IEC TS 61966-132023 多媒体系统和设备.颜色测量和管理.第13部分取决于观察者的显示颜色特性的测量方法标准立项发展报告

多媒体系统和设备颜色测量和管理第13部分：取决于观察者的显示颜色特性的测量方法标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:MultimediaSystemsandEquipment–ColourMeasurementandManagement–Part13:MeasurementMethodofDisplayColourPropertiesDependingonObservers摘要随着显示技术的飞速发展，色彩再现的准确性与观察者个体差异之间的关系日益成为学术界和工业界关注的焦点。传统色度测量体系基于标准观察者模型（如CIE19312°和CIE196410°标准观察者），但其无法充分解释不同观察者之间在颜色感知上的显著差异，尤其在高色域、高亮度显示设备日益普及的背景下，这一问题愈发突出。IECTS61966-13:2023《多媒体系统和设备颜色测量和管理第13部分：取决于观察者的显示颜色特性的测量方法》正是在这一背景下制定的国际技术规范，旨在建立一套能够量化和表征显示设备颜色特性随观察者差异而变化的测量方法体系。本报告对该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容以及行业应用价值进行了系统分析。报告指出，该标准首次将观察者同色异谱差异（ObserverMetamerism）纳入显示设备测量标准框架，引入基于颜色匹配函数（CMF）个体差异的统计评估方法，为显示设备制造商、内容创作者和相关检测机构提供了统一的技术依据，对推动高保真色彩显示技术的发展和个性化显示体验的优化具有重要的指导意义。本报告还详细介绍了参与标准制定的相关企事业单位情况以及未来的发展方向。关键词：颜色测量；显示设备；观察者差异；颜色匹配函数；色彩管理；国际电工委员会Keywords:Colourmeasurement;Displaydevices;Observervariability;Colourmatchingfunctions;Colourmanagement;IEC一、引言1.1研究背景颜色科学作为连接物理光学、生理心理学和信息技术的交叉学科，在过去一个世纪中取得了长足发展。国际照明委员会（CIE）于1931年建立的基于2°视场的标准色度观察者模型和1964年建立的基于10°视场的补充标准色度观察者模型，构成了现代工业色度学的基石。然而，随着科学研究深入，人们逐渐认识到标准观察者模型反映的仅仅是一个“平均人”的视觉特性，真实观察者之间的色觉差异远比预期复杂。近二十年来，大量视觉科学研究表明，不同观察者视网膜上L、M、S三种视锥细胞的光谱响应特性存在显著的个体差异。这种差异来源于视锥细胞色素基因的多态性，其后果是不同个体在面对同一显示设备呈现的同一组颜色刺激时，会产生系统性的感知差异。这种现象在学术界被称为“观察者同色异谱”（ObserverMetamerism）或“观察者差异”（ObserverVariability）。1.2技术发展与标准需求在显示技术领域，近年来出现了几个重要的发展趋势，使得观察者差异问题从学术研究课题演变为迫切需要标准化解决方案的工程技术问题：第一，显示设备色域的显著扩展。传统sRGB色域显示设备所呈现的颜色刺激较为有限，观察者之间的感知差异在有限色域下通常被掩盖。然而，随着DCI-P3、BT.2020等高色域标准在专业显示、移动终端和广播电视领域的广泛应用，显示设备可呈现的光谱功率分布趋于多样化，不同观察者之间的色彩感知差异被显著放大。第二，多基色显示的兴起。为了进一步提升色域覆盖率，业界已开始探索超越传统RGB三基色的多基色显示方案（如四基色甚至六基色系统）。多基色显示的光谱功率分布与传统三基色系统存在本质区别，这使得基于标准观察者的传统测量评估方法面临新的挑战。