宽色域技术是目前画质增强方向的研究热点之一，该技术可以大大提高视频图像的色彩还原能力，改善人眼的视觉感受。扩展色域的方法主要分为3个方向，传输“负”值色光、高饱和三原色以及多原色。首先简述了宽色域技术的研究意义，然后主要对现有标准色域和主流宽色域标准进行了介绍，并且详细阐述了多原色宽色域的成像与显示技术，最后讨论了该领域待解决的问题以及未来发展趋势。
宽色域 多原色 颜色空间 成像与显示 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400007
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
颜色刺激的光谱组成不同,个体观察者的颜色感觉不同,用不同颜色匹配函数计算的配色精度也会存在差异。为研究自发光设备原色光谱峰值波长位置改变对这种差异的影响程度,选取了1台3通道(R1G2B1)和1台6通道(R1R2G1G2B1B2)LED发光面板,以3通道LED面板中636 nm-524 nm-452 nm组合呈现的颜色为目标色,分别改变6通道LED面板中的RGB单通道和双通道,共产生了7种(包括1种同谱)组合。组织39名年龄分布在19~24岁的色觉正常观察者,基于7种组合开展了白色的配色实验,共采集到357组光谱数据。将CIE1964,CIE2006,基于反射色优化建立、适于年轻观察者的 Sarkar2,BIGC17共4种颜色匹配函数代入计算,以CIE1976-u'v'色品参数计算的Δ(u', v')值进行评价。用CIE1964和CIE2006计算的颜色匹配精度和观察者间差异,均受红通道影响较小,与同谱组合的计算结果较为接近;其次是蓝通道,绿通道峰值波长位置改变的影响较大,与同谱组合间的差异显著。Sarkar2和BIGC17的计算性能较好,在某些组合下优于CIE1964和CIE2006。
色彩 原色光谱 颜色匹配函数 颜色匹配精度 观察者间差异 光学学报
2021, 41(16): 1633001
西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对现有能见度检测方法复杂度高和检测精度低的问题,提出了一种基于监控图像的道路能见度检测方法。首先,通过暗亮原色先验理论求取暗亮原色的透射率;然后,利用自适应去雾权值和自适应滤波窗口优化大气光值和大气透射率,将车道线首尾端点的透射率与优化后的暗亮原色透射率一一对应;最后,结合车道线首尾端的距离计算大气消光系数和能见度。实验结果表明,本方法可在100~600 m内实现高精度检测,相对误差小于10%。相比其他方法,本方法的检测效率更快、精度更高且更容易实现。
测量与计量 能见度检测 暗亮原色先验理论 大气消光系数 高精度检测 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0601001
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究不同原色光谱和观察视场对观察者颜色感知的影响, 利用三组不同原色光谱的显示设备, 组织了18~23名年龄分布在19~25岁的正常色觉观察者, 对CIE推荐的5个颜色分别在2°, 4°, 10°, 22°的不同观察视场开展颜色匹配实验。 基于采集到的1 260组颜色匹配光谱数据, 分别代入CIE1931, CIE1964和CIE2006颜色匹配函数计算目标色和匹配色的色度值, 用CIEDE2000色差值评价各颜色匹配函数的表现。 在a*b*和L*色度平面, 绘制不同观察视场下观察者基于不同显示设备匹配颜色的散点图, 发现CIE1931的计算结果与CIE1964, CIE2006的结果有较大的差别, 特别是在红色和绿色区域。 同时, CIE2006颜色匹配函数计算目标色与匹配色间的色差最小, 其在小视场(2°和4°)和大视场(22°)的表现明显优于CIE1931和CIE1964; 在10°视场, CIE1964的表现较好。 进一步地, 用CIE2006颜色匹配函数进行数据分析, 发现随着观察视场的增加, 观察者匹配的红、 黄、 蓝、 灰色色度值, 均向a*-b*图的右下方偏移, 蓝色区域的匹配散点较为集中; 红色和蓝色彩度升高、 黄色彩度降低, 绿色在大视场(10°和22°)较小视场(2°和4°)彩度升高; 明度变化不大。 匹配设备较目标设备的原色光谱形状、 光谱带宽和峰值波长位移等变化及颜色匹配的结果均有一定程度的影响。 用CIE DE2000色差值计算不同设备间匹配颜色的精度, 发现目标设备和匹配设备的原色光谱峰值波长位移对颜色匹配结果的影响较为明显, 影响程度依次为蓝通道>绿通道>红通道。 论文研究结果可为现有CIE颜色匹配函数的不同视场角使用提供数据和理论支撑, 也可为颜色传递、 复制过程中弱化或强化观察者同色异谱现象提供指导建议。
原色光谱 观察视场 颜色匹配实验 颜色匹配函数 Primary colors Viewing filed size Color matching experiment Color matching functions 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3765
1 天津大学 微电子学院, 天津 300072
2 四川苏格通讯技术有限公司, 四川 宜宾, 644000
为了降低LED背光液晶显示器的能耗, 提出了四原色LED背光方案, 并对该四原色LED重新表达颜色的节能性能以及色差进行研究。首先, 由于人眼对于红色光不敏感, 文中提出了一种使用第四原色替代红色来重新表示复合颜色的方法。为了达到最佳的节能效果, 引入了发光效率来确定第四种原色。之后通过色域分区的方式, 说明了三原色到四原色的转换方法。最后, 介绍了如何评估颜色重新表达后的色差。结果表明, 通过OGB颜色而不是流行的RGB颜色重现复合颜色, 功耗平均降低了20%以上, 使用OGB表达颜色与RGB表达颜色的平均色差ΔE小于1.9。文中提出四原色LED背光方案, 对于目前的液晶显示器有良好的节能效果, 不会使图像的显示产生明显的色差, 符合当前显示器的显示准确和节能的要求。
