CIECAM02

Цветовая модель внешнего вида

Модель поля наблюдения. Масштаб не соблюден.

В колориметрии CIECAM02 — это модель цветового восприятия, опубликованная в 2002 году Техническим комитетом 8-01 Международной комиссии по освещению (CIE) ( Моделирование цветового восприятия для систем управления цветом ) и являющаяся преемницей CIECAM97s . ^[1]

Двумя основными частями модели являются ее хроматическое адаптационное преобразование CIECAT02 и ее уравнения для расчета математических коррелятов для шести технически определенных измерений цветового восприятия: яркость ( светимость ), светлота , красочность , цветность , насыщенность и оттенок .

Яркость — это субъективное восприятие того, насколько ярким кажется объект с учетом его окружения и того, как он освещен. Светлота — это субъективное восприятие того, насколько светлым кажется цвет. Цветность — это степень различия между цветом и серым. Цветность — это цветность относительно яркости другого цвета, который кажется белым при аналогичных условиях просмотра. Это позволяет учесть тот факт, что поверхность заданной цветности демонстрирует возрастающую цветность по мере увеличения уровня освещенности. Насыщенность — это цветность цвета относительно его собственной яркости. Оттенок — это степень, в которой стимул можно описать как похожий или отличающийся от стимулов, которые описываются как красный, зеленый, синий и желтый, так называемые уникальные оттенки . Цвета, составляющие внешний вид объекта, лучше всего описывать в терминах светлоты и цветности, когда речь идет о цветах, составляющих поверхность объекта, и в терминах яркости, насыщенности и цветности, когда речь идет о свете, который излучается объектом или отражается от него.

CIECAM02 принимает на вход трехцветные значения стимула, трехцветные значения адаптивной белой точки , адаптивного фона и информацию об окружающем освещении, а также информацию о том, учитывают ли наблюдатели источник света ( постоянство цвета в силе). Модель может использоваться для прогнозирования этих атрибутов внешнего вида или, с прямой и обратной реализацией для различных условий просмотра, для вычисления соответствующих цветов.

Система цветов Windows , представленная в Windows Vista, использует технологию Kyuanos (キュアノス) компании Canon для сопоставления гамм изображений между устройствами вывода, которая, в свою очередь, использует CIECAM02 для сопоставления цветов. ^[2]

Условия просмотра

Внутренний круг — это стимул , от которого значения трехстимула должны быть измерены в CIE XYZ с использованием стандартного наблюдателя 2° . Промежуточный круг — это проксимальное поле , простирающееся еще на 2°. Внешний круг — это фон , простирающийся до 10°, от которого необходимо измерить относительную яркость (Y _b ). Если проксимальное поле того же цвета, что и фон, фон считается смежным со стимулом. За кругами, которые составляют поле отображения ( область отображения , область просмотра ), находится окружающее поле (или периферическая область ), которое можно считать всей комнатой. Совокупность проксимального поля, фона и окружения называется адаптирующимся полем (поле зрения, которое поддерживает адаптацию — простирается до предела зрения). ^[3]

При обращении к литературе также полезно знать разницу между терминами принятая белая точка (вычислительная белая точка ) и адаптированная белая точка (белая точка наблюдателя). ^[4] Различие может быть важным при смешанном освещении, где в игру вступают психофизические явления. Это предмет исследования.

Таблица принятия решения по параметрам

CIECAM02 определяет три окружения – среднее, тусклое и темное – с соответствующими параметрами, определенными здесь для справки в остальной части этой статьи: ^[5]

• S _R = L _sw / L _dw : отношение абсолютной яркости эталонного белого ( точка белого ), измеренной в окружающем поле, к области отображения. Коэффициент 0,2 выводится из предположения о «сером мире» (отражательная способность ~18%–20%). Он проверяет, является ли окружающее освещение темнее или ярче, чем средне-серый.
• F : фактор, определяющий степень адаптации
• c : воздействие окружающей среды
• N _c : фактор хроматической индукции

Для промежуточных условий эти значения можно линейно интерполировать. ^[5]

Абсолютную яркость адаптирующегося поля, которая является величиной, которая понадобится позже, следует измерить с помощью фотометра . Если таковой отсутствует, ее можно рассчитать с помощью эталонного белого:

