Farbaussehenmodell

A Farbaussehenmodell (NOCKEN) ist ein mathematisches Modell, das versucht, das zu beschreiben Wahrnehmung Aspekte des Menschen Farbsehen, d. h. Betrachtungsbedingungen, unter denen das Erscheinungsbild einer Farbe nicht mit der entsprechenden physikalischen Messung der Stimulusquelle rechnet. (Dagegen a Farbmodell definiert a Raum koordinieren Farben zu beschreiben, wie die RGB und CMYK Farbmodelle.)

A einheitlicher Farbraum (UCS) ist ein Farbmodell, das versucht, die Farbträger-Attribute wahrnehmungsgemäß einheitlich zu gestalten, d. H. Der identische räumliche Abstand zwischen zwei Farben entspricht einer identischen Menge der wahrgenommenen Farbdifferenz. Eine Kamera unter einer festen Betrachtungsbedingung führt zu einem UCS; Ein UCS mit einer Modellierung variabler Betrachtungsbedingungen führt zu einer NAC. Ein UCs ohne eine solche Modellierung kann weiterhin als rudimentäre Kamera verwendet werden.

Farbaussehen

Farbe stammt aus dem Geist des Beobachters; "Objektiv", gibt es nur die Spektralstromverteilung des Lichts, das dem Auge trifft. In diesem Sinne, irgendein Die Farbwahrnehmung ist subjektiv. Es wurden jedoch erfolgreiche Versuche unternommen, die spektrale Leistungsverteilung des Lichts auf die menschliche sensorische Reaktion quantifizierbar abzubilden. Im Jahr 1931 verwenden psychophysisch Messungen, die Internationale Kommission für Beleuchtung (CIE) erstellt die Xyz Farbraum[1] Die erfolgreich modelliert das menschliche Farbsehen auf dieser grundlegenden sensorischen Ebene.

Das XYZ -Farbmodell setzt jedoch spezifische Betrachtungsbedingungen voraus (z. Nur wenn all diese Bedingungen konstant bleiben Tristimulus Werte erzeugen eine identische Farbe Aussehen für einen menschlichen Beobachter. Wenn sich einige Bedingungen in einem Fall ändern, werden zwei identische Stimuli mit identischen XYZ -Tristimulus -Werten erzeugt anders Farbe Erscheinungen (und umgekehrt: Zwei verschiedene Reize mit unterschiedlichen XYZ -Tristimulus -Werten könnten eine erzeugen identisch Farbe Aussehen).

Wenn sich die Betrachtungsbedingungen variieren, ist das XYZ -Farbmodell nicht ausreichend und ein Farbaufscheinmodell ist erforderlich, um die Wahrnehmung der menschlichen Farb zu modellieren.

Farbauftrittsparameter

Die grundlegende Herausforderung für jedes Farbaufscheinmodell besteht darin, dass die Wahrnehmung menschliche Farbwahrnehmungen nicht in Bezug auf die XYZ -Tristimulus -Werte funktioniert, sondern in Bezug auf Aussehensparameter (Farbton, Leichtigkeit, Helligkeit, Chroma, Farben und Sättigung). Daher muss jedes Farbaufscheinmodell Transformationen (die sich auf die Betrachtungsbedingungen befassen) von den XYZ -Tristimulus -Werten zu diesen Aussehensparametern (zumindest Farbton, Leichtigkeit und Chroma) bereitstellen.

Farbaussehen Phänomene

In diesem Abschnitt werden einige der Phänomene des Farbaussehens beschrieben, mit denen sich farbige Erscheinungsmodelle befassen möchten.

Chromatische Anpassung

Chromatische Anpassung beschreibt die Fähigkeit der menschlichen Farbwahrnehmung, abstrahiert von der Weißer Punkt (oder Farbtemperatur) der aufschlussreichen Lichtquelle beim Beobachten eines reflektierenden Objekts. Für das menschliche Auge sieht ein Stück weißes Papier weiß aus, egal ob die Beleuchtung bläulich oder gelblich ist. Dies ist das grundlegendste und wichtigste aller Phänomene des Farbaussehens und daher a Chromatische Anpassungstransformation (KATZE) Das versucht, dieses Verhalten zu emulieren, ist ein zentraler Bestandteil eines beliebigen Farb -Erscheinungsmodells.

Dies ermöglicht eine einfache Unterscheidung zwischen einfachen Tristimulus-basierten Farbmodellen und Farbaussehensmodellen. Ein einfaches Farbmodell auf Tristimulus-basiertem Farbmodell ignoriert den weißen Punkt des Illuminanten, wenn es die Oberflächenfarbe eines beleuchteten Objekts beschreibt. Wenn sich der weiße Punkt der Illuminanten ändert, wird auch die Farbe der Oberfläche, wie das einfache Tristimulus-basierte Farbmodell berichtet. Im Gegensatz dazu berücksichtigt ein Farbaufscheinmodell den weißen Punkt der Beleuchtung (weshalb ein Farbaufscheinmodell diesen Wert für seine Berechnungen erfordert). Wenn sich der weiße Punkt der Illuminanten ändert, bleibt die Farbe der Oberfläche, wie das Farbaussehensmodell berichtet, gleich.

