一种分类观察者颜色匹配函数的方法

摘要

本发明涉及一种分类观察者颜色匹配函数的方法，包括搭建颜色匹配实验装置，包括目标色、匹配色和提供照明光源的标准观察箱，选择若干种颜色，由不同的原色光谱分别构成目标色和匹配色，照明光源为日光光源；组织观察者通过调节显示器RGB三个通道原色的数量，进行颜色匹配实验；用PR650光谱辐射度计测量目标色和显示器上的匹配色的颜色刺激光谱数据；选择CIE1931，CIE1964，CIE2006和Sarkar1-8作为测试的配色函数，分别计算观察者颜色匹配的色差大小，将实验组织的观察者锥细胞光谱响应归类，将观察者划分到相应类别的颜色匹配函数。本发明对不同观察者锥细胞光谱响应给出了一种评价和划分的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分类观察者颜色匹配函数的方法，通过搭建颜色匹配实验装 置，组织不同观察者对打印色和显示色进行颜色匹配实验，检验观察者颜色匹配过 程中的同色异谱性，确定不同观察者颜色匹配函数的类别。

背景技术

现有计算色度值的颜色匹配函数仅有CIE国际照明委员会推荐的CIE1931和 CIE1964，代表了不同观察视场(2°和10°)的观察者平均锥细胞响应。但是由于 观察者的个体差异，经常会出现某些观察者认为匹配的颜色，有些观察者却认为不 匹配，这种现象对于窄带原色叠加产生的颜色刺激尤为明显。随着饱和三原色的日 益发展，如LED节能光源和窄带原色专业级显示设备的普及应用，在评价微小色差 时，基于不同原色叠加的颜色刺激，由于观察者颜色匹配函数的差异，不同观察者 经常会产生出不同的颜色感觉。因此，仅用现有的CIE1931和CIE1964两套代表观 察者平均颜色视觉特性、考虑到不同观察视场的配色函数不足以表征不同观察者的 锥细胞响应。

基于此，CIE国际照明委员会于2006年推出CIE2006颜色计算模型，该模型可 产生20-80岁不同年龄观察者的61套颜色匹配函数。Sarkar于2011年提出将1959 年Stiles-Burch的47个观察者数据分类，可产生8个代表不同观察者类别的颜色匹 配函数，记为Sarkar1-8颜色匹配函数。近年来，CIE号召世界各国研究者开展不同 类型的颜色匹配实验，检验上述颜色匹配函数的可靠性和有效性。

发明内容

由于不同观察者之间存在个体差异，锥细胞对不同光谱的响应会有所偏差，如 何选用合适的颜色匹配函数合理表征观察者的锥细胞响应，是目前CIE国际照明委 员会需要解决的问题。

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提出一种分类观察者颜色匹配 函数的方法，避免实际在进行颜色样本匹配和色差计算时，由于观察者之间的个体 差异，导致不同观察者对颜色刺激产生较大的颜色感知差异，难以规范评价标准的 缺陷。

本发明通过搭建颜色匹配实验装置组织不同观察者对打印色和显示色进行颜 色匹配实验，检验观察者匹配颜色的差异性，确定不同观察者颜色匹配函数的类别。

该方法适用于确定观察者匹配不同原色光谱颜色的差异性，划分观察者的颜色 匹配函数的类别。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种分类观察者颜色匹配函数的方法，包括如下步骤：

(1)搭建颜色匹配实验装置，包括目标色、匹配色和提供照明光源的标准观 察箱，选择一种颜色，由不同的原色光谱分别构成目标色和匹配色，以实现颜色样 品对的同色异谱，标准观察箱的照明光源为日光光源；

(2)组织观察者通过调节显示器RGB三个通道原色的数量，进行颜色匹配实 验；

(3)待观察者完成颜色匹配实验后，用PR650光谱辐射度计测量目标色在观 察箱光源照射下的颜色刺激光谱数据S₀(λ)ρ(λ)和显示器上的匹配色在光源照射下 的颜色刺激光谱数据S₁(λ)；

