Марк Д. Фершильд. Модели цветового восприятия

Подождите немного. Документ загружается.

GDGG DG

r0r0

=+-[( / ) ]1

(14.28)

BDBB DB

r0r

=+-[( / ) ]

(14.29)

b=(/ )

00834

(14.30)

В случаях, когда Bответы отрицательны, уравнение 14.29 заменяется на

уравнение 14.31, дабы корень не имел отрицательных значений:

BDBB DB

r0r

=- + -[( / ) ]| |

(14.31)

Dкоэффициенты уравнений 14.27–14.31 позволяют учитывать степень

когнитивного обесцвечивания осветителя: когда оно возникает, D = 1.0 и на



блюдатели полностью адаптированы к цвету источника освещения. Если адап



тации нет, то D = 0.0 и наблюдатели считаются адаптированными по эталонно



му осветителю. Когда наблюдатели адаптированы по источнику освещения

с промежуточной цветностью, D указывает на долю адаптации по фактическо

му источнику (в этом состоит отличие Dзначений модели LLAB от таковых

в RLAB, где данная переменная при разных уровнях неполной адаптации зави

сит от цвета и яркости источника: если D = 0.0 в RLAB, это означает не отсутст

вие адаптации, а неполноту адаптации по фактическому источнику).

Последний шаг в расчете смены хроматической адаптации — это конверсия

колбочковых сигналов по эталонным условиям просмотра в CIEтрехстимуль

ные значения X

(уравнение 14.32):

= M

–1

(14.32)

Оппонентные цветовые размерности

При расчете оппонентных размерностей согласованные трехстимульные

значения при эталонном осветителе (D65) с использованием модифицирован



ной CIELABформулировки преобразуются в предварительные оппонентные

размерности (уравнения 14.33–14.36):

LfY

=-116 100 16(/ )

(14.33)

zFY=+1 100

(/ )

(14.34)

AfX fY=-500 95 05 100[( / . ) ( / )]

(14.35)

289

ГЛАВА 14 ПРОЧИЕ МОДЕЛИ

BfY fZ=-200 100 108 88[( / ) ( / . )]

(14.36)

где:

— степень «z» используется для учета светлотного контраста с фоном (на



помним, что подобная форма использована в модели Ханта);

— нелинейность L

, AиBразмерностей (следуя определению CIELABурав



нений) зависит от относительных трехстимульных значений (уравнения 14.37

и 14.38).

Для значений

w>0 008856.

используется уравнение 14.37:

() ()

ww=

(14.37)

Для значений

w£0 008856.

— уравнение 14.38:

() [(. / )/. ] /

ww=- +0 008856 16 116 0 008856 16 116

(14.38)

Значение F

зависит от относительной яркости окружения, что показано

в таблице 14.2. Данная зависимость подобна зависимости от окружения, учи

тываемой RLABмоделью.

Корреляты восприятия

LLABмодель выдает предикторы светлоты, насыщенности, полноты цвета,

чистоты цвета, угла цветового тона и состава цветового тона.

Предиктор светлоты (L

) определен уравнением 14.33. Предиктор насыщен

ности (Ch

) и полноты цвета (C

) получают с использованием нелинейной функ

ции, которая аналогична взвешивающей функции насыщенности, задейство

ванной в СМСформулах. Поведение СМСформул в LLABцветовом простран



стве описывается уравнениями 14.39–14.43:

CAB=+()

(14.39)

Ch C

=+25 1 0 05ln( . )

(14.40)

CChSSF

LLMCC

(14.41)

SLL

Log=+ -10 0 47 0 057

..log().[()]

(14.42)

SLL

MLL

=+ -07 0 02 0 0002

.. .

(14.43)

где:

— F

— это коэффициент индукции насыщенности, определяемый по табли



це 14.2;

290

ГЛАВА 14 ПРОЧИЕ МОДЕЛИ

— S

— обеспечивает яркостную зависимость, необходимую для предсказа



ния повышения полноты цвета по мере роста фотометрической яркости, благо



даря чему C

является точным предиктором полноты цвета;

— S

— обеспечивает аналогичную светлотную зависимость.

