Марк Д. Фершильд. Модели цветового восприятия
Подождите немного. Документ загружается.
менное решение проблем спецификации цветовых отличий в отражающих об
разцах. Однако с тех пор пространство CIELAB стало почти повсеместно ис
пользоваться для цветовой спецификации, в частности для измерения цвето
вых отличий, и считается, что нет никаких причин к использованию CIELUV
вместо CIELAB.
3.9 СПЕЦИФИКАЦИЯ ЦВЕТОВЫХ ОТЛИЧИЙ
В пространстве CIELAB цветовые отличия измеряются как эвклидово рас
стояние между координатами двух стимулов, обозначенное как CIELAB
DE
ab
*
и вычисляемое по формуле 3.33, но также
DE
ab
*
можно выразить через отличия
в светлоте, насыщенности и цветовом тоне, как показано в уравнении 3.34,
с использованием комбинаций формул 3.33 и 3.35.
D DDDELab
ab
****/
[]=++
22212
(3.33)
DDDDELCH
ab ab ab
*** */
[]=++
22 212
(3.34)
DDDDHELC
ab ab ab
****/
[]=--
22 212
(3.35)
Несмотря на то, что цветовое пространство CIELAB создавалось с целью полу
чения цветовых отличий, равномерных по восприятию на протяжении всего
пространства (к примеру, величина
DE
ab
*
= 1.0 для пары красных стимулов по
восприятию равна величине
DE
ab
*
= 1.0 для пары серых стимулов), к этой цели не
удалось даже приблизиться. Для повышения равномерности измерений цвето
109
ГЛАВА 3 КОЛОРИМЕТРИЯ
Рис. 3.9 Трехмерное представление CIELAB L
*
, a
*
и b
*
координат.
вых отличий был выполнен ряд модификаций формулы CIELAB
DE
ab
*
, основан
ных на различных эмпирических данных. Одна из наиболее серьезных модифи
каций — это т.н. CMCформула цветовых отличий (Кларк и др., 1984), которая
основана на экспериментах по исследованию восприятия цветовых отличий, вы
полненных по заказу текстильной промышленности.
Относительно недавно CIE (1995) на основе новых экспериментальных визу
альных данных разработала и рекомендовала промышленности новые уравне
ния для вычисления цветовых отличий. Новая система уравнений называется
«Модель цветовых отличий CIE 1994 (
DD DLC H
ab ab
** *
)» и обозначается символом
DE
94
*
или аббревиатурой CIE94. Уравнение CIE94 получено из уравнения
CIELAB
DE
ab
*
, цветовые отличия CIE94 вычисляются по формулам 3.36–3.39:
D
D
DD
E
L
kS
C
kS
H
kS
LL
ab
CC
ab
H
94
2
2
*
*
**
=
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
+
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
+
H
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
2
12/
(3.36)
S
L
=1
(3.37)
SC
Cab
=+10045.
*
(3.38)
SC
Hab
=+1 0 015.
*
(3.39)
Параметрические коэффициенты k
L
, k
C
и k
H
использованы для управления
относительными поправками по светлоте, насыщенности и цветовому тону со
ответственно, при вычислении цветовых отличий для различных условий про
смотра, отклоняющихся от эталонных условий CIE94. Стоит отметить, что
в среднем по всему цветовому пространству цветовые отличия CIE94 для одной
и той же пары стимулов ощутимо меньше по величине, чем цветовые отличия
CIELAB; поэтому CIE94 (если ее значения по какойлибо причине ошибочно
принять за цветовые отличия CIELAB) продемонстрирует в целом лучшие ре
зультаты в большинстве колориметрических сфер своего применения (напри
мер, таких, как оценка результатов колориметрической характеризации цве
товоспроизводящих устройств). То же касается и CMCцветовых отличий.
В 1995 г. CIE утвердила следующий набор эталонных условий для использо
вания формул CIE94:
— освещение: имитатор CIE D65осветителя;
— освещенность: 1000 lux;
— наблюдатель: наблюдатель с нормальным цветовым зрением;
— фон: равномерный, ахроматичный, L
*
=50;
— режим просмотра: предметный;
— размер образца: больший, чем 4° визуального угла;
— пространственное взаиморасположение образцов: прямой краевой кон
такт;
— величина цветового отличия между образцами: 0–5 единиц CIELAB;
— структура образца: визуально плоский и однородный.
