色彩还原
一、定义
色彩还原（Color Reproduction）指成像设备真实再现物体本身颜色的能力。在医学影像、技术摄影等领域，色彩准确度直接关系到判读与处理的可靠性，是成像质量评价的核心维度之一。
测试通常让相机在标准光源（如 D65）照射下拍摄标准色卡（如 24 色 ColorChecker），通过比对输出的实测色度数据与参考值的偏差来量化。常用指标包括色差 ΔE、白平衡误差、色饱和度等。色彩还原受多重因素耦合影响：传感器 Bayer 滤光阵列的光谱特性、RAW 转换与白平衡算法、光源光谱分布，以及镜头眩光与杂光（会降低色彩饱和度）等。因此，色彩还原测试需在已知且稳定的光照条件下进行，以消除光源与环境的干扰，客观评价成像质量并指导色彩标定。
二、视觉感知与成像原理
2.1 人眼如何感知颜色
人眼对颜色的感知依赖于视网膜上的视锥细胞，分为长波（L）、中波（M）、短波（S）三种类型，分别对不同波长的可见光产生响应。CIE 1931 标准观察者基于人眼视锥细胞的统计响应数据，定义了人眼对可见光谱（约 380–780 nm）的三刺激值曲线，作为色度学计算的生理基准。
2.2 相机如何记录颜色
相机传感器本身仅对光强敏感，不具备颜色分辨能力。色彩信息通过覆盖在感光元件前的彩色滤波阵列（Color Filter Array, CFA）获得，最常见的排布方式是 Bayer 滤色阵列：每个像素前覆盖红、绿或蓝中的一种滤光片，只记录透过该滤光片的那一路光强，得到一个单通道数值。缺失的两个颜色通道由相邻像素通过插值算法补全（去马赛克，demosaicing），使每个像素最终获得一组 RGB 数值。这组 RGB 依附于传感器与滤光片的硬件光谱特性，属于设备相关编码，与人眼的标准三刺激值存在本质差异，需经过色彩校正与色空间映射后才能转换为设备无关的色度数据用于比对。
2.3 两者为何不一致
造成这种差异的根本原因在于，Bayer 滤光阵列的光谱响应曲线与人眼视锥细胞的响应曲线并不重合——传感器对某些波长的灵敏度偏高，对另一些偏低，导致同一束光在相机和人眼中得到不同的数值。这是色彩还原测试中固有偏差的主要来源，在色度学中表述为相机传感器的光谱响应不满足卢瑟（Luther）条件，因而无法在所有光源下与人眼产生完全一致的色彩判断。
三、标准测试图卡
色彩还原测试须使用色块光谱反射率已知、色度参考值可溯源至标准色度体系的标准色卡；消费与工业相机最常用的是 24 色 ColorChecker，需覆盖更广色域时常采用其扩展版 140 色 ColorChecker Digital SG；车载 CMS 场景则按 ISO 16505 选用专用 14 色 CMS 色彩测试图卡。以下示例图卡为研鼎标准色卡产品系列：
四、测试照明与几何布置
4.1 照明条件
测试照明须使用光谱分布已知且稳定的标准光源。ISO 17321-1:2012 §4.3.3.1.1 规定，反射靶标的实验室表征应采用 ISO 7589 定义的摄影日光 D55（CIE D 系列照明体，相关色温约 5500 K）；工程实践中，消费电子类相机常以 D65（相关色温约 6500 K，代表平均日光）作主测光源，并辅以 D50（约 5000 K，印刷与 ICC 色彩管理参考照明体）、A（2856 K，钨丝灯模拟）、TL84/CWF（荧光灯类，约 4000 K，零售与办公照明模拟）作交叉验证，以覆盖不同应用场景下的光谱条件。光源显色指数应满足 Ra ≥ 95，以避免光源自身显色缺陷被误判为相机的色彩偏差。图卡靶面照度按 ISO 17321-1:2012 规定取 2000–4000 lx，成像区域照度均匀性 ≤1%；工程测试中常取 1000–2000 lx，具体应根据被测设备的应用场景确定。色温实测与标称偏差 ≤ ±50 K。
测试应在暗室或遮光结构中完成，背景采用哑光中性灰低反光板（Munsell N5~N6 附近），避免环境表面反射光进入光路造成光源光谱的杂光污染。测试时须使用照度计在图卡靶面实测照度、色温，并据此调整光源输出，最终以图卡靶面的实测值为准。
本测试可选用光谱已知、具备多光源切换能力的标准光源箱建立照明条件。推荐 研鼎LSB-MSL56-TIR-LR 56 通道多光谱光源箱，该光源箱通过56 路 LED 拟合 CIE A/D50/D65/D75（相关色温 2,000–20,000 K），内置 CWF/TL84/U30 荧光灯管，D65 中心照度 >2500 lx，CIE Ra ≥ 97–99，双侧补光使 24 色卡照明均匀性 >90%，LED 通道支持 60,000 级无级调节，光谱覆盖 360–980 nm。需更大测试空间或大尺寸图卡时，可选用研鼎LS-CCXL-2S06-IR 立式多色温 LED 补光光源：发光面 600×1200 mm，色温 2300–10,000 K 连续可调，照度 1~8,000lux（1米距离），60000级可调，覆盖可见光和 850/940 nm 近红外波段。
4.2 几何布置
以反射式图卡测试环境布置为例。相机位于图卡法线方向，图卡后方设置低反光背景板，两侧光源对称布置，以近似 45° 方向照射图卡，相机沿近似法线方向采集图像，整体接近 45°/0° 照明-观察关系，同时应避免镜面高光、环境杂光和阴影进入画面。图卡平面应与相机光轴尽量垂直，拍摄距离根据被测设备的视场角（FOV）调整。