四原色 节能 颜色重现 色差 four primary colors energy saving color reproduction chromatic aberration
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究基于不同原色光谱的显示设备对观察者颜色匹配精度和观察者间差异的影响,实验选取了6通道(R1R2G1G2B1B2)LED发光面板,并组合为4种RGB匹配原色光谱。组织了24名年龄分布在21~25岁的色觉正常观察者,以NEC-PA242W专业显示设备上呈现的6个颜色(包括白色和CIE推荐的5个颜色)为目标色开展颜色匹配实验,共采集到720个数据。用CIE1976 u'v'色品参数对颜色匹配精度进行分析,结果表明:不同观察者基于636 nm-524 nm-452 nm组合得到的配色精度更高,Δ(u', v')值为0.0062;基于636 nm-524 nm-472 nm组合得到的配色准确性较差,Δ(u',v')值为0.0084。用观察者匹配颜色的u'v'值协方差逆矩阵参数构建观察者差异色度椭圆,基于636 nm-524 nm-452 nm组合得到的椭圆平均尺寸最小,为0.0055;636 nm-508 nm-452 nm组合最大,为0.0094。结果表明,颜色匹配精度和观察者间的差异,受红通道影响较小,受蓝通道和绿通道的峰值波长位置影响较大。
视觉 视觉色彩 原色光谱 颜色匹配函数 颜色匹配精度 观察者间差异 光学学报
2020, 40(16): 1633001
1 商洛学院 化学工程与现代材料学院, 陕西 商洛 726000
2 南昌大学 材料科学与工程学院, 江西 南昌 330031
3 商洛学院 陕西尾矿资源综合利用重点实验室, 陕西 商洛 726000
4 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心, 江西 南昌 330047
为了便捷准确地调节出8位LED背光液晶屏超低色温, 通过Adobe Photoshop软件设置填充色RGB数值, 在LED背光液晶屏上显示色块, 结合自制手机屏幕蓝光吸收膜, 实现超低色温调节。通过光谱分析研究了LED背光液晶屏1931 CIE-XYZ标准色度系统色坐标Z值、色容差、主波长、色纯度、峰值波长、质心波长、半峰宽、显色指数Ra随色温的变化, 实现了8位LED背光液晶屏1 000 K超低色温调节; 6 500～1 000 K 10个实测色温与目标色温的平均相对误差为0.349%, 平均绝对误差为7.1 K, 均可保证白平衡。光谱分析结果表明, 增加自制手机屏幕蓝光吸收膜后, 同一色温下会使质心波长平均下降15 nm。当色温小于4 100 K时, 同一色温下半峰宽减小约4 nm, 其他6个参数影响不大。该色温调节方法与结论对防蓝光膜效果最佳优化及液晶屏相关研究具有参考价值。
液晶屏 三基色 色温 光谱分析 liquid crystal display three primary colors color temperature spectral analysis
京东方科技集团股份有限公司 显示器件研究院, 北京 100176
用反射式光子晶体滤色结构替代传统显示器所用吸收式彩膜, 实现红绿蓝黄绿的五基色彩色显示。用时域有限差分法设计和优化光子晶体几何参数, 实现特定波长被特定光子晶体结构的光子禁带局域于禁带中被吸收, 其他波长透过, 只有部分波长的光被反射显色, 达到反射式波长选择的目的。结果显示, 在玻璃基板上沉积120 nm的薄膜硅, 通过设计二维圆柱状光子晶体的周期、直径和高度, 得到红绿蓝黄青五基色所在的波长范围内的反射出光, 且半峰宽都在±50 nm左右。反射式光子晶体结构形成的三基色和五基色可以将美国国家电视系统委员会(NTSC)色域分别拓宽到121%和143%, 且使色纯度更高。最后, 本文提供了一种加工二维柱状结构光子晶体的可行性方案。
光子晶体 微纳结构 彩色显示 滤色 五基色 photonic crystals nano-structures five primary colors color filter colors display
近年来, 随着LCD显示技术的发展, 多基色LCD显示技术是未来发展的方向。三基色LCD的缺点以及多基色解决方案被越来越多地提及, 四基色显示器已经有产品上市。现在五基色显示技术已经被提出来, 但关于五基色LCD显示技术研究和文献较少。五基色是在原来RGB三基色的基础上增加青基色(505 nm)和黄基色(580 nm), 增大了LCD的显示色域。多基色将会是未来显示行业的发展方向。用分光光度计测试不同电压驱动下正性TN-LCD五基色电光特性, 分析其五基色阈值特性, 为以后多基色LCD显示技术的驱动参数选取提供一定依据。
五基色 电光特性 阈值特性 five primary colors LCD liquid crystal display (LCD) electro-optical characteristic threshold characteristic
1 汕头大学 理学院, 广东 汕头 515063
2 汕头超声显示器有限公司, 广东 汕头 515041
RGB三基色的LCD显示器件在高端的应用领域已经不能满足细节显示要求。研究发现可以增加基色的数量, 如黄色, 形成RYGB四基色, 实验证明显示的色域有明显的改善。文中首先研究LCD的电光特性, 而后重点研究频谱带宽对LCD电光特性的影响。在1 kHz固定频率驱动下, 通过改变电压来改变LCD的透过率, 随着驱动电压的变化, LCD的透过率有较大变化。选取四种基色对应的波长, 研究它们的电光特性曲线, 得出LCD四基色的电光特性曲线随电压变化的趋势一致；研究不同带宽下四基色波长的透过率, 得出带宽对红、黄、绿三种基色的透过率影响不大, 而带宽对蓝基色的透过率影响较大。
频谱带宽 四基色 电光特性 LCD liquid crystal display (LCD) spectral bandwidth four primary colors electro-optical properties
