венно. CIELAB и CIELUV оказались худшими. Данные Бренемана указали на то, что реальный хантовский эффект слабее, чем его прогнозы, выданные моделями Ханта и Наятани (прочими моделями он вообще не был предсказан). Средне квадратические отклонения по обеим моделям убедительно показали, что отсут ствие прогноза по хантовскому эффекту обладает примерно той же прогностиче ской точностью, что и гиперпрогноз, выданный моделями Ханта и Наятани.

В 1991 г. Луо конвертировал ряд данных по числовому шкалированию цве тового восприятия (описаны в разделе 17.4) в наборы согласованных стимулов по различным изменениям в условиях просмотра, а затем, в зависимости от на правлений смены хроматической адаптации, разложил их на три группы:

—переход от CIE осветителя D65 к D50;

—переход от D65 к A;

—переход от D65 к флуоресцентному белому.

Далее, на базе пространства CIELAB, по традиционным и среднеквадратиче ским отклонениям ученый оценил шесть вариантов расчета смены адаптации. Результаты показали, что брэдфордская модель, положенная в основу LLAB

иCIECAM97s, является лучшей. Модели Ханта, Наятани и CIELAB работали сходно или немногим хуже (дополнительные сведения можно найти у Куо

иколл. [1995]).

В1997 г. Браун и Фершильд провели эксперимент, в котором наблюдателей просили уравнять изображение на экране CRT монитора, при разных белых точках, с твердой копией этого же изображения при постоянной белой точке. Пять наблюдателей согласовывали по два разносюжетных изображения, и ка ждая пара имела по два варианта белых точек: 3000 К у экрана и 6500 К у отпе чатка, 9300 К у экрана и 6500 К у отпечатка. Данные собирались по отдельным участкам изображения, дабы избежать влияния на результат его больших об ластей. Согласованные стимулы были проанализированы в пространстве CIELAB с помощью средних и среднеквадратических отклонений. Результаты показали, что лучше всего прогнозируют визуально согласованные цветовые стимулы RLAB, LLAB и CIELAB, а модели Ханта и Наятани работают хуже.

−− −

Мы видим, что исследования, описанные выше, иллюстрируют вариабель ность экспериментальных результатов, и, к сожалению, их анализ не дает яс ного представления о качестве протестированных моделей. Частично это объ ясняется тем, что с течением времени старые модели были переработаны, час тично — тем, что появились новые модели.

17.4 ОЦЕНКА ПУТЕМ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В экспериментах по количественной оценке восприятия стимулов наблюда тели непосредственно присваивают числовое значение величине своего ощуще ния. Эффективность данной экспериментальной методики в свое время была в центре внимания классической работы Стивенса (1961), в которой автор по казал, что эксперименты по количественной оценке позволяют напрямую из

330

мерять величину светлоты, насыщенности и цветового тона того или иного сти мула в тех или иных условиях просмотра. Сегодня данные экспериментов по количественной оценке восприятия стимулов используются и для тестирова ния существующих, и для создания новых моделей цветового восприятия.

Один из самых масштабных экспериментов по количественному шкалирова нию цветового восприятия был выполнен в научном центре Лафборского уни верситета (Loughborough University of Technology Computer Human Interface — LUTCHI), о чем докладывает Луо в серии статей от 1991, 1993, 1995 гг.:1

1. Луо и колл. (1991а)

«Шесть (в ряде случаев — семь) наблюдателей шкалировали светлоту, пол ноту цвета и цветовой тон 61–105 стимулов, представленных в 21 комбина ции различных параметров условий просмотра (последние варьировали по белой точке, носителю, уровню фотометрической яркости и фону). Резуль таты показали, что наибольшее влияние на цветовое восприятие оказыва ют фон и белая точка. Влияние прочих факторов не столь очевидно, что, ве роятно, обусловлено низкой достоверностью количественных эксперимен тов. Недостоверность данных выражена коэффициентами вариабельно сти (CV), о которых можно говорить как о среднеквадратическом отклоне нии в процентах. Общие CV значения по межнаблюдательской вариабельно сти равны: 13 по светлоте, 18 по полноте цвета и 9 по цветовому тону. В пер вой части экспериментов модели цветового восприятия не оценивались.