Die chromatische Anpassung ist ein Hauptbeispiel für den Fall, dass zwei verschiedene Stimuli mit unterschiedlichen XYZ -Tristimulus -Werten eine erzeugen identisch Farbe Aussehen. Wenn sich die Farbtemperatur der beleuchtenden Lichtquelle ändert, werden auch die spektrale Leistungsverteilung und dadurch die XYZ -Tristimuluswerte des vom Weißbuchs reflektierten Lichtwerte geändert. die Farbe Aussehenbleibt jedoch gleich (weiß).

Hue -Aussehen

Mehrere Effekte verändern die Wahrnehmung des Farbtons durch einen menschlichen Beobachter:

Kontrastauftritt

Bartleson -Breneman -Effekt

Mehrere Effekte verändern die Wahrnehmung von Kontrast von einem menschlichen Beobachter:

  • Stevens Effekt: Der Kontrast nimmt mit Luminanz zu.
  • Bartleson -Breneman -Effekt: Der Bildkontrast (von emittierenden Bildern wie Bildern auf einer LCD -Anzeige) nimmt mit der Luminanz der Surround -Beleuchtung zu.

Farbsamkeitsaussehen

Es gibt einen Effekt, der die Wahrnehmung von Farben durch einen menschlichen Beobachter verändert:

  • Jagdeffekt: Die Farbfähigkeit nimmt mit Luminanz zu.

Helligkeitsaussehen

Es gibt einen Effekt, der die Wahrnehmung der Helligkeit durch einen menschlichen Beobachter verändert:

Räumliche Phänomene

Räumliche Phänomene beeinflussen nur die Farben an einem bestimmten Ort eines Bildes, da das menschliche Gehirn diesen Ort auf eine bestimmte kontextbezogene Weise interpretiert (z. B. als Schatten anstelle von grauer Farbe). Diese Phänomene sind auch als bekannt als optische Täuschung. Aufgrund ihrer Kontextualität sind sie besonders schwer zu modellieren. Farbaussehensmodelle, die dies versuchen, werden als bezeichnet als Bildfarbe Aussehensmodelle (ICAM).

Farbauftrittsmodelle

Da die Phänomene des Farbausschusses und das Farbaussehen zahlreich sind und die Aufgabe komplex ist, gibt es kein einzelnes Farbaussehensmodell, das allgemein angewendet wird. Stattdessen werden verschiedene Modelle verwendet.

In diesem Abschnitt werden einige der verwendeten Farb -Erscheinungsmodelle aufgeführt. Die chromatische Anpassung transformiert für einige dieser Modelle sind in aufgeführt LMS -Farbraum.

Cielab

1976 die Cie Sie sollten die vielen vorhandenen, inkompatiblen Farbdifferenzmodelle durch ein neues universelles Modell für Farbunterschiede ersetzen. Sie versuchten, dieses Ziel zu erreichen, indem sie a erstellten wahrnehmungsgemäß einheitlich Farbraum (UCS), d. H. Ein Farbraum, in dem der identische räumliche Abstand zwischen zwei Farben identisch der wahrgenommene Farbunterschied entspricht. Obwohl es ihnen nur teilweise erfolgreich war, haben sie dadurch die geschaffen Cielab ("l*a*b*") Farbraum, der alle notwendigen Merkmale hatte, um das erste Farbmodell zu werden. Während Cielab ein sehr rudimentäres Aussehensmodell ist, ist es eines der am häufigsten verwendeten, weil es zu einem der Bausteine ​​von geworden ist Farbmanagement mit ICC -Profile. Daher ist es im Grunde genommen allgegenwärtig in der digitalen Bildgebung.

Eine der Einschränkungen von Cielab ist, dass es keine vollwertige chromatische Anpassung bietet, indem sie die durchführt Von Kries transformieren Methode direkt im XYZ -Farbraum (oft als „falsche von kries transformieren“ bezeichnet), anstatt sich in die zu wechseln LMS -Farbraum Zuerst für präzisere Ergebnisse. ICC -Profile umgehen diesen Mangel, indem Sie die verwenden Bradford Transformation Matrix zum LMS -Farbton (der zuerst in der erschienen war LLAB Color Aussehensmodell) in Verbindung mit Cielab.

