一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法

1.本发明涉及一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法，属于影视领域。
技术背景
2.随着显示技术的发展，以led显示屏为代表的新型hdr(high dynamic range,高动态范围)影像显示设备因其优越的高亮度、高动态范围、宽色域等特性，呈现出取代传统投影式显示设备的趋势，成为未来hdr影像的主流显示设备。但现有研究表明，在黑暗环境中观看高亮度hdr影像极易加剧人眼负担，使观众在观看影片时感到头疼、恶心，并出现眼干、眼涩等视觉疲劳现象。根据人眼视觉的亮度适应特性，如果在hdr影像的观看环境中提供适当的环境光照明，可以在一定程度上缓解上述视觉不适的问题，改善观影体验；若环境光色温和亮度配合显示内容进行改变，还可以辅助影片内容表达，烘托观看氛围，增强观众观影的沉浸感。


技术实现要素：

3.针对观众在黑暗环境中观看hdr影像存在不适应的问题，本发明的主要目的是提供一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法，通过对环境光的配置，缓解观看hdr影像引起的不适，增强观众的沉浸感体验。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置系统，包括hdr摄像头亮度标定系统，环境光源设置系统，环境光源标定系统，实时环境光控制系统，环境光配置自检系统。hdr摄像头亮度标定系统，标定hdr获取显示图像的输出码值和实际显示亮度的对应关系，并将标定数据传递给实时环境光控制系统；环境光源设置系统，根据实际观看环境的测量数据和实际显示屏的尺寸，给出观影环境中显示屏幕和座椅的空间位置配置方案以及环境光源配置方案，并将配置方案传递给环境光源标定系统；环境光源标定系统，标定不同位置的环境光源在观看中心的照度，形成标定数据传递给实时环境光控制系统；实时环境光控制系统，根据hdr摄像头实时捕获的显示屏内容、hdr摄像头亮度标定系统的标定值及环境光源标定系统的标定值进行实时光源控制；环境光配置自检系统根据系统反馈运行结果到实时环境光控制系统。
6.所述环境光源设置系统用于根据实际观看环境的测量数据和实际显示屏的尺寸，输出观影环境中显示屏幕和座椅的空间位置配置方案和环境光源的配置方案，并在三维建模软件中对环境光源配置方案进行模拟调试。
7.所述环境光源标定系统用于在观看环境中心处，标定各环境光源在采样色温和亮度值时各环境光源的照度，形成标定数据传递给实时环境光控制系统。所述中心为连接观测者双眼的线段的中点。
8.所述实时环境光控制系统用于控制环境光设置系统根据标定数据和显示画面内容，配置各环境光源色温和亮度。由显示画面平均亮度和红蓝比实时计算模块、环境光源色
温和亮度配置模块和光源驱动模块构成。
9.所述显示画面平均亮度和红蓝比实时计算模块实时计算hdr摄像头获取的显示画面的平均亮度和红蓝比，传递给环境光源色温和亮度配置模块；
10.所述环境光源色温和亮度配置模块根据显示画面的平均亮度和红蓝比，实时给出各环境光源的色温和亮度参数传递给光源驱动模块。
11.所述光源驱动模块用于驱动光源发光。
12.所述环境光配置自检系统针对运行结果反馈至实时环境光控制系统，包含误差计算模块和日志生成模块。
13.所述误差计算模块用于计算环境光源实际色温与实时环境光控制系统配置的环境光源色温误差，以及环境光源实际照度与实时环境光控制系统配置的照度误差，并给出反馈值。
14.所述日志生成模块用于记录本次环境光自检的运行时间、实时环境光控制系统生成的环境光源色温和照度值、环境光源的色温和照度测量值、以及误差计算模块生成的数据。
15.本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置方法，基于一种家庭观看环境下的环境光配置系统实现，包括以下步骤：
16.步骤1、测量实际观看环境，并对显示屏幕和环境光源进行定位及安装；
17.1.1、设置显示屏幕位置
18.连接观测者双眼线段的中点为o
′
，过o
′
