Марк Д. Фершильд. Модели цветового восприятия
Подождите немного. Документ загружается.
Итогом работы комитета стало создание CIEмодели цветового восприятия,
вобравшей в себя лучшие черты известных моделей (при одновременном уходе
от их недостатков). Модель CIE получила название CIECAM97s и была реко
мендована комиссией к общему употреблению, дабы ее повсеместная обкатка
и дальнейшее развитие способствовали созданию еще лучшей модели (что в ко
нечном счете воплотилось в CIECAM02).
После публикации CIECAM97s комитет был по общему согласию расформи
рован.
TC1%27 «Спецификация цветового восприятия при
сравнительной оценке изображений на отражающих носителях
и самосветящихся дисплеях»
Технический комитет CIE 127 был утвержден для оценки дееспособности
различных моделей цветового восприятия в контексте репродуцирования изо
бражений по цепочке «CRTдисплейотпечаток». Комитет также опубликовал
набор руководств по координации необходимых исследований (Алесси, 1994),
но в основном его деятельность была основана на опытах Брауна и Ло (описаны
в разделе 15.5), а также дополнительных экспериментах, проведенных еще че
тырьмя лабораториями. Предполагалось, что ТС127 соберет и подытожит ре
зультаты различных исследований, а также подготовит доклад о перспективах
развития на ближайшие несколько лет.
Совместно с ТС134 комитет работал над оценкой CIECAM97s.
TC1%33 «Цветопередача»
Как будет показано в 18й главе, вычисление индекса цветопередачи источ
ников освещения основано на весьма устаревшем цветовом пространстве, по
этому TC133 утвердил новую процедуру расчета данного показателя.
Существует два аспекта проблемы расчета индекса цветопередачи источни
ков освещения: первый состоит в спецификации вычислительной процедуры;
второй — в выборе цветового пространства. Также не уйти от привлечения
к делу какойлибо модели цветового восприятия, поскольку необходимо срав
нение индексов цветопередачи источников с разной цветностью.
TC133 разработал новую процедуру и опубликовал заключительный отчет
(CIE, 1999), однако не снабдил его развернутыми рекомендациями.
TC1%52 «Расчет смены хроматической адаптации»
TC152 был утвержден для разработки методики расчета смены хроматиче
ской адаптации, пригодной к использованию независимо от той или иной моде
ли цветового восприятия. Комитет собрал и проанализировал различные дан
ные и виды расчетов, но не смог дать единой рекомендации, поскольку разные
модели адаптации в целом работали одинаково. Очевидное и самое простое ре
шение — использовать расчет, взятый из CIECAM02, — с комитетом согласо
вать не удалось.
339
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
Финальный отчет ТС152 по анализу ситуации и результатам работы опуб
ликован CIE в 2003 г.
R1%24 «Модели цветового восприятия»
После роспуска ТС134 первое подразделение CIE утвердило информацион
ный подкомитет по моделям цветового восприятия, который должен был сле
дить за развитием профильных отраслей промышленности и готовить рекомен
дации для CIE по вопросам создания новых комитетов.
Подкомитет был утвержден сравнительно недавно, а до того за деятельность
CIE по вопросам моделей цветового восприятия отвечал ТС108, и именно он
принимал решение о публикации CIECAM02.
ТС1%08 «Моделирование цветового восприятия
для Color Management»
Работа ТС108 оказалась весьма продуктивной, ее итогом явилось создание
и тестирование CIECAM02 (см. гл. 16 и отчет CIE от 2004 г.). Результаты тести
рования опубликованы во множестве статей, в частности в статьях Фершильда
(2001), Ли (2002) и Морони (2002).
Сравнительно недавно комитет закончил свою работу и со всеобщего согла
сия был распущен.
ТС8%04 «Адаптация при смешанном освещении»
В задачу ТС804 входит исследование методов определения статуса хромати
ческой адаптации при смешанном освещении (например, при работе за самосве
тящимся дисплеем, находящимся в стандартной офисной обстановке, то есть
при радикальном отличии цветности освещения от цветности белой точки дис
плея). Технический отчет с практическими рекомендациями по прогнозирова
нию цветового восприятия в подобных ситуациях ожидается в 2004–2005 гг.
ТС8%08 «Тестирование пространственных моделей цветового
восприятия»
Одно из будущих направлений дальнейшего развития моделей цветового
восприятия — это систематическое и автоматизированное моделирование про
странственных свойств человеческого зрения (см. гл. 20). ТС808 был сформи
рован в 2003 г. с целью отработки концепции оптимизации психофизической
оценки моделей данного класса, предназначенных, в частности, для работы
с т.н. изображениями большого динамического диапазона (highdynamicrange
images — HDR).
