Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Модель появления цвета ( CAM ) - это математическая модель, которая стремится описать аспекты восприятия цветового зрения человека , то есть условия просмотра, при которых появление цвета не совпадает с соответствующими физическими измерениями источника стимула. (Напротив, цветовая модель определяет пространство координат для описания цветов, например цветовые модели RGB и CMYK .)

Равномерное цветовое пространство ( UCS ) является цветовая модель , которая стремится сделать атрибуты цвета решений перцептивно однородным, т.е. тождественны пространственное расстояние между двумя цветами равно одинаковое количество воспринимаемой разницы в цвете. CAM при фиксированных условиях просмотра приводит к UCS; UCS с моделированием переменных условий просмотра приводит к CAM. UCS без такого моделирования все еще может использоваться как элементарный CAM.

Внешний вид [ править ]

Цвет возникает в сознании наблюдателя; «Объективно» есть только спектральное распределение мощности света, попадающего на глаза. В этом смысле любое цветовое восприятие субъективно. Однако были предприняты успешные попытки сопоставить спектральное распределение мощности света с сенсорной реакцией человека поддающимся количественной оценке способом. В 1931 году, используя психофизические измерения, Международная комиссия по освещению (CIE) создала цветовое пространство XYZ [1], которое успешно моделирует цветовое зрение человека на этом базовом сенсорном уровне.

Однако цветовая модель XYZ предполагает определенные условия просмотра (такие как локус стимуляции сетчатки, уровень яркости света, попадающего в глаз, фон за наблюдаемым объектом и уровень яркости окружающего света). Только если все эти условия остаются постоянными, два идентичных стимула с идентичными трехцветными значениями XYZ создадут идентичный цветовой вид для человека-наблюдателя. Если некоторые условия изменяются в одном случае, два одинаковых раздражители с таким одинаковыми значениями XYZ трехцветными будут создавать различные цветовые появления (и наоборот: два различных раздражителей с таким разными значениями трехцветных XYZ могут создать идентичный цветвнешний вид ).

Следовательно, если условия просмотра меняются, цветовой модели XYZ недостаточно, и требуется модель внешнего вида цвета для моделирования человеческого восприятия цвета.

Параметры внешнего вида цвета [ править ]

Основная проблема любой цветовой модели внешнего вида заключается в том, что человеческое восприятие цвета работает не с точки зрения трехцветных значений XYZ, а с точки зрения параметров внешнего вида ( оттенок , легкость , яркость , цветность, красочность и насыщенность ). Таким образом, любая цветовая модель внешнего вида должна обеспечивать преобразования (которые влияют на условия просмотра) от значений цветности XYZ к этим параметрам внешнего вида (по крайней мере, оттенок, яркость и цветность).

Явления появления цвета [ править ]

В этом разделе описаны некоторые явления цветового оформления, с которыми пытаются справиться модели цветового оформления.

Хроматическая адаптация [ править ]

Хроматическая адаптация описывает способность человеческого восприятия цвета абстрагироваться от белой точки (или цветовой температуры ) освещающего источника света при наблюдении за отражающим объектом. Для человеческого глаза кусок белой бумаги выглядит белым независимо от того, является ли он голубоватым или желтоватым. Это самый основной и самый важный из всех явлений появления цвета, и поэтому преобразование хроматической адаптации ( CAT ), которое пытается имитировать это поведение, является центральным компонентом любой модели внешнего вида цвета.

Это позволяет легко различать простые цветовые модели, основанные на трехцветных стимулах, и модели внешнего вида. Простая трехцветная цветовая модель игнорирует белую точку источника света, когда описывает цвет поверхности освещаемого объекта; если белая точка источника света изменяется, изменяется и цвет поверхности, как сообщает простая цветовая модель, основанная на трех цветах. Напротив, модель внешнего вида цвета принимает во внимание белую точку источника света (вот почему модель внешнего вида цвета требует этого значения для своих расчетов); если белая точка источника света изменяется, цвет поверхности, сообщаемый моделью внешнего вида, остается прежним.

