隱形眼鏡中顯色指數(shù)的測(cè)定及色覺(jué)影響分析和評(píng)價(jià)

楊麗萍 劉珍珍 劉婉君 廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （佛山 528137）

隱形眼鏡中顯色指數(shù)的測(cè)定及色覺(jué)影響分析和評(píng)價(jià)

楊麗萍 劉珍珍 劉婉君 廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （佛山 528137）

顯色指數(shù)是用于隱形眼鏡色覺(jué)影響分析評(píng)價(jià)的參數(shù)，其測(cè)定和計(jì)算過(guò)程極為復(fù)雜和繁瑣。隱形眼鏡檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB 11417.5-2012中并未給出其詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程，也未有相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行報(bào)道。本文將詳細(xì)介紹隱形眼鏡顯色指數(shù)的計(jì)算過(guò)程，并且測(cè)定和比較不同產(chǎn)品的顯色指數(shù)，對(duì)隱形眼鏡產(chǎn)品色覺(jué)影響進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

隱形眼鏡 顯色指數(shù) 色覺(jué)影響分析和評(píng)價(jià)

0.前言

色覺(jué)影響分析是用于評(píng)價(jià)隱形眼鏡透光性能的一個(gè)重要參數(shù), GB 11417.3-2012[1]新增加了該項(xiàng)目。其主要方法是采用符合普朗克黑體輻射的照明體和CIE照明體D的光譜，透過(guò)接觸鏡后的顯色指數(shù)降低量分析方法，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此色覺(jué)分析評(píng)價(jià)最關(guān)鍵乃顯色指數(shù)的計(jì)算。

在GB/T 11417.5-2012[2]中簡(jiǎn)單介紹了接觸鏡顯色指數(shù)測(cè)定，其主要原理是采用8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)色樣的比較方法，來(lái)衡量參考照明體光譜透過(guò)接觸鏡后的輻射與直接輻射檢驗(yàn)色樣的色差。該標(biāo)準(zhǔn)在介紹該方法時(shí)，過(guò)程簡(jiǎn)單，需參考GB/T 5702-2003[3]完成計(jì)算，而且GB/T 5702也需要借助其他的標(biāo)準(zhǔn)以及參考數(shù)據(jù)來(lái)完成，有些變量還需要遷移，其中有很多難點(diǎn)比如色刺激函數(shù)的計(jì)算、色適應(yīng)色品位移的修正以及Yk,i的求解等，讓很多初步接觸隱形眼鏡的技術(shù)人員束手無(wú)策。

本文通過(guò)查閱資料，研究各個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)，解讀標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11417.5-2012中各計(jì)算公式，并整理出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程。同時(shí)，測(cè)試并對(duì)比各種軟性接觸鏡的顯色指數(shù)，希望有助于隱形眼鏡生產(chǎn)企業(yè)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù)的測(cè)定和色覺(jué)影響的分析評(píng)價(jià)。

1.試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

UV-2550紫外分光光度計(jì)（帶積分球，日本島津）。

1.2 試驗(yàn)步驟

（1）測(cè)試前，軟性接觸鏡浸入20℃±0.5℃的標(biāo)準(zhǔn)鹽溶液中平衡至少30min；

（2）由紫外分光光度計(jì)（帶積分球）測(cè)定隱形眼鏡在380～780nm段光譜透過(guò)率τ(λ)。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

從圖1可知隱形眼鏡在380～780nm段每一點(diǎn)的光譜透過(guò)率τ(λ)，計(jì)算時(shí)選取Δλ為5nm的光譜透過(guò)率值,以用于后面計(jì)算光透過(guò)率和顯色指數(shù)。

圖1. 隱形眼鏡光譜透過(guò)率

2.顯色指數(shù)的計(jì)算

特殊顯色指數(shù)的計(jì)算是基于與1964均勻色空間中的色差矢量長(zhǎng)度的比較，即色偏移的量[4]，具體分為以下兩步計(jì)算；

（a）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)照明體A作模擬光源輸入，經(jīng)鏡片后輸出光譜的CIE1931xy色品坐標(biāo)xk,yk，計(jì)算公式為[3]：

式中：

SX(λ)——參考照明體X的相對(duì)光譜輻射度；

（b）色品坐標(biāo)為xk,yk的光譜設(shè)為待測(cè)光源，分別按照GB/T 5702方法計(jì)算該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的i=1～8檢驗(yàn)色樣的特殊顯色指數(shù)R1～R8。此步最為復(fù)雜，細(xì)分為以下5步：

