Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение
Подождите немного. Документ загружается.
ням, правильный хроматический баланс становится возможным, но не обязательно
автоматическим.
Давайте проиллюстрируем сказанное на примере работы слайдпроекционной сис
темы с лампой накаливания: система предназначена для проектирования в темной
комнате и сбалансирована так, что серые тона воспринимаются совершенно нейтраль
ными, без какоголибо сдвига по цветовому тону.
Общая схема процесса показана на рис. 5.9: в левой верхней части дана нейтрально
серая шкала, освещенная лампами накаливания, которые, как известно, желтят. В ре
зультате на сетчатку глаза воздействуют желтые стимулы. Однако же превалирующее
освещение также желтит, и, следовательно, чувствительность зрения к желтому оказы
вается относительно пониженной, что компенсирует желтоватость стимулов, вызывая в
сознании серое цветовое ощущение. Следовательно, от репродукции также требуется,
чтобы она вызывала в сознании серое цветовое ощущение, но при проекционном показе
в темной комнате на сетчатку глаза воздействует только свет от экрана (лампа накали
вания), который занимает лишь часть поля зрения, а значит, полной адаптации к свету
лампы не происходит. Таким образом, чтобы компенсировать желтизну, серая шкала
должна быть воспроизведена на слайде слегка синеватой.
Теперь рассмотрим нижнюю половину рисунка, на котором серая шкала освещена
дневным светом. Дневной свет синеват, однако сетчатка глаза хоть и получает синева
тые стимулы, но понижает свою чувствительность к световой энергии коротковолно
вой части видимого диапазона, в результате чего в сознании вновь возникает
нейтральносерое цветовое ощущение. При этом проекционные условия не меняются,
и, следовательно, серая шкала вновь должна быть воспроизведена на слайде слегка си
неватой.
Из сказанного ясно, что когда фотографирование ведется при свете ламп накалива
ния, желтый свет этих ламп должен выдавать на пленке слегка синеватый результат,
но и при съемке на дневному свету — результат вновь должен быть таким же, то есть —
слегка синеватым.
Таким образом, в разных ситуациях должны использоваться разные пленки:
— при свете ламп накаливания должна использоваться специальная пленка с уси
ленным синечувствительным слоем;
— при дневном свете — пленка с ослабленным синечувствительным слоем.
1
Пленки, сбалансированные по дневному свету, называются «пленками дневного
света»; сбалансированные по свету ламп накаливания с цветовой температурой
2
от
3400 до 3500 К — Тип «А»; по свету ламп накаливания с цветовой температурой от
3100 до 3200 К — Тип «В» (или просто «Tungsten»); исключительно по свету фото
вспышек — Тип «F» (сегодня устаревший); и последний — Тип «G» — рассчитан на не
кий компромисс между дневным и накальным освещением с 3200 К, то есть на сме
шанное освещение. С целью компенсации нежелательных эффектов от такого смеше
ния в пленках последнего типа спектральная чувствительность «красного» слоя сдви
нута в «зеленую» сторону.
В негативнопозитивных фотосистемах определенная компенсацию цвета освети
теля можно выполнить на стадии печати.
В цветном телевидении и электронноцифровых системах визуализации также
51
ГЛАВА 5 ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ
1
Или же, альтернативно, должны использоваться специальные конверсионные фильтры,
устанавливаемые перед объективом камеры.
2
Цветовая температура обсуждается в разделе 10.2.
должна выполняться аналогичная компенсация цвета освещения, что осуществимо за
счет регулировки «красного», «зеленого» и «синего» сигналов телекамеры, которые
всегда должны быть равновеликими по белым (и серым) объектам сцены.
Если два осветителя, явно отличные друг от друга по цвету (как, к примеру, днев
ной свет и свет ламп накаливания), смешивают свой свет в данной сцене, результат
цветовоспроизведения чаще всего оказывается недоброкачественным, и, следователь
но, смешанного освещения нужно всячески избегать. Восприятие же самоей ориги
нальной сцены при двух осветителях часто весьма удовлетворительно, поскольку оба
источника освещения, как правило, видны и происходит подсознательная нивелиров
ка их хроматического влияния, в то время как при просмотре изображения источники
обычно находятся вне поля зрения.
