基于显示器光谱特性的图像颜色一致性研究(3)
光谱是颜色的本质,能最大程度保留颜色信息,被广泛应用到颜色科学领域[11-13]。本文提出一种基于LCD显示器光谱特性的图像颜色一致性方法,用光谱均方根误差和色差评价不同环境光和色温对LCD显示器图像颜色再现的影响,总结了LCD显示器与环境光光谱和不同色温光谱的关系;利用规律对不同环境光和色温下的LCD显示器图像色彩进行一致性还原。
2 不同环境光和色温对LCD显示器颜色再现的影响
2.1 色块选取
本文选择显示器三通道驱动值包含0,85,170,255等常用来做显示器特性化的99个色块作为测试色块。
2.2 实验仪器及测量环境
本文采用Eizo ColorEdge CG246W显示器,LCD显示器亮度为100 cd/m2。光谱数据测量仪器使用柯尼卡美能达CS-2000,周围环境为中性灰。
2.3 实验数据分析
分别测量颜色在暗室、D50光源、A光源、TL84光源和色温为5 000,6 500,9 500 K下380~730 nm的光谱分布。光谱均方根误差(RMSE)可以反映出不同条件下光谱分布的波动大小,色差是颜色科学领域公认的直接可靠评价颜色变化指标[14]。计算不同环境光和色温下颜色光谱的均方根误差和光谱积分后的色差大小,结果如表1所示。
表1 不同环境光和色温下的光谱均方根误差和积分后色差Tab.1 Spectral RMSE and color difference under different ambient light and color temperatureRMSEΔE*00AVEMAXAVEMAX光源D50光源4.71′10-55.42′光源2.09′10-52.67′光源1.88′10-52.81′色温×10-42.41××10-45.41×
从表1中可以看出,LCD显示器上颜色在不同环境光下与暗室相比最大色差超过10个色差单位。颜色在不同色温下的色差较大、光谱波动较大,表明LCD显示器颜色再现受不同环境光和色温影响较大。
3 不同环境光和色温下LCD显示器的光谱规律
3.1 不同环境光的光谱叠加性
环境光对LCD显示器颜色再现有较大影响,总结环境光对颜色再现影响的规律,利用其规律可以实现不同环境光下的颜色一致性还原。将所选颜色在不同环境光测量得到的光谱与屏幕反射环境光的光谱进行差运算,计算差运算光谱和原始测量得到光谱的均方根误差和色差,结果如表2所示。
表2 光谱均方根误差和积分后色差Tab.2 Spectral RMSE and color differenceRMSEΔE*00AVEMAXAVEMAXD50光源0.66′10-51.12′光源0.58′10-51.05′光源0.70′10-51.46′
从表2中可以看出,不同环境光下的光谱分布稳定、色差较小。图1为随机选取某一复色的光谱分布。其中,(a0)、(b0)、(c0)为颜色在不同光源下的光谱分布,(a1)、(b1)、(c1)为光源的光谱分布,(d)为测量得到和经过规律差运算得到的光谱分布。
实验证明,不同环境光下进入人眼感受颜色的光谱量等于LCD显示器自身发光光谱与反射不同环境光光谱量之和:
其中,S(λ)为不同环境光下进入人眼的光谱量,D(λ)为LCD显示器暗室条件下自身发光光谱量;V(λ)为显示器屏幕反射不同环境光进入到人眼的光谱量;λ为光谱波长,一般选取380~730 nm。
图1 不同环境光下光谱叠加性Fig.1 Spectral superposition under different ambient light
从本质上说,LCD显示器和不同光源都可以看作发光体。根据色光加色法的理论[15],一个复色光呈现的颜色是所有单色光共同作用的效果,由此也可以说明LCD显示器和不同光源光谱之间具有叠加性。
3.2 不同色温下的光谱对应关系
研究表明LCD显示器各通道会受黑场的影响,测量得到的都是黑场作用之后的光谱,但LCD显示器双色或者三色的光谱等于对应三原色光谱之和[16]:
,
图2 不同色温下测量和计算的光谱分布
其中,Dr,g(λ)、Dr,b(λ)、Db,g(λ)、Dr,g,b(λ)为显示器双色或者三色的光谱,D0,0,0(λ)为黑场的光谱。利用三维查表法建立三单色在不同色温下光谱的查找关系,根据公式(2)可计算出任一双色或者三色的光谱。所选颜色在不同色温测量得到光谱和经过查表计算得到光谱的均方根误差和色差结果如表3所示。
表3 光谱均方根误差和积分后色差Tab.3 Spectral RMSE and color differenceRMSEDE*′10-61.51′′10-52.87′
从表3中可以看出,不同色温下的光谱分布稳定、色差较小。图2为随机选取颜色的光谱分布。其中,(a)、(b)、(c)、分别为颜色在不同色温测量得到和经过查找计算叠加得到的光谱分布。
4 不同环境光和色温下的图像颜色一致性方法
在实际生活中,由于LCD显示器使用寿命、外界环境的影响使得LCD显示器颜色无法达到标准状态下的视觉感知效果。对于LCD显示器来说,不同条件下进入人眼的光谱分布刺激与标准条件下进入人眼的光谱分布刺激相同就会有相同的视觉感知。人眼在观察LCD显示器颜色时,进入人眼的光谱量等于显示器在暗室条件下的光谱量与显示器反射外界环境光量的总和,同时不同色温下的光谱可以通过计算得出。因此,利用该特性可以实现不同环境和色温下的LCD显示器图像颜色一致性,具体流程如图3所示。
文章来源:《大气与环境光学学报》 网址: http://www.dqyhjgxxb.cn/qikandaodu/2021/0326/424.html
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