${\displaystyle L_{A}={\frac {E_{w}}{\pi }}{\frac {Y_{b}}{Y_{w}}}={\frac {L_{W}Y_{b}}{Y_{w}}}}$

где Y _b — относительная яркость фона, E _w = πL _W — освещенность эталонного белого в люксах, L _W — абсолютная яркость эталонного белого в кд/м ² , а Y _w — относительная яркость эталонного белого в адаптирующемся поле. Если неизвестно, можно предположить, что адаптирующееся поле имеет среднюю отражательную способность (предположение «серого мира»): L _A = L _W / 5 .

Примечание : следует проявлять осторожность, чтобы не путать L _W , абсолютную яркость эталонного белого цвета в кд/м ² , и L _{w ,} чувствительность красного конуса в цветовом пространстве LMS .

Хроматическая адаптация

Краткое содержание

1. Преобразуйте в «спектрально заостренное» пространство CAT02 LMS для подготовки к адаптации. Спектральное заострение — это преобразование значений трехцветной шкалы в новые значения, которые были бы получены из более резкого, более концентрированного набора спектральных чувствительности. Утверждается, что это способствует постоянству цвета, особенно в синей области. (Сравните Finlayson et al. 94, Spectral Sharpening:Sensor Transformations for Improved Color Constantancy)
2. Выполнить хроматическую адаптацию с использованием CAT02 (также известного как «модифицированное преобразование CMCCAT2000»).
3. Преобразовать в пространство LMS, более близкое к основам конуса. Утверждается, что прогнозирование коррелятов перцептивных атрибутов лучше всего осуществляется в таких пространствах. ^[5]
4. Выполнить постадаптационную компрессию конусного ответа.

CAT02

При наличии набора трехцветных значений в XYZ соответствующие значения LMS могут быть определены с помощью матрицы преобразования M _CAT02 (рассчитанной с использованием стандартного колориметрического наблюдателя CIE 1931 2° ). ^[1] Цвет образца в тестовом источнике света:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}L\\M\\S\end{bmatrix}}=\mathbf {M} _{\mathit {CAT02}}{\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\end{bmatrix}},\quad \mathbf {M} _{\mathit {CAT02}}={\begin{bmatrix}\;\;\,0.7328&0.4296&-0.1624\\-0.7036&1.6975&\;\;\,0.0061\\\;\;\,0.0030&0.0136&\;\;\,0.9834\end{bmatrix}}}$.

В LMS точку белого можно адаптировать до желаемой степени , выбрав параметр D. ^[3] Для общего CAT02 соответствующий цвет в эталонном источнике света:

${\displaystyle {\begin{aligned}L_{c}&={\Big (}{\frac {Y_{w}L_{wr}}{Y_{wr}L_{w}}}D+1-D{\Big )}L\\M_{c}&={\Big (}{\frac {Y_{w}M_{wr}}{Y_{wr}M_{w}}}D+1-D{\Big )}M\\S_{c}&={\Big (}{\frac {Y_{w}S_{wr}}{Y_{wr}S_{w}}}D+1-D{\Big )}S\\\end{aligned}}}$

где фактор Y _w / Y _wr учитывает два источника света, имеющих одинаковую цветность, но разные эталонные белые цвета. ^[6] Нижние индексы указывают реакцию колбочки на белый цвет при тестировании ( w ) и эталонный источник света ( wr ). Степень адаптации (дисконтирования) D может быть установлена ​​на ноль для отсутствия адаптации (стимул считается самосветящимся) и на единицу для полной адаптации ( постоянство цвета ). На практике она колеблется от 0,65 до 1,0, как видно из диаграммы. Промежуточные значения можно рассчитать по формуле: ^[5]

${\displaystyle D=F\left(1-\textstyle {\frac {1}{3.6}}e^{-(L_{A}+42)/92}\right)}$

где окружающий F определяется выше, а L _A — это адаптирующаяся яркость поля в кд/м ² . ^[1]

График зависимости F _L от L _A в двойном логарифмическом масштабе ( LA варьируется от 10 ⁻⁴ до 10 ⁴ , _{F L} варьируется от 10 ⁻⁴ до 10). Приближение кубического корня F _L равно 0,1715 L _A ^1/3

