Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

Шаг 3

Определение уровня адаптации (величины Dкоэффициента)

[]

DFF L L

=- + +1 2 300

()(/ )

где F = 1 по стимулам, предъявленным в окружении, фотометрическая яркость кото

рого равна средней фотометрической яркости образцов в комплекте, и F = 0.9 по сти

мулам, предъявленным в тусклом или темном окружениях.

Однако ежели когнитивный компонент восприятия таков, что хроматическая

адаптация является полной (т.е. осветитель в сознании наблюдателя полностью обес

цвечен), коэффициент D приравнивается к единице.

Когда адаптация полностью отсутствует (например, в первый момент после смены

условий просмотра), то D = 0.

Когда когнитивное обесцвечивание осветителя частично, например при проекци

онном просмотре слайдов в темном окружении, D вычисляется по формуле:

[]

FF L L

+- + +1 1 2 300

()(/ )

Шаг 4

Вычисление согласованных R

псевдооткликов на стимул при эталонном осве

тителе:

[]

RDRR DR

GDGG DG

BDBB

cwrw

=+-

(/)

[]

DB B

BDBB DB B pBB

при

при , где

cwrw wwr

=- + - < =

(/) ( )

.0834

Шаг 5

Вычисление согласованных X

значений стимула при эталонном осветителе:

BFD

-1

, где

BFD

0 98699 0 14705 0 15996

0 43231 0 51836 0 04926

...

0 00853 0 04004 0 96849...

***

Методика инверсии CAT97 дана в разделе 34.7.

34.6 ИНДЕКС ЦВЕТОВОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ (CON97)

Воспроизведению самосветящихся изображений (как, скажем, при телевизионном

показе или визуализации цифрового файла экраном монитора) специального источни

ка освещения не требуется. Но показу слайдов или отпечатков всегда необходим осве



781

ГЛАВА 34 АЛГОРИТМЫ CAT97 И CON97

титель, и в этих случаях крайне важным является учет изменений в восприятии, воз



никающих в результате изменений в характере освещения.

Отследить изменения можно визуально, рассматривая один и тот же образец в све

те разных источников. Однако сие далеко не так просто, как может показаться на пер

вый взгляд: когда спектральный состав освещения меняется быстро, зрение не успева

ет адаптироваться, но когда времени достаточно и наступает полная адаптация, то

очень трудно запомнить характер цветового ощущения, возникавшего при предыду

щем источнике. Следовательно, необходимы инструментальные методы оценки, и,

в частности, потому, что очень часто имеют место обстоятельства, когда цветорепро

дукционная система задействует комбинации множества красок самого разного про

исхождения, но при этом нет образцов, пригодных к визуальной инспекции.

Итак, нетрудно догадаться, что методика инструментальной оценки изменений,

возникающих при смене характера освещения, зиждется на описанном в предыдущем

разделе расчете смены хроматической адаптации наблюдателя.

Инструментальный метод требует измерения трехстимульных значений (XYZ)

стимула, создаваемого образцом при тестовом освещении, к примеру при Стандартном

Аосветителе, и трехстимульных значений второго стимула, создаваемого тем же об

разцом (X

) при эталонном освещении, скажем D

. После этого выполняется рас

чет смены хроматической адаптации, прогнозирующий X

значения согласован

ного стимула, т.е. стимула, который при эталонном освещении вызовет точно такое же

цветовое ощущение, что исходный (тестовый) стимул при освещении тестовом.

Если X

значения окажутся отличными от значений X

, то величина этого

отличия явится мерой цветовой нестабильности образца при смене тестового освеще

ния на эталонное (см. рис. 34.2). При вычислении трехстимульных значений согласо

ванного стимула коэффициент D приравнивается к единице, дабы по опорному белому

отличие оказалось равным нулю, поскольку считается, что идеальный отражающий

рассеиватель обладает нулевой цветовой нестабильностью.

