光源颜色品质研究进展综述_刘强.pdf

PRINTING AND DIGITAL MEDIA TECHNOLOGY STUDY Tol.223 No.2 2023.04印刷与数字媒体技术研究 2023年第2期（总第223期）OVERVIEW综述光源颜色品质研究进展综述刘 强1，邓 雪1，侯 祯1，曹 斌2，刘 颖1，陈 薇1，段 晶3,4*（1.武汉大学 图像传播与印刷包装研究中心，武汉 430079；2.虎彩印艺股份有限公司，东莞 523000；3.中国科学技术大学 管理学院，合肥 230026；4.浙江嘉兴数字城市实验室有限公司，嘉兴 314000）摘要 随着半导体照明技术的进步和以人为本的照明理念的普及，照明的颜色偏好和颜色分辨已成为光源颜色品质研究的前沿问题。近年来，已有众多学者以光照颜色偏好及分辨两大视觉维度为对象，开展视觉实验并试图构建模型以准确量化光源颜色品质。然而，心理物理研究中的个案研究存在着无法适用于多个场景的内在缺陷，因此光源颜色品质的两个维度在过去很长一段时间内尚未得到有效量化。在解决这一问题方面，荟萃分析是一种构建光源颜色品质模型的新方法，通过科学系统的大规模案例综合分析，最大限度挖掘光照呈色视觉感知客观规律，构建更具普适性的光品质预测模型。本文主要回顾了光照颜色偏好及光照颜色分辨的研究历程，重点介绍现阶段光照颜色偏好及颜色分辨这两大维度的最新研究进展，并对未来研究工作作出展望，以期为本领域学者后期研究提供参考。关键词 光源颜色品质；光照颜色偏好；光照颜色分辨；荟萃分析中图分类号 TM923.0;TS801.3文献标识码 A文章编号 2097-2474(2023)02-01-09DOI 10.19370/10-1886/ts.2023.02.001Review of Research Progress on Color Quality of Light SourcesLIU Qiang1,DENG Xue1,HOU Zhen1,CAO Bin2,LIU Ying1,CHEN Wei1,DUAN Jing3,4*(1.Research Center of Graphic Communication,Printing and Packaging,Wuhan University,Wuhan 430079,China;2.Hucais Printing Art Co.,LTD,Dongguan 523000,China;3.School of Management,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;4.Zhejiang Jiaxing Digital City Laboratory Company Limited,Jiaxing 314000,China)Abstract With the development of semiconductor lighting technology and the popularity of human-oriented lighting concept,color preference and color discrimination of lighting have become the forefront of color quality research.In recent years,many scholars have carried out visual experiments and tried to construct models to accurately quantify the color quality of lighting.However,case studies in psychophysical research have inherent defects that cannot be applied to multiple scenes,so the two dimensions of color quality of lighting have not been quantified effectively for a long time in the past.In terms of solving this problem,a meta-analysis approach is adopted in the construction of 收稿日期：2023-02-11 *为通讯作者项目来源：国家自然科学基金项目(No.62175191)本文引用格式：刘强，邓雪，侯祯，等.光源颜色品质研究进展综述J.印刷与数字媒体技术研究，2023，(2)：1-9.2023年2期印刷与数字媒体技术研究（正文拼版）2023-3-22.indd 12023年2期印刷与数字媒体技术研究（正文拼版）2023-3-22.indd 12023/3/27 16:05:282023/3/27 16:05:282印刷与数字媒体技术研究2023年第2期（总第223期）0 引言光源颜色品质是衡量光源产品质量的核心指标之一1-3。在文博4、美术5、食品6、医疗7以及化妆品8等诸多领域，如何通过光源光度及色度属性的优化实现物体颜色呈现效果的提升，已成为相关领域从业人员共同关注的热点问题。截止目前，光源颜色品质的内涵，已从传统的颜色保真度属性9（又称颜色还原度）逐步扩充至多维视觉属性，其内容包括颜色偏好度10、颜色分辨度11、颜色自然度12、颜色舒适度13等。作为国际照明研究领域的权威学术组织，国际照明委员会（Commission Internationale de lEclairage,CIE）先后设立多个技术工作组对光源产品的颜色品质问题进行探讨。在上述视觉维度中，光照颜色偏好与光照颜色分辨是现阶段光源颜色品质研究的前沿问题。