Чистота цвета (s

) определена в LLAB как отношение насыщенности к свет



лоте (уравнение 14.44):

sChL

LLL

= /

(14.44)

Угол цветового тона (h

) в LLAB вычисляется обычным путем (уравне



ние 14.45):

hBA

tan ( / )

(14.45)

Состав цветового тона вычисляется в логике NCS путем линейной интерпо

ляции однозначных цветовых тонов, которые определены как 25° (красный),

93° (желтый), 165° (зеленый) и 254° (синий).

Финальные оппонентные сигналы рассчитываются с использованием шкал

полноты цвета (С

) и угла цветового тона (h

) по уравнениям 14.46 и 14.47:

AC h

LL L

= cos( )

(14.46)

BC h

LL L

= sin( )

(14.47)

В изначальной версии (Луо, Ло и Куо, 1996) модель LLAB не давала предик



торов субъективной яркости, насыщенности и чистоты цвета. Во второй редак



ции Луо и Моровика (1996) добавлены предикторы двух последних.

Цветовые отличия

LLABмодель включает в себя взвешивающую функцию насыщенности,

взятую из СМСформулы. Зависимость от насыщенности — это очень важный

фактор, радикально улучшающий работу СМС в сравнении с простой формулой

CIELAB

. Цветовые отличия в LLAB(l:c) рассчитываются по уравне



нию 14.48:

DD DDELlAB

LL LL

=++[( / ) ]

222

(14.48)

где l — светлотный взвешивающий коэффициент, который может быть равен

1.0, 1.5 и 0.67 соответственно для едва воспринимаемых, умеренных и боль



291

ГЛАВА 14 ПРОЧИЕ МОДЕЛИ

ших цветовых отличий. Взвешивающий коэффициент насыщенности (с), кото



рый не представлен в данной формуле, всегда равен 1.0.

Прогнозирование феноменов

Пересмотренная LLABмодель учитывает хроматическую адаптацию, свет



лотную индукцию, относительную яркость окружения, когнитивное обесцве



чивание осветителя и эффект Ханта. Модель не в состоянии прогнозировать эф



фект Стивенса, неполноту хроматической адаптации, эффект Гельмгольца —

Кольрауша, а также эффект Хельсона — Джадда.

LLAB последней редакции выдает предикторы светлоты, насыщенности,

чистоты цвета, полноты цвета и цветового тона (Луо и Моровик, 1996), что ис



правило неестественную комбинацию атрибутов восприятия (светлота, полно



та цвета, цветовой тон), имевшую место в оригинальной версии (Луо, Ло и Куо,

1996). Напомним, что естественные комбинации — это светлота, насыщен



ность и цветовой тон — или же: субъективная яркость, полнота цвета и цвето



вой тон.

В оригинальной формулировке LLABмодель не могла вычислять соответст

вия по субъективной яркости/полноте цвета (или по светлоте/насыщенности)

а могла рассчитывать лишь соответствие по светлоте/полноте цвета (что мало

ценно в реальной практике). Если согласованные цветовые стимулы были

спрогнозированы при постоянной фотометрической яркости, то соответствия

по светлоте/полноте цвета будут эквивалентны соответствиям по светлоте/на

сыщенности. Любопытно, что оригинальная формулировка LLAB не учитыва

ет требований CIE TC134, предъявляемых к моделям цветового восприятия по

обязательному наличию предикторов светлоты, насыщенности и цветового

тона (данный недочет, напомним, в 1996 г. был выправлен Луо и Моровиком).

Таблица 14.3 содержит примеры вычислений LLABатрибутов восприятия

по некоторым стимулам.

Почему не только LLAB%модель?

LLABмодель удачна в том плане, что весьма проста, содержит достаточно

точную модель адаптации, учитывает эффекты окружения и имеет надежную

встроенную систему измерения цветовых отличий. Однако оригинальную вер



сию LLAB нельзя назвать полноценной моделью цветового восприятия, по



скольку она оперирует неестественной комбинацией его атрибутов (светлота,

полнота цвета и цветовой тон), не имея при этом в своем составе предиктора на



сыщенности. Вторая редакция модели содержит предикторы как насыщенно



сти, так и чистоты цвета.