垂直于地面的直线与地面的交点为o，o与o
′
之间的距离为e,即
19.|oo
′
|＝e
20.这里|
·
|表示长度。过点o
′
与地面平行的直线与显示屏幕的交点为o
″
，o
′
与o
″
的距离为d,即
21.|o
′o″
|＝d
22.以o点为中心建立右手直角坐标系oxyz,y轴与地面垂直，正向指向地面上方，x轴与oo
′
平行，正向指向屏幕。
23.显示屏幕宽为w，高为h，对角线长度为c。调整d，使得d满足：
[0024][0025]
其中θ为半水平视角，ε为半垂直视角。
[0026]
所述半水平视角是在过直线o
′o″
且与地面平行的平面上，o
′
为半水平视角的顶点，直线o
′o″
为其一条边构成的角；
[0027]
所述半垂直视角是在过直线o
′o″
且与地面垂直的平面上，o
′
为半垂直视角的顶点，直线o
′o″
为其一条边构成的角；
[0028]
显示屏幕底边据地面高度v为：
[0029][0030]
其中hv为观众平均坐高即观众坐姿时，椅面到观众头顶的距离，hs为座椅椅面到地面的距离。
[0031]
1.2、设置环境光源位置
[0032]
在观测者的头顶上方区域c、超过观测者水平视角180度两侧区域a、b设置三处环境光源。通过遮光罩控制a、b、c三个环境光源照射区域，使得光源覆盖区域为观影背景区域，但不包含观影核心区域。
[0033]
观影核心区域：宽为w,高为h的显示屏幕。
[0034]
观影背景区域：以o
′o″
为轴，左侧水平视场角区间[θ,θ
′
]对应的区域以及与之对称的右侧水平视场角对应区域，上半垂直视场角区间[ε,ε
′
]对应的区域，下半垂直视场角区间[ε,ε
″
]对应的区域。
[0035]
步骤2、对hdr摄像头进行亮度标定，将标定数据文件传递给实时环境光控制系统；
[0036]
2.1、将显示设备屏幕分为9块分区，设置显示屏幕模式，输入具有不同亮度、颜色的测试序列，在观看区域中心设置分光色度计和摄像头；分别测量该模式下，显示设备9个区域的亮度值，并计算平均值；摄像头同步记录该屏幕显示的测试序列，摄像头记录画面不超出显示设备屏幕
[0037]
2.2、根据2.1测量和计算结果以及hdr摄像头亮度标定算法对hdr摄像头进行亮度标定，建立监视摄像头码值与亮度的对应关系，形成标定查找表，传递给实时环境光控制系统。
[0038]
步骤3、对步骤1所安装的环境光源进行关于色温、亮度与照度的标定，形成照度矩阵，并传递给实时环境光控制系统；
[0039]
环境光源标定主要标定环境光源的混色码值与环境光源亮照度、色温之间的关系。在实际观看环境中，布置照度计在观看区域中心位置o
′
处；标定点a,b,c处的不同色温，不同亮度及o
′
处的照度。
[0040]
a点处光源为sa，b点处光源为sb，c点处光源为sc。三种光源的色温范围为[cti，cte]，单位为k；功率百分比为[0，100％]。
[0041]
色温步长为cs，功率步长为ls(ls＜1)。对于色温cti+(i-1)*cs，设置光源sa的功率比为j*ls，其中i，j为整数，且i∈[1，m]，j∈[1，n]，
[0042][0043][0044]
ceiling(
·
)表示上取整。
[0045]
重复n次测量o
′
处的照度为单位为lux。其算术平均值为光源sa在当前色温和亮度下的o
′
处的照度m
ij
：
[0046][0047]
光源sa的照度矩阵为：
[0048][0049]mij
对应的是色温cti+(i-1)*cs，功率百分比为j*ls时光源sa在o
′
的照度。
[0050]
重复步骤3的标定过程，得到光源sb，sc对应的照度矩阵mb，mc。
[0051]
步骤4、实时环境光控制系统根据hdr摄像头获取的屏幕显示采样数据，计算各环境光源的色温和光源亮度参数并生成光源驱动值，根据驱动值控制环境光源发光；
[0052]
4.1、显示屏幕监测摄像头以连续采样或等时间间隔或帧间隔采样方式，对显示屏幕内容进行采样。将监测数据实时传递给环境光控制系统，显示平均亮度计算模块根据步骤2.2的标定查找表实时计算采样显示图像的平均亮度同时计算显示图像的平均红蓝比t
rb
，传递给环境光源驱动模块。
[0053]
