Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

страницах в соответствии с цветовым тоном (одна страница — один цветовой тон) и

размещены в рядах и колонках: каждый ряд представляет какойлибо один уровень

манселловской светлоты (кверху ряды светлее, книзу — темнее), а каждая колонка —

какойлибо уровень манселловской насыщенности (слабонасыщенные ближе к серой

оси — оси светлоты; высоконасыщенные — дальше от нее).

На рис. 8.15 и 8.16 показаны точки, образующие ряды и колонки на четырех ти

пичных плоскостях

, отвечающих за четыре различных цветовых тона (при осве

щении страниц атласа стандартным Сосветителем). Мы видим, что точки на плоско

стях располагаются рядами, практически равноотстоящими друг от друга по высоте

(поскольку L

и манселловская светлота очень схожи), но при этом дают некоторый

разброс по колонкам (поскольку L

пространство является довольно грубым при

ближением к пространству манселловскому

Рис. 8.17 на

¢¢

диаграмме цветностей демонстрирует позиции стимулов, воспри

нимаемых с манселловской светлотой 5, что соответствует 51.0 единице L

; следова

тельно, данная диаграмма — это горизонтальное сечение L

пространства на уров

не 51.0 по L

Если бы манселловская система и L

пространство были идентичными друг дру

гу, все линии на рис. 8.17 представляли бы собой равномерно распределенные концен

трические кольца и прямые. Но поскольку совпадение систем лишь приблизительное,

то многие линии постоянного манселловского цветового тона изогнуты.

пространство тоже всего лишь подобно манселловскому, но, в сравнении с

, оно лучше аппроксимирует его по ряду образцов (к примеру, низконасыщен

ных), при этом в отношении остальных (например, высоконасыщенных желтых или

пурпурных) работает хуже.

Более или менее равномерное цветовое тело дает возможность эффективнее (чем с

помощью диаграммы цветностей) представить хроматический охват (см. раздел 7.10)

нефлуоресцирующих отражающих образцов: внешние линии рис. 8.15 и 8.16 демонст

рируют границы этого охвата в L

пространстве при S

осветителе. Прочие верти

кальные плоскости, на которых лежит L

ось, будут демонстрировать промежуточные

участки цветового тела. Понятно, что максимальное значение

будет лежать в диа

пазоне примерно от 120 до 180 (в зависимости от цветового тона) и будет достигать мак

симумов приблизительно при L

= 90 по желтым, 50 — по синим и на промежуточных

уровнях L

по другим цветовым тонам.

В Приложении 2 дана таблица величин Y и L

(наряду с другими данными), а также

пример расчета некоего цветового отличия.

В случае образцов с тусклым окружением результирующее снижение визуального

контраста можно учесть, заменив стандартное уравнение расчета L

на уравнение:

LYY

тускл.

(/ )=-116 16

1375

а при темном окружении — на уравнение:

LYY

темн.

(/ )=-116 16

145

141

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

Когда сравнение проводится с L

пространством, возникают аналогичные, хотя и не



сколько отличающиеся в деталях отклонения.

Если при расчете u

иv

значений стимула вместо L

используется

темн.

, то получа

ются модифицированные значения

темн.

. Если темное окружение вызывает эф

фект т.н. десатурации (падения чистоты цвета) стимулов (см. раздел 6.8), то учет этого

эффекта возможен за счет уменьшения коэффициента (13) в формулах расчета u

иv

Аналогично действуют в условиях тусклого окружения.

Отметим, что наиболее точный учет влияния тусклого и темного окружений на цве

товое восприятие стимулов сегодня выполняют модели цветового восприятия

CIECAM97s и CIECAM02 (см. гл. 35 и прил. 6).

142

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

150 100 50 0 50 100 150

100

Çåëåíûå Êðàñíûå

Рис. 8.15 Позиции образцов манселловского атласа со значениями манселловской светлоты 3,

4, 5, 6, 7, 8, 9 и манселловской насыщенности 2, 4, 6, 8 (и т.д.) при манселловском цветовом

тоне 5R и 5G на плоскости, образованной осями L

. Внешний контур обеих фигур демонст

рирует типичный хроматический охват нефлуоресцентных отражающих материалов при стан

дартном Сосветителе.

150 100 50 0 50 100 150

100

Ñèíèå Æåëòûå

Рис. 8.16 То же по манселловским цветовым тонам 5Y и 5B.