Итак, степень цветовой нестабильности образца можно рассчитать в показателях

т.н. индекса цветовой нестабильности от 1997 г. (Color Inconstancy Index 1997 —

CON97):

Шаг 1

Измеряются колориметром или вычисляются из спектральных данных

XYZзначения стимула, созданного образцом при тестовом освещении. Аналогично

измеряются (или вычисляются из спектральных данных) X

значения стимула,

созданного этим же образцом при освещении эталонном. Разница между X



и XYZзначениями, напомним, будет представлять собой колориметрический сдвиг,

возникающий при смене осветителя.

Шаг 2

Используя CAT97 при D =1,изXYZзначений стимула, инициированного образцом

при тестовом освещении, вычисляются X

значения согласованного стимула

при освещении эталонном. Разница между X

иXYZзначениями, напомним,

будет представлять собой адаптивный хроматический сдвиг.

Шаг 3

С помощью той или иной формулы цветовых отличий (коих несколько, в частно

сти — CIE

, CMC, CIE94, CIE DE2000) вычисляется разница между значениями

и X

, которая и являет собой индекс цветовой нестабильности (CON97).

782

ГЛАВА 34 АЛГОРИТМЫ CAT97 И CON97

Примечание 1

Коль скоро XYZзначения можно рассчитать либо на основе трихроматических кривых Стандартного колоримет

рического наблюдателя CIE от 1931 г., либо на основе трихроматических кривых Дополнительного стандартного

колориметрического наблюдателя CIE от 1964 г., вариант использованных кривых должен четко оговариваться.

Поэтому во втором случае принято все колориметрические данные снабжать подстрочным индексом 10.

Примечание 2

Оба осветителя должны быть специфицированы, и всегда, когда только возможно, в качестве эталонного должен

выступать Стандартный D

осветитель.

Примечание 3

Использованная формула цветовых отличий должна быть четко оговорена.

34.7 ИНВЕРСИЯ CAT97

В некоторых ситуациях (например, при подготовке изображений к печати в не

стандартных просмотровых условиях. — Прим. пер.) требуется выполнение обратного

расчета смены хроматической адаптации. Алгоритм, применимый к CAT97, дан ниже

(Hunt, 1997).

Понятно, что исходными данными в этом случае явятся величины X

783

ГЛАВА 34 АЛГОРИТМЫ CAT97 И CON97

Ñîãëàñîâàííûé ñòèìóë

Ñòèìóë, ñîçäàâàåìûé

îáðàçöîì ïðè òåñòîâîì

îñâåùåíèè

Ñòèìóë, ñîçäàâàåìûé

îáðàçöîì ïðè ýòàëîííîì

îñâåùåíèè

Àäàïòèâíûé ñäâèã

Êîëîðèìåòðè÷åñêèé ñäâèã ïðè ñìåíå îñâåòèòåëÿ

Öâåòîâàÿ íåñòàáèëüíîñòü

Ñîãëàñîâàííûé ñòèìóë  ýòî

ñòèìóë, êîòîðûé ïðè ýòàëîííîì

îñâåùåíèè âûçûâàåò òàêîå æå

çðèòåëüíîå îùóùåíèå, ÷òî è

ñòèìóë, ñîçäàííûé îáðàçöîì ïðè

îñâåùåíèè òåñòîâîì.

Ïàðàìåòðû ñîãëàñîâàííûõ

ñòèìóëîâ ìîæíî ðàññ÷èòûâàòü

ñ ïîìîùüþ ìîäåëåé ñìåíû

õðîìàòè÷åñêîé àäàïòàöèè

íàáëþäàòåëÿ (CAT).

Рис. 34.2 Взаимоотношения между колориметрическим сдвигом, возникающим при смене ос

ветителя, адаптивным сдвигом и цветовой нестабильностью.

Обратный шаг 1

BFD

Обратный шаг 2

()YY R

()YY G

()YY B

Обратный шаг 3

[]

()() (/)

YY R YY R DR R D

YY R YY G DG G

cccwrw

=+-

[]

[][]

=+-

YY B YY B DB B D

() () (/)

cccwrw

Если

()YY B

< 0

, то

()

YY B

должно быть меньше 0.

Обратный шаг 4

=++YYRYGYYBY

0 43231 0 51836 0 04929

...()

()

(/ )

11-

Обратный шаг 5

¢¢

YY R

YY G

BFD

()

/(/)

()

BYY

11-

Обратный шаг 6

Умножение

¢¢

на

и получение

¢¢ ¢¢ ¢¢

XYZ

, плотно аппроксими

рующих XYZ.

