胡 猛,張文勝,李維善,楊志超,韓 東,王虹達(dá)
(1.河北省數(shù)字影像裝備與數(shù)字顯示技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 秦皇島 066000;2.秦皇島美視達(dá)視聽(tīng)檢測(cè)技術(shù)有限公司,河北 秦皇島 066000;3.秦皇島視聽(tīng)機(jī)械研究所有限公司,河北 秦皇島 066000)
色彩還原是監(jiān)控/攝像鏡頭的關(guān)鍵性能指標(biāo),用來(lái)描述在不同色溫條件下,在顯示設(shè)備上真實(shí)還原圖像景物各種色彩的能力[1]。在《信息技術(shù) 緊縮嵌入式攝像頭通用規(guī)范》(GB/T 36480—2018)中6.4.5 部分、《安全防范視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)通用技術(shù)要求》(GA/T 1127-2013)中5.3.1.4 部分、《車(chē)載視頻行駛記錄系統(tǒng)》(GB/T 38892—2020)中5.4.11 部分的鏡頭標(biāo)準(zhǔn)中,均有對(duì)色彩還原的定義和對(duì)測(cè)試方法的描述,可見(jiàn)色彩還原參數(shù)在鏡頭領(lǐng)域的作用[2-3]。
新一代超高清(Ultra High Definition,UHD)顯示標(biāo)準(zhǔn)BT.2020 對(duì)新一代顯示技術(shù)產(chǎn)品(激光投影產(chǎn)品)規(guī)定了各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo),指明了新一代激光投影顯示技術(shù)的發(fā)展方向:分辨率由4K 逐漸向8K 過(guò)渡,色彩深度由8 bits 提升到10 bits 或12 bits,色域覆蓋率達(dá)到人眼可識(shí)別自然界色彩范圍的70%以上。我國(guó)“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃明確指出將在超高清大色域激光顯示關(guān)鍵參數(shù)評(píng)價(jià)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究方面開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研究[4]。
色彩還原是顯示設(shè)備準(zhǔn)確顯示出圖片顏色并與原圖一致的度量標(biāo)準(zhǔn)。色彩還原能力越強(qiáng),色彩還原度越高,顯示的色彩就越準(zhǔn)確,視覺(jué)效果也就越優(yōu)秀。數(shù)碼影像飛速發(fā)展,對(duì)于影像色彩的要求越來(lái)越高。對(duì)于普通的用戶(hù)來(lái)講,觀看高清電影時(shí),投影顯示的色彩還原能力,也很大程度上影響到電影的觀感效果[5]。
本文依據(jù)監(jiān)控/攝像鏡頭測(cè)試中的經(jīng)驗(yàn),將用來(lái)描述鏡頭還原圖像成像色彩能力的色彩還原技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用于激光投影顯示參數(shù)評(píng)價(jià)中。激光投影的色彩還原能夠有效地反映投影顯示成像的色彩能力,豐富了激光投影顯示的評(píng)價(jià)指標(biāo),同時(shí)響應(yīng)了國(guó)家對(duì)新一代激光顯示參數(shù)相關(guān)技術(shù)研究的號(hào)召[6]。
以《信息技術(shù) 緊縮嵌入式攝像頭通用規(guī)范》(GB/T 36480—2018)標(biāo)準(zhǔn)為例,色彩還原在監(jiān)控/攝像鏡頭測(cè)試的方法是:在標(biāo)準(zhǔn)光源照明條件下,使用鏡頭對(duì)愛(ài)色麗標(biāo)準(zhǔn)24 色卡進(jìn)行拍攝,測(cè)試圖卡占整個(gè)取景視場(chǎng)面積的50%~70%且處于中心區(qū)域,拍攝后將所拍攝圖像輸入計(jì)算機(jī)。選取24 個(gè)色塊,每個(gè)色塊中截取的面積不小于30%,分別測(cè)出所截圖像色塊的R、G、B 值并換算到CIEL*a*b*色彩空間,再求各色塊對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)24 色卡中L*a*b*的ΔL*、Δa*、Δb*值如式(1)、式(2)、式(3)所示,然后代入式(4)求出24 色塊中每色塊的色彩還原ΔE*a*b*。
