Цветовое пространство LMS
LMS (длинный, средний, короткий) — это цветовое пространство , которое представляет реакцию трех типов колбочек человеческого глаза , названных в честь их пиков чувствительности (чувствительности) на длинных, средних и коротких длинах волн.
Числовой диапазон обычно не указывается, за исключением того, что нижний предел обычно ограничен нулем. Цветовое пространство LMS обычно используется при выполнении хроматической адаптации (оценке внешнего вида образца при другом источнике освещения). Это также полезно при изучении дальтонизма , когда один или несколько типов колбочек дефектны.
Определение
[ редактировать ]Функции отклика конуса — это функции сопоставления цветов для цветового пространства LMS. Координаты цветности (L, M, S) для спектрального распределения определяются как:
Функции отклика конуса нормированы так, чтобы их максимумы были равны единице.
XYZ в LMS
[ редактировать ]Обычно цвета, подлежащие хроматической адаптации, указываются в цветовом пространстве, отличном от LMS (например, sRGB ). матрица хроматической адаптации в методе диагонального преобразования фон Криса Однако работает со значениями трехцветных цветов в цветовом пространстве LMS. Поскольку цвета в большинстве цветовых пространств могут быть преобразованы в цветовое пространство XYZ , только одна дополнительная матрица преобразования : для преобразования цветов из цветового пространства XYZ в цветовое пространство LMS. для хроматической адаптации любого цветового пространства требуется [3]
Кроме того, многие методы цветовой адаптации или модели внешнего вида цвета (CAM) вместо этого выполняют диагональное матричное преобразование в стиле фон Криса в слегка измененном пространстве, подобном LMS. Они могут называть его просто LMS, RGB или ργβ. В следующем тексте используется обозначение «RGB», но обратите внимание, что полученное пространство не имеет ничего общего с аддитивной цветовой моделью, называемой RGB. [3]
матрицы преобразования хроматической адаптации (CAT) для некоторых CAM в терминах координат CIEXYZ Здесь представлены . Матрицы в сочетании с данными XYZ, определенными для стандартного наблюдателя , неявно определяют ответ «конус» для каждого типа ячеек.
Примечания :
- Все значения трехстимул обычно рассчитываются с использованием стандартного колориметрического наблюдателя CIE 1931 2° . [3]
- Если не указано иное, матрицы CAT нормализованы (сумма элементов в строке равна 1), поэтому значения трехстимулов для источника света равной энергии (X=Y=Z), например источника света CIE E , дают равные значения LMS. [3]
Хант, РЛАБ
[ редактировать ]В этой статье отсутствует информация о том, как была получена матрица HPE – выглядит как самая «физиологичная» из группы XYZ, но где данные? ( октябрь 2021 г. ) |
Модели цветового оформления Ханта и RLAB используют матрицу преобразования Ханта-Пойнтера-Эстевеса (M HPE ) для преобразования из CIE XYZ в LMS. [4] [5] [6] Это матрица преобразования, которая первоначально использовалась вместе с методом преобразования фон Криса и поэтому также называется фон Криса матрицей преобразования (M vonKries ).
Матрица Брэдфорда со спектральной резкостью (LLAB, CIECAM97s)
[ редактировать ]Исходная модель цветового оформления CIECAM97 использует матрицу преобразования Брэдфорда (M BFD ) (как и модель цветового оформления LLAB ). [3] Это «спектрально заостренная» матрица преобразования (т.е. кривые отклика конусов L и M уже и более отличаются друг от друга). Матрица преобразования Брэдфорда должна была работать вместе с модифицированным методом преобразования фон Криса, который вносил небольшую нелинейность в канал S (синий). Однако за пределами CIECAM97 и LLAB этим часто пренебрегают, и матрица преобразования Брэдфорда используется в сочетании с методом линейного преобразования фон Криса, особенно в профилях ICC . [8]
Считается, что «спектрально заостренная» матрица улучшает хроматическую адаптацию, особенно для синих цветов, но не работает как настоящее пространство LMS, описывающее колбочки для последующей обработки человеческого зрения. Хотя в исходной версии LLAB выходные данные называются «LMS», в CIECAM97 используется другое имя «RGB», чтобы подчеркнуть, что это пространство на самом деле не отражает конусные ячейки; отсюда и разные названия.
