Г Л А В А 1 0

МОДЕЛИ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

ном этапе результирующие сигналы разными способами объединяются с целью получения собственно предикторов различных атрибутов восприятия. Данные об адаптирующем стимуле, фоне, окружении и пр. включаются в модель на эта пе преобразования хроматической адаптации, а если необходимо, то и на более поздних этапах.

По описанной схеме построены все модели цветового восприятия, рассмат риваемые в данной книге, однако подход к каждой из них индивидуален и ак центы расставлены по разному. Простейшим примером модели цветового вос приятия, построенной в соответствии с описанными выше шагами, является цветовое пространство CIELAB, интерпретация которого как модели цветового восприятия дана в следующем разделе.

10.3 CIELAB

Тот, кто воспитан на классической традиционной колориметрии, как прави ло, морщится, когда слышит о CIELAB как о модели цветового восприятия: в са мом деле, CIE (1986) прошла долгий путь, прежде чем назвала LAB равномер ным цветовым пространством (но не пространством восприятия). Изначально CIELAB создавалось как пространство спецификации цветовых отличий: в нача ле семидесятых для расчета цветовых отличий предлагалось ни много ни мало — 20 различных формул, и дабы обеспечить равномерность на тот период, пока соз дается наилучшая формула, в 1976 г. CIE рекомендовала два цветовых простран ства: CIELAB и CIELUV (Робертсон 1977, 1990). Эвклидово расстояние между двумя точками в этих пространствах являлось мерой цветового отличия ( Eab* или Euv* ).

В 1994 г. для измерения цветовых отличий CIE рекомендовала единую фор мулу, основанную на CIELAB пространстве и известную как E94* (Бернс, 1993; CIE, 1995). В процессе создания формулы E94* комиссия вознамерилась соз дать новое цветовое пространство с некоторыми предикторами атрибутов цве тового восприятия.

Неудивительно, что наилучший путь описания цветовых отличий между двумя стимулами — это описание цветового восприятия каждого. Таким обра зом, с некоторой осторожностью CIELAB все же можно рассматривать именно как модель цветового восприятия.

Вычисление CIELAB;координат

Вычисление CIELAB координат необходимо начинать с получения трехсти мульных значений самоего стимула (XYZ) и трехстимульных значений эталон ного белого (XnYnZn). Эти данные используются в «модифицированном» фон кризовском расчете смены хроматической адаптации: трехстимульные значе ния стимула нормируются на трехстимульные значения эталонного белого (то есть: X/Xn, Y/Yn и Z/Zn). Отметим, что CIE трехстимульные значения при этом не преобразовываются в колбочковые ответы, как того требует истинная фон кризовская модель адаптации.

Затем «адаптированные» сигналы подвергаются нелинейной компрессии по

223

Г Л А В А 1 0

МОДЕЛИ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

корнекубическим формулам CIELAB: компрессия моделирует нелинейные взаимоотношения между физически измеряемой энергией и перцепционным ответом (Стивенс, 1961).

Далее, согласно оппонентной теории цветового зрения, сигналы объединя ются по трем размерностям: светлота темнота, краснота зелень и желтизна си нева.

Финальная операция: внедрение в уравнения дополнительных мультиплика тивных констант, для обеспечения требуемой равномерности перцепционного пространства и надлежащих взаимоотношений между тремя размерностями.

Полные CIELAB уравнения даны в формулах 10.1–10.4:

L* 116f(Y / Y ) 16							(10.1)
	n
a* 500[f(X / X		n	) f(Y / Y )]				(10.2)
					n
b* 200[f(Y / Y		) f(Z / Z		n	)]		(10.3)
	n
	(#)1/3			# 0008856%
f(#) (						+	(10.4)
)7.787(#) 16/116				# & 0.008856,

Для того чтобы преодолеть ограничения оригинальных CIELAB уравнений (которые действуют только при условии, что X/Xn, Y/Yn и Z/Zn > 0.01), Паули (1976) ввел дополнительные формулы1. Малые значения в реальной практике встречаются редко, но иногда они появляются в безбликовых спецификациях систем визуализации изображений, то есть полный набор формул 10.1–10.14 критичен для тех случаев, когда могут появиться малые значения.

L* из уравнения 10.1 — это величина, коррелирующая (коррелят) с перцеп ционным понятием «светлота», лежащая в диапазоне от 0.0 (черный) до 100.0 (диффузный белый), но иногда (при наличии бликов в изображении) величина L* может превышать 100. Размерности а* и b* — коррелируют примерно с красно зеленым и желто синим восприятием насыщенности, которые могут иметь как положительные, так и отрицательные значения. У ахроматичных стимулов (то есть белого, серого, черного) значения по а* и b* равны 0.0. Макси мальные значения по осям а* и b* ограничены скорее физическими свойствами материалов, нежели собственно формулами.

