CN110081971A - 一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，可以有效实现面向人眼视觉喜好感知的光源显色性量化表征，包括确定展陈照明方式，将展陈照明条件归纳于展柜观察、开放式观察以及通用型观察三类形式；测量可见光范围内光源相对光谱功率分布信息，依据所确定的展陈照明方式计算对应光源显色性指标；依据确定的展陈照明方式，结合对应现有光源色彩品质指标，计算不同展陈条件下光源显色性量化综合评价指标，完成面向视觉颜色喜好的光品质评价。
Description
技术领域
本发明属于展陈光源光品质评价技术领域，具体涉及一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法。
背景技术
展陈照明在照明工业应用中占重要比重，其包括博物馆照明、美术馆照明、商场照明等众多应用场合。在展陈照明中，展陈物体在不同光源下所呈现颜色信息的优劣，是评价展陈光源品质的重要维度。近年来，随着半导体照明技术的发展，工业界以及学术界已普遍认同照明质量评价的多维性观点，即评价光源的照明质量，应包含色彩还原性、喜好度、辨色力、自然度等多个维度。在上述维度之中，光照色彩喜好度是近年来业界研究的一大热点，因为其更为综合全面且直观的反映了观察者对光源产品显色性的喜好程度。
目前，在光照显色性评价以及指标构建方面，绝大多数研究者都是通过具体实验(特定观察物体，特定用户群体，特定光源产品)，从而得出定性或定量的有关结论。截止目前，国际学术领域先后提出了数十种光品质评价指标，用于衡量光源的显色性品质。
参考文献：
K.W.Houser,M.Wei,A.David,M.R.Krames,X.S.Shen,Review of measures forlight-source color rendition and considerations for a two-measure system forcharacterizing color rendition,Optics Express,21(2013)10393-10411.
K.Smet,W.R.Ryckaert,M.R.Pointer,G.Deconinck,P.Hanselaer,Correlationbetween color quality metric predictions and visual appreciation of lightsources,Optics Express,19(2011)8151-8166.
章夫正,et al.(2015)."面向光源颜色质量普适评价方法的研究."光学学报35(8):381-388.
然而，由于光照色彩感知是非常复杂的视觉感知过程，其涉及光度学、色度学以及认知科学等诸多领域，故其评价过程受多种因素的影响，如观察者群体、观察物体等。在此种情况下，单一研究所获得的研究结论往往具有片面性，即虽然其可以很好的解释自身研究实验数据，但对于其它相关研究数据，则无法合理解释。例如，2017年，英国照明科学家Steve Fotios教授提出了展陈照明环境影响对光源显色性指标有效性存在显著影响的观点，并通过大量心理物理学数据的分析对其观点进行了证明。
参考文献：
S.Fotios,A Revised Kruithof Graph Based on Empirical Data,LEUKOS-Journal of Illuminating Engineering Society of North America,13(2017)3-17.
针对上述问题，部分学者认为一维评价指标无法全面的对光源显色性(例如，视觉颜色喜好)进行表征，故其提出了通过多个一维指标组合构建综合指标的方法，以期实现光源色彩品质评价精度的提升。然而，受理论方法水平等主客观因素的制约，上述工作也仅局限于基于特定颜色科学理论及假设的指标构建阶段。目前尚未有研究对综合性指标之于大量心理物理学实验案例有效性的验证报道。
参考文献：
J.M.Quintero,C.E.Hunt,J.Carreras,De-entangling colorfulness andfidelity for a complete statistical description of color quality,Opticsletters,37(2012)4997-4999.
M.S.Rea,J.P.Freyssinier-Nova,Color rendering:A tale of two metrics,Color Research&Application,33(2008)192-202.
