專(zhuān)利名稱：激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光視頻顯示領(lǐng)域，涉及一種用激光三原色正確復(fù)現(xiàn)熒光粉三原色所合成的彩色視頻圖像，并且進(jìn)一步將熒光粉三原色的小色域擴(kuò)展為激光三原色大色域的方法。
背景技術(shù)：
彩色電視中彩色圖像的色彩還原基于紅、綠、藍(lán)三色合成原理。國(guó)際廣播電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)依據(jù)不同的熒光粉三原色及不同的調(diào)制方式制定了PAL制、NTSC制和SECAM制等多種不同彩色編碼及調(diào)制方式，形成國(guó)際通用的彩色廣播電視標(biāo)準(zhǔn)。目前的各種視頻顯示信源、視頻輸入/輸出設(shè)備都是以此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的，從而使彩色視頻顯示標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。
在全固態(tài)三原色激光器迅速發(fā)展和實(shí)用化的今天，利用紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色激光作為三原色實(shí)現(xiàn)激光彩色視頻顯示已經(jīng)成為目前彩色視頻顯示領(lǐng)域中非常熱門(mén)的研究方向。由于激光三原色和傳統(tǒng)的熒光粉三原色色域不同，因此直接利用現(xiàn)有的視頻信號(hào)調(diào)制激光三原色勢(shì)必導(dǎo)致顏色復(fù)現(xiàn)的偏差；另外，激光三原色的色域范圍通常比熒光粉三原色的色域范圍大很多(如選用三原色激光的波長(zhǎng)為R～671nm，G～532nm，B～457nm)。僅用激光三原色去復(fù)現(xiàn)熒光粉三原色的色域，雖然能達(dá)到顏色正確還原的目的，但激光三原色的高飽和度、大色域的特點(diǎn)并沒(méi)有展現(xiàn)出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展方法及裝置，根據(jù)色度學(xué)顏色變換原理將熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光視頻調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)用激光三原色去復(fù)現(xiàn)熒光粉三原色的色域；按照“色調(diào)不變”的準(zhǔn)則對(duì)熒光粉色域邊界上的顏色色域進(jìn)行外沿，外沿至激光邊界，將熒光粉三原色的小色域擴(kuò)展為激光三原色大色域，達(dá)到了顏色正確還原的目的并展現(xiàn)了熒光粉色域以外的激光色域中飽和度更高的顏色。
本發(fā)明特征在于下列步驟a、接收video信號(hào)并通過(guò)解碼電路1將其分解成電視RGB制式信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行咖嗎反校正；b、根據(jù)色度學(xué)顏色變換原理，確立熒光粉三原色和激光三原色與各自調(diào)制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而建立激光視頻調(diào)制信號(hào)與熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系；c、按激光視頻調(diào)制信號(hào)與熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系將電視RGB制式信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)；d、判斷電視RGB制式信號(hào)是否在色域三角的邊緣上，如果顏色信號(hào)不在熒光粉色域三角的邊緣上，即熒光粉三原色色刺激值Rp、Gp、Bp都不為零，則轉(zhuǎn)步驟i；若顏色信號(hào)在熒光粉色域三角的邊緣上，即熒光粉三原色色刺激值Rp、Gp、Bp中有一個(gè)或兩個(gè)為零，則轉(zhuǎn)步驟e；e、計(jì)算激光RGB制式信號(hào)的總亮度，并比較出激光RGB制式信號(hào)激光三原色色刺激值RL、GL、BL中最小的一個(gè)，設(shè)其值為Em；f、將激光三原色色刺激值RL、GL、BL分別減去Em；g、計(jì)算激光RGB制式信號(hào)的總亮度與激光三原色色刺激值RL、GL、BL分別減去Em后的激光RGB制式信號(hào)亮度之間的倍數(shù)K；h、將激光三原色色刺激值RL、GL、BL分別減去Em