Рис. 9.12.
Поля условий наблю-
дения, различие цвета
которых приходит-
ся учитывать для
колориметрических
коррекций воспроиз-
водимой детали.
В основе хроматической адаптации лежит изменение соотношения
характеристик световой эффективности (см. рис. 9.4) трех рецепторов
(колбочек), возникающее при воздействии зрительных возбуждений со
преобладанием мощности в тех или иных зонах видимого спектра. Напри-
мер, значительная мощность лампы накаливания (см. рис. 9.1а) в длин-
новолновой области «утомляет» красночувствительные рецепторы. При
этом несколько возрастает относительная спектральная чувствительность
S(λ) коротковолновых, синечувствительных. Именно по этой причине
лист белой бумаги и воспринимается без желтоватого оттенка после не-
которого привыкания к такому свету. Эту способность зрения отвлекаться
от цвета освещения характеризуют такими понятиями, как постоянство
цвета (color constancy) или игнорирование источника света (illuminant
discount) [9.9].
Ситуация несколько меняется, когда вместо листа бумаги со спек-
|
|
тром отражения близким к равноэнергетическому (см. рис. 9.1а) под той
же лампой накаливания воспринимается рельефный спектр метамера
«серого», полученного, например, подбором соотношения голубой, пур-
пурной и желтой печатных красок применительно к более нейтральному,
белому освещению Р1(λ). В новых условиях подобное серое поле оттиска
может приобрести «теплый», желтоватый оттенок.
Новое соотношение красок и соответственно спектр R2(λ) метамера
такого серого можно, казалось бы, рассчитать из условия сохранения не-
изменными координат цвета в условиях освещения другим источником, в
данном примере лампой накаливания со спектром Р2(λ) из условия:
X = Σ Р1(λ) R1(λ) х(λ) d λ = Σ Р2(λ) R2(λ) х(λ) d λ
Y = Σ Р1(λ) R1(λ) у(λ) d λ = Σ Р2(λ) R2(λ) y(λ) d λ
Z = Σ Р1(λ) R1(λ) z(λ) d λ = Σ Р2(λ) R2(λ) z(λ) d λ.
Как R2(λ) = Р1(λ) R1(λ) / Р2(λ)
Результат расчета укажет на необходимость увеличения доли голу-
бой в этом трехкрасочном сером. Однако это сработает лишь в том случае,
когда копия будет освещена новым источником апертурно, а наблюдатель
останется адаптированным к цветности прежнего освещения. В условиях
же адаптации к новому источнику, например, к цветности ламп накали-
вания, освещающих все помещение, произойдет уже упоминавшееся, но
не учитываемое условием (9.17) перераспределение световой эффектив-
ности колбочек.9 По мере утомления красночувствительных рецепторов
повысится эффективность синечувствительных и рассчитанное выше уве-
личение голубой в составе серого метамера окажется избыточным, сме-
|
|
щающим его к синей, коротковолновой области.
9 Спектральные кривые сложения х(λ), у(λ), z(λ) получены в нейтральном, сером
окружении.
Поэтому более строго смену хроматической адаптации наблюдате-
ля учитывают по изменению соотношений чувствительностей трех типов
колбочек, иллюстрируемому на рис. 9.13.
Для учета хроматической адаптации координаты цвета X1Y1Z1 для
некоторых первых, исходных условий рассматривания преобразуют в ко-
ординаты X2Y2Z2, обеспечивающие тот же воспринимаемый цвет в другой
среде наблюдения. В первом случае речь может идти, например, о цвете
самого естественного объекта или такой его промежуточной копии, как
изобразительный оригинал, выполненный на негативной или позитивной,
прозрачной или отражающей подложке или же оригинал, представленный
в электронном виде. Второму случаю может соответствовать наблюдение
копии в другой визуальной среде, в том числе и на экране монитора, где т.
н. точка «белого» также является весьма выраженным метамером дневно-
го света (см. рис. 13.3).
Указанные преобразования осуществляют в три этапа. На первом
из них исходные координаты X1Y1Z1 переводят в значения К1З1С1 физио-
логического цветового пространства по спектральным характеристикам
чувствительности рецепторов L(λ), M(λ) и S(λ), взятым в соотношении,
соответствующем адаптации в исходных условиях наблюдения (см.