В CIECAM02 эталонный источник света имеет равную энергию L _wr = M _wr = S _wr = 100 ), а эталонный белый цвет является идеальным отражающим рассеивателем (т.е. единичная отражательная способность и Y _wr = 100 ), следовательно:

${\displaystyle {\begin{aligned}L_{c}&={\Big (}{\frac {Y_{w}}{L_{w}}}D+1-D{\Big )}L\\M_{c}&={\Big (}{\frac {Y_{w}}{M_{w}}}D+1-D{\Big )}M\\S_{c}&={\Big (}{\frac {Y_{w}}{S_{w}}}D+1-D{\Big )}S\\\end{aligned}}}$

Более того, если эталонный белый цвет в обоих источниках света имеет трехцветное значение Y ( Y _wr = Y _w ), то:

${\displaystyle {\begin{aligned}L_{c}&={\Big (}{\frac {L_{wr}}{L_{w}}}D+1-D{\Big )}L\\M_{c}&={\Big (}{\frac {M_{wr}}{M_{w}}}D+1-D{\Big )}M\\S_{c}&={\Big (}{\frac {S_{wr}}{S_{w}}}D+1-D{\Big )}S\\\end{aligned}}}$

Постадаптация

После адаптации ответы колбочек преобразуются в пространство Ханта–Пойнтера–Эстевеса путем перехода в XYZ и обратно : ^[5]

${\displaystyle {\begin{bmatrix}L'\\M'\\S'\end{bmatrix}}=\mathbf {M} _{H}{\begin{bmatrix}X_{c}\\Y_{c}\\Z_{c}\end{bmatrix}}=\mathbf {M} _{H}\mathbf {M} _{CAT02}^{-1}{\begin{bmatrix}L_{c}\\M_{c}\\S_{c}\end{bmatrix}}}$

${\displaystyle \mathbf {M} _{H}={\begin{bmatrix}\;\;\,0.38971&0.68898&-0.07868\\-0.22981&1.18340&\;\;\,0.04641\\\;\;\,0.00000&0.00000&\;\;\,1.00000\end{bmatrix}}}$

log L ′ _a против log L ′ для L _A = 200 ( F _L = 1 )

Обратите внимание, что матрица выше, которая была унаследована от CIECAM97s, ^[7] имеет неприятное свойство, поскольку 0,38971 + 0,68898 – 0,07868 = 1,00001, 1 ⃗ ≠ M _H 1 ⃗ и, следовательно, серый цвет имеет ненулевую цветность, ^[8] проблема, которую CAM16 стремится решить. ^[9]

Наконец, ответ сжимается на основе обобщенного уравнения Михаэлиса–Ментен (как показано рядом): ^[5]

${\displaystyle k={\frac {1}{5L_{A}+1}}}$

${\displaystyle F_{L}=\textstyle {\frac {1}{5}}k^{4}\left(5L_{A}\right)+\textstyle {\frac {1}{10}}{(1-k^{4})}^{2}{\left(5L_{A}\right)}^{1/3}}$

F _L — коэффициент адаптации уровня яркости.

${\displaystyle {\begin{aligned}L'_{a}&={\frac {400{\left(F_{L}L'/100\right)}^{0.42}}{27.13+{\left(F_{L}L'/100\right)}^{0.42}}}+0.1\\M'_{a}&={\frac {400{\left(F_{L}M'/100\right)}^{0.42}}{27.13+{\left(F_{L}M'/100\right)}^{0.42}}}+0.1\\S'_{a}&={\frac {400{\left(F_{L}S'/100\right)}^{0.42}}{27.13+{\left(F_{L}S'/100\right)}^{0.42}}}+0.1\end{aligned}}}$

Как упоминалось ранее, если уровень яркости фона неизвестен, его можно оценить из абсолютной яркости белой точки как L _A = L _W / 5, используя предположение о «среднем сером». (Выражение для F _L дано в терминах 5 L _A для удобства.) В фотопических условиях фактор адаптации уровня яркости ( F _L ) пропорционален кубическому корню яркости адаптирующегося поля ( L _A ). В скотопических условиях он пропорционален L _A (что означает отсутствие адаптации уровня яркости). Фотопический порог составляет примерно L _W = 1 (см. график F _L – L _{A выше).}

Внешний вид коррелирует

CIECAM02 определяет корреляты для желтого-синего, красного-зеленого, яркости и красочности. Давайте сделаем несколько предварительных определений.

