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SweetapplE

写得不错且并不深奥，可以帮助大家了解液晶显示器上的广色域技术。

《LCD发展的新标杆：显示器上的广色域技术》
原作者：BrightNeo
发表于：《微型计算机》2008-02期

什么是色域和色彩空间


        “色域”就是在颜色系统中可以显示或打印的颜色范围，而这种颜色系统也被人们称为“色彩空间”。我们知道，“光”是一种电磁波，正常人眼睛可以感知的光波波长从420nm(紫色)到700nm(红色)，这其中包含了我们能够感知的全部颜色，理论上有无数多种。
        这一切颜色都来自日光，因此我们就把日光能够展现的所有颜色作为自然界的色彩空间，我们常说的“ 白光” 就包含了从420nm到700nm的全部谱线， 其色域是最宽、最纯的。
        但光有谱线是远远不够的，我们要建立一个关于颜色的坐标系，必须要有足够的参考物，因为只有这样，我们才能把颜色用数学的方式表达出来，才能更好的交流和沟通。
        1931年，CIE(国际发光照明委员会，International Commission on Illumination，CIE是其法语名称首字母的缩写)在RGB三原色模型的基础上，用数学方法从真实的基色推导出理论的三基色，创建了一个新的颜色系统，这就是CIE 1931标准。
        随着显示技术的发展，到1976年时又诞生了CIE 1976标准(颜色坐标系)，这个标准补充了以前标准的不足之处，并加入了数字彩色显示CIE-LAB色彩空间。现在可以这样说，CIE标准就是人类对自然界全部颜色的表述，是一切人工表达色彩的基础。
        遗憾的是由于技术的限制，无论是印刷还是彩色显示都没有办法100%再现CIE中的颜色；也就是说 CIE标准是一个大而全的标准，但是在实际使用中对人们工作的直接指导意义不是很大。在此基础上又诞生了若干个不同领域、不同行业的色彩空间，其中最具影响力的有三个——NTSC、sRGB以及CMYK。


彩色显示领域一代更比一代强

        电子显示领域(无论是数字的，还是模拟的)使用的就是CIE的基础——RGB三原色，通过三种颜色光的叠加进而产生更多种颜色。因此在电子显示领域的色彩空间是一个“加法模型”，不同颜色光叠加产生新色彩的同时也提高了亮度。在这个领域中最有影响力的两个色域空间就是NTSC与sRGB。
        NTSC彩电制式与NTSC色域“NTSC”
        是美国国家电视系统委员会的缩写，1952年该组织制定了彩色电视广播标准(我们常说的NTSC电视信号制式)。除了对彩色电视的各种规范做出规定之外，这个标准还规定了显示设备需要达到什么样的饱和度、如何显示各种颜色等等，这就是NTSC色彩空间。
        随着彩色电视机的普及，NTSC色彩空间也对各行各业产生了深远影响；不过遗憾的是由于技术的限制，长期以来各种显示设备都不能显示100%的NTSC色域，能达到60～70%就很不错了，直到近些年才有了质的突破。
        sRGB色域的来龙去脉
        随着计算机业的发展，尤其是PC彩色显示器技术的进步，1998年由IEC(国际电气标准会议)牵头制定了一个新的标准色彩空间，他们规定将700nm(波长)的红(光)、546.1nm的绿以及435.8nm的蓝作为基础三原色，取名“standardRGB”(简写sRGB)。
        目前几乎所有的数字影像输入、输出设备都支持此标准，sRGB在PC以及数码类产品上已经非常普及；也正因如此，很多产品为了突出特点闭口不谈sRGB，转而宣传支持xx%的的NTSC色域，sRGB的色域范围正好是NTSC的72%。
        后起之秀的Adobe RGB与xvYCC
        随着摄影技术的进步，CCD和CMOS感光器件能够采集到的色域已经远远超过了sRGB的范围；而且很多高端显示器也能够突破sRGB的限制，达到更宽的色域范围。
        在这种前提下，Adobe RGB色彩空间标准慢慢在专业领域被广泛应用——Adobe RGB的色域空间包含了sRGB与CMYK的色域空间，这样对于影像的采集、显示、打印输出、印刷等都很有帮助。
        Adobe RGB的色彩空间范围包含了sRGB与CMYK，这样对于高端用户来说非常有利
        如果说图形处理领域由Adobe RGB领衔的话，那么动态图像领域自然不甘落后。针对现在大屏幕电视机以及HDTV节目的普及，传统的sRGB标准已经开始制肘产业的发展，因此日本很多企业向JEITA(日本电子情报产业协会) 建议讨论新一代的色域标准，并最终提交IEC投票通过成为新的国际标准，这就是xvYCC色彩空间。xvYCC 空间相对sRGB来说同时增加了红、绿、蓝三种颜色的覆盖范围，已经接近人眼能够识别的极限。

