Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цветоведение телевизионных систем. Монография
.pdf
2.3. Колориметрическая система XYZ (МКО-1931 г.)
51
6
max цв
2,896 10 T
5
12
цв
;
1
a
CC
Qa
T
e
температуры, поскольку многие реальные источники света имеют спектральный состав, подобный спектральному составу излучения абсолютно черного
тела. Излучение абсолютно черного тела зависит только от его температуры,
и в пределах видимого спектра цветность его излучения определяется цветовой температурой. Излучение абсолютно черного тела с разной цветовой
температурой на цветовом графике МКО изображается непрерывной кривой
от красного до синего, называемой локусом цветностей (рис. 2.9).
В соответствии с формулой смещения Вина по мере увеличения цветовой температуры длина волны
излучения, соответствующая его макси-
max
муму, уменьшается:
, нм.
Величина плотности излучения абсолютно черного тела Q определяется
формулой М. Планка:
,
где в нм, Q в эргсм–2с–1 в интервале длин волн 1 нм; C1 = 3,7031023;
C2 = = 1,438107.
Рис. 2.9. Локус цветностей излучения абсолютно черного тела
при различных его температурах
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
52
Тип ис-
точника
Цветовая
температура,
Т
цв
К
Соответствие при-
родному источнику
света
Цветовой
тон , нм
Насы-
щенность,
Р, %
Координаты
цветности
х
y
А
2848
Вольфрамовая лампа
накаливания
583
65
0,4476
0,4074
B
4800
Северное небо в пер-
вой половине дня
(искусственный
дневной свет)
574
15
0,3484
0,3516
C
6500
Солнечный день при
голубом небе (север-
ное малооблачное
небо)
482
5
0,3100
0,3161
E
5700
Равноэнергетическое,
равностимульное
белое
0,3333
0,3333
D65
6500
Цвет облачного неба
0,313
0,329 S 25000
Цвет голубого неба
0,25
0,25
9300K +
27MPCD
9300
Синее безоблачное
небо на северной
стороне перед
восходом солнца
0,281
0,311
Основные параметры источников белого цвета
Т а б л иц а 2.1
На практике реальные источники белого цвета удобно сравнивать по
цветовой температуре излучения абсолютно черного тела. Для примера в
табл. 2.1 приведены параметры таких источников. Используя координаты x и
y источников белого цвета, можно на цветовом графике МКО построить кривую цветностей данных источников (рис. 2.9). По мере увеличения цветовой
температуры доминирующая длина волны переходит от красного к зеленому,
затем синему, а чистота цвета уменьшается, что приближает этот источник к
более белому [14].
На рис. 2.10 представлены графики относительной плотности излучения
рассматриваемых стандартных источников белого цвета. Как видно из графиков, у источника А превалирует красно-оранжевое излучение. Параметры
излучения источника В приближаются к характеристикам равноэнергетического источника Е. График относительной плотности излучения источника С
имеет подъем в области синего.
В табл. 2.1 показано также, какому природному источнику света близки
стандартные источники белого цвета.
2.3. Колориметрическая система XYZ (МКО-1931 г.)
53
Рис. 2.10. Графики распределения спектральной плотности
излучения различных источников белого цвета
2.3.6. Особенности зрительного цветоразличения
на цветовом графике МКО-1931 г.
В некоторых областях прикладного, то есть промышленного телевидения существуют задачи, в которых часть технологических процессов необходимо контролировать и определять окончание определенного технологического цикла по цвету объекта. Например, в металлургической промышленности готовность выходного продукта определяется на глаз по его цвету. Если
допустить, что некая система промышленного телевидения заменит человека
в данном процессе, то решение задачи определения готовности выходного
продукта позволит автоматизировать технологический процесс.
Сложность опознавания цвета заключается в том, что даже если измерить координаты цвета и (или) цветности, то словесно, как правило, невозможно определить название цвета. Количество цветов, различаемых глазом
человека, составляет около 210 000. На экране монитора компьютера возможно воспроизвести 16,77 млн. цветов и отождествить это количество цветов с известными просто не представляется реальным. Таким образом, задача
опознавания цвета достаточно сложная.