${\displaystyle {\begin{aligned}C_{1}&=L_{a}^{\prime }-M_{a}^{\prime }\\C_{2}&=M_{a}^{\prime }-S_{a}^{\prime }\\C_{3}&=S_{a}^{\prime }-L_{a}^{\prime }\end{aligned}}}$

Корреляция для красного–зеленого ( a ) представляет собой величину отклонения C ₁ от критерия уникального желтого ( C ₁ = C ₂ / 11 ), а коррелят для желтого–синего ( b ) основан на среднем значении величины отклонений C ₁ от уникального красного ( C ₁ = C ₂ ) и уникального зеленого ( C ₁ = C ₃ ). ^[3]

${\displaystyle {\begin{aligned}a&=C_{1}-\textstyle {\frac {1}{11}}C_{2}&=L_{a}^{\prime }-\textstyle {\frac {12}{11}}M_{a}^{\prime }+\textstyle {\frac {1}{11}}S_{a}^{\prime }\\b&=\textstyle {\frac {1}{2}}\left(C_{2}-C_{1}+C_{1}-C_{3}\right)/4.5&=\textstyle {\frac {1}{9}}\left(L_{a}^{\prime }+M_{a}^{\prime }-2S_{a}^{\prime }\right)\end{aligned}}}$

Фактор 4,5 учитывает тот факт, что на более коротких длинах волн колбочек меньше (глаз менее чувствителен к синему цвету). Порядок членов таков, что b положителен для желтоватых цветов (а не для голубоватых).

Угол цветового тона ( h ) можно найти, преобразовав прямоугольные координаты ( a , b ) в полярные координаты:

${\displaystyle h=\angle (a,b)=\operatorname {atan2} (b,a),\ (0\leq h<360^{\circ })}$

Чтобы вычислить эксцентриситет ( e _t ) и оттенок композиции ( H ), определите, в каком квадранте находится оттенок с помощью следующей таблицы. Выберите i таким образом, чтобы h _i ≤ h ′ < h _{i +1} , где h ′ = h , если h > h ₁ и h ′ = h + 360° в противном случае.

${\displaystyle {\begin{aligned}H&=H_{i}+{\frac {100(h^{\prime }-h_{i})/e_{i}}{(h^{\prime }-h_{i})/e_{i}+(h_{i+1}-h^{\prime })/e_{i+1}}}\\e_{t}&=\textstyle {\frac {1}{4}}\left[\cos \left(\textstyle {\frac {\pi }{180}}h+2\right)+3.8\right]\end{aligned}}}$

(Это не совсем то же самое, что коэффициент эксцентриситета, указанный в таблице.)

Рассчитайте ахроматический отклик A :

${\displaystyle A=(2L_{a}^{\prime }+M_{a}^{\prime }+\textstyle {\frac {1}{20}}S_{a}^{\prime }-0.305)N_{bb}}$

где

${\displaystyle {\begin{aligned}&N_{bb}=N_{cb}=0.725n^{-0.2}\\&n=Y_{b}/Y_{w}\end{aligned}}}$.

Коррелятом легкости является

${\displaystyle J=100\left(A/A_{w}\right)^{cz}}$

где c — влияние окружения (см. выше), и

${\displaystyle z=1.48+{\sqrt {n}}}$.

Коррелятор яркости —

${\displaystyle Q=\left(4/c\right){\sqrt {\textstyle {\frac {1}{100}}J}}\left(A_{w}+4\right)F_{L}^{1/4}}$.

Затем вычисляем временную величину t.

${\displaystyle t={\frac {\textstyle {\frac {50\,000}{13}}N_{c}N_{cb}e_{t}{\sqrt {a^{2}+b^{2}}}}{L_{a}^{\prime }+M_{a}^{\prime }+\textstyle {\frac {21}{20}}S_{a}^{\prime }}}}$

Коррелятом цветности является

${\displaystyle C=t^{0.9}{\sqrt {\textstyle {\frac {1}{100}}J}}(1.64-0.29^{n})^{0.73}}$.

Коррелят красочности —

${\displaystyle M=C\cdot F_{L}^{1/4}}$.

Корреляция насыщения :

${\displaystyle s=100{\sqrt {M/Q}}}$.

Цветовые пространства

Корреляты внешнего вида CIECAM02, J , a и b , образуют однородное цветовое пространство , которое можно использовать для вычисления цветовых различий , пока условия просмотра фиксированы. Более часто используемая производная — это однородное цветовое пространство CAM02 (CAM02-UCS), расширение с настройками для лучшего соответствия экспериментальным данным. ^[10]

CIECAM02 как модель обработки зрительной информации человеком

Как и многие цветовые модели, CIECAM02 нацелена на моделирование человеческого восприятия цвета. Было показано, что модель CIECAM02 является более правдоподобной моделью нейронной активности в первичной зрительной коре , по сравнению с более ранней моделью CIELAB . В частности, как ее ахроматический ответ A, так и красно-зеленый коррелят a могут быть сопоставлены с активностью EMEG ( энтракция ), каждая из которых имеет свою собственную характерную задержку. ^[11]

Смотрите также

• Цветовое пространство CIELAB
• Цветовое пространство CIE 1931
• Цветовая модель внешнего вида

Ссылки

1. Fairchild, Mark D.; Luo, MR; Hunt, RWG (август 2000 г.). "A Revision of CIECAM97s for Practical Applications" (PDF) . Color Research & Application . 25 (4). Wiley Interscience : 260–266. doi :10.1002/1520-6378(200008)25:4<260::AID-COL6>3.0.CO;2-9. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-09-22 . Получено 2008-02-09 . Модель CIECAM97s была принята CIE в 1997 году для приложений цветной визуализации. Она включает прямой и обратный режимы. Некоторые проблемы при использовании этой модели были обнаружены в ходе недавних полевых испытаний. В этой статье предлагается пересмотреть модель в двух отношениях: (a) сделать светлоту (J) равной нулю, когда значение трехцветного Y равно нулю при всех условиях окружающего освещения; (b) изменить коэффициент хроматической индукции (Nc) с 1,10 до 0,95 для условий тусклого окружающего освещения. Чтобы избежать путаницы, предлагается обозначить пересмотренную версию модели как CAM97s2. В статье также описывается альтернативный режим для достижения более точной обратимости между прямым и обратным режимами.
2. «Windows Color System: The Next Generation Color Management System» Архивировано 27 июля 2010 г. на Wayback Machine . Белая книга Microsoft. 13 сентября 2005 г.
3. Schanda, János (2007). "Будущее колориметрии в CIE: цветовое восприятие". Колориметрия: понимание системы CIE . Wiley Interscience . стр. 359. ISBN 978-0-470-04904-4.
4. Уэстленд, Стивен; Рипамонти, Катерина (2004). Вычислительная наука о цвете с использованием MATLAB. John Wiley & Sons . ISBN 0-470-84562-7.
5. Морони, Натан; Фэрчайлд, Марк Д.; Хант, Роберт В.Г.; Ли, Чанцзюнь; Ло, М. Ронье; Ньюман, Тодд (12 ноября 2002 г.). "Модель цветового восприятия CIECAM02". Десятая конференция по цветному изображению IS&T/SID . Скоттсдейл, Аризона : Общество науки и технологии визуализации . ISBN 0-89208-241-0.
6. Хант, Роберт WG; Чанцзюнь Ли; М. Ронье Луо (февраль 2005 г.). "Преобразования хроматической адаптации". Color Research & Application . 30 (1). Wiley Interscience : 69. doi :10.1002/col.20085. Преобразования хроматической адаптации (CAT) появились в разных формах. Описываются причины этих форм и взаимосвязи между ними. Объясняются факторы, определяющие, какой тип CAT следует использовать в разных приложениях.
7. Минг Ронниер Ло и Роберт Уильям Гейнер Хант: Структура модели цветового восприятия CIE 1997
8. Чунгхуэй Куо, Эрик Цейс и Ди Лай: Надежная реализация CIECAM02 и численный эксперимент в рамках рабочего процесса Международного консорциума по цвету
9. Чанцзюнь Ли, Чжицян Ли, Чжифэн Ван, Ян Сюй, Мин Ронье Луо, Гуйхуа Цуй, Мануэль Мельгоса, Майкл Генри Брилл и Майкл Пойнтер: Комплексные цветовые решения: CAM16, CAT16 и CAM16-UCS
10. Луо, М. Роннье; Цуй, Гуйхуа; Ли, Чанджун (август 2006 г.). «Единые цветовые пространства на основе модели цветового представления CIECAM02». Исследование и применение цвета . 31 (4): 320–330. дои : 10.1002/col.20227. S2CID  122917960.
11. Туэйтс, Эндрю; Вингфилд, Кай; Визер, Эрик; Солтан, Эндрю; Марслен-Уилсон, Уильям Д.; Ниммо-Смит, Ян (2018). «Внедрение моделей цветового восприятия CIECAM02 и CIELAB в коре головного мозга человека». Vision Research . 145 : 1–10. doi : 10.1016/j.visres.2018.01.011 . doi :10.17863/CAM.21754.

Дальнейшее чтение

• CIE TC 8-01 (2004). Модель цветового восприятия для систем управления цветом. Публикация 159. Вена: Центральное бюро CIE. ISBN 3-901906-29-0. Архивировано из оригинала 2011-04-13 . Получено 2008-04-28 .{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
• Fairchild, Mark D. (2004-11-09). "Color Appearance Models: CIECAM02 and Beyond" (PDF) . IS&T/SID 12th Color Imaging Conference. Архивировано с [rit-mcsl.org/fairchild/PDFs/AppearanceLec.pdf оригинал] (PDF) 2020-09-11 . Получено 2008-02-11 . {{cite web}}: Проверить |url=значение ( помощь )
• Шлёмер, Нико (2018). Алгоритмические улучшения для моделей цветового восприятия CIECAM02 и CAM16 . arXiv : 1802.06067 .

Внешние ссылки

• Colorlab MATLAB toolbox для вычисления цветовой науки и точного воспроизведения цвета (Хесус Мало и Мария Хосе Луке, Университет Валенсии). Он включает стандартную трехцветную колориметрию CIE и преобразования в ряд нелинейных моделей цветового восприятия (CIELAB, CIECAM и т. д.).
• Таблица Excel с прямыми и обратными примерами. Архивировано 09.01.2007 на Wayback Machine , Эриком Уоловитом и Гритом О'Брайеном.
• Экспериментальная реализация модели цветового восприятия CIECAM02 в подключаемом модуле, совместимом с Photoshop (только для Microsoft Windows), Клифф Рэймс.
• Заметки о модели цветового восприятия CIECAM02. Исходный код на языке C прямого и обратного преобразования, Билли Биггс.
• CIECAM02 Java-апплет, автор Натан Морони

  Хотя Java-апплеты больше не работают ни в одном из основных браузеров, эта страница также предлагает исполняемые файлы командной строки для Windows, Mac OS X и HP-UX. Хотя на самой странице это не документировано, использование этих исполняемых файлов не так уж и сложно, например, в Windows:

  > %TEMP% \cam02vc echo 95.01 100 108.82 200 18 1 &&> %TEMP% \cam02xyz echo 40 20 10 && ciecam02 0 1 0 %TEMP% \cam02vc %TEMP% \cam02xyz con

  И аналогично для других платформ. Первые три числа — это используемая белая точка, затем среднее окружающее освещение, в данном случае 200 кд/м², затем относительная яркость окружения в том же масштабе, что и белая точка, в данном случае 18%, затем условия окружения, где 1 = среднее, 2 = тусклое и 3 = темное, а затем координаты XYZ цвета для проверки. Результатом будут координаты JCh. Биты 0 1 0 означают «вперед, подробно, вычислить D», поэтому измените первый на 1, чтобы преобразовать из JCh ​​в XYZ, второй на 0, чтобы не печатать промежуточные значения в расчете, или последний на 1, чтобы принудительно установить параметр D в 1.