LLAB берет значения XYZ после адаптации и выполняет обработку, подобную CIELAB, для получения визуальных коррелятов. С другой стороны, CIECAM97s возвращает значение XYZ после адаптации в пространство Hunt LMS и работает оттуда, моделируя расчет цветовых свойств системой машинного зрения.
Более поздние CIECAM
[ редактировать ]Пересмотренная версия CIECAM97 переключается обратно на метод линейного преобразования и вводит соответствующую матрицу преобразования (M CAT97s ): [9]
Уточненная матрица преобразования в CIECAM02 (M CAT02 ): [10] [3]
CAM16 использует другую матрицу: [11]
Как и в CIECAM97, после адаптации цвета преобразуются в традиционную LMS Ханта-Пойнтера-Эстевеса для окончательного прогнозирования визуальных результатов.
Стокман и Шарп (2000) Физиологические CMF
[ редактировать ]С физиологической точки зрения цветовое пространство LMS описывает более фундаментальный уровень зрительной реакции человека, поэтому имеет больше смысла определять физиопсихологическое XYZ с помощью LMS, а не наоборот.
Набор физиологически обоснованных функций LMS был предложен Stockman & Sharpe в 2000 году. Функции были опубликованы в техническом отчете CIE в 2006 году (CIE 170). [12] [13] Функции взяты из Стайлза и Берча. [1] Данные RGB CMF в сочетании с новыми измерениями вклада каждого конуса в функции RGB. предположения о разнице плотности фотопигмента и данные о поглощении света пигментом в хрусталике и желтом пятне . Для корректировки от данных 10° до 2° используются [14]
Затем функции Стокмана и Шарпа можно превратить в набор из трех функций сопоставления цветов, аналогичных функциям CIE 1931 . [15]
Позволять — три функции отклика конуса, и пусть быть новыми функциями сопоставления цветов XYZ. Тогда, по определению, новые функции сопоставления цветов XYZ:
где матрица преобразования определяется как:
Вывод этого преобразования относительно прост. [16] CMF — это функция светоотдачи, первоначально предложенная Шарпом и др. (2005), [17] но затем исправили (Sharpe et al., 2011). [18] [а] ). CMF равен фундаментальный принцип конуса, первоначально предложенный Стокманом, Шарпом и Фахом (1999). [19] масштабирован так, чтобы иметь интеграл, равный ЦМФ. Определение CMF выводится из следующих ограничений:
- Как и другие CMF, значения все положительные.
- Интеграл тождественен интегралам для и .
- Коэффициенты преобразования, которое дает оптимизированы для минимизации евклидовых различий между результирующими , и функции подбора цветов и CIE 1931 , и функции подбора цвета.
- Описание CVRL для «физиологически значимых» функций цветового сопоставления CIE (2012) по 2 градуса XYZ. [15]
Для любого спектрального распределения , позволять быть координатами цветности LMS для , и пусть будут соответствующие новые координаты цветности XYZ. Затем:
или, явно:
Обратная матрица показана здесь для сравнения с матрицами для традиционного XYZ:
Преимущество вышеуказанной разработки заключается в том, что новые функции сопоставления цветов X F Y F Z F основаны на физиологически обоснованных функциях реакции колбочек LMS. Кроме того, он предлагает взаимно однозначное соотношение между координатами цветности LMS и новыми координатами цветности X F Y F Z F , чего не было в случае функций сопоставления цветов CIE 1931. Преобразование конкретного цвета между LMS и пространством XYZ CIE 1931 не является уникальным. Это скорее сильно зависит от конкретной формы спектрального распределения. ), дающий данный цвет. Не существует фиксированной матрицы 3x3, которая могла бы выполнять преобразование между координатами XYZ CIE 1931 и координатами LMS даже для определенного цвета, не говоря уже о всей гамме цветов. Любое такое преобразование будет в лучшем случае приближением, обычно требующим определенных предположений о спектральном распределении, создающем цвет. Например, если спектральные распределения ограничены результатом смешивания трех монохроматических источников (как это было сделано при измерениях CIE 1931 года и Стайлза и Берча). [1] функции сопоставления цветов), то между координатами LMS и CIE 1931 XYZ определенного цвета будет связь один-к-одному.
По состоянию на 28 ноября 2023 г. CMF CIE 170-2 представляют собой предложения, которые еще не ратифицированы полным комитетом TC 1-36 или CIE.