时间t时屏幕监测摄像头获取的显示屏图像数据为i，i＝(i
ijk
)为h
×w×
3的三维矩阵。
[0054]
4.1.1采样显示图像的平均亮度单位为cd/m2，由如下方法获得：
[0055][0056][0057][0058]
通过监视摄像头码值与亮度的查找表，通过插值方法计算对应的平均亮度
[0059]
4.1.2显示图像的平均红蓝比例t
rb
由如下方法获得：
[0060][0061]
4.2、根据显示平均亮度计算模块传递的采样平均亮度和显示图像的平均红蓝比t
rb
，确定o
′
处环境光色温ct和照度m，并计算环境光源sa，sb，sc的功率百分比la，lb，lc，然后将参数(ct，la，lb，lc)传递给光源驱动模块。当进入环境光自检模式，环境光色温和亮度配置模块将环境光源参数(ct，m)传递给环境光自检系统的误差计算模块。
[0062]
环境光源色温、亮度计算方法如下：
[0063]
4.2.1、环境光源色温ct由如下方式获得：
[0064]
若t
rb
＞w
ct
，
[0065][0066]
若t
rb
＜c
ct
，
[0067][0068]
若c
ct
≤t
rb
≤w
ct
[0069]
ct＝t
p
.
[0070]
其中w
ct
，c
ct
为给定的红蓝比阈值参数，且w
ct
＞1.2，c
ct
＜0.8，i(x)表示将x值百位以后的数值置为0，例如：i(1754.32)＝1700。t
p
，t
min
，t
max
为给定色温参数，与观看环境墙的色品相关，且t
min
≤t
p
≤t
max
。
[0071]
4.2.2、o
′
处环境光照度m由下式计算：
[0072][0073]
这里log(
·
)是以10为底的对数函数。
[0074]
4.2.3、环境光源sa，sb，sc的光源亮度参数la，lb，lc由下列方式计算：
[0075][0076]
ma，mb，mc为o
′
处环境光源sa，sb，sc的照度：
[0077]
mb＝m
×
μ
[0078][0079][0080]
μ为光源照度分配参数，满足：
[0081]
如果μ＝1；否则μ＜1，这里为环境光源b在色温为cti+ic*cs，功率50％时观影中心的照度。
[0082]
取
[0083][0084]
若
[0085][0086]
否则
[0087][0088][0089]
这里k＝a，b，c。
[0090]
4.3、根据光源的色温和光源亮度参数(ct，la，lb，lc)驱动环境光源。各光源sa，sb，sc分别对应的驱动参数为：(ct，la)，(ct，lb)，(ct，lc)。
[0091]
步骤5、环境光配置自检系统反馈环境光配置结果，根据反馈日志，实时环境控制系统对环境光源设置系统进行校正，缓解观看hdr影像引起的不适，增强观众的沉浸感体验；
[0092]
将不同亮度，单色检测序列帧输出至显示屏幕，由实时光环境控制系统驱动环境光源，使用照度计测量o
′
处环境光源照度mm和色温ctm，并将测量结果传递给误差计算模块和日志生成模块。
[0093]
误差计算模块根据该组数据和环境光源色温和亮度配置模块传递的理论环境光源色温ct和照度参数m，计算检测序列帧下的环境色温和光源照度真实值和理论值的误差e
ct
、em传递给日志生成模块。若误差值在给定误差范围内，反馈值f为0，即色温和照度正常；
若超出给定误差范围，反馈值f为：1-仅色温超出误差范围，2-仅照度超出误差范围，3-色温和照度均超出误差范围传递给日志生成模块。色温误差e
ct
和照度误差em由下列方式获得：
[0094]ect
＝abs(ct-ctm)
[0095][0096]
其中abs(
·
)为绝对值函数。
[0097]
反馈值f：
[0098][0099]
其中th
ct
，thm为给定的色温和照度容差值。
[0100]
有益效果
[0101]
1、本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法，通过对实际观看环境进行空间物理测量，并在三维软件中进行显示屏幕和环境光源模拟配置，然后依据三维建模软件中的环境光源空间布置，对光源进行实际定位及安装。系统硬件要求较低，调整操作便利，能够以较低的成本，针对不同观影需求搭建舒适的视觉环境。
