色差仪模拟人眼看色原理及视场角2°和10°

色差仪仿照人眼感色的原理，采用能感受红、绿、蓝三种颜色的受光器，将各自所感受的光电流加以放大处理，得出各色的刺激量，从而获得这一颜色的信号。另外，其在测色时测量视角与人眼观察物体的视角具有一致性，因此具有2°或10°两种视场角。本文对色差仪模拟人眼看色原理设计视场角2°和10°做了介绍。

色差仪模拟人眼看色的原理：

我们知道色差仪的研发基础是人眼看色的过程，其整个系统就是在模拟眼睛观看颜色的过程，然后经过处理与分析最终给出数字形式的数值。

人体眼睛是通过视网膜结构来分辨物体细节的，主要是与其上面的感光单元的分布有关，所以人们在不同位置看同一个物体时差别可能会很大。这就是为什么色差仪的观察角度和测量角度是固定就是为了消除在这位置差异引起的色差偏差。在网膜中央靠近光轴的一个很小的区域（成为黄斑直径约为1.5mm）里，分辨能力最高。能分辨的最近两点对眼睛的张角，称为最小分辨角。从表面上看人眼的观察视场水平方向视场角约为160度，垂直方向约为130度，但实际上只有中央视角6～7度一个小范围内才能较清楚地看到物体的细节。色差仪也是根据人眼的这个特点最大的观察视角只有10°、小的2°

又因为眼睛的分辨能力与照明环境有很大的关系，在夜间照明条件比较差的时候，眼睛分辨率能力大大下降。所以色差仪根据这种情况内置标准照明光源，为测量提供一个稳定的环境使其不受照明环境的影响。

正常的人眼一次可以分辨出多种颜色，这种单波长的色光非常鲜艳，人们称为纯色。实际看到的色光大多数是有许多中波长的光组成的。比如日光就是有红到蓝的连续光谱组成的。对颜色的感觉是光辐射到视网膜上的锥体细胞作用的结果，由于锥体细胞分布不同，因而不同区域对颜色的感受能力也不同。视网膜中央能分辨各种颜色，由中央向外围部分过渡，对颜色的分辨能力逐渐减弱，直接对颜色的感觉消失。

颜色是外来的光刺激在人的视觉器官产生一种主观感觉。所以在这种情况下物体的颜色就不仅仅取决于物体本身色彩了，还有光源、周五环境的颜色以及观察者的视觉系统有关系。一般来说可见光谱上的各种颜色是随光强度的增加而有所变化（向红色或蓝色变化）。这种颜色随光强度变化的现象，叫做贝楚德-朴尔克效应。但在光谱上黄（527nm）、绿（503nm）、蓝（478nm）三点基本上不随光强而变。

人眼对颜色的变化的辨识能力在光谱中不同位置是不同，人眼刚刚能辨识的颜色变化就是颜色辨识的灵敏阀。最灵敏处为480nm（青）及600nm（橙黄）附近；最不灵敏处为540nm（绿）及光谱两端。灵敏处只要波长改变1nm，人眼就能感受到颜色的变化，而多数要改变1～2nm才行。

我们分析眼睛观看颜色的过程其实就是在分析色差仪的工作原理，因为色差仪就是模拟眼睛观看颜色的条件和过程。色差仪根据眼睛看物体颜色的过程，但是其中随光环境和情绪变化的因素剔除，最终提供一个可靠的颜色检测精密仪器。

色差仪视场角2°和10°：

标准观察者是一个专有名词，了解颜色体系的发展过程，就不难理解2°标准观察者和10°标准观察者（以下简称观察者）。2°观察者和10°观察者的实质是一组标准观察者的配色函数。这组配色函数是通过一些正常色观察者统计得出的，它与人眼的结构相关。

2°观察者的配色函数是1931年建立起来的，而10°观察者的配色函数是1964年在2°观察者的统计数据的基础上发展起来的，10°观察者的视场包含了2°观察者的视场。10°观察者具有更为严密的统计基础，因为它是建立在更多位正常色观察者的统计数据基础之上的。2°和10°观察者的视场如下图所示。

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。如上图所示，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。