Кроме того, например, белый цвет имеет еще зависимость названия цвета от величины яркости (серый, серебристый и т. д.), это же можно сказать и
о любом цвете (темно-красный, светло-красный и т. д.). Для опознавания цвета
можно поступить следующим образом. Согласно рекомендации МКО мы знаем
наименования 21 цвета (рис. 2.11). К этому количеству цветов добавим еще 9
цветов, например, серый и серебристый цвет имеют одинаковые координаты
цветности с белым цветом, и аналогично другие добавленные цвета к цветам,
представленным на рис. 2.11. Все полученные названия цветов сведем в табл.
2.2, в которой приведены экранные координаты цвета в виде количеств основных цветов экрана монитора компьютера, выраженные в целых числах от 0 до
255.
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
54
Рис. 2.11. Положение областей цветности различных цветов
на графике МКО-1931:
R – красный; rO – красновато-оранжевый; О – оранжевый; YO – желто-
оранжевый; Y – желтый; YG – желто-зеленый; yG – желтовато-зеленый;
G – зеленый; bG – голубовато-зеленый; BG – сине-зеленый; gB – зелено-
вато-синий; В – синий; PB – сине-фиолетовый; Р – фиолетовый; rP –
красновато-фиолетовый; pR – фиолетово-красный; pPk – фиолетово-
розовый; Pk – розовый; OPk – оранжево-розовый; W – белый
Современное программное обеспечение позволяет легко получить значения количеств основных цветов экрана любого пикселя исходного изображения. В результате достаточно просто узнать цвет выбранного пикселя исследуемого изображения в экранных координатах R, G и В.
В телевизионных системах для решения задач по цветоразличению мы
можем воспользоваться только диаграммой цветности МКО-1931 колориметрической системы XYZ, на которой каждый цвет отображается соответствующей точкой. Естественно, что вокруг этой точки имеется окрестность, в
которой глаз еще не воспринимает изменение цвета.
Изучением вопросов, относящихся к цветовому порогу, к мере различия
между цветами (различению ощущений при восприятии различных цветов)
занимается раздел колориметрии, получивший название высшей метрики
цвета.
2.3. Колориметрическая система XYZ (МКО-1931 г.)
55
№
п/п
Наименование
цвета
R G В
1.
Ярко-зеленый
0
255
0
2.
Желтовато-зеленый
100
255
0
3.
Желто-зеленый
180
255
0
4.
Желтый
255
255
0
5.
Желто-оранжевый
185
0
6.
Оранжевый
255
150
0
7.
Красновато-оранжевый
255
100
0
8.
Красный
255 0 0
9.
Фиолетово-красный
255 0 120
10.
Сине-фиолетовый
255 0 255
11.
Красновато-фиолетовый
190 0 255
12.
Фиолетовый
145 0 255
13.
Сине-фиолетовый
75 0 255
14.
Синий 0 0
255
15.
Зеленовато-синий
0
180
255
16.
Сине-зеленый
0
220
255
17.
Голубовато-зеленый
0
255
255
18.
Фиолетово-розовый
255
145
225
19.
Розовый
255
160
175
20.
Оранжево-розовый
255
160
145
21.
Белый
255
255
255
22.
Серый
128
128
128
23.
Серебристый
192
192
192
24.
Маслины
128
128
0
25.
Пурпурный
0
128
128
26.
Бордовый
128 0 0
27.
Темно-сине-зеленый
0
128
128
28.
Зеленый
0
128
0
29.
Темно-синий
0 0 128
30.
Черный
0 0 0
Наименование цветов
Т а б л иц а 2.2
Порогом изменения ощущения называется наименьшее изменение ощу-
щения, испытываемое наблюдателем. Если известен такой порог, то можно
определить число порогов между ощущениями от двух различных раздражителей (цветовых стимулов). Это число можно считать мерой различия этих
ощущений. В случае двух различных заданных цветов число порогов изменения ощущения при переходе от одного цвета к другому зависит от условий
наблюдения (яркости, углового размера объекта, яркости и цветности фона и
т. д.) и от выбора пути перехода в цветовом пространстве от одного цвета к
другому. Оказывается, что путь, содержащий наименьшее число порогов
ощущения, не прямолинеен в цветовом пространстве, а криволинеен. Изме-
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
56
2
2
l x y
2
2
n C a L
нения цветности наш глаз замечает только в том случае, если они больше
(или равны) порога цветоразличения.
Если х и y – пороговые изменения цветности Ц1 с координатами цветности x, y, в результате которых получается новая цветность Ц2 с координатами цветности х + х, y + y, визуально отличающаяся от Ц1 с вероятностью
Р = 0,95, то расстояние l между точками Ц1 и Ц2 на цветовой диаграмме является пороговым равным
.