第三，个性化显示需求的出现。在高端显示市场中，用户越来越关注色彩的准确性。专业色彩管理工作者（如摄影师、影视后期制作人员）对于同一台显示设备在校准后能否在不同观察者之间呈现一致的色彩效果提出了更高的要求。个性化色彩校准和观察者补偿技术成为研究热点。在上述背景下，迫切需要一项国际标准来规范“观察者相关的显示颜色特性测量方法”，以提供一种系统化、可重复的测试方法，用于表征不同观察者条件下显示设备的颜色表现。IECTC100（音频、视频和多媒体系统与设备技术委员会）下属的TA2（彩色测量与管理）工作组经过充分论证，于2019年正式启动了IECTS61966-13的制定工作。1.3标准的定位与意义IECTS61966-13在IEC61966系列标准中具有独特的定位。该系列标准此前已发布多个部分，涵盖了多媒体系统的颜色测量与管理各个方面的内容，包括：-IEC61966-2系列：规定各类色彩空间及其转换方法（如sRGB、scRGB、AdobeRGB等）；-IEC61966-3：规定使用阴极射线管（CRT）的显示设备的颜色特性；-IEC61966-4：规定使用液晶显示（LCD）面板的显示设备的颜色特性；-IEC61966-5：规定使用等离子显示面板（PDP）的显示设备的颜色特性；-IEC61966-7：规定彩色打印机的颜色特性；-IEC61966-9：规定数字图像设备的色彩管理；-IEC61966-12：规定用于图像色彩管理的元数据。IECTS61966-13则首次从观察者主观差异的角度切入，在传统基于物理色度的测量框架中引入观察者视觉特性的统计变化因素，开创了该系列标准在人因视觉测量领域的全新维度。二、标准编制过程2.1立项论证阶段（2017—2019年）IECTC100在2017年秋季全会上，由日本国家委员会首次提出了关于制定“取决于观察者的显示颜色特性测量方法”的提案。提案指出，随着高色域显示设备在全球市场的普及，不同观察者对同一显示设备色彩感知的差异已经成为一个影响设备评估、色彩管理和内容制作的现实问题，亟需通过国际标准来提供统一的测量与评价方法。在提案论证过程中，各国专家就标准的技术路线进行了深入讨论。部分专家认为，观察者差异本质上是一个视觉科学问题，可能更适合由CIE来主导标准化工作；但也有专家指出，IEC61966系列标准已经建立了显示设备测量方法的完整框架，在此框架内增加观察者相关测量方法，更有利于工业界的直接采用。经过多轮讨论，IECTC100决定以技术规范（TS）的形式制定该标准，一方面体现了该领域技术尚未完全成熟，需要保留灵活性的考虑；另一方面也期望通过TS的快速发布，为产业界提供及时的技术指引。2019年，IECTC100正式批准立项，项目编号为IECTS61966-13，由TA2工作组承担起草任务。项目负责人由来自日本的著名颜色科学家担任，来自中国、美国、德国、英国、韩国等国家的专家也积极参与了标准制定工作。2.2技术内容研制阶段（2019—2022年）标准起草过程中，工作组对以下几个关键技术问题进行了深入研究：（1）观察者差异的量化表征方法。研究团队系统梳理了视觉科学文献中关于颜色匹配函数个体差异的研究成果，确定了基于统计分布的方法来描述观察者群体的色觉特性。为此，标准引入了“代表性观察者”（representativeobservers）的概念，通过一组具有代表性的颜色匹配函数集合来近似表达观察者群体的色觉差异范围。（2）测量条件与测量方法的确定。标准需要明确在实际测量中应考虑的观察条件参数，包括视场大小（2°或10°）、环境照明条件、背景色、刺激尺寸等，并与IEC61966系列其他部分的测量条件保持协调。（3）显示颜色特性的评估指标。工作组讨论了应选用哪些指标来表征显示设备在不同观察者条件下的颜色特性变化。经过多轮论证，确定了以“观察者相关色差”（observer-dependentcolourdifference）和“观察者同色异谱指数”（observermetamerismindex）作为核心评估指标，并规定了相应的计算方法和数据报告格式。