Сцелью создания трехмерного цветового пространства, размерности L*, а*

иb* CIELAB объединены с декартовыми координатами (см. рис. 10.1), однако CIELAB можно представить и в виде цилиндрических координат (рис. 10.2). Цилиндрическая координатная система дает предикторы насыщенности — Cab*

ицветового тона — hab (угловые градусы цветового тона), вычисляемые по фор мулам 10.5 и 10.6:

1Уравнение 10.4. — Прим. пер.

224

Г Л А В А 1 0			МОДЕЛИ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

Рис. 10.1 Декартово представление пространства CIELAB.

Рис. 10.2 Цилиндрическое представление пространства CIELAB.

C*	(a*2	b*2 )	(10.5)
ab
h	tan 1	(b* / a* )	(10.6)
ab

У Cab* те же единицы, что и у а* и b*: Cab* значение ахроматических стимулов равно 0.0 (то есть, насыщенности нет). Угол цветового тона (hab) выражается по ложительными значениями (0 лежит на положительной а* оси), которые рас

225

Г Л А В А 1 0

МОДЕЛИ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

Рис. 10.3 Два варианта трехмерной компьютерной визуализации CIELAB пространства по светлоте, насыщенности и цветовому тону.

226

Г Л А В А 1 0

МОДЕЛИ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

тут против часовой стрелки. На рис. 10.3 показано полноцветное трехмерное представление цветового пространства CIELAB по размерностям светлоты, на сыщенности и цветового тона.

Таким образом, поскольку формулы CIELAB на входе берут трехстимуль ные значения XYZ, а на выходе дают корреляты со светлотой (L*), насыщенно стью (Cab* ) и цветовым тоном (hab), система CIELAB является простейшей фор мой модели цветового восприятия. В таблице 10.1 даны рабочие примеры CIELAB вычислений.

Таблица 10.1 Примеры вычислений CIELAB значений

Параметр	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
X	19.01	57.06	3.53	19.01
Y	20.00	43.06	6.56	20.00
Z	21.78	31.96	2.14	21.78
Xn	95.05	95.05	109.85	109.85
Yn	100.00	100.00	100.00	100.00
Zn	108.88	108.88	35.58	35.58
L*	51.84	71.60	30.78	51.84
a*	0.00	44.22	–42.69	–13.77
b*	–0.01	18.11	2.30	–52.86
Cab*	0.01	47.79	42.75	54.62
hab	270.0	22.3	176.9	255.4

Несмотря на то, что CIELAB пространство — это простейший пример моде ли цветового восприятия, у системы имеется ряд известных ограничений.

Перцепционную равномерность CIELAB можно оценить, построив графики постоянного цветового тона и постоянной насыщенности по образцам Мансел ловского атласа цветов (рис. 10.4). Поскольку манселловская система созда валась перцепционно равномерной, в частности по параметрам цветового тона и насыщенности, то можно предположить, что рисунок 10.4 будет представ лять собой набор идеальных концентрических кругов (представляющих конту ры постоянной насыщенности) и прямых линий, радиально расходящихся из центра (представляющих постоянный цветовой тон).

Как видно из рис. 10.4, CIELAB пространство вполне прилично справляется с задачей равномерного представления манселловской системы, однако даль нейшее исследование контуров постоянного цветового тона с использованием CRT дисплея (способного к воспроизводству стимулов большей насыщенности, нежели манселловский атлас) выявляет несоответствие между визуальными результатами и их предикторами (к примеру, Ханг и Бернс, 1995). На рис. 10.5 показаны линии постоянного цветового тона, полученные Хангом и Берн сом (1995): хорошо видно, что в CIELAB пространстве линии искривлены, осо бенно в области красных и синих цветовых тонов.

227

Г Л А В А 1 0

МОДЕЛИ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

b*

a*

Рис. 10.4 Контуры постоянной манселловской насыщенности и постоянного цветового тона (при манселловской светлоте 5), нанесенные на плоскость CIELAB a*b*.

b*

a*

Рис. 10.5 Контуры постоянного цветового тона, полученные Хангом и Бернсом (1995).

Шкалу светлоты CIELAB можно проверить аналогичным образом, построив график манселловской светлоты как функции от L* (рис. 10.6). Очевидно, что L* очень хорошо прогнозирует манселловскую светлоту, причем даже лучше, чем полином пятого порядка, использованный для ее определения (Фершильд, 1995): мы видим, что результат, показанный на рис. 10.6, не противоречит ис

228