为评定照明产品的光生物安全测量的可靠性,提高测量结果之间的可比性,依据JJF 1059.1-2002《测量不确定度的评定和表示》和GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》标准进行测量和评定,分析测试过程中的影响因素,建立数学模型,对LED照明产品的光生物安全测量进行不确定度评定。

LED照明产品的空间色度和光度分布是衡量其产品质量的一项重要指标,但传统的空间色度测量技术光谱采集耗时长、效率低,因此研究一种快速精确测量LED空间色度和光度分布的技术显得尤为重要。基于对测动一体空间光谱同步扫描技术、智能精确采样间隔判定技术和LED空间颜色分布综合分析技术的研究,构建了一套快速测量LED空间色度和光度的测量系统。实验结果表明,该系统较之传统测量系统,在确保精度的基础上,测量速度有较大提高,有效地提升了空间测量的效率。

基于相机的成像原理，建立了不同拍摄参数下响应值之间的转换方程，提出了一种基于齐次多项式回归的色度特征化模型，克服了传统多项式模型非线性外插造成的误差。 对Nikon D3x数码相机进行了拍摄参数变化的色度特征化实验，分析了不同项数对特征化精度的影响。实验结果表明，齐次多项式模型适用于描述拍摄参数可变的相机色度特征化，且项数以6、7项为宜；在4种色温和7种照度构成的28种LED光源下的实验中，在色温不变、照度变化的光照下其颜色预测精度优于1.5 CIELAB色差单位，与固定参数、固定光照下多项式模型的精度相当，而在色温和照度同时变化的情况下其平均色差小于2.0 CIELAB单位，可以满足相机应用的色度精度的性能要求。

为了研究不同空间频率和颜色方向的彩色对比灵敏度特性，在0.5～11.7 cycle /(°)的空间频率范围内分别在6°和10°视场下以灰色或红色为颜色中心，在CIELAB颜色空间的等亮度面上选取6个颜色方向，采用交叉阶梯法通过心理物理视觉实验测得以色差阈值倒数定义的彩色对比灵敏度。基于实验数据比较了不同颜色方向上低通形式的彩色对比灵敏度函数(CSF)曲线，并拟合得到不同空间频率下的彩色对比度阈值椭圆。随空间频率增大，阈值椭圆的面积变大，长短半轴比变化，同时发生旋转，导致彩色对比灵敏度随空间频率和颜色方向而改变，即色貌随空间频率的变化；视场增大使椭圆方位角的峰值以及长短半轴比的波动区间向低频方向移动，且红色中心的变化趋势与相应视场的灰色中心相似，只是总体数值偏低。

为了研究不同颜色背景对人眼辨色阈值特性的影响，在CIE1976L*a*b*平面上，基于心理物理学的交叉阶梯法测得国际照明委员会(CIE)推荐的5个基本颜色中心分别在该五个颜色背景下的辨色阈值。通过对辨色阈值椭圆的详细分析表明，同一颜色中心的辨色阈值在不同颜色背景下的局部视觉均匀性总体上保持相对稳定，而不同颜色中心的色度椭圆其长短半轴之比与背景颜色的色调角之间存在着一致的趋势。当背景颜色与中心颜色相同时，视觉辨色灵敏度最高，存在明显的Crispening效应。对于红色和蓝色中心以及黄色和蓝色背景，人眼的视觉辨色特性在红绿方向受到的影响均小于黄蓝方向。

为了研究人眼视觉系统的空间特性，采用交叉阶梯法在阴极射线管（CRT）显示器上对正弦条纹的亮度及彩色对比灵敏度函数进行测量。基于CIELAB空间，采用色差ΔE*ab和平均亮度L*之比定义对比度，从而能够在统一量度下对亮度及彩色对比灵敏度函数进行比较。测量了10°,6°和2.44°三个不同视场下，0.4~23.4 cycle /(°)的空间频率范围内，人眼对平均颜色为中性灰（L*=76，a*=b*=0）的正弦条纹的亮度及彩色对比灵敏度函数。采用不同的指数模型拟合测试数据，发现亮度对比灵敏度函数的峰值灵敏度和不同颜色方向上彩色对比灵敏度函数曲线的相交点均随视场大小而变化，并得到反映人眼在不同视场下不同空间频率上对亮度和彩色对比度感知差异的比例曲线。