LLAB имеет ряд преград к аналитической инверсии.

Также модель неспособна предсказывать неполноту хроматической адапта



ции, однако вторая версия LLAB содержит специальный Dкоэффициент, по



зволяющий моделировать когнитивные эффекты, возникающие при смене но



сителя изображений.

Стоит отметить, что модель была протестирована только с теми данными,

292

ГЛАВА 14 ПРОЧИЕ МОДЕЛИ

из которых и была получена (в основном по той причине, что CIEмодели были

созданы несколько позже, чем была опубликована LLAB) — вполне возможно,

что некоторые параметры модели, удачно подходящие к некоему одному набо



ру данных, могут оказаться некорректными в отношении иных наборов.

Однако, благодаря тому, что модель основана на т.н. LUTCHIданных

(см. раздел 17.4. — Прим. пер.), в некоторых практических ситуациях она

всетаки может оказаться весьма полезной.

293

ГЛАВА 14 ПРОЧИЕ МОДЕЛИ

Таблица 14.3 Примеры вычислений по LLABмодели

Величина Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4

19.01 57.06 3.53 19.01

20.00 43.06 6.56 20.00

21.78 31.96 2.14 21.78

95.05 95.05 109.85 109.85

100.00 100.00 100.00 100.00

108.88 108.88 35.58 35.58

L (cd/m

)

318.31 31.83 318.31 31.83

20.0 20.0 20.0 20.0

3.0 3.0 3.0 3.0

1.0 1.0 1.0 1.0

37.37 61.26 16.25 39.82

0.01 30.51 30.43 29.34

0.02 56.55 53.83 54.59

0.00 0.50 1.87 0.74

229.5 22.3 173.8 271.9

72B 28G 98R 2B 90G 10B 86B 14R

–0.01 52.33 –53.51 1.76

–0.01 21.43 5.83 –54.56

15 МОДЕЛЬ CIECAM97s

ыход в свет первого издания нашей книги (1998) по времени совпал с мо



ментом создания и публикации первой CIEмодели цветового воспри



ятия (CIECAM97s). К тому времени стало окончательно ясно, что все заинтере



сованы в появлении на свет единой стандартной модели (правда, при этом было

неясно, насколько эффективной окажется именно модель CIE). Промышлен



ный запрос подтолкнул Международную комиссию по освещению (CIE) к соз



данию практичной и хорошо протестированной модели, которую в дальнейшем

можно было бы рекомендовать как международный стандарт.

Такой моделью

явилась CIECAM97s, представляющая собой серьезное достижение в деле мо



делирования цветового восприятия.

Текущая глава дает краткий обзор создания и развития CIECAM97s (крат



кий, поскольку сегодня уже действует ее усовершенствованный вариант —

CIECAM02). Как будет показано в текущей главе, эксперимент CIE по созданию

CIECAM97s оказался очень удачным, представляющим весьма прогрессивный

этап в истории моделей цветового восприятия.

15.1 ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, ЦЕЛИ И ПОДХОД

В марте 1996 г., в Вене, CIE проводила экспертный симпозиум «Стандарты

цветовоспроизведения» (CIE, 1996). Форум охватил множество аспектов тех

нологии воспроизведения изображений, по которым CIE могла бы предложить

промышленности руководства и стандарты, но одним из важнейших итогов

встречи стала идея создания универсальной модели цветового восприятия,

предназначенной к широкому применению. Представители промышленности

признали необходимость создания такой модели, но потребовали от руково



дства CIE утверждения ее единственного варианта, который мог бы использо



ваться всеми заинтересованными отраслями промышленности, дабы обеспечи



вать однородность результатов и совместимость различных компонентов совре



менных медиасистем.

Требования к единой модели были сформулированы и подытожены в докла



де Ханта (CIE, 1996), озаглавленном как «Назначение, развитие и будущее мо



делей цветового восприятия». Хант рассмотрел историческое развитие и сего



дняшний статус различных моделей и сформулировал 12 требований

к CIECAM97s, которые в дальнейшем послужили идеологической основой ее

создания (CIE, 1996).