8.9 СУБЪЕКТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Несовершенство диаграмм цветностей и цветовых пространств (а также связанных

с ними показателей) в контексте описания ими результатов цветового восприятия зри

тельных стимулов очень важно осознать. Так, несмотря на то, что CIEсветлота (L

)

представляет собой приемлемо равномерную шкалу ощущаемых светлот в неких ус

редненных условиях просмотра, фактические ощущения светлоты сильно зависят от

реальных условий: к примеру, нейтральный стимул со светлотой, скажем, 50 по L

,бу

дет восприниматься как среднесерый, когда предъявляется на сером же фоне, однако

на черном фоне он будет выглядеть светлосерым, а на белом — темносерым. Сказан

ное иллюстрирует рис. 5.2.

Аналогичное рассуждение применимо к CIEнасыщенности (C

), но, несмотря на

то, что CIEнасыщенность представляет собой приемлемо равномерную шкалу ощуще

ний насыщенности по неким средним условиям просмотра, фактические ощущения

сильно зависят от условий реальных. К примеру, образец с CIEнасыщенностью, ска

жем, C

= 100 будет восприниматься весьма полноцветным при освещении в тысячи

люкс, но при освещенности в десятки люкс он будет иметь весьма низкую полноту цве



143

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.4

0.5

0.6

0.3

10R

5YR

10YR

10Y

5GY

10G

5BG

10B

5PB

10PB

10P

5RP

10RP

10BG

10GY

Рис. 8.17 Серыми точками на

¢¢

диаграмме отмечены цветности всех манселловских образцов

с манселловской светлотой 5 при цветовых тонах 2.5R, 5R, 7.5R, 10R (красные), YR (жел

токрасные), Y (желтые), GY (зеленожелтые), G (зеленые), BG (синезеленые), B (синие), PB

(пурпурносиние), P (пурпурные), RP (краснопурпурные) и при манселловских насыщенно

стях 2, 4, 6, 8, 10, 12 и так далее до границ цветового охвата семейства стимулов, получаемых

от нефлуоресцентных отражающих материалов. Сплошная неправильная белая линия, лежа

щая внутри спектрального локуса, демонстрирует охват цветностей образцов Манселловского

атласа первой редакции (матовая поверхность) при манселловской светлоте 5.

И первое, и второе — при стандартном Сосветителе CIE.

та, а если уровень освещения опустится ниже одной десятой люкса, его полнота цвета

станет стремящейся к нулю.

Описанные эффекты изучались различными способами, в частности с помощью ме

тодов т.н. гаплоскопического уравнивания и субъективного цветового шкалирования,

которые мы будем обсуждать в следующих двух разделах.

В 35й главе и в Приложении 6 мы покажем, что в прогнозировании результатов

цветового восприятия в разных условиях просмотра весьма эффективно применяются

т.н. модели цветового восприятия.

8.10 ГАПЛОСКОПИЧЕСКОЕ УРАВНИВАНИЕ

Восприятие цветовых стимулов правым и левым глазами и изменения этого вос

приятия, вызванные изменениями в фотометрической яркости и цветности фонов, а

также в уровне освещения, по большей части независимы друг от друга. Так происхо

дит потому, что адаптация зрения к перемене условий просмотра в основном проходит

на уровне сетчатки каждого из глаз (тогда как диаметр их зрачков всегда меняется

синхронно и определяется наиболее освещенным глазом; при этом роль зрачка в адап

тации зрения более чем скромна). Относительная независимость адаптационных ме

ханизмов каждого из глаз позволяет адаптировать сетчатку одного глаза к одним усло

виям просмотра, другого — к другим, а затем, манипулируя стимулом, предъявлен

ным одному глазу, визуально уравнять его с другим цветовым стимулом, предъявлен

ным другому глазу.

Описанную методику исследования феноменов цветового восприятия еще в первой

половине XX века начал активно использовать Райт (Wright, 1934 и 1946), а позднее к

ней прибегали Винч и Янг (Winch и Young, 1951), Бурнхам, Эванс и Ньюхолл

(Burnham, Evans и Newhall, 1952), вновь Бурнхам (Burnham, 1959), Хант (Hunt, 1950,

1952, 1953 [a] и 1965), Бренеман (Breneman, 1987), Мори, Собагаки, Коматсубара и

Икеда (Mori, Sobagaki, Komatsubara и Ikeda, 1991).

МакАдам (MacAdam, 1956 [a и b]) применил сходный метод лишь к одному глазу,

но при этом к соседним областям сетчатки.

На рис. 8.18 дана схема одного из гаплоскопических экспериментов, с помощью ко

торого были получены данные, графически представленные на рис. 8.19:

— в правый глаз наблюдателя подавалась смесь красного, зеленого и синего урав

нивающих стимулов, количества которых наблюдатель мог самостоятельно менять.

