Легкость

Чтобы узнать о других значениях, см. Легкость (значения) .

Три оттенка в цветовой модели Munsell . Каждый цвет различается по значению сверху вниз в равных шагах восприятия. Правый столбец претерпевает резкое изменение воспринимаемого цвета.

Легкость – это визуальное восприятие яркости . $(L)$ объекта. Его часто оценивают по отношению к аналогично освещенному объекту. В колориметрии и моделях внешнего вида цвета яркость — это прогноз того, как освещенный цвет будет выглядеть стандартному наблюдателю. В то время как яркость — это линейное измерение света, яркость — это линейный прогноз человеческого восприятия этого света.

Это различие имеет смысл, поскольку восприятие света человеческим зрением нелинейно относительно света. Удвоение количества света не приводит к удвоению воспринимаемой легкости, а лишь к небольшому увеличению.

Символом перцептивной легкости обычно является либо $J$ как используется в CIECAM02 или $L^{*}$ как используется в CIELAB и CIELUV . $L^{*}$ («Лстар») не следует путать с $L$ как используется для яркости. В некоторых системах упорядочения цветов, таких как Munsell , яркость упоминается как ценность .

светотень И , и тенебризм используют драматические контрасты ценностей, чтобы усилить драматизм в искусстве. Художники также могут использовать затенение , тонкую манипуляцию со значением.

Легкость в разных цветовых пространствах

Рис 2а. Гамма sRGB отображается в пространстве CIELAB. Обратите внимание, что линии, указывающие на основные цвета красного, зеленого и синего, расположены неравномерно по углу оттенка и имеют неравную длину. Первичные цвета также имеют разные значения L *.

Рис 2б. Гамма Adobe RGB отображается в пространстве CIELAB. Также обратите внимание, что эти два пространства RGB имеют разные гаммы и, следовательно, будут иметь разные представления HSL и HSV.

В некоторых цветовых пространствах или цветовых системах, таких как Munsell, HCL и CIELAB, яркость (значение) ахроматически ограничивает максимальный и минимальный пределы и действует независимо от оттенка и цветности . Например, значение Манселла 0 — чисто черный, а значение 10 — чисто белый. Поэтому цвета с различимым оттенком должны иметь значения между этими крайностями.

В субтрактивной цветовой модели (например, краска, краситель или чернила) изменение светлоты цвета посредством различных оттенков, теней или тонов может быть достигнуто путем добавления белого, черного или серого цвета соответственно. Это также снижает насыщенность .

В HSL и HSV отображаемая яркость зависит от оттенка и цветности для данного значения яркости, другими словами, выбранное значение яркости не предсказывает ни фактическую отображаемую яркость, ни ее восприятие. Обе системы используют тройки координат, где многие тройки могут отображаться в один и тот же цвет.

В HSV все тройки со значением 0 чисто черные. Если оттенок и насыщенность остаются постоянными, то увеличение значения увеличивает яркость, так что значение 1 соответствует самому светлому цвету с заданным оттенком и насыщенностью. HSL аналогичен, за исключением того, что все тройки с яркостью 1 чисто белые. В обеих моделях все чистые насыщенные цвета обозначают одинаковую яркость или значение, но это не относится к отображаемой яркости, которая определяется оттенком. Т.е. желтый имеет более высокую яркость, чем синий, даже если значение яркости установлено на заданное число.

Хотя HSL, HSV и подобные пространства служат достаточно хорошо для выбора или настройки одного цвета, они не являются единообразными по восприятию. Они жертвуют точностью ради простоты вычислений, поскольку были созданы в эпоху, когда производительность компьютерных технологий была ограничена.

