1 引 言

近年来，LCD显示器应用越来越广泛。研究表明，不同环境光和显示器色温对LCD显示器颜色再现有较大影响[1-7]。在实际生活中，有些显示器无法精确调节到工业上定义的5 000 K标准色温。另外，由于条件限制，LCD显示器的颜色在其他光源下也无法得到理想的显示效果。为了解决不同环境光和色温对显示图像的影响，国内外许多学者进行了大量的研究。目前的研究大多从色度角度进行[8-10]，Tastl等将CIECAM02色貌模型应用到ICC色彩管理系统中，并提出一种独立空间三刺激值到CIECAM02值的转换方法[8]。该方法可以减少外界环境和背景对图像颜色在LCD显示器以及跨媒体载体上再现的影响，但色貌模型计算较复杂，输入参数多而且不易获取和确定。Oleari等认为在数字图像采集过程中，采用D65光源产生的摄像机信号具有最佳色彩渲染效果，提出了一种基于美国光学学会均匀色标系统图像颜色一致性的方法[9]。通过借助适应光源的矩阵，使任何光源获得的图像三刺激值转化为相应D65光源下的三刺激值。该方法能够实现任何光源下拍摄的图像可以转化为同一场景D65光源下的颜色显示效果，但仍存在模型精度不够高等缺点。麻祥才等为了解决LCD显示器不同色温对人眼颜色感知有较大影响的问题，提出了一种基于图像颜色相同感知的LCD显示器不同色温下的图像颜色一致性方法[10]。该方法可以实现LCD显示器在不同色温下的图像颜色一致性，但基于色度角度而未从光谱角度考虑。

光谱是颜色的本质，能最大程度保留颜色信息，被广泛应用到颜色科学领域[11-13]。本文提出一种基于LCD显示器光谱特性的图像颜色一致性方法，用光谱均方根误差和色差评价不同环境光和色温对LCD显示器图像颜色再现的影响，总结了LCD显示器与环境光光谱和不同色温光谱的关系；利用规律对不同环境光和色温下的LCD显示器图像色彩进行一致性还原。

2 不同环境光和色温对LCD显示器颜色再现的影响

2.1 色块选取

本文选择显示器三通道驱动值包含0，85，170，255等常用来做显示器特性化的99个色块作为测试色块。

2.2 实验仪器及测量环境

本文采用Eizo ColorEdge CG246W显示器，LCD显示器亮度为100 cd/m2。光谱数据测量仪器使用柯尼卡美能达CS-2000，周围环境为中性灰。

2.3 实验数据分析

分别测量颜色在暗室、D50光源、A光源、TL84光源和色温为5 000，6 500，9 500 K下380～730 nm的光谱分布。光谱均方根误差(RMSE)可以反映出不同条件下光谱分布的波动大小，色差是颜色科学领域公认的直接可靠评价颜色变化指标[14]。计算不同环境光和色温下颜色光谱的均方根误差和光谱积分后的色差大小，结果如表1所示。

表1 不同环境光和色温下的光谱均方根误差和积分后色差Tab.1 Spectral RMSE and color difference under different ambient light and color temperatureRMSEΔE*00AVEMAXAVEMAX光源D50光源4.71′10-55.42′光源2.09′10-52.67′光源1.88′10-52.81′色温×10-42.41××10-45.41×

从表1中可以看出，LCD显示器上颜色在不同环境光下与暗室相比最大色差超过10个色差单位。颜色在不同色温下的色差较大、光谱波动较大，表明LCD显示器颜色再现受不同环境光和色温影响较大。

3 不同环境光和色温下LCD显示器的光谱规律

3.1 不同环境光的光谱叠加性

环境光对LCD显示器颜色再现有较大影响，总结环境光对颜色再现影响的规律，利用其规律可以实现不同环境光下的颜色一致性还原。将所选颜色在不同环境光测量得到的光谱与屏幕反射环境光的光谱进行差运算，计算差运算光谱和原始测量得到光谱的均方根误差和色差，结果如表2所示。

表2 光谱均方根误差和积分后色差Tab.2 Spectral RMSE and color differenceRMSEΔE*00AVEMAXAVEMAXD50光源0.66′10-51.12′光源0.58′10-51.05′光源0.70′10-51.46′

从表2中可以看出，不同环境光下的光谱分布稳定、色差较小。图1为随机选取某一复色的光谱分布。其中，(a0)、(b0)、(c0)为颜色在不同光源下的光谱分布，(a1)、(b1)、(c1)为光源的光谱分布，(d)为测量得到和经过规律差运算得到的光谱分布。

实验证明，不同环境光下进入人眼感受颜色的光谱量等于LCD显示器自身发光光谱与反射不同环境光光谱量之和：

其中，S(λ)为不同环境光下进入人眼的光谱量，D(λ)为LCD显示器暗室条件下自身发光光谱量；V(λ)为显示器屏幕反射不同环境光进入到人眼的光谱量；λ为光谱波长，一般选取380～730 nm。

文章来源：《大气与环境光学学报》 网址: http://www.dqyhjgxxb.cn/qikandaodu/2021/0326/424.html