Некоторые цветовоспроизводящие системы имеют бо<льшие, чем зрение, ультра
фиолетовые и инфракрасные чувствительности, поэтому может так случиться, что на
52
ГЛАВА 5 ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ
ÑÎÇÍÀÍÈÅ
ÑÎÇÍÀÍÈÅ
ÑÂÅÒ ËÀÌÏ
ÍÀÊÀËÈÂÀÍÈß
ÄÍÅÂÍÎÉ
ÑÂÅÒ
ÑÂÅÒ ËÀÌÏÛ
ÍÀÊÀËÈÂÀÍÈß
×óâñòâèòåëüíîñòü çðåíèÿ
ê æåëòîìó ñâåòó ïîíèæåíà
×óâñòâèòåëüíîñòü çðåíèÿ
ê ñèíåìó ñâåòó ïîíèæåíà
×àñòè÷íàÿ òåìíîâàÿ
àäàïòàöèÿ çðåíèÿ
×àñòè÷íàÿ òåìíîâàÿ
àäàïòàöèÿ çðåíèÿ
Ñëåãêà
ñèíåâàòàÿ
Ñëåãêà
ñèíåâàòàÿ
Ñëåãêà ñèíåå, ÷åì ñâåò
ëàìïû íàêàëèâàíèÿ
Ñëåãêà ñèíåå, ÷åì ñâåò
ëàìïû íàêàëèâàíèÿ
Íåéòðàëüíàÿ
Íåéòðàëüíàÿ
Íåéòðàëüíàÿ
Íåéòðàëüíàÿ
Æåëòîâàòàÿ
Æåëòîâàòûé
Ñèíåâàòûé
Ñèíåâàòàÿ
Æåëòîâàòàÿ
Ñèíåâàòàÿ
ê æåëòîìó ñâåòó ïîíèæåíà
Æåëòîâàòàÿ
Æåëòîâàòûé
Æåëòîâàòàÿ
Ñèíåâàòûé
Ñèíåâàòàÿ
Ñèíåâàòàÿ
ÎÐÈÃÈÍÀËÜÍÀß
ÍÅÉÒÐÀËÜÍÀß
ØÊÀËÀ
Рис. 5.9 Влияние хроматической адаптации на тактику цветовоспроизведения.
изображении разница в цвете между двумя осветителями окажется усиленной относи
тельно прочих цветовых отличий в сцене.
5.8 БАЛАНС СЕРОГО
Правильный хроматический баланс особо необходим при печати на отражение, по
скольку окружение отпечатков задает т.н. эталонный баланс сравнения. Поэтому ус
пешное воспроизведение изображений на отражающих носителях обычно требует
применения специальных методов регулировки их хроматического баланса, наиболее
эффективным из которых является метод «баланса по серому», впервые предложен
ный Ральфом Эвансом (Evans, 1951).
Эванс утверждал, что поскольку любая цветовая репродукция немедленно адапти
рует зрение по своему общему хроматическому балансу, то хорошо, если свет, отра
женный от отпечатка, создает интегральный стимул, вызывающий серое цветовое
ощущение. Поэтому, в частности, слои позитивных фотоматериалов, предназначен
ных к печати с цветных негативов, часто сенсибилизируют обратно пропорционально
коэффициентам пропускания негативов по «красной», «зеленой» и «синей» зонам
спектра. Таким образом, отпечатки, примерно «сбалансированные по серому», можно
очень быстро получить с помощью методов автоматической цветовой приладки печа
ти, отвечая при этом самым высоким требованиям качества, а усилий по цветокоррек
ции изображения изза наличия в нем необычных предметов потребуется на удивле
ние мало.
Метод Эванса, который в печати реализуется поразному (Bartleson и Huboi, 1956;
Hunt, 1960), мы подробно рассмотрим в 16й главе. Отметим также, что изобретены
способы автоматического управления хроматическим балансом и в телекамерах
(Pearson и Ray, 1978).
5.9 ВОСПРИЯТИЕ ГЛУБИНЫ ПРОСТРАНСТВА
Синхронная работа пары глаз обеспечивает т.н. стереоскопическое зрение или вос
приятие глубины пространства. При решении некоторых задач (например, при вдева
нии нитки в иголку или навертывании гайки на болт) способность воспринимать глу
бину пространства оказывается весьма кстати. Однако подавляющее большинство
объектов сцен — это предметы, отстоящие от нас на метр и более, и поэтому вклад сте
реоскопического зрения в их восприятие весьма скромен (а свыше пяти метров вовсе
не влияет на него).