R8%05 «Восприятие изображений»
С пространственными моделями цветового восприятия тесно связан новый
340
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
общий класс моделей, именуемый «модели восприятия изображений»
(см. гл. 20). В 2003 г. был сформирован информационный подкомитет, в задачу
которого вошли контроль развития означенного сектора и своевременная реко
мендация по созданию соответствующего комитета для разработки единой мо
дели. Однако нет оснований полагать, что в ближайшие годы модели воспри
ятия изображений достигнут того уровня, при котором можно будет вести речь
о создании модели CIE. Стоит сказать, что сегодняшнее состояние моделей вос
приятия изображений примерно такое же, как состояние традиционных моде
лей цветового восприятия 20 лет назад.
R8%06 «Итоги CIECAM02»
После роспуска ТС801 был утвержден информационный подкомитет
R806, в задачу которого были включены тестирование CIECAM02 и контроль
ее практического применения, а также своевременная рекомендация по созда
нию нового технического комитета, обязанного публиковать результаты иссле
дований по дальнейшему совершенствованию моделей цветового восприятия.
Однако сегодня нет никаких признаков того, что пересмотр CIECAM02 про
изойдет столь же быстро, как пересмотр ее предшественника (CIECAM97s).
17.7 ВИЗУАЛЬНАЯ ОЦЕНКА МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО
ВОСПРИЯТИЯ
Никакие наборы уравнений, списки среднеквадратических отклонений или
коэффициенты вариабельности не могут объективно отразить различия между
моделями цветового восприятия: для объективной и окончательной оценки
различий необходимо рассматривание изображений, рассчитанных с помощью
каждой из исследуемых моделей.
На рис. 17.4–17.6 показаны результаты прогнозов, выполненных с помо
щью традиционных моделей восприятия (Фершильд и Ренифф, 1996). Несмот
ря на то, что сегодня эти модели уже устарели, контекст рассчитанных ими изо
бражений весьма красноречив в плане выявления отличий между прогнозами.
Отметим, что рис. 17.4–17.6 не могут использоваться для выявления лучшей
модели — их задача состоит лишь в том, чтобы показать относительные отли
чия между прогнозами, и поэтому условия просмотра рисунков не имеют прин
ципиального значения (хотя D65имитатор при довольно высокой яркости был
бы идеальным вариантом просмотра).
Рис. 17.4 демонстрирует набор изображений, которые были рассчитаны
тринадцатью разными моделями и предназначены для рассматривания при
D65осветителе в качестве согласованных с оригинальным изображением, рас
сматривавшимся при Аосветителе.
Расчеты были выполнены: CIELAB, CIELUV, LABHNU2 (Ритчер, 1985), мо
делью фон Криза, «спектральнозаостренной» моделью фон Криза (Дрю и Фин
лейсон, 1994), ATD, Haятани, хантовской с учетом КОО (когнитивного обесцве
чивания осветителя), хантовской без учета КОО, хантовской с учетом неполно
341
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
ты адаптации (и без учета эффекта Хельсона — Джадда), RLAB с учетом КОО,
RLAB с частичным учетом КОО и RLAB без учета КОО.
Отметим ряд особенностей данного набора (оригинал находится в левом
верхнем углу):
— непосредственная XYZрепродукция демонстрирует оригинальные сти
мулы изображения при Аосветителе, то есть без применения какойлибо моде
ли смены адаптации;
— по твердым копиям в данной ситуации поведение RLABмодели и модели
Ханта очень сходно с работой фонкризовской модели и, как мы видим, дает
наилучшие результаты;
— LLABмодель дает более насыщенные красные тона, характеризующие ее
«колбочковые чувствительности», а также синий цветотональный сдвиг как
следствие нелинейности модели адаптации по синему каналу;
— CIELAB в сравнении с фонкризовской моделью дает цветотональные
сдвиги (обычно отмечаемые на небе и траве) изза своей «псевдофонкризов
ской» модели адаптации;
— желтоватость экранного изображения, рассчитанного RLABмоделью,
говорит о неполноте адаптации;
— в экранных изображениях, рассчитанных по модели Ханта, проявляет
себя эффект Хельсона — Джадда (желтые света, синие тени), который у модели
Наятани выражен сильнее всего;
— слайдизображения, рассчитанные по Ханту, весьма близки к экранной
копии, рассчитанной по RLAB;
— ATDмодель благодаря особенностям своего устройства (приоритет абсо
лютных значений стимулов) также способна к прогнозу неполноты адаптации;
— «спектральнозаостренный» фонкризовский расчет дает высоконасы
щенные красные тона, что является следствием «цветоконстантной» природы
«заостренных» колбочковых чувствительностей;
— CIELUV и LABHNU2 дают неприемлемые сдвиги по цветовому тону,
вследствие того, что их модель адаптации построена на субтрактивном сдвиге
координат цветности (см. раздел 10.5). Фактически эти модели выдают пре
дикторы, лежащие вне охвата физически воспроизводимых стимулов (правда,
при том условии, что расчет смены адаптации выполнен для ситуации перехода
от D65 к Аусловиям, но не наоборот, как в нашем примере).
