨率下求解控制信号，对求解结果进行上采样后作为第二分辨率求解的初始值；

29、利用离线预计算的基图像与控制信号之间的映射关系，将目标图像分解为基图像的组合以生成初始控制信号。

30、另一方面，本发明还提供了一种焦散图像编码系统，包括：

31、输入单元，用于获取待显示的目标图像并初始化调制面的当前控制信号；

32、光传输建模单元，用于根据调制面的物理调制方式建立光传输可微模型；

33、渲染单元，用于基于光传输可微模型和光源模型，对当前控制信号进行可微渲染得到预测光强分布；

34、优化单元，用于以预测光强分布与目标图像之间的差异构建损失函数，并通过梯度优化迭代计算并输出最优控制信号。

35、另一方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，作为一种可选方式，计算机程序被处理器执行时，执行如上述的焦散图像编码方法。

36、另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，执行上述的焦散图像编码方法。

37、本发明的有益效果为：

38、本发明提供的焦散图像编码方法通过建立光传输可微模型和梯度优化迭代，实现了对多种物理调制方式的统一编码。与现有技术相比，本发明兼容实际扩展面光源，编码精度显著提升并通过多分辨率优化和时序差分策略，单帧编码耗时可降至100毫秒以内，满足hud等实时显示场景的需求。

1.一种焦散图像编码方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的焦散图像编码方法，其特征在于，所述光传输可微模型以调制面上各控制单元的控制信号和入射光方向为输入，输出该控制单元的出射光方向；

3.根据权利要求1所述的焦散图像编码方法，其特征在于，所述光源模型为扩展面光源模型，其建立过程包括：

4.根据权利要求3所述的焦散图像编码方法，其特征在于，所述各点光源的空间位置和权重通过离线标定获得；

5.根据权利要求1所述的焦散图像编码方法，其特征在于，所述损失函数包括图像误差项和至少一项正则化项；

6.根据权利要求1所述的焦散图像编码方法，其特征在于，当所述目标图像为视频帧序列中的一帧时，还包括时序优化步骤：

7.根据权利要求1所述的焦散图像编码方法，其特征在于，所述梯度优化迭代中还包括加速策略，所述加速策略包括以下至少一种：

8.一种焦散图像编码系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求1-7中任一项所述的焦散图像编码方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，执行如权利要求1-7中任一项所述的焦散图像编码方法。