При рассматривании изображения сцены ощущение глубины пространства возни
кает за счет ключевых позиций этого изображения, таких как тени, перспектива, зате
нение одних объектов другими, относительный размер объектов и параллакс — харак
тер всего перечисленного изначально моноскопичен. Сказанное иллюстрируется тем
фактом, что ощущение глубины при рассматривании обычного моноскопического изо
бражения — это плод работы мозга, сильно зависящий от направления падающего све
та. Свет на репродукции падает, как правило, от верха изображения, и если последнее
перевернуть на 180°, то могут измениться все направления в ощущении глубины. Одна
ко данное правило может не сработать в отношении тех областей изображения, что по
хожи на лицо человека: гипсовый отпечаток человеческого лица, даже освещенный
сверху, имеет направление глубины, обратное реальности (то есть как будто бы лицо ос
вещено снизу), но воспринимается при этом именно как лицо, но не как его отпечаток.
53
ГЛАВА 5 ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ
Вполне реалистичная передача глубины пространства большинством обычных мо
носкопических изображений (рис. 5.10) лишает смысла создание цветных стереоско
пических изображений — оно технологически неудобно и дорого: каждое стереоско
пическое изображение требует фиксации двух разных изображений, а также примене
ния специального просмотрового оборудования.
Статические стереоскопические снимки (в отличие от стереокино) в большей степе
ни страдают от недостатка движения, чем статические моноскопические изображе
ния: статические стереоскопические изображения, если угодно, «замораживают» ре
альность, превращая ее в набор «изваяний», воспринимаемых странно и нереально.
По описанным причинам стереоскопические изображения не прижились.
Визуализацию трехмерных объектов, текстур и графиков можно использовать в
автоматизированном проектировании (computeraided design — CAD). Один из пу
тей — скоростной поочередный показ изображений от левого и правого глаза с про
смотром их через специальные очки, содержащие жидкокристаллические фильтры.
Последние синхронизированы так, что каждое изображение предъявляется только
«своему» глазу. Показ ведется с частотой 60 кадров в секунду, чего вполне достаточно
54
ГЛАВА 5 ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ
Рис. 5.10 Бинокулярное зрение особенно ценно в обеспечении трехмерного восприяти объектов,
лежащих ближе одного метра; на больших дистанциях ощущение материальности предметов
и глубины пространства достигается за счет размера, перспективы и световых эффектов (как
в данном примере). Поскольку в большинстве репродукций изображены объекты, более чем на
метр отстоящие от камеры, стереоскопические изображения, полученные двумя камерами
и рассматриваемые одновременно раздельно правым и левым глазами, используются крайне
редко (см. раздел 5.9).
при данной задаче. Если изображения созданы компьютером, то специальная про
грамма может заставить их вращаться, усилив тем самым ощущение глубины про
странства.
Наконец отметим, что для разного рода тренингов и развлечений были изобретены
специальные шлемы, создающие т.н. виртуальную реальность, в которых видеоизоб
ражения, предъявляемые правому и левому глазу, вызывают стереоскопический эф
фект, а в сочетании с раздельной звуковой стимуляцией правого и левого уха — созда
ют эффект полного присутствия.
ПРЕДМЕТНЫЕ ССЫЛКИ
Bartleson, C.J., Phot. Sci. Eng., 3, 114 (1959).
Bartleson, C.J., J. Opt. Soc. Amer., 50, 73 (1960).
Bartleson, C.J., Phot. Sci. Eng., 9, 174 and 179 (1965).
Bartleson, C.J., and Bray, C.P., Phot. Sci. Eng., 6, 19 (1962).
Bartleson, C.J., and Huboi, R.W., J. Soc. Mot. Pic. Tel. Eng., 65, 205 (1956).
Evans, R.M., J. Opt. Soc. Amer., 33, 579 (1943).
Evans, R.M., U.S. Patent 2,571,697. British Patent 660,099 (1951).
Hunt, R.W.G., J. Phot. Sci., 8, 186 and 212 (1960).
MacAdam, D.L., J. Soc. Mot. Pic. Tel. Eng., 56, 502 (1931).
Reed, P., Alpine Garden Society Bulletin, p. 143 (June, 1965).
Pearson, D.E., and Ray, A.K., Color. Res. Appl., 3, 117 (1978).
ЛИТЕРАТУРА
Evans, R.M., Eye, Film, and Camera in Color Photography, Wiley: New York (1959).
55
ГЛАВА 5 ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ
6 ТОНОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ
6.1 ВВЕДЕНИЕ
В
ряде случаев желательно, чтобы восприятие изображения сильно отличалось
от восприятия сцены, к примеру: удобнее изобразить ночную сцену, сняв ее
при обычном освещении, но напечатать фотографию так, чтобы создалось впечатле
ние, будто сцена зафиксирована ночью, то есть при низком уровне освещенности. В ос
новном, однако, цветовоспроизводящие системы используются с целью создания изо
бражений, воспринимаемых приблизительно так же, как и оригинальные сцены. За
дача данной главы — разобраться в том, какими должны быть тоновые характеристи
ки цветовоспроизводящих систем, чтобы на выходе устойчиво получать требуемый ре
зультат (Hunt, 1969).