后的數(shù)值分別再乘以K，使激光RGB制式信號(hào)亮度恢復(fù)為原激光RGB制式信號(hào)的總亮度；i、對(duì)激光RGB制式信號(hào)進(jìn)行咖嗎反校正；j、在電視RGB制式信號(hào)中提取同步信號(hào)并對(duì)其延時(shí)，編碼電路3在延時(shí)后的同步脈沖信號(hào)下對(duì)經(jīng)過(guò)咖嗎反校正后的激光RGB制式信號(hào)進(jìn)行編碼并輸出video信號(hào)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明電路如圖3所示，包括解碼電路1，可編程邏輯器件2，控制電路4，編碼電路3；解碼電路1輸出接可編程邏輯器件2輸入，解碼電路1將接收的video信號(hào)分解為電視RGB制式信號(hào)并進(jìn)行咖嗎反校正，然后傳輸給可編程邏輯器件2；可編程邏輯器件2將電視RGB制式信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)、判斷電視RGB制式信號(hào)是否在色域三角的邊緣上即Rp、Gp、Bp中是否有一個(gè)或兩個(gè)為零、完成虛擬顏色擴(kuò)展及擴(kuò)展后的信號(hào)重新放大、實(shí)現(xiàn)激光RGB制式信號(hào)的咖嗎反校正；可編程邏輯器件2的輸出接編碼電路3的輸入，將經(jīng)過(guò)咖嗎反校正的激光RGB制式信號(hào)送入編碼電路3；可編程邏輯器件2從解碼電路1提取同步信號(hào)并延時(shí)，使編碼電路3在延時(shí)后的同步脈沖信號(hào)下對(duì)激光RGB制式信號(hào)重新編碼并輸出video信號(hào)；控制電路4分別與解碼電路1、可編程邏輯器件2、編碼電路3連接；在控制電路4輸出的信號(hào)控制下解碼電路1完成video信號(hào)解碼，并輸出控制信號(hào)給可編程邏輯器件2完成電視RGB制式信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)、激光RGB制式信號(hào)的咖嗎反校正、虛擬顏色擴(kuò)展及擴(kuò)展后的信號(hào)重新放大；編碼電路3完成對(duì)激光RGB制式信號(hào)重新編碼并輸出video信號(hào)。
有益效果本發(fā)明根據(jù)色度學(xué)顏色變換原理建立激光視頻調(diào)制信號(hào)與熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光視頻調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了用激光三原色去復(fù)現(xiàn)熒光粉三原色色域，達(dá)到了顏色正確還原的目的；并且按照“色調(diào)不變”的判斷準(zhǔn)則對(duì)熒光粉色域邊界上的顏色進(jìn)行外沿至激光色域邊界，將熒光粉三原色的小色域擴(kuò)展為激光三原色大色域，充分展現(xiàn)了熒光粉色域以外的激光色域中更純的飽和色。


圖1為本發(fā)明激光顯示顏色虛擬擴(kuò)展原理示意圖。圖中2為激光的色域三角形，1為EBU電視的熒光粉的色域三角形，曲線3構(gòu)成的區(qū)域?yàn)樽匀唤缟颉?br> 圖2為本發(fā)明電路設(shè)計(jì)原理示意圖。
圖3為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖，也是摘要附圖。圖中解碼電路1，可編程邏輯器件2，控制電路4，編碼電路3，矩陣轉(zhuǎn)換電路5，與非門(mén)6，第一開(kāi)關(guān)電路7，第二開(kāi)關(guān)電路8，比較器9，運(yùn)算內(nèi)核10，11延時(shí)電路。
具體實(shí)施例方式
可編程邏輯器件2內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括矩陣轉(zhuǎn)換電路5，與非門(mén)6，第一開(kāi)關(guān)電路7，第二開(kāi)關(guān)電路8，比較器9，運(yùn)算內(nèi)核10，延時(shí)電路11；解碼電路1的輸出分別與與非門(mén)6、矩陣轉(zhuǎn)換電路5的輸入連接；矩陣轉(zhuǎn)換電路5的輸出分別與第一開(kāi)關(guān)電路7、第二開(kāi)關(guān)電路8連接；與非門(mén)6的輸出分別與第一開(kāi)關(guān)電路7、第二開(kāi)關(guān)電路8連接；第二開(kāi)關(guān)電路8分別與比較器9和可編程邏輯器件2中固有的運(yùn)算內(nèi)核10連接，第一開(kāi)關(guān)電路7與可編程邏輯器件2中固有的運(yùn)算內(nèi)核10連接，延時(shí)電路11與解碼電路1和編碼電路3連接。