(4)选择CIE1931，CIE1964，CIE2006和Sarkar1-8，共11个不同类别的颜 色匹配函数作为测试的配色函数，将步骤(3)中采集到的目标色和观察者匹配色 的颜色刺激光谱数据代入不同的颜色匹配函数，得到观察者在不同颜色匹配函数计 算下的该颜色(匹配色)的色度参数XYZ，进而计算匹配色和目标色的平均CIELAB 色差；

(5)再选择若干种颜色，分别重复上述步骤(1)-(4)，得到观察者在不同颜 色匹配函数计算下的若干种颜色(匹配色)的色度参数XYZ，及匹配色和目标色的 平均CIELAB色差；

(6)比较步骤(5)中11个颜色匹配函数计算的若干个颜色样本对的平均色差， 将观察者划分到相应类别的颜色匹配函数。

步骤(1)中，所述的目标色为喷墨打印的反射色(打印色)，所述的匹配色为 显示器显示的自发光色(显示色)。

所述的照明光源选择两种不同光照强度，一种是符合正常工作照明的光照强度 (300-500lx)，另一种是符合CIE推荐的进行色差评估的光照强度(900-1100lx)， 获得不同光照强度下的两组实验数据。

所述的显示器为窄带三原色的专业显示器，相比较普通自发光光源和普通显示 器，该专业级显示器的三原色带宽较窄，配色范围较广，颜色稳定性在开机90分 钟后，平均CIELAB色差控制在1.5以内。常用的专业级显示器有EIZO CG系列， 如EIZO CG219，EIZO CG246，EIZO CG279等；NEC PA系列，如NEC PA241W， NEC PA272W，NEC PA303W等，该类显示器主要用于对图像和屏幕色有较高要求 的领域。显示器的红(R)、绿(G)、蓝(B)三个通道原色的光谱曲线能量分布可由PR650 光谱辐射度计测量。

步骤(1)和(5)中，所述的颜色可选择CIE推荐的CIELAB颜色空间中9个 颜色作为颜色匹配实验的目标色，选择的9个颜色均匀分布在CIELAB颜色空间中。 9个颜色的色中心CIELAB色度参量来自于CIE推荐17个颜色的9个非饱和色， 选择的待匹配色为CIE推荐的17个颜色中心的8个色调颜色和中性灰－红、橙、 黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝、紫和灰色。

步骤(2)中，采用颜色匹配软件，通过调节颜色匹配界面上的RGB通道滑条， 改变RGB三个通道(变化范围均从0-255)颜色匹配的数量大小，实现与打印色的 颜色匹配。

步骤(6)中，比较11个颜色匹配函数计算的9个颜色样本对的平均色差，根 据最小色差值出现的概率，将观察者划分到相应类别的颜色匹配函数。

组织不同年龄和专业背景的观察者进行上述实验，将不同的观察者划分到不同 类别的颜色匹配函数。

选择的待匹配色为CIE推荐的17个颜色中心的8个色调颜色和中性灰，考虑 到彩色显示器呈色的色域，没有采用CIE推荐8个色调的饱和色。实验选用的待匹 配色的光谱反射率曲线如图5-1至图5-3所示。

本发明分类观察者颜色匹配函数的方法，通过搭建颜色匹配实验装置，组织观 察者进行不同呈色方式颜色样本的匹配实验，通过调节显示器RGB通道的数值匹 配标准观察箱里不同光照下的打印色，收集不同观察者颜色匹配的光谱数据，选用 CIE推荐的代表平均视觉特性的CIE1931(2°视场)，CIE1964(10°视场)观察者 函数，及CIE号召各国研究学者检验的CIE2006观察者函数(20-80岁不同年龄的 计算模型)和Sarkar提出的考虑到观察者个体差异将观察者分为不同类别的 Sarkar1-8观察者函数。分别计算上述不同观察者颜色匹配的色差大小，将实验组织 的观察者锥细胞光谱响应归类，建议一种确定观察者函数的方法。