[0102]
2、本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法，由实时环境光控制系统中的显示画面平均亮度和红蓝比实时计算模块根据hdr摄像头标定数据及环境光源标定数据，实时计算hdr摄像头获取的显示画面的平均亮度和红蓝比；环境光源色温和亮度配置模块根据平均亮度和红蓝比实时计算并输出各环境光源的色温和亮度驱动值，由实时环境光控制系统的光源驱动模块根据色温和亮度驱动值控制环境光源发光。能够根据显示内容实时调整环境光源的照度和亮度，改善观看电影的舒适度，提升观影者的观赏体验。
附图说明
[0103]
图1为本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置系统结构示意图；
[0104]
图2为本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置方法流程图；
[0105]
图3为显示设备位置以及光源位置在三维空间的示意图；
[0106]
图4为观影核心区域和背景区域图示。
具体实施方式
[0107]
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明。同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0108]
本实施例公开一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法，在长240厘米，宽220厘米，高300厘米的空间中应用，该环境四周覆盖以黑色低反射率的黑布。其中显示屏幕大小为宽144cm，高82cm，白点峰值亮度1000nit。如图2所示，包含以下步骤：
[0109]
步骤1、测量实际观看环境，并对显示屏幕和环境光源进行定位及安装；
[0110]
(1)设置显示屏幕位置
[0111]
根据影院座椅标准，观影座椅高40cm，亚洲人平均坐高80cm，得观看中心坐标为
(0,120,0)；
[0112]
令连接观测者双眼的线段的中点为o
′
，过o
′
垂直于地面的直线与地面的交点为o，o与o
′
之间的距离为e,即
[0113]
|oo
′
|＝e
[0114]
这里|
·
|表示长度。过点o
′
与地面平行的直线与显示屏幕的交点为o
″
，o
′
与o
″
的距离为d,即
[0115]
|o
′o″
|＝d
[0116]
以o点为中心建立右手直角坐标系oxyz,y轴与地面垂直，正向指向地面上方，x轴与oo
′
平行，正向指向屏幕。
[0117]
显示屏幕宽为w，高为h，对角线长度为c。调整d，使得d满足：
[0118][0119]
其中θ为半水平视角，ε为半垂直视角。
[0120]
所述半水平视角是在过直线o
′o″
且与地面平行的平面上，o
′
为半水平视角的顶点，直线o
′o″
为其一条边构成的角；
[0121]
所述半垂直视角是在过直线o
′o″
且与地面垂直的平面上，o
′
为半垂直视角的顶点，直线o
′o″
为其一条边构成的角；
[0122]
根据实验环境空间大小和屏幕尺寸，将θ＝17.5
°
,ε＝15
°
带入
[0123][0124]
可得d＝max{228,153}＝228cm
[0125]
显示屏幕底边据地面高度v满足：
[0126][0127]
安装显示屏，屏幕中心位于宽220厘米的墙面的水平中心，观看环境中心位于距屏幕228～230cm处，屏幕底边距地面69cm处；
[0128]
(2)设置环境光源位置
[0129]
在观测者的头顶上方区域c、超过观测者水平视角180度两侧区域a、b设置三处环境光源。通过遮光罩控制a、b、c三个环境光源照射区域，使得光源覆盖区域为观影背景区域，但不包含观影核心区域。观影核心区域和观影背景区域的定义如下：
[0130]
观影核心区域：宽为w,高为h的显示屏幕。
[0131]
观影背景区域：以o
′o″
为轴，左侧水平视场角区间[θ,θ
′
]对应的区域以及与之对称的右侧水平视场角对应区域，上半垂直视场角区间[ε,ε
′
]对应的区域，下半垂直视场角区间[ε,ε
″
]对应的区域。
