激光显示是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的新一代显示技术。由于以高单色性以及高能量转换效率的激光作为显示光源,激光显示具有色域大、亮度高、寿命长、功耗低以及健康显示等优点。激光显示的出现使得显示在亮度、色彩、清晰度、分辨率、屏幕等方面均发生了革命性的变化,它独特的光谱分离特征和卓越的色彩表现力、超高亮度的输出等优点使画面展现了卓越的表现力,这为全保真图像的再现提供了可靠的技术途径。我国已将其列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《国家“十四五”科学和技术发展规划》中。由于激光光源的光谱坐标接近于麦克亚当极限,激光显示是目前唯一能够达到IEC的REC.2020标准的显示技术。得益于上述激光显示的大色域优势,激光显示同时还可用于提升异常三色视者的颜色感知。异常三色视者,属于色觉缺陷者一种,由于其视网膜上敏红和敏绿锥细胞的光谱响应曲线相对于正常人具有一定程度的串扰,进而具有了异常的颜色感知。在国家重点研发计划的支持下,结合课题组的研究条件,本文利用激光投影机对异常三色视者的颜色感知进行研究,探索异常三色视者的颜色视觉解决方案,使得激光显示有望发展成为改善异常三色视者色觉的辅助手段。本文的主要研究工作与成果:1.本研究提出了一种基于显示系统的颜色辨别实验,建立了人眼颜色辨别测试平台,测试了观察者在不同颜色方向上辨别颜色的能力,证明了大色域的激光显示对异常三色视者的颜色感知具有显著的提升。结果表明,中等色域相比较于小色域将异常三色视者的辨色本领平均提升了 20%以上;而大色域相比较于小色域将异常三色视者的辨色能力最高提升了超过100%。2.基于异常三色视者视锥细胞的光学色素敏感曲线相对于正常观察者具有一定程度的偏移的特点,结合眼球晶状体以及视网膜黄斑色素吸收函数的修正,从视网膜水平的锥体响应函数推导出角膜水平的三种锥体响应函数。通过计算异常三色视者的色域边界,本研究定量描述了异常三色视者在立体颜色空间的感知颜色范围,最后给出了最大化异常三色视者色域体积的光谱选择。3.建立了大视场下异常三色视者的颜色感知模型,该模型可为异常三色视者的大屏显示产品提供参考,提升这类人群的观看体验。基于异常三色视者的感光色素偏移的特性,结合视锥细胞的分布与视场的大小具有一定的函数关系,本研究建立了异常三色视者的立体色域模型。结果表明,该模型兼容各种光源的计算,直观地描述了大视场下异常三色视者的颜色感知。4.建立了正常观察者到异常三色视者图像感知的映射关系,通过一定的算法优化提升了其图像感知。本研究利用光学色素偏移模型,再通过人眼彩色信息处理模型处理图片中的红绿蓝信息,得到异常三色视者的实际颜色感知图像。本研究采用直方图均衡化的方法分别处理异常三色视者的RGB信息,对其感知图像进行重新着色,并用对比度和自然度进行了评估,取得了良好的效果。本文的创新点:1.本文建立了人眼颜色辨别测试平台,开展了不同显示色域下异常三色视者的颜色分辨实验,获得了异常三色视者在不同色域下的辨色本领。更大色域的激光显示系统可以显著提升观察者的视觉体验,这可以最大程度地发挥激光显示的大色域优势,至今还没有发现相同的研究。2.本文建立了异常三色视者的立体色域模型,通过色域体积的评价方法,获得了异常三色视者在立体颜色空间的颜色辨别本领,很好地解释了大色域显示系统对异常三色视者颜色感知的提升,通过优化激光显示光源中心波长,提升了异常三色视者感知颜色的数目,发挥了激光显示可以为异常三色视者量身定制的优势。3.本文建立了大视场下异常三色视者的颜色感知模型,通过激光光源波长的优化,实现了不同类型的异常三色视者的色域体积最大化。该理论可应用于1°到10°视场范围的颜色感知模拟,为不同应用场景的激光显示产品的定制化提供了参考。4.本文研究了正常观察者到异常三色视者图像感知的映射关系,得到了激光光源与异常三色视者感知图像的量化关系,这对激光显示的光源优化具有重要的指导意义。