其中，光照颜色偏好对应人眼视觉对于被照明物体颜色外貌的感知享受10,14-15，光照颜色分辨表示光照条件下人眼视觉对物体颜色差异的识别11,16-17。上述两项研究内容与国际照明委员会战略热点问题18（CIE strategy top priority topic#2:“Color Quality of Light Sources Related to Perception and Preference”）密切相关，并受到了本领域学者的广泛关注。在照明产品研发领域，光源颜色品质的准确量化是确保光源产品光照呈色效果满足人眼视觉感知需求的关键。其意义在于通过客观量化模型实现光照条件下视觉颜色感知的准确预测，从而为光源产品的生产研发及应用提供技术依据，其逻辑框架如图1所示。在光源颜色品质量化建模过程中，为关联人眼视觉感知特性，通常采用色度学研究领域经典的视觉心理物理学实验方法探究不同光照条件对color quality models of lighting.The main idea of this work is to reveal the maximum amount of visual perception patterns of lighting with more scientific analysis based on much larger dataset,and consequently to develop universal color quality models.In this paper,the research process of color preference of lighting and color discrimination of lighting was mainly reviewed,the latest research progress of the two dimensions of color preference of lighting and color discrimination of lighting at the present stage was introduced,and the prospects for future research were made,in order to provide references for the later research in this field.Key words Color quality of lighting sources;Color preference of lighting;Color discrimination of lighting;Meta-analysis关联性分析与建模有效表征群体视觉反馈光源颜色品质量化模型照明工业产品研发生产技术依据传统颜色保真度的有效补充，满足文博、美术、食品、医疗以及化妆品等照明细分领域高品质用光需求显色指数CRl：现有国际标准，表征测试光源与标准光源显色一致性色度学与光度学参数心理物理学实验群体视觉反馈统计量颜色偏好度颜色分辨度颜色保真度-5-5-0.500.5100551010-10-10图1 光源颜色品质研究逻辑示意图Fig.1 Logical diagram of research on color quality of lighting sources2023年2期印刷与数字媒体技术研究（正文拼版）2023-3-22.indd 22023年2期印刷与数字媒体技术研究（正文拼版）2023-3-22.indd 22023/3/27 16:05:282023/3/27 16:05:283综述刘 强等：光源颜色品质研究进展综述于人眼视觉感知的影响。此类研究方式依据科学严谨的视觉实验流程及数据分析方法，以光源色度及光度属性为自变量，以群体被试人员视觉反馈统计为因变量，以二者相关性最优化为模型构建原则，结合光照呈色视觉机理与影响因素分析，最终完成光源颜色品质量化模型构建12,19。近年来，相关学者运用心理物理学研究方法在光源颜色品质量化，特别是光照颜色偏好度与光照颜色分辨度量化领域进行了深入探索，在视觉机理分析与量化模型构建方面已取得阶段性进展。然而，受光照颜色感知影响因素多维性与个体案例研究内容有限性等矛盾的影响，现阶段案例式研究工作在结论合理性与可推广性方面尚存不足。为解决上述问题，本领域学者采用荟萃分析方法，通过大规模数据集综合分析，以期达到提升光源颜色品质客观量化模型的准确性与适用性的目的。本文将以偏好与分辨为例，系统回顾光品质研究发展，对国内外相关研究进行归纳总结，对荟萃分析方法理论优势进行介绍，并对未来研究工作进行 展望。1 光照颜色偏好研究现状1965年，CIE提出并确定显色指数为光源显色性评价国际标准14，其构建原理为计算选定颜色样本在待测光源下与在标准参考光源下的色差值。半个多世纪以来，显色指数作为照明工业领域标准而被广泛应用。然而，随着新兴LED光源的出现，该指标因未考虑到LED光源的发光特性而逐渐显露出在照明颜色品质评价层面的不足。近年来，随着半导体照明技术的发展和人们对照明品质要求的提高，光照颜色偏好度量化问题已成为国际照明领域研究的绝对热点。以美国太平洋西北国家实验室、美国宾夕法尼亚州立大学、比利时鲁汶大学、美国伦斯勒理工学院、德国达姆斯塔特理工大学为代表的数十家国际研究机构均已在相关方向开展了不同程度的探索。国内方面，浙江大学、复旦大学、香港理工大学、武汉大学等多家单位同样对此开展了卓有成效的研究，并已取得了一定规模的学术积累。在光照颜色偏好度量化方面，部分学者认为物体颜色饱和度的适当增高对于颜色偏好感知具有提升作用20-21。为此，研究人员从饱和度表征角度相继提出了多种色域类模型用以量化光照颜色偏好感知，其包括GVI20、Qg21、GAI22、FCI23、Rg24和CSA25等。此类方法在部分研究案例中展现了优异的偏好预测效果，但同时在多项研究中，其预测效果并不理想10。2010年，