Цветовая адаптация

Приложения

Эта физиологическая адаптация лежит в основе общего правила безопасности, введенного Международной организацией гражданской авиации в отношении выключения основных огней в салоне авиалайнера не менее чем на десять минут перед взлетом или посадкой в ​​ночное время. В случае инцидента, требующего вынужденной посадки , акклиматизация глаз пассажиров к темноте во время аварийной эвакуации обеспечивает им лучшее восприятие световых путей и ограничивает эффект «черной дыры» во время прыжка в надувной горке .

Наблюдения ночного неба также требует адаптации этой темной. Зрачок открывается, его диаметр может составлять от 2 до 8  мм , что дает примерно в 16 раз больше света на сетчатке. После одной минуты адаптации к слабому освещению он в десять раз более чувствителен к свету. Через 20 минут он становится в 6000 раз более чувствительным. Через 30 минут глаз достигает своего предела, и теперь ему требуется в 30 000 раз меньше света. Астроном Британский Уильям Гершель показал с XVIII — го  века , что дальнейшее развитие ночного видения периферическую чувствительность , что чувствительность центральной сетчатки. Колбочки на самом деле находятся в основном в центре, в то время как стержни, более чувствительные к свету и движению, более плