认识增强现实抬头显示中色彩饱和度和色域的重要性

作者：德州仪器Mike Firth

TI DLP®技术在增强现实（AR）抬头显示（HUD）等汽车应用中越来越受欢迎，主要原因之一是其具有明亮鲜艳的色彩。为了更好地理解颜色在AR HUD中的作用（如图1所示），我先介绍一下色彩饱和度和色域的概念。

图1：AR HUD示例

色彩饱和度是指图像中色彩的强度。看看图2，您可以轻松分辨出哪种颜色的饱和度更高。色彩的饱和度越低，看起来也就越暗。用技术术语来说，饱和度是表示色彩的纯度，用其复合波长来定义色彩。当一种色彩完全饱和时，它只包含单一波长，因此被认为是最纯粹的色彩。事实上，赫姆霍兹-科尔劳施效应描述了色彩越饱和，看起来就越明亮。色彩饱和度的另一个有趣方面是它会影响反应时间。一项名为“用颜色捕捉用户注意力”的研究表明，色彩越饱和，观察者对该色彩的反应速度也就越快，特别是对于红色（这是许多警告标志都使用红色的原因之一）。

图2：区分色彩饱和度

一个画面准确一致地再现另一个画面中的某种颜色，就需要定量测量。这是色域概念开始发挥作用的地方。色域表示给定系统可以产生的所有不同颜色。不同的色域标准（如国际电信联盟建议（ITU-R）的Rec.709和Rec.2020，国家电视系统委员会（NTSC））定义了不同数量的色谱，可通过复制以达到兼容。这些标准为每种颜色分配了其专属的颜色坐标，并确保在一个画面复制的颜色在另一台显示上看起来完全相同。每个标准定义的色域在XY色度图上显示为三角形，如图3所示。这些三角形显示了由直线连接的峰值红 - 绿 - 蓝（RGB）坐标。

三角形内的区域越大，标准能够显示的颜色就越多。在汽车应用中，NTSC标准通常用于定义可以再现的色彩范围，而显示的性能通常被称为NTSC色域的百分比。例如，液晶显示（LCD）的NTSC色域为60%或更低，这意味着它们只能再现NTSC色域中最多60%的颜色。

图3：不同的色彩空间/色域

数字微镜器件（DMD）是DLP技术的核心。DMD包含数十万至数百万个高反射铝微镜，这些微镜能够以极高的速度进行切换，将三种RGB原色混合成明亮逼真的图像。DLP技术的一大性能优势在于DMD切换特性不随温度而变化，这意味着色彩再现和图像的质量不会随温度变化而下降。您在-40°C时和105°C时会获得相同高的色彩饱和度。

图4：DMD微镜阵列示例

作为一种反射技术，相较于与其竞争的汽车技术，例如使用白色背光和彩色滤光片来重现色彩的LCD，DLP技术可以提供更高的饱和度。无论您的初始光源使用哪种饱和度水平，使用DLP技术都会再现一模一样的饱和度水平。由于充分利用了包括发光二极管（LED）和激光在内的高饱和度固态光源，DLP技术通过LED实现91%的红色饱和度，通过激光实现100%的色彩饱和度，从而获得广泛的色域支持（例如，TI最新型DLP3030-Q1汽车认证芯片组支持LED的NTSC色域达到125%，激光的NTSC色域达到172%）有了这个级别的饱和度和色域支持，DLP HUD可以生成鲜艳生动的图像，从而在驾驶时提供更好的视觉体验。

图5：色域符合性百分比和饱和度水平