Примечание:

Величина

несколько отлична от Y, поскольку вместо YB используется

()

YY BY

. Однако умножение на

0.04929 позволяет свести отличия к минимуму. Показатель

()( ) ()()

/(/) (/)

YY B Y Y YY BYY

pp p

cc c

111 11

, однако

поскольку Y и

очень близки друг к другу, а p редко когда отличен от 1.0 (по Аосветителю он равен 0.914), то

()( ) ()

/(/)

YY B Y Y YY B

cc c

111

, что необходимо для получения корректных величин

***

Напомним, что в Приложении 6 мы рассмотрим модель смены хроматической

адаптации CAT02, положенную в основу модели CIECAM02.

ПРЕДМЕТНЫЕ ССЫЛКИ

Estevez, O. On the fundamental data base of normal и dichromatic vision. Ph.D. Thesis.

University of Amsterdam (1979).

Hunt, R.W.G. Measuring Colour, 3rd Edn., p. 124, Fountain Press, KingstonuponThames

(1998).

784

ГЛАВА 34 АЛГОРИТМЫ CAT97 И CON97

Hunt, R.W.G. Color Res. Appl., 22, 355 (1997).

Lam, K.M. Metamerism и colour constancy. Ph.D. Thesis. University of Bradford (1985).

Luo, M.R., и Hunt, R.W.G. Color Res. Appl., 23, 154 (1998).

Luo, M.R., Lo, M.C. & Kuo, W.G. Color Res. Appl., 21, 412 (1996).

Von Kries, J.A. In Hиbuch der Physiologisches Optik, Vol. II (W. Nagel, ed), pp. 366–369,

Leopold Voss, Hamburg (1911).

785

ГЛАВА 34 АЛГОРИТМЫ CAT97 И CON97

35 МОДЕЛЬ CIECAM97S

35.1 ВВЕДЕНИЕ

чет визуальных эффектов, возникающих при смене условий просмотра сцен

и изображений сцен, в частности характера освещения, удобнее всего выпол

нять с помощью т.н. моделей цветового восприятия (моделей результатов цветового

восприятия). Такие модели на протяжении нескольких десятков лет разрабатывались

множеством исследователей: Сэймом и Вальбергом (Seim и Valberg, 1986), Наятани,

Токахамой, Собагаки, Хашимото и Яно (Nayatani, Takahama и Sobagaki, 1986;

Nayatani, Hashimoto, Takahama и Sobagaki, 1987; Nayatani, Takahama, Sobagaki

и Hashimoto, 1990; Nayatani, Sobagaki, Hashimoto и Yano, 1997), Фершильдом и Берн

сом (Fairchild и Berns, 1993; Fairchild, 1996), Хантом, Поинтером, Луо, Ло и Куо (Hunt

и Pointer, 1985; Hunt, 1982, 1985, 1987, 1989, 1991 и 1994; Hunt и Luo, 1994; Luo, Lo

и Kuo, 1996; Fairchild, 1997).

Любопытно, что модели цветового восприятия позволяют прогнозировать не толь

ко величины — корреляты цветового тона (hue), чистоты цвета (saturation), насыщен

ности (chroma) и светлоты (lightness), используемые в системах CIELAB и CIELUV, но

также показатели субъективной яркости (brightness) и полноты цвета (colorfulness).

Последние все чаще находят практическое применение (Pointer, 1986; MacDonald, Luo

и Scrivener, 1990; Luo, Clarke, Rhodes, Schappo, Scrivener и Tait, 1991; Attridge,

Pointer и Jacobson, 1997).

В 1997 г. Международная светотехническая комиссия (CIE) утвердила модель, ос

нованную на лучших компонентах всех ранее существовавших моделей и получив

шую название CIECAM97s (Luo и Hunt, 1998), которая будет рассмотрена в текущей

главе, а ее последнее обновление — модель CIECAM02 — в Приложении 6.

