Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Fershild-Modeli_cvetovogo_vosprijatia.pdf
Скачиваний:
449
Добавлен:
11.03.2016
Размер:
19.44 Mб
Скачать

17 ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

Вглавах с 10–16 мы рассмотрели ряд моделей цветового восприятия,

вконтексте некоторых визуальных феноменов, которые должны быть прогнозируемы этими моделями. Настало время задать себе вопрос: насколько хорошо модели цветового восприятия справляются со своей задачей? Ясно, что для исчерпывающего ответа необходимы количественные тесты, поскольку практика — критерий истинности любой теории. К сожалению, публикаций, посвященных внутреннему устройству моделей, несравнимо больше, чем отче тов об их практическом применении. На то есть ряд причин: первая — недоста ток надежных и достоверных данных о цветовом восприятии наблюдателей; вторая — то, что до недавнего времени модели цветового восприятия развива лись быстрее, чем выполнялись работы по оценке их исполнения (к счастью, се годня ситуация начала меняться к лучшему).

Текущая глава дает краткий обзор некоторых экспериментальных работ по тестированию моделей цветового восприятия и сбору дополнительных данных для будущих испытаний. Проверка моделей цветового восприятия была и оста ется предметом активного научного исследования, и мы надеемся, что допол нительные тесты, а также новые версии прежних моделей будут публиковаться и далее.

17.1 КРАТКИЙ ОБЗОР

Создание моделей цветового восприятия того уровня организации, что пред ставлены в главах 10–16, требует большого числа разнообразных эксперимен тальных материалов. Данные, на которых строились описанные нами модели, поступали к исследователям на протяжении долгой истории экспериментов со зрением, каждый из которых был нацелен на тот или иной специфический ас пект цветового восприятия (описание экспериментов см. в гл. 6). Затем для од новременного прогнозирования определенного комплекта зрительных феноме нов были созданы сами модели. Однако для того чтобы только построить мо дель (пусть даже весьма развитую) большого числа тестовых данных не требу ется, более того — можно вообще обойтись без них.

Для объективного теста готовых моделей необходимо шкалирование атри бутов восприятия (субъективной яркости, светлоты, полноты цвета, насыщен ности и цветового тона), чередующееся с их визуальной оценкой.

В свое время были выполнены испытания большого числа моделей воспри ятия, но, к сожалению, ни один из тестов не оказался удовлетворительным, и вопрос о том, какая же из моделей оптимальна для всех мыслимых ситуаций, по прежнему остается открытым.

323

Г Л А В А 1 7

ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

Проведенные тесты можно разделить на четыре общих класса:

1.Качественная оценка (по различным феноменам).

2.Оценка по согласованным цветовым стимулам.

3.Оценка путем количественных экспериментов.

4.Непосредственное психофизическое сравнение прогнозов, выполненных разными моделями.

Тест каждого класса вносит свой особый вклад в общую картину функцио нальной оценки моделей цветового восприятия, но ни один из них сам по себе не годится для решения вопроса о том, какая модель является лучшей.

В рамках технического комитета CIE действуют структуры, целиком ориен тированные на тестирование моделей восприятия, и эти структуры испытыва ют модели по каждой из четырех описанных методик. Конечной целью тестов является решение вопроса о пригодности той или иной модели (или того или иного метода) к спецификации цветового восприятия.

17.2 КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА

Существует множество видов тестов, которые по тем или иным причинам можно считать качественными. Качественное испытание характеризует общее направление прогнозов, выполняемых моделью, но не обеспечивает числового сравнения разных моделей.

Качественные тесты включают в себя:

1.Вычисления, демонстрирующие то, что какой либо феномен восприятия может быть спрогнозирован в принципе (к примеру, рост полноты цвета по мере роста фотометрической яркости).

2.Предсказание общих тенденций на основе статистических данных.

3.Сравнение с цветовыми координатными системами.

4.Сокращенные визуальные эксперименты, оценивающие отдельные функ циональные элементы модели.

В 1988 г. научная команда Наятани опубликовала один из первых примеров качественной оценки своей модели. Было задействовано два набора данных: первый прогнозировал цветовое восприятие манселловских образцов под CIE А осветителем, второй на базе эксперимента Мори и Фучида (1982) оценивал цветопередачу.

