新型显示中的立体色域理论

发布时间：2020-08-04 14:41

【摘要】：激光显示是一种新型的显示技术,它拥有着色域广,亮度高,寿命长等优点。目前,拥有不同光谱宽度和中心波长的气体激光器,固体激光器,半导体激光器和光纤激光器等多种光源可以被应用于激光显示中。光谱宽度和中心波长可以影响激光显示系统的色域和散斑对比度。但是,提升色域需要较窄的光谱,而降低散斑对比度需要相对宽一些的光谱,这对矛盾成为了摆在我们眼前的难题。我们迫切需要一种计算激光显示系统立体色域的办法。麦克亚当理论是一种计算色域的优秀算法。和传统的平面色域比较,麦克亚当理论可以使用更均匀的CIELAB色空间,并且能够反映亮度对色域的影响。然而,这种算法在计算以激光显示为代表的窄光谱和不连续光谱时,会产生一些问题。本文就是在解决上述问题的背景下产生的。本文的主要研究工作如下:1.提出了适用于以激光显示代表的三基色显示系统的色域体积计算方法,通过该方法,我们可以获得任意中心波长,光谱宽度下面的三基色显示系统的色域体积,解决了前人算法中留下的问题。2.讨论了三基色显示系统中,光谱宽度,单一基色波长,单一基色光谱宽度对立体色域的影响。得到了绿光对激光显示色域影响最大的结论。通过理论的指导,我们选取中心波长为660nm,谱宽为10nm的红光;中心波长为532nm,谱宽为5nm的绿光;中心波长为465nm,谱宽为10nm的蓝光作为三基色显示的参考光源,用来兼顾扩展色域和降低散斑对比度。3.扩展了三基色的麦克亚当理论到多基色显示系统,使麦克亚当理论可以应用于超过三基色的显示系统。这样的立体色域系统解决了通过添加低亮度的基色使整体色域获得不合理提升的问题。四基色色域可以提升至三基色的113%,而六基色可以提升至三基色的126%。4.以四基色为代表,讨论了基色谱宽,基色强度,波长选择对色域体积的影响,提出了多基色显示系统中基色强度之间的关系,优化了以467nm,505nm,520nm,630nm的四基色显示系统的强度,当四基色强度比值为1.0000:0.8353:0.8958:1.8500时,色域最广。5.基于麦克亚当理论的几何模型,研究了麦克亚当色立体上点线面的物理意义,讨论了它们数量和基色数量的关系,利用几何意义绕开计算来得到麦克亚当色立体。6.基于心理物理学的实验,验证了麦克亚当极限的形状。通过人眼在不同显示系统下颜色的判断能力来衡量不同显示系统的色域。通过8位观察者针对12种颜色的辨识实验,我们得到了激光显示比传统的氙灯显示色域多49.48%的结论,这一结果的标准差为8.7%。本文的主要创新点为:1.提出基色概念是照明系统和显示系统的重要区别,通过在传统的麦克亚当理论中引入基色,提出最饱和三刺激值的概念。使之可以应用于窄谱,不连续谱等一系列光谱的色域计算中。大大扩展了原始麦克亚当算法的应用范围。2.基于三基色显示系统的麦克亚当理论,提出了NTSC,Rec.709,Rec.2020,DCI-P3等平面色域标准在CIELAB色空间中的对应。保证了我们的理论对平面色域标准的向下兼容。3.基于白平衡点的配平方程,得出N基色显示系统中确认每个基色的强度值,需要至少给出(N-2)个基色的强度值这一结论。从而讨论了基色强度对显示系统色域的影响。4.将麦克亚当色立体的点线面同实际物理意义结合,即色立体上的顶点代表了所有基色强度取值均为0和1的点,色立体上的棱代表了除了一个基色以外,所有基色强度取值均为0和1的点,色立体上的面代表了除了两个基色以外,所有基色强度取值均为0和1的点。根据麦克亚当理论的几何意义重新解释了许多色域计算中的结论。5.从数值计算和实验分析两个方向讨论CIEXYZ和CIELUV色空间对立体色域的还原程度,两种结果都表明,CIEXYZ色空间比CIELUV色空间更接近立体色域的真实情况。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN873;TN24
【图文】：

气体激光器,染料激光器,固体激光器,半导体激光器

逦第一章绪论逦逡逑稳定性和输出功率，典型通过稀土离子掺杂制成的固体激光器中心波长为逡逑５３２ｎｍ，谱宽为Ｏ．Ｏｌｎｍ以下。然而，和气体激光器类似，它的尺寸限制了它逡逑在激光显示中的应用。逡逑半导体激光器［图ｌ－ｌ（ｃ）］通过具有电子能级的半导体材料作为工作物质，逡逑具有效率高，尺寸小，能量高等优点，它存在着诸如４５５ｎｍ，４６５ｎｍ，５２０ｎｍ，逡逑５３２ｎｍ，６３８ｎｍ，６６０ｎｍ等一系列的工作波长，谱宽一般在０．２ｎｍ以下，它的逡逑特性使它成为激光显示光源的首选。目前，市面上已出现用于显示系统中的逡逑半导体光源［４］。逡逑染料激光器［图ｌ－ｌ（ｄ）］，使用溶于有机溶剂中的尼罗红，罗丹明等染料作逡逑为工作物质，通过激励光源激发产生激光，具有非常广泛的发射波长，它可逡逑以产生４００－７００ｎｍ，几乎所有波段的可见光，典型的谱宽为１０ｎｍ，染料激光逡逑器是激光显示目前的研宄方向之一［５，６］。

响应曲线,明视觉,亮度,响应曲线

不同波长的光，人眼对其的响应是不一致的，譬如，人眼对于绿色逡逑的光尤其敏感，甚至可以感知单个光子的强度，对于波长较大的红光，或者是逡逑波长较小的蓝紫光，敏感程度就弱了许多，图１－３显示了人眼的响应同光源波逡逑长的关系：逡逑（ｂ＞逡逑广＼邋．逡逑°－９邋／逦＼逡逑０８逦ｉｓｒ逦ｖ逡逑Ｉ＂邋０．７逦／逦＇逡逑Ｓ邋０－６逦＼逡逑１邋°５邋／邋＼逡逑§邋０．４逦／逦＼逡逑１0，邋／邋＼逡逑０２邋／邋＼逡逑°：｜邋ｙ逦Ｖ逡逑３８０邋４００逦４５０逦５００逦５５０逦６００逦６５０逦７＾逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逡逑图１－３人眼对波长的响应曲线，Ｖ表示的是亮度较高的明视觉，逡逑Ｖ？表示的是亮度较低的暗视觉Ｉ＂］逡逑和辐通量相对应，描述可见光对于人眼的视觉刺激程度的物理量被称作光逡逑通量。它的表达式为逡逑叫＝邋‘／0＞（又）（１－２）逡逑表达式中，４是常数，这里是６８３１ｍ／Ｗ，０（；；0表示了人眼对于不同波逡逑长的光的光视效率。光通量的单位是流明（ｌｍ）。逡逑通常，当我们谈到显示系统的亮度的时候，指的就是光通量［ＫＭ３１。逡逑４逡逑

响应曲线,种类,对应关系,波长

【相似文献】