一、yk,i，yr,i和xk,i，yk,i的計(jì)算

公式（1）、（2）可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵聝墒絒6]：

式中：

φX(λ)——參考照明體X的色刺激函數(shù)；

由公式（7）、（8）知，1～8號(hào)檢驗(yàn)色樣在參考光源和待測(cè)光源照明體的CIE1931xy色品坐標(biāo)xr,i，yr,i和xk,i，yk,i的計(jì)算，關(guān)鍵在于計(jì)算對(duì)應(yīng)光源的色刺激函φr,i(λ)、φk,i(λ)。蔣毅平等人[7,8]的計(jì)算方法中便無(wú)此計(jì)算的相關(guān)介紹。隱形眼鏡顯色指數(shù)計(jì)算亦不同于其他光源，計(jì)算φr,i(λ)時(shí)，檢驗(yàn)色樣為反射物體，根據(jù)GB/T 3977 6.3.2.1，φr,i(λ)=Ri(λ)Sr(λ)，Ri(λ)為物體的光譜輻亮度因數(shù)，可查詢GB/T 5702表2，SA(λ)可查詢GB/T 3978。計(jì)算φk,i(λ)時(shí)，φk,i(λ)=Ri(λ)Sk(λ)，Sk(λ)=Sr(λ)τ(λ)，同法查詢各數(shù)據(jù)，即可求得φk,i(λ)。

二、1931xy色品坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為1960UCS色品坐標(biāo)

將兩光源下的色品坐標(biāo)yk,i、yr,i及xk,i、yk,i，轉(zhuǎn)換成1960ur,i、vr,i及uk,i、vk,i坐標(biāo)，計(jì)算公式見(jiàn)（3）和（4）。

三、待測(cè)光源的色適應(yīng)色品位移修正

由于在待測(cè)光源和參考光源照明條件下色適應(yīng)的狀態(tài)不同，需要對(duì)待測(cè)光源做色適應(yīng)色品位移的修正。由式（7）和式（8），計(jì)算色適應(yīng)色品位移修正值ck,i、dk,i，由(9）、(10)以及步驟a)中數(shù)據(jù)，求出修正后的1960色坐標(biāo)u′k,i、v′k,i，做色適應(yīng)品位修正后，被測(cè)光源移動(dòng)至參考光源，u′k=ur，v′k=vr[5]，GB/T 5702中未做此解釋?zhuān)瑢?dǎo)致此步計(jì)算較難。

四、將u、v、Y轉(zhuǎn)換成U*、V*、W*均勻色空間坐標(biāo)值

U*、V*、W*的計(jì)算詳見(jiàn)（11）、（12）、（13）式，此處關(guān)鍵是計(jì)算檢驗(yàn)色樣在參考光源和待測(cè)光源的CIE 1931 XYZ三刺激Yr,i、Yk,i，GB/T 5702亦未介紹其求解過(guò)程。根據(jù)GB/T 26180，三刺激值Yr,i、Yk,i必須歸一化，使Yk=Yr=100,可由（14）式求歸一化系數(shù)，由（15）式即可求Yr,i、Yk,i，從而求出各均勻色空間坐標(biāo)值。

做色適應(yīng)品位修正后，U′k=Uk，V′k=Vk

五、一般顯色指數(shù)的計(jì)算

由（16）（17）式求出1-8號(hào)檢驗(yàn)色樣在參考光源和待測(cè)光源下的色差ΔEi，及各檢驗(yàn)色樣的特殊顯色指數(shù)Ri，1～8號(hào)檢驗(yàn)色樣特殊顯色指數(shù)的算術(shù)平均值即為一般顯色指數(shù)Ra。

以上是以標(biāo)準(zhǔn)照明體A為例進(jìn)行顯色指數(shù)的計(jì)算方法，照明體D50以及照明體D75步驟類(lèi)似，只是照明體的相對(duì)光譜功率分布SX(λ)發(fā)生變化。其中參考光源的相關(guān)結(jié)果只和其相對(duì)光譜功率分布有關(guān)，并不會(huì)因隱形眼鏡不同而發(fā)生變化，因此每次試驗(yàn)只需計(jì)算待測(cè)光源的相關(guān)參數(shù)。

3.色覺(jué)影響分析和評(píng)價(jià)

色覺(jué)影響分析采用顯色指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，在GB 11417.3中要求“光學(xué)區(qū)著色接觸鏡應(yīng)進(jìn)行戴鏡后色覺(jué)是否滿足日常應(yīng)用的分析和評(píng)價(jià)”，此要求涉及到兩個(gè)問(wèn)題：

