技术讲解,激光投影色域与国画色彩管理方案

　　色域的概念

　　想弄清楚色域的概念，必须先搞明白一些基本理论。

　　同色异谱现象

　　人眼看上去相同的颜色，可以由不同颜色的光混合来实现

　　不同波长光的颜色是不同的，人的眼睛大概能感受到光波长范围为380nm到760nm。太阳光下你看到物体的颜色是由这些不同波长的光叠加产生，其中有的光颜色亮，有的光颜色暗。但是同样的颜色，例如你中午吃掉的那个橙子的颜色与你在手机上看到的同一只橙子的照片都是橙色，在你看来，它们没有两样——而实际上，你的手机根本无法发出对应橙色波长的光，你看到的橙色其实是你的视网膜同时接收到红绿蓝三种颜色经过精细的混合之后的“假橙色”。对于人类，同样的颜色感受其实是可以由不同的光谱刺激得到的，这是目前显示行业的基础。

　　目前显示行业最常用的颜色还原光谱利用了最为简单的组合：红绿蓝(RGB)三原色。三原色理论可以用一句话概括的说明：

　　任何一种你能看到的颜色都可以通过红绿蓝这三种不同颜色的光按比例混合而成

　　这种说法不太准确，但是有助于你理解下边的内容。背后的基础则包括人眼视网膜不同感光细胞对波长的选择性反应。证明这一观点的实验则是色匹配实验。

　　色匹配实验 　　人类色觉的分解可以用实验的方法获得

　　拿一张白纸，中间隔开一分两半。左边用真正的橙色光照亮，右边用红、绿、蓝三种颜色的光混合照射。假如你不厌其烦的调整右边三种光的亮度比例，终于在某个比例的时候左右的颜色看起来是相同的，恭喜你，你获得了左边橙色对应的三原色值，完成了色匹配实验。

　　有了三原色理论的支持，理论上我们不需要发出可见光光谱上的每一个光波长，只要发出红绿蓝三种颜色的光然后在改变他们的比例就可以让人误以为他看到了某种特定的颜色，也就是对于颜色我们只需要关注这三种基本颜色的比例就好，并且规定当红绿蓝三色比例相加永远等于1。接下来的问题就很简单了，各种不同的颜色对应的红绿蓝比例值都是多少?

　　色域图 　　用数学的方法来描述颜色的范围

　　首先用来测试的颜色当然是最基本的颜色：可见光单一波长所对应的颜色。由于人为的规定了RGB三色等比例相加等于1的时候为白色，我们就可以用两个颜色R和G的比例值作为平面坐标系下的两个方向轴，然后任意三个不同RGB比例都可以绘制在一个平面直角坐标系中。以R比例作为横轴，G的比例作为纵轴，采用色匹配试验的方法去获取380-760nm的单色波长对应的三色比例值如下图所示：

　　这张图有一个问题：颜色的坐标出现了“负值”。而负值产生的原因是：有一些颜色是无法用RGB三色的叠加来实现的，对于这些颜色，需要将RGB中的一种颜色叠加在要匹配的颜色中去，也就是说对于某种特定颜色C，存在这样一种情况：颜色C+红色 = 绿色+蓝色，这里的等号是指等效。如果将红色将从左边移到等式右边，便有了负号。

　　但是负号的引入对于人们的使用有着诸多的不便，所以人为引入了虚拟的三个原色XYZ，然后通过数学变换的方法将存在负数的r-g坐标系变换成了所有坐标值都为正数的x-y坐标系，如下图所示：

　　上图就是常见的CIE1931色品图。CIE是国际照明委员会的简称，这套系统是在1931年正式被接受的。

　　然而基于x-y坐标系下的CIE1931色域图存在一个问题：该坐标系下的色彩空间是不均匀的——从同一点出发，沿两个不同的方向行进相同的距离，色彩的变化量是不均匀的，有可能第一个方向变化了5种颜色，而另一个方向变化了将近500种。这样就给实际的应用带来了很大的麻烦。为此，国际照明委员会在1960年的时候通过了一种新的色坐标系统，将x-y坐标系进行数学上的变换，新的坐标用u，v来表示，形成了1960 CIE-UCS色坐标系统，如下图所示：

　　在这个新的色坐标系统中颜色的变化已经比较均匀，然而随着时间的发展更多的研究表明该坐标系的上部所代表的颜色如黄、橙、红等在现代的工业如食品、石油、油漆中应用广泛，但是这部分的区域却较为狭窄。因此，在1976年人类又人为的将这部分空间放大，通过坐标变换的方法得到了新的坐标系u’,v’，即CIE1976 u’v’坐标系，如下图所示：

　　关于色彩空间的研究还在继续，但是目前CIE 1976 u’v’坐标系是一个国际通用且较为实用的色坐标系统。可能由于历史的原因CIE 1931 xy坐标系出现的频率更高，但是这两种色坐标系统是不矛盾的，可以通过数学的方法进行转换。