Хроматическая адаптация является ярким примером для случая, когда два разных стимула с разными трехцветными значениями XYZ создают идентичный внешний вид цвета . Если цветовая температура освещающего источника света изменяется, то же самое происходит и с распределением спектральной мощности и, следовательно, с трехцветными значениями XYZ света, отраженного от белой бумаги; однако внешний вид цвета остается прежним (белый).

Внешний вид оттенка [ править ]

Некоторые эффекты изменяют восприятие оттенка человеком-наблюдателем:

  • Сдвиг оттенка по Бецольду – Брюке : оттенок монохроматического света изменяется в зависимости от яркости .
  • Эффект Абни : оттенок монохроматического света изменяется с добавлением белого света (который ожидается нейтральным по цвету).

Контрастный внешний вид [ править ]

Эффект Бартлесона – Бренемана

Некоторые эффекты изменяют восприятие контраста человеком-наблюдателем:

  • Эффект Стивенса: контраст увеличивается с увеличением яркости.
  • Эффект Бартлесона – Бренемана: контраст изображения (излучающих изображений, таких как изображения на ЖК-дисплее) увеличивается с увеличением яркости окружающего освещения.

Внешний вид красочности [ править ]

Есть эффект, который изменяет восприятие красочности человеком-наблюдателем:

  • Эффект охоты: цветность увеличивается с увеличением яркости.

Яркость внешнего вида [ править ]

Есть эффект, который изменяет восприятие яркости человеческим наблюдателем:

  • Эффект Гельмгольца – Кольрауша : яркость увеличивается с насыщением.

Пространственные явления [ править ]

Пространственные явления влияют на цвета только в определенном месте изображения, потому что человеческий мозг интерпретирует это местоположение определенным контекстным образом (например, как тень вместо серого цвета). Эти явления также известны как оптические иллюзии . Из-за их контекстности их особенно трудно моделировать; модели цветового оформления, которые пытаются сделать это, называются моделями цветового оформления изображения (iCAM) .

Цветовые модели внешнего вида [ править ]

Поскольку параметры внешнего вида цвета и явления внешнего вида цвета многочисленны, а задача сложна, не существует единой модели внешнего вида цвета, которая применялась бы повсеместно; вместо этого используются различные модели.

В этом разделе перечислены некоторые из используемых моделей внешнего вида. Преобразования хроматической адаптации для некоторых из этих моделей перечислены в цветовом пространстве LMS .

CIELAB [ править ]

В 1976 году CIE намеревался заменить многие существующие несовместимые модели цветового различия новой универсальной моделью цветового различия. Они пытались достичь этой цели, создав перцептивно однородное цветовое пространство (UCS), то есть цветовое пространство, в котором одинаковое пространственное расстояние между двумя цветами равно одинаковой величине воспринимаемой цветовой разницы. Хотя им это удалось лишь частично, они тем самым создали цветовое пространство CIELAB («L * a * b *»), которое имело все необходимые функции, чтобы стать первой моделью цветового оформления. Хотя CIELAB - это очень элементарная модель цветового оформления, она является одной из наиболее широко используемых, поскольку стала одним из строительных блоков управления цветом с помощью профилей ICC.. Таким образом, он в основном присутствует в цифровых изображениях.

Одним из ограничений CIELAB является то, что он не предлагает полноценной хроматической адаптации, поскольку он выполняет метод преобразования фон Криса непосредственно в цветовом пространстве XYZ (часто называемое «неправильным преобразованием фон Криса»), вместо того, чтобы преобразовывать его в цветовое пространство LMS первый для более точных результатов. Профили ICC обходят этот недостаток за счет использования матрицы преобразования Брэдфорда в цветовое пространство LMS (которое впервые появилось в модели внешнего вида цвета LLAB ) в сочетании с CIELAB.