Окружающим эту RGBсмесь и определяющим статус адаптации правого глаза являл

ся стимул, создаваемый стандартным Bосветителем с фотометрической яркостью

8.1 кд/м

;

— левому глазу предъявлялся исследуемый стимул, а его окружением и, соответст

венно, регулятором статуса адаптации левого глаза также являлся стимул, создавае

мый Bосветителем. При этом яркость последнего менялась за счет нейтральных

фильтров разной плотности.

Восемь точек, наиболее удаленных от центра диаграммы рис. 8.19, представляют

цветности восьми RGBсмесей, необходимых для создания «в правом глазу» ощуще

ний, идентичных ощущениям «в левом глазу», последовательно вызванных восемью

исследуемыми цветовыми стимулами. Последние окружены светом стандартного

Восветителя с фотометрической яркостью 1080 кд/м

На диаграмме того же рисунка даны позиции цветностей стимулирующих

RGBсмесей, которые нужно предъявить правому глазу для уравнивания с ощущения



144

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

ми, вызванными теми же восемью тестовыми стимулами, предъявленными левому

глазу на шести меньших уровнях яркости окружения. Заметим, что на всех уровнях

адаптации яркость исследуемых стимулов была равна яркости адаптирующего поля,

но при темновой адаптации (Zуровень) она была равной F.

Точки, представляющие цветности необходимых RGBсмесей по семи уровням

адаптации для каждого исследуемого стимула, соединены с точками исследуемых

стимулов прямыми линиями, что позволяет определить направление падения полно

ты цвета по мере падения общего уровня освещения и отследить выраженное измене

ние в полноте цвета стимулов при изменении уровня адаптирующей яркости.

На рис. 8.20 продемонстрированы результаты аналогичного эксперимента, при ко

тором яркости тестовых стимулов были такими, что субъективная яркость этих сти

мулов была одной и той же на всех уровнях адаптации: мы видим, что попрежнему

имеет место выраженное падение полноты цвета при снижении уровня адаптирующей

яркости, и, следовательно, эффект, показанный на рис. 8.19, возникает не только при

снижении субъективной яркости.

На рис. 8.21 показаны результаты аналогичного эксперимента, но полученные уже

при другом наборе измерений (Hunt, 1965): правый глаз был адаптирован к яркости

окружения в 3600 кд/м

(при цветовой температуре 4000 К), а левый при этом воспри

нимал окружающее пространство беспрепятственно. Адаптирующая яркость по пра

вому глазу была эквивалентна сцене со средним коэффициентом отражения около

145

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

Рис. 8.18 Принципиальная схема эксперимента, в котором были получены результаты, пока

занные на рис. 8.19. В правый глаз (условия адаптации которого отличаются от условий адап

тации левого глаза только по величине фотометрической яркости стимула) попадает лишь

смесь красного, зеленого и синего уравнивающих стимулов.

Изменения в восприятии тестовых стимулов, возникающие за счет смены адаптации левого

глаза, измеряются путем визуального уравнивания ощущений от тестового стимула с помо

щью трех уравнивающих RGBстимулов, предъявляемых правому глазу.

146

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

Çåëåíûå

Ãîëóáûå

Ñèíèå

Ôèîëåòîâûå

Ïóðïóðíûå

Êðàñíûå

Îðàíæåâûå

Æåëòûå

Ïîëå çðåíèÿ = 1°

Íàáëþäàòåëü: Ðîáåðò Õàíò

Ôîòîìåòðè÷åñêàÿ ÿðêîñòü

òåñòîâûõ ñòèìóëîâ: òà æå, ÷òî

è ó àäàïòèðóþùåãî ïîëÿ.

700

650

600

550

500

450

400

Рис. 8.19 Цветности RGBсмесей, которые в условиях адаптации по полю с фотометрической

яркостью в 8 кд/м

и спектральным составом Bосветителя уравнивают восемь стимулов,

предъявляемых при разных уровнях яркости такого же адаптирующего поля.

Точки A, B, C, D,EиFдемонстрируют падение полноты цвета красного стимула по мере сни

жения его фотометрической яркости синхронно со снижением яркости адаптирующего поля от

1080 кд/м

(A) до 65 кд/м

(B), 8.1 кд/м

(C), 2.7 кд/м

(D), 0.32 кд/м

(E) и 0.075 кд/м

(F).

Точка Z относится к ситуации, при котрой фотометрическая яркость RGBсмеси равна

0.075 кд/м

(F), но яркость адаптирующего поля — 0.

Точки, отмеченные как «Оранжевые», демонстрируют аналогичные результаты по оран

жевому тестовому стимулу, прочие точки — по оставшимся шести тестовым стимулам (Hunt,

1952 и 1953).

