不同心理物理实验方法的比较评价方法

摘要

本发明涉及一种不同心理物理实验方法的比较评价方法，其包括如下步骤：选取打印色样的灰、蓝、黄、紫和品红5个色中心，围绕每个色中心，在明度、色调和饱和度三个方向变化，制作了10个颜色样本，分别与色中心组成10对颜色样本对；50对颜色样本对的平均色差为3.88CIELAB色差单位；组织48名观察者，采用灰梯尺法、倍率法和比较法三种方法对每对颜色样本对进行目视评价实验，其中倍率法和比较法实验中使用的标样对为灰梯尺法中色差等级为4的色样对；比较上述三种方法得到的每对色样的目视评价数据，建立三种方法得到的视觉数据间的两两对应关系；对视觉数据采用随机抽样的方法，确定不同目视评价方法的最佳视觉评价实验次数。

说明书

技术领域

本发明是一种不同心理物理实验方法的比较评价方法，其用于比较心理物理实 验方法中的灰梯尺法、倍率法和比较法得到的实验结果间的相互量化关系，并确定 每种心理物理实验方法的最佳实验次数。

背景技术

对颜色样本进行色貌、色差评价研究，不可避免的需要设计心理物理实验、组 织观察者进行颜色样本的主观评价。灰梯尺法中，观察者依据给定灰梯尺的色差等 级，给出测试色样的目视色差大小；倍率法中，观察者参考给定的标样对，给出一 个相对于标样对的比例小数或者整数来表示测试色样对的色差；比较法中，观察者 比较给定标样对和测试色样对的色差大小，判断哪一对色样有较大色差感觉。

但是不同的实验组织者会设计不同的心理物理实验进行颜色样本的评价，如何 量化采用心理物理实验不同的方法得到的结果以及受主观评价的不确定性等因素 影响，如何确定最佳实验次数，目前尚无量化的结论和方法，尚没有针对上述心理 物理实验方法的比较结果。

发明内容

本发明的目的在于解决背景技术中所述的问题，避免主观被试者在用不同心理 物理实验方法进行实验时，不同心理物理实验结果间的量化关系无法确定及各实验 方法次数无法确定的缺陷。该方法适用于针对不同颜色样本进行色貌、色差评价的 所有实验。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种不同心理物理实验方法的比较评价方法，用于比较心理物理实验中的灰梯 尺法、倍率法和比较法三种实验方法的实验结果间的量化关系，以及确定心理物理 实验中每种方法的最佳实验次数。针对上述三种方法，设计实验，包括如下步骤：

1）选取打印色样的灰、蓝、黄、紫和品红5个色中心，围绕每个色中心，在 明度、色调和饱和度三个方向变化，制作了10个颜色样本（色样），分别与色中心 组成10对颜色样本对；

2）5个色中心的50对颜色样本对的平均色差为3.88CIELAB色差单位；

3）组织48名观察者，采用灰梯尺法、倍率法和比较法三种方法对每对颜色样 本对进行目视评价实验，其中倍率法和比较法实验中使用的标样对为灰梯尺法中色 差等级为4的色样对；

4）比较上述三种方法得到的每对颜色样本的目视评价数据，建立三种方法得 到的视觉数据间的两两相互对应关系；

5）对每种方法得到的每对颜色样本的视觉数据采用随机抽样的方法，在保证 实验结果准确、稳定的基础上，确定不同目视评价方法的最佳视觉评价实验次数。

本发明为不同心理物理实验方法的比较评价方法，采用相同的颜色样本，对心 理物理实验方法的灰梯尺法、倍率法和比较法进行比较评价。所采用的颜色中心有 5个，分布在CIELAB颜色空间的不同区域，既是颜色空间的典型色，也是印刷行 业的代表色。五个颜色中心的CIELAB色度参量可分别为灰（62.83，-2.08，-1.85）、 黄（85.26，-7.94，47.42），蓝（36.65，4.43，-30.01），紫（46.42，12.17，-13.48）， 品红（48.54，61.97，-7.66）。