Квантовый КМФ
[ редактировать ]В теоретических целях часто бывает удобно характеризовать излучение в терминах фотонов, а не энергии. Энергия E фотона определяется соотношением Планка
где E — энергия фотона, h — постоянная Планка , c — скорость света , ν — частота излучения, а λ — длина волны. Спектральная излучательная величина, выраженная в энергии, JE ( λ ), преобразуется в ее квантовую форму JQ ( λ ) путем деления на энергию, приходящуюся на один фотон:
Например, если JE ( λ ) — спектральная яркость с единицей Вт/м. 2 /ср/м, то квантовый эквивалент JQ ( λ ) характеризует это излучение с единицей фотонов/с/м 2 /ср/м.
Если CE λi ( λ ) ( i =1,2,3) — это три функции согласования цветов на основе энергии для конкретного цветового пространства (цветовое пространство LMS для целей этой статьи), то значения трехцветного стимула могут быть выражены в терминах квантовой радиационной величины на:
Определим квантовые функции сопоставления цветов:
где λ i max — длина волны, при которой CE λ i ( λ )/ λ максимизируется. Определите квантовые значения тристимула:
Обратите внимание, что, как и в случае с функциями, основанными на энергии, пиковое значение CQ λi ( λ ) будет равно единице. Используя приведенное выше уравнение для значений трехстимульной энергии CE i
Для цветового пространства LMS: ≈ {566, 541, 441} нм и
- Дж/фотон
Приложения
[ редактировать ]Цветовая слепота
[ редактировать ]Цветовое пространство LMS можно использовать для имитации того, как люди с дальтонизмом видят цвет. Ранняя эмуляция дихроматов была произведена Бреттелем и др. 1997 г. и получил положительную оценку реальных пациентов. Примером современного метода является Machado et al. 2009. [20]
Связанное с этим приложение — создание цветных фильтров для людей с дальтонизмом, чтобы им было легче замечать различия в цвете — процесс, известный как дальтонизация . [21]
Обработка изображений
[ редактировать ]JPEG XL использует цветовое пространство XYB, полученное из LMS. Его матрица преобразования показана здесь:
Это можно интерпретировать как гибридную теорию цвета, в которой L и M являются противниками, но S обрабатывается трихроматически, что оправдано более низкой пространственной плотностью S-конусов. На практике это позволяет использовать меньше данных для хранения синих сигналов без значительной потери воспринимаемого качества. [22]
Цветовое пространство происходит от : метрики Баттаугли Гетцли [23] и был передан в JPEG XL через проект Google Pik.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Поправка за 2011 год учтена в матрице CIE (2012).
- ^ Jump up to: а б с Стайлз, У.С.; Берч, Дж. М. (1959). «Расследование соответствия цветов NPL: окончательный отчет». Оптика Акта . 6 .
- ^ «Основные сведения о конусе Стокман, Маклауд и Джонсон с 2-градусным конусом (страница описания)» . страница получения данных
- ^ Jump up to: а б с д и ж Фэйрчайлд, Марк Д. (2005). Модели цветового внешнего вида (изд. 2E). Уайли Интерсайенс . стр. 182–183, 227–230. ISBN 978-0-470-01216-1 .
- ^ Шанда, Джнос, изд. (27 июля 2007 г.). Колориметрия . п. 305. дои : 10.1002/9780470175637 . ISBN 9780470175637 .
- ^ Морони, Натан; Фэйрчайлд, Марк Д.; Хант, Роберт У.Г.; Ли, Чанджун; Луо, М. Роннье; Ньюман, Тодд (12 ноября 2002 г.). «Модель цветового оформления CIECAM02». Десятая конференция IS&T/SID по цветной визуализации . Скоттсдейл, Аризона : Общество науки и технологий визуализации . ISBN 0-89208-241-0 .
- ^ Эбнер, Фриц (1 июля 1998 г.). «Вывод и моделирование цветовой однородности и развитие цветового пространства IPT» . Тезисы : 129.
- ^ «Добро пожаловать на веб-сайт Брюса Линдблума» . brucelindbloom.com . Проверено 23 марта 2020 г.
- ^ Спецификация ICC.1:2010 (версия профиля 4.3.0.0) . Управление цветом в технологии изображений. Архитектура, формат профиля и структура данных, Приложение E.3, стр. 102.
