不同环境光下液晶显示器人眼辨色阈值的研究 摘要：人眼看到的颜色很大程度上受到环境光的影响，人眼能够辨别出颜色差别的能力也是有限的由于在辨色阈值水平上的色差有很大作用，在本文中就采用各国颜色科学家使用的心理物理学实验来研究人眼在不同环境光下的视觉特性选择三名观察者参与由液晶显示器提供恒常刺激的主观实验研究中选用的三种光条件分别是：暗室、A光源、D50，在不同光条件下的五个基本颜色中心获取实验者的主观实验数据经过实验得到：随色温变大，辨色灵敏度下降；不同环境下，视觉色差尺度在红绿方向上小于黄蓝方向；非视觉均匀性的CIELAB色空间关键词：辨色阈值；视觉特性；辨色椭圆引言：眼睛中三种锥细胞帮助识别红、绿、蓝三种颜色，当不同波长的光入射到视网膜时，大脑去分析各个锥细胞接受到的信息感知物体的颜色考虑到在不同的明暗程度下，光源会受到环境的影响，研究者研究了人眼在不同环境光下的视觉特性，以改进显示屏的颜色空间适应人眼液晶显示器中复杂的彩色显示器，面板上每一个像素点，都是由红、绿、蓝三种颜色混合而成的随着工作、生活中对液晶显示器使用程度的增加，更符合人眼视觉特性的显示器能为在不同环境光下使用的人提供舒适。
1. 实验方案实验的颜色刺激由液晶显示器提供，刺激色样如图11°×1°的四个正方形色块、6°×6°的正方形色块为选定颜色的背景、8°×8°的白色边框、其余为黑色，亮度为100cd/m2将平面以间隔为30度平均分为12个方向，选择国际照明委员会推荐的5个颜色中心颜色之间用数字表示差别的计算采用1931年的标准色度系统为了显示器的显色稳定，实验前的第一步是预热液晶显示器2.5h、保持黑屏令观察者在环境光下待3min进行暗适应后开始实验观察者距离屏幕50cm，显示器上显示1min的刺激色样对观察者进行明适应后正式测量数据观察刺激色样被设定为两秒观察五个显示过程即：黑色间隔、背景色、颜色刺激、背景色、黑色间隔减去背景色与黑色间隔显示的200ms，每个循环中过程中刺激色样的显示时间为1200ms在图1的刺激色样中，观察者观察到的只有一个小正方形的颜色与背景色不同，其他三个保持与背景色相同每进行一次观察，与背景色不同的小正方形会变换位置，实验要求测试者在2s内做出选择并记录结果刺激色样的等级表现在颜色中心上均分的12个方向，在每个方向上由先验性实验划分6个等级以保证12个方向上的阈值在最大等级范围内。
同刺激色样每次实验观测20次，由三名观测者对五种刺激色样分别观察3次，最终每种刺激色样进行180次观察最终在三种光条件下可得到135组主观性实验数据 2. 实验讨论实验获得的数据为了验证其准确度和重复性采用PF/3值来分析，以获得可靠的主观数据实验中得到的数据被拟合成色度椭圆，准确度由色度椭圆每个方向上的参考数据计算观察者进行三次重复实验计算三次的平均值由实验数据拟合的色度椭圆，包括长半轴、长短半轴比、面积平方根和轴向角四个参量将三种环境下5个颜色中心的色度椭圆参数列表分析同一颜色中心，在不同观察者中色度椭圆的形状和方向是大致相同的，只有具体的参量有较小差别不同颜色中心，不仅色度椭圆的形状、方向有很大差别，参量的大小也有较大差别这可以证实CIELAB色空间整体上是非视觉均匀的观察色度椭圆的形状发现共同点：除了蓝色中心区域长轴明显不指向坐标原点，另外4个颜色中心基本上全指向坐标原点；色度椭圆都不是理想的圆形这证实等明度下CIELAB颜色空间在视觉上也是不均匀的分析不同环境光下，颜色中心相同的平均方位角，发现方位角偏差类似，这一结果说明，人眼在不同环境光下，局部视觉均匀性相对稳定，色度椭圆如图2。
色度椭圆中长短半轴比参量可以表示视觉均匀性，椭圆越接近圆形，即长短半轴比越接近1均匀性越好分析不同环境光下五个颜色中心的长短半轴比平均值可知数值上总体保持一致，但分析不同环境光下，同种颜色中心的长短半轴比平均值发现，对于不同颜色人眼的均匀性相差较大人眼的视觉均匀性在红色最好，其次是黄色，蓝色最差面积平方根参量可以表示人眼的辨色灵敏度，其数值大表示辨别灵敏度差，数值小则表示灵敏度好比较不同环境光下5个颜色中心的面积平方根参量的平均值，可以得到一个常识性理论人眼的辨别灵敏度随色温变大而变小，即在越黑暗的环境人眼的灵敏度越好将不同环境光下同种颜色中心的面积平方根取平均，然后进行比较分析，发现：人眼对不同颜色的辨别灵敏度存在差别，对蓝色的辨别能力最强，黄、绿色的辨别能力较差人眼在红绿轴与黄蓝轴上的视觉尺度接近程度用色度椭圆的截距比值来表示，其数值越接近1，视觉尺度越接近计算观察者在不同光环境中分别在五个不同颜色中心下的截距比值并分析得到：截距比值均小于1表示在视觉尺度上黄蓝方向上均大于红绿方向计算不同环境光下五种颜色中心的截距比值的平均值，比较发现A光源下红绿方向上的视觉尺度明显更小于黄蓝方向。
分析出现这种情况的原因得出：红绿方向与黄蓝方向上视觉尺度的巨大差别是由于A光源本身的颜色引起的，具体情况如图3所示图1、显示器提供的刺激色样 图2 色度椭圆示例 图3 视觉光敏感示意3. 结论进行的心理物理学实验，用恒常刺激法得到了经过PF/3证明的可靠主观性实验数据通过分析比较不同环境光下5种颜色中心的平均值研究整体上人眼的视觉特性；分析比较不同环境光下每种颜色中心的平均值研究局部视觉特性分析实验数据得到了人眼在辨色阈值水平上的颜色视觉特性即：即使在等明度下，CIELAB颜色空间在视觉上也是不均匀的；不同光环境下，局部视觉均匀性相对稳定；人眼的视觉均匀性在红色最好，其次是黄色，蓝色最差；对蓝色的辨别能力最强，黄、绿色的辨别能力较差；在视觉尺度上黄蓝方向均大于红绿方向；红绿方向与黄蓝方向上视觉尺度的巨大差别是由于A光源本身的颜色引起的参考文献[1]洪建华,王晓红.不同环境光下液晶显示器人眼辨色阈值的研究[J].光学技术,2016,42(02):180-184.[2]曾旺,徐海松,汪哲弘,M.Ronnier Luo.基于不同颜色背景的人眼辨色阈值特性研究[J].光学学报,2011,31(01):295-300.[3]汪哲弘.颜色视觉辨别特性及色差评价研究[D].浙江大学,2009.[4]汪哲弘,徐海松.颜色视觉匹配中明度阈值的评价[J].光学学报,2006(08):1274-1278. -全文完-。