引用本文
何瑞丽, 黄敏, 郭春丽, 习永惠. 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[J]. 光谱学与光谱分析, 2019,39(8): 2454-2461.
HE Rui-li, HUANG Min, GUO Chun-li, XI Yong-hui. The Spectral Pseudoisochromatic Images for Testing Retinal Cone Spectral Responses of Observers with Normal Color Vision[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2019,39(8): 2454-2461.
Doi:10.3964/j.issn.1000-0593(2019)08-2454-08  
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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
何瑞丽, 黄敏*, 郭春丽, 习永惠
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
*通讯联系人 e-mail: huangmin@bigc.edu.cn

作者简介: 何瑞丽, 女, 1993年生, 北京印刷学院印刷与包装工程学院硕士研究生 e-mail: 695699402@qq.com

收稿日期: 2018-07-12 接受日期: 2018-11-26
基金: 国家自然科学基金项目(61675029, 61308081); 北京市教委科技创新提升项目(PXM2017_014223_000061)资助
摘要

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。

关键词: 伪同色光谱图像; 同色异谱色样对; 锥细胞光谱响应; 颜色匹配函数; 原色光谱
中图分类号:TN41 文献标志码:A
The Spectral Pseudoisochromatic Images for Testing Retinal Cone Spectral Responses of Observers with Normal Color Vision
HE Rui-li, HUANG Min*, GUO Chun-li, XI Yong-hui
School of Printing and Packaging Engineering, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China
*Corresponding author
Abstract

In order to test the variability in color discrimination among observers with normal color vision and study the spectral responses of cone cells in R, G, B three channels, the spectral pseudoisochromatic images consisting of background layer, lightness layer and number layer, which have different spectral reflectance were designed and created. By interacting with the light source and the spectral response of the human cone cells, different observers perceive various color differences. The obtained visual results were used to further study the difference of human perception on the metameric color pairs. The experiments were based on different output equipments with different primary inks producing different spectral reflectances, and the metameric color pairs were created under different light sources, which can amplify the observer’s variability. For the CIEDE2000 color difference calculated by different color matching functions, some were within the threshold of color discrimination, and some could be clearly recognized. By optimizing calculation, the nearly metameric color pairs, which can magnify the color discrimination of observers, were applied to design the number and background layers of the spectral pseudochromatic image. The Epson inkjet printer and OKI laser printer were used to print the number layer and background layer of the pseudochromatic spectral image correspondingly. 72 color-normal observers, including 55 young observers aged from 18 to 25 and 17 old observers aged from 62 to 74, were organized to view and test the images under D65 and LED-5000K light sources respectively. The visual results showed that the spectral pseudochromatic images can be successfully used to classify whether the spectral response of retinal cone cells is aging or not. Under the same light source, young observers can read the numbers in images (②/④) that the old observers can’t read, while the old observers can read the numbers in images (①/③) that most young observers can’t read, and 4 of the 55 young observers have the same visual results as the elderly. In addition, the spectral responses of young observers were consistent with the CIE1964 and CIE2006 (age=25 y) Color Matching Functions(CMFs), while the spectral response of old observers were more consistent with the CIE1931 and CIE2006 (age=75 y) CMFs. It was found that the cone cell spectral responses of old observers were shifted to the long wavelength, and the spectral responses decreased due to the increase of the optical density of the ocular system.

Keyword: Spectral pseudoisochromatic images; Metameric color patches; Cone cell spectral response; Color matching functions; Primary color spectrum
引 言

由于色觉正常的观察者具有不同的锥细胞光谱响应, 即使进入人眼的颜色刺激完全相同, 观察者也会产生不同的颜色感觉。 同样的一对同色异谱颜色刺激, 对于一个观察者来说是匹配的, 但是对于另外一个观察者而言并不匹配, 这就是通常意义上的观察者同色异谱[1]。 为了定量化描述观察者的同色异谱, 国际照明委员会(CIE)早期开展了大量工作, 于1989年提出了标准观察者偏差模型[2](standard deviate observer, SDO), 但是后来的研究发现, 这种方法的预测结果远低于真实观察者的差异[3]。 CIE国际照明委员会CIETC1-36分会, 于2006年推出了CIE2006颜色匹配函数计算模型[4], 该模型考虑到观察者的年龄和视场角, 可生成20~80岁不同年龄观察者在1° ~10° 不同视场角的颜色匹配函数。 但是研究表明, 即使同一年龄段的观察者, 也存在着个体间的辨色差异[5]。

