用阴极射线管显示器研究辨色阈值Ⅱ:典型色差公式评价

利用由辨色阈值实验得到的CIELAB颜色空间中等明度a*-b*平面上的视觉数据,对四个典型色差公式CIELAB、CMC、CIE94和CIEDE2000在辨色阈值水平上的色差预测性能进行测试和评价,并采用性能因子PF/3来表示各色差公式的优劣。对于原始形式(kC=kH=1)的色差公式,CIEDE2000的色差预测性能最好,其次为CIE94和CMC,CIELAB最差。采用对kC和kH进行优化后的色差公式,CIEDE2000的色差预测性能依然最佳,其余三个色差公式的预测性能基本相同;除了CIELAB明显改善外,其他公式的色差预测性能只比原始形式略有提高。色差公式CIEDE2000在黄色和蓝色区域的色差预测性能表现优异,但在灰色、红色和绿色区域的预测性能仍有待进一步改进。     

Estimation of Color-Difference Formulae at Color Discrimination Threshold Using CRT-Generated Stimuli

The advanced color-difference formulae, CMC, CIE94, and the recently proposed CIEDE2000 formula, together with the basic CIELAB system, were estimated using the chromaticity discrimination threshold data at CIE Gray and Blue color centers. Gray is the most basic color and blue is, perceptually, in the most different region from other areas across the color space. The test stimuli, evenly distributed in the (a#x2217;, b#x2217;)-, (a#x2217;, L#x2217;)-, and (b#x2217;, L#x2217;)-plane of the CIELAB space, were generated on a CRT display, driven by a VSG system. Each direction from each color center was assessed 3 times by a panel of 9 normal color-vision observers with the psychophysical method of interleaved staircase. The experimental data were reliable and consistent with other studies according to the observer accuracy and fitted ellipse parameters. A comprehensive analysis shows the color discrimination tolerances could be well fitted by ellipses, and the CIEDE2000 and CIELAB formulae performed better than CIE94 while the CMC worst at the threshold level for the color centers studied.     

基于物体表面色的人眼阈值水平微小色差评价

基于物体表面色样本的视觉评价,测试常用色差公式在人眼阈值水平的微小色差预测性能.由一组21名观察者采用感知法对100个颜色样本对进行视觉实验,获得视觉色差的评价数据,通过观察者精度分析并与BFD和Witt的视觉数据进行对比,验证了本实验数据的有效性.利用实验数据对CIELAB、CMC、BFD、CIE94、LCD和CIEDE2000等六个常用色差公式在人眼阈值水平的微小色差预测性能进行了详细的测试和比较,结果表明国际照明委员会(CIE)推荐的CIEDE2000表现最好,而CIELAB性能最差.     

彩色数字图像色差计算方法的研究

用5幅ISO SCID图像在EIZO CG19显示器上分别进行了两组图像色差等级评价实验。两组实验分别在室内自然照明环境和标准灯箱中进行,用目视评价实验数据检验并优化彩色图像色差的计算公式。用CIELAB、CIEDE2000、CIE94和CMC色差公式对第一组实验数据计算结果表明,现有色差公式计算的图像明度差和彩度差与实际色差感觉有明显的系统性差异,图像内容对计算色差与色差感觉的关系有一定影响,说明需要对原始色差公式进行改进。提出了用实验数据拟合直线斜率比值优化色差公式的方法,得到CIELAB(1.50:1)、CIEDE2000(2.29:1)、CIE94(3.04:1)和CMC(3.38:1)计算的色差比原始公式有明显的改善,其中CIEDE2000(2.29:1)计算结果受图像内容的影响最小。用第二组实验数据检验色差公式的优化效果也证明,这种优化方法准确,简单,具有普遍适用性。     

基于Munsell新标系统的色差公式的均匀性研究

利用Munsell体系中色卡分布的视觉均匀性,对CIELAB及基于CIELAB的典型色差公式CMC、CIE94和CIEDE2000的原始形式(k1=kc=kH=1)在色差计算上的均匀性进行了测试和评价.采用Munsell颜色立体中不同位置和方向上的等距数据作为测试的输入数据对,借助性能因子(Performance Fa...     