2.3发布阶段（2023年）经过工作组的多轮草案修订、委员会投票和意见处理，IECTS61966-13最终于2023年11月正式发布。该标准为技术规范（TechnicalSpecification）类型，属于IEC标准体系中的“准标准”级别文件，通常用于技术尚在发展迭代中的领域，为未来制定正式国际标准（IS）奠定基础。三、标准主要技术内容3.1标准的适用范围IECTS61966-13适用于各类自发光显示设备，包括但不限于LCD、OLED、MicroLED、投影显示等类型。标准规定了在考虑观察者差异的前提下，测量和报告显示设备颜色特性的方法。具体而言，该标准关注的“颜色特性”主要指显示设备在不同观察者条件下所呈现的颜色偏移程度及其统计分布。值得注意的是，该标准不涉及观察者个体的视觉功能检测和分类（如色觉缺陷诊断），也不涉及基于个体视觉特性的显示设备自动校准方法，后者属于后续可能的标准化工作方向。3.2术语与定义标准中对以下关键术语进行了严格定义：-观察者同色异谱（ObserverMetamerism）：指两个不同观察者感知同一种颜色刺激时出现感知差异的现象，通常源于不同个体间视锥细胞光谱灵敏度的差异。-颜色匹配函数（ColourMatchingFunction,CMF）：描述观察者颜色视觉系统中三种感光通道（L、M、S）对单色刺激的相对响应特性的函数组。-代表观察者集合（SetofRepresentativeObservers）：根据观察者群体色觉特性的统计分布选取的一组颜色匹配函数集合，用于在工程实践中近似表征观察者差异的范围。-观察者相关色差（Observer-DependentColourDifference）：在同一显示设备显示同一组颜色刺激的条件下，不同观察者颜色匹配函数代入计算所得的色度坐标之间的色差。-同色异谱指数（MetamerismIndex）：用于量化评估特定显示设备所产生的观察者同色异谱程度的指标。3.3测量条件规定标准对测量条件和环境的要求进行了规定。光学测量方面，标准建议采用光谱辐射计进行测量，要求波长范围为380nm至780nm，波长采样间隔不大于5nm。测量时应使用标准规定的基本色度刺激（即白场），并建议在暗室环境下进行，以避免环境光对测量结果的影响。在观察条件方面，标准给出了两种可选的观察视场（2°和10°），并建议在报告测量结果时对两种视场条件分别报告。此外，标准还对背景色的设置（建议为中性灰）、观察距离等参数做出了相应的建议。3.4测量程序与计算方法标准的核心测量程序包括以下步骤：第一步，准备阶段。将显示设备按照标准规定的条件进行预热和稳定化处理，并设定为标准工作状态（包括亮度、色温、伽玛等参数）。第二步，光谱辐射测量。使用光谱辐射计依次测量显示设备显示的测试色卡组（测试色卡组的选择遵循标准附录中的规定，应覆盖显示设备可呈现的颜色范围，包括红、绿、蓝、青、品红、黄、白及若干中间色调）。第三步，观察者模型代入计算。将测得的光谱功率分布分别代入标准观察者CMF（如CIE1931或CIE1964）和观察者集合中各位代表观察者的CMF进行计算，得到标准条件下的色度坐标和各位代表观察者条件下的色度坐标。第四步，差异评估。计算每位代表观察者的色度坐标与标准观察者色度坐标之间的色差，并统计观察者群体的色差分布。同时，计算标准的同色异谱指数值。第五步，报告生成。按照标准规定的报告格式输出测量结果，包括测量条件、计算方法和统计结果等信息。3.5评估指标及其计算标准设定了以下主要评估指标：（1）平均观察者色差（MeanObserverColourDifference,ΔE_obs_mean）：定义为所有代表观察者的色差值的算术平均值，反映显示设备在一般观察者群体中呈现的颜色偏移水平的总体指标。（2）最大观察者色差（MaximumObserverColourDifference,ΔE_obs_max）：定义为所有代表观察者中的最大色差值，反映显示设备在观察者群体中可能出现的最大颜色感知偏差，是评估显示设备个体差异风险的重要参考指标。