Одной из проблем в исследовании LUTCHI явился странный подбор шкали руемых атрибутов восприятия (светлота, полнота цвета и цветовой тон), но авторы исследования заявили, что полнота цвета, по их мнению, физиологи чески важнее насыщенности. Однако для шкалирования в связке со светло той больше подходит насыщенность, поскольку это тот атрибут, который на блюдатели обычно соотносят с объектами и который не требует от испытуе мых предварительного изучения его определения. При постоянном уровне яркости, вероятно, легко понять, что насыщенность и полнота цвета связаны между собой через простой шкалирующий коэффициент, но нет никаких ос нований рассчитывать на то, что при изменении яркости отношения между насыщенностью и полнотой цвета будут меняться линейно».

2. Луо и колл. (1991b)

«На втором этапе исследования результаты первой части экспериментов были использованы для оценки различных моделей хроматической адапта ции и моделей восприятия (анализ проводился путем расчета CV значений между визуальными данными и предикторами моделей). Резюме таково: лучшей по светлоте оказалась хантовская модель, второе и третье места со ответственно за CIELAB и моделью Наятани.

С полнотой цвета все модели справились плохо, но хантовская модель (точ нее, ее версия, подстроенная под текущие данные) оказалась чуть лучше ос тальных.

По цветовому тону хантовская модель оказалась существенно лучше, чем модель Наятани. Прочие модели по цветовому тону не оценивались.

1Результаты этого эксперимента впоследствии подытожены Хантом и Луо (1994).

331

Результаты анализа были использованы для формулировки последних вер сий хантовской модели.

3. Луо и колл. (1993а)

«На третьей стадии исследования для проверки результатов предыдущего этапа были собраны дополнительные сведения, расширяющие диапазон ус ловий просмотра и включающие в себя шкалирование субъективной ярко сти. Полученные данные в дальнейшем были задействованы в тестирова нии моделей.

Для сбора новых сведений (по D50 имитатору при шести различных уров нях фотометрической яркости) в шкалировании приняли участие четыре наблюдателя. Анализ результатов показал, что хантовская модель в целом лучше остальных.

По шкалированию светлоты столь же хороша оказалась CIELAB (при усло вии, что проигнорированы низкие уровни фотометрической яркости).

По цветовому тону и полноте цвета хантовская модель в целом лучше, чем модель Наятани».

4. Луо и колл. (1993b)

«На четвертом этапе исследования экспериментальный метод был расши рен до оценки прозрачных носителей (проекционный показ слайдов и про смотр слайдов в световой кабине). В экспериментах приняли участие от 5 до 8 человек; светлота, полнота цвета и цветовой тон шкалировались в общей сложности по 16 различным условиям просмотра.

Было выявлено, что модель Ханта работает ощутимо хуже, чем на предыду щих этапах, в результате чего был принят ряд поправок к ее последней вер сии. CIELAB по прозрачным носителям сработала очень хорошо, и заметно лучше, чем немодифицированная хантовская модель. Модель Наятани оказалась ощутимо хуже, чем CIELAB и немодифицированная модель Хан та. Хантовская модель, подправленная с учетом экспериментальных дан ных, оказалась лучшей по всем параметрам».

5. Луо и колл. (1995)

«На пятом этапе эксперимента исследовался феномен симультанного кон траста: пять наблюдателей шкалировали светлоту, полноту цвета и цветовой тон образцов, представленных на экране CRT монитора, при том, что про ксимальное поле этих образцов менялось по определенной схеме. Результа ты показали, что все три размерности цветового восприятия, как и ожида лось, подвержены индукции. Оценка хантовской модели (единственной мо дели, способной к непосредственному учету симультанного контраста) пока зала ее несостоятельность по данному направлению и необходимость даль нейшей модификации».

В 1994 г. Хант и Луо подытожили результаты первых четырех эксперимен тов LUTCHI и сделали выводы о путях совершенствования хантовской модели. В целом эксперименты показали, что хантовская модель прогнозирует цвето вой тон с CV показателем 7–8 при вариабельности наблюдателей CV = 8. По светлоте модель дала CV = 10–14 при вариабельности наблюдателей CV = 13. По полноте цвета CV держалась в районе 18 при вариабельности наблюдателей CV = 17. Исследователи пришли к заключению, что хантовская модель способ

332

на прогнозировать экспериментальные данные с эффективностью одного ус редненного наблюдателя.

Итак, мы видим, что был получен безусловно внушительный и хороший ре зультат.

− − −

Данные экспериментов LUTCHI оказали существенное влияние на работу CIE TC1 34 по оценке новых моделей восприятия и созданию CIECAM97s (см. раздел 17.6 текущей главы). К сожалению, точные сведения долгое время не публиковались, поскольку считались собственностью спонсоров, но в итоге они все таки были обнародованы и использованы при создании CIECAM02.

