認(rèn)識(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示中色彩飽和度和色域的重要性

作者：德州儀器Mike Firth

TI DLP?技術(shù)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）抬頭顯示（HUD）等汽車(chē)應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎，主要原因之一是其具有明亮鮮艷的色彩。為了更好地理解顏色在AR HUD中的作用（如圖1所示），我先介紹一下色彩飽和度和色域的概念。

圖1：AR HUD示例

色彩飽和度是指圖像中色彩的強(qiáng)度?？纯磮D2，您可以輕松分辨出哪種顏色的飽和度更高。色彩的飽和度越低，看起來(lái)也就越暗。用技術(shù)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，飽和度是表示色彩的純度，用其復(fù)合波長(zhǎng)來(lái)定義色彩。當(dāng)一種色彩完全飽和時(shí)，它只包含單一波長(zhǎng)，因此被認(rèn)為是最純粹的色彩。事實(shí)上，赫姆霍茲-科爾勞施效應(yīng)描述了色彩越飽和，看起來(lái)就越明亮。色彩飽和度的另一個(gè)有趣方面是它會(huì)影響反應(yīng)時(shí)間。一項(xiàng)名為“用顏色捕捉用戶(hù)注意力”的研究表明，色彩越飽和，觀(guān)察者對(duì)該色彩的反應(yīng)速度也就越快，特別是對(duì)于紅色（這是許多警告標(biāo)志都使用紅色的原因之一）。

圖2：區(qū)分色彩飽和度

一個(gè)畫(huà)面準(zhǔn)確一致地再現(xiàn)另一個(gè)畫(huà)面中的某種顏色，就需要定量測(cè)量。這是色域概念開(kāi)始發(fā)揮作用的地方。色域表示給定系統(tǒng)可以產(chǎn)生的所有不同顏色。不同的色域標(biāo)準(zhǔn)（如國(guó)際電信聯(lián)盟建議（ITU-R）的Rec.709和Rec.2020，國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)（NTSC））定義了不同數(shù)量的色譜，可通過(guò)復(fù)制以達(dá)到兼容。這些標(biāo)準(zhǔn)為每種顏色分配了其專(zhuān)屬的顏色坐標(biāo)，并確保在一個(gè)畫(huà)面復(fù)制的顏色在另一臺(tái)顯示上看起來(lái)完全相同。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義的色域在XY色度圖上顯示為三角形，如圖3所示。這些三角形顯示了由直線(xiàn)連接的峰值紅 - 綠 - 藍(lán)（RGB）坐標(biāo)。

三角形內(nèi)的區(qū)域越大，標(biāo)準(zhǔn)能夠顯示的顏色就越多。在汽車(chē)應(yīng)用中，NTSC標(biāo)準(zhǔn)通常用于定義可以再現(xiàn)的色彩范圍，而顯示的性能通常被稱(chēng)為NTSC色域的百分比。例如，液晶顯示（LCD）的NTSC色域?yàn)?0%或更低，這意味著它們只能再現(xiàn)NTSC色域中最多60%的顏色。

圖3：不同的色彩空間/色域

數(shù)字微鏡器件（DMD）是DLP技術(shù)的核心。DMD包含數(shù)十萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)個(gè)高反射鋁微鏡，這些微鏡能夠以極高的速度進(jìn)行切換，將三種RGB原色混合成明亮逼真的圖像。DLP技術(shù)的一大性能優(yōu)勢(shì)在于DMD切換特性不隨溫度而變化，這意味著色彩再現(xiàn)和圖像的質(zhì)量不會(huì)隨溫度變化而下降。您在-40°C時(shí)和105°C時(shí)會(huì)獲得相同高的色彩飽和度。

圖4：DMD微鏡陣列示例

作為一種反射技術(shù)，相較于與其競(jìng)爭(zhēng)的汽車(chē)技術(shù)，例如使用白色背光和彩色濾光片來(lái)重現(xiàn)色彩的LCD，DLP技術(shù)可以提供更高的飽和度。無(wú)論您的初始光源使用哪種飽和度水平，使用DLP技術(shù)都會(huì)再現(xiàn)一模一樣的飽和度水平。由于充分利用了包括發(fā)光二極管（LED）和激光在內(nèi)的高飽和度固態(tài)光源，DLP技術(shù)通過(guò)LED實(shí)現(xiàn)91%的紅色飽和度，通過(guò)激光實(shí)現(xiàn)100%的色彩飽和度，從而獲得廣泛的色域支持（例如，TI最新型DLP3030-Q1汽車(chē)認(rèn)證芯片組支持LED的NTSC色域達(dá)到125%，激光的NTSC色域達(dá)到172%）有了這個(gè)級(jí)別的飽和度和色域支持，DLP HUD可以生成鮮艷生動(dòng)的圖像，從而在駕駛時(shí)提供更好的視覺(jué)體驗(yàn)。

圖5：色域符合性百分比和飽和度水平