颜色视觉匹配中明度阈值的评价

为了对颜色视觉匹配中的明度阈值特性进行评价,采用在阴极射线管显示器上获得的颜色刺激,在5个不同明度的中性色背景下,标准刺激的明度L*从5到95以5个CIELAB单位为变化步长,共对19个不同明度的中性标准颜色进行视觉匹配实验。通过对实验结果的处理和分析,验证了关于颜色刺激视觉辨别明度阈值与背景明度之间相关性的韦伯法则和crispening效应,同时利用颜色视觉匹配数据对基于CIELAB的相关色差公式进行了评价和比较,CIEDE2000具有最好的明度差预测性能,CMC次之,CIELAB和CIE94最差。     

基于阈上小色差的色差公式权重函数研究

利用心理物理实验的恒常刺激法,测得了在CIELAB颜色空间中a*b*平面上16个颜色中心的阈上小色差(约3ΔE*ab单位)色度椭圆.基于本实验和RIT-Dupont各16个非中性色颜色中心的彩度差和色调差数据分别拟合得到相应的彩度权重函数SC_ZJU07和色调权重函数SH_ZJU07.应用获得的视觉实验数据对六个基于CIELAB的典型色差公式的彩度和色调权重函数以及SC_ZJU07和SH_ZJU07的色差预测性能进行评价,结果表明所提出的SC_ZJU07和SH_ZJU07的预测性能均为最佳.对于彩度差数据,六个色差公式彩度权重函数的预测性能表现不佳;而对于色调差数据,CIEDE2000色调权重函数的预测性能明显优于其他公式.     

基于中国颜色体系的色差公式分析

CIE均匀颜色空间及利用色差公式对色差进行计算对彩色复制品的评价具有很关键的作用。利用中国颜色体系在视觉上为等色差系统以及色调、彩度和明度可以单独改变的特性,分别从色调、彩度、明度三方面对CIEL*a*b*、CMC(l:c)、CIE94、CIEDE2000色差公式进行了比较分析。结果表明:用各色差公式计算出的平均色差值是不同的,它们的均匀性也不同。需要针对不同的明度、彩度、色调选择使用不同的色差公式。     

颜色视觉匹配中显示器颜色色差阈值的评价

为了对阴极射线管(Cathode ray tube,CRT)显示器颜色恰可辨别的小色差阈值进行评价,在中性灰背景下,用编制的颜色匹配程序,在CRT显示器上随机产生颜色,分别调节程序中R、G、B通道的值,使匹配色与随机色达到视觉上的一致,进行颜色视觉匹配实验,测量CRT显示器上随机色和匹配色的L*a*b*值.用不同的色差公式对实验数据分别从明度、色调、饱和度进行比较分析,色差公式评价小色差的性能是CIEDE2000优于CMC(2∶1)和CIEL*a*b*.在a*b*图上绘制实验颜色恰可辨别图.不同色差公式计算的CRT显示器恰可辨别小色差阈值不同.     

小范围内精确控制CRT显示颜色和色差的研究

目前CRT显示器颜色特性化的最高精度大约是0.5ΔEab。一些在CRT上进行颜色和图像视觉评价的实验要求在颜色中心小范围内能更精确地控制显示颜色和色差。实验中采用了线性插值特性化方法,并提出了一种小范围三通道相互影响的颜色控制方法。实验结果表明:该方法对L,a,b控制的精度分别是0.14,0.082,0.103;对三种色差CIELAB,CIE94和CIEDE2000的控制精度分别是0.18,0.18,0.22。     

用阴极射线管显示器研究辨色阈值Ⅰ:实验数据及人眼颜色视觉特性分析

为了研究人眼在辨色阈值水平上的颜色视觉特性,在阴极射线管(CRT)显示器上显示颜色刺激,采用交叉阶梯法进行心理物理实验,在CIE1976a*-b*平面上分别测得3名色觉正常的观察者在5个CIE基本颜色中心区域的辨色阈值。采用性能因子PF/3讨论观察者的测试精度,并以色度椭圆表示辨色阈值实验结果。通过对实验数据的详细处理和分析表明,在等明度的a*-b*平面上各色区及各颜色方向上人眼的辨色特性是各向异性的,即CIE1976a*-b*平面为非视觉均匀;人眼在5个CIE基本颜色中心区域上红-绿方向的视觉色差尺度均小于黄-蓝方向。本文的实验结果可为均匀颜色空间及其色差公式的改进和发展提供原始数据和参考依据。     