　　Pointer色域 　　你在自然界看到的实际颜色范围

　　实际生活中我们所看到的物体反射的光谱其实很杂，并不是由单一的波长构成。有一个叫M.R. Pointer的人做了一系列的实验，并且在1980年将结果以论文《The Gamut of Real Surface Colours (真实物体表面颜色色域)》的形式发表。从该论文摘要来看这位Pointer先生采样了4089个真实物体的颜色样本并获得了它们在xy空间中的色坐标。简单的说：你能看到的自然界绝大部分颜色都在这个范围里了，如下图所示：

　　接下来的事情就简单多了。既然显示技术的目的是为了“还原物体的真实颜色”，那么我们其实不需要把可见光谱上的每一个颜色都实现，我们只要还原Pointer色域范围内的颜色就可以了。也就是说Pointer色域的实际应用意义更大。对于三原色理论来讲，具体要做的事情就是选择合适的三原色坐标，使得三个点所围成的三角形尽可能的覆盖Pointer色域的范围。

　　ITU-R BT.709建议的色域

　　随着广播电视相关技术的发展，数字电视技术逐渐取代了传统的模拟电视技术，高清晰度电视(HDTV)也开始崭露头角。1989年ITU(国际电信联盟——联合国下属组织，当时名为CCIR，即国际无线电咨询委员会)将Pointer色域定为HDTV的目标色域。在1993年，ITU正式通过了标题为“Basic parameter values for theHDTV standard for the studio and for international programme exchange ”，编号为ITU-R BT.709-1的建议。编号中的R代表Radiocommunication(无线电通讯)，B代表Broadcasting(广播)，T代表Television(电视)。从名字就可以看出该建议是针对HDTV提出的。在该建议中，规定了三原色色坐标如下：

　　将该色域图绘制在CIE1976色坐标系统中如下图：

　　按照这份标准最终得到的色域覆盖了67.5%的Pointer色域。该色域的面积小于NTSC色域面积。BT. 709最后一次更新是在2002年，版本号为BT. 709-5。

　　中航国画激光投影色彩管理方案

　　在当前投影机光源技术不断进化的同时，人们依然把焦点放在投影机的亮度和对比度指标上，色彩往往不受人们的关注，是色彩表现出来的差异总能让人们一眼就能对当前显示的画面做出判定，因此色彩才成为专业性设备最重要的性能指标。

　　投影机由输入到输出，将输入的视频图像信号通过光线呈现在荧幕上，在这个过程中我们需要做的就是将差异做到最小化，只有提供最为精准的色彩定义和色彩匹配，才能使我们所看到的、相机拍摄记录的、投影显现的三步统一，这也是我们当前作为显示设备必须去完成的技术流程，并努力使投影显现出来的画面还原度能够更高，更真实。

　　国画投影机采用ELPD技术，在努力提升效率的同时，不断提高画面的色彩显示效果，最新款机器搭配红色激光不仅将单色纯度提高一级，也将色域面积提升10%，一方面为了能更好的还原色彩真实度，另一方面我们也提供了多模式的显示效果以满足不同客户的显示需求，以使不同画面色彩要求达到满足，为此我们在光学设计、色彩配比、图像处理以及情境模式设定等各个方面着手以求将显示效果达到令客户满意的状态。

　　中航国画4K双色激光工程机LP50UM

　　亮度：ANSI 6000lm

　　分辨率：4K UHD (3840 x 2160)

　　红蓝双色激光

　　ELPD激光显示技术

　　超过20000小时(光衰不高于50%)

　　主动式3D

　　电动调焦/变焦，投射比：1.47 - 1.76：1

　　支持PIP/PBP

　　支持720度自由安装

　　投影尺寸：60~300

　　HDBaseT支持网络控制和视频流

　　支持DisplayPort、DIV、HDMI、VGA

　　特点：

　　超高清分辨率

　　色彩饱和、真实

　　信号快速自动搜索

　　长寿命、高可靠性

　　密封模组设计全方位立体防尘

　　全金属外壳，防火防尘防静电

　　运营安全度高

　　7*24小时全天候工作

　　5km高海拔工作

　　关于中航国画

　　上海航空电器有限公司成立于1954年，隶属于中国航空工业集团公司，是中航航空电子系统股份有限公司(上市公司，股票代码：600372)全资子公司。现有闵行、金山两个厂区，总占地面积近12万平方米，拥有5家控股子公司，在职员工1100余人。

　　作为诞生于抗美援朝期间的新中国航空工业企业，60多年来，公司顺应国防建设战略，抓住改革开放和航空机载行业飞速发展的历史机遇，从最初的飞机电器零件维修起步，一路栉风沐雨，为国家重大装备建设做出重大贡献。期间，公司积极响应国家号召，向大西部输出优势人才及技术设备，先后援建、包建了多家航空机载电器企业。进入新世纪后，公司坚持聚焦战略，对核心专业领域持续进行研发投入，以客户需求和前沿技术驱动创新，引领行业发展。公司每年将销售收入的10%以上投入研发，超过40%的员工从事创新、研究与开发工作。公司获得多项发明专利和国防科技进步奖，拥有国家认定企业技术中心、国家认可实验室以及配电系统、照明系统等专业级实验室。