Рис. 17.5 демонстрирует отличия в прогнозах яркостнозависимых моделей
при переходе от адаптирующей яркости в 100 cd/m
2
к адаптирующей яркости
в 10000 cd/m
2
(при неизменной белой точке на D65).
К яркостнозависимым моделям относятся: ATD, LLAB, модель Наятани,
хантовская и RLAB. Отметим, что охват оригинального изображения был под
вергнут компрессии, дабы предикторы всех моделей оставались в пределах этого
охвата.
RLABмодель слабо зависит от яркости и поэтому дает изображение весьма
близкое к оригиналу.
Модели Ханта и Наятани выдают изображения с пониженным контрастом,
т.к. учитывают эффекты Ханта и Стивенса. На нормальный визуальный кон
342
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
траст такие изображения выходят, когда рассматриваются при высоких уров
нях фотометрической яркости. Отметим, что модель Наятани прогнозирует
большую степень яркостной зависимости, нежели хантовская модель.
ATD дает инвертный прогноз, согласно которому для рассматривания при
больших уровнях фотометрической яркости понадобится более субъектив
343
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
XYZ CIE LAB CIE LUV
Ñïåêòðàëüíî-çàîñòðåííûé ôîí
Êðèç
ATD
Õàíò (ýêðàííîå)Õàíò (òâåðäàÿ êîïèÿ)
RLAB (òâåðäàÿ êîïèÿ)
LABHNU2Íàÿòàíè
Õàíò (íåïîëíàÿ àäàïòàöèÿ)
RLAB (ýêðàííîå) RLAB (íåïîëíàÿ àäàïòàöèÿ)
LLAB
ôîí Êðèç
Рис. 17.4 Сравнение прогнозов, выполненных различными моделями цветового восприятия
для ситуации перехода от хроматической адаптации по Аосветителю к адаптации по D65осве
тителю. Оригинальное изображение представлено прямым репродуцированием XYZзначений
пикселов (без расчета смены адаптации).
Оригиналы: Portland Head Light, Kodak Photo Sampler PhotoCD, © 1991, Eastman Kodak;
Picnic, Courtesy Eastman Kodak; Macbeth ColorChecker® Color Rendition Chart.
нояркое и более контрастное изображение. Такой прогноз, конечно же, некор
ректен.
Рис. 17.6 демонстрирует дополнительные прогнозы, выполненные моделя
ми LLAB, Ханта и RLAB при переходе от среднего окружения к темному и при
постоянной белой точке на D65. Напомним, что все три модели чувствительны
к изменениям в окружении стимулов и демонстрируют повышение контраста
изображения, необходимое для рассматривания изображения в темном окру
жении. Прогнозы, выполненные моделями LLAB и RLAB, весьма схожи друг
с другом, RLAB предсказывает чуть более сильный эффект.
Отметим, что хантовская модель для расчета необходимого изменения кон
траста задействует т.н. функции дополнительных поправок, изза чего некото
рые темные стимулы получают предикторы с отрицательными трехстимульны
344
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
XYZ
RLAB Õàíò (1994)
Íàÿòàíè ATD (1994)
Рис. 17.5 Сравнение прогнозов, выполненных различными моделями цветового восприятия
для ситуации перехода от фотометрической яркости D65осветителя в 100 cd/m
2
(рассчитанна
по идеальному отражающему рассеивателю) к 10000 cd/m
2
. Оригинальное изображение пред
ставлено репродуцированием XYZзначений без учета светимости, что эквивалентно прогнозу,
выполненному моделями, не способными к такому учету.
ми значениями. Поскольку это физически абсурдно, пикселы изображения, за
которыми значится нереальный стимул, приравниваются к черному. Сказанное
иллюстрирует один из практических недостатков хантовской модели.
345
ГЛАВА 17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
XYZ
LLAB
RLAB
Õàíò (1994)
Ïèêñåëû ñ îòðèöàòåëüíûìè
òðåõñòèìóëüíûìè çíà÷åíèÿìè,
ïðèðàâíåííûå ê X0 Y0 Z0
Рис. 17.6 Сравнение прогнозов, выполненных различными моделями цветового восприятия
для ситуации перехода от среднего окружения к темному при постоянной яркости
D65осветителя. Оригинальное изображение представлено репродуцированием XYZзначений
без учета изменений в окружении, что эквивалентно прогнозу, выполненному моделями, не
способными к такому учету.