- ^ Фэйрчайлд, Марк Д. (2001). «Пересмотр CIECAM97 для практического применения» (PDF) . Исследование и применение цвета . 26 (6). Wiley Interscience : 418–427. дои : 10.1002/col.1061 .
- ^ Фэйрчайлд, Марк. «Ошибки в ЦВЕТОВЫХ МОДЕЛЯХ» (PDF) .
Опубликованная матрица MCAT02 в уравнении. 9.40 неверно (это версия матрицы ХантаПоинтера-Эстевеса. Правильная матрица MCAT02 выглядит следующим образом. Она также правильно задана в уравнении 16.2)
- ^ Ли, Чанджун; Ли, Чжицян; Ван, Чжифэн; Сюй, Ян; Луо, Мин Ронье; Цуй, Гуйхуа; Мельгоса, Мануэль; Брилл, Майкл Х.; Пойнтер, Майкл (2017). «Комплексные цветовые решения: CAM16, CAT16 и CAM16-UCS». Исследование и применение цвета . 42 (6): 703–718. дои : 10.1002/col.22131 .
- ^ «Физиологически значимые» функции LMS CIE 2006 (фундаментальные основы LMS на 2 градуса, основанные на 10-градусных CMF Стайлза и Берча, скорректированных на 2 градуса)» . Лаборатория исследования цвета и зрения/ . Институт офтальмологии . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ Стокман, Эндрю (декабрь 2019 г.). «Основы конуса и стандарты CIE» (PDF) . Современное мнение в области поведенческих наук . 30 :87–93 . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ «Фотопигменты» . Лаборатория исследования цвета и зрения/ . Институт офтальмологии . Проверено 27 ноября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б «2-градусные CMF CIE» . cvrl.ucl.ac.uk.
- ^ «CIE (2012) 2-градусные «физиологически значимые» функции сопоставления цветов по XYZ» . Лаборатория исследования цвета и зрения/ . Институт офтальмологии . Проверено 27 ноября 2023 г.
- ^ Шарп, Линдси Т.; Стокман, Эндрю; Ягла, Вольфганг; Ягле, Герберт (21 декабря 2005 г.). «Функция светоотдачи V*(λ) для адаптации к дневному свету». Журнал видения . 5 (11): 3. дои : 10.1167/5.11.3 . S2CID 19361187 .
- ^ Шарп, LT; Стокман, А.; и др. (февраль 2011 г.). «Функция светоотдачи, V*D65(λ), для адаптации к дневному свету: поправка» . ЦВЕТ Исследования и применение . 36 (1): 42–46. дои : 10.1002/col.20602 .
- ^ Стокман, А.; Шарп, LT; Фах, CC (1999). «Спектральная чувствительность коротковолновых колбочек человека» . Исследование зрения . 39 : 2901–2927 . Проверено 28 ноября 2023 г.
- ^ «Имитация дефицита цветового зрения» . colorspace.r-forge.r-project.org .
- ^ Симон-Лидтке, Йошуа Томас; Фаруп, Ивар (февраль 2016 г.). «Оценка методов дальтонизации дефицита цветового зрения с использованием метода поведенческого визуального поиска». Журнал визуальных коммуникаций и представления изображений . 35 : 236–247. дои : 10.1016/j.jvcir.2015.12.014 . hdl : 11250/2461824 .
- ^ Алакуйала, Юрки; ван Ассельдонк, Рууд; Букортт, Сами; Шабадка, Золтан; Брюс, Мартин; Комса, Юлия-Мария; Фиршинг, Мориц; Фишбахер, Томас; Ключников Евгений; Гомес, Себастьян; Обрик, Роберт; Потемпа, Кшиштоф; Ратушняк, Александр; Снейерс, Джон; Шабадка, Золтан; Вандервенн, Лоде; Версари, Лука; Вассенберг, Январь (6 сентября 2019 г.). «Архитектура сжатия изображений нового поколения и инструменты кодирования JPEG XL». В Тешере, Эндрю Г; Эбрахими, Турадж (ред.). Применение цифровой обработки изображений XLII . Том. 11137. с. 20. Бибкод : 2019SPIE11137E..0KA . дои : 10.1117/12.2529237 . ISBN 9781510629677 .
- ^ «butteraugli/butteraugli.h в мастере · google/butteraugli» . Гитхаб . Проверено 2 августа 2021 г.