Отметим, что CIECAM97s отличается от модели Hunt 94, представленной в пятой

редакции данной книги, по следующим параметрам:

— смена хроматической адаптации наблюдателя моделируется CAT97преобразо

ванием, описанным в 34 главе;

— в уравнениях расчета показателя насыщенности изменены некоторые констан

ты;

— изменены способы расчета т.н. предикторов (прогностических показателей)

светлоты, чистоты цвета, субъективной яркости и полноты цвета.

Входные данные CIECAM97s даны в разделах 35.22 и 35.24.

35.2 ПОЛЕ ЗРЕНИЯ

В отношении т.н. неизолированных цветовых стимулов, т.е. стимулов, соседствую

щих с другими стимулами (что свойственно изображениям реальных сцен), позицио

нировано пять компонент поля зрения:

Цветовой элемент — равномерно окрашенный образец с угловым размером 2°,

создающий собственно исследуемый стимул.

787

Проксимальное поле — непосредственное окружение цветового элемента, рас



пространяемое по всем направлениям на 2° от края последнего.

Фон — окружение цветового элемента, распространяемое по всем направлениям

на 10° от края проксимального поля. Когда проксимальное поле создает тот же

стимул, что и фон, последний рассматривается как расширение первого.

Окружение — пространство за границами фона.

Адаптирующее поле — все объекты, сопутствующие цветовому элементу, вклю

чая проксимальное поле, фон, окружение, а также все прочие предметы в поле

зрения.

Объекты реальных сцен бесконечно разнообразны по спектральному составу обра

зуемых ими стимулов. Однако феномен т.н. цветовой константности (см. гл. 34) ра

дикально снижает это разнообразие в восприятии. Условное деление поля зрения на

компоненты позволило облегчить ситуацию, дав тем самым возможность эффективно

го прогнозирования результатов цветового восприятия стимулов при разных услови

ях просмотра и с учетом важнейших факторов, влияющих на эти результаты.

Когда угловой размер исследуемого стимула превышает 4°, его трехстимульные

значения должны рассчитываться по трихроматическим кривым Дополнительного

стандартного колориметрического наблюдателя CIE и снабжаться подстрочным ин

дексом «10».

Наконец, отметим, что проксимальное поле как таковое сегодня пока не использу

ется, но оно включено в спецификацию поля зрения с целью упрощения моделирова

ния эффектов симультанного контраста и смазывания будущими моделями.

35.3 ХРОМАТИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ

В 1997 г. CIE утвердила схему расчета смены хроматической адаптации наблюдате

ля (см. раздел 34.5) — CAT97 (Chromatic Adaptation Transform). Сей расчет использует

ся в качестве инструмента конверсии трехстимульных значений (XYZ) исследуемого

(тестового) стимула в трехстимульные значения (X

) стимула, предъявленного в

эталонных условиях просмотра и согласованного с исследуемым по зрительному ощу

щению.

35.3.1 Неполная хроматическая адаптация и эталонная цветность

Поскольку достаточно часто возникает практическая необходимость в прогнозиро

вании результатов восприятия при неполной хроматической адаптации (Nayatani,

1997), в спецификацию эталонных условий просмотра должна входить эталонная

цветность, относительно которой тестовые условия можно рассматривать как более

или менее хроматичные. В качестве эталонной цветности выбрали цветность равно

энергетического стимула (S

), поскольку, как в свое время было показано Джеймсо

ном и Гурвичем (Hurvich и Jameson, 1951), такой стимул при темновой адаптации вос

принимается ахроматичным.

788

ГЛАВА 35 МОДЕЛЬ CIECAM97S

35.3.2 Полная хроматическая адаптация и когнитивное

обесцвечивание осветителя

Когда наблюдатель пытается идентифицировать объект по цветовому ощущению,

его зрительная система очень часто выполняет т.н. перцепционный учет цветности

превалирующего освещения (McCann и Houston, 1983; Arend и Reeves, 1986). К при

меру, когда наблюдатель с листом бумаги в руках входит с улицы в помещение, осве

щенное светом ламп накаливания, то, несмотря на то, что при этих лампах бумага вос

принимается желтоватой, она все равно идентифицируется наблюдателем как белая.

