Спектральное представление цвета

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].