本发明通过搭建颜色匹配实验装置，检测不同观察者的锥细胞响应差异，从而 实现评判不同观察者颜色匹配函数类别的方法。所选用的配色装置，目标色和匹配 色需要由不同的光谱构成，即待匹配颜色样品对为同色异谱颜色对。

本发明对不同观察者锥细胞光谱响应给出了一种评价和划分的方法，可以通过 搭建颜色匹配实验装置，组织观察者匹配不同呈色方式的颜色样本对(同色异谱颜 色样本对)，计算不同配色函数下的观察者配色色差大小。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明 保护范围的限制。

附图说明

图1是颜色匹配实验装置。

图2是照明光源光谱分布。

图3是颜色匹配实验装置显示器的三原色。

图4是实验测试的9个颜色在500lx光照下的颜色刺激光谱分布。

图5-1至图5-3是11个颜色匹配函数的光谱分布，其中，图5-1是CIE1931和 CIE1964观察者函数的光谱分布；图5-2-1，5-2-2，5-2-3是Sarkar1-8的8套观察者 函数与CIE1964的不同通道观察者函数的光谱分布；图5-3是 CIE2006计算模型中代入20，32，80三个年龄计算的观察者函数与CIE1964观察者 函数的光谱分布。

图6-1和图6-2是不同观察者函数分别在照度为500lx和922lx照明下的测试结 果。

具体实施方式

本发明以打印的反射色和显示器呈现的自发光色为颜色匹配的样本对，以 CIELAB颜色空间的8个色调颜色和中性灰，共9个待匹配色为测试颜色样本进行 阐述。需要说明的是，本发明并不局限于打印色和显示色之间的颜色匹配，其可适 用于多种呈色方式的颜色样本对间的颜色匹配。待匹配的颜色并不局限于CIE推荐 的9个颜色中心。

本发明分类观察者颜色匹配函数的方法，包括如下步骤：

(1)搭建如图1所示的颜色匹配实验装置－包括目标色、匹配色和提供照明 光源的标准观察箱，选择一种颜色，由不同的原色光谱分别构成目标色和匹配色， 形成一个颜色样本对，目标色和匹配色由不同的原色光谱构成，即可实现颜色样品 对的同色异谱的现象。图1中，分别选择基于喷墨打印的反射色作为目标色，窄带 三原色的专业显示器显示的自发光色作为匹配色。本实验选用的样本大小为12cm ×12cm，观察距离为80cm。

图1所示标准观察箱中照明光源的色温为6351K(属于普通日光光源)，实验中 选择了两种不同光照强度的日光光源，照度分别为500lx和922lx，光源的光谱曲线 分布如图2所示。

步骤(1)中选择窄带宽的专业级显示器，显示器的红(R)、绿(G)、蓝(B)三个 通道原色的光谱曲线能量分布可由PR650光谱辐射度计测量，显示器的红(R)、绿 (G)、蓝(B)三个通道原色的光谱曲线能量分布如图3所示。

由于打印色的颜色外貌会受到照明光源的光照强度影响，考虑到显示器的色 域，为避免出现一些颜色无法匹配的现象。选择CIE推荐的CIELAB颜色空间中的 9个颜色作为颜色匹配实验的目标色——灰、红、橙、黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝和 紫色，图4所示为实验选用的9个颜色在500lx光照下颜色刺激的光谱曲线。

(2)编制颜色匹配软件，将待匹配色显示在12cm×12cm界面内，通过左右调 节配色软件的RGB通道滑条，控制显示器RGB三个通道颜色匹配的数量(变化范 围均从0-255)，实现与打印色的颜色匹配。组织不同年龄和专业背景的35名观察 者进行颜色匹配实验；

(3)待观察者完成颜色匹配实验后，用PR650光谱辐射度计分别测量目标色 在观察箱光源照射下的颜色刺激光谱数据S₀(λ)ρ(λ)和显示器上的匹配色在不同光 照下的颜色刺激光谱数据S₁(λ)；