Если средний коэффициент отражения типичной сцены взять равным 20%, упомянутые

уровни фотометрической яркости будут соответствовать следующим уровням освещенности:

A 16900 лк Небо в дымке или свет в операционной

B 1020 лк Пасмурный день или витрина магазина

C 127 лк Сумерки или жилое помещение

D 42 лк Сумерки или хорошо освещенная улица

E 5.0 лк Слабо освещенная улица ночью

F 1.2 лк Удесятиренный свет полной Луны

20% и освещенностью порядка 50000 лк (ясный день), что дало возможность уравни

вать цветовые стимулы, предъявляемые левому глазу в ситуации, эквивалентной яр

кому солнечному освещению.

Рис. 8.21 демонстрирует эффект от сочетанного изменения цветности и интенсив

ности адаптирующего света, воздействующего на левый глаз: стрелки указывают на

правление изменения восприятия различных цветовых стимулов при смене адапта

ции левого глаза с яркого солнечного света (освещенность сцены 50000 лк) на свет

ламп накаливания (освещенность сцены 28 лк). Понятно, что поскольку в данном слу

чае свет, адаптирующий левый глаз, в том числе продуцирует тестовые стимулы, и что

при переходе от солнечного освещения к свету ламп накаливания цветности исследуе

мых стимулов будут меняться в зависимости от спектральных коэффициентов отра

жения образцов, — цвета воспринимаемых стимулов будут желтеть, а их полнота —

уменьшаться.

Расчет величин, аналогичных L

, показанный в заголовке рис. 8.21, также указы

вает на снижение субъективной яркости стимулов при предъявлении последних в ус

ловиях освещения лампами накаливания. Становится понятным, что адаптация в

данном исследовании лишь частично зависит от желтизны и тусклости освещения при

лампах накаливания и что, в дополнение ко всему, имеет место снижение полноты

цвета стимулов.

147

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

Çåëåíûå

Ãîëóáûå

Ñèíèå

Ôèîëåòîâûå

Ïóðïóðíûå

Êðàñíûå

Îðàíæåâûå

Æåëòûå

Ïîëå çðåíèÿ = 1°

Íàáëþäàòåëü: Ðîáåðò Õàíò

Ñóáúåêòèâíàÿ ÿðêîñòü

òåñòîâûõ ñòèìóëîâ ïîñòîÿííà

700

650

600

550

500

450

400

Рис. 8.20 То же, что и на рис. 8.19, но для тестовых стимулов при постоянной субъективной яр

кости, равной субъективной яркости окружения стимула, предъявляемого правому глазу.

148

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

Рис. 8.21 Направления и степень изменения результатов восприятия пятнадцати различных

тестовых стимулов при смене адаптации с яркого солнечного света при уровне освещенности

в 50000 лк на свет ламп накаливания при освещенности в 28 лк. Параметры эталонного поля:

фотометрическая яркость 3600 кд/м

, коррелированная цветовая температура 4000 К

(Hunt, 1965).

Изменения ощущения светлоты этих стимулов (рассчитывавшейся по уравнению

116 16

(/ )

) были следующими:

Ощущение светлоты

Цветовой стимул Солнечный свет Лампа накаливания

Белый 87 54

Желтый 79 45

Песчаный 68 36

Оранжевый 61 32

Светло-зеленый 61 24

Желто-зеленый 63 32

Персиковый 56 35

Небесно-голубой 56 19

Бледно-голубой 58 30

Цвета листвы 53 19

Красный 44 21

Пурпурный 40 20

Зеленый 41 17

Голубой 30 11

Синий 28 12

При оценке приведенных выше данных необходимо помнить, что диаграммы цвет



ностей отражают взаимоотношения между стимулами и указывают на то, что соответ

ствующие цветовые ощущения зависят от условий просмотра. Таким образом, несмот

ря на то, что рис. 8.21 можно использовать для описания эффектов изменения воспри

ятия при изменении условий просмотра, — это всего лишь диаграмма цветностей, ос

тающаяся диаграммой позиций стимулов (в данном случае — стимулов, предъявляе

мых правому глазу для уравнивания со стимулами, предъявляемыми левому), но не

диаграммой величин цветовых ощущений.

8.11 СУБЪЕКТИВНОЕ ЦВЕТОВОЕ ШКАЛИРОВАНИЕ

Природа ощущений такова, что если их и можно измерить, то только путем т.н. ин

троспекции, т.е. самоанализа, который настолько сложен, что колориметрия как нау

ка об измерении характера и степени цветовых воздействий основывается исключи

тельно на отношениях между цветовыми стимулами, а ощущения, ими вызываемые,

классифицируются лишь как равные или неравные по одному или нескольким пара

метрам.