Сей эффект иногда называют эффектом когнитивного обесцвечивания осветителя.

Данный режим восприятия (режим полной хроматической адаптации) можно смо

делировать, установив Dпараметр CAT97 на единицу. Когда адаптации нет, то D уста

навливается на ноль. В отношении же большинства просмотровых ситуаций принята

следующая схема: D стремится к единице по мере роста фотометрической яркости

адаптирующего стимула. В ситуациях, когда превалирующее освещение частично

обесцвечено зрительной системой наблюдателя, например при проекционном показе

слайдов в темном окружении, D можно установить на некое промежуточное значение.

Напомним, что RGBпеременные CAT97 не являются подлинными величинами

колбочковых откликов, но лишь их линейной комбинацией, имеющей в своем составе

участки отрицательных значений (см. рис. 34.1). Поэтому полученные трехстимуль

ные значения (X

) согласованного стимула затем необходимо преобразовать в на

бор колбочковых откликов.

35.4 СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КОЛБОЧЕК

Набор подлинных спектральных чувствительностей колбочек человеческой сет

чатки показан на рис. 35.1. Приведенные кривые являются линейной комбинацией

трихроматических кривых

x()l

y()l

z()l

Стандартного колориметрического наблю

дателя CIE от 1931 г. По обоим Стандартным наблюдателям (основному от 1931 г. и до

полнительному от 1964 г.) спектральные чувствительности колбочек получены из со

ответствующих трихроматических кривых путем матричного расчета по следующим

уравнениям:

=+-

=- + +

0 38971 0 68898 0 07868

0 22981 118340 0

...

XYZ

XY.

04641

100000

Zb=

Соответствующий набор уравнений обратного преобразования выглядит следую

щим образом:

=-+

191019 111214 0 20195

0 37095 0 62905

...

rgb

.00000b

Коэффициенты в обоих наборах уравнений подобраны так, что величины колбоч

ковых откликов (rgb) на равноэнергетический стимул (S

) оказываются равными друг

другу.

Величины r, g и b можно рассматривать как количества излучения, эффективно по



789

ГЛАВА 35 МОДЕЛЬ CIECAM97S

глощенные колбочками трех разных типов (на единицу площади сетчатки) при эта

лонном статусе адаптации по свету, падающему на роговицу глаза.

Пунктирные линии на рис. 35.1 демонстрируют спектральные чувствительности

колбочек, полученные в исследованиях Эстевец по двухградусному наблюдателю

(Estevez, 1979). Кривые Эстевец не являются точной линейной комбинацией трихро

матических кривых двухградусного Стандартного наблюдателя CIE (что на практике

создает большие неудобства), поэтому используются кривые, данные сплошными ли

ниями.

В приведенных выше уравнениях коэффициенты подобраны так, что пик правой

кривой приходится на 565 нм (вместо 585 нм), что подтверждается рядом исследова

ний (Smith и Pokorny, 1972). Стоит сказать, что сдвиг пиков примерно на 20 нм почти

не оказывает влияния на прогностическую точность моделей восприятия, но несколь

ко усложняет критерии выбора т.н. однозначных цветовых тонов (см. раздел 35.9).

Отметим также, что приведенный выше набор уравнений расчета колбочковых от

кликов (rgb) используется в том числе при вычислении трехстимульных значений со

гласованных стимулов (X

35.5 ФУНКЦИИ КОЛБОЧКОВЫХ ОТКЛИКОВ

Очевидно, что мы должны уметь прогнозировать зависимость колбочковых откли

ков от интенсивности стимула, предъявленного в данных условиях просмотра (под ин

тенсивностью стимула мы понимаем только колориметрическое количество стимула,

790

ГЛАВА 35 МОДЕЛЬ CIECAM97S

400 500 600 700

0.2

0.4

0.6

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Äëèíà âîëíû (íì)

×óâñòâèòåëüíîñòü êîëáî÷åê

Рис. 35.1 Функции спектральных чувствительностей колбочек, используемые в моделях кол

бочкового зрения (сплошные линии), в сравнении с кривыми Эстевец (пуктирные линии). По

оси абсцисс отложены длины волн света, падающего на роговицу глаза (не на сетчатку).