Известно, что из-за «неправильного» преобразования CIELAB плохо работает при использовании нереференсной точки белого, что делает его плохим CAM даже при ограниченных входных данных. Неправильное преобразование также, по-видимому, является причиной его неправильного синего оттенка, который наклоняется к фиолетовому при изменении L, что также делает его несовершенным UCS.

Nayatani et al. модель [ править ]

The Nayatani et al. Цветовая модель внешнего вида фокусируется на освещении и свойствах цветопередачи источников света.

Модель охоты [ править ]

Модель внешнего вида Hunt ориентирована на воспроизведение цветного изображения (ее создатель работал в исследовательских лабораториях Kodak ). Разработка уже началась в 1980-х годах, и к 1995 году модель стала очень сложной (включая функции, которые не предлагает другие модели цветного внешнего вида, такие как включение реакции стержневых клеток ) и позволяла предсказывать широкий спектр визуальных явлений. Это оказало очень значительное влияние на CIECAM02 , но из-за своей сложности саму модель Ханта трудно использовать.

RLAB [ править ]

RLAB пытается улучшить значительные ограничения CIELAB, уделяя особое внимание воспроизведению изображений. Он хорошо справляется с этой задачей и прост в использовании, но недостаточно универсален для других приложений.

В отличие от CIELAB, RLAB использует правильный шаг фон Криса. Это также позволяет настраивать степень адаптации, позволяя настраивать значение D. «Дисконтирование источника света» все еще можно использовать, используя фиксированное значение 1,0. [2]

LLAB [ править ]

LLAB похож на RLAB , также старается оставаться простым, но дополнительно пытается быть более всеобъемлющим, чем RLAB. В конце концов, он уступил некоторую простоту полноте, но все еще не был полностью исчерпывающим. Поскольку CIECAM97s был опубликован вскоре после этого, LLAB так и не получил широкого распространения.

CIECAM97s [ править ]

После начала разработки моделей внешнего вида с помощью CIELAB в 1997 году CIE захотела разработать комплексную модель внешнего вида. Результатом стал CIECAM97, который был всеобъемлющим, но в то же время сложным и отчасти сложным в использовании. Он получил широкое признание в качестве стандартной цветовой модели внешнего вида до публикации CIECAM02 .

IPT [ править ]

Эбнер и Фэйрчайлд обратились к проблеме непостоянных линий оттенка в своем цветовом пространстве, получившем название IPT . [3] Цветовое пространство IPT преобразует данные XYZ , адаптированные к D65 (XD65, YD65, ZD65), в данные ответа длинного-среднего-короткого конуса (LMS) с использованием адаптированной формы матрицы Ханта – Пойнтера – Эстевеса (M HPE (D65) ). [4]

Модель внешнего вида цвета IPT выделяется тем, что обеспечивает формулировку оттенка, где постоянное значение оттенка равно постоянному воспринимаемому оттенку независимо от значений яркости и цветности (что является общим идеалом для любой модели внешнего вида цвета, но его трудно достичь). Поэтому он хорошо подходит для реализации отображения гаммы .

ICtCp [ править ]

ITU-R BT.2100 включает цветовое пространство под названием ICtCp , которое улучшает исходный IPT, исследуя более высокий динамический диапазон и более широкие цветовые гаммы. [5]

CIECAM02 [ править ]

После успеха CIECAM97 , CIE разработал CIECAM02 в качестве его преемника и опубликовал его в 2002 году. Он работает лучше и в то же время проще. Помимо рудиментарной модели CIELAB , CIECAM02 ближе всего к международно согласованному «стандарту» для (всеобъемлющей) модели внешнего вида цвета.

И CIECAM02, и CIECAM16 имеют некоторые нежелательные числовые свойства, если реализованы в соответствии с буквой спецификации. [6]

iCAM06 [ править ]

iCAM06 - это модель цветового оформления изображения . Таким образом, он не обрабатывает каждый пиксель изображения независимо, а в контексте всего изображения. Это позволяет включать параметры пространственного цветового оформления, такие как контраст, что делает его хорошо подходящим для изображений HDR . Это также первый шаг к рассмотрению пространственных явлений .