110
ГЛАВА 3 КОЛОРИМЕТРИЯ
Также следует отметить, что для образцов, угловой размер которых превы
шает 4°, рекомендуется использовать дополнительного стандартного колори
метрического наблюдателя CIE
1
.
Краткое описание эталонных условий для формул CIE94 подчеркивает, что
для того чтобы отработать универсальную систему измерения цветовых отли
чий, необходимо выполнить большое число исследований. Описанные пробле
мы — это лишь часть проблем, которые нужно решать в деле развития моделей
цветового восприятия.
Позднее CIE приняла формулу цветовых отличий CIE DE2000 (см. Джонсон
и Фершильд 2003, CIE 2001), которая развивает и усложняет концепцию
CIE94. И хотя формула DE2000 в отношении ряда данных точнее, чем CIE94,
изза своей повышенной сложности она, вероятнее всего, не получит широкого
прикладного распространения.
2
3.10 СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ
Выше были рассмотрены основные принципы базовой колориметрии
(см. рис. 3.1) и начат разговор о колориметрии высшей, однако, несмотря на то,
что описанные методы давно устоялись и успешно применяются на протяже
нии десятилетий, для расширения базовой колориметрии до уровня эффектив
ной спецификации цветового восприятия стимулов в широком диапазоне усло
вий просмотра, треугольник цвета на рис. 3.1 придется дополнить немалым
числом данных, то есть, как минимум, данными, описывающими:
— статус хроматической адаптации;
— статус световой адаптации;
— уровень фотометрической яркости;
— цвет фона;
— цвет окружения;
— и т.п.
В следующих главах мы будем обсуждать все эти вопросы, поскольку они
лежат на пути к развитым и работоспособным моделям цветового восприятия.
ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА К ГЛАВЕ 3
Особое внимание читателя необходимо обратить на тот факт, что кривые сложения CIE RGB
(и, соответственно, их математическое производное — кривые сложения CIE XYZ) получены с
помощью трехстимульного визуального колориметра вне какойлибо световой адаптации зре
ния. Следовательно, трехстимульные значения XYZ — это цветовые координаты стимула при
темновой адаптации наблюдателя (Федоров, 1934). Данный факт принципиально важен для
облегчения понимания дальнейшего материала книги.
Стоит отметить также, что состояние темновой адаптации часто именуют «состоянием вне
адаптации», что спорно.
111
ГЛАВА 3 КОЛОРИМЕТРИЯ
1
Здесь возможна опечатка: вероятно, автор имел в виду образцы с угловым размером более
10 °, т.е. площадью более 25 см
2
. — Прим. пер.
2
К счастью, данный прогноз не оправдывается: компания GretagMacbeth внедрила DE2000
в свой колориметрический софт, и также можно ожидать, что в скором времени им будет про
шито ППЗУ мобильных спектрофотометров SpectroEYE. — Прим. пер.
4 ТЕРМИНОЛОГИЯ МОДЕЛЕЙ
ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
В
любой научной дисциплине большая часть знаний заключена в опреде
лениях и терминах, которыми пользуются практикующие ученые. Но
вички понимают, что мало освоить азы той или иной научной концепции: нуж
но еще выучить профессиональный язык, владение которым необходимо для
точного и эффективного научного общения. При изучении науки о цветовом
восприятии сказанное особенно важно, и недаром Хант (1978) выразил сожале
ние по поводу того, что ученыецветоведы и технологи производств ведут себя
подобно Шалтаюболтаю из «Алисы в зазеркалье», который говаривал: «Когда
я произношу слово, оно означает лишь то, что я хочу, — ни больше, ни мень
ше». Однако все мы знаем, что в итоге случилось с Шалтаемболтаем.
Понятия и определения, обсуждаемые в данной главе, — это отправная точ
ка дальнейшей работы, а также гарантия того, что обсуждаемые далее концеп
ции, экспериментальные данные и модели будут восприняты последовательно
и верно. Как видно из предыдущего текста, нашу профессиональную термино
логию нельзя назвать исторически сложившейся — она все время меняется
и развивается.