Анализ прогноза восприятия манселловских образцов продемонстрировал, что модель Наятани прогнозирует эффект Хельсона — Джадда при А осветите ле, в то время как фонкризовский расчет при таких условиях его отрицает. На ятани с коллегами провел небольшой визуальный эксперимент, в котором трое испытуемых (включая авторов модели) наблюдали слабо выраженный эффект Хельсона — Джадда на образцах, рассматривавшихся при свете ламп накали вания. Плюс к тому, исследователи изучили некоторые тонкости цветоразли чения, которые лучше коррелировали с предикторами их модели, нежели с ре зультатами фонкризовского расчета. Ученые показали также, что модель На ятани дает вполне адекватные прогнозы согласованных цветовых стимулов Мори и Фучида, однако сравнения с другими моделями не провели.

324

Г Л А В А 1 7

ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

На примере работы Наятани мы видим, что для качественной оценки моде лей восприятия активно применяются цветовые координатные системы (на пример, манселловская и NCS, см. гл. 5): очень часто при создании модели вос приятия для оценки ее перцепционной равномерности авторы модели вычер чивают контуры манселловских цветового тона, светлоты и насыщенности. Альтернативно можно исследовать контуры цветового тона, белизны/черноты и хроматичности системы NCS, полагая при этом, что цветовые координатные системы построены на высокоточных шкалах восприятия. Таким образом, лю бая модель должна быть способна выдавать предикторы атрибутов восприятия, которые соответствуют контурам постоянных манселловских цветового тона, светлоты и насыщенности.

Многие авторы к отчету об устройстве своих моделей прилагают манселлов ские (или NCS) контуры, к примеру: Наятани и колл. (1987, 1990), Гут (1991), Хант (1995), Фершильд и Бернс (1993). Фактически, последний пересмотр мо дели Наятани (1995) был выполнен для коррекции недочетов в контурах ман селловских цветового тона и насыщенности по разным уровням светлоты; Сэйм и Вальберг (1986) дали развернутый анализ представления манселловской сис темы в пространстве CIELAB и предложили альтернативные уравнения, подоб ные тем, что мы обнаруживаем в хантовской модели; Вибль и Фершильд (2000) выполнили качественный анализ представления манселловской системы раз ными моделями, что в итоге помогло доработать CIECAM02.

В1990 г. Наятани опубликовал любопытное сравнение собственной модели

смоделью Ханта, содержавшее манселловские контуры, вычерченные в цвето вых пространствах обеих моделей, а также поточные диаграммы сравнения вы числений по каждой из них. Однако поскольку после публикации обе модели были радикально пересмотрены, эта весьма интересная работа на данном этапе имеет скорее историческое значение.

Манселловские и NCS контуры действительно дают нам некоторое пред ставление о качестве исполнения и свойствах моделей Наятани и Ханта, одна ко Наятани не публиковал результатов количественного сравнения контуров с цветовыми координатными системами (при таком сравнении контуры посто янного цветового тона должны выглядеть как прямые радиальные линии, а контуры постоянной насыщенности — как концентрические круги с постоян ным шагом).

С помощью количественного анализа можно было бы определить, насколь ко модели Ханта и Наятани близки к желаемому качеству (Вибль и Фер шильд, 2000), однако такой анализ проводят крайне редко, и, вероятно, пото му, что его потенциальный результат редко бывает утешительным. С другой стороны, до сих пор точно не определена перцепционная достоверность цвето вых координатных систем, что создает сложности в понимании того, какими, собственно, должны быть хорошие прогнозы.

Результаты количественного анализа моделей Ханта и Наятани свидетель ствуют о том, что обе модели выполнены одинаково хорошо. Данный вывод подтверждается анализом контуров постоянного цветового тона, выполнен ным Хангом и Бернсом (1995), при котором проводилась масштабная визуаль

325

Г Л А В А 1 7

ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

ная оценка. Количественный анализ Ханга и Бернса показал помимо прочего то, что постоянство контуров цветового тона всеми без исключения моделями прогнозируется нечетко и что не существует одной лучшей модели.