[0132]
三只环境光源的空间坐标分别为c:(0,300,0),b:(0,300,110),a:(0,300,-110)(单位：厘米)显示屏和光源位置如图所示。通过遮光罩控制a、b、c三个环境光源照射区域，使得光源覆盖区域为观影背景区域，但不包含观影核心区域，其中θ
′
＝30
°
,ε
′
＝25
°
,ε
′
＝30
°
，如图。
[0133]
步骤2、对hdr摄像头进行亮度标定，将标定数据文件传递给实时环境光控制系统；
[0134]
2.1、显示屏(设备)接受位深为10的rgb影像。生成单色测试序列，其码值分别为
[0135][0136][0137]
共9
×9×
9＝729个测试序列。
[0138]
2.2、将显示设备屏幕分为9块分区，输入测试序列，在观看区域中心设置分光色度计和摄像头；分别显示设备显示每个测试帧时，9个区域的亮度值，并计算平均值；
[0139]
2.3、根据测试序列码值对应的hdr摄像头捕捉得到该测试序列得到的序列码值以及测量和计算得到的平均亮度值li(其中i为序列帧标号，1≤i≤729)，即
[0140][0141]
选择合适的hdr摄像头亮度标定算法对hdr摄像头进行亮度标定，建立摄像头码值与亮度的映射关系p：
[0142]
l＝p(rc,gc,bc)
[0143]
其中(rc,gc,bc)摄像头获取的像素码值，l为该像素码值对应的亮度。
[0144]
实验用hdr摄像头记录8位位深的rgb影像，计算
[0145]
l
k+(j-+)*17+(i-1)*289
＝p(ri,gj,bk)
[0146]
这里1≤i,j,k≤17,(ri,gj,bk)为监视摄像头输出图像的码值
[0147]ri
＝min{(i-1)*16,255}
[0148]gj
＝min{(j-1)*16,255}
[0149]bk
＝min{(k-1)*16,255}
[0150]
记录内容为
[0151]
l1,l2,l3,
…
,l
4913
[0152]
的摄像头亮度标定lut，传递给实时环境光控制系统。
[0153]
实际标定lut：
[0154]
0，0.9302，1.7794，2.9675，4.5226,
…
,45.2262,52.2135，
…
,
[0155]
979.5154,985.9245,992.9118
[0156]
步骤3、对步骤1所安装的环境光源进行关于色温、亮度与照度的标定，形成照度矩阵，并传递给实时环境光控制系统；
[0157]
实验光源采用三个35wled光源，色温可调范围2700k～12000k
[0158]
色温步长：cs＝1000k；
[0159]
色温采样：3500k、4500k、5500k、6500k；
[0160]
功率步长：ls＝25％
[0161]
功率采样：25％，50％，75％，100％
[0162]
经过测量，环境光源a,b,c的照度标定矩阵：
[0163][0164][0165][0166]
步骤4、实时环境光控制系统根据hdr摄像头获取的屏幕显示采样数据，计算各环境光源的色温和光源亮度参数并生成光源驱动值，跟据驱动值控制环境光源发光。
[0167]
在本案例中，参数选取如下：
[0168]
μ＝0.4,t
p
＝5600,t
min
＝3500,t
max
＝6500
[0169]wct
＝1.5,c
ct
＝0.5
[0170]
测试播放序列的红蓝比t
rb
＝1.61，平均亮度
[0171]
计算ct：
[0172]
由于
[0173]
t
0b
》w
ct
,根据
[0174][0175]
得
[0176]
ct＝max{3400,3500}＝3500
[0177]
计算ic：
[0178][0179]
环境光源照度m：
[0180][0181]
由于本实施案例中令μ＝0.4，得
[0182]
mb＝0.4
×
97.85＝39.14
[0183]
ma＝mc＝0.3
×
97.15＝29.36
[0184]
计算环境光源a,b,c的功率比la,lb,lc:
[0185]
lb:
[0186]
将ic＝0,代入
[0187][0188][0189]
la:
[0190]
将ic＝0,代入
[0191][0192][0193]
lc:
[0194]
