Векторная оценка цветопередачи

Материал от компании Кафедра светотехники МЭИ(ТУ)

Григорьев А.А., Снетков В. Ю., Шугаев Б. В. МЭИ (ТУ), г. Москва

На сегодняшний день задача, которая наиболее остро стоит в прикладной колориметрии – оценка качества воспроизведения реального полноцветного изображения, причем учитывая искажения, присутствующие в каждой точке. Этой проблеме посвящено множество работ, доклады были представлены на 26 сессии МКО в Пекине, ведутся работы в комитетах МКО и национальных комитетах. Можно утверждать, что на сегодняшний момент стандарта, который мог бы прийти на смену классической методике по общему индексу цветопередачи ( Ra ) не принято.

С точки зрения светотехники понятно, что чем меньше значение цветовых сдвигов, тем выше будет качество передачи цвета в целом для набора цветов или изображения. Так же известно, что сдвиг одной и той же величины (выраженный в единицах порога) но различный по направлению будет восприниматься по разному. В качестве простого примера можно привести следующий случай: пусть некоторый образец освещен сначала эталонным ИС, затем двумя исследуемыми с различными спектральными составами. Возможен вариант, при котором величина цветового искажения dE и частный индекс цветопередачи Ri для двух исследуемых источников относительно эталона будут равны. Однако различные направления цветовых сдвигов в этом случае могут играть решающую роль в том, как человек оценит эти цветовые искажения.

Величины Ra или Rt (индекс соответствия) говорят о величине искажения цвета. Однако эти скалярные величины не несут информации о направлении изменения цвета изображения. Для того, чтобы получить эту информацию, необходимо применение принципиально другого подхода - индекс цветопередачи должен учитывать направления векторов цветовых сдвигов.

Цвет в каждом пикселе эталонного и оцениваемого изображения представляется точкой в пространстве цветовых ощущений наблюдателя. Представление же в математической форме – точка в колориметрическом пространстве. Цвет каждой точки исходного изображения дает совокупность точек – векторов исходных цветов, у оцениваемого изображения каждая точка получается другой. Получаем новую совокупность векторов. Основа идеи состоит в том, что один и тот же количественный сдвиг, но в разных направлениях приводит к разному ощущению, поэтому нужно принимать во внимание помимо значения отклонения еще и его направление. Оценки проводятся сразу в нескольких цветовых системах – Luv, Lab, HLS, ряде других.

Если в пространстве XYZ есть n векторов, которые заданы своими начальными и конечными точками, координаты таких векторов будут следующими (Здесь и далее применяется переменная V для обозначения векторной величины, как это принято в математике. Координата цветности v в системе uv будет обозначаться прописной буквой, v , когда речь идет о соответствующей компоненте вектора - нижним индексом. Векторное пространство ХУZ – колориметрическое пространство.):


Векторной характеристикой этого набора векторов можем считать суммарный усредненный вектор цветового сдвига



Можно показать, что в ортогональном пространстве суммарный усредненный вектор является математическим ожиданием M(Vi) векторов.

Таким образом, вектор равный среднему всех векторов набора показывает смещение «центра тяжести» (ЦТ) начальных точек набора. С точки зрения колориметрии возможны такие варианты смещения:
1. ЦТ системы не изменил своего положения на диаграмме uv. Цвета не изменились,


этот случай носит чисто теоретический характер и описывает физически точную передачу изображения по Нюбергу [3].

Цвета изменяются на одну и ту же величину в сторону увеличения насыщенности при практически неизменном цветовом тоне. В результате новая площадь охвата будет включать в себя исходную, что можно проиллюстрировать рис. 2а.

Изменение цветностей образцов идет «внутрь» к точке белого. Этот случай будет характеризоваться уменьшением насыщенности цветов. Полученная в результате смены источника площадь цветового охвата будет полностью лежать внутри исходной (рис. 2б).

Комбинация первого и второго варианта, смещения лежат на оси, соединяющей ЦТ и точки, но направления либо в сторону увеличения либо в сторону уменьшения насыщенности (рис. 2в).


Однако, на практике маловероятно такое изменение освещения, при котором ЦТ набора цветов не изменится. Рассмотрим второй вариант.

2. Происходит смещение ЦТ на диаграмме uv.

2.1. Большинство векторов направлены преимущественно в одну сторону, направление совпадает или близко к направлению вектора смещения ЦТ (иллюстрация – рис. 3а). Этот случай имеет место на практике, когда при изменении источника меняется баланс белого и цвета «уходят». Т.е. большинство цветов меняется в сторону согласованного изменения цветности. Обычно в этом случае применяют цветовую коррекцию, которая носит обратный характер.

2.2. Направление векторов носит спонтанный характер, нет преобладающего для большинства тестовых цветов направления. Этот случай так же имеет важное практическое значение. Отметим, что с точки зрения ухудшения изображения случай, когда вектора имеют разное направление, худший, так как никакой корректировкой цветов нельзя будет полностью устранить искажения (иллюстрация – рис. 3б).