Evaluation of small suprathreshold color differences under different background colors

A psychophysical experiment under constant stimuli is conducted on a CRT display to measure the visual suprathreshold color differences for five color centers recommended by CIE under the same five background colors.The performances of four CIELAB-based,three CIECAM02-based,and two OSA-UCS-based formulas are tested.Detailed analysis results indicate the existence of chromatic crispening effect.CIEDE2000 performs best for the gray center and gray background,whereas CAM02-LCD and CAM02-UCS have the best performance for non-neutral backgrounds.CAM02-LCD significantly outperforms all other formulas for all color centers under all background colors.     

基于LED照明的色差评价研究

截止目前,多国相关颜色科学工作者已累计提出了40多个色差公式,但是目前所有的色差公式的相关使用,都只能限定在CIE给定的观测条件。固态照明作为近些年光源研究的重点方向,相关的研究如基于LED照明条件的色差研究仍未展开。该研究遵循CIE的色差研究指导原则,首先选取CIE推荐的17种颜色中心中的五种颜色,制成实验色块样张,分别以U30,TL84和D65光源为参考光源,以LED灯泡为实验光源。选用CIE1976LUV色差公式、CIE1976LAB色差公式、CIEDE2000色差公式分别对打印色块进行理论色差值的计算。然后采用20名观察者,通过心理物理学的视觉评价实验对打印色样进行主观色差评价,最后通过标准化残差平方和(STRESS)将客观计算值与主观评价数据进行对比分析。发现实验中选用的三种色差公式在LED照明条件下的色差预测性能均不是很理想。相比而言,在LED照明条件下,CIE1976LUV公式的预测性能相对要好,CIEDE2000公式次之,CIE1976LAB公式最差。     

不同观察者锥细胞响应的同色异谱性能差异测试分析

为了研究不同年龄色觉正常观察者在不同观察条件下的锥细胞光谱响应差异,在CIELAB颜色空间选择了均匀分布的9个不同色调的颜色,组织27～35名观察者开展了两种不同光源照度和两种不同观察视场的四种观察条件下,基于显示色-打印色的颜色匹配实验。通过配色实验采集到不同观察者匹配颜色的光谱数据,与9个目标色的光谱数据计算、比较,以匹配的9个颜色最小平均CIEDE2000色差值出现的概率大小作为评价标准,检验CIE1931,CIE1964,CIE2006,Sarkar(S1～S8)共11种颜色匹配函数的表现,研究不同观察者锥细胞响应的同色异谱性。结果表明在四种不同实验条件下,表现最好的配色函数依次是CIE2006,S6,表现最差的是S1和S2。不同观察者的锥细胞响应同色异谱性差异较大,年龄因素对观察者的锥细胞响应的影响也较为明显。(λ)通道的光谱响应差异是造成不同观察者存在同色异谱现象的主要原因,大多数观察者的差异性主要集中在(λ)通道的峰值波长响应,峰值波长的位移对颜色匹配的结果影响不大。实验结果可为进一步划分不同观察者的颜色匹配函数,研究不同观察者的同色异谱性提供数据支持和理论依据。     

阴极射线管显示器特性化精度及黑点的影响

对SONY G520彩色阴极射线管显示器,实验研究了查找表(LUT)方法的特性化精度以及特性化方程是否考虑黑点对精度的影响,给出了CIELAB,CIE94和CIEDE2000三种色差精度:在黑点强度较大时(CIEXYZ=1.31/1.19/0.97),特性化方程中考虑黑点时分别是0.84,0.40和0.42,不考虑黑点时分别是1.87,0.74和0.76;在黑点强度较小时(CIEXYZ=0.08/0.10/0.12),特性化方程中考虑黑点时分别是0.87,0.41和0.38,不考虑黑点时分别是1.06,0.47和0.44。实验结果说明,显示器设置在黑点强度较大的情况下,特性化方程是否考虑黑点对特性化精度的影响较大;而在黑点强度较小时,特性化方程是否考虑黑点对精度的影响较小。     