Если мы возьмем изображение и извлечем компоненты оттенка, насыщенности и яркости или значений для данного цветового пространства , мы увидим, что они могут существенно отличаться от другого цветового пространства или модели. Например, изучите следующие изображения огнедышащего ( рис. 1 ). Оригинал находится в цветовом пространстве sRGB. СИЭЛАБ $L^{*}$ — это перцепционно-равномерный прогноз освещенности, полученный на основе яркости $Y$, но отбрасывает $X$ и $Z$, цветового пространства CIE XYZ . Обратите внимание, что по воспринимаемой светлоте это изображение похоже на исходное цветное изображение. Лума $(Y^{\prime })$ представляет собой гамма-кодированный компонент яркости некоторых систем кодирования видео, таких как $(Y^{\prime }IQ)$ и $(Y^{\prime }UV)$. Он примерно похож, но отличается высокой цветностью, больше всего отклоняясь от ахроматического сигнала, такого как линейная яркость. $Y$ или нелинейная легкость $L^{*}$. ХСЛ $L$ и ВПГ $V$ не являются ни перцептивно однородными, ни однородными по яркости.

Рис. 1а. Цветная фотография (цветовое пространство sRGB).

Рис. 1б. CIELAB L * (дальнейшее преобразование обратно в sRGB для стабильного отображения).

Рис. 1в. Рек. 601 ярм Y ′ .

Рис. 1г. Компонент средний: «интенсивность» I .

Рис. 1д. Значение V. HSV

Рис. 1е. HSL легкость L .

Связь со значением и относительной яркостью

Значение Манселла уже давно используется в качестве шкалы восприятия однородной яркости. Интересен вопрос о взаимосвязи между шкалой значений Манселла и относительной яркостью . Зная о законе Вебера-Фехнера , Альберт Манселл заметил: «Должны ли мы использовать логарифмическую кривую или кривую квадратов?» Ни один из вариантов не оказался вполне правильным; ученые в конечном итоге пришли к кривой примерно с кубическим корнем, соответствующей степенному закону Стивенса для восприятия яркости, отражающему тот факт, что легкость пропорциональна количеству нервных импульсов на нервное волокно в единицу времени. Оставшаяся часть этого раздела представляет собой хронологию моделей легкости, ведущих к CIECAM02 .

Примечание. Манселла – V принимает значения от 0 до 10, тогда как Y обычно составляет от 0 до 100 (часто интерпретируется как процент). Обычно относительная яркость нормализуется так, что «эталонный белый цвет» (скажем, оксид магния ) имеет трехцветное значение Y = 100 . Поскольку коэффициент отражения оксида магния (MgO) относительно идеального отражающего рассеивателя составляет 97,5%, V = 10 соответствует Y = ⁠ 100 / 97,5 ⁠ % ≈ 102,6, если в качестве эталона используется MgO.

Обратите внимание, что яркость составляет 50% при относительной яркости около 18% относительно эталонного белого.

1920

Ирвин Прист , Кассон Гибсон и Гарри МакНиколас дают базовую оценку значения Манселла ( в данном случае Y принимает значения от 0 до 1):

$V=10{\sqrt {Y}}.$

1933

Александр Манселл, Луиза Слоан и Исаак Годлав запускают исследование шкалы нейтральных значений Манселла, рассматривая несколько предложений, связывающих относительную яркость со значением Манселла, и предлагают:

$V^{2}=1.4742Y-0.004743Y^{2}.$

1943

Сидни Ньюхолл, Дороти Никерсон и Дин Джадд готовят отчет для Оптического общества Америки (OSA) о ренотации Манселла. Они предлагают параболу пятой степени (связывающую коэффициент отражения через величину):

$Y=1.2219V-0.23111V^{2}+0.23951V^{3}-0.021009V^{4}+0.0008404V^{5}.$

1943

Используя Таблицу II отчета OSA, Парри Мун и Домина Спенсер выражают значение через относительную яркость:

$V=5\left({\frac {Y}{19.77}}\right)^{0.426}=1.4Y^{0.426}.$

1944

Джейсон Сондерсон и Б.И. Милнер ввели в предыдущее выражение вычитающую константу для лучшего соответствия значению Манселла. Позже Доротея Джеймсон и Лео Гурвич утверждают, что это корректирует одновременные контрастные эффекты .