控制電路4采用單片機(jī)，其型號(hào)為PLC2046；解碼電路1采用型號(hào)為AD9884的芯片；可編程邏輯器件2采用型號(hào)為FPGA100F；編碼電路3采用型號(hào)為T(mén)DA8501的芯片。單片機(jī)與解碼電路1、可編程邏輯器件2、編碼電路3的對(duì)應(yīng)接口連接。
由于激光三原色和傳統(tǒng)的熒光粉三原色存在著色度點(diǎn)不同，它們的色域范圍也不同，因此按照色度學(xué)原理，兩個(gè)不同三原色的顏色系統(tǒng)可通過(guò)線性變換矩陣進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)換。顏色系統(tǒng)中XYZ系統(tǒng)為理想的數(shù)學(xué)模型，RGB系統(tǒng)為實(shí)際的物理模型。兩個(gè)系統(tǒng)間可以建立如下的轉(zhuǎn)換關(guān)系式XYZ=[Ar]-1RGB---(1)]]>當(dāng)選用不同的三原色作為顏色系統(tǒng)的基色時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)換關(guān)系式(1)，即[Ar]-1不同。但對(duì)應(yīng)的XYZ不變，所以兩種選用不同基色的顏色系統(tǒng)可以使用XYZ系統(tǒng)建立等式關(guān)系，進(jìn)而建立兩個(gè)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。以PAL制和NTSC制熒光粉與激光的轉(zhuǎn)換關(guān)系為例，其轉(zhuǎn)換關(guān)系式如下。
-1RpGpBp=[LNr]-1RLGLBL---(2)]]>[Cr]-1RpGpBp=[LPr]-1RLGLBL---(3)]]>將上面兩個(gè)等式(2)、(3)分別乘以[Br]和[Cr]后有下列等式成立激光顏色系統(tǒng)與PAL制熒光粉的顏色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系RpGpBp=[Cr][LPr]-1RLGLBL---(4)]]> [LPr473]-1=1.5310.41430.85121.0850.93771.3560.000.21281.129---(5)]]>[Cr][LPr460]-1=0.44510.45583.5370.18181.0323.2456.160.23410.00---(6)]]>[Cr][LPr457]-1=0.44120.46723.3810.14551.0573.10152.850.240.0000---(7)]]>激光顏色系統(tǒng)與NTSC制熒光粉的顏色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系RpGpBp=[Br][LNr]-1RLGLBL---(8)]]>[Br][LNr473]-1=1.1160.49490.82620.82891.1030.92090.000.40921.036---(9)]]>[Br][LNr460]-1=0.33090.8973.121.3861.2442.0030.000.46140.00---(10)]]>[Br][LNr457]-1=0.34090.90823.080.11781.261.9770.0000.46750.0000---(11)]]>以上是以473nm，532nm，672nm；460nm，532nm，672nm；457nm，532nm，672nm為基色的三組激光顯示所建立激光RGB制式與現(xiàn)有電視RGB制式中的PAL制式轉(zhuǎn)換關(guān)系式(5)、(6)、(7)和NTSC制式間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式(9)、(10)、(11)。
(4)式、(8)式中Rp、Gp、Bp分別表示熒光粉三原色色刺激值，RL、GL、BL分別表示激光三原色色刺激值。
根據(jù)激光RGB制式與現(xiàn)有電視RGB制式中的PAL制式轉(zhuǎn)換關(guān)系式(5)、(6)、(7)和NTSC制式間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式(9)、(10)、(11)可分別設(shè)計(jì)矩陣轉(zhuǎn)換電路5，將輸入信號(hào)分解成對(duì)應(yīng)的R、G、B電壓信號(hào)控制三種基色的激光器激光束的能量比，從而達(dá)到合成出正確的顏色效果，實(shí)現(xiàn)用激光三原色正確復(fù)現(xiàn)熒光粉三原色。
