由于科技的发展和生活水平的提高,对颜色质量也提出了更高的要求。为了对颜色及其差异进行科学有效的表征和评价,需要全面深入地了解人眼的颜色视觉辨别特性。虽然已有基于相关视觉实验数据集的均匀颜色空间和色差公式被提出,但是这些数据集之间存在明显的内在差异,所以必须对颜色视觉辨别特性以及相应的色差预测模型进行系统的测试和分析。同时,参数效应对颜色视觉辨别特性的影响仍是目前尚待进一步探讨的问题。因此,本研究利用心理物理学视觉实验方法基于CRT颜色刺激获取辨色阈值和阈上色差的实验数据,分析人眼的颜色视觉辨别特性,由此比较和评价基于CIELAB的典型色差公式(CIELAB、CMC、BFD、CIE94、LCD和CIEDE2000)的预测性能,并对色差公式的明度、彩度和色调权重函数分别进行优化以改善其色差预测性能。利用交叉阶梯法测得了CIELAB颜色空间中a~*b~*、a~*L~*和b~*L~*平面上9个CIE颜色中心的辨色阈值,为颜色视觉辨别特性研究提供了一个基于CRT色的辨色阈值视觉实验数据集。数据分析表明,CIELAB颜色空间对于辨色阈值是非视觉均匀的。利用色度椭圆对原始形式和优化形式的色差公式及其权重函数的预测性能进行了评价,发现CIEDE2000在原始形式和优化形式下均具有最优的整体预测性能;CMC表现出最佳的明度预测性能,而LCD对彩度和色调容差的预测性能则为最优。根据恒常刺激法的实验原理获得了CIELAB颜色空间中19个颜色中心在a~*b~*、a~*L~*和b~*L~*平面上的阈上色差视觉数据,为相关预测模型的研究提供了一个覆盖整个CRT显示器色域范围的翔实可靠的色差数据集。基于相应颜色视觉辨别特性的分析说明,CIELAB颜色空间对于阈上色差也是非视觉均匀的。对典型色差公式及其权重函数预测性能的比较结果表明,原始形式和优化形式的CIEDE2000在整个颜色空间中均具有最出色的表现,LCD次之;CIELAB和CIE94具有最优的明度预测性能,而LCD的彩度和色调预测性能均为最佳。研究了不同视觉尺度和不同视觉感受量对视觉容差的颜色视觉辨别特性的影响,目前国内外类似的研究较少。利用恒常刺激法获得了对应于不同视觉尺度和不同视觉感受量的明度、彩度和色调容差,以此分析了相应的颜色视觉辨别特性,并对色差公式的权重函数进行了评价。对基于不同视觉感受量的视觉容差的分析结果表明,明度容差仅与明度存在着一定的crispening效应,而与彩度和色调角无明显相关性;彩度容差和色调容差分别与色调角存在一定的依赖关系,且与明度和彩度分别成反比和正比关系。对基于不同视觉尺度的视觉容差的分析发现,视觉尺度与视觉容差基本上成线性关系。在被测试的典型色差公式中,CIEDE2000具有最佳的明度和色调预测性能,而LCD的彩度预测性能则为最优。分别基于CRT色视觉实验数据以及CRT色与物体色的综合数据,在考虑了视觉容差与视觉感受量相关性的基础上,对色差公式的明度、彩度和色调权重函数进行了优化,提出了相应权重函数的优化方程,有效改善了对视觉容差的预测性能。对优化后色差权重函数预测性能的测试结果表明,CRT色与物体色数据的视觉容差之间存在一定的差异,因此在对基于不同观察媒介的颜色进行评价时可以采用不同的权重函数来提高其色差预测性能。