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法。
本发明的技术方案为提供一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，包括以下步骤：
步骤1，依据具体展陈应用，确定展陈照明观察方式，具体包括展柜观察形式Z、开放式观察形式K以及通用型观察形式T；
步骤2，测量待测评光源，获得其可见光波长范围内相对光谱功率分布信息；
步骤3，依据步骤1所确定的展陈照明观察方式，计算现有光源色彩品质评价指标，其中Z观察形式对应指标为全光谱颜色指数FSCI(Full Spectrum Color Index)及色域面积指数Rg(IESNA TM-30),K观察形式对应指标为记忆色显色指数MCRI(Memory ColorRendering Index)及Rg色域面积指数Rg(IESNA TM-30)，T观察形式对应指标FSCI全光谱颜色指数FSCI(Full Spectrum Color Index)及颜色品质指数CQI(Color Quality Index)。上述指标皆为现有技术，参考文献见下文。；
步骤4，依据步骤1所确定的展陈照明观察形式以及步骤3计算的现有指标，以二维线性组合的形式，计算面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质综合指标，完成量化评价。其中，对于展柜观察形式Z，综合性指标形式为Y＝0.66FSCI+0.34Rg；对于开放式观察形式K，综合性指标形式为Y＝0.5MCRI+0.5Rg；对于通用型观察形式，其对应综合性指标形式为Y＝0.11FSCI+0.89CQI。
而且，步骤1中确定具体照明观察方式的依据为：展柜观察形式Z对应于展品存放于相对密闭空间的场景。在此条件下，观察者观察展品时除展柜及对应背景，并无其它物体信息影响其对展品的色彩感知。开放式观察形式K对应展品呈现于开放式状态的展览条件，即观察者在观察展品色彩信息时，其它展品及其它设施同样明显影响其色彩感知过程。通用型观察形式T介于Z、K两种条件之间，即展陈条件整体上既包括Z条件，也包括K条件的场景，或介于二者之间。
而且，本发明适用于等照度展陈照明条件，即本发明可以在照度相等的条件下，实现面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价。并且，照度E适用范围为200LX-800LX。
而且，步骤3中，计算现有光源色彩品质指标时，采用CIE1931标准观察者或CIE1964标准观察者。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提出的一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，可以有效实现面向人眼视觉喜好感知的光源显色性量化表征，其使用方法灵活，实施方便，且有效性经现阶段本领域规模最大的心理物理学实验数据集验证(详见实施例)。此外，其在展陈照明光源色彩品质评价领域具有较强的适用性，可适用于多种展陈观察环境。由于本发明技术方案具有重要应用意义，受到多个项目支持：1.国家自然科学基金项目61505149，2.武汉市青年晨光人才计划2016070204010111，3.湖北省自然科学基金项目2015CFB204。
对本发明技术方案进行保护，将对我国相关行业竞争国际领先地位具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
结合附图，提供本发明实施例具体描述如下。
如图1所示实施例提供的一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，可以有效实现面向人眼视觉喜好感知的光源显色性量化表征，其使用方法灵活，实施方便，且有效性经现阶段本领域规模最大的心理物理学实验数据集验证。此外，其在展陈照明光源色彩品质评价领域具有较强的适用性，可适用于多种展陈观察环境。
实施例以28组心理物理学实验数据对本发明提出的面向色彩喜好的光品质方法有效性进行检验。其中，该28组心理物理学数据皆来源于权威学术期刊发表的，遵照国际照明委员会视觉实验相关技术建议开展的具有可重复性的心理物理学实验，详见下方参考文献。需要说明的是，本发明并不局限于上述研究所提及心理物理学实验方法及数据，对于其他心理物理学实验与数据，本方法同样适用。
参考文献(28组心理物理学实验数据来源,部分论文含多组数据)
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3)S.Jost-Boissard,M.Fontoynont,J.Blanc-Gonnet,Perceived lightingquality of LED sources for the presentation of fruit and vegetables,Journalof Modern Optics,56(2009)1420-1432.
4)S.Jost-Boissard,P.Avouac,M.Fontoynont,Assessing the colour qualityof LED sources:Naturalness,attractiveness,colourfulness and colourdifference,Lighting Research&Technology,47(2015)769-794.
5)J.He,Y.Lin,T.Yano,H.Noguchi,S.Yamaguchi,Y.Matsubayashi,Preferencefor appearance of Chinese complexion under different lighting,LightingResearch&Technology,49(2015).
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7)Q.L.Z Huang,MR Pointer,MR Luo,B Wu,A Liu,White lighting and colourpreference,part A:correlation analysis and metrics validation based on fourgroups of psychophysical studies,Lighting Research&Technology,(2019)in press.
8)Q.L.Z Huang,Y Liu,MR Pointer,MR Luo,Q Wang,B Wu,Best lighting forjeans,Part 1:Optimizing colour preference and colour discrimination withmultiple correlated colour temperatures,Lighting Research&Technology,(2018)inpress.
9)Q.Liu,Z.Huang,M.R.Pointer,M.R.Luo,K.Xiao,S.Westland,Evaluatingcolour preference of lighting with an empty light booth,Lighting Research&Technology,50(2018)1249-1256.
10)T.Khanh,P.Bodrogi,X.Guo,P.Q.Anh,Towards a user preference modelfor interior lighting Part 1:Concept of the user preference model andexperimental method,2018.