$V=2.357Y^{0.343}-1.52.$

1955

Лэдд и Пинни из Eastman Kodak заинтересованы в значении Манселла как в воспринимаемой однородной шкале яркости для использования на телевидении . Рассмотрев одну логарифмическую и пять степенных функций (согласно степенному закону Стивенса ), они связывают значение с отражательной способностью, возводя отражательную способность в степень 0,352:

$V=2.217Y^{0.352}-1.324.$

Понимая, что это очень близко к корню куба , они упрощают его до:

$V=2.468{\sqrt[{3}]{Y}}-1.636.$

1958

Глассер и др. определите яркость как десятикратное значение Манселла (так, чтобы яркость находилась в диапазоне от 0 до 100):

$L^{\star }=25.29{\sqrt[{3}]{Y}}-18.38.$

1964

Гюнтер Выжецкий упрощает это:

$W^{\star }=25{\sqrt[{3}]{Y}}-17.$

Эта формула аппроксимирует функцию значения Манселла для 1% < Y < 98% (она неприменима для Y < 1% ) и используется для цветового пространства CIE 1964 .

1976

CIELAB использует следующую формулу:

$L^{\star }=116\left({\frac {Y}{Y_{\mathrm {n} }}}\right)^{\frac {1}{3}}-16.$

где Y _n — трехцветное значение CIE XYZ Y эталонной точки белого (нижний индекс n предполагает «нормализованное») и на него распространяется ограничение ⁠ Y / Y _п ⁠ > 0,01 . Паули снимает это ограничение, вычисляя линейную экстраполяцию , которая отображает ⁠ Y / Y _n ⁠ = 0 до L * = 0 и касается приведенной выше формулы в точке, в которой линейное расширение вступает в силу. Сначала определяется точка перехода. ⁠ Y / Y _n ⁠ = ( ⁠ 6 / 29 ⁠ ) ³ ≈ 0,008856 , тогда наклон ( ⁠ 29 / 3 ⁠ ) ³ ≈ 903,3 Вычислено . Это дает функцию, состоящую из двух частей:

$f(t)={\begin{cases}t^{\frac {1}{3}}&{\text{if }}t>\left({\frac {6}{29}}\right)^{3}\\{\frac {1}{3}}\left({\frac {29}{6}}\right)^{2}t+{\frac {4}{29}}&{\text{otherwise}}\end{cases}}$

Тогда легкость:

$L^{\star }=116f\left({\frac {Y}{Y_{\mathrm {n} }}}\right)-16.$

На первый взгляд, вы можете аппроксимировать функцию легкости кубическим корнем — приближение, которое встречается в большей части технической литературы. Однако линейный сегмент рядом с черным имеет значение, как и коэффициенты 116 и 16. Наиболее подходящая чистая степенная функция имеет показатель степени около 0,42, что далеко от ⁠ 1 / 3 ⁠ . примерно с 18% Серая карта , имеющая точный коэффициент отражения ( ⁠ 33 / 58 ⁠ ) ³ , имеет значение яркости 50. Его называют « средне-серым », потому что его яркость находится на полпути между черным и белым.

1997

Еще в 1967 г. у рыб была обнаружена гиперболическая связь между интенсивностью света и реакцией колбочек в соответствии с Михаэлиса-Ментен . кинетической моделью биохимических реакций В 70-х годах такая же зависимость была обнаружена у ряда других позвоночных, а в 1982 году, используя микроэлектроды для измерения реакции колбочек у живых макак-резус, Валетон и Ван Норрен обнаружили следующую зависимость:

