Исследование различимости цвета

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Исследование различимости цвета
Pассматриваются особенности зрительной системы человека. Сравниваются три образца цвета
близкие по спектральным показателям при различных условиях освещения. Применяя в качестве
источника освещения стандартный излучатель D65 среднедневного света при температуре 6500К
и рассчитывая показатель метамерности, получены результаты, позволяющие говорить, что все три
образца, при данном освещении, образуют между собой метамерные пары. Аналогично,
используя поочерeдно в качестве источника освещения лампу накаливания при температуре
2856К, "тeплую" люминесцентную лампу при температуре 3000К и "холодную" люминесцентную
лампу при температуре 4230К, вычисляются все коэффициенты цветоразличия. Сопоставляя
данные значения между собой можно увидеть, что цветовые координаты образца*1 и образца*2
несколько различаются. Однако, ввиду незначительности отличий мы можем уверенно говорить о
том, что образец*2 образует метамерную пару относительно образца*1. Значимые отличия
обнаруживаются для образца*3. Это означает, что образец*3 при данном освещении показывает
заметные колориметрические различия по сравнению с образцом*1. Таким образом, человеческий
глаз без труда "найдeт" разницу между ними, поэтому образец*3 не может использоваться для
замены образца*1, при данных условиях освещения. Полученные результаты исследований могут
быть применены для сжатия и обработки телевизионных изображений.
Ключевые слова: зрительная
система, метамерность, источник
освещения, цветовые координаты,
метамерная пара.
Кузнецов А.Л.,
Аспирант каф. ТиЗВ МТУСИ
[email protected], [email protected]
Бусаев О.Г.,
Аспирант каф. ТиЗВ МТУСИ
Определение величины цветоразличий (метамерии) между дву*
мя цветами явилось одной из причин разработки равноконтрастных
цветовых пространств. В колориметрии различие между двумя цве*
тами оценивается показателем ∆E, который подсчитывается на ос*
нове математической разницы координат двух цветов.
Причиной метамерии является неспособность аппарата челове*
ческого зрения правильно определять некоторые цвета ввиду нали*
чия у него только трёх типов цветоощущающих клеток, каждый из ко*
торых чувствителен только в определённой части спектра светового
излучения. При этом два разных цвета, имеющих разный спектр из*
лучения и являющиеся, как говорят, колориметрически различными,
будут казаться человеку имеющими одинаковый цвет. Либо один и
тот же материал, имеющий один и тот же спектральный коэффици*
ент отражения, при освещении его разными источниками, имеющи*
ми разное спектральное распределение, может менять свой цвет.
При проведении исследования использовались цветовые прост*
ранства XYZ и Lab, представленные на рис. 1а*б, а также 3 образца
Рис. 1а. Цветовое пространство XYZ
104
Рис. 2. Зависимость коэффициентов отражения от длины волны
для исследуемых образцов
цвета. Первый образец является цветом, который необходимо вос*
произвести. Второй и третий образцы являются цветами, копирую*
щими первый образец. В качестве исходных данных для трех образ*
цов использовались их коэффициенты отражения. Зависимость ко*
эффициентов отражения от длины волны для исследуемых образцов
показана на рис. 2.
Рис. 1б. Цветовое пространство Lab
T*Comm, #9*2013
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Расчeт цветовых координат цветового
пространства XYZ трёх образцов произ*
водился по формулам
Таблица 1
(1)
где Ф(λ) = β(λ)S(λ) — световой поток (β(λ) — коэффициент отраже*
ния, S(?) — относительное спектральное распределение энергии ос*
ветителя); x(λ), y(λ), z(λ) — ординаты кривых сложения цветового
пространства XYZ. Нормирующий коэффициент k рассчитывался по
формуле
(2)
Коэффициент, служащий критерием метамерной близости двух
цветов, вычислялся следующим образом
(3)
где ∆a = a1*a2, ∆b = b1 = b2, ∆L = L1*L2 — разница цветовых коор*
динат 2х цветов цветового пространства Lab.
Перерасчёт из цветового пространства XYZ в цветовое прост*
ранство Lab производился по формулам
В исследовании использовались следующие излучатели: лампа
накаливания при температуре 2856К (излучатель А), стандартный
излучатель (D65) среднедневного света при температуре 6500К,
"тёплая" люминесцентная лампа при температуре 3000К (излуча*
тель F1), "холодная" люминесцентная лампа при температуре
4230К (излучатель F2).
По данным расчётов можно видеть, что для стандартного излу*
чателя D65 значения цветовых координат XYZ для всех трeх образ*
цов приблизительно равны (∆E = 0,00), в то время как цветовые ко*
ординаты, рассчитанные относительно других излучателей, несколь*
ко различаются. Однако, ввиду незначительности этих отличий для
всех вышеизложенных условий освещения мы можем уверенно го*
ворить о том, что образец*2 и образец*3 образуют метамерные па*
ры относительно образца*1. Значимые отличия обнаруживаются
для образца*3 при освещении его светом лампы накаливания
(∆E = 3,27), светом "теплой" люминесцентной лампы (?E = 3,96) и
"холодной" люминесцентной лампы (∆E = 2,45). Это означает, что
образец*3 при данном освещении показывает заметные колориме*
трические различия по сравнению с образцом*1 и потому не может
использоваться для его замены.
Литература
(4)
где X0, Y0, Z0 — цветовые координаты белого цвета.
Результаты расчётов для различных излучателей сведены в табл. 1.
1. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. Перевод с английского
под редакцией Л. Ф. Артюшина. — М.: МИР, 1978. — 592 с.
2. Годен Ж. Колориметрия при видеообработке. — М.: Техносфера,
2008. — 328 с.
3. Гуревич М. Цвет и его измерение. — М.*Л.: АН СССР, 1950. — 268 с.
4. Ричардсон Я. Видеокодирование. H.264 и MPEG*4. Стандарты
нового поколения. — М.: Техносфера, 2005. — 368 с.
5. Безруков В.Н. Разработка и применение элементов теории преобра*
зования сигналов изображений в системах прикладного телевидения. Авто*
реферат диссертации на соискание учёной степени д.т.н. — М.: МТУСИ,
1996. С. 18*21.
Research of distinguishability of color
Kuznetsov A.L., Busaev O.G., MTUCI, Russia, [email protected], [email protected]
Abstract
In this operation features of human visual system are considered. Three samples of color relatives on spectral indexes are compared under different con*
ditions of lighting. Applying as a lighting source a standard radiator of D65 of daily average light at a temperature of 6500K and calculating a metareg*
ularity index, the results, allowing to say are received that all three samples, in case of this lighting, will form among themselves metameric couples.
Similarly, using in turn as a lighting source the glow lamp at a temperature of 2856K, a "warm" luminescent lamp at a temperature of 3000K and a
"cold" luminescent lamp at a temperature of 4230K, all coefficients a distinguishability of color are calculated. Comparing these values among them*
selves it is possible to see that color coordinates of a sample*1 and a sample*2 differ a little. However, in view of insignificance of differences we can
say surely that the sample*2 will form metameric couple concerning a sample*1. Significant differences are found for a sample*3. It means that the sam*
ple*3 in case of this lighting shows noticeable colorimetric distinctions in comparison with a sample*1. Thus, the human eye without effort "will find" a dif*
ference in between therefore the sample*3 can't be used for sample*1 changeover, under existing conditions lighting. The received results of research*
es can be applied to compression and processing of television pictures.
Keywords: visual system, metaregularity, source of lighting, color coordinates, metameric couple.
T*Comm, #9*2013
105