将ic＝0,代入
[0195][0196][0197]
将环境光源a,b,c的驱动参数为：(3500,49),(3500,49),(3500,49)传递给光源驱动光源。
[0198]
步骤5、环境光配置自检系统反馈环境光配置结果，根据反馈日志，实时环境控制系统对环境光源设置系统进行校正，缓解观看hdr影像引起的不适，增强观众的沉浸感体验。
[0199]
对于测试播放序列，我们进行了舒适度对比实验。实验人数25人，在观看中心的环境光色温3500k，照度分别设置为0lux，50lux，97lux和120lux，每个环境光照度下进行舒适度评分，分值范围0-5，以25人评分的均值作为最终评价分数，具体分值如下表：
[0200][0201][0202]
另外对于环境光照度为97lux，色温分别为3500k，5600k，6500k，进行了观影体验对比实验，分值范围0-5，以25人评分的均值作为最终评价分数，具体分值如下表：
[0203]
环境光色温实验评分均值3500k4.15600k3.956500k3.85
[0204]
根据主观评价结果说明本发明的环境光配置方案可以达到缓解观众观看hdr影像时视觉不适的问题，改善观影体验，烘托观看氛围，增强观众观影的沉浸感。
[0205]
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种家庭观看环境下的环境光配置系统，其特征在于：包括hdr摄像头亮度标定系统，环境光源设置系统，环境光源标定系统，实时环境光控制系统，环境光配置自检系统；hdr摄像头亮度标定系统，标定hdr获取显示图像的输出码值和实际显示亮度的对应关系，并将标定数据传递给实时环境光控制系统；环境光源设置系统，根据实际观看环境的测量数据和实际显示屏的尺寸，给出观影环境中显示屏幕和座椅的空间位置配置方案以及环境光源配置方案，并将配置方案传递给环境光源标定系统；环境光源标定系统，标定不同位置的环境光源在观看中心的照度，形成标定数据传递给实时环境光控制系统；实时环境光控制系统，根据hdr摄像头实时捕获的显示屏内容、hdr摄像头亮度标定系统的标定值及环境光源标定系统的标定值进行实时光源控制；环境光配置自检系统根据系统反馈运行结果到实时环境光控制系统。2.如权利要求1所述的一种家庭观看环境下的环境光配置系统，其特征在于：所述环境光源设置系统用于根据实际观看环境的测量数据和实际显示屏的尺寸，输出观影环境中显示屏幕和座椅的空间位置配置方案和环境光源的配置方案，并在三维建模软件中对环境光源配置方案进行模拟调试；所述环境光源标定系统用于在观看环境中心处，标定各环境光源在采样色温和亮度值时各环境光源的照度，形成标定数据传递给实时环境光控制系统；所述中心为连接观测者双眼的线段的中点；所述实时环境光控制系统用于控制环境光设置系统根据标定数据和显示画面内容，配置各环境光源色温和亮度；由显示画面平均亮度和红蓝比实时计算模块、环境光源色温和亮度配置模块和光源驱动模块构成；所述显示画面平均亮度和红蓝比实时计算模块实时计算hdr摄像头获取的显示画面的平均亮度和红蓝比，传递给环境光源色温和亮度配置模块；所述环境光源色温和亮度配置模块根据显示画面的平均亮度和红蓝比，实时给出各环境光源的色温和亮度参数传递给光源驱动模块；所述光源驱动模块用于驱动光源发光；所述环境光配置自检系统针对运行结果反馈至实时环境光控制系统，包含误差计算模块和日志生成模块；所述误差计算模块用于计算环境光源实际色温与实时环境光控制系统配置的环境光源色温误差，以及环境光源实际照度与实时环境光控制系统配置的照度误差，并给出反馈值；所述日志生成模块用于记录本次环境光自检的运行时间、实时环境光控制系统生成的环境光源色温和照度值、环境光源的色温和照度测量值、以及误差计算模块生成的数据。3.一种家庭观看环境下的环境光配置方法，基于如权利要求1或2所述的一种家庭观看环境下的环境光配置系统实现，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、测量实际观看环境，并对显示屏幕和环境光源进行定位及安装；步骤2、对hdr摄像头进行亮度标定，将标定数据文件传递给实时环境光控制系统；步骤3、对步骤1所安装的环境光源进行关于色温、亮度与照度的标定，形成照度矩阵，并传递给实时环境光控制系统；步骤4、实时环境光控制系统根据hdr摄像头获取的屏幕显示采样数据，计算各环境光
