相机光学（三十四）——色差仪颜色观察者视角

1.为什么会有观察者视角

  颜色观察角度主要涉及到人眼观察物体时，‌视角的大小以及屏幕显示颜色的方向性对颜色感知的影响。‌

• 人眼观察物体的视角：‌在黑暗条件下，‌人眼主要依靠杆体细胞来分辨物体的轮廓，‌而杆体细胞分布在视网膜的中央凹的外围，‌这使得在黑暗条件下观察物体时形成了较大的张角。‌相比之下，‌在明亮条件下观察物体相当于观察远处的物体，‌形成了较小的张角，‌这主要由椎体细胞主导，‌它们主要分布在视网膜的中央凹附近。‌
• 屏幕显示颜色的方向性：‌屏幕显示的颜色会随观看角度而改变，‌当颜色变化导致色差达到0.015时的角度被称为色视角。‌这意味着，‌从不同的角度观看同一屏幕时，‌可能会观察到颜色的变化，‌从而影响图像的整体质量。‌例如，‌当观看电视或液晶显示屏时，‌如果色视角性能较差，‌可能会导致色彩不鲜艳、‌画面模糊失真等问题。‌
• 多角度测色色差仪：‌在工业领域，‌尤其是对颜色要求非常严格的行业（‌如汽车、‌家电、‌五金等）‌，‌多角度测色色差仪的研发尤为重要。‌这些仪器通常至少需要从3个不同的角度来测量颜色，‌而5个角度被认为是最佳实践。‌这有助于更准确地测量颜色，‌尤其是在金属漆等需要精确颜色匹配的应用中。‌

  综上所述，‌颜色的观察角度不仅受到人眼生理结构的影响，‌还与屏幕显示技术的色视角性能密切相关。‌在选购平板电视或理解色视角指标时，‌从不同角度观察画面色彩的变化可以帮助评估其色视角性能的高低。‌

2.色差仪的观察者角度

  色差仪的观察者角度2°或10°什么区别？色差仪是一种模拟人眼看色的工具，其测量视角与人眼观察物体的视角具有一致性。为了统一颜色测量的观察者角度，CIE规定了两种视场角2°或10°。
  颜色作为一个心理物理量，不仅与物体表面反射、透射或吸收，照明光源的相对光谱功率分布相关，也依赖于人眼对光的响应特性。为了精确定量的描述颜色，CIE提出了CIE1931标准色度学系统和CIE1964补充标准色度系统。我国的国家标准GB3977-19974也参照上述两个色度系统对颜色的表述和计算进行了规定。
  CIE1931标准色度系统，规定了CIE1931标准色度观察者2°视场色匹配函数（或称  CIE1931光谱三刺激值），适用于1-4°视场范围，如下图所示的x（λ）、y（λ）、z（λ）。CIE1964补充标准色度系统，规定了CIE1964标准色度观察者色匹配函数，又称10°视场色匹配函数（或称CIE1964光谱三刺激值），适用于大于4°视场范围，如下图所示x10（λ）、y10（λ）、z10（λ）。
  物体的大小会对人眼对颜色的识别产生影响，视角是一种张角，它是通过被观察对象的大小对人眼形成的。与人眼距离一定的物体，若物体的面积较大，则眼睛形成的张角也较大，物体在视网膜上的像就大，反之像就小。但是，我们用眼睛直接对纺织品的颜色进行评价时，通常观察的距离（约33cm）是固定的，此时视角的大小由试样的大小决定。颜色是由人眼的视觉系统的结构所决定的，视角的大小对颜色视觉也有重要的影响。
  实验研究表明：在明亮的条件下，人眼观察物体时，主要起作用的人眼细胞是椎体细胞，它可以分辨物体的细节，不能分辨物体的轮廓，称为明视觉。在黑暗条件下，人眼观察物体时，主要起作用的细胞是杆体细胞，它可以分辨物体的轮廓，不能分辨物体的细节，称为暗视觉。椎体细胞主要分布在视网膜的中央凹附近，明亮的条件下观察物体相当于观察远处的物体，形成了较小的张角。杆体细胞分布在中央凹的外围，黑暗的条件下观察物体相当于观察近处的物体，形成了较大的张角。
  当视场角为2°时，物体的像恰好落在视网膜的中心椎体细胞最密集的区域。如下图所示，观察者的不同视场角，观察远处和近处物体时，人眼不同功能细胞起到相对应的作用，在视网膜上得以成像。
  CIE1931-XYZ标准观察者的各个参数，都是适用于 2°视场的中央观察条件（适用10-4°视场），此视场角下观察物体，主要是人眼的中央凹椎体细胞起作用。故小于 1°的极小视场的颜色观察和大于40的视场颜色观察条件，CIE1931-XYZ标准色度观察者不适用。因此，为了适应大视场的颜色观察，人们在大量实验的基础上，又建立了“CIE1964-XYZ 色度学系统”。
  在“CIE1964-XYZ补色色度学系统”中观察被测物体，既覆盖了视网膜中心的椎体细胞，也覆盖了视网膜中央凹周围的杆体细胞，它适合于10°大视场。人的眼睛在2°的视场条件下，识别物体颜色的能力较低，在10°的视场条件下，判断颜色的精度和重现性较高。目前颜色测量大多采用，10°的视场。