Хантовские тезисы таковы:

Модель, по возможности, должна охватывать все сферы своего потен



циального применения, однако (в силу огромных сложностей в учете

295

Подразумевается рекомендация, направляемая в ISO. — Прим. пер.

динамических эффектов) на данном этапе развития науки о цвете учи



тывается лишь статическая адаптация наблюдателя.

Модель должна работать в широком диапазоне интенсивностей стиму



лов: от очень темных (объектных) до очень ярких (самосветящихся).

Поэтому функция динамического ответа должна иметь некий экстре



мум и не может быть простой логарифмической или степенной функ



цией.

Модель должна покрывать широкий диапазон адаптаций: от очень

низкого, скотопического уровня (к примеру, адаптация при свете

звезд), до очень высокого, фотопического (к примеру, адаптация к сол



нечному свету) — то есть, при прочих равных, в модель должен быть

включен учет скотопического компонента. Однако, поскольку для

большинства практических ситуаций учет палочкового зрения не

столь важен, модель должна работать и в беспалочковом варианте.

Модель должна покрывать широкий диапазон условий просмотра,

включающих фоны с различными коэффициентами яркости, а также

темные, тусклые и усредненные окружения (учет разных окружений

необходим, поскольку широко распространены проекционные и само

светящиеся дисплеи).

Для упрощения работы с моделью CIE

xyz

 или

xyz

10 10 10

функции

должны быть преобразованы в спектральные чувствительности колбо

чек. Для спектральной чувствительности палочек должна быть ис

пользована функция скотопической световой эффективности

V( )l

,но

поскольку скотопические фотометрические данные зачастую недос

тупны, должны быть выработаны методы, обеспечивающие приблизи

тельный расчет скотопических значений.

Модель должна учитывать различную степень адаптации (от полной до

нулевой), а также, при необходимости, эффект Хельсона — Джадда.

Модель должна прогнозировать цветовой тон (его угол и квадратуру),

субъективную яркость, светлоту, чистоту цвета, насыщенность и пол



ноту цвета.

Модель должна быть способна работать в обратном направлении.

Модель не должна быть сложнее, чем необходимо для удовлетворения

вышеперечисленным требованиям.

Любая упрощенная версия модели, предназначенная для профильного

применения, должна в специфических условиях просмотра давать те

же прогнозы восприятия, что и полная модель.

Модель должна прогнозировать цветовое восприятие не хуже, чем лю



296

ГЛАВА 15 МОДЕЛЬ CIECAM97S

бая другая модель, оптимизированная для данной конкретной сферы

применения.

Модель должна работать также и в отношении изолированных стиму



лов (то есть наблюдаемых в темном окружении и изоляции от других

цветовых стимулов).

В заключение симпозиум постановил, что CIE надлежит незамедлительно

приступить к работе по созданию такой модели, дабы закончить ее до начала че



тырехлетнего юбилея AIC (Международной цветовой ассоциации), который дол



жен был состояться в Киото в мае 1997 г. CIE решила, что для выполнения дан



ной работы более всего подходит TC134, и на съезде 1го подразделения CIE, со



стоявшемся в Готенбурге (1996), расширила полномочия комитета постановле



нием: «<...>рекомендовать единую модель цветового восприятия, предвари



тельно согласовав ее с другими профильными техническими комитетами».

TC134 немедленно приступил к созданию двух вариантов модели воспри



ятия: упрощенного (simple) и полного (comprehensive). Технический отчет об

упрощенной версии (CIECAM97s) был опубликован CIE в 1998 г., но полная

версия модели так и не была создана ввиду явно недостаточного спроса.

Члены TC134 Р.В.Г. Хант и М.Р. Луо взялись разработать первый ком

плект уравнений, который затем был представлен на рассмотрение комитета.

Рабочая концепция TC134 при создании как полной CIEмодели, так и ее упро

щенной версии, предназначенной для сугубо практических нужд, строго соот

ветствовала двенадцати хантовским принципам, то есть общая концепция

была ориентирована на разработку и полной модели (подобной модели Ханта),

применимой к широкому диапазону феноменов цветового восприятия, и упро

щенной (подобной RLAB), ориентированной на такие области применения, как

аппаратнонезависимое репродуцирование изображений. При этом обе версии

должны были быть совместимыми друг с другом по ряду параметров.