В2000 г. Морони установил, что большинство недавно разработанных цве товых пространств, таких, как IPT (см. гл. 20), CIECAM97s и CIECAM02, дают наилучшие предикторы постоянного цветового тона.

В1991 г. Хант дал блестящий пример качественной оценки собственной мо дели: ученый продемонстрировал, как его модель прогнозирует пороги колбоч кового и палочкового насыщений, эффекты Стивенса и Ханта, а также эффект влияния относительной яркости окружения на контраст изображения и т.п.

Вчастности, Хант дал весьма эффектный пример того, как его модель прогно зирует восприятие предметов на отфильтрованном слайде: в классическом ва рианте хантовского опыта (Хант, 1995) на некий желтый объект слайд изображения накладывался голубой фильтр, в результате чего закрытый фильтром предмет начинал восприниматься зеленым. Однако когда этим же фильтром закрывался весь слайд, объект (за счет хроматической адаптации) почти полностью восстанавливал оригинальный желтый цвет.

Данный эффект в первую очередь относится к проекционному показу слай дов, но может возникнуть и на отражающих отпечатках (Хант, 1995). Хант (1991) весьма наглядно продемонстрировал способность своей модели прогнозировать данный эффект, но стоит отметить, что на это способны и такие простые модели, как CIELAB и RLAB (Фершильд и Бернс, 1993).

Хантовский опыт проимитирован рис. 17.1, где фильтром прикрыт банан.

− − −

Возможно, наиболее ценным результатом качественного анализа моделей цветового восприятия является список прогнозируемых ими эффектов (табл. 17.1), однако важно помнить, что такой список не дает информации о том, насколько точно конкретная модель прогнозирует тот или иной феномен восприятия. Нехватка информации о точности прогнозов — это, пожалуй, са мое серьезное ограничение качественных методов оценки и в дополнение к ним всегда требуются количественные методы, описанные в следующих разделах текущей главы.

17.3 ОЦЕНКА ПО СОГЛАСОВАННЫМ ЦВЕТОВЫМ СТИМУЛАМ

В 8 й главе мы говорили о согласованных цветовых стимулах в контексте изучения хроматической адаптации, но данные по согласованным стимулам могут быть собраны и проанализированы также в контексте и других феноме нов цветового восприятия.

Напомним, что согласованные цветовые стимулы определены как два набо ра трехстимульных значений, описывающих стимулы, которые соответствуют друг другу по цветовому восприятию в двух разных, несопоставимых друг с другом условиях просмотра. Вспомним также, что коль скоро некое изменение в условиях просмотра оказывает влияние на цветовое восприятие, то трехсти

326

Г Л А В А 1 7

ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

(a)

(b)

(c)

Рис. 17.1 Хроматическая адаптация: (а) — оригинал; (b) — имитация голубого фильтра, поло женного поверх банана, в результате которой банан начинает восприниматься зеленым;

(с) — имитация того же голубого фильтра, положенного поверх всего изображения. Обратите внимание на то, что на с изображении банан вновь воспринимается желтоватым, хотя физиче ски он идентичен банану b изображения.

Оригинальное изображение — фрагмент набора ISO SCID.

327

Г Л А В А 1 7

ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

Таблица 17.1 Феномены цветового восприятия, прогнозируемые различными моделями. Галочки указывают на то, что модель способна к непосредственному прогнозированию феномена

 

ATD

CIELAB

LLAB

RLAB

Наятани

Хант

CIECAM

 

 

 

 

 

 

 

 

Светлота

 

 

 

 

 

 

 

Субъективная яркость

 

 

 

 

 

 

 

Насыщенность

 

 

 

 

 

 

 

Чистота цвета

 

 

 

 

 

 

 

Полнота цвета

 

 

 

 

 

 

 

Угол цветового тона

 

 

 

 

 

 

 

Цветовой тон

 

 

 

 

 

 

 

Эффект Хельсона — Джадда

 

 

 

 

 

 

 

Эффект Стивенса

 

 

 

 

 

 

 

Эффект Ханта

 

 

 

 

 

 

 

Эффект Гельмгольца —

 

 

 

 

 

 

 

Кольрауша

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные Бартлесона —

 

 

 

 

 

 

 

Бренемана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Когнитивное

 

 

 

 

 

 

 

обесцвечивание осветителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неполнота адаптации

 

 

 

 

 

 

 

Цветовые отличия

 

 

 

 

 

 

?