近年来随着不同呈色方式(显示设备、 投影设备等)的多样化以及窄带光谱原色的出现, 进一步放大了观察者个体之间的差异性, 使得在跨媒体颜色传递和再现中, 观察者的同色异谱不可避免地成为一个较为严重的问题[6]。 随着年龄的增长, 人眼的晶状体、 黄斑、 视网膜等结构会出现一系列的变化[7, 8], 这使得观察者之间的辨色能力存在一定的差异, 尤其存在于年轻和老年两个年龄阶段的观察者之间[9, 10]。 Asano等[10]基于四原色光谱的显示器和本课题组前期[8]基于反射色开展的色差比较实验表明年轻观察者(18~25岁)和老年观察者(60~74岁)的目视色差结果呈负相关。 上述对观察者锥细胞光谱响应的研究均是基于颜色匹配实验和目视比较实验, 需要多次重复实验, 工作量较大、 耗时较长, 很难投入到实际应用。 基于此, 2015年Asano在他的学位论文中提出了在显示设备上模拟产生由不同窄光谱原色组成的同色异谱图像, 将观察者进行分类。 但是受显示设备原色光谱分布的限制, 实际很难产生这样的颜色刺激, Asano对此也仅进行了理论上的计算分析。

因此, 如何设计合适的、 能够放大观察者辨色差异的同色异谱色样对, 从而检测观察者锥细胞光谱响应, 是研究的关键所在。 本文基于具有不同光谱原色的输出设备, 进行光谱的优化组合, 制作了伪同色光谱图像(由近同色异谱色样对组成)。 同时组织了年轻(18~25岁)和老年(62~74岁)两个年龄段的观察者对伪同色光谱图像进行识读检验。 研究结果可检测观察者视网膜上锥细胞的光谱响应差异, 用于光谱颜色管理过程, 在各个显示或输出设备上建立“ 与观察者相关” 的特性文件, 解决跨媒体颜色传递与再现中的同色异谱等问题。

1 伪同色光谱图像的设计
1.1 伪同色光谱图像的结构设计

基于伪同色光谱图像中包含不同光谱反射曲线的部分, 将光谱图像设计为数字层和背景层(或和明度层), 二者对应图像中的不同位置, 可以构成近同色异谱色样对, 并利用具有不同原色光谱的输出设备先后对图像的数字层和背景层进行打印输出, 从而制作放大观察者差异的伪同色光谱图像。

伪同色光谱图像的制作以现有的色盲检查图为参考[11, 12], 是由大小相同的圆点均匀排列组成, 其直径大小为5 mm。 伪同色光谱图像结构设计分为两种: (1)由背景层-a和数字层-a组成, 如图1(a)和(b)所示; (2)由背景层-b和数字层-b组成, 如图1(c)和(d)所示, 其中背景层-b中包含构成数字“ 52” 的明度层[图1(c)中深色的圆点], 要求明度层和背景层的a* b* 色度值相同, 只是L* 值存在差异(Δ L* ≥ 3), 这是为了放大伪同色光谱图像整体的色差, 便于观察者构建数字轮廓。 明度层和背景层作为一个整体, 由同一设备输出, 观察者均能清晰识读明度层。 数字层由另一台设备输出, 与明度层和背景层具有较大的光谱差异。 另外, 由于伪同色光谱图像的结构简单, 为减小目视实验结果的不确定性, 在图像中设计了2个数字, 观察者需同时识读出这一对数字, 才记为完全识读出。

图1 伪同色光谱图像的构成
(a): 背景层-a; (b): 数字层-a; (c): 背景层-b; (d): 数字层-bFig.1 The composition of spectral pseudoisochromatic images
(a): Background layer-a; (b): Number layer-a; (c): Background layer-b; (d): Number layer-b

1.2 伪同色光谱图像的设计原则

基于反射色的伪同色光谱图像的制作关键在于找到能够放大观察者差异的近同色异谱色样对作为图像的数字层和背景层, 数字层和背景层(近同色异谱色样对)的光谱优化组合流程如图2所示, 主要分为以下几个过程:

图2 优化计算流程图Fig.2 The workflow of optimized calculation

(1)组合光谱对。 反射色的颜色刺激是由物体的反射光谱和光源光谱共同作用产生的。 首先选择不同的照明光源(S1, S2, S3, …), 同时用具有不同原色光谱的输出设备输出色度值XYZ相近的匀色色块, 其光谱反射曲线形状不同(ρ 1, ρ 2, ρ 3, …), 将具有不同反射曲线的色块两两组合, 分别计算其在不同光源照明下色样对的颜色刺激(Φ 1=S1× ρ 1, Φ 2=S1× ρ 2, …)。