6.2 РАВЕНСТВО УСЛОВИЙ ПРОСМОТРА
Когда изображение сцены рассматривается непосредственно в этой же сцене, исхо
дят из того, что фотометрические яркости элементов этого изображения должны быть
примерно теми же, что и фотометрические яркости объектов сцены. Проще говоря, се
рая шкала, помещенная в сцену, должна быть воспроизведена на изображении с теми
же яркостями полей.
Масштабные исследования Бартлесона и Бренемана по шкалированию субъектив
ной яркости элементов изображений показали, что вышеприведенный тезис верен
(Bartleson и Breneman, 1967; Bartleson, 1975), и, следовательно, при равенстве усло
вий просмотра сцены и ее изображения тоновоспроизводящая система должна быть
«идеальной» (см. рис. 6.1), а именно: отношения между логарифмом
1
фотометриче
ской яркости элементов репродукции и логарифмом яркости объектов сцены должны
быть строго линейными с наклоном прямой в 45°.
На рис. 6.1 логарифмы воспроизводимых яркостей объектов сцены расположены
сверху вниз, дабы быть совместимыми с прочими рисунками, в которых оптические
плотности элементов изображения рассчитаны по уравнению:
lg( / )100 T
,
где Т — нейтральный коэффициент пропускания (или отражения), выраженный в
процентах и всегда вычерчиваемый снизу вверх.
6.3 ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ КРИВЫЕ
В деле цветовоспроизведения весьма полезны графики, в которых логарифм фо
тометрических яркостей элементов изображения дается как функция от логарифма
яркостей объектов оригинальной сцены. Поскольку в первом случае широко исполь
57
1
Здесь и далее термин «логарифм» подразумевает десятичный логарифм. — Прим. пер.
зуется такой показатель, как оптическая плотность, а во втором — логарифм экспо
зиции, такие графики часто называют DlgHкривыми или характеристическими
кривыми цветовоспроизводящей системы (в контексте текущего разговора — тоно
воспроизводящей).
Срединный участок характеристических кривых большинства систем обычно бо
лее или менее прямой, а концевые участки слегка искривлены (см. кривую «Фактиче
ская система» на рис. 6.7). Участок низких плотностей на таких кривых часто называ
ют «подошвой», а участок высоких плотностей — «плечом».
Тангенс угла наклона (градиент) прямого участка именуется «гаммой»
1
. Гамма,
равная 1.0, свидетельствует о наклоне под углом 45°, гамма 2.0 — о наклоне в 64° и гам
ма 0.5 — о наклоне в 27°. Плюс к тому наклон кривой удобно оценивать по ее отдель
ным точкам (в таком случае говорят о «точечной гамма», но в нашей книге термин
«гамма» будет использоваться в общем смысле, включая в себя как общую гамма, так
и точечную).
6.4 РАЗЛИЧИЯ В УРОВНЯХ ЯРКОСТИ
Если условия просмотра изображения и оригинальной сцены отличаются лишь об
щим уровнем освещения — данные Бартлесона и Бренемана (рис. 6.1) должны быть
заменены графиком, показанным на рис. 6.2: мы видим, что прямая линия, идущая
58
ГЛАВА 6 ТОНОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ
Рис. 6.1 Требуемое отношение яркостей объектов оригинальной сцены к яркостям элементов
репродукции при идентичных условиях просмотра того и другого.
1
Если перейти от логарифмических осей к линейным осям, то прямая линия с определенным
наклоном превратится в гиперболическую кривую степенной функции, а величина гамма
явится степенью этой функции. — Прим. пер.
под углом 45°, держит прежние отношения, но вместо абсолютных использованы отно
сительные яркости, то есть по оси абсцисс вместо логарифма абсолютных яркостей
объектов сцены отложен логарифм их яркостей, взятых по отношению к яркости не
коего белого эталона (т.н. относительные яркости), а по оси ординат вместо логарифма
яркостей элементов репродукции — их оптические плотности. Отметим, что измере
ние яркостей сцены относительно белого требует четкого определения белого эталона
(см. рис. 6.6).
Визуальный смысл рис. 6.2 состоит в том, что зрение распознает объекты не по абсо
лютным, а по относительным субъективным яркостям (то есть светлотам). И как субъ
ективные яркости соотносятся с логарифмом абсолютных яркостей, так и светлоты со
относятся с логарифмом яркостей относительных. Кстати сказать, светлота в том числе
характеризует белизну, о которой начинают говорить, когда фотометрическая яркость
объекта как минимум в пять раз превышает среднюю яркость сцены, и независимо от
того, какова абсолютная величина этого среднего значения (она может лежать в очень
широком диапазоне величин).