1 / V ~ 1 + (σ / I) ^0.74

где V — измеренный потенциал, I — интенсивность света, а σ — константа.В 1986 году Сейм и Вальберг поняли, что эти отношения могут помочь в создании более однородного цветового пространства. Это вдохновило на развитие цветового моделирования, и когда Международная комиссия по освещению провела симпозиум в 1996 году, были сформулированы цели для новой стандартной цветовой модели, а в 1997 году была стандартизирована CIECAM97 (Международная комиссия по освещению, модель цветового восприятия, 1997, простая версия). CIECAM97s проводит различие между яркостью (насколько светлым кажется что-то по сравнению с аналогично освещенным белым объектом) и яркостью (сколько света исходит от чего-либо). Согласно CIECAM97, легкость образца составляет:

J = 100 ( _{образец} / _белый ) ^{чешский}

В этой формуле для небольшого образца в ярких условиях в окружающем поле с относительной яркостью n по сравнению с белым, c было выбрано таким образом, что:

${\text{cz}}={\frac {1+{\sqrt {n}}}{1+{\sqrt {\frac {1}{5}}}}}$

Это моделирует то, что образец будет выглядеть темнее на светлом фоне, чем на темном. См. эффект контраста для получения дополнительной информации по этой теме. Когда n = ⁠ 1 / 5 ⁠ , cz = 1, что соответствует предположению, что большинство сцен имеют среднюю относительную яркость ⁠ 1/5 по сравнению с ярко - ⁠ белым , поэтому образец в таком окружении должен восприниматься с должной яркостью.Величина A моделирует реакцию ахроматического конуса; это зависит от цвета, но для серого образца при ярком освещении это выглядит следующим образом:

${\frac {\text{A}}{{\text{N}}_{\text{bb}}}}={\frac {122}{1+2{\Bigl (}{\tfrac {1}{10}}Y{\sqrt[{3}]{5L_{A}}}{\Bigr )}^{-0.73}}}+1$

N _bb — коэффициент ложности, который обычно равен 1; это вызывает беспокойство только при сравнении оценок яркости, основанных на немного разных эталонных белых тонах.

Здесь Y — относительная яркость по сравнению с белым по шкале от 0 до 1, а L _A — средняя яркость адаптирующегося поля зрения в целом, измеряемая в кд/м. ² . Ахроматическая реакция следует своего рода S-образной кривой в диапазоне от 1 до 123, числа, которые следуют из способа усреднения ответов колбочек и которые в конечном итоге основаны на грубой оценке полезного диапазона нервных импульсов в секунду. довольно большой промежуточный диапазон, где он примерно соответствует кривой квадратного корня.Тогда яркость согласно CIECAM97 составит:

Q = (1,24/с) (Дж/100) ^0.67 ( _Белый + 3) ^0.9

Коэффициент 1,24/c — это коэффициент объемного звучания, который показывает, что сцены кажутся ярче в темных окружающих условиях.Также были сформулированы предложения по более полной модели CIECAM97C, чтобы учесть несколько эффектов в очень темных или ярких условиях, цветное освещение, а также эффект Гельмгольца-Кольрауша , когда высокохроматические образцы кажутся светлее и ярче по сравнению с нейтральный серый. Чтобы смоделировать последний эффект, в CIECAM97C формула для J корректируется следующим образом:

J _HK = J + (100 – J) (C/300) |sin( ⁠ 1 / 2 ⁠ h – 45°)|,

где C — цветность, а h — угол оттенка.

Затем Q рассчитывается на основе J _HK, а не на основе J. Эта формула повышает яркость и яркость цветных образцов. Чем больше цветность, тем сильнее эффект; для очень насыщенных цветов C может приближаться к 100 и даже выше. Абсолютный синусоидальный член имеет резкую V-образную впадину с нулем в желтом цвете и широкое плато в темно-синем цвете.