(2)颜色匹配函数。 由于色觉正常观察者之间存在一定的辨色差异, 选用CIE推荐的颜色匹配函数(CIE1931, CIE1964, CIE2006)表征不同观察者的视网膜锥细胞光谱响应函数。

(3)计算色差值。 将(1)中选择的光源和色样对的颜色刺激光谱, (2)中的颜色匹配函数组合计算不同光源照明下每个颜色匹配函数对应色样对的三刺激值, 以及两两组合的近同色异谱色样对的CIEDE2000[13]色差值Δ E00。

(4)目标函数。 考虑到人眼的颜色分辨阈值[14], 目标函数要求同一色样对用不同颜色匹配函数计算得到的最大色差值Δ E00max≥ 3, 最小色差值Δ E00min≤ 1.5。 若该色样对满足要求, 则分别作为伪同色光谱图像的数字和背景层输出; 如不满足要求, 则继续重复(1)— (3)的过程, 直至找到满足要求的同色异谱色样对。

通过以上优化计算, 优选出可以放大观察者差异的近同色异谱色样对, 并应用于伪同色光谱图像数字层和背景层的输出。 通过判断观察者是否可以识读出伪同色光谱图像中所对应的数字结果, 检测不同色觉正常观察者的锥细胞光谱响应。

2 实验样本
2.1 照明光源

选用Gretag Macbeth The Judge II标准观察箱中的D65, D50和A光源和THOUSLITE LED Cube照明装置中的模拟不同色温(分别为3 000, 4 000, 5 000和6 500 K)的白光光源, 共计7种光源。 用Photo Research 655光谱辐射度计(PR655)分别测量7种光谱功率分布, 如图3所示。 UPRtek MK350N手持式照度计测量各光源的照度均为1 000 lx左右, 符合CIE推荐的观测条件, 且各光源的显色指数均在90以上。

图3 照明光源的相对光谱功率分布Fig.3 SPDs of different light sources

2.2 输出设备

选取了Epson Stylus Pro7908喷墨打印机, OKI C9600激光打印机, Fuji Xerox数码印刷机, HP-Indigo数码印刷机以及Heidelberg胶印印刷机5种不同输出方式或不同型号的输出设备, 基于同种纸张(120gsm丰彩喷墨打印纸)对叠印中性灰色块(L* ≈ 50, a* ≈ b* ≈ 0)进行打印(印刷)输出, 使用eXact分光光度计测量其光谱反射曲线如图4所示。

由图4可以看出, Epson Stylus Pro7908喷墨打印机输出的光谱反射曲线较为平滑, 且与其他不同设备输出的反射曲线差别较大; Heidelberg胶印印刷机和HP-Indigo数码印刷机输出中性灰的光谱反射曲线形状较为相似; 在短波段(400~500 nm), OKI C9600激光打印机输出的光谱反射曲线与其他四台输出设备差异较大。 由于选择的两台输出设备, 其光谱曲线形状需有较大差异, 同时考虑到制作成本与周期, 最终选择了Epson Stylus Pro7908 喷墨打印机和OKI C9600激光打印机作为制作伪同色光谱图像的输出设备。

图4 不同输出设备输出中性灰的光谱反射曲线Fig.4 The spectral reflectance of neutral gray amples printed by different equipments

2.3 颜色匹配函数

研究发现[10], 随着观察者观察视场的减小和年龄的增长, 其锥细胞光谱响应分布具有相似的变化趋势。 前期研究结果表明[15], CIE1931(2° 视场)颜色匹配函数与老年观察者的目视结果一致性较好。 故仅将CIE1931当作一个颜色匹配函数(不考虑视场角的限制要求), 与CIE1964一起作为检验观察者锥细胞光谱响应的颜色匹配函数。 另外由于本次图像的制作尺寸为10 cm× 14 cm, 观察距离为20~30 cm, 因此观察视场约为13° , 属于大视场。 故基于CIE2006生理模型, 计算生成10° 视场下观察者年龄为25岁、 35岁、 45岁、 55岁、 65岁、 75岁6个颜色匹配函数(以下分别简称CIE2006-25y, CIE2006-35y, CIE2006-45y, CIE2006-55y, CIE2006-65y, CIE2006-75y)。 CIE1931, CIE1964以及CIE2006的6个颜色匹配函数在 x̅(λ ), y̅(λ ), z̅(λ )三个通道的光谱响应如图5所示。