CAM16 [ править ]

CAM16 является преемником CIECAM02 с различными исправлениями и улучшениями. Он также имеет цветовое пространство под названием CAM16-UCS. Он опубликован рабочей группой CIE, но еще не является стандартом CIE. [7]

Другие модели [ править ]

OSA-UCS
UCS 1947 года с хорошими характеристиками и преобразованием из CIEXYZ, определенным в 1974 году. Преобразование в CIEXYZ, однако, не имеет выражения в закрытой форме, что затрудняет использование на практике.
SRLAB2
Модификация CIELAB 2009 года в духе RLAB (без учета осветителя). Использует матрицу хроматической адаптации CIECAM02 для устранения проблемы с синим оттенком. [8]
JzAzBz
UCS 2017 года, предназначенная для цветного HDR. Имеет J (яркость) и две цветности. [9]
XYB
Семейство UCS, используемое в Guetzli и JPEG XL , основная цель - сжатие. Лучшая однородность, чем у CIELAB. [8]
Оклаб
UCS 2020 года, предназначенная для обычного цветного динамического диапазона. Та же структура, что и CIELAB, но с улучшенными данными (вывод CAM16 для яркости и цветности; данные IPT для оттенка). Предназначен для простоты внедрения и использования, как и CIELAB и IPT, но с улучшением единообразия. [10]

Заметки [ править ]

  1. ^ «XYZ» относится к цветовой модели и цветовому пространству одновременно, потому что цветовое пространство XYZ - единственное цветовое пространство, которое использует цветовую модель XYZ. Это отличается, например, от цветовой модели RGB, которую используют многие цветовые пространства (например, sRGB или Adobe RGB (1998) ).
  2. ^ 10.1002 / 9781118653128.ch13
  3. ^ Эбнер; Fairchild (1998), Разработка и тестирование цветового пространства с улучшенной однородностью оттенка , Proc. 6-я конференция IS&T по созданию цветных изображений, Скоттсдейл, Аризона, стр. 8–13.
  4. ^ Эдж, Кристофер. «Патент США 8,437,053, Отображение гаммы с использованием цветового пространства с сохранением оттенка» . Проверено 9 февраля +2016 .
  5. ^ Введение в ICtCp (PDF) , 2016 г.
  6. ^ Шлёмер, Нико (2018). Алгоритмические улучшения для моделей внешнего вида цветов CIECAM02 и CAM16 . arXiv : 1802.06067 .
  7. ^ Ли, Чанцзюнь; Ли, Чжицян; Ван, Чжифэн; Сюй, Ян; Луо, Мин Ронье; Цуй, Гуйхуа; Мельгоса, Мануэль; Брилл, Майкл Х .; Пойнтер, Майкл (декабрь 2017 г.). «Комплексные цветовые решения: CAM16, CAT16 и CAM16-UCS». Исследование и применение цвета . 42 (6): 703–718. DOI : 10.1002 / col.22131 .
  8. ^ a b Левиен, Раф (18 января 2021 г.). «Интерактивный обзор Оклаба» .
  9. ^ Сафдар, Мухаммед; Цуй, Гуйхуа; Ким, Юн Джин; Луо, Мин Ронье (26 июня 2017 г.). «Воспринимаемое однородное цветовое пространство для сигналов изображения, включая высокий динамический диапазон и широкую гамму» . Оптика Экспресс . 25 (13): 15131. DOI : 10,1364 / OE.25.015131 .
  10. ^ Ottosson, Бьорн. «Воспринимаемое цветовое пространство для обработки изображений» .

Ссылки [ править ]

  • Фэйрчайлд, Марк Д. (2013). Цвет внешнего вида моделей . Серия Wiley-IS & T в области науки и технологий обработки изображений (3-е изд.). Хобокен: Джон Уайли и сыновья . ISBN 978-1-119-96703-3.