4.1 ВАЖНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЙ
Отчего так трудно выработать единую и последовательную терминологию
в науке о цветовом восприятии? Возможно оттого, что ответ лежит в самоей при
роде обсуждаемого предмета: почти каждый из нас знает, каков цвет, почти ка
ждый имеет опыт цветовосприятия, накапливаемый от момента рождения, од
нако же очень немногие могут точно описать свой цветовой опыт и точно охарак
теризовать цвет. Врожденное знание в совокупности с привычкой невнятно вы
ражаться (к примеру: «теплее», «холоднее», «ярче», «чище», «свежее») приво
дит к тому, что при, казалось бы, полной очевидности обсуждаемого предмета
точно охарактеризовать его может далеко не каждый, но если цветовое воспри
ятие описать систематическим, математическим путем, то все составные эле
менты данного феномена будут иметь четкое и согласованное определение.
Поскольку моделирование цветового восприятия остается сферой активно
го научного исследования, мы не найдем в истории нашей науки твердых, усто
явшихся формулировок. Определения, приведенные в текущей главе, взяты из
трех источников: первый и самый авторитетный — «Международный освети
тельный словарь»
1
, опубликованный Международной Комиссией по освеще
113
1
Опубликован на четырех языках: английском, французском, немецком и русском. —
Прим. пер.
нию — CIE (CIE 1987). «Международный осветительный словарь» включает
в себя определения примерно 950ти понятий и величин, касающихся света
и цвета, и создан он «во имя продвижения международных стандартов по вели
чинам, единицам, символам и терминам». Оставшиеся два источника — это
статьи Ханта (1977, 1978), в которых он дает описание работы по подготовке
к выходу в свет последней редакции упомянутого словаря.
Отметим, что «Международный осветительный словарь» ныне вновь пере
сматривается, но существует непротиворечащий ему т.н. ASTMстандарт на
феноменологическую терминологию (ASTM, 1995).
Следует иметь в виду, что приведенные ниже определения — это сугубо пер
цепционные понятия: они характеризуют наше восприятие цветовых стиму
лов, но не являются определениями специфических колориметрических вели
чин. Напомним, что целью создания и использования моделей цветового вос
приятия является развитие и использование физически измеряемых величин,
коррелирующих с атрибутами цветового восприятия, описанными ниже.
4.2 ЦВЕТ
К определению цвета предъявляются довольно интересные и сложные тре
бования, и, несмотря на то, что каждый из нас знает, каков цвет, очень сложно
дать его отвлеченное определение без использования какихлибо примеров.
Как мы увидим ниже, даже самые лучшие и самые знающие ученыецвето
веды, в частности те, что написали «Международный осветительный словарь»,
не смогли дать такое определение.
ð
Цвет (Color) — это атрибут зрительного ощущения, содержащий не
кую комбинацию хроматических и ахроматических компонентов.
Этот атрибут может быть описан как по хроматическому компоненту
(например: желтый, оранжевый, коричневый, красный, розовый, зе
леный, синий, фиолетовый и т.д.), так и по ахроматическому (белый,
серый, черный и т.д.), а также квалифицирован как яркий, тусклый,
светлый, темный и т.п. или описан комбинацией перечисленных на
именований.
Авторы определения четко понимали, что цветовое восприятие — далеко не
простая вещь, и сделали примечание, которое фактически отвечает на вопрос:
зачем нужны модели цветового восприятия?
ð
Примечание: цветовое восприятие определяется спектральным рас
пределением энергии цветового стимула и зависит от размера, формы,
структуры и окружения области этого стимула, а также от статуса
адаптации зрительной системы наблюдателя и его личного опыта пре
бывания в подобных ситуациях наблюдения (как в превалирующих
ситуациях в его жизненном опыте).
Данное примечание прямым текстом говорит нам о большом числе физиче
114
ГЛАВА 4 ТЕРМИНОЛОГИЯ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
ских, физиологических, психологических и когнитивных переменных, воз
действующих на цветовое восприятие, многие из которых обсуждаются в дан
ной книге.
В то время как вышеупомянутое определение цвета неудовлетворительно
изза своей неконкретности, прочие (вполне конкретные) определения пред
ставляются еще менее удовлетворительными, к примеру, одно из определений
звучит так: цвет — это атрибут зрительного стимула, не зависящий от про
странственных и временных переменных. Такое определение вообще никуда не
годится, поскольку при отсутствии временн
¢
ых и пространственных вариаций
стимула его цветовое восприятие просто исчезнет.
Несмотря на трудности в формулировке определения цвета как такового,
различные атрибуты цвета могут быть описаны достаточно точно, и их опреде
ления играют важнейшую роль в моделировании цветового восприятия.