Однако американский исследователь Стенли Смит Стивенс упорно продолжал раз

рабатывать методику, при которой наблюдатели определяли величины ощущений

субъективной яркости и светлоты, и в итоге обнаружил, что отношения между фото

метрической яркостью (или коэффициентом яркости) стимула и соответствующей

субъективной величиной ощущения подчиняются степенному закону (Stevens и

Stevens, 1963). Более того, ученый обратил внимание на то, что и иные отношения сти

мул/ощущение подчиняются степенному закону, например: сила звуковых колеба

ний/звук, электрическое воздействие/боль, повышение веса/тяжесть, рост темпера

туры/жар, понижение температуры/холод.

Стивенс установил, что когда речь идет о фотометрической яркости зрительных

стимулов, то (при отсутствии контрастных эффектов) величина ощущения (т.е. яр

кость субъективная) пропорциональна корню кубическому яркости фотометриче

ской. Однако при наличии контрастных эффектов ощущение при изменении яркости

стимула (или коэффициента его яркости) хотя и меняется быстрее, но точное значение

ощущения, оставаясь зависимым от условий просмотра, не выходит при этом за рамки

обычных корнекубических отношений.

Прочие исследователи подтвердили выводы Стивенса сходными результатами сво

их экспериментов (Hopkinson, 1956; Padgham и Saunders, 1966), в том числе автор дан

ной книги получил аналогичную зависимость между физиологическим откликом и

фотометрической яркостью (Hunt, 1953b).

Наконец, отметим, что величины, хорошо коррелирующие с отличиями по светло

те (такие, как CIE 1976 светлота — L

), также хорошо коррелируют с эксперимен

тально полученными шкалами величин субъективно установленной светлоты (Bartle

son, 1975).

Наконец отметим, что предпринимались также вполне успешные попытки расши

рить описанные методики до уровня субъективного шкалирования цветового тона и

полноты цвета (а также насыщенности и чистоты).

149

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

8.11.1 Шкалирование при постоянной адаптации

и переменной стимуляции

В первой половине XX века Келли, чтобы получить результаты, показанные на

рис. 8.22, использовал технику цветового именования изолированных стимулов,

предъявляемых на темном фоне (Kelly, 1943). Однако следует помнить, что данные та

кого эксперимента могут оказаться изменчивыми, если наблюдатель адаптирован к

какомунибудь специфическому цветовому стимулу.

В аналогичных исследованиях, проведенные совсем недавно, при именовании че

тырех однозначных цветовых тонов использовались прилагательные «красный»,

«желтый», «зеленый» и «синий». Фиолетовые, пурпурные, розоватолиловые, мали

новые и розовые описывались затем как красносиние или синекрасные, а оранжевые

оттенки как желтокрасные или красножелтые. Волны видимого спектра, соответст

вующие высокочистым красному, зеленому, желтому и синему, менялись в зависимо

сти от статуса адаптации наблюдателя и были определяемы этим статусом (Hurvich

и Jameson, 1951; Thomson, 1954).

Исследователи просили наблюдателей прошкалировать ощущения цветового тона

150

ГЛАВА 8 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ

Çåëîíîâàòî-

ñèíèå

Ïóðïóðíîâàòî-êðàñíûå

Êðàñíûå

Îðàíæåâûå

Æåëòûå

700

650

550

500

450

400

Êðàñíî-ïóðïóðíûå

Êðàñíîâàòî-ïóðïóðíûå

Ïóðïóðíûå

Ñèíåâàòî-ïóðïóðíûå

Ïóðïóðíîâàòî-ñèíèå

Ñèíèå

Ñèíå-

çåëåíûå

Ñèíåâàòî-

çåëåíûå

Çåëåíûå

Æåëòîâàòî-

çåëåíûå

Æåëòî-

çåëåíûå

Çåëåíîâàòî-

æåëòûå

Æåëòîâàòî-

îðàíæåâûå

Êðàñíîâàòî-

îðàíæåâûå

Îðàíæåâî-

ðîçîâûå

600

Ðîçîâûå

Ïóðïóðíîâàòî-

ðîçîâûå

Рис. 8.22 Области

¢¢

диаграммы и их названия, соответствующие различным цветовым тонам

(совместно с центральной областью неименованных тонов) самосветящихся стимулов, предъ



являемых на темном фоне (заимствовано из работы Келли по цветовому именованию световых

потоков [Kelly, 1943]).