激光显示实时颜色校正技术研究.docx

分类号 密级udc 编号 8015107S025中国科学院研究生院硕士学位论文激光显示实时颜色校正技术研究彭毅指导教师 张雨东 研究员 邢廷文 研究员申请学位级别 硕士 学科专业名称 信号与信息处理论文提交日期 2007年4月 论文答辩日期 2006年6月1日培养单位 中科院光电技术研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 沈忙作The Real-time Color Correct Technique ResearchFor Laser DisplayByDirected byA Thesis Submitted tothe Institute of Optics and Electronics, CASin Partial Fulfillment of the Requirements forthe Degree of Master of Philosophyin Signal and Information ProcessingJune 2007, Chengdu摘要激光具有高亮度、色彩鲜艳、清晰度高的特点，在激光显示中，以红、绿、 蓝三基色激光作为光源，色度三角形面积最大，更能反映自然界的真实色彩。

但 是激光三基色与传统的荧光粉三基色的色度点不同，色再现的区域不同，在用同 一种视频信号控制时，会产生颜色偏差和混乱，因此，在激光显示中，必须将荧 光粉三基色向激光三基色进行色域映射传统的色域映射方法可以通过拟合颜色映射方程来实现，但是，这样的方法 得出的颜色映射方程多为非线性方程，并且处理过程较为复杂，在硬件系统中实 现时，占用的时钟周期较多，处理速度较慢；也可以通过三个一维的查找表来实 现，但是采用这样的方法，颜色校正精度将大大降低；也可以采用未经处理的三 维查找表来实现，这样的方法又会占用大量的硬件资源；本文中提出一种并行处 理的三维查找表与双线性插值相结合的方法，在FPGA中实现算法，处理速度较 快，适合于对数据处理速度要求较高的视频处理系统在论文中首先对颜色理论和激光显示中的相关技术进行介绍然后对颜色校 正系统中的硬件设计和软件设计做了比较详细的叙述硬件电路连接在视频信号输入端与激光电视之间，在视频信号进入激光电视 之前先进行颜色校正硬件设计中采用了 XILINX公司Spartan-3系列芯片作为 视频处理芯片，采用ADI公司芯片AD9887A作为视频采集芯片，采用ADV7125作 为视频合成芯片。

在论文中具体介绍了硬件电路的设计方法，以及在布板布线时 应该注意的问题软件设计主要介绍了通过I2C总线给AD9887A内部寄存器进行初始化配置的 方法，以及三维查找表与双线性插值相结合的颜色校正方法采用Verilog语言 给FPGA编程实现关键词：三维查找表，双线性插值，FPGA,激光电视，颜色校正本文作者签名:AbstractHigh brightness, bright hue, high sharpness are the merits of laser.lt make the chroma triangle is the biggest and can reflect the true color in nature using red, green, blue three primary lasers. However, the chroma point and the region for reproduction color is different between laser three primary color and fluorescence three primary color. The same video signal input to laser TV, color will distort and confusion. Therefore, it's necessary to map the color gamut of fluorescence three primaries to the color gamut of laser three primaries.The traditional color gamut mapping method can be realized by color mapping equation, however, these equations are usually non-linear, and the compute is complex.If programming in hardware using the method, more clock periods will need, and slower processing speed will happen. The other method is using three one dimension LUT, but color correct precision will reduce. The third method is using three dimensions LUT without processing, but large numbers of hardware resource is necessary. In this paper, a method with parallel three dimensions LUT and bilinear interpolation is proposed, which is implemented in FPGA, and the method has high processing speed and can be used in high speed video processing system.In this paper, firstly, introduce the color system theory and the technique of laser display. Then introduce the hardware design and software design in color correct system.The hardware circuit is connected between input and laser TV, correct color before video signal input to laser TV. In design, using Spartan-3 for video processing, AD9887A for video collection, and ADV7125 for video compose. In this paper, introduce hardware design method and some problem at layout.The software design introduces how to configure AD9887A registers by I2C, and how to correct color by three dimensions and bilinear interpolation, and program for FPGA using Verilog language.Key words: Three dimensions LUT, bilinear interpolation, FPGA, Laser TV, colorcorrect.摘要 IAbstract I I目录 I I I第一章引言 11.1研究背景 11.2激光显示的研究历程 21.3本研究的内容和意义 3第二章激光显示中涉及到的颜色理论 52.1光与色觉 52.1.1 概述 52.1.2颜色的分类和颜色的特征 52.2颜色方程 62.2.1色光混合 62.2.2颜色匹配实验 72.2.3颜色方程 72.2.4色度坐标 82. 3 CIE标准色度系统 92.3.1 1931CIE-RGB标准色度学系统 92.3.2 1931CIE-XYZ 标准色度系统 102.3.3不同色度系统之间的转换 122.4均匀颜色空间 132.4.1 CIE1976 L*u*v*颜色空间 132.4.2 CIE1976 L*a*b*颜色空间 142.5小结 15第三章激光显示中的相关显示技术 163. 1彩色电视 163.1.1彩色电视系统的基本原理 163.1.2彩色电视的白场选择与调试 173.1.3彩色电视三原色的选择及其转换 183.1.4彩色电视颜色复现质量的评价 203.2视频信号的特点 203.2.1彩色全电视信号 203.2.2 VGA视频信号 223.2.3 DVI视频信号 243. 3激光显示特点 273.4小结 28第四章硬件设计方法 304.1硬件设计要求 304.1.1颜色校正系统结构 304.1.2颜色校正系统所能处理的视频信号要求 304.1.3颜色校正系统处理速度要求 314.1.4颜色校正系统颜色校正数据的更新要求 314. 2硬件设计框架 314.2.1芯片的选择 314.2.2硬件系统框图 324. 3视频采集 324.3.1 AD9887A概述 324.3.2锁相环的使用和相位的建立 334.3.3黑电平的建立 344.3.4建立增益 354.3.5总线接口 354.4视频处理 354.4.1 FPGA 的结构 354.4.2 FPGA 的配置 364.4.3 FPGA在视频处理中的运用 364.5视频合成 374.5.1数字输入 374.5.2参考输入电压 374.5.3模拟输出 384.5.4灰度操作 394.5.5视频输出缓冲器 394. 6电路板设计 394.6.1系统电源 404.6.2系统时序 414.6.3信号完整性设计 444. 7小结 45第五章软件设计方法 465. 1 AD9887A的初始化配置 465.1.112C 总线 465.1.2 AD9887A 的配置 505.1.3 I2C配置的ModelSim仿真结果 545. 2 FPGA的视频处理 565.2.1常用颜色校正方法 565.2.2三维查表与插值相结合的方法 605.2.3三维查找表的并行处理 635.2.4三维查找表的MATLAB仿真结果 665.2.5 三维查找表的 ModelSim 仿真结果 675. 3小结 68第六章结论与展望 696. 1本文的主要内容 696. 2本文的创新点及意义 696. 3激光电视颜色校正技术需要进一步研究的问题 70参考文献 71硕士研究生期间发表的论文 73致谢 74附录A 12C总线配置Ver i I og代码 75附录B双线性插值Ver i I og代码 80附录C颜色校正电路系统原理图 87第一章引言1.1研究背景随着多媒体应用技术的广泛开展和家庭消费水平不断提高，对大屏幕显示设 备的要求愈来愈迫切，相应各种原理的大屏幕显示技术也日趋成熟。

如阴极射线 管显示(CRT)、液晶显示(LCD)、发光二极管显示(LED)、等离子显示(PDP) 等它们各有优势，在市场都占有一定份额，但也有各自的缺陷与不足CRT是显示器中历史最。