基于認(rèn)知的顯示系統(tǒng)顏色特性研究.pdf

1、顏色特性作為決定顯示系統(tǒng)顯示性能的一個(gè)關(guān)鍵屬性，在顯示設(shè)備質(zhì)量評(píng)價(jià)中起著重要作用。顯示系統(tǒng)顏色特性研究，也一直是顯示系統(tǒng)相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。目前，對(duì)于顯示系統(tǒng)顏色特性的研究缺乏系統(tǒng)性和全面性;而且相關(guān)研究大多從物理測(cè)量的角度出發(fā)，對(duì)視覺感知和視覺認(rèn)知考慮較少，尤其是視覺認(rèn)知在這方面研究仍處于空白。了解觀察者對(duì)顏色特性評(píng)價(jià)的視覺認(rèn)知過程，使顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加符合觀察者的視覺特性，從而獲得好的顯示性能。本論文首先系統(tǒng)全面地研究了常見顯示系

2、統(tǒng)顏色特性，包括物理測(cè)量和理論建模。同時(shí)，研究了三維顯示和電潤濕顯示等新型顯示技術(shù)的顏色特性，對(duì)顯示技術(shù)顏色特性提出了具體的改進(jìn)方法。研究過程中，論文設(shè)計(jì)了一系列主觀視覺感知實(shí)驗(yàn)，使研究更客觀、可靠地反應(yīng)觀察者的實(shí)際觀察效果。最后，本課題開創(chuàng)性地將視覺認(rèn)知和顯示圖像顏色特性相結(jié)合，作為比較新穎的研究內(nèi)容，填補(bǔ)了該方面研究的空白，為將來視覺認(rèn)知在顯示系統(tǒng)其它領(lǐng)域的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾方面:
　

3、　 由于不同顯示設(shè)備的顯示機(jī)理不同，對(duì)顏色的表現(xiàn)力也不同。論文在測(cè)量分析常見的多種顯示技術(shù)顏色值的基礎(chǔ)上，首先比較了各種顯示器的亮度特性、伽馬特性以及通道相加性。進(jìn)一步研究了優(yōu)化的顏色特性化算法、色域邊界描述方法、色域體積計(jì)算。論文提出了具有較高精度、適合常見顯示系統(tǒng)的顏色特性研究方法。同時(shí)采用視覺感知實(shí)驗(yàn)的方法，研究了色域體積與圖像質(zhì)量、顏色再現(xiàn)情況之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)白場(chǎng)坐標(biāo)不發(fā)生偏移時(shí)，色域越大，顏色再現(xiàn)情況越好;但是色域大小

4、與觀察者對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)并不等價(jià)，在圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)中，白場(chǎng)色坐標(biāo)、暗場(chǎng)亮度、峰值亮度、色域的具體形狀等均會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果。
　　 考慮到新型顯示系統(tǒng)與常見顯示系統(tǒng)的差異，并不能沿用傳統(tǒng)顏色特性研究方法。論文針對(duì)性地研究了兩種新型顯示系統(tǒng)的顏色特性，包括眼鏡式三維顯示系統(tǒng)和電潤濕顯示系統(tǒng)，并分析了影響這些顯示系統(tǒng)顏色特性的因素。首先，基于光電特性的測(cè)量，研究了眼鏡式三維顯示系統(tǒng)的顏色特性。由于三維模式下眼鏡對(duì)光線的透過率影響，眼鏡式

5、三維顯示系統(tǒng)在三維模式下，可顯示顏色范圍比二維模式下小60％以上。同時(shí)，采用主觀視覺感知實(shí)驗(yàn)，比較了三維模式和二維模式下觀察者的喜好度和整體圖像質(zhì)量，結(jié)果表明顯示模式和圖像內(nèi)容之間的交互影響顯著。兩種模式之間的差異與圖像的亮度、飽和度和兩眼視角差顯著相關(guān)，當(dāng)亮度、飽和度與兩跟視角差的比值達(dá)到一定值時(shí)，三維效果最好。其次，論文通過物理測(cè)量和視覺感知實(shí)驗(yàn)，研究了不同情況下的電潤濕顯示器的顏色特性，并建立了相應(yīng)的理論模型，根據(jù)油滴和高反材料的

6、顏色，可以分別估計(jì)遠(yuǎn)距離觀察和近距離觀察時(shí)，人眼觀察到的顏色。同時(shí)，論文也分析了當(dāng)mura現(xiàn)象存在時(shí)，顏色特性對(duì)mura的影響。在此基礎(chǔ)上獲得的預(yù)測(cè)模型可通過測(cè)量油滴亮度和整體亮度的比值，可以預(yù)測(cè)不同情況下mura的平均可見閾值和平均不可接受閾值。
　　 多基色系統(tǒng)是改善顯示系統(tǒng)顏色特性最有效的方法。論文詳細(xì)研究了多基色系統(tǒng)中存在的基色的優(yōu)化設(shè)計(jì)、顏色轉(zhuǎn)換方法不唯一等多方面的問題。在此基礎(chǔ)上，論文設(shè)計(jì)并搭建了由兩臺(tái)DLP系統(tǒng)構(gòu)建

7、的特定四基色系統(tǒng)和六基色系統(tǒng)，研究了它們的顏色特性和存在的問題，并分別提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，較大地提高了色域范圍。其中，六基色系統(tǒng)在保證白場(chǎng)不變的情況下，色域體積增量約為100％。論文提出了一種基于等亮度線的顏色轉(zhuǎn)換算法，該算法既避免了矩陣轉(zhuǎn)換方法造成的交界面的不連續(xù)性，又克服了等亮度面算法的復(fù)雜性，可以達(dá)到較好的轉(zhuǎn)換效果。通過主觀實(shí)驗(yàn)的方法，研究了不同色域大小三基色和四基色系統(tǒng)的顯示效果。結(jié)果表明，采用四基色系統(tǒng)，可以改善顯示效果。80

8、％色域的四基色系統(tǒng)，顯示效果比100％色域的三基色好;即使色域?yàn)槿?0％的四基色，也可以達(dá)到色域較大的三基色一樣的顯示效果。
　　 論文研究了顏色特性對(duì)視覺認(rèn)知的兩個(gè)方面的影響，包括視覺記憶和視覺注意?；谥饔^實(shí)驗(yàn)，研究了顏色特性對(duì)短時(shí)記憶的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明顏色對(duì)短時(shí)記憶有顯著影響，并得到短時(shí)記憶正確率與圖像顏色特性之間的關(guān)系。結(jié)合眼球追蹤系統(tǒng)，論文也研究了顏色及位置對(duì)視覺關(guān)注的影響。采用自然圖片，顏色色調(diào)對(duì)關(guān)注時(shí)間影

9、響顯著,觀察者對(duì)紅色、藍(lán)色及其混合色紫紅色的關(guān)注時(shí)間較長，對(duì)青色的關(guān)注時(shí)間較短。采用單色色塊也存在類似規(guī)律，但顏色特性對(duì)關(guān)注時(shí)間無顯著影響。采用單色色塊，黃色的關(guān)注時(shí)間較長，人眼對(duì)該顏色較敏感。色塊亮度和子圖片主體的亮度對(duì)第一眼關(guān)注這部分區(qū)域人數(shù)有顯著影響，歸一化亮度在0.39左右的圖片，第一眼關(guān)注這部分區(qū)域的觀察者人數(shù)最多。位置對(duì)關(guān)注時(shí)間和第一眼關(guān)注這部分區(qū)域人數(shù)的影響均很顯著。由于觀察者遵循從上到下的觀察順序，因此大多數(shù)人第一眼關(guān)注