本發(fā)明的工作過(guò)程輸入的video信號(hào)經(jīng)解碼電路1分解成電視RGB制式信號(hào)和咖碼反校正后進(jìn)入可編程邏輯器件2，由可編程邏輯器件2中的矩陣轉(zhuǎn)換電路5轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)；與非門(mén)6對(duì)電視RGB制式信號(hào)進(jìn)行判斷，如果顏色信號(hào)在熒光粉色域三角內(nèi)，即Rp、Gp、Bp都不為零，則選通第一開(kāi)關(guān)電路7，激光RGB制式信號(hào)由可編程邏輯器件2中固有的運(yùn)算內(nèi)核10進(jìn)行咖嗎反校正；由解碼電路1提取的同步信號(hào)經(jīng)延時(shí)電路11延時(shí)供給編碼電路3，使編碼電路3在延時(shí)后同步脈沖信號(hào)下對(duì)激光RGB制式信號(hào)進(jìn)行重新編碼并輸出video信號(hào)；如果顏色信號(hào)在熒光粉色域三角的邊緣上，即Rp、Gp、Bp有一個(gè)或兩個(gè)為零，則選通第二開(kāi)關(guān)電路8，由比較電路比出激光顏色三刺激值RL、GL、BL中最小的。假設(shè)BL，值最小，在可編程邏輯器件2固有的運(yùn)算內(nèi)核10中，將所有的三刺激值減去BL值，激光顏色三刺激值變?yōu)?RL-BL)，(GL-BL)，0；計(jì)算激光顏色的總亮度；根據(jù)激光顏色的總亮度和激光顏色三刺激值(RL-BL)，(GL-BL)，0計(jì)算需將激光顏色三刺激值重新放大的倍數(shù)K；將激光顏色三刺激值(RL-BL)，(GL-BL)，0重新放大K倍后變?yōu)镵(RL-BL)，K(GL-BL)，0，由此完成激光信號(hào)虛擬擴(kuò)展功能；將激光RGB制式信號(hào)進(jìn)行咖嗎反校正，最后輸出擴(kuò)展為激光三原色大色域的激光RGB制式信號(hào)。由可編程邏輯器件2固有的運(yùn)算內(nèi)核10輸出的激光RGB制式信號(hào)由編碼電路3在延時(shí)后同步脈沖信號(hào)下，進(jìn)行重新編碼并輸出video信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展方法，其特征在于下列步驟a、接收video信號(hào)并通過(guò)解碼電路將其分解成電視RGB制式信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行咖嗎反校正；b、根據(jù)色度學(xué)顏色變換原理，確立熒光粉三原色和激光三原色與各自調(diào)制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而建立激光視頻調(diào)制信號(hào)與熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系；c、按激光視頻調(diào)制信號(hào)與熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系將電視RGB制式信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)；d、判斷電視RGB制式信號(hào)是否在色域三角的邊緣上，如果顏色信號(hào)不在熒光粉色域三角的邊緣上，即熒光粉三原色色刺激值Rp、Gp、Bp都不為零，則轉(zhuǎn)步驟i；若顏色信號(hào)在熒光粉色域三角的邊緣上，即熒光粉三原色色刺激值Rp、Gp、Bp中有一個(gè)或兩個(gè)為零，則轉(zhuǎn)步驟e；e、計(jì)算激光RGB制式信號(hào)的總亮度，并比較出激光RGB制式信號(hào)激光三原色色刺激值RL、GL、BL中最小的一個(gè)，設(shè)其值為Em；f、將激光三原色色刺激值RL、GL、BL分別減去Em；g、計(jì)算激光RGB制式信號(hào)的總亮度與激光三原色色刺激值RL、GL、BL分別減去Em后的激光RGB制式信號(hào)亮度之間的倍數(shù)K；h、將激光三原色色刺激值RL、GL、BL分別減去Em后的數(shù)值分別再乘以K，使激光RGB制式信號(hào)亮度恢復(fù)為原激光RGB制式信號(hào)的總亮度；i、對(duì)激光RGB制式信號(hào)進(jìn)行咖嗎反校正；j、在電視RGB制式信號(hào)中提取同步信號(hào)并對(duì)其延時(shí)，編碼電路3在延時(shí)后的同步脈沖信號(hào)下對(duì)經(jīng)過(guò)咖嗎反校正后的激光RGB制式信號(hào)進(jìn)行編碼并輸出video信號(hào)。