选取的颜色样本有50对，色差分别由明度、色调、饱和度单独变化，明度、 色调、饱和度两两变化，明度、色调、饱和度同时变化引起。

采用分光光度计测量上述颜色样本的光谱反射率ρ(λ)，用CIE标准照明体D65 和CIE1964标准观察者函数计算颜色样本的色度参数XYZ，，计算得到5个色中心 的50对颜色样本对的平均CIELAB色差值为3.88，属于小色差范围。

48名观察者进行目视评价实验，对每种方法中每对颜色样本各建立120个目视 数据。其中，36名观察者重复实验3次，12名观察者实验1次。这样一方面可评 价观察者的重复性，另一方面也可搜集有较大的原始实验数据量。

对上述三种方法得到的目视评价数据进行线性拟合，得到三种不同方法两两比 较的线性拟合关系。用标准化残差平方和（Standardized Residual Sum of Squares， 简称STRESS）因子检验上述不同方法间的相关性，STRESS因子越小，两组数据间 的相关性越好，反之则越差。STRESS因子在0-100%间变化。倍率法&灰梯尺法的 STRESS因子为9.70，灰梯尺法&比较法的STRESS因子为17.96，倍率法&比较法的 STRESS因子为11.07。

对每种方法得到的每对颜色样本的120个视觉数据采用随机抽样的方法，用 STRESS因子和差值偏差因子检验，确定三种不同心理物理实验的最佳实验次数， 梯尺法、倍率法和比较法可分别采用30个、35个和50个视觉数据。

对每种不同视觉方法，在现有的120个实验数据中，从5次开始，每间隔5次 随机取数，依次选取10，15，20，……100个数据，选取10次，将每次选取的数 据与所有观察者的120个目视评价数据V比较，计算STRESS因子和差值标准差值 大小。计算10次选取数据的STRESS因子和差值标准差值均值，用STRESS、差值 标准偏差检验不同的视觉评价次数得出的视觉色差与最终结果的差异。

本发明涉及一种不同心理物理实验方法的比较评价方法，其包括心理物理实验 的三种方法（灰梯尺法、倍率法和比较法），围绕灰、黄、蓝、紫、品红5个色中 心的50对均匀分布的测试色样，色差等级从1-7每间隔1个等级变化的灰梯尺，48 名观察者进行目视评价实验，对每种方法各建立120个目视数据。一方面拟合上述 三种方法得到的目视评价数据，得到不同方法两两比较的线性方程，建立三种方法 视觉数据间的相互对应关系；另一方面对每种方法得到的每对色样的120个视觉数 据采用随机抽样的方法，用STRESS因子和差值偏差因子检验，在保证实验结果准 确、稳定的基础上，确定不同目视评价方法的最佳视觉评价实验次数。

本发明对不同心理物理实验方法的比较评价方法量化了心理物理实验的灰梯 尺法、倍率法和比较法实验结果的量化关系，给出了灰梯尺法、倍率法和比较法的 最佳实验次数。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明 保护范围的限制。

附图说明

图1-1、图1-2和图1-3是三种不同实验方法得到的目视评价数据线性拟合散点 图分布，其中，图1-1是倍率法-灰梯尺法，图1-2是倍率法-比较法，图1-3是灰梯 尺法-比较法。

图2是三种实验方法不同观察次数结果与标准值的STRESS比较。

图3是三种实验方法不同观察次数结果与标准值差值的标准差比较。

具体实施方式

对心理物理实验的三种实验方法，灰梯尺法、倍率法和比较法，设计制作50 对颜色样本，组织48名观察者开展目视评价实验，对不同方法得到的目视评价结 果进行比较分析，具体方法为一方面比较不同方法得到目视评价数据的量化关系， 另一方面通过STRESS因子和差值标准差确定不同心理物理实验方法的最佳实验次 数。

以围绕5个色中心制作的颜色样本进行阐述。需要说明的是，本发明并不局限 于彩色印刷样本，其可适用于多种呈色方式的颜色样本。

现有对颜色样本进行色貌、色差评价常根据样本对的不同色差大小，选用不同 的心理物理实验方法；对同样色差大小的样本对进行色貌、色差评价实验时，也可 选用不同的心理物理实验方法，如何比较不同方法得到的实验结果，以及如何在保 证实验数据稳定、准确的基础上，确定最佳的实验次数。目前尚无针对本发明所述 灰梯尺法、倍率法和比较法的量化比较结果。