2002

Ахроматический ответ в CIECAM97 представляет собой взвешенное сложение ответов колбочек минус 2,05. Поскольку сумма общего шума составляет 3,05, это означает, что A и, следовательно, J и Q не равны нулю для абсолютно черного цвета. Чтобы исправить это, Ли, Луо и Хант предложили вместо этого вычесть 3,05, чтобы шкала начиналась с нуля. Хотя CIECAM97 была успешной моделью для стимулирования и направления колориметрических исследований, Fairchild считала, что для практического применения необходимы некоторые изменения. Те, что имели отношение к расчетам легкости, заключались в том, чтобы вместо использования нескольких дискретных значений для коэффициента объемного окружения c разрешить линейную интерполяцию c и тем самым позволить использовать модель в промежуточных условиях объемного окружения, а также упростить z, чтобы исключить особый случай для больших стимулы, потому что он чувствовал, что это не имеет значения для приложений визуализации. Основываясь на результатах экспериментов, Хант, Ли, Хуан и Луо предложили ряд улучшений. Для рассматриваемой темы актуально то, что они предложили немного снизить z. Ли и Луо обнаружили, что цветовое пространство, основанное на такой модифицированной системе CIECAM97, использующей яркость в качестве одной из координат, было более единообразным по восприятию, чем CIELAB.

Из-за формы S-кривой отклика колбочки, когда яркость цвета снижается, даже если его спектральный состав остается прежним, разные отклики колбочек не изменяются с одинаковой скоростью по отношению друг к другу. Поэтому вполне вероятно, что воспринимаемый оттенок и насыщенность изменятся при низких уровнях яркости. Но CIECAM97 предсказывает гораздо большие отклонения, чем обычно считается вероятным, и поэтому Хант, Ли и Луо предложили использовать кривую реакции конуса, которая аппроксимирует кривую мощности для гораздо большего диапазона стимулов, поэтому оттенок и насыщенность сохраняются лучше.

Все эти предложения, а также другие, касающиеся цветности, привели к созданию новой модели цветового оформления CIECAM02. В этой модели формула легкости остается прежней:

J = 100 ( _{образец} / _белый ) ^{чешский}

Но все величины, входящие в эту формулу, каким-то образом изменяются. Параметр c теперь является бесступенчатым, как обсуждалось выше, и z = 1,48 + √n. Хотя это значение выше, чем z в CIECAM97, общий эффективный коэффициент мощности очень похож, поскольку эффективный коэффициент мощности ахроматического отклика намного ниже:

${\frac {\text{A}}{{\text{N}}_{\text{bb}}}}={\frac {1220}{1+{\frac {27.13}{\left({\frac {{\sqrt[{3}]{5{\text{L}}_{\text{A}}}}{\text{Y}}}{10}}\right)^{0.42}}}}}$

Как и раньше, эта формула предполагает яркие условия. За исключением 1220, которое является результатом произвольно принятой константы отклика конуса, различные константы в CIECAM02 были адаптированы к наборам экспериментальных данных. Выражение для яркости также значительно изменилось:

$Q={\frac {4}{c}}{\frac {\sqrt {J}}{10}}(A_{white}+4)\left({\frac {\sqrt[{3}]{5L_{A}}}{10}}\right)^{0.25}$

Обратите внимание, что в отличие от предложения CIECAM97C, CIECAM02 не содержит положений об эффекте Гельмгольца-Кольрауша.

Другие психологические эффекты

Это субъективное восприятие яркости нелинейным образом — одна из причин, которая делает гамма-сжатие изображений целесообразным. Помимо этого явления существуют и другие эффекты, связанные с восприятием легкости. Цветность может влиять на воспринимаемую легкость, что описывается эффектом Гельмгольца-Кольрауша . Хотя пространство CIELAB и его родственники не учитывают это влияние на яркость, это может подразумеваться в цветовой модели Манселла. Уровни освещенности также могут влиять на воспринимаемую цветность, как в случае с эффектом Пуркинье .

См. также

• Яркость
• Оттенок, оттенок и тон

Внешние ссылки

СМИ, связанные с легкостью , на Викискладе?