4.3 ЦВЕТОВОЙ ТОН
ð
Цветовой тон (Hue) — это атрибут зрительного ощущения, благодаря
которому область просмотра воспринимается подобной одному из од
нозначных цветов: красному, желтому, зеленому и синему или комби
нации двух из них.
ð
Ахроматический цвет (Achromatic Color) — цвет, лишенный цветового
тона.
ð
Хроматический цвет (Chromatic Color) — цвет, имеющий цветовой
тон.
Еще раз повторим: затруднительно, но все же возможно определить цвето
вой тон без использования конкретных примеров, причем отчасти это опреде
ление зависит от природы восприятия цветового тона, что иллюстрирует нам
естественная интервальная шкала, традиционно именуемая «цветовым кру
гом».
Отметим, что не существует нулевого цветового тона. Цвет, лишенный цве
тового тона, можно описать, но не существует вида восприятия, соответствую
щего цветовому тону с нулевым значением, поэтому модели цветового воспри
ятия, разговор о которых пойдет в следующих главах, никогда не описывают
цветовой тон по шкалам, ранг которых превышает интервальный.
«Круговая» природа цветового тона продемонстрирована на рис. 5.2, иллю
стрирующем размерность цветового тона в манселловском атласе цветов.
Цветовой круг на рис. 5.2 иллюстрирует также и то, каким образом все цвето
вые тона могут быть описаны в понятиях «красный», «желтый», «зеленый»,
«синий» (или их комбинациях), как то предписывает оппонентная теория цве
тового зрения, а прочие тона включают в себя цветовые переходы, наблюдае
мые в видимом спектре или радуге.
Три из четырех кубиков, показанных на рис. 4.1, имеют три разных цвето
115
ГЛАВА 4 ТЕРМИНОЛОГИЯ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
вых тона: красный, зеленый и синий; четвертый — белый и, следовательно, ах
роматичный, не обладающий цветовым тоном.
4.4 СУБЪЕКТИВНАЯ ЯРКОСТЬ И СВЕТЛОТА
ð
Субъективная яркость (Brightness) — это атрибут зрительного ощуще
ния, согласно которому область просмотра воспринимается как испус
кающая большее или меньшее количество света.
ð
Светлота (Lightness) — это субъективная яркость области просмотра,
оцениваемая относительно субъективной яркости аналогично осве
щенной поверхности, воспринимаемой как белая или высокопрозрач
ная.
Примечание: только неизолированные цвета (см. параграф 4.7) имеют
светлоту.
Определения субъективной яркости и светлоты вполне конкретны и интуи
тивны, но важно отметить, что субъективная яркость относится к абсолютному
уровню восприятия, тогда как о светлоте мы говорим как об относительной
субъективной яркости, то есть о субъективной яркости, нормированной на от
личия в освещении или условиях просмотра. Классический пример: лист бума
ги, например страница данной книги. Если этот лист освещен типичным офис
ным светом, то он будет обладать определенной субъективной яркостью и до
116
ГЛАВА 4 ТЕРМИНОЛОГИЯ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
Рис. 4.1 Компьютерная презентация четырех кубиков, освещенных двумя источниками света
с различной интенсивностью и разными углами освещения. Используется для демонстрации
различных атрибутов цветового восприятия.
вольно высокой светлотой (вероятнее всего — это будет самый светлый стимул
в поле зрения и, следовательно, белый): если смотреть на книжку при солнеч
ном освещении, то от страницы будет отражаться значительно большее количе
ство энергии и бумага будет восприниматься более яркой, однако, вероятнее
всего, бумага попрежнему будет предъявлять нам самый светлый стимул поля
зрения и сохранит свою высокую светлоту, причем приблизительно такую же,
как и при офисном освещении. Иными словами, бумага попрежнему воспри
нимается белой, даже несмотря на то, что солнечное освещение куда ярче, чем
офисное. Фактически это был пример того, что светлота в целом константна.
На рис. 4.1 показаны четыре кубика, освещенные двумя источниками с раз
личной интенсивностью, но одинаковой цветностью. Представьте себе, что вы
действительно рассматриваете эти кубики при таком освещении: в этом случае
станет ясно, что разные стороны кубиков поразному освещены и демонстриру
ют различные яркости. Однако, если попросить вас оценить светлоту красного,
зеленого и синего кубиков, вы дадите однозначный ответ, что все три кубика на
сходных гранях имеют одинаковую светлоту, поскольку вы будете интерпрети
ровать светлоту как яркость относительно яркости аналогично освещенного бе
лого объекта.