对不同心理物理实验方法的比较步骤如下：

1）选取打印色样的灰、蓝、黄、紫和品红五个色中心，围绕每个色中心，在 明度、色调和饱和度三个方向变化，制作10个颜色样本，分别与色中心组成10对 颜色样本对。如五个颜色中心的CIELAB色度参量分别为灰（62.83，-2.08，-1.85）、 黄（85.26，-7.94，47.42），蓝（36.65，4.43，-30.01），紫（46.42，12.17，-13.48）， 品红（48.54，61.97，-7.66）。颜色样本选取依照与色中心比较L^*、a^*、b^*值单独变 化，L^*、a^*、b^*值两两变化和L^*、a^*、b^*值同时变化引起样本对的色差。

2）用X-Rite SpectroEye分光光度计(0°:45°)测量上述印刷样本的光谱反射率 ρ(λ)，用CIE标准照明体D65和CIE1964标准观察者函数计算印刷样本的色度参数 XYZ，并转换为CIELAB色度参量，5个色中心的50对颜色样本的平均、最大和 最小色差分别为3.88，7.09，0.95CIELAB色差单位。

3）组织48名观察者，采用灰梯尺法、倍率法和比较法三种方法对每对样本对 进行目视评价实验，其中倍率法和比较法实验中使用的标样对为灰梯尺法中色差等 级为4的色样对（以下简称为标样对）；选择48名观察者，36名观察者重复3次， 12名观察者重复1次。一方面可评价观察者的重复性，另一方面也可搜集有较大的 原始实验数据量。每对色样得到120对（36×3+12×1=120对）视觉数据。

4）比较上述三种方法得到的每对色样的目视评价数据，建立三种方法得到的 视觉数据间的相互对应关系。具体为拟合上述三种方法得到的目视评价数据，得到 三种不同方法两两比较的线性方程，见图1，建立三种方法得到的视觉数据间的相 互对应关系。

用STRESS因子检验上述不同方法间的线性相关性，得出倍率&梯尺的STRESS 因子为9.70，梯尺&比较的STRESS因子为17.96，倍率&比较的STRESS因子为11.07。 上述结果表明，倍率法&梯尺法的差异最小，梯尺法&比较法的差异最大，倍率法& 比较法的差异介于上述两者变化之间。三种心理物理实验方法，倍率法的实验结果 介于灰梯尺法和比较法之间，与灰梯尺法的表现更为接近。

5）对每种方法得到的每对色样的120对视觉数据采用随机抽样的方法，在保 证实验结果准确、稳定的基础上，用STRESS因子和差值标准差因子确定不同目视 评价方法的最佳视觉评价实验次数。用STRESS因子和差值偏差因子检验，

对每种不同视觉方法，在现有的120个实验数据中，从5次开始，每间隔5次 随机取数，依次选取10，15，20，……100个数据，选取10次，将每次选取的数 据与所有观察者的120个目视评价数据V比较，计算STRESS因子和差值标准差值 大小。计算10次选取数据的STRESS因子和差值标准差值均值，如图2、3所示， 为分别用STRESS、差值标准偏差检验不同的视觉评价次数得出的视觉色差与最终 结果的差异。

灰梯尺法和倍率法的结果较为一致，灰梯尺法中实验采集30个目视评价数据 后的评价结果与总结果比较，变化较为平缓，STRESS值由30个数据的4.32%变化 到100个数据的1.15%；倍率法中实验采集35个目视评价数据后的评价结果与总结 果比较，变化较为平缓，STRESS值由35个数据的4.09%变化到100个数据的1.31%； 倍率法中实验采集50个目视评价数据后的评价结果与总结果比较，变化较为平缓， STRESS值由50个数据的3.87%变化到100个数据的1.55%。由此可以得出不同视 觉评价方法的最佳实验次数，梯尺法、倍率法和比较法的最佳实验次数分别为30、 35和50次，即梯尺法、倍率法和比较法可分别采用30个、35个和50个视觉数据， 即可得到较佳的评价效果。