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| 标准反射靶测试几何布置示意图 |
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附：QC/T 1128-2019 车载摄像头色彩还原测试配置（参考）
本配置供快速搭建测试环境参考，适用于车载摄像头色彩还原评价。
- 照明条件：D65（色温约 6500 K），靶面照度 (800 ± 80) lx；TL84（色温约 4000 K），靶面照度 (200 ± 20) lx；A 光源（色温约2856 K），靶面照度 (25 ± 2.5) lx。
- 图卡：14 色卡，背景为漫反射率约 18% 的中性灰。
- 几何布置：相机光轴垂直于图卡平面；调整光源与相机位置，避免镜面高光进入镜头；调整取景使图卡位于视场中央，边缘与画面边缘重合；待测设备完成3A触发后采集图像。
- 评价方法：基于 CIE 1976 (u′, v′) 均匀色度空间，计算各色块与白块的色度角 θ 与欧氏距离 R。
- 合格判据： 欧氏距离 R ≥ 0.02，保证与白色可分辨；色调角范围：红色块的坐标应在（0°，44.8°）或（332.2°，360°）范围内；绿色块的坐标应在（96.6°，179.9°）范围内；蓝色块的坐标应在（209.9°，302.2°）范围内；黄色块的坐标应在（44.8°，96.6°）范围内。
五、评价指标
本节评价指标仅选取工程中最常用的核心指标，从四个维度展开：色差回答“总共偏了多少”；色距与色度坐标回答“颜色偏到哪个方向”；饱和度回答“浓淡是否恰当”；白平衡偏差回答“中性色是否还原”。
5.1 白平衡偏差
白平衡偏差以色卡中性灰块偏离中性色的程度量化，主判据为灰块 HSV 饱和度 S。例如，汽车行业标准 QC/T 1128-2019 要求：在 2800 K、4000 K、6500 K 三档色温（照度 800 ± 80 lx）下拍摄 ColorChecker 24 色卡，#21、#22 两块中间灰在各档光源下的 S 均应小于 15%。
5.2 色差
色差用于量化实测色与参考色的偏离程度，是评价色彩还原准确性的核心指标。按感知均匀性演进，ΔE 公式主要经历三代：
- ΔE*ab（CIE 1976）：基于 ISO/CIE 11664-4（CIE 1976 L*a*b* 颜色空间），在 Lab 三维空间中直接求两点欧氏距离 。计算简单、历史悠久，但蓝紫色区域与人眼感知一致性较差，多作为对照值保留，不作为最终判定依据。
- ΔE₉₄（CIE 1994）：在 ΔE*ab 基础上引入明度、彩度、色相三项加权函数，改善了高饱和区域的评价，对应 CIE 116 技术报告，印刷与纺织等行业仍有沿用。
- ΔE₀₀（CIEDE2000）：对应 ISO/CIE 11664-6，先对 Lab 坐标做非线性变换，再引入色相-彩度旋转交互项 R_T 修正蓝紫区域的分量耦合问题，感知一致性最优，是消费相机色彩还原评价的首选公式。
5.3 色距与色调角
色距（color distance） 泛指两种颜色在选定色彩空间中的距离，用于量化实测色与参考色之间的差异程度，色彩空间的选取由评价对象和行业规范决定。依据 ISO 16505，车载 CMS 场景采用 CIE 1976 u′v′ 均匀色品图，色距 R 定义为实测色块与参考白块在 u′v′ 平面上的欧氏距离。红、绿、蓝、黄四个信号色的 R 均应不小于 0.02，以保证信号色与白色可分辨。
色调角（hue angle） 为色块相对参考白块在 u′v′ 平面上的方位角，用于判断信号色相是否被正确还原。色距与色调角在 u′v′ 平面上互为径向与角向判据：色距保证信号色不向白色塌陷，色调角保证色相不偏出规定扇区。依据 ISO 16505，红、绿、蓝、黄四个信号色的色调角均应落入规定区间：红色的允许范围为 [0°–44.8°] 或 [332.2°–360°]；黄色的允许范围为 [44.8°–96.6°]；绿色的允许范围为 [96.6°–179.9°]；蓝色的允许范围为 [209.9°–302.2°]。
5.4 饱和度偏移
饱和度偏移表征输出颜色的浓淡程度，对应彩度维度，以相对饱和度 S 表示，即实测色块彩度 C* 与参考彩度之比（参考值取自色卡标准 Lab 数据）。
判读：S = 100% 为无偏移；S < 100% 为去饱和，颜色偏灰、不够鲜艳；100%–120% 为消费类设备常见的调校风格区间，属经验观测值而非标准阈值；S > 120% 为过饱和，色彩浓艳失真。
六、RIQA分析
(1) 打开RIQA软件，选择对应的模块，选择对应的图卡类型。
(2) 点击“添加+”按钮导入要检测的图片，右击图片可放大查看添加的图片，点击“开始”按钮开始检测。
(3) 出现“ROI调整”界面，出现默认的ROI区域。可调整ROI框选需要检测的色块。点击“下一步”按钮。
(4) 可以微调各个ROI框选位置，调整完ROI框选区，点击“分析”按钮。
(5) 软件中间靠下区域展示所拍摄色卡图片的检测结果，分别是各个色块与白色块在色彩空间的色度角与欧几里得距离。右击右上角可查看ROI区域的命名顺序。点击“生成报告”按钮。
(6) 跳转生成报告界面，需要选择输出文件的格式，输入文件名和文件地址，点击“导出”按钮。报告成功生成后提示报告生成成功。