(4)选择CIE1931，CIE1964，CIE2006和Sarkar1-8，共11个不同类别的颜 色匹配函数作为测试的配色函数，图5-1至图5-3所示为11个配色函数的光谱曲线 分布，其中，图5-1是CIE1931和CIE1964观察者函数的光谱分布，黑色的曲线是 CIE1964(下标10，代表1964的10度角观察视场)，浅灰色曲线是CIE1931；图5-2-1， 5-2-2，5-2-3是Sarkar1-8的8套观察者函数分别与CIE1964的不同 通道观察者函数的光谱分布；图5-3是CIE2006计算模型中代入20，32，80三个年 龄计算的观察者函数与CIE1964观察者函数的光谱分布。

用11个观察者函数计算颜色样本的色度参数，计算得到平均CIELAB色差值。 步骤(3)中采集到的目标色和不同观察者匹配色的颜色刺激光谱数据代入不同的 颜色匹配函数，计算不同观察者在不同颜色匹配函数计算下得到9个颜色的色度参 数XYZ，进而计算显示色和打印色的平均CIELAB色差。其中在500lx光照下，11 个颜色匹配函数计算的平均色差为4.83，最大色差为8.63，最小色差为2.4。在922lx 光照下，11个颜色匹配函数计算的平均色差为4.03，最大色差为9.35，最小色差为 2.2。

(5)比较步骤(4)中11个颜色匹配函数计算的9个颜色样本对的平均色差， 根据观察者匹配9个颜色计算色差最小出现的概率将实验组织的不同观察者划分到 不同类别的颜色匹配函数。

不同观察者函数的测试结果如图6-1和图6-2所示。在500lx的光照强度下表现 最好的为CIE2006(34.2％)，其次为Sarkar4(30.1％)，Sarkar1(19.2％)，Sarkar6 (9.59％)。在922lx的光照强度下表现最好的为CIE2006(29.5％)，其次为Sarkar4 (20.5％)，Sarkar6(16.7％)，Sarkar1(14.1％)。两种光照条件下，与人眼视觉匹配 差异性较大的均为CIE1931配色函数，这与本实验选用的样本大小为12cm×12cm， 观察距离80cm有关。在两种光照强度下的计算结果较为一致。

本发明中组织35名观察者进行颜色匹配实验，其中10名观察者进行重复性实 验，重复次数2-10次不等，观察者的年龄分布从20岁到59岁。这样一方面可评价 观察者的重复性，另一方面也可搜集有较大的原始实验数据量。两种不同照度情况 下，500lx照度下采集到73组颜色匹配数据，922lx照度下共采集到78组颜色匹配 数据。

以观察者1，2，3的配色数据为例，9种打印色分别放置在标准观察箱中，光 源为模拟日光光源，照度为500lx。观察者1，2，3在显示器上分别调节RGB通道 的数量大小，匹配9种打印色，用PR650光谱辐射度计采集观察者1，2，3匹配9 种颜色的S₁(λ)，代入11种颜色匹配函数，分别计算观察者1，2，3的匹配色与9 种打印色的CIELAB色差，如表1所示：

表1用不同颜色匹配函数计算观察者1，2，3匹配9种颜色的平均CIELAB色差

由表1可见，由11个不同颜色匹配函数计算的观察者1，2，3匹配9个颜色的 平均CIELAB色差，观察者1，3都是由Sarkar4配色函数计算的色差最小，分别为 2.41，3.23。观察者2是由Sarkar1配色函数计算的色差最小，为2.65。因此，可将 观察者1，3颜色匹配函数划分到Sarkar4配色函数，观察者2颜色匹配函数划分到 Sarkar1配色函数。

本发明通过搭建颜色匹配实验装置，检测不同观察者的锥细胞响应差异，对不 同观察者锥细胞光谱响应给出了一种评价和划分的方法，从而实现评判不同观察者 颜色匹配函数类别的方法。