рис. 9.4). Эти значения переводят далее в физиологические координа-
ты К2З2С2 по спектрам рецепторов, взятым в их соотношении присущем
вторым условиям адаптации. На третьем этапе координаты К2З2С2 пере-
водят в искомые X2Y2Z2.
Подобный пересчет производят через матрицы с коэффициентами
масштабирования спектров чувствительности рецепторов в исходных и
конечных условиях адаптации. Такие коэффициенты устанавливают, на-
пример, по координатам цвета соответствующих освещений как Xотбр/Xисх;
Yотбр/Yисх; Zотбр/ Zисх. Были предложены и другие варианты расчета этих
коэффициентов. Наиболее известны из них матрицы (преобразования)
Бедфорда и Вон Криса [9.10; 9.11].
Рис. 9.13.
Чувствительно-
сти колбочек при
разной адаптации
наблюдателя.
Психологические эффекты восприятия цвета связывают со зритель-
ным опытом, зрительными предпочтениями и ожиданиями наблюдателя.
Характерный пример цветовых предпочтений приводит Д. Ф. Крос-
фильд [9.12], вспоминая о своей одновременной поставке электронных
цветоделителей издательствам женских журналов в США и в Японии. Че-
рез некоторое время первый из заказчиков попросил сместить базовые на-
стройки машины по «памятному», телесному цвету к «загару», тогда как
второй, наоборот, хотел бы видеть кожу белее. Кроме того, зрительная па-
мять не является абсолютно точной. Установлено, например, что многие
наблюдатели предпочитают видеть цвета более насыщенными, чем они
есть на самом деле.
9.4. Спектральное представление цвета
Весьма перспективным, а в недалеком будущем вполне реальным
считают спектральное представление цвета. Опираясь целиком на физи-
ческие свойства объекта, а, при возможности, и воспроизводя их на копии,
оно позволяет отвлечься от субъективной оценки цветового тождества на-
блюдателем и ее зависимости от условий наблюдения.
Представление отражательной способности элементов изображения
спектральными распределениями альтернативно общепринятому трех-
компонентному метамерному колориметрическому кодированию, при ко-
тором цвет интерпретируется зрением однозначно лишь в оговоренном
варианте рассматривания (расстояние, спектр освещения), типе средства
отображения и состоянии адаптации наблюдателя. Восприятие цветового
|
|
возбуждения, как указывалось выше, зависит еще и от психологических
индивидуальных особенностей наблюдателя (цветовые память, опыт,
предпочтения, ожидания…), никак не учитываемых стандартной колори-
метрией МКО.
Спектральное представление цвета уже широко используется в ар-
хивировании изображений. Однако его применение для их визуализации
сдерживается относительной сложностью устройств спектрального, т. е.
физически тождественного отображения на основе множества узких по
спектру излучений или печатных систем с большим числом «нетриад-
ных» красок [9.13; 9.14].
Во многих случаях важно сохранить полную информацию о физиче-
ских свойствах объекта в цифровом файле как в некоторой промежуточ-
ной копии, каждый элемент изображения — «пиксел» которой представ-
лен спектральным распределением отражения. Воспроизведение этого
спектра весьма желательно и для конечного отображения на мониторе
или на подложке, поскольку снимает упомянутые выше ограничения. Од-
нако и в отсутствие спектрального отображения оказывается возможным
последующее трехкомпонентное воспроизведение с сохранением полной
физической картины в исходном файле. В рассматриваемых в последнем
разделе Системах управления цветом (СУЦ) наличие спектра отражения
позволяет напрямую переходить к колориметрическим значениям стан-
дартного связующего, аппаратно-независимого пространства. Это исклю-
чает необходимость создания т. н. входных профилей — преобразований
тех или иных, большей частью денситометрических исходных трехкомпо-
нентных значений в колориметрические.
Принимать во внимание спектральный состав излучения зачастую
важно и в моделировании результатов цветной печати, например, для уче-
та зависимости бокового рассеяния света в подложке (оптическое растис-
кивание) от его длины волны [9.15].