С ростом l цветовой контраст между цветностями Ц1 и Ц2 увеличивается.
Так как плоскость xy не является плоскостью постоянной яркости, то переход от цветности Ц1 к цветности Ц2 сопровождается изменением яркости.
Только переходы, параллельные оси 0х, то есть алихне (линия пересечения
плоскости нулевой яркости с единичной плоскостью является линией точек
нулевой яркости, называемой алихной) обеспечивают сохранение яркости,
так как для таких переходов величина Y не изменяется. Полное число порогов цветоразличения между двумя цветами равно n
,
где С – различие (число порогов) по цветности; L – различие (число порогов) по яркости; а – коэффициент пропорциональности.
Используя известные данные о чувствительности глаза к изменениям
цветности на цветовой диаграмме МКО, исследователь США Д. Джадд в
1935 году построил радиус-векторы, направление которых соответствует
направлению изменения цветности, а длина равна 10 порогам цветоразличения (то есть в 10 раз больше, чем едва заметные изменения цветности) при
нормальных условиях наблюдения (поле зрения 6, яркость 10…80 кд/м2). На
рис. 2.12 показаны полученные результаты. В данном случае эллипсы представляют собой огибающие концов упомянутых выше радиус-векторов, построенных из центра эллипсов.
В дополнение к исследованиям Д. Джадда в 1939 году Д. Мак-Адам
провел экспериментальное измерение чувствительности глаза к изменениям
цветности, результаты которого представлены на диаграмме цветности xy на
рис. 2.13.
Условия опытов были таковы: угловой размер поля 2, угловой размер
фона 42, яркость поля изображения 50 кд/м2, яркость фона 25 кд/м2.
Наблюдения велись через отверстие диаметром 2,6 мм. Во время опытов
наблюдатель 50 раз визуально согласовывал выбранные два цвета (согласовывались пары цветов, находящихся в 25 различных точках диаграммы
цветности, в каждой такой точке изменение цветности производилось в различных направлениях, но яркость цвета не изменялась). По показаниям
шкалы прибора вычислялись средние квадратические ошибки для всех исследованных цветов.
2.3. Колориметрическая система XYZ (МКО-1931 г.)
57
Рис. 2.12. Систематизированные эллипсы равного числа
цветовых порогов по Д. Джадду (расстояние от точки
на эллипсе до его центра равно 10 порогам)
Рис. 2.13. Пороги цветоразличения по Д. Мак-Адаму
(эллипсы изображены с десятикратным увеличением)
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
58
Каждый эллипс, построенный в 25 точках диаграммы xy, представляет
собой геометрическое место точек одинаково воспринимаемых цветностей.
Полуоси эллипсов равны среднеквадратическим ошибкам установки цветовых равенств наблюдателями при одинаковых яркостях для всех эллипсов.
Их длину можно принять за порог цветоразличения. На рис. 2.13 все пороги
увеличены в 10 раз.
Оказалось, что диаграмма xy обладает тем свойством, что в различных
ее областях пороги цветоразличения выражаются отрезками различной длины и путь перехода от одной цветности к другой, содержащий наименьшее
число таких порогов, не является прямолинейным. В результате этого в области синих цветов число различных цветов, приходящихся на единицу площади диаграммы, в 400 раз больше, чем в области зеленых цветов.
Такая неоднородность диаграммы xy объясняется тем, что наш глаз воспринимает изменения координат цветности x, y не по линейному закону. Поэтому концы отрезков, содержащих равное число цветовых порогов, исходящих по всем направлениям из данной точки на цветовой диаграмме xy, располагаются не на окружности, а на эллипсе.
В различных частях хроматической диаграммы xy эллипсы Д. МакАдама имеют разные размеры при равном числе порогов цветоразличения,
что является свойством этой диаграммы, а не нашего зрения. Поэтому нельзя
сказать, что чувствительность глаза к изменениям цветности больше в тех
точках диаграммы цветности xy, где размеры эллипсов малы (область синих
цветностей).
Если изменения цветности сопровождаются изменениями яркости, то
плоские эллипсы следует заменить на объемные эллипсоиды, расположенные
в цветовом пространстве. С понижением яркости ниже 100 фотонов (один
фотон есть освещенность сетчатки глаза при наблюдении поверхности с яркостью 1 кд/м2 при площади зрачка 1 мм2) при изменениях яркости и цветности ощущения различий цветности ослабляются быстрее, чем ощущения различий яркости.