11)M.Wei,K.W.Houser,G.R.Allen,W.W.Beers,Color Preference under LEDswith Diminished Yellow Emission,LEUKOS,10(2014)119-131.
12)F.Szabó,R.Kéri,J.Schanda,P.Csuti,E.Mihálykó-Orbán,A study ofpreferred colour rendering of light sources:Home lighting,Lighting Research&Technology,48(2016)103-125.
13)M.Islam,R.Dangol,M.P.Bhusal,M.Puolakka,L.Halonen,Userpreferences for LED lighting in terms of light spectrum,Lighting Research andTechnology,45(2013)641-665.
14)M.Royer,A.Wilkerson,M.Wei,K.Houser,R.Davis,Human perceptions ofcolour rendition vary with average fidelity,average gamut,and gamut shape,Lighting Research&Technology,49(2017)966-991.
本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行。实施例提供的方法流程包括以下步骤：
1)依据具体展陈应用，确定展陈照明观察方式，具体包括展柜观察形式Z、开放式观察形式K以及通用型观察形式T；而且，确定具体照明观察方式的依据为：展柜观察形式Z对应于展品存放于相对密闭空间的场景。在此条件下，观察者观察展品时除展柜及对应背景，并无其它物体信息影响其对展品的色彩感知。开放式观察形式K对应展品呈现于开放式状态的展览条件，即观察者在观察展品色彩信息时，其它展品及其它设施同样明显影响其色彩感知过程。通用型观察形式T介于Z、K两种条件之间，即展陈条件整体上既包括Z条件，也包括K条件的场景，或介于二者之间。而且，本发明适用于等照度展陈照明条件，即本发明可以在照度相等的条件下，实现面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价。并且，照度E适用范围为200LX-800LX。
实施例采用来自前述14篇学术论文中记载的28组心理物理学实验数据，其中所选取数据的实验照度均为200LX-800LX，并且其数据包含测量所得的各实验光源相对光谱功率分布信息以及对应标准心理物理学实验所获得的观察者对于照明色彩喜好的主观反馈打分数据。此外，按照本专利定义的展陈照明观察方式，将来自1-10号文献的18组心理物理学实验归结于展柜观察形式Z，其主要对应灯箱实验；将来自11-14号文献的8组心理物理学实验归结于开放式观察形式K，其主要对应为真实场景实验；若对上述心理物理学数据不进行区分，则可归结为通用型观察形式T，即Z，K形式均包含。据发明人所知，上述研究数据是本领域目前有关照明颜色喜好研究积累规模最大的心理物理学实验数据。
2)测量待测评光源，获得其可见光波长范围内相对光谱功率分布信息；
在实施例各组实验数据中，光源相对光谱功率分布信息均有光谱辐射度计、光谱仪等设备测量得出。具体信息可查询参考文献获得。
3)依据1)所确定的展陈照明观察方式，计算现有光源色彩品质评价指标，其中Z观察形式对应指标为FSCI及Rg,K观察形式对应指标MCRI及Rg，T观察形式对应指标FSCI及CQI；而且，计算现有光源色彩品质指标时，采用CIE1931标准观察者或CIE1964标准观察者。
在实施例中，针对前述28组心理物理学实验数据，采用CIE1931标准观察者计算各观察形式下对应的光源色彩指标。其中，Rg,FSCI,MCRI,CQI的计算方法均为现有技术，详见参考文献：
Rg:A.David,P.T.Fini,K.W.Houser,Y.Ohno,M.P.Royer,K.A.G.Smet,M.Wei,andL.Whitehead,"Development of the IES method for evaluating the color renditionof light sources,"Opt.Express 23(12),15888-15906(2015).
FSCI:M.Rea,"NLPIP Lighting Answers:Light Sources and Color".Troy,NY:Rensselaer Polytechnic Institute；National Lighting Product InformationProgram(2004).
MCRI:K.Smet,W.Ryckaert,M.R.Pointer,G.Deconinck,P.Hanselaer,A memorycolour quality metric for white light sources,Energy and Buildings,49(2012)216-225.
CQI:T.Khanh,P.Bodrogi,Q.Vinh,D.Stojanovic,Colour preference,naturalness,vividness and colour quality metrics,Part 1:Experiments in aroom,Lighting Research&Technology,49(2017)697-713.
