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    数字驱动带来全灰阶色域


    颜色是人类感知物理世界的重要属性。在人类的视觉系统中,不同的光谱分布对应我们所感知的不同颜色。颜色感知对于物体的识别、分类和情感认知起到了重要作用。

    在数字领域,广泛、真实的色彩显示技术也是显示器设备一直追求的,这就引出了色域的概念。

     

    什么是色域?

    光是一种波,其中人眼能够识别的波长范围为380~750纳米,这部分被称作可见光。通过将可见光的颜色信息和亮度信息进行数学变换,并映射到一个平面上,我们可以获得著名的CIE-1931色域图,代表了人眼可以识别的全部颜色范围。

    在数字领域,显示器的色彩范围取决于红、绿、蓝三个子像素的混合。显示器的最大色彩范围可以通过连接红、绿、蓝三个子像素极值点形成的三角形来表示,该区域代表了显示设备能够显示的所有颜色,也被称为显示器的色域。

    1 CIE-1931色域图.png

    什么是色域标准?

    目前,最先进的显示技术也无法完全呈现CIE-1931色域中的所有颜色,而且各种显示器所覆盖的颜色范围也不尽相同。鉴于此,不同行业制定了各自相应的色彩标准,以实现色彩的统一管理。这些行业在CIE-1931色域图中选取特定区域作为参照标尺,进而定义出多种色域标准,目的是确保色彩信息在不同应用场景下保持一致。所以,不同的应用场景可能会采用不同的色域标准。

    常见的显示器色域标准如 sRGB(Windows 系统默认应用色域)、Adobe RGB(常用于印刷和摄影)和 DCI-P3(常用于电影制作)。这三种色域都远远小于CIE-1931,在CIE-1931色域色度图中的覆盖区域如下图。

    色域百分比指显示器原色与色域标准所定义的三原色在CIE-1931色度图上形成的三角形面积之比。若显示器达到色域标准的100%,那么就说明这个显示器的色域覆盖了该标准色彩空间的全部,当比例大于80%时通常可称之为广色域。

    2 sRGB  Adobe RGB DCI-P3.png

    全灰阶色域

    硅基OLED作为一种微显示器,同样具备色域这一属性。全灰阶色域,顾名思义就是微显示器在显示图像时,所有灰阶均能够呈现出相同范围的色域。

    为什么面对硅基OLED微显示器要提出全灰阶色域呢?

    这跟硅基OLED像素发光特性有关。

    我们知道,在硅基OLED屏幕中,颜色是通过R(红)、G(绿)、B(蓝)子像素组成的像素阵列混合产生的。不同比例的红、绿、蓝光混合可以得到各种各样的颜色。例如,一定比例的红、绿、蓝光混合会产生白色。这一过程依赖于每个子像素精确地发出特定强度的光,从而在宏观上呈现出准确的颜色。

    3 三原色原理图.png

    然而,在硅基OLED微显示器中,每个像素所供应的电流极小,低亮像素(即图像的低灰阶区域)更是如此。对于相邻亮度级别的低亮像素而言,它们之间的电流差异往往十分细微。但这种细微的电流差异对颜色的影响却被放大了,可能导致低灰阶区域的色域下降。

    模拟驱动通过改变输入到每个像素的电流或电压来控制像素的亮度。在理想情况下,精确地调整每个子像素的电流或电压,就可以准确地控制其发出的光的强度,进而混合出准确的颜色。但在实际运用中,低亮像素的电流细微差异导致的子像素发光强度不准确,会使混合出的颜色偏离预期。

    例如,原本要在暗部区域混合出某一种蓝色,这需要特定比例的红(R)、绿(G)、蓝(B)光。但由于低亮像素电流存在微小偏差,致使蓝色子像素的发光强度不准确,最终混合出的颜色就会出现偏差。换句话说,当低灰阶区域的颜色出现失真时,意味着屏幕能够准确显示的颜色范围会缩小,即色域下降。

    5 四色灰阶图-2.png

    数字驱动是调整每个像素的点亮与熄灭时间占比来实现对亮度的控制。具体而言,在显示较低亮度的像素时,数字驱动可以设定较短的点亮时长与较长的熄灭时长,凭借对时间比例的精确调控以达成所需的低亮度呈现效果。这样就无需依赖对微小电流差异的区分。

    对于子像素而言,同样遵循这一原理。其亮度能够依据数字信号得以精确控制,进而在进行颜色混合时,能够严格按照特定比例的R、G、B光精确地混合出各类颜色,确保了颜色的真实性,使得整个屏幕在全灰阶领域可显示的色域保持不变。

    4 色域对比.png

     

    在硅基OLED微显示器的实际运用中,全灰阶色域起着深远影响。

    在XR体验方面,全灰阶色域能够营造出更逼真的视觉效果,增强用户的沉浸感。一旦色域发生变化,虚拟场景中的颜色就会变得不自然,进而破坏沉浸感。

    在产业融合进程中,颜色的真实性干系重大。以医学成像领域为例,全灰阶色域有助于精准地呈现人体组织的真实颜色,辅助医护人员对患者的实际状况做出精确判断;反之,色域的改变可能引发颜色偏差,致使医生误判病变的类型或严重程度。

     

    如今,广色域已经得到显示器制造商和用户的广泛认可,然而,确保在不同场景下显示性能始终保持一致,也是高端产品的一个重要特性。