图5 8个颜色匹配函数在三个通道的光谱响应
(a): x̅(λ )通道; (b): y̅(λ )通道; (c): z̅(λ )通道Fig.5 The spectral responses of eight CMFs in three channels
(a): x̅(λ ) channel; (b): y̅(λ ) channel; (c): z̅(λ ) channel

比较各个颜色匹配函数在三个通道的峰值波长位置, 可见CIE2006的6个颜色匹配函数光谱响应曲线的峰值波长随着年龄的增长向长波段偏移, 尤其是在 z̅(λ )通道。 比较8个颜色匹配函数在三个通道的光谱响应峰值, CIE2006-75y在 x̅(λ )通道的响应峰值高于其他颜色匹配函数, CIE2006-55y在 z̅(λ )通道的响应较高, 而8个颜色匹配函数在 y̅(λ )通道的光谱响应几乎不变。 与其他颜色匹配函数相比, CIE1931颜色匹配函数在三个通道的响应较低, 其变化趋势与CIE2006-75y颜色匹配函数较为接近, CIE1964颜色匹配函数与CIE2006-25y颜色匹配函数的光谱响应曲线较为接近。

2.4 色差计算

基于Epson Stylus Pro7908喷墨打印机和OKI C9600激光打印机分别输出近同色异谱色样对, 分别代入7种光源, 8个不同颜色匹配函数, 计算同种光源下近同色异谱色样对的XYZ三刺激值和CIEDE2000色差值。 在特定光源下, 用8个颜色匹配函数计算得到的近同色异谱色样对CIEDE2000色差值需满足优化组合过程中目标函数的要求。 表1是在一次优化组合中, 近同色异谱色样对在7种光源下计算色差的最大值和最小值。

表1 优化组合中近同色异谱对在7种光源下的CIEDE2000色差值 Table 1 The CIEDE2000 color-differences of nearly metamerism color patches under 7 light sources

经过多次优化组合发现, 相比较其他光源, 在Gretag Macbeth The Judge Ⅱ 标准观察箱中的D65光源(以下简称D65)和THOUSLITE LED Cube照明装置模拟5 000 K色温的白光光源(以下简称LED-5 000 K)照明下, 近同色异谱色样对用不同颜色匹配函数计算得到的色差值差别较大。 故本实验分别设计并制作了在D65光源和LED-5 000 K光源下能够放大观察者差异性的近同色异谱色样对, 并将其应用于伪同色光谱图像的输出。 UPRtek MK350N手持式照度计测量D65和LED-5000K两种光源的色温、 照度、 显色指数分别为: 6 505 K, 5 015 K; 965 lx, 1017 lx; 93.8, 98.2。

3 伪同色光谱图像的输出

通过控制不同输出设备上光谱原色的比例, 基于Epson Stylus Pro7908喷墨打印机和OKI C9600激光打印机, 分别输出可以组成近同色异谱色样对的伪同色光谱图像的背景层和数字层。 围绕D65光源和LED-5 000 K光源, 制作了四张不同的伪同色光谱图像(①②③④), 如图6所示, 其中图像①和②是针对D65光源制作的两张伪同色光谱图像; 图像③和④是针对LED-5 000 K光源下制作的图像, 不同的伪同色光谱图像需要在对应的光源下进行识读检验。

图6 4张伪同色光谱图像Fig.6 Four spectral pseudoisochromatic images

伪同色光谱图像的结构组成有两种方式, 其中图6(a), (c)和(d)的3张伪同色光谱图像是由数字层-a和背景层-a组成, 而图6(b)的伪同色光谱图像是由数字层-b、 以及背景层-b(包含明度层)组成。 用eXact分光光度计分别测得4张伪同色光谱图像背景层和数字层的光谱反射曲线如图7所示, 并将其分别代入对应的D65和LED-5 000 K光源及CIE1931和CIE1964颜色匹配函数得到伪同色光谱图像各组成部分的L* a* b* 色度值如表2所示。 4张伪同色光谱图像的数字层和背景层在对应光源照明下(图像①②在D65光源下; 图像③④在LED-5 000 K光源下)用8个不同颜色匹配函数计算得到的CIEDE2000色差值如图8所示。

表2 对应光源下4张伪同色光谱图像各组成部分的L* a* b* 色度值 Table 2 The L* a* b* colorimetric values for each component of four images under corresponding light sources