4)依据1)所确定的展陈照明观察形式以及3)计算的现有指标，以二维线性组合的形式，计算面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质综合指标，完成量化评价。其中，对于展柜观察形式Z，综合性指标形式为Y＝0.66FSCI+0.34Rg；对于开放式观察形式K，综合性指标形式为Y＝0.5MCRI+0.5Rg；对于通用型观察形式，其对应综合性指标形式为Y＝0.11FSCI+0.89CQI。
在实施例中，依据1)所述观察形式分类方法，分别求取各组实验数据中各光源综合性指标Y。即：对于展柜观察形式Z，综合性指标形式为Y＝0.66FSCI+0.34Rg；对于开放式观察形式K，综合性指标形式为Y＝0.5MCRI+0.5Rg；对于通用型观察形式，其对应综合性指标形式为Y＝0.11FSCI+0.89CQI。随后，结合各组实验数据中记载的主观数据，计算各心理物理学实验数据中客观综合性评价指标Y与对应光源主观得分之间的Pearson相关系数,并以相关系数平均值的形式对各观察形式下的综合性指标有效性进行整体表征。(注：Pearson相关系数分析为统计学常用分析方法，此处不予赘述)。
为进一步比较本发明所提出的面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法的有效性，将本发明方法所计算的各观察形式下的综合性评价指标Y与现有典型单一维度光品质指标进行比较，如下表所示(其中平均相关系数指各组实验条件下，各指标与对应主观得分相关系数的平均值)
其中，Duv,CIE Color Rendering Index(CRI),Gamut Area Index(GAI),FullSpectrum Colour Index(FSCI),Colour Quality Scale(CQS:Qa,Qf,Qp,Qg),Feeling ofContrast Index(FCI),Colour Discrimination Index(CDI),Cone Surface Area(CSA),Color Preference Index(CPI),CRI-CAM02UCS,CRI2012,IES TM-30(Rf and Rg),MemoryColour Rendering Index(MCRI)△C*,Colour Quality Index(CQI,CQI’),GAI-RA,GamutVolume Index(GVI).Degree of neutrality(Sneutral),White Sensation(WS),Percenttint,Daylight Spectrum Index(DSI)等共计26种指标为现有光源色彩品质评价经典指标。由于参考文献较多，此处不一一给出，本领域技术人员可轻易通过其名称检索到相关技术细节。
表1本发明提供的面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法与现有光品质指标在光照色彩喜好度预测方面的有效性比较
由表1可见本发明提出的面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，在光源色彩喜好度预测方面，经大量心理物理学实验检验，其整体表现显著优于现有指标方法。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (4)
1.一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，依据具体展陈应用，确定展陈照明观察方式，具体包括展柜观察形式Z、开放式观察形式K以及通用型观察形式T；
步骤2，测量待测评光源，获得其可见光波长范围内相对光谱功率分布信息；
步骤3，依据步骤1所确定的展陈照明观察方式，计算现有光源色彩品质评价指标，其中Z观察形式对应指标为全光谱颜色指数FSCI(Full Spectrum Color Index)及色域面积指数Rg(IESNA TM-30),K观察形式对应指标为记忆色显色指数MCRI(Memory ColorRendering Index)及Rg色域面积指数Rg(IESNA TM-30)，T观察形式对应指标FSCI全光谱颜色指数FSCI(Full Spectrum Color Index)及颜色品质指数CQI(Color Quality Index)；
步骤4，依据步骤1所确定的展陈照明观察形式以及步骤3计算的现有指标，以二维线性组合的形式，计算面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质综合指标，完成量化评价；其中，对于展柜观察形式Z，综合性指标形式为Y＝0.66FSCI+0.34Rg；对于开放式观察形式K，综合性指标形式为Y＝0.5MCRI+0.5Rg；对于通用型观察形式，其对应综合性指标形式为Y＝0.11FSCI+0.89CQI。
2.根据权利要求1所述的一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：
步骤1中确定具体照明观察方式的依据为：展柜观察形式Z对应于展品存放于相对密闭空间的场景；在此条件下，观察者观察展品时除展柜及对应背景，并无其它物体信息影响其对展品的色彩感知；开放式观察形式K对应展品呈现于开放式状态的展览条件，即观察者在观察展品色彩信息时，展品及设施影响其色彩感知过程；通用型观察形式T介于Z、K两种条件之间，即展陈条件整体上既包括Z条件，也包括K条件的场景，或介于二者之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：
照度E适用范围为200LX-800LX。
4.根据权利要求1所述的一种面向视觉颜色喜好的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：
步骤3中，计算现有光源色彩品质指标时，采用CIE1931标准观察者或CIE1964标准观察者。
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