Следует также заметить, что вследствие особенностей зрительной системы человека порог по цветовому тону (доминирующей длине волны) , как
правило, меньше, чем порог по чистоте цвета р. Это подтверждено результатами прямых измерений таких порогов. Например, по экспериментальным
данным С.В. Кравкова (1926) чувствительность глаза к изменениям чистоты
цвета больше для сильно насыщенных и мало насыщенных цветов. При средней насыщенности глаз мало чувствителен к изменениям чистоты цвета.
На рис. 2.14 показана зависимость числа различаемых глазом пороговых
изменений чистоты цвета от белого до монохроматического цвета для различных длин волн [15].
Из рис. 2.14 видно, что чувствительность к изменениям чистоты желтого
цвета является наименьшей (4 порога), для синего и красного цветов –
наибольшей (25 порогов). Значительно большее число различаемых человекам
порогов яркости белого: оно составляет несколько сотен (например, около 610).
2.3. Колориметрическая система XYZ (МКО-1931 г.)
59
Рис. 2.14. Зависимость ощущения изменений насыщенности
спектральных цветов от длины волны
Особо следует отметить, что вышеприведенные результаты были получены в условиях точных колориметрических измерений, значительно отличающихся от условий наблюдения телевизионных измерений (соседство
сравниваемых цветов, ровные цветовые поля и пр.). Практические допуски
на точность цветопередачи в телевидении могут быть значительно бóльшими, чем пороги Мак-Адама, но здесь дело осложняется их зависимостью от
сюжета передачи. Наиболее критично воспроизведение ровных неокрашенных полей (например, шкалы градаций серого), здесь порог заметности появления окраски равен всего двум‒трем порогам Мак-Адама для белого цвета:
он соответствует изменениям размаха сигналов основных цветов всего на
0,3…0,5%. При переходе к сюжетным цветным изображениям острота цветоразличения резко падает; наиболее критичным объектом является кожа лица;
требования к точности сигналов основных цветов снижается до 2…3% или
даже до 5%.
Таким образом, хотя на цветовой диаграмме ху расстояние между двумя
точками всегда является критерием различия цветностей, соответствующих
этим точкам, по величине этого расстояния нельзя точно судить о количестве
содержащихся в нем порогов цветоразличения.
В целях устранения этого недостатка целесообразно построить такую
цветовую диаграмму, в которой пороги цветоразличения (при неизменной
яркости) во всех направлениях выражаются отрезками прямых линий постоянной длины, независимо от их места на этой диаграмме. Такая цветовая
диаграмма получила название равноконтрастной диаграммы цветности (в зарубежной литературе используются обозначения UCS – Uniform Chromaticity
Scale).
На равноконтрастной диаграмме цветности расстояние между цветами
на пороге различения оказывается почти одинаковым. Поэтому окружность
представляет собой зону равнозаметных изменений цветности, причем в пределах этой зоны изменения цветового тона и насыщенности цвета являются
одинаково различимыми.
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
60
Другими словами равноконтрастное пространство в идеале должно
представлять такое цветовое пространство, в котором бы разность цветовых
координат между двумя различными цветами, имеющими минимальные визуально-различимые значения (пороги цветоразличения), была бы одинаковой и не зависела от цветов сравниваемых стимулов.
2.3.7. Восприятие цветности предметов малых размеров
Экспериментально было обнаружено, что все спектральные цвета могут
быть согласованы только двумя (а не тремя) основными цветами, если поле
зрения составляет 10…25 угловых минут. Эти основные цвета являются
спектральными красным ( = 650 нм) и синим ( = 460 нм).
На длинах волн 410 нм (фиолетовый цвет) и 578 нм (желтый цвет) глаз
не различает цвета, а видит предмет серым (нейтральным) с цветовой температурой, близкой к 4800К.
Лучше всего цветовой тон различается в области оранжевых и близких к
ним красным цветам, где один цветовой порог равен около 7 нм, тогда как в
других областях он доходит до 48 нм. Экспериментально установлено, что по
мере уменьшения размеров предметов их цвета воспринимаются как цвета
смеси оранжевого и голубого цветов, как показано на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Субъективное восприятие цвета малых предметов:
– действительный цвет; – воспринимаемый цвет
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]