18 ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО
ВОСПРИЯТИЯ
Б
ыло бы весьма странным, если бы результаты усилий, затраченных на
создание, развитие и совершенствование моделей цветового воспри
ятия, не находили своего практического применения, оставаясь лишь плодами
академического любопытства в сфере изучения феноменов цветового зрения.
Нельзя не отметить, что в последние годы в развитии техники и технологии
произошел серьезный скачок, подтолкнувший ученых к дальнейшим исследо
ваниям физиологии цветового восприятия и к созданию его моделей. Области,
которым необходимы такие исследования, можно разделить на две общих ка
тегории:
1. Воспроизведение изображений (см. гл. 19).
2. Цветовое измерение и спецификация (см. текущую главу).
Колориметрия поступательно развивалась в течение всего XX века, но для
многих ситуаций вполне достаточной была и остается простая трехстимульная
колориметрия (XYZ) или, в крайнем случае, спецификация цветовых отличий
CIELABкласса. Однако наряду с ними существует ряд областей, хоть и исполь
зующих попрежнему традиционную колориметрию, но настоятельно требую
щих ее дальнейшего развития. Некоторые из них мы рассмотрим в текущей
главе.
18.1 ЦВЕТОПЕРЕДАЧА ИСТОЧНИКОВ ОСВЕЩЕНИЯ
Цветопередача — термин, относящийся к влиянию различных источников
освещения на цветовое восприятие объектов или, как еще говорят, к «передаче»
цвета объектов. К примеру: два источника могут иметь почти одну и ту же цвет
ность, но первый источник — это источник естественного белого дневного света,
а другой — флуоресцентный двухлюминофорный светильник, в котором узко
спектральные потоки смешиваются для получения почти такого же белого. Не
смотря на то, что цветовое ощущение, вызываемое обоими источниками, прак
тически одинаково, результат цветового восприятия освещенных ими объектов
будет принципиально разным. Учет данного явления весьма важен при устрой
стве искусственного освещения, а также при выборе источников для различных
помещений.
Если пытаться характеризовать освещение только его световой эффективно
стью, то восприятие объектов при нем будет оставаться совершенно непредска
зуемым. Поэтому для решения вопроса характеризации источников освеще
ния CIE определила т.н. индекс цветопередачи (color rendering index — CRI),
347
который является мерой качества данного источника по параметру «передачи»
цвета объектов.
Методы и рекомендации
Рекомендации CIE по расчету индекса цветопередачи источников освеще
ния прописаны в CIEпубликации №13.3 (CIE, 1995), где источники света оце
ниваются относительно эталонных осветителей, которые, в свою очередь, раз
делены комиссией на две категории:
— Dсерия — осветители с цветовой температурой, большей или равной
5000 К;
— планковские излучатели — осветители с цветовой температурой, мень
шей 5000 К.
Эталонный осветитель выбирается так, чтобы его коррелированная цвето
вая температура была ближайшей к коррелированной цветовой температуре
тестируемого источника. Отличия в цветности между тестируемым источни
ком и эталонным осветителем необходимо учесть, дабы в дальнейшем была воз
можность выполнить фонкризовский расчет смены хроматической адаптации.
Т.н. специальный индекс цветопередачи (R
i
), согласно CIEметоду, вычисля
ется по уравнению 18.1:
RE
ii
=-100 D
(18.1)
где
DE
i
— это эвклидово расстояние в цветовом пространстве CIE U*V*W* (ныне
устаревшем) между цветовыми координатами образца, освещенного тестируе
мым источником, и эталонным осветителем.
Т.н. общий индекс цветопередачи (R
a
) определен как среднее арифметиче
ское из восьми специальных индексов цветопередачи, рассчитанных по восьми
манселловским образцам
1
. Примеры общих индексов цветопередачи ряда ис
точников даны в табл. 18.1.
Применение моделей цветового восприятия
Основной проблемой спецификации цветопередающих свойств световых ис
точников является описание восприятия окрашенных объектов, поскольку
348
ГЛАВА 18 ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
1
Здесь нельзя исключить ошибку, поскольку по данным ряда источников (в частности: Цвет
в промышленности / Под. ред. Р. МакДональда. М.: Логос, 2002) специальный и общий индек
сы цветопередачи рассчитываются по формулам:
RE
ii
=-100 46. D
R EEEEEEEE
a
iiiiiii i
=-´+++++++100
46
8
234567
.
(DDDDDDDD
8
)
é
ë
ê
ù
û
ú
К сожалению, поиск первоисточника (CIE Publication 13.3) не увенчался успехом. — Прим.
пер.