上海出版印刷高等专科学校印刷包装工程系, 上海 200093
光谱反射率维度高, 与光照和观察条件无关, 能够真实、 客观地描述物体的颜色信息, 由物体本身特性决定, 因此被称为物体的“指纹”。 但是, 光谱反射率数据量超过传统三色系统十倍以上, 这些巨大的光谱数据在存储、 数据处理及传递等方面造成巨大的负担, 花费太多的计算时间。 如果高维光谱可以通过数学变换方法映射到低维空间, 并确保低维空间能够更好地表示原始光谱所覆盖的信息, 可以有效地压缩多光谱数据, 提高基于光谱的颜色复制的处理效率。 针对主成分分析法平等地对待可见光范围的所有波长, 重建光谱仅仅是对原始光谱的数学逼近, 由于波长对颜色的重要性不同, 经常会导致光谱重建误差较小而色度误差较大的问题, 提出了一种基于光谱色差权重函数的多光谱降维算法。 使用主成分分析法将孟塞尔颜色系统Munsell维度降低到1维, 再恢复重建到31维, Munsell的原始光谱和重建光谱的平均光谱色差作为权重函数。 以NCS为训练样本, 分别以NCS、 Munsell和3张多光谱图像为测试样本, 分析和比较本文推荐的权重主成分分析法与主成分分析法以及另外4种权重主成分的性能。 以D65/2°和A/2°照明观察条件下的CIELAB色差和均方根误差(RMSE)分别评价测试样本的原始光谱和重建光谱之间的色度重建精度和光谱重建精度。 实验统计结果表明: 相对于主成分分析法, 无论测试样本是多光谱数据还是多光谱图像, 推荐的方法在牺牲一定光谱重建精度的情况下, 在D65/2°和在A/2°两种照明观察条件下的色度重建精度得到显著的提高, 而色度重建精度提高对于目前广受关注的基于光谱的颜色复制研究具有非常重要意义。 实验统计结果也表明本文推荐的方法的色度重建精度优于目前已经存在的另外4种权重主成分分析法。
多光谱降维 多光谱压缩 主成分分析法 权重函数 光谱色差 Multispectral dimensionality reduction Multispectral compression Principal component analysis Weight function Spectral color difference 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2679
借助CIE Lab颜色空间, 用分光光度法建立玻璃颜色及色差定量测定方法, 将人眼感受到的颜色差成比例地转化为具体数值, 量化玻璃的颜色及色差。
玻璃 颜色 色差 分光光度法 玻璃着色 glass color color difference spectrophotometry method glass tinting
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
采用1 060 nm光纤打标机在2024铝合金表面进行方形标识, 主要研究扫描速度、填充间隔、激光平均功率等工艺参数对铝合金材料表面标识效果的影响。基于正交试验的方法, 根据3因素5水平正交表设计激光加工的工艺参数, 利用色差仪和超景深三维显微镜对激光标识效果的色差和表面形貌粗糙度进行测量。试验结果表明, 激光标识时扫描轨迹的重叠率和光斑重叠率是影响色差的主要因素, 激光标识时材料吸收激光的能量大小和热影响是影响粗糙度的主要因素。经过正交极差优化后的最佳参数组合为扫描速度V=644 mm/s, 填充间隔F=0.028 mm, 激光功率P=15 W, 最终标识效果为表面粗糙度为1.5 μm, 色差为9.41 NBS。
激光直接标识 表面粗糙度 色差 正交试验 laser direct-part marking surface roughness color difference orthogonal experiment
北京印刷学院印刷与包装工程学院，北京 102600
为检验现有色度管理系统中基于CIE1931 2° 颜色匹配函数（CMFs）的颜色计算和校正精度：以3通道（636 nm，524 nm，452 nm）LED发光面板为目标设备，显示CIE推荐的5个颜色（灰、红、黄、绿、蓝）；以6通道（672 nm，636 nm，524 nm，508 nm，472 nm，452 nm）LED发光面板为比较设备，产生8种原色光谱组合。基于CIE1931 2° CMFs进行目标色和比较色的计算、调节，使其具有相近的XYZ色度值，共产生40对颜色。组织了40名色觉正常观察者开展不同观察视角（2.9°和8.6°）下的色差评价实验，共采集到6400组目视色差数据。结果表明：在比较色和目标色为L1同谱组合和L2（仅改变红色通道）组合时，CIE1931 2° CMFs可满足计算要求；在其他原色组合中，CIE1931 2° CMFs的计算校正并不适用；且随着观察视角的增加，目视色差差异不显著。
视觉光学 视觉色彩 原色光谱组合 颜色匹配函数 观察视角 色差评价 光学学报
2022, 42(22): 2233001
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）是重要的显示技术，被广泛地应用于电视、电脑显示器、手机显示屏等领域，覆盖了大中小尺寸几乎所有的需求范围。LCD具有市场规模大、性价比高、寿命长等优点，但也存在一些瓶颈问题，突出表现在视角相关问题，例如倾斜视角下的对比度下降、灰阶偏移、色彩偏移等。此外，随着应用场景的具体化，市场上逐渐涌现出一些特殊的视角需求，例如窄视角、指定视角、视角可控等需求。针对以上问题，研究人员进行了大量的优化和改进，目前LCD的视角相关性能已经得到了明显提升。本文综述了部分有代表性的研究工作，首先，介绍了LCD的基本结构、显示原理、以及常见的显示模式；然后，介绍了与视角相关的性能参数，总结了能够改善视角相关问题的技术方法；最后，归纳了几种特殊的视角控制技术并进行了展望。
液晶显示器 视角 对比度 灰阶偏移 色彩偏移 Liquid crystal display Viewing angle Contrast ratio Gamma shift Color difference