图7 四张伪同色光谱图像中数字层和背景层的光谱反射曲线Fig.7 The spectral reflectance of background layer and number layer in four spectral pseudoisochromatic images

图8 不同光源照明下4张伪同色光谱图像数字层和背景层的色差比较
(a) D65光源照明下①②图像的色差; (b) LED-5 000 K光源照明下③④图像的色差Fig.8 Comparison of color difference of four spectral pseudoisochromatic images under two light sources
(a): Color difference of ①② images under D65 light source; (b): Color difference of ③④ images under LED-5 000 K light source

图8(a)中, D65照明光源下, 伪同色光谱图像①/②中数字层和背景层用CIE2006(age=25 y, 35 y, 45 y, 55 y, 65 y, 75 y)6个颜色匹配函数代入计算的色差值随着年龄的增长而增加/降低。 图像①用CIE1931和CIE2006-75y颜色匹配函数计算得到的色差最大(分别为3.26和3.24), 如果观察者识读出图像①中的数字, 则说明该观察者的锥细胞响应与CIE1931和CIE2006-75y较为一致; 图像②用CIE1964颜色匹配函数计算得到的色差最大(2.87), 如果观察者能识读出图像②中的数字, 则说明该观察者的锥细胞响应与CIE1964较为相近。 若观察者不能准确识读出图像①②中的数字或者同时识读出图像①②中的数字, 则说明观察者的锥细胞响应函数介于两类颜色匹配函数之间。

同样地, LED-5 000 K照明光源下, 制作的伪同色光谱图像③④类似于D65光源照明下的图像①②, 可以根据观察者对图像③④的识读结果, 检测观察者的锥细胞光谱响应。

4 目视评价实验

由于本实验制作的伪同色光谱图像数字较为单一且色差差别不是很大, 为避免观察者对数字的记忆, 同时减小观察者无法识读的压力, 使目视数据更加准确, 从新编色觉检查图(李春慧, 1994年第2版)中挑选出4张和伪同色光谱图像相似的图形作为目视评价的测试样本(图9所示)。 由于组织的观察者在实验开始前, 已进行了色盲检测, 因此对挑选的4张色盲检查图的目视结果在后续不做分析和讨论。

图9 挑选的4张色盲检查图Fig.9 Four selected color vision testing charts

实验开始前, 将照明光源预热10 min, 同时告知观察者: (1)本实验选取的图像中确实有比较难识读的或者不能识读的数字, 属于正常现象; (2)为了保证图像的清洁, 在目视实验过程中, 观察者不得随意触碰或改变图像的位置。 观察者在实验过程中, 需正坐在灯箱前, 保持0/45的观察角度, 观察距离20~30 cm。 由实验组织者从8张检测图中随机选取一张, 水平放置于灯箱中央, 观察者须以眼睛观测的第一印象为准, 于10 s内对检测图中的数字进行识读。 由实验组织者记录下观察者的识读结果, 观察者识读8张检测图需要3~5 min。

实验共组织了72名色觉正常的观察者识读伪同色光谱图像, 其中55名18~25岁的年轻观察者(男生21人, 女生34人), 平均年龄为22岁, 均为北京印刷学院印刷或包装工程专业的学生; 17名62~74岁的老年观察者(11男6女), 平均年龄68岁, 其中3人为北京印刷学院的退休教师, 具有印刷专业相关背景知识。

5 结果与讨论

将两种照明光源下观察者对伪同色光谱图像的识读结果进行统计, 如表3所示, 每种光源下观察者的识读结果有: 两张伪同色光谱图像均可识读; 均不能识读; 只能识读其中一张。 表4中的“ √ ” 代表观察者可以准确识读伪同色光谱图像中的数字, “ × ” 代表观察者不能识读伪同色光谱图像中的数字。

表3 两种光源下观察者识读4张伪同色光谱图像的结果 Table 3 Reading results of four spectral pseudo-chromatic images by observers under two light sources

D65照明光源下, 13名老年观察者和4名年轻观察者可识读伪同色光谱图像①, 不可识读图像②的数字; 而48名年轻观察者正好相反: 可识读图像②, 不可识读图像①的数字。 同样地, LED-5 000 K照明光源下, 所有老年观察者和4名年轻观察者只可读图像③, 而大多数年轻观察者(43名)只可识读图像④。 这说明, 年轻和老年观察者存在着较为明显的辨色差异。 另外, D65光源下只可识读图像①的4名年轻观察者和LED-5 000 K光源下只可识读图像③的4名年轻观察者仅有1人是同一名观察者, 其余3名并不相同。 这就进一步说明, 观察者的锥细胞响应会受到颜色刺激光谱的影响[10]。