4.5 ПОЛНОТА ЦВЕТА И НАСЫЩЕННОСТЬ
ð
Полнота цвета (Colorfulness)
1
— это атрибут зрительного ощущения,
согласно которому область просмотра воспринимается как более или
менее хроматичная.
Примечание: для цветового стимула с данной цветностью (в случае не
изолированных цветов) и с данным коэффициентом яркости полнота
цвета обычно увеличивается по мере повышения яркости, за исключе
нием тех случаев, когда яркость чересчур велика.
ð
Насыщенность (Chroma) — это отношение полноты цвета области про
смотра к субъективной яркости аналогично освещенной области, вос
принимаемой как белая или высокопрозрачная.
Примечание: для данных условий просмотра и уровней яркости в диа
пазоне фотопического зрения неизолированный цветовой стимул, ис
пускаемый поверхностью с данным коэффициентом яркости, на всех
уровнях этой яркости воспринимается как цвет с данной цветностью
и постоянной насыщенностью (за исключением очень высоких ярко
стей). Если при прочих равных, при данном уровне яркости, коэффи
циент яркости повышается, то обычно растет и насыщенность.
Как было показано в главах 1–3, цветовое восприятие в целом трехмерно.
117
ГЛАВА 4 ТЕРМИНОЛОГИЯ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
1
Из соображений удобочитаемости в ряде контекстов полный термин «полнота цвета» со
кращен до «полнота». — Прим. пер.
Два измерения (цветовой тон и субъективная яркость/светлота) уже были оп
ределены, и теперь на очереди полнота цвета и насыщенность.
Полнота цвета относится к насыщенности, как субъективная яркость
к светлоте. Соответственно можно говорить, что насыщенность — это относи
тельная полнота цвета, равно как светлота — это относительная субъективная
яркость. Полнота цвета описывает интенсивность цветового тона данного цве
тового стимула. Таким образом, ахроматические цвета демонстрируют нуле
вые полноту цвета и насыщенность, по мере же увеличения цветового компо
нента (при постоянных яркости/светлоте и цветовом тоне) полнота цвета и на
сыщенность растут.
Подобно светлоте насыщенность в целом константна на любых уровнях яр
кости стимула, однако отметим, что насыщенность может измениться, если ме
няется цвет освещения. С другой стороны, полнота цвета данного объекта рас
тет по мере повышения яркости стимула, поскольку полнота цвета — это абсо
лютная перцепционная величина.
Рис. 4.1 демонстрирует отличие полноты цвета от насыщенности: вновь
представьте себя в тех же условиях освещения, что и кубики рисунка 4.1. По
скольку разные стороны красного, зеленого и синего кубиков освещены с раз
ной интенсивностью, но одним и тем же светом, они будут отличаться по полно
те цвета, однако же, если вы попытаетесь оценить насыщенность кубиков, вам
придется признать, что она одинакова у всех трех на всех гранях: так произой
дет потому, что вы будете оценивать каждую сторону относительно белого объ
екта, освещенного сходным образом. Более освещенные стороны кубиков де
монстрируют большую полноту цвета, но насыщенность в целом постоянна
у каждого кубика.
4.6 ЧИСТОТА ЦВЕТА
ð
Чистота цвета (Saturation)
1
— это полнота цвета области просмотра по
отношению к ее субъективной яркости.
Примечание: для данных условий просмотра и уровней яркости в диа
пазоне фотопического зрения цветовой стимул с данной цветностью
в целом константен по чистоте цвета на всех уровнях своей яркости за
исключением сверхвысокой яркости.
Чистота цвета — это уникальный перцепционный опыт, отличный от насы
щенности. Аналогично насыщенности, о чистоте можно говорить как об отно
сительной полноте цвета, однако чистота цвета — это полнота цвета стимула по
отношению к его собственной яркости, тогда как насыщенность — это полнота
цвета по отношению к субъективной яркости сходным образом освещенной об
ласти, воспринимаемой как белая. Таким образом, насыщенность стимула оце
нивается по отношению к другим цветам, тогда как о чистоте цвета мы говорим
118
ГЛАВА 4 ТЕРМИНОЛОГИЯ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
1
Из соображений удобочитаемости в ряде контекстов полный термин «чистота цвета» сокра
щен до «чистота». — Прим. пер.