辽宁科技大学计算机与软件工程学院, 辽宁 鞍山 114051
颜色学的发展依赖于感知现象和实验数据。随着视觉色差实验数据的增加,人们试图探索研发与CIELAB颜色空间一样简单,但更加均匀的颜色空间。分析了CIELAB颜色空间的特性,并基于这些特性提出了包含4个参数的颜色空间,称之为MLAB颜色空间。新颜色空间参数的确定是非线性约束优化问题,可保证优化后的空间能很好地预测由国际照明委员会专家组收集的视觉色差数据集COM-corrected。基于COM-corrected数据集的比较表明,MLAB颜色空间显著优于CIELAB颜色空间。基于色调线性数据集和椭圆数据集的测试表明,MLAB颜色空间较CIELAB颜色空间也有一定程度的进步。
颜色 均匀颜色空间 色差度量 感知差异 色调 色度椭圆
1 常州纺织服装职业技术学院，江苏 常州 213164
2 南京林业大学家居与工业设计学院， 江苏 南京 210037
激光作为一种先进加工方法，广泛用于木质材料切割、改性等领域，能够显著提高加工效率及产品性能。采用CO2激光辐照竹黄表面，选择激光功率、移动速度以及移动路径距离为输入变量，探究激光处理参数对竹黄表面颜色变化的影响规律，并建立了二次预测数学模型定量描述竹黄色差与激光处理参数的相关性。研究结果表明：竹黄表面的总色差随激光功率的增强而变大，但随移动速度和移动路径距离的增大而下降。处理后，竹黄表面颜色变暗，其明度变化值的绝对值亦随激光功率的增强而变大，随移动速度和移动路径距离的增大而下降。竹黄总色差最大为19.9，明度最大下降了16.2，呈现明显黄褐色。总色差与明度变化值二次预测模型的相关性系数（R2）分别为0.981 1和0.984 3，预测性良好。激光处理可使竹黄呈现深黄、黄褐色等颜色，丰富了竹黄外观视觉效果。
竹材 CO2激光 颜色 视觉效果 色差 bamboo CO2 laser color visual effect color difference
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究现有国际照明委员会(CIE)色差公式(基于平面色建立)对三维(3D)打印球体模型色差评价的适用性,基于Sailner J400彩色3D打印机,围绕CIE推荐的5个颜色中心(灰、红、黄、绿、蓝)制作了200对(150对哑光和50对光泽)直径4 cm的球体模型。组织了59名年龄分布在19~26岁的色觉正常观察者,使用灰梯尺法开展色差评价实验。检验了基于CIELAB、CIECAM02和CAM16共3个颜色空间、8个色差公式的表现性能,并对色差公式进行了幂指数和明度因子的优化计算。结果表明,各原始色差公式对3D球体色差的预测性能较为一致,标准化残差平方和(STRESS)值为32.5~34.7;对光泽球体样本的预测性能优于哑光球体样本。F检验表明,针对3D球体样本建立的幂指数色差计算方法较原始色差公式的性能均有显著改善,优化后的STRESS值降为24.5~27.3;经过明度因子优化后的改善不显著。
视觉与色彩 三维打印 色差公式 幂指数优化 标准化残差平方和 光学学报
2021, 41(23): 2333001
天津大学建筑学院, 天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室, 天津 300072
丝质文物是博物馆内的重要藏品之一, 具有极高的文化、 艺术、 历史价值。 作为一种性质不稳定的蛋白质有机构成材料, 丝质文物极易受到光学辐射而发生泛黄等色彩损伤, 尤其是在Light Emitting Diode(LED)得到广泛应用的博物馆光环境中。 如何针对馆藏丝质文物色彩损伤进行科学评估是本研究要解决的主要问题。 色差评估法是分析博物馆照明对文物色彩损伤的有效手段, 但是存在相应的局限性, 无法对色彩损伤的诱导期进行评估。 由于文物发生色彩损伤的根本原因在于材料内部分子结构发生光化学反应, 理论上说, 从微观分子层面研究的拉曼光谱法能够更加科学地评估丝质文物色彩损伤。 本研究将拉曼光谱引入博物馆照明领域, 对比色差评估结果验证拉曼光谱色彩损伤评估的可行性和科学性。 通过构成四基色LED的450, 510, 583和650 nm四种窄带光对丝质样品开展长周期照射实验, 分别以CIE L*a*b*色差和拉曼光谱作为评估指标, 计算得到基于两种评估方法的不同窄带光对丝质文物的色彩相对损伤系数, 分别为450 nm:510 nm:583 nm:650 nm=1.00:0.63:0.48:0.32和450 nm:510 nm:583 nm:650 nm=1.00:0.69:0.47:0.27。 结果一方面表明, 两种方法得到的四种窄带光对丝质文物的色彩损伤趋势是一致的, 即450 nm>510 nm>583 nm>650 nm, 波长越短对丝质文物的色彩损伤程度越大, 说明拉曼光谱是一种能够量化评估丝质文物色彩损伤的可行方法; 另一方面表明, 基于拉曼参数计算的色彩相对损伤系数的比例差异更大。 丝质样品的老化过程中存在诱导期。 色差法难以分析丝质样品诱导期的色彩变化, 而拉曼光谱分析则可灵敏地检测出相应的分子结构变化, 包括诱导期。 因此, 拉曼光谱法能够对丝质文物的色彩损伤进行更加科学地评估。 同时, 研究得到的构成LED光谱的四种窄带光对丝质文物色彩相对损伤系数, 可以为这类光源在丝质文物照明中的损伤度评估和博物馆准入评估提供依据。
博物馆照明 丝质文物 色彩损伤 色差 拉曼光谱 Museum lighting Light emitting diode Cultural heritages with silk Color damage Color difference Raman spectroscopy Light Emitting Diode 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2474