Понятно, что размер цифрового файла, в котором цвет каждого эле-
мента изображения представлен не всего лишь тремя байтами колориме-
трических значений, а семьюдесятью значениями спектральной кривой
|
|
отражения, взятыми, например, с шагом 5 нм, существенно возрастет.
Поэтому в целях более экономного описания спектра отражения важно
выяснить насколько грубо он может быть представлен применительно к
решению той или иной технической задачи. Критерием приемлемой точ-
ности в отношении полиграфического репродуцирования может служить
мера цветового различия (16) цветов, рассчитанных по полному исходно-
му и аппроксимированному спектрам.
В качестве одного из перспективных способов компактного описания
спектров более других рассматривают Метод главных компонент (МГК)
[9.16]. Его существо заключается в том, что любую из некоторого ансам-
бля спектральных кривых представляют взвешенной суммой некоторого
ограниченного набора функций. По отысканию такого набора кодированию
подлежат лишь весовые коэффициенты слагаемых суммы. Число функций
(главных компонент) в наборе и, соответственно, компактность представ-
ления существенно зависит от характера, рельефности кодируемых спек-
тральных распределений. По этому признаку их делят на разные группы.
Большая часть исходных изображений, представленных в веще-
ственном или электронном виде, сама по себе представляет некоторую
промежуточную копию визуальных объектов. Это — цветные фотогра-
фии, оттиски традиционной и «цифровой» печати, а также кадры цветного
телевидения или электронных фотоаппаратов. Такие изображения пред-
назначены для отображения или получены способами аддитивного или
субтрактивного смешения трех основных цветов. Им соответствуют голу-
бая, пурпурная и желтая эмульсии цветных фотобумаг и пленок, близкие
им в спектральном отношении краски печатной триады или же красный,
зеленый и синий люминофоры (фильтры) компьютерного монитора или
ТВ приемника. Иногда, например, в полиграфии изображение получают и
несколько большим набором (четырехкрасочная и семикрасочная печать).
Применение МГК к спектральному кодированию подобных изображе-
ний представляется наиболее перспективным, поскольку сами они синте-
зированы ограниченным набором красителей. Справедливо ожидать, что
и вычисленные компоненты окажутся близки по форме спектральным ха-
рактеристикам таких основных цветов, а их число не превысит 4–5.
дает возможность получения цветопробы, которая, будучи физически тож-
дественной, т. е. не метамером тиражного оттиска, может сравниваться с
ним в произвольных, а не в специально оговоренных условиях наблюдения.
К второй группе можно отнести спектры живописных оригиналов, ис-
пользующих более широкую гамму основных цветов. Здесь можно предпо-
ложить большее разнообразие спектров, полученных произвольным сме-
шением в палитрах, например, акварельных или масляных красок. Наконец,
наименее предсказуемую форму имеют естественные спектры отражения
объектов визуально воспринимаемого окружающего мира. В отличие от
изображений рассмотренной выше первой группы для них, в частности,
вовсе необязательны спады на краях видимого диапазона, как у спектров
чувствительности рецепторов на рис. 9.4. Однако и здесь применение МГК
представляется вполне правомерным, если допустить, что эти спектры до-
статочно пологие, т. е. исключив из рассмотрения линейчатые спектры флу-
оресцирующих и интерферирующих, таких как перья птиц, объектов.
Как следует из формы характеристик спектральной чувствитель-
ности рецепторов глаза и в этом им аналогичных функций смешения, в
крайних коротко- и длинноволновых областях эта чувствительность на
порядки меньше. С этим учетом одна из исходных посылок оптимального
кодирования спектров объектов заключается в возможности дифференци-
рования значимости их значений по видимому диапазону. Относительно
меньшую значимость мощностей излучения или отражений объекта в
крайних областях спектра поясняет кривая на рис. 9.14, имеющая слабый
подъем в средневолновой области. Несмотря на много большие значения
в сине-фиолетовой и красной зонах, она, тем не менее, представляет ха-
рактеристику отражения зеленой ткани.
Критерием оптимальной аппроксимации и кодирования того или
иного ансамбля спектральных характеристик по общей схеме, иллюстри-
руемой на рис. 9.15, может служить цветовое различие — дельта Е, вычис-
ляемое по колориметрическим значениям, полученным с использованием
полного исходного и аппроксимированного спектров [ 9.17].