用不同光泽和色差等级的彩色印刷样品检验均匀颜色空间

用不同光泽纸张和不同色差等级彩色印刷样品的目视评价色差数据拟合色度椭圆,研究各均匀颜色空间在评价不同光泽度和色差样本时的表现,检验基于CIELAB,DIN99,OSA和CIECAM02共7个颜色空间的均匀性。用局部均匀性和全局均匀性因子分别检验不同颜色空间色度椭圆的椭圆度和空间中不同位置椭圆尺寸的一致性。结果表明,其他所有颜色空间的表现均优于CIELAB和OSA颜色空间,OSA-Gp-Eu和DIN99d颜色空间在评价印刷品颜色差异的表现上较为接近,同时优于其他的颜色空间。     

土壤颜色由CIE向Munsell系统的定量转换

颜色是土壤重要形态特征之一,也为判断土壤理化特征、过程与功能的重要依据和指标。土壤颜色目前采用Munsell颜色系统表示,主要依靠将土壤样品与土壤Munsell比色卡比对而确定。该方法由于受个人视觉感官和判别环境等因素限制,导致土壤颜色判别结果存在主观性强,易出现偏差等问题。为此,寻求客观、定量、方便地表征土壤Munsell颜色的方法,对于今后有关土壤颜色应用的研究工作极为重要。该研究试图利用分光色度仪,结合Python计算机语言编程,采用邻近等明面插值等方法,提出了一套可操作的从CIE到Munsell颜色系统转换的方法,以实现土壤颜色从CIE到Munsell颜色系统的方便、快速、高精度转换,达到土壤颜色的客观、定量、标准化测定。由分光色度仪测得样品CIELAB颜色值,利用CIE和Munsell两大颜色系统的已有的转换模型和方法,由CIELAB值计算获得Munsell明度值V和色品坐标,以Python语言编制程序,实现样品的明度值和色品坐标的自动计算。进而采用邻近等明面数学插值法和色度变换图确定Munsell系统H和C值。以《中国标准土壤色卡》的419张色片和22个土壤与古土壤样品进行验证,结果表明利用本文方法色调（H）测定值与色片标准值相比较,仅有12张色片存在误差,验证准确率为97%。《中国标准土壤色卡》的明度值（V）、彩度值（C）测定值与标准值之间相关系数分别为0.987（p＜0.001）和0.976（p＜0.001）,测定结果与标准值之间存在极显著相关关系。土壤与古土壤样品测定值与目视判别色调差异较小,主要差别是明度和彩度,这可能与目视判读受个人主观、光学环境等因素影响所致。基于过去已有的由CIE到Munsell颜色系统转换方法,该研究利用Python计算机语言编程编写了程序代码,实现CIELAB值到Munsell明度V值和色品坐标的转换过程的自动计算,并提出一种基于邻近等明面新的插值方法,转换步骤简明,易实现,为土壤颜色的快速、定量获取提供途径。     