式中:L*、a*、b*為標(biāo)準(zhǔn)24 色卡對(duì)應(yīng)的CIEL*a*b*標(biāo)準(zhǔn)值;、、為計(jì)算得到的CIEL*a*b*值。
激光投影顯示色彩還原實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括色彩照度計(jì)CL-500A,愛(ài)色麗標(biāo)準(zhǔn)24 色投影圖像以及投影機(jī)測(cè)試用13 孔投影板。激光投影顯示色彩還原測(cè)試如圖1 所示,具體測(cè)試方法如下。
圖1 色彩還原測(cè)試示意圖
(1)激光投影機(jī)開(kāi)機(jī)預(yù)熱30 min,確保投影畫(huà)面穩(wěn)定。
(2)激光投影機(jī)投射畫(huà)面中心與色彩照度計(jì)中心在同一水平面上。
(3)按照愛(ài)色麗標(biāo)準(zhǔn)24 色順序,逐一切換投影圖像。使用色彩照度計(jì)的測(cè)量軟件測(cè)量投影圖像的X、Y、Z的值。
(4)將X、Y、Z的值轉(zhuǎn)換成CIEL*a*b*色彩空間對(duì)應(yīng)的值。
式中:Xn、Yn、Zn為CIE 標(biāo)準(zhǔn)照明體的三刺激值。
(5)將各自轉(zhuǎn)換的值與24 色色彩圖像CIEL*a*b*標(biāo)準(zhǔn)值求出色彩還原ΔE*a*b*,參照式(1)—式(4)。
(6)計(jì)算所有ΔE*a*b*的總和,除以24,求出平均色彩還原誤差,即為激光投影顯示的色彩還原能力。核心代碼如下。
實(shí)驗(yàn)選取3 款不同廠家、不同型號(hào)的投影機(jī)作為檢測(cè)樣本。將三款投影機(jī)樣本編號(hào)為樣品1、樣品2 和樣品3。市場(chǎng)價(jià)值方面,樣品1 >樣品3 >樣品2。按照激光投影顯示色彩還原具體測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,3 款樣品測(cè)試采用同一款色彩照度計(jì),設(shè)備型號(hào)為CL-500A,設(shè)備編號(hào)G-12。3 款樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。
表1 激光投影顯示色彩還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出,各樣品的色彩還原能力符合樣品的市場(chǎng)價(jià)值和色彩能力;應(yīng)用色彩還原,能夠真實(shí)反映激光投影顯示還原圖像色彩的能力,在評(píng)價(jià)激光投影顯示時(shí)具有一定參考價(jià)值。
色彩還原反映了設(shè)備還原圖像色彩的能力,是顯示設(shè)備的關(guān)鍵性能指標(biāo)。在激光投影顯示領(lǐng)域,關(guān)于色彩還原的定義和具體測(cè)試方法尚比較欠缺,相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也未提及這一概念。本文基于監(jiān)控/攝像鏡頭中色彩還原的概念和測(cè)試經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)新性地將色彩還原應(yīng)用到激光投影顯示中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,色彩還原能夠真實(shí)地反映激光投影顯示還原圖像色彩的能力,在評(píng)價(jià)激光投影顯示的色彩能力方面具有一定的參考價(jià)值,同時(shí)為檢測(cè)中心和標(biāo)準(zhǔn)化工作提供了新的角度,可以在以后的工作中進(jìn)行深入的研究。
色彩還原評(píng)價(jià)方法的研究,對(duì)高清投影顯示設(shè)備的良性發(fā)展起到推動(dòng)作用。色彩還原指標(biāo)的逐步應(yīng)用和被用戶(hù)認(rèn)可,將極大推動(dòng)投影設(shè)備生產(chǎn)廠家在這方面的技術(shù)投入,用戶(hù)的投影顯示觀感會(huì)不斷提升。