Aufgrund der "falschen" Transformation ist Cielab dafür bekannt, dass ein nicht referenzgeweißter Punkt verwendet wird, was ihn selbst für seine begrenzten Eingaben zu einer schlechten Nocken macht. Die falsche Transformation scheint auch für seinen unregelmäßigen blauen Farbton verantwortlich zu sein, der sich in Richtung lila ändert, was sich wechselt, was ihn auch zu einem nicht perfekten UCs macht.

Nayatani et al. Modell

Der Nayatani et al. Das Farbauftrittsmodell konzentriert sich auf Illumination Engineering und die Farbwareneigenschaften von Lichtquellen.

Jagdmodell

Das Jagd -Farb -Aussehensmodell konzentriert Kodak Research Laboratories). Die Entwicklung wurde bereits in den 1980er Jahren begonnen und bis 1995 war das Modell sehr komplex geworden (einschließlich Merkmale kein weiteres Modell für Farbaussehen, wie beispielsweise die Integration Stangenzelle Antworten) und erlaubt, eine breite Palette visueller Phänomene vorherzusagen. Es hatte einen sehr erheblichen Einfluss auf Ciecam02Aber aufgrund seiner Komplexität ist das Jagdmodell selbst schwer zu bedienen.

Rlab

RLAB versucht, die wesentlichen Einschränkungen von zu verbessern Cielab mit einem Fokus auf Bildreproduktion. Es ist gut für diese Aufgabe und ist einfach zu bedienen, aber für andere Anwendungen nicht umfassend genug.

Im Gegensatz zu Cielab verwendet RLAB einen richtigen von Kries -Schritt. Es ermöglicht auch das Einstellen des Anpassungsgrades, indem ein individuelles Anpassung ermöglicht wird D Wert. "Discounting-the-Illuminant" kann weiterhin mit einem festen Wert von 1,0 verwendet werden.[2]

Llab

Llab ist ähnlich wie Rlabversucht auch einfach zu bleiben, aber zusätzlich versucht, umfassender zu sein als RLAB. Am Ende tauschte es eine gewisse Einfachheit gegen die Vollständigkeit, war aber immer noch nicht vollständig umfassend. Seit Ciecam97s Wurde bald danach veröffentlicht, hat LLAB nie eine weit verbreitete Verwendung gewonnen.

Ciecam97s

Nach dem Beginn der Entwicklung von Farbaussehensmodellen mit Cielab1997 wollte sich der Cie mit einem umfassenden Farbauftrittsmodell verfolgen. Das Ergebnis war CieCAM97s, das umfassend, aber auch komplex und teilweise schwer zu bedienen war. Es erlangte weit verbreitete Akzeptanz als Standardmodell für Farbfarben, bis Ciecam02 wurde publiziert.

Ipt

Ebner und Fairchild haben das Problem der nicht konstanten Farbtöne in ihrem genannten Farbraum angesprochen Ipt.[3] Der IPT -Farbraum konvertiert D65-Antaptiert Xyz Daten (XD65, YD65, ZD65) bis Long-Medium-Short-Kegel-Antwortdaten (LMS) unter Verwendung einer angepassten Form der Hunt-Pointer-Estevez-Matrix (mHPE (D65)).[4]

Das IPT -Farbaussehensmodell zeichnet sich aus der Bereitstellung einer Formulierung für den Farbton, bei dem ein konstanter Farbton einem konstanten wahrgenommenen Farbton unabhängig von den Werten von Leichtigkeit und Chroma entspricht (was das allgemeine Ideal für jedes Farbaufscheinmodell ist, aber schwer zu erreichen ist). Es ist daher gut geeignet für Gamut -Mapping Implementierungen.

ICTCP

ITU-R BT.2100 enthält einen Farbraum namens namens ICTCP, was die ursprüngliche IPT verbessert, indem sie einen höheren Dynamikbereich und größere Farbspiele untersuchen.[5] ICTCP kann durch Skalierung von CT um 0,5 in einen ungefähr gleichmäßigen Farbraum umgewandelt werden. Dieser transformierte Farbraum ist die Grundlage des REC. 2124 Weitdifferenzdifferenzmetrik ΔEITP.[6]

Ciecam02

Nach dem Erfolg von Ciecam97sentwickelte sich der CIE Ciecam02 Als Nachfolger und veröffentlichte es im Jahr 2002. Es ist besser und ist gleichzeitig einfacher. Abgesehen vom rudimentären Cielab Modell, CieCAM02 kommt einem international vereinbarten „Standard“ für ein (umfassendes) Farbauftriebsmodell am nächsten.

Sowohl CieCAM02 als auch CieCAM16 haben einige unerwünschte numerische Eigenschaften, wenn sie in den Schreiben der Spezifikation implementiert werden.[7]

ICAM06

ICAM06 ist ein Bildfarbe Erscheinungsmodell. Als solches behandelt es nicht jedes Pixel eines Bildes unabhängig, sondern im Kontext des vollständigen Bildes. Dies ermöglicht es ihm, räumliche Farb-Erscheinungsparameter wie Kontrast zu integrieren, was es gut geeignet ist HDR Bilder. Es ist auch ein erster Schritt, mit dem man sich befassen kann räumliches Erscheinungsbild Phänomene.

CAM16

Der CAM16 ist ein Nachfolger von CieCAM02 mit verschiedenen Korrekturen und Verbesserungen. Es wird auch mit einem Farbraum namens Cam16-UCS geliefert. Es wird von einer CIE -Arbeitsgruppe veröffentlicht, ist aber noch kein CIE -Standard.[8]

Andere Modelle

OSA-UCS
Ein UCS von 1947 mit allgemein guten Eigenschaften und eine 1974 definierte Umwandlung von Ciexyz.
Srlab2
Eine 2009-Modifikation von Cielab im Geiste von RLAB (mit Diskontierungsdiskussions-Illuminant). Verwendet die chromatische Anpassungsmatrix von CECAM02, um das Problem der blauen Farbton zu beheben.[9]
Jzazbz
Ein UCS 2017 für HDR -Farbe. Hat J (Leichtigkeit) und zwei Chromatitäten.[10]
Xyb
Eine Familie von UCs, die in verwendet werden Guetzli und JPEG XL, mit einem Hauptziel in der Komprimierung. Bessere Einheitlichkeit als Cielab.[9]
Oklab
Ein 2020 -UCs, das für die normale Dynamikbereichsfarbe ausgelegt ist. Gleiche Struktur wie Cielab, aber mit verbesserten Daten ausgestattet (CAM16 -Ausgang für Leichtigkeit und Chroma; IPT -Daten für Hue). Es ist leicht zu implementieren und zu verwenden (insbesondere von SRGB), genau wie Cielab und IPT, aber mit Verbesserungen der Einheitlichkeit.[11] Derzeit Teil der CSS -Farbe Stufe 4 Entwurf.[12]

Anmerkungen

  1. ^ "XYZ" bezieht sich auf eine Farbe Modell und eine Farbe Platz Gleichzeitig, da der XYZ -Farbraum der einzige Farbraum ist, der das XYZ -Farbmodell verwendet. Dies unterscheidet sich von z. das RGB -Farbmodell, das viele Farbräume (wie z. SRGB oder Adobe RGB (1998)) verwenden.
  2. ^ 10.1002/9781118653128.ch13
  3. ^ Ebner; Fairchild (1998), Entwicklung und Prüfung eines Farbraums mit verbesserter Farbton -Gleichmäßigkeit, Proc. IS & T 6. Farbbildungskonferenz, Scottsdale, AZ, S. 8–13.
  4. ^ Rand, Christopher. "US-Patent 8.437.053, Gamut-Mapping mithilfe von Farbtönen der Farbtöne". Abgerufen 9. Februar 2016.
  5. ^ ICTCP EINLEITUNG (PDF), 2016
  6. ^ "Empfehlung ITU-R BT.2124-0 Objektive Metrik für die Bewertung der potenziellen Sichtbarkeit von Farbunterschieden im Fernsehen" (PDF). Januar 2019.
  7. ^ Schlömer, Nico (2018). Algorithmische Verbesserungen für die COCACAM02- und CAM16 -Farbaussehensmodelle. Arxiv:1802.06067.
  8. ^ Li, Changjun; Li, Zhiqiang; Wang, Zhifeng; Xu, Yang; Luo, Ming Ronnier; Cui, Guihua; Melgosa, Manuel; Brill, Michael H.; Zeiger, Michael (Dezember 2017). "Umfassende Farblösungen: CAM16, CAT16 und CAM16-UCS". Farbforschung und Anwendung. 42 (6): 703–718. doi:10.1002/col.22131.
  9. ^ a b Levien, Raph (18. Januar 2021). "Eine interaktive Bewertung von Oklab".
  10. ^ Safdar, Muhammad; Cui, Guihua; Kim, Youn Jin; Luo, Ming Ronnier (26. Juni 2017). "Perzeptuell einheitlicher Farbraum für Bildsignale einschließlich hoher Dynamikbereich und breites Bandbreite". Optics Express. 25 (13): 15131. doi:10.1364/oe.25.015131.
  11. ^ Ottosson, Björn. "Ein Wahrnehmungsraum für die Bildverarbeitung".
  12. ^ "CSS Farbmodul Level 4". www.w3.org.

Verweise

  • Fairchild, Mark D. (2013). Farbauftrittsmodelle. Wiley-IS & T-Serie in Bildgebungswissenschaft und Technologie (3 ed.). Hoboken: John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-96703-3.