17.5 НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ МОДЕЛЕЙ

Точность экспериментов по количественной оценке стимулов можно повы сить за счет использования усовершенствованных психофизических методов. Один из таких методов задействует эксперименты по парному сравнению, при которых наблюдатели, просматривая по два стимула одновременно, выбирают лучшую пару. Для получения интервальных шкал (и выявления их естествен ной погрешности) результаты анализируются по закону сравнительных оце нок (закон Тарстона; см. гл. 2. — Прим. пер.).

Оценку моделей цветового восприятия начинают с получения комплекта трехстимульных значений оригинальных стимулов (или изображения) в пер вых условиях просмотра, а затем рассчитывают согласованные стимулы (или изображения) по вторым условиям. Процедуру проводят с каждой из исследуе мых моделей, после чего наблюдатели из всех пар стимулов выбирают ту, кото рая является наилучшей репродукцией оригинала в новых условиях просмот ра. На выходе эксперимента исследователи получают интервальные шкалы, по которым судят об относительном качестве каждой модели.

Серьезным недостатком данного подхода является то, что результаты экспе риментов не могут быть использованы для создания новых моделей.

ВМанселловской научной лаборатории по цвету Рочестерского технологи ческого института была проведена развернутая серия аналогичных экспери ментов, результаты которых подытожены Фершильдом (1996) и представлены ниже.

В1993 г. Фершильд и Бернс провели серию упрощенных экспериментов, дабы продемонстрировать пользу от применения моделей цветового воспри ятия в репродуцировании изображений на разных носителях. Используя весь ма простую методику последовательного бинокулярного сравнения, исследова тели проанализировали зрительный переход от отпечатков с разными фонами, рассматриваемых в свете А и D50 имитаторов, к изображению на экране CRT дисплея с белой точкой на D65. В эксперименте было задействовано 14 на блюдателей и шесть разносюжетных изображений. Сравнение проводилось

втрех вариантах:

333

—прямое CIE XYZ репродуцирование (то есть, без расчета смены адапта

ции);

—CIELAB репродуцирование;

—RLAB репродуцирование.

Результаты показали, что RLAB репродуцирование наблюдатели выбирают в качестве лучшего в 70% случаев, CIELAB — в 30% и XYZ — в 0%. Таким об разом, мы видим, что при смене условий просмотра расчет смены адаптации действительно необходим. Кроме того, видно, что RLAB явно выигрывает

уCIELAB.

Втом же, 1993, году Ким исследовал восемь расчетов смены адаптации, вы полненных для оттисков, оцениваемых в разных условиях просмотра: ориги нальные отпечатки рассматривались в свете CIE А имитатора, а их репродук ции, разными способами рассчитанные по трем различным уровням фотомет рической яркости, — при CIE D65 имитаторе. Плюс к тому был выполнен экс перимент по парному сравнению, в котором к 30 наблюдателям была примене на техника т.н. последовательного гансфельдовского гаплоскопического про смотра и в результате которого по закону сравнительных оценок были получе ны интервальные шкалы (Фершильд, Пиротта и Ким, 1994).

Экспериментальные данные показали, что модели Ханта, RLAB, CIELAB и фон Криза работают примерно одинаково и существенно лучше, чем другие модели. Модель Наятани отработала хуже, чем все вышеперечисленные. Три оставшиеся модели (CIELUV, LABHNU2 и модель Кима) работали так плохо, что были исключены из дальнейших экспериментов.

Модель Наятани оказалась слаба тем, что прогнозировала возникновение эффекта Хельсона — Джадда, в результате чего света репродукции желтили, а тени — синили (хотя эффект Хельсона — Джадда в отношении сложных сти мулов вообще не наблюдается при А имитаторе). CIELUV, LABHNU2 и модель Кима оказались неподходящими из за низкого качества встроенной в них схе мы расчета смены хроматической адаптации.

В1995 г. Пиротта и Фершильд выполнили аналогичный эксперимент, но

сиспользованием простых стимулов, расположенных на сером фоне (то есть на ходящихся вне контекста изображений). На первой стадии исследования про водилось вычислительное сравнение различных моделей, дабы найти стимулы и условия просмотра, при которых визуальные эксперименты выявят наиболь шее отличие между моделями.