颜色越多，一定代表色域越大么

       技术的发展让我们有能力实现更大的色域范围，那是不是能够显示更多颜色的显示器，它的色域空间就一定更大？这个问题不禁让我们想起了一个前些年非常有争议的话题，关于6bit面板与8bit面板谁的色彩空间更大，谁的颜色更鲜艳？
        众所周知，传统TN面板的驱动电路只能实现26=64级精确度控制，依靠抖动技术的帮助就可以实现16.2M种颜色*；而PVA、MVA以及IPS等面板是完整的28=256级精确度控制，这样就可以实现16.7M种颜色。很多人理所当然的认为16.7M色面板的色域范围要更大一些，殊不知决定色域的关键因素并不在这里，如果背光光源与滤色膜技术没有改进，那么显示器的色域空间实际上并没有扩大。
        说到这里大家可能已经明白了，液晶面板能够显示出来的色域范围取决于背光源与滤色膜——如果通过滤色膜出来的三基色范围足够大，那么最终显示器的色域就大；反之，如果仅仅是改变驱动电路以及液晶分子的排列组合方式，色域空间并不会变大。所以说，16.7M色面板仅仅是提高了发色数，它并不能使显示器的颜色看起来更加鲜艳，而是让每种颜色之间的差异变得更小，让颜色过渡更细腻。

只有从根本上动刀才能实现广色域


        一直以来，LCD显示技术的发展和进步都针对滤色膜之前的部分，比如通过提高驱动电压来加快液晶分子偏转速度，来达到更快的响应速度(Over Drive，过驱动技术)；更新信号处理电路来实现更多的颜色数目等等。针对色域改进的动静却很小，这也造成了“液晶显示器色彩表现能力差”的口碑。即使在液晶显示器占据大半壁江山的今天，在新闻出版、内容创作等对色彩要求较高的领域，仍然能看到久违的珑管在发挥余热。
        CRT以及PDP色域范围大的主要原因在于它们的三基色是独立产生的，这样一来就可以单独调整每种颜色的材料配方以及工作条件，使每种颜色更准确、更饱和。而LCD没有这样的条件，LCD的颜色来源于背光灯管发出的白色光，然后通过滤色膜再分离出白光中的三基色光——如果背光部分中的三基色光本身就不够准确(不饱和)，那么就算滤色膜的能力再高，对改善色域也无济于事。
        现在液晶技术的革命终于深入到最底层，拿背光模块开刀了。背光模块中的冷阴极荧光管(CCFL)是所有颜色的源泉，按理说它发出的因该是像太阳一样的白光，但遗憾的是CCFL能够产生的白光只能算是“类白光”，或者说不够白。
        既然找到了色域过窄的原因，那么只需对症下药就可以达到事半功倍的效果。传统的CCFL只能实现72%的NTSC色域范围，通过更换更宽色域的W-CCFL背光模块就可以无需更改面板，轻易实现更广的色域。
        事实上，现在广泛宣传的民用级广色域液晶显示器大部分都使用了新一代的W-CCFL灯管。这种灯管的原理与CCFL一样，都是用过给管内的水银提供高电压使其产生紫外线，然后由紫外线刺激管壁上的荧光粉来发出白光；所不同的地方就在于更新了荧光粉的配方，使其能够输出92%NTSC色域的白光，这样对于用户观看视频或者是欣赏图片都有莫大的帮助。

谁会是下一代广色域技术的接班人

        不过要实现更广的色域，W-CCFL就无能为力了——CCFL的原理限制了其输出的白光只能无限接近NTSC色域，而且随着灯管的老化，输出的白光会逐渐变黄，这些都是比较棘手的问题。有没有一种可以突破现有技术局限的方式呢？答案是肯定的，目前大家最看好的是LED背光。
        LED背光抛弃了传统的依靠荧光粉来发光的办法，它依靠半导体电子跃迁发光来实现光输出。理论上通过改变半导体的制造工艺，LED能够发出可见光中的所有颜色。这样的特点决定了LED未来的两个发展方向。
        其一是需要轻薄的场合。使用白光LED可以扔掉传统CCFL背光中的高压包、反光板部分，这样就可以将背光部分的厚度控制到原来的1/2，重量只有原来的25%。当然，白色LED背光现在只能够实现80%左右的NTSC色域输出，所以并不适合作为广色域显示器的背光源。
        其二则是需要极致色彩的场合，使用三基色的LED背光模块。一直以来，研究LCD显示技术的工程师们努力想办法提高白色背光的纯度；但现在有了LED背光技术之后，就可以直接使用饱和度更高的三基色LED来作为背光源。目前使用三基色LED背光模块的LCD显示器已经能够再现120%的NTSC色域了。
        当然，实现广色域并不仅仅是更换背光模块那么简单，与之配套的滤色膜以及驱动电路也要一起升级：首先滤色膜的滤光特性要更加准确，否则就会出现颜色偏差。同时，电路部分也要做出相应的调整，过去因为普通CCFL色域输出的限制，为了使最终屏幕上的色彩更艳丽，电路上会对计算机传输过来的色彩信号做微量放大；但现在使用W-CCFL或者LED背光之后，如果沿用过去的处理方法，就会导致显示效果过于夸张，甚至是失真了。