为了进一步研究观察者的锥细胞光谱响应, 将观察者的目视结果与伪同色光谱图像的色差计算结果(图8所示)进行比较, 13名老年观察者和4名年轻观察者可以识读出伪同色光谱图像①中的数字, 说明这些观察者的锥细胞响应函数与CIE1931和CIE2006-75y两个颜色匹配函数较为一致。 分析CIE1931和CIE2006-75y两个颜色匹配函数的光谱曲线可知, 其锥细胞光谱响应在三个通道的响应较低, 同时向长波段有一定的峰值偏移。 而伪同色光谱图像②中数字层和背景层用CIE1964颜色匹配函数计算的CIEDE2000色差最大(2.87), 48名年轻观察者可识读其中的数字, 说明这些观察者的锥细胞响应函数与CIE1964更为接近。 D65照明光源下, 3名年轻观察者都可识读或者都不可识读两张图像, 说明这3名年轻观察者的锥细胞响应介于CIE2006(age=25 y, 35 y, 45 y)三个颜色匹配函数之间。 由D65光源下的目视结果可以发现, 年轻观察者和老年观察者有着明显的辨色差异, 同样的图像①, 大部分老年人可以识读其中的数字, 但是多数年轻观察者却不能识读; 同样的光谱图像②, 大部分年轻观察者可以识读其中的数字, 但是老年观察者却不能识读。

LED-5 000 K照明光源下, 所有老年观察者和4名年轻观察者可识读出图像③中的数字, 且该图中背景层和数字层用CIE1931 和CIE2006-75y颜色匹配函数计算得到的CIEDE2000色差较大(分别为3.04和2.82), 表明可以用CIE1931或CIE2006-75y颜色匹配函数来表征这些观察者的锥细胞响应函数。 43名年轻观察者可以识读图像④中的数字, 且该图中背景层和数字层用CIE2006-25y颜色匹配函数计算得到的CIEDE2000色差最大(3.09), 表明可以用CIE2006-25y(或CIE1964)颜色匹配函数来表征这些年轻观察者的锥细胞响应函数。 余下的8名年轻观察者都可识读或者都不可识读LED-5 000 K光源下的两张图像, 说明他们的锥细胞光谱响应介于这些颜色匹配函数之间, 不能用某一颜色匹配函数进行表征。

通过对两种照明光源下观察者的目视结果分析可以发现, 年轻和老年观察者的辨色差异较为明显, 同样的伪同色光谱图像, 老年观察者识读结果的一致性优于年轻观察者; 同样的观察者对于不同的伪同色光谱图像(不同的颜色刺激), 其锥细胞光谱响应会呈现不同的目视结果, 且观察者之间的辨色差异较为明显, 仅用平均人眼颜色视觉特性, 不足以表征个体观察者的锥细胞光谱响应。

6 结 论

为了快速、 准确的检测色觉正常观察者的锥细胞光谱响应差异, 从而对其进行分类, 基于不同原色光谱的输出设备, 制作了四种不同的伪同色光谱图像, 组织了72名观察者在两种照明光源下对伪同色光谱图像进行识读检验。 将观察者的识读结果和伪同色光谱图像背景层与数字层的CIEDE2000色差值进行比较, 结果表明: 制作的伪同色光谱图像可以较为准确地分类年轻和老年观察者。 大多数年轻和老年观察者的识别结果相反, 年轻观察者的锥细胞响应与CIE1964和CIE2006-25y颜色匹配函数较为一致, 老年观察者的锥细胞响应与CIE1931和CIE2006-75y颜色匹配函数更为一致。 同时年轻观察者中有4人视网膜锥细胞响应与同年龄段的观察者有一定的差异, 与老年观察者有相同的识读结果, 而老年观察者群体对颜色的辨别能力较为稳定, 该年龄段对颜色分辨能力的离散性小于年轻观察者。

受现有输出设备原色光谱的限制, 现有伪同色光谱图像的颜色种类和色差大小受到了限制, 今后可进一步增加伪同色光谱图像中的原色个数, 从而扩大数字层和背景层的色差, 同时在图像中加入更多的颜色使图像丰富多彩, 分类更多年龄阶段个体观察者的锥细胞光谱响应。

参考文献
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