源的色温和光源亮度参数并生成光源驱动值，根据驱动值控制环境光源发光；步骤5、环境光配置自检系统反馈环境光配置结果，根据反馈日志，实时环境控制系统对环境光源设置系统进行校正，缓解观看hdr影像引起的不适，增强观众的沉浸感体验。4.如权利要求3所述的一种家庭观看环境下的环境光配置方法，其特征在于：步骤1的实现方法为1.1、设置显示屏幕位置连接观测者双眼线段的中点为o
′
，过o
′
垂直于地面的直线与地面的交点为o，o与o
′
之间的距离为e,即|oo
′
|＝e这里|
·
|表示长度；过点o
′
与地面平行的直线与显示屏幕的交点为o
″
，o
′
与o
″
的距离为d,即|o
′
o
″
|＝d以o点为中心建立右手直角坐标系oxyz,y轴与地面垂直，正向指向地面上方，x轴与oo
′
平行，正向指向屏幕；显示屏幕宽为w，高为h，对角线长度为c；调整d，使得d满足：其中θ为半水平视角，ε为半垂直视角；所述半水平视角是在过直线o
′
o
″
且与地面平行的平面上，o
′
为半水平视角的顶点，直线o
′
o
″
为其一条边构成的角；所述半垂直视角是在过直线o
′
o
″
且与地面垂直的平面上，o
′
为半垂直视角的顶点，直线o
′
o
″
为其一条边构成的角；显示屏幕底边据地面高度v为：其中h
v
为观众平均坐高即观众坐姿时，椅面到观众头顶的距离，h
s
为座椅椅面到地面的距离；1.2、设置环境光源位置在观测者的头顶上方区域c、超过观测者水平视角180度两侧区域a、b设置三处环境光源；通过遮光罩控制a、b、c三个环境光源照射区域，使得光源覆盖区域为观影背景区域，但不包含观影核心区域；观影核心区域：宽为w，高为h的显示屏幕；观影背景区域：以o
′
o
″
为轴，左侧水平视场角区间[θ，θ
′
]对应的区域以及与之对称的右侧水平视场角对应区域，上半垂直视场角区间[ε，ε
′
]对应的区域，下半垂直视场角区间[ε，ε
″
]对应的区域。5.如权利要求4所述的一种家庭观看环境下的环境光配置方法，其特征在于：步骤2的实现方法为2.1、将显示设备屏幕分为9块分区，设置显示屏幕模式，输入具有不同亮度、颜色的测试序列，在观看区域中心设置分光色度计和摄像头；分别测量该模式下，显示设备9个区域
的亮度值，并计算平均值；摄像头同步记录该屏幕显示的测试序列，摄像头记录画面不超出显示设备屏幕2.2、根据2.1测量和计算结果以及hdr摄像头亮度标定算法对hdr摄像头进行亮度标定，建立监视摄像头码值与亮度的对应关系，形成标定查找表，传递给实时环境光控制系统。6.如权利要求5所述的一种家庭观看环境下的环境光配置方法，其特征在于：步骤3的实现方法为环境光源标定主要标定环境光源的混色码值与环境光源亮照度、色温之间的关系；在实际观看环境中，布置照度计在观看区域中心位置o
′
处；标定点a，b，c处的不同色温，不同亮度及o
′
处的照度；a点处光源为s
a
，b点处光源为s
b
，c点处光源为s
c
；三种光源的色温范围为[ct
i
，ct
e
]，单位为k；功率百分比为[0，100％]；色温步长为cs，功率步长为ls(ls＜1)；对于色温ct
i
+(i-1)*cs，设置光源s
a
的功率比为j*ls，其中i，j为整数，且i∈[1，m]，j∈[1，n]，n]，ceiling(
·
)表示上取整；重复n次测量o
′
处的照度为单位为lux；其算术平均值为光源s
a
在当前色温和亮度下的o
′
处的照度m
ij
：光源s
a
的照度矩阵为：m
ij
对应的是色温ct
i
+(i-1)*cs，功率百分比为j*ls时光源s
a
在o
′
的照度；重复步骤3的标定过程，得到光源s
b
，s
c
对应的照度矩阵m
b
，m
c
。7.如权利要求6所述的一种家庭观看环境下的环境光配置方法，其特征在于：步骤4的实现方法为4.1、显示屏幕监测摄像头以连续采样或等时间间隔或帧间隔采样方式，对显示屏幕内容进行采样；将监测数据实时传递给环境光控制系统，显示平均亮度计算模块根据步骤2.2的标定查找表实时计算采样显示图像的平均亮度同时计算显示图像的平均红蓝比t