Обратимся к некоторым результатам этого эксперимента: на рис. 17.2 пока заны CIELAB координаты согласованных цветовых стимулов при CIE A осветителе и освещенности 1000 lux для трех нейтральных манселловских образцов со светлотами 3, 5 и 7, рассматриваемых под CIE D65 осветителем при освещенности 1000 и 10000 lux. Точки «F» демонстрируют неполноту адапта ции, спрогнозированную фершильдовской моделью хроматической адапта ции, действующей в RLAB (Фершильд, 1991); точки «N» демонстрируют про гноз эффектов Хельсона — Джадда и Стивенса, выполненный моделью Наята ни; точки «H» демонстрируют прогноз эффекта Стивенса при изменении уров ня фотометрической яркости, выполненный моделью Ханта. На том же рисун

334

Рис. 17.2 Отличия между предикторами различных моделей цветового воприятия, представ ленные на L* b* плоскости пространства CIELAB: (а) — при 1000 lux; (b) — при 10000 lux .

Рис. 17.3 Отличия между предикторами различных моделей цветового воприятия, представ ленные на a* b* плоскости пространства CIELAB: (a) — манселловский образец 5PB 5/12 при 1000 lux; (b) — он же при 10000 lux .

ке показан гиперпрогноз эффекта Хельсона — Джадда при А осветителе, вы полненный моделью Наятани.

На рис. 17.3 показаны предикторы согласованных стимулов для манселлов ского образца 5РВ 5/12 при той же схеме изменений в условиях просмотра. Сто ит обратить внимание на серьезные отличия в прогнозах, выполненных разны ми моделями (шкалы на графиках захватывают по 50 единиц CIELAB).

В описанном эксперименте, который был основан на технике парного срав

335

нения, были задействованы 26 наблюдателей, 10 цветовых стимулов и переход от условий просмотра при А имитаторе с яркостью 76 cd/m2 к D65 имитатору с яркостью 763 cd/m2.

Результаты эксперимента показали, что хантовская модель является луч шей. Фонкризовская модель, CIELAB и модель Наятани работали примерно одинаково, но все же не так хорошо, как модель Ханта. CIELUV и модель Фер шильда (1991) оказались существенно хуже, что в итоге привело к пересмотру модели смены адаптации, интегрированной в RLAB (Фершильд, 1996).

В 1996 г. Браун с коллегами исследовали методики визуальных экспери ментов и качество моделей цветового восприятия при смене носителя изобра жений и условий просмотра: уравнивались изображения на экране CRT мони тора, отстроенного на D65 по белой точке, с отпечатками, рассматриваемыми в свете CIE D50 и CIE A имитаторов. В эксперименте приняло участие 15 на блюдателей, использовалось 5 разносюжетных изображений и было опробова но 5 методик визуальной оценки. Исследователи пришли к выводу, что методи ка последовательного бинокулярного сравнения (с 60 секундным периодом адаптации) дает самые надежные результаты. Любопытно, что данные широко применяемой методики одновременного бинокулярного сравнения оказались совершенно недостоверны.

Результаты эксперимента выявили серьезные отличия в качестве исследо ванных моделей; в порядке убывания качества они расположились следующим образом: RLAB, CIELAB, фонкризовская модель, модель Ханта и модель На ятани.

В1996 г. Фершильд с коллегами провели аналогичный эксперимент по ви зуальному уравниванию изображений на экране CRT монитора со слайд про екцией этих изображений. По белой точке монитор был отстроен на D65 и D93 при яркости 60 cd/m2 и при тусклом окружении. Экранная проекция изобра жений велась в темном окружении при 3900 К по белой точке и яркости 109 cd/m2. Через эксперимент по трем разносюжетным изображениям прошли 15 наблюдателей. Результат: RLAB модель оказалась лучшей, CIELAB и фон кризовская модель поделили второе место, а на третьем месте оказалась модель Ханта. Модель Наятани была исключена из финальных экспериментов, по скольку из за гиперпрогноза по эффекту Хельсона — Джадда (а также по при чине недостаточной выборки изображений) давала наихудшие репродукции.

В1997 г. Браун и Фершильд расширили эксперимент по получению согласо ванных стимулов путем включения результатов опыта по уравниванию изобра жений в эксперимент по парному сравнению, проводимый с иными моделями восприятия. Для данного исследования были отобраны предикторы, выданные разными моделями и столь же удачные, что и изображения, уравненные на блюдателями. В уравнивании изображений приняли участие пять наблюдате лей и еще 32 испытуемых участвовали в эксперименте по парному сравнению. Результаты показали, что RLAB модель так же хорошо обеспечивает соответ ствие между изображениями, как если бы их уравнивали сами наблюдатели или же как если бы оно выполнялось с помощью т.н. статистических моделей.

336