用聚类分析的方法分类观察者颜色匹配函数

色觉正常的观察者,尤其是不同年龄段的观察者,颜色分辨能力具有较大的差异。为了分类色觉正常观察者的锥细胞光谱响应,补充现有CIE1931,CIE1964和CIE2006颜色匹配函数,基于Stiles&Burch数据集的47个观察者函数(10°视场)和CIE2006代入20~80岁(10°视场)观察者不同年龄产生的61个函数(共108个颜色匹配函数),用聚类分析方法中的k-medoids算法,计算距离选用欧氏距离的平方,将108个颜色匹配函数在(λ),(λ),(λ)三个通道分别聚为5类,共产生了5×5×5=125个类别。将108个颜色匹配函数作为108个“个体观察者”,在iPad显示设备上呈现CIE推荐的17个颜色,用108个颜色匹配函数和125个类别颜色匹配函数比较,计算17个颜色的CIEDE2000色差平均值,以最小色差值作为评价标准,从125个类别中挑选出10个分类观察者颜色匹配函数表征观察者锥细胞光谱响应。108名“观察者”中有77.8%的观察者属于这10个分类。在iPad显示设备上显示CIE推荐的5个颜色(灰、红、黄、绿、蓝色),组织30名(20~25岁)年轻观察者和17名(61~74岁)老年观察者,在Quato专业显示器上依次匹配5个目标色,共采集到158组,即790个(=158组×5个色中心)颜色匹配实验数据。为将这158组数据(视为158名“观察者”)进行分类,分别将10个分类颜色匹配函数代入计算,以计算得到5个颜色CIEDE2000色差平均值最小的颜色匹配函数,作为158名观察者相对应的分类,在10个分类观察者函数中优选出8个颜色匹配函数BIGC-1,BIGC-2,…,BIGC-8。进一步地,用优化建立的分类颜色匹配函数检验课题组前期基于近同色异谱色样对开展的目视色差比较实验,结果发现BIGC-3适用于年轻观察者,BIGC-5适用于老年观察者,同时计算得到的STRESS值也较其他颜色匹配函数的结果有所降低。     

Effects of luminance and size of stimuli upon binocular color fusion limit

We aimed to examine the effects of luminance and size of stimuli upon the binocular fusion limit. A three-dimensional display was used to present dichoptic stimuli to the left and right eye, respectively. The range of dominant wavelength was from 450 to 650 nm. We measured the binocular color fusion limits Δλ _d for each dominant wavelength λ _d quantitatively with different luminance. The results show that the binocular color fusion ceases when the color difference introduced between the left and right eyes exceeds a certain threshold value, and the color fusion limit becomes smaller with the increase of the luminance of stimuli. In experiment 2, we adjusted the visual size of stimuli from 2 to 10° and found that color fusion is more difficult to achieve at 10° than at 2°.     

用伪同色光谱图像检测色觉正常观察者的锥细胞光谱响应

为了能够快速、准确的检测色觉正常观察者的辨色差异，从而对其红、绿、蓝三通道的锥细胞光谱响应进行研究，设计并制作了由背景层（或和明度层）以及数字层组成的伪同色光谱图像，其中背景层和数字层具有不同的光谱反射曲线，经过照明光源以及人眼锥细胞光谱响应的共同作用，使色觉正常的观察者产生不同的颜色感知差异。实验首先基于不同光谱原色的输出设备，在不同的照明光源下，制作出能够放大观察者差异的近同色异谱色样对。要求用不同颜色匹配函数计算近同色异谱色样对的CIEDE2000色差值，有的色差在人眼辨色阈值之内，有的色差人眼可明显识别。通过优化计算，将放大观察者色觉差异的近同色异谱色样对应用于伪同色光谱图像的数字层和背景层，并利用Epson Stylus Pro7908喷墨打印机和OKI C9600激光打印机分别输出伪同色光谱图像的背景层和数字层。同时组织了72名色觉正常的观察者（包含55名18～25岁的年轻观察者和17名62～74岁的老年观察者）分别在D65和LED-5000K两种光源下，对伪同色光谱图像进行识读检验。识读结果表明，伪同色光谱图像可以较为准确的判定年轻和老年观察者的视网膜锥细胞光谱响应是否老化。同种照明光源下，年轻观察者可以识读出数字的伪同色光谱图像（②/④）老年观察者不能识读，老年观察者可以识读的伪同色光谱图像（①/③）大多年轻观察者不能识读，且55名年轻观察者中有4名观察者的目视结果与老年人相同。另外，年轻观察者的锥细胞光谱响应与CIE1964和CIE2006（age=25 y）颜色匹配函数较为一致，而老年观察者的锥细胞光谱响应与CIE1931和CIE2006（age=75 y）颜色匹配函数更为一致。对比颜色匹配函数的分布，发现老年观察者的锥细胞光谱响应向长波段偏移，同时由于屈光系统光学密度增加导致其锥细胞光谱响应有所降低。