В подготовке обеих версий были задействованы пересмотренные варианты

хантовской модели, именуемые соответственно как «BradfordHunt 96S» (simple)

и «BradfordHunt 96C» (comprehensive) и представляющие собой промежуточ



ный этап формулировки CIECAM97s. Эти модели с любезного разрешения их ав



тора (Хант, 1996) были включены в первую редакцию нашей книги (Фершильд,

1998).

«BradfordHunt 96S» и «BradfordHunt 96C» не были приняты ТС134 в ка



честве CIEмоделей, однако для комитета они явились стартовой позицией,

прекрасно проиллюстрировав, каким именно путем могут быть реализованы

двенадцать хантовских принципов. Предполагалось, что хантовские модели

будут подвергнуты частичной ревизии еще до их рассмотрения полным собра



нием комитета на торжествах в Киото.

Хант и Луо дважды выполнили необходимый пересмотр и вынесли оба вари



анта на предварительное рассмотрение ТС134. Плюс к тому, М. Фершильд вы



полнил альтернативный, третий, пересмотр, а К. Ричер — четвертый. На встре



че в Киото (май 1997 г.) были рассмотрены все четыре версии и было решено

принять один из вариантов Ханта и Луо в качестве упрощенной версии

297

ГЛАВА 15 МОДЕЛЬ CIECAM97S

CIEмодели цветового восприятия (ей было присвоено название CIECAM97s),

а формальное утверждение CIECAM97s и ее CIEпубликация состоялись

в 1998 г.

Полная версия (CIECAM97с), являющаяся расширением CIECAM97s, как

уже было сказано ранее, так и не была создана.

Ко всему прочему, Фершильдом был подготовлен существенно упрощен



ный, альтернативный вариант модели, предназначенный для ограниченных

условий просмотра, который, однако, не был утвержден комитетом, посколь



ку, в отличие от CIECAM97s, оказался не расширяем до полной версии (а сего



дня ясно, что он и не стоил потраченного времени). Тем не менее, модель, пред



ложенная Фершильдом и получившая название «ZLAB», описана в разде



ле 15.7 текущей главы (поскольку показала свою пригодность для некоторых

простых цветорепродукционных ситуаций).

15.2 ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В целях создания CIECAM97s (то есть упрощенной версии CIEмодели цве



тового восприятия) комитетом были выполнены небольшие, но весьма важные

корректировки BradfordHunt 96S, суть которых состояла:

— в переформулировке системы, компенсирующей влияние окружения

(была применена некая степенная функция, позволившая избежать появления

предикторов согласованных стимулов с отрицательными CIEтрехстимуль

ными значениями);

— в четком определении коэффициента уровня адаптации (D).

Следует отметить, что структура CIECAM97s — это труд многих ученых, ис

следующих цветовое восприятие человека, и данная модель, утвержденная

TC134, — это лучшее, что есть сегодня

. Над различными аспектами модели

трудились: Бартлесон, Бренеман, Фершильд, Эстевец, Хант, Лэм, Луо, Наята



ни, Ригг, Сэйм и Вальберг с сотрудниками. Поскольку расширенная версия мо



дели так и не появилась на свет, читатели, заинтересованные в прогнозе цвето



вого восприятия по экстремальным условиям просмотра (таких, как слепящие

уровни яркости стимулов или, напротив, — низкоуровневые яркости, при ко



торых активируется палочковый аппарат) или в прогнозе тонких феноменов

(таких, как эффект Хельсона — Джадда), могут обратиться к хантовской моде



ли, описанной в 12й главе.

Входными данными модели CIECAM97s являются:

— общая фотометрическая яркость поля адаптации в cd/m

(обычно состав



ляет 20% яркости белого в адаптационном поле) — L

;

— относительные трехстимульные значения образца в исходных услови



ях — XYZ;

— относительные трехстимульные значения белого в исходных условиях —

;

298

ГЛАВА 15 МОДЕЛЬ CIECAM97S

Фраза унаследована из 1го издания «Моделей цветового восприятия», вышедшего в свет

задолго до появления CIECAM02. — Прим. пер.