Фактически коэффициент «5» действительно относится именно к среднему уровню
яркости, поскольку визуальная контрастность (apparent contrast
1
) данной сцены
59
ГЛАВА 6 ТОНОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ
Рис. 6.2 Требуемое отношение фотометрических яркостей объектов оригинальной сцены (взя
тых относительно фотометрической яркости белого эталона) к оптическим плотностям элемен
тов репродукции, в ситуации, когда условия просмотра отличаются только по уровню яркости.
1
В английском языке слово «contrast» может означать как собственно контраст (логарифм
отношения фотометрической яркости белой точки изображения к яркости черной точки), так и
контрастность (тангенс угла наклона касательной к характеристической кривой изображения
в той или иной точке), поэтому здесь и далее дается контекстный перевод. — Прим. пер.
(или ее изображения) растет по мере роста уровня освещения весьма незначительно.
Следовательно, когда сцена, освещенная ярким солнцем (примерно 50000 лк), репро
дуцируется в расчете на рассматривание при 1000 лк освещенности, иллюзию яркого
солнечного света можно усилить путем повышения величины гамма изображения; с
другой стороны, сцена, освещенная лунным светом (0.01 лк) и репродуцированная в
расчете на рассматривание при тех же 1000 лк освещенности, потребует снижения ве
личины гамма.
Однако в весьма широком диапазоне яркостей изменение визуальной контрастно
сти крайне незначительно: при переходе от бытовой освещенности в 1000 лк к яркому
солнечному свету зрительный отклик таков, что визуальная контрастность увеличи
вается только на 7% (Hunt, 1965 а), а при переходе от 1000 лк к слабому искусственно
му свету с освещенностью в 20 лк — снижается на те же 7%. В большинстве случаев
этим изменением можно пренебречь. Следовательно, при тоновоспроизведении мы не
принимаем во внимание логарифм абсолютных яркостей, а учитываем лишь отноше
ния между логарифмами относительных яркостей объектов оригинала и элементов ре
продукции. Короче говоря: относительный логарифм яркостей (рис. 6.2), принятый в
качестве единиц измерения, — самодостаточен.
На рис. 6.2 шкалы оптических плотностей элементов изображения нормированы
на белый. Таким образом, к примеру, если серый объект в сцене отражает только 10%
от количества света, отраженного белым эталоном (позиция –1.0 на шкале логарифма
относительной яркости сцены), то его оптическая плотность на репродукции будет
равна 1.0, а оптическая плотность эталонного белого — нолю.
Ситуации, при которых тоновая репродукция отличается от оригинала лишь
по уровню яркости, — это, как правило, печать на отражение с последующим сравне
нием результата с изображением на экране монитора. Однако у оригинальных сцен
обычно нет четких границ, как, скажем, у отпечатков. Вместе с тем часто случается,
что средняя яркость области окружения отпечатка подобна средней яркости самого от
печатка. В реальных сценах такая ситуация тоже не редкость: фотографируемый уча
сток сцены по своей средней яркости может оказаться аналогичен окружающим его
областям. Таким образом, влияние границ изображения на его восприятие обычно
весьма мало, и, следовательно, кривая рис. 6.2 попрежнему вполне применима.
Коль скоро речь идет о тоновом (не хроматическом) компоненте репродукции, вы
шеприведенные рассуждения верны и в том случае, если цветности освещения сцены и
репродукции различны. О сложностях, возникающих при решении вопросов цветово
го восприятия, см. в гл. 11 и 31.
6.4.1 Паразитные подсветки
Достижение фактической печатной системой тонпередающих характеристик, по
казанных на рис. 6.2, требует учета т.н. паразитных подсветок, которые всегда обла
дают эффектом понижения визуальной гамма: паразитная подсветка камеры и про
смотровая паразитная подсветка главным образом проявляют себя в тенях, а пара
зитная подсветка печати (с негативов) — в светах.
Влияние паразитной подсветки весьма велико: в обычных помещениях свет, отра
женный от поверхностного слоя даже высокоглянцевых отпечатков, вызывает серьез
ное снижение гамма на оптических плотностях от 1.6D и ниже (Hunt, 1995a;
Carnahan, 1955).
Чтобы при типичных уровнях яркости и наличии всех трех видов паразитной под
60
ГЛАВА 6 ТОНОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