（3）观察者同色异谱指数（ObserverMetamerismIndex,OMI）：综合反映显示设备引起观察者同色异谱程度的指标，其值越小，表明该显示设备在不同观察者之间呈现的颜色感知一致性越好。标准还提供了这些指标的详细计算流程、数值修约规则和报告示例，以确保不同测试机构之间测量结果的一致性和可比性。部分色差的阈值参考见表1（标准给出的示意性分类）。表1显示设备观察者色差水平的参考分类|等级|平均观察者色差范围（ΔE_obs_mean）|评价描述||------|-----------------------------------|----------||I级|ΔE<1.0|优秀——观察者差异几乎不可察觉||II级|1.0≤ΔE<3.0|良好——仅对颜色敏感观察者可察觉||III级|3.0≤ΔE<5.0|一般——大部分观察者可察觉差异||IV级|ΔE≥5.0|较差——观察者间差异明显，不适用于高精度色彩应用|3.6标准附录标准包含多个资料性附录和规范性附录，其主要内容包括：-规范性附录：代表观察者颜色匹配函数的数据集及其使用方法；-资料性附录：观察者差异对不同类型显示设备影响的实例分析；-资料性附录：线性RGB色彩编码与标准色度计算中常见错误的分析说明；-规范性附录：测量报告的推荐格式。四、标准的关键创新与技术特点4.1首次将观察者视觉差异纳入显示测量标准框架IECTS61966-13是国际标准化历史上首次在显示设备的颜色测量标准中系统考虑观察者个体差异的尝试，突破了传统色度测量完全基于标准观察者模型的局限，为更全面地评估显示设备的颜色性能提供了新的维度。4.2建立工程可行的观察者差异量化方法标准并未采用复杂的视觉感知实验或视网膜生理测量手段，而是通过统计分布方法选取代表性观察者集合，将观察者差异问题转化为可通过光谱辐射测量和数学计算解决的标准色度学问题。这一方法学创新使得标准具备了良好的工程可操作性。4.3与现有IEC61966系列标准的兼容性标准在测量条件、色度计算方法、报告格式等方面与IEC61966系列其他部分保持了高度的一致性，便于标准使用者在现有测量设备和方法的基础上增加观察者差异评估功能，降低了标准实施的技术门槛和经济成本。4.4为未来标准化工作奠定基础该技术规范的发布将有助于积累各种显示技术的观察者差异数据，为未来制定正式的IEC国际标准提供依据。同时，观察者差异补偿、个性化色彩管理等后续标准化工作也将在此基础上展开。五、标准实施与应用前景5.1在显示设备制造与评估中的应用对于显示设备制造商而言，IECTS61966-13提供了一种系统化的方法来评估和比较不同型号产品在观察者差异方面的表现。制造商可以在产品设计阶段利用该标准评估不同背光模块、彩色滤光片或量子点方案的观察者同色异谱性能，从而选择更优的技术方案。在产品质量控制和市场宣传中，观察者同色异谱指数也可作为一项具有差异化竞争优势的性能指标。5.2在内容创作与色彩管理中的应用对于影视后期制作、摄影、印刷等对色彩准确性有高要求的领域，IECTS61966-13提供的评估方法可以帮助色彩管理工程师了解其工作环境中显示设备在不同观察者条件下的颜色表现范围，从而在色彩决策中考虑这一影响因素，提高色彩再现的一致性和可靠性。5.3在标准化和认证领域的应用借助IECTS61966-13的测量方法，第三方检测认证机构可以开展显示设备观察者差异性能的检测服务，为政府采购、行业准入和质量分级提供技术支持。检测认证数据也可以为显示设备能效标识、绿色产品评价等体系的完善提供参考依据。六、主要起草单位介绍IECTS61966-13的制定汇聚了全球多个国家和地区的科研力量与产业智慧。其中，日本国家委员会作为项目主导方，由多家国际知名的电子企业和研究机构深度参与了标准的起草工作。日本国立情报学研究所（NII,NationalInstituteofInformatics）是IECTS61966-13制定的核心研究力量之一。该