rb
，传递给环境光源驱动模块；时间t时屏幕监测摄像头获取的显示屏图像数据为i，i＝(i
ijk
)为h
×
w
×
3的三维矩阵；4.1.1采样显示图像的平均亮度单位为cd/m2，由如下方法获得：
通过监视摄像头码值与亮度的查找表，通过插值方法计算对应的平均亮度4.1.2显示图像的平均红蓝比例t
rb
由如下方法获得：4.2、根据显示平均亮度计算模块传递的采样平均亮度和显示图像的平均红蓝比t
rb
，确定o
′
处环境光色温ct和照度m，并计算环境光源s
a
，s
b
，s
c
的功率百分比l
a
，l
b
，l
c
，然后将参数(ct，l
a
，l
b
，l
c
)传递给光源驱动模块；当进入环境光自检模式，环境光色温和亮度配置模块将环境光源参数(ct，m)传递给环境光自检系统的误差计算模块；环境光源色温、亮度计算方法如下：4.2.1、环境光源色温ct由如下方式获得：若t
rb
＞w
ct
，若t
rb
＜c
ct
，若c
ct
≤t
rb
≤w
ct
ct＝t
p
.其中w
ct
，c
ct
为给定的红蓝比阈值参数，且w
ct
＞1.2，c
ct
＜0.8，i(x)表示将x值百位以后的数值置为0，例如：i(1754.32)＝1700；t
p
，t
min
，t
max
为给定色温参数，与观看环境墙的色品相关，且t
min
≤t
p
≤t
max
；4.2.2、o
′
处环境光照度m由下式计算：这里log(
·
)是以10为底的对数函数；4.2.3、环境光源s
a
，s
b
，s
c
的光源亮度参数l
a
，l
b
，l
c
由下列方式计算：m
a
，m
b
，m
c
为o
′
处环境光源s
a
，s
b
，s
c
的照度：m
b
＝m
×
μμμ为光源照度分配参数，满足：
如果否则μ＜1，这里为环境光源b在色温为ct
i
+i
c
*cs，功率50％时观影中心的照度；取若若否则否则这里k＝a，b，c；4.3、根据光源的色温和光源亮度参数(ct，l
a
，l
b
，l
c
)驱动环境光源；各光源s
a
，s
b
，s
c
分别对应的驱动参数为：(ct，l
a
)，(ct，l
b
)，(ct，l
c
)。8.如权利要求7所述的一种家庭观看环境下的环境光配置方法，其特征在于：步骤5的实现方法为将不同亮度，单色检测序列帧输出至显示屏幕，由实时光环境控制系统驱动环境光源，使用照度计测量o
′
处环境光源照度m
m
和色温ct
m
，并将测量结果传递给误差计算模块和日志生成模块；误差计算模块根据该组数据和环境光源色温和亮度配置模块传递的理论环境光源色温ct和照度参数m，计算检测序列帧下的环境色温和光源照度真实值和理论值的误差e
ct
、e
m
传递给日志生成模块；若误差值在给定误差范围内，反馈值f为0，即色温和照度正常；若超出给定误差范围，反馈值f为：1-仅色温超出误差范围，2-仅照度超出误差范围，3-色温和照度均超出误差范围传递给日志生成模块；色温误差e
ct
和照度误差e
m
由下列方式获得：e
ct
＝abs(ct-ct
m
)其中abs(
·
)为绝对值函数；反馈值f：其中th
ct
，th
m
为给定的色温和照度容差值。

技术总结
本发明公开的一种家庭观看环境下的环境光配置系统及方法，属于影视领域。本发明系统包括HDR摄像头亮度标定系统，环境光源设置系统，环境光源标定系统，实时环境光控制系统，环境光配置自检系统。由实时环境光控制系统根据HDR摄像头标定数据及环境光源标定数据，实时计算HDR摄像头获取的显示画面的平均亮度和红蓝比，并输出各环境光源的色温和亮度驱动值，由实时环境光控制系统的光源驱动模块根据色温和亮度驱动值控制环境光源发光。根据显示内容实时调整环境光源的照度和亮度，改善观看电影的舒适度，提升观影者的观赏体验。本发明适用于影视领域，通过对环境光的配置，缓解观看HDR影像引起的不适，增强观众的沉浸感体验。增强观众的沉浸感体验。增强观众的沉浸感体验。


技术研发人员：常乐 顾晓娟 陈新宇 李勃 鲁梦河
受保护的技术使用者：北京电影学院
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/12