2.一種激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展裝置，其特征在于包括解碼電路(1)，可編程邏輯器件(2)，控制電路(4)，編碼電路(3)；解碼電路(1)輸出接可編程邏輯器件(2)輸入，解碼電路(1)將接收的video信號(hào)分解為電視RGB制式信號(hào)并進(jìn)行咖嗎反校正，然后傳輸給可編程邏輯器件(2)；可編程邏輯器件(2)將電視RGB制式信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)、判斷電視RGB制式信號(hào)是否在色域三角的邊緣上即Rp、Gp、Bp中是否有一個(gè)或兩個(gè)為零、完成虛擬顏色擴(kuò)展及擴(kuò)展后的信號(hào)重新放大、實(shí)現(xiàn)激光RGB制式信號(hào)的咖嗎反校正；可編程邏輯器件(2)的輸出接編碼電路(3)的輸入，將經(jīng)過(guò)咖嗎反校正的激光RGB制式信號(hào)送入編碼電路(3)；可編程邏輯器件(2)從解碼電路(1)提取同步信號(hào)并延時(shí)，使編碼電路(3)在延時(shí)后的同步脈沖信號(hào)下對(duì)激光RGB制式信號(hào)重新編碼并輸出video信號(hào)；控制電路(4)分別與解碼電路(1)、可編程邏輯器件(2)、編碼電路(3)連接；在控制電路(4)輸出的信號(hào)控制下解碼電路(1)完成video信號(hào)解碼，并輸出控制信號(hào)給可編程邏輯器件(2)完成電視RGB制式信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光RGB制式信號(hào)、激光RGB制式信號(hào)的咖嗎反校正、虛擬顏色擴(kuò)展及擴(kuò)展后的信號(hào)重新放大；編碼電路(3)完成對(duì)激光RGB制式信號(hào)重新編碼并輸出video信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展裝置，其特征在于可編程邏輯器件(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括矩陣轉(zhuǎn)換電路(5)，與非門(mén)(6)，第一開(kāi)關(guān)電路(7)，第二開(kāi)關(guān)電路(8)，比較器(9)，運(yùn)算內(nèi)核(10)，延時(shí)電路(11)；解碼電路(1)的輸出分別與與非門(mén)(6)、矩陣轉(zhuǎn)換電路(5)的輸入連接；矩陣轉(zhuǎn)換電路(5)的輸出分別與第一開(kāi)關(guān)電路(7)、第二開(kāi)關(guān)電路(8)連接；與非門(mén)(6)的輸出分別與第一開(kāi)關(guān)電路(7)、第二開(kāi)關(guān)電路(8)連接；第二開(kāi)關(guān)電路(8)分別與比較器(9)和可編程邏輯器件(2)中固有的運(yùn)算內(nèi)核(10)連接，第一開(kāi)關(guān)電路(7)與可編程邏輯器件(2)中固有的運(yùn)算內(nèi)核(10)連接，延時(shí)電路(11)與解碼電路(1)和編碼電路(3)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展裝置，其特征在于控制電路(4)采用單片機(jī)，其型號(hào)為PLC2046；解碼電路(1)采用型號(hào)為AD9884的芯片；可編程邏輯器件(2)采用型號(hào)為FPGA100F；編碼電路(3)采用型號(hào)為T(mén)DA8501的芯片。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光視頻顯示領(lǐng)域，涉及一種激光顯示中顏色變換與色域擴(kuò)展方法及裝置，根據(jù)色度學(xué)顏色變換原理建立激光視頻調(diào)制信號(hào)與熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將熒光粉視頻調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光視頻調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了用激光三原色去復(fù)現(xiàn)熒光粉三原色的色域，達(dá)到了顏色正確還原的目的；并且按照“色調(diào)不變”的判斷準(zhǔn)則對(duì)熒光粉色域邊界上的顏色進(jìn)行外沿至激光色域邊界，將熒光粉三原色的小色域擴(kuò)展為激光三原色大色域，充分展現(xiàn)了熒光粉色域以外的激光色域中更純的飽和色。
文檔編號(hào)H04N9/69GK1897713SQ20051011908
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者劉偉奇, 魏忠倫, 馮睿, 柳華, 康玉思 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所