Прочее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мульные значения согласованных стимулов будут в этом случае отличаться друг от друга по абсолютной величине.

Для тестирования моделей цветового восприятия трехстимульные значения по первым условиям просмотра пересчитываются в соответствующие трехсти мульные значения согласованных цветовых стимулов по вторым условиям. Дабы определить, насколько точно работает та или иная модель, полученный прогноз (то есть расчетные трехстимульные значения) поверяется стимулами, согласованными визуально, а результаты, как правило, анализируются по какой либо равномерной шкале цветностей (например, u . ) или в каком либо равномерном цветовом пространстве (например, CIELAB) и оцениваются по среднеквадратическим отклонениям между прогнозируемыми и наблюдаемы ми цветами.

Вспомним, что Наятани (1990) указывает на существенную разницу между соответствиями по светлоте/насыщенности и субъективной яркости/полноте цвета. Полная модель цветового восприятия может использоваться для прогно за соответствий обеих категорий, но напомним, что эти категории могут отли

328

Г Л А В А 1 7

ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

чаться друг от друга по результатам согласования (если между условиями про смотра имеется расхождение по уровням яркости).

Один из самых масштабных серийных экспериментов по согласованию цве товых стимулов при анализе моделей цветового восприятия был проведен Японской Цветовой Научной Ассоциацией (Color Science Association of Japan — CSAJ) и в 1991 г. подытожен Мори:

1.Эксперимент по смене хроматической адаптации при переходе от D65 имитатора к А имитатору на уровне освещенности 1000 lux. Оценка про водилась 104 наблюдателями по 87 образцам с использованием модифициро ванного гаплоскопического метода.

2.Эксперимент по сбору данных об измерении хантовского эффекта с ис пользованием пяти цветных образцов, оцениваемых 40 наблюдателями при D65 имитаторе при пяти различных уровнях освещенности.

3.Эксперимент по сбору данных об измерении эффекта Стивенса с использо ванием пяти нейтральных образцов, рассматриваемых 31 наблюдателем при пяти различных уровнях освещенности.

4.Эксперимент по изучению эффекта Хельсона — Джадда для ахроматиче ских образцов, рассматриваемых под высокохроматичным флуоресцентным светом.

На сегодня эксперименты CSAJ — это одно из самых масштабных исследова ний цветового восприятия, задействовавшее наибольшее число наблюдателей.

К сожалению, Мори (1991) доложил только о качественном анализе экспе риментальных результатов, продемонстрировав графики прогнозированных и визуально согласованных цветовых стимулов при оценке трех моделей сме ны хроматической адаптации: моделей Наятани, фон Криза и Ханта.

Мори пришел к выводу, что модель Наятани дает наилучшие прогнозы, од нако дальнейшее исследование графиков показало, что хантовская модель сме ны адаптации работает отнюдь не хуже, а фонкризовский расчет — даже лучше обеих моделей. Мори установил, что модель Наятани хорошо прогнозирует эф фект Ханта, но при этом не сравнил свои данные прогнозами самоей хантов ской модели.

Подобный анализ был выполнен по эффектам Стивенса и Хельсона — Джад да, его результаты показали, что модель Наятани выдала явный гиперпрогноз по эффекту Стивенса, который на деле оказался весьма мал. То же произошло и в отношении эффекта Хельсона — Джадда. Количественный анализ данных Мори (будет описан позже) был выполнен 34 м техническим комитетом CIE (CIE TC1 34).

В 1987 г. Бренеман собрал внушительную коллекцию стимулов, согласован ных по изменениям в хроматической адаптации и уровне фотометрической яр кости, в дальнейшем его данные использовались для оценки различных моделей смены хроматической адаптации и моделей цветового восприятия (Фершильд, 1991). Модели сравнивались на базе u . диаграммы цветностей CIE 1976 по среднеквадратическим отклонениям их предикторов от визуальных результа тов. Наилучший прогноз хроматической адаптации выдали хантовская и RLAB модели, второе и третье места достались Наятани и фон Кризу соответст

329

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]