新一代激光投影显示的色彩还原评价方法

胡 猛，张文胜，李维善，杨志超，韩 东，王虹达

（1.河北省数字影像装备与数字显示技术重点实验室，河北 秦皇岛 066000；2.秦皇岛美视达视听检测技术有限公司，河北 秦皇岛 066000；3.秦皇岛视听机械研究所有限公司，河北 秦皇岛 066000）

0 引 言

色彩还原是监控/摄像镜头的关键性能指标，用来描述在不同色温条件下，在显示设备上真实还原图像景物各种色彩的能力[1]。在《信息技术 紧缩嵌入式摄像头通用规范》（GB/T 36480—2018）中6.4.5 部分、《安全防范视频监控摄像机通用技术要求》（GA/T 1127-2013）中5.3.1.4 部分、《车载视频行驶记录系统》（GB/T 38892—2020）中5.4.11 部分的镜头标准中，均有对色彩还原的定义和对测试方法的描述，可见色彩还原参数在镜头领域的作用[2-3]。

新一代超高清（Ultra High Definition，UHD）显示标准BT.2020 对新一代显示技术产品（激光投影产品）规定了各项参数指标，指明了新一代激光投影显示技术的发展方向：分辨率由4K 逐渐向8K 过渡，色彩深度由8 bits 提升到10 bits 或12 bits，色域覆盖率达到人眼可识别自然界色彩范围的70%以上。我国“十四五”国家重点研发计划明确指出将在超高清大色域激光显示关键参数评价技术及标准研究方面开展相关技术研究[4]。

色彩还原是显示设备准确显示出图片颜色并与原图一致的度量标准。色彩还原能力越强，色彩还原度越高，显示的色彩就越准确，视觉效果也就越优秀。数码影像飞速发展，对于影像色彩的要求越来越高。对于普通的用户来讲，观看高清电影时，投影显示的色彩还原能力，也很大程度上影响到电影的观感效果[5]。

本文依据监控/摄像镜头测试中的经验，将用来描述镜头还原图像成像色彩能力的色彩还原技术指标应用于激光投影显示参数评价中。激光投影的色彩还原能够有效地反映投影显示成像的色彩能力，丰富了激光投影显示的评价指标，同时响应了国家对新一代激光显示参数相关技术研究的号召[6]。

1 方法介绍

以《信息技术 紧缩嵌入式摄像头通用规范》（GB/T 36480—2018）标准为例，色彩还原在监控/摄像镜头测试的方法是：在标准光源照明条件下，使用镜头对爱色丽标准24 色卡进行拍摄，测试图卡占整个取景视场面积的50%～70%且处于中心区域，拍摄后将所拍摄图像输入计算机。选取24 个色块，每个色块中截取的面积不小于30%，分别测出所截图像色块的R、G、B 值并换算到CIEL*a*b*色彩空间，再求各色块对应标准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 色块中每色块的色彩还原ΔE*a*b*。

式中：L*、a*、b*为标准24 色卡对应的CIEL*a*b*标准值；、、为计算得到的CIEL*a*b*值。

激光投影显示色彩还原实验设备包括色彩照度计CL-500A，爱色丽标准24 色投影图像以及投影机测试用13 孔投影板。激光投影显示色彩还原测试如图1 所示，具体测试方法如下。

图1 色彩还原测试示意图

（1）激光投影机开机预热30 min，确保投影画面稳定。

（2）激光投影机投射画面中心与色彩照度计中心在同一水平面上。

（3）按照爱色丽标准24 色顺序，逐一切换投影图像。使用色彩照度计的测量软件测量投影图像的X、Y、Z的值。

（4）将X、Y、Z的值转换成CIEL*a*b*色彩空间对应的值。

式中：Xn、Yn、Zn为CIE 标准照明体的三刺激值。

（5）将各自转换的值与24 色色彩图像CIEL*a*b*标准值求出色彩还原ΔE*a*b*，参照式（1）—式（4）。

（6）计算所有ΔE*a*b*的总和，除以24，求出平均色彩还原误差，即为激光投影显示的色彩还原能力。核心代码如下。

2 实验数据

实验选取3 款不同厂家、不同型号的投影机作为检测样本。将三款投影机样本编号为样品1、样品2 和样品3。市场价值方面，样品1 ＞样品3 ＞样品2。按照激光投影显示色彩还原具体测试方法进行测试。为保证实验数据的准确性，3 款样品测试采用同一款色彩照度计，设备型号为CL-500A，设备编号G-12。3 款样品的实验结果如表1 所示。

表1 激光投影显示色彩还原实验结果

通过实验数据得出，各样品的色彩还原能力符合样品的市场价值和色彩能力；应用色彩还原，能够真实反映激光投影显示还原图像色彩的能力，在评价激光投影显示时具有一定参考价值。

3 结 语

色彩还原反映了设备还原图像色彩的能力，是显示设备的关键性能指标。在激光投影显示领域，关于色彩还原的定义和具体测试方法尚比较欠缺，相关的标准也未提及这一概念。本文基于监控/摄像镜头中色彩还原的概念和测试经验，创新性地将色彩还原应用到激光投影显示中。实验结果表明，色彩还原能够真实地反映激光投影显示还原图像色彩的能力，在评价激光投影显示的色彩能力方面具有一定的参考价值，同时为检测中心和标准化工作提供了新的角度，可以在以后的工作中进行深入的研究。

色彩还原评价方法的研究，对高清投影显示设备的良性发展起到推动作用。色彩还原指标的逐步应用和被用户认可，将极大推动投影设备生产厂家在这方面的技术投入，用户的投影显示观感会不断提升。