（1）光學(xué)區(qū)著色接觸鏡包括哪些。光學(xué)區(qū)即鏡片基弧所及的范圍，即有屈光力的鏡片區(qū)域。本文作者也咨詢過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的制定人員，即中心區(qū)著色的接觸鏡都需要進(jìn)行檢測(cè)，多指單一著色的透明鏡片，而非此前很多企業(yè)理解的彩色鏡片。

（2）顯色指數(shù)達(dá)到多少，才能滿足日常應(yīng)用。光源的顯色指數(shù)是待測(cè)光源與參考光源下物體顏色相符程度的量度[9]，對(duì)于隱形眼鏡，則是評(píng)價(jià)參考光源透過(guò)鏡片后的輻射光(待測(cè)光源)，與不經(jīng)過(guò)鏡片的參考光源下物體顏色相符的程度，顯色指數(shù)越高，則證明對(duì)顏色的還原性越好[10]，鏡片對(duì)色覺(jué)的影響越小。但顯色指數(shù)達(dá)到多少，才能滿足日常應(yīng)用，這點(diǎn)在國(guó)標(biāo)中并未給出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。顯色指數(shù)是由色差計(jì)算得到，色差ΔEi=1時(shí)稱(chēng)為1個(gè)NBS(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的縮寫(xiě))，NBS與人眼感覺(jué)色差的程度詳見(jiàn)表1[11]，由表1可知，當(dāng)顯色指數(shù)低于93時(shí)，當(dāng)人眼感覺(jué)色差程度達(dá)到“可察覺(jué)”時(shí)，色差正好達(dá)到人眼的視覺(jué)閾限。

在日常檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大部分光學(xué)區(qū)著色隱形眼鏡顯色指數(shù)可達(dá)95以上，表2是一些隱形眼鏡產(chǎn)品的顯色指數(shù)測(cè)試值，企業(yè)可以根據(jù)自己的產(chǎn)品及以上人眼感覺(jué)色差程度的分析來(lái)設(shè)定各隱形眼鏡的顯色指數(shù)。

表1. 人眼感覺(jué)色差程度與顯色指數(shù)

表2. 各隱形眼鏡的顯色指數(shù)

4.結(jié)論

以上可看出，顯色指數(shù)的計(jì)算過(guò)程繁瑣，涉及較多的變量和公式，也運(yùn)用多個(gè)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本文整合和細(xì)化計(jì)算過(guò)程，通過(guò)查閱文獻(xiàn)及試驗(yàn)確定顯色指數(shù)閾值，有助于產(chǎn)品上市檢測(cè)制定標(biāo)準(zhǔn)。

[1] GB/T 11417.3-2012《眼科光學(xué) 接觸鏡 第3部分 軟性接觸鏡》

[2] GB/T 11417.5-2012《眼科光學(xué) 接觸鏡 第5部分 光學(xué)性能試驗(yàn)方法》

[3] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 5702-2003《光源顯色性評(píng)價(jià)方法》.

[4] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 26180-2010《光源顯色性的表示和測(cè)量方法》.

[5] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 3978-2008《標(biāo)準(zhǔn)照明體和幾何條件》.

[6] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 3977-2008《顏色的表示方法》.

[7] 蔣毅平. 顯色指數(shù)的原理和基本計(jì)算.

[8] 熊利民, 霍超, 陳為群. 光源顏色特性的測(cè)量和計(jì)算方法.計(jì)量技術(shù),2005,4：24.

[9] 劉義成. 光源的顯色性與顯色指數(shù), 電子器件, 2000,23(1)：46

[10] 譚力,劉玉玲,余飛鴻. 光源顯色性的計(jì)算方法,2004, 26(4)：42.

[11] 于麗杰,李德勝,王躍宗. 基于可視色差與區(qū)域生長(zhǎng)的彩色圖像分割. 微計(jì)算機(jī)信息，2010,26(4-1)：13.

Method for the Computing of Color-rendering Index of Contact Lens and Evaluation on Color Vision Infuence

YANG Li-ping LIU Zhen-zhen LIU Wan-jun Guangdong Medical Devices Quality Surveillance and Test Sanshui Center (Foshan 528137)

Color-rendering index is the parameter using for evaluating the color vision infuence of contact lens. The process of computing of color-rendering index of contact lens is very complicated. The detailed computing process wasn’t given in GB 11417.5-2012 and reported in relative literatures. It will be introduced in detail in this article. The color-rendering index of different contact lens were determined and compared, so to help to evaluation on color vision infuence of contact lens.

contact lens, color-rendering index, evaluation on color vision infuence

1006-6586(2016)11-0074-04

TH786

A

2016-09-12

楊麗萍，碩士，醫(yī)療器械工程師，主要從事隱形眼鏡檢測(cè)。