SweetapplE

有了广色域技术，以后就万事大吉了吗

        相信很多人都会有这样的想法，广色域技术普及之后我们可以在显示器上看到更加鲜艳的颜色，以及更好的视觉享受，但这样是否就意味着万事大吉了呢？如果你说“是”的话，那就大错特错了。事实上因为广色域技术的普及，显示器颜色“准确性”的问题也更迫切地摆在大家面前。LCD显示器都有哪些常见的“问题”呢？
        颜色偏差
        颜色偏差就是显示器发出的颜色不对，例如蓝色变成了绿色，黄色的花瓣却泛绿……。抛开信号输出的原因，出现这种故障多半是滤色膜的问题。使用CCFL灯管的液晶显示器(特别是笔记本电脑的屏幕)，在使用一段时间之后也会因为灯管老化的原因造成亮度降低，进而屏幕泛黄。
       三基色饱和度偏差
        这种问题在上文中已经提到过，如果背光模块与滤色膜不匹配，就很可能造成颜色失真。
        Gamma值偏差
        Gamma值是一个衡量明亮度对比的参数。根据视觉心理学的研究发现，人眼对于灰度的变化要比颜色的变化更敏感，而且感知低亮度时灰度的变化比高亮度时更敏锐。一般认为Gamma指数在2.2左右是比较合理的，过低则会损失暗部细节，过高则会损失亮部细节。
        色温偏差
        色温是指光波在不同能量下，人眼能够感受到的颜色变化，单位是Kelvin（K）。拿钨丝白炽灯来说，其正常工作时在2800K左右，发出明亮的黄色光；但是如果在2000K左右时，就会发出红光，我们看到的就是红色的灯丝。不同的人群对颜色的喜好也不尽相同，东亚人喜好的色温在9300K左右，整体颜色比较冷艳(偏蓝)；而欧美人喜欢的色温却在6500K左右，整体颜色显得更温暖(偏红)。
        对于一台显示器来说，无论如何调整亮度，色温都因该稳定在一个特定值(例如sRGB标准中要求稳定在6500K)，但是市面上大多数LCD显示器(尤其是低端产品)，当亮度提高之后整体颜色会变得冷艳(色温偏高)。
        颜色的偏差是指显示器上所显示出来的颜色与真实世界的颜色相比存在差异。在专业领域，这种偏差是尽量要求避免的；而在民用领域中，很多时候厂商为了让显示器的颜色更讨好用户故意设置一定的偏差。总之这个问题是仁者见仁、智者见智——这就跟音频界对监听音箱以及Hi-Fi音箱的要求一样，一个要求尽可能真实地还原声音，而另外一个则要给用户更加震撼的听觉感受，功能取向上存在很大差异……

广色域技术的未来之路

        掐指算来， LCD显示器从2001年真正进入大众用户的视野，到现在已经过去了7个年头。支撑市场高速发展的源动力就是液晶显示技术的进步，越来越多的新技术从实验室走入了寻常百姓家。
        当LCD厂商们都在忙着大张旗鼓地宣传广色域技术时，我们的眼睛也不要被过多的宣传资料所蒙蔽，千万别“一叶障目，不见泰山”——毕竟LCD只是众多显示方案中的一种；应该清楚地看到，除了LCD之外，OLED(有源电致发光显示器)与FED(场发光显示器)两个潜在竞争者的实力也不容小觑，而且它们主动发光的特性在显示颜色方面更有优势。
        从最初的灰度球面(阴极射线)管到现在能够再现120%NTSC色域的面板，人类再现自然的努力从未停止过。更高的对比度、更小的点距、更大的亮度动态范围，再加上现在的广色域技术……也许在21世纪的第二个10年，没有人能够分辨出哪一个是窗户，哪一个是一块显示器了。技术进步给我带来的震撼，哪一次能够预料呢？

sunet

好文章

bull

从配图就可以看出 这文章写的很烂

SweetapplE

我知道bull一定会来踩场的，坐等楼上的大作。

bull

SweetapplE 发表于 2010-12-1 08:47
我知道bull一定会来踩场的，坐等楼上的大作。

CIE1931这个色域标准只有学术意义。拿来说明色域大小是不合适。
我给的图片已经说明了楼主的文章在乱配图。

ddr9334

提色域比提发色数容易多了 成本也低
色域再广 用在窄视角产品上 有啥用？

Edison

等哪天满大街都是遵循 scRGB 的设备时再来啰嗦广色域吧。

郎心够肥

看到CCFL这一段,我还以为准备帮三星LED做广告了....................

705nk

我拿光色域显示器看pcinlife就是自找麻烦。
不了解游戏制作流程，大概也是遵循最低色彩标准的吧。