为了研究CIELAB颜色空间中明度、彩度和色调等视觉容差与色调角之间的相关性对基于CIELAB的典型色差公式（CIELAB、CMC、BFD、CIE94、LCD以及CIEDE2000）预测性能的影响, 实验选取了具有不同明度和彩度水平的5个色调环（L*=30, 50, 70和C*ab=10, 20, 30）, 并采用3个不同视觉尺度（ΔV=3.02, 5.92和8.87 CIELAB单位）进行视觉评估实验。8名色觉正常观察者根据心理物理学的恒常刺激法原理, 在阴极射线管（CRT）显示器上获取了相应颜色中心的明度、彩度和色调视觉容差。对实验结果的详细分析表明, 由于明度容差与色调角无明显相关性, 6个色差公式的预测性能均较好, 其中CIEDE2000略优于其它色差公式。对于彩度容差, LCD(Leeds color-difference formula)预测性能表现最优, 而CIEDE2000和BFD的表现最差, 其余色差公式则相差不多。CIEDE2000和LCD的色调权重函数的预测性能明显优于其它色差公式, 而CMC预测性能则为最差。

利用心理物理实验的恒常刺激法,测得了在CIELAB颜色空间中a*b*平面上16个颜色中心的阈上小色差(约3 ΔE*ab单位)色度椭圆。基于本实验和RIT-Dupont各16个非中性色颜色中心的彩度差和色调差数据分别拟合得到相应的彩度权重函数SC_ZJU07和色调权重函数SH_ZJU07。应用获得的视觉实验数据对六个基于CIELAB的典型色差公式的彩度和色调权重函数以及SC_ZJU07和SH_ZJU07的色差预测性能进行评价,结果表明所提出的SC_ZJU07和SH_ZJU07的预测性能均为最佳。对于彩度差数据,六个色差公式彩度权重函数的预测性能表现不佳;而对于色调差数据,CIEDE2000色调权重函数的预测性能明显优于其他公式。

利用由辨色阈值实验得到的CIELAB颜色空间中等明度a*-b*平面上的视觉数据,对四个典型色差公式CIELAB、CMC、CIE94和CIEDE2000在辨色阈值水平上的色差预测性能进行测试和评价,并采用性能因子PF/3来表示各色差公式的优劣。对于原始形式(kC=kH=1)的色差公式,CIEDE2000的色差预测性能最好,其次为CIE94和CMC,CIELAB最差。采用对kC和kH进行优化后的色差公式,CIEDE2000的色差预测性能依然最佳,其余三个色差公式的预测性能基本相同;除了CIELAB明显改善外,其他公式的色差预测性能只比原始形式略有提高。色差公式CIEDE2000在黄色和蓝色区域的色差预测性能表现优异,但在灰色、红色和绿色区域的预测性能仍有待进一步改进。

为了研究人眼在辨色阈值水平上的颜色视觉特性,在阴极射线管(CRT)显示器上显示颜色刺激,采用交叉阶梯法进行心理物理实验,在CIE1976 a*-b*平面上分别测得3名色觉正常的观察者在5个CIE基本颜色中心区域的辨色阈值。采用性能因子PF/3讨论观察者的测试精度,并以色度椭圆表示辨色阈值实验结果。通过对实验数据的详细处理和分析表明,在等明度的a*-b*平面上各色区及各颜色方向上人眼的辨色特性是各向异性的,即CIE1976 a*-b*平面为非视觉均匀；人眼在5个CIE基本颜色中心区域上红绿方向的视觉色差尺度均小于黄蓝方向。本文的实验结果可为均匀颜色空间及其色差公式的改进和发展提供原始数据和参考依据。