激光显示是一种新型的宽色域显示技术,以红、绿、蓝激光作为显示三基色,其色域可以覆盖自然界70%的色彩,达到NTSC制式色域的1.8倍,能够显示非常丰富和艳丽的颜色。由于激光显示的色域与目前的色域标准不同,现有显示制式的图像信号无法直接应用于激光显示设备中。为了使激光显示兼容现有图像信号,同时体现激光显示的宽色域优势,从标准色域到激光显示色域的色域扩展映射成为激光显示中的必要环节和关键技术,因而激光显示的色域扩展研究具有重要的理论意义和很高的实用价值。本文对激光显示的色域扩展算法及硬件实现进行了研究,提出了一种色域扩展算法的评价指标、一种色域边界求解的优化算法和两种色域扩展方法。本文对大量图片进行色域扩展后发现,增强肤色等人眼敏感颜色的饱和度后会造成“过度渲染”问题,对局部颜色进行大系数扩展会造成明显的色阶色块问题,这两种问题都会严重影响图像的映射及显示效果,色域扩展算法应避免出现以上两种问题。本文以“过度渲染”和色阶色块问题作为色域扩展效果的评价指标,并利用该指标对色域扩展进行了研究。本文在现有算法的基础上提出了一种多层次(Multilevel)色域扩展方法,该方法包含变色调非线性色域扩展算法和图像相关色度平滑算法两部分。变色调非线性色域扩展算法采用随颜色色调变化的扩展函数对颜色进行色域扩展。该扩展函数分为非线性扩展区、过渡区和线性扩展区三个部分,利用“静态色相似性函数”将人眼敏感颜色归为非线性扩展区域,敏感颜色周围的临界颜色纳入过渡区域,而远离敏感颜色的部分则属于线性扩展区域。该算法综合了线性扩展与非线性扩展的利弊,利用非线性扩展避免“过度渲染”问题,同时利用线性扩展减少了色阶色块问题,与现有算法相比映射图像具有更好的视觉效果。图像相关色度平滑算法属于图像相关的色域映射算法,用于消除变色调非线性色域扩展算法中的残留色阶色块问题。该算法在图像经过变色调非线性扩展后,利用人眼对比敏感度函数(Human Contrast Sensitivity Function)对映射图像与原图像的差值图像进行色度滤波,得到对比差异图像(Contrast Difference Image),将映射图像与对比差异图像的差值图像作为最终映射图像。对比差异图像显示了映射图像由非线性扩展而可能产生色阶色块的区域和严重程度,该算法可以有效地消除映射图像中的色阶色块问题,同时保留映射图像的色度和对比度信息。色域扩展算法一般需要求解色域边界,本文针对三角形片面法中寻找匹配四面体运算量大、耗时多的问题,提出了三角形重心角算法。该算法首先记录所有色域边界三角形重心与原点连线的空间角和目标点与原点连线的空间角,利用空间角的相近度公式提高匹配四面体的查找精度和命中率,减少匹配四面体验证次数。实验证明,该算法可使原算法的计算时间减少40%左右,在色域边界采样点增多时计算时间仅有少量增加。色域扩展算法的实现成本决定了算法的实用价值,为了简化色域扩展算法的复杂度、降低实现成本,本文提出了一种RGB空间色域扩展算法,并介绍了该算法的硬件实现架构。该算法以RGB空间色调恒定变换为基础,首先将图像信号由标准色域RGB空间转换到激光色域RGB空间中,然后以两色域边界比值作为扩展系数,根据颜色的饱和度对颜色进行色度增强。通过对大量图片的色域扩展实验和基于FPGA验证结果表明,该算法对图像色域有很好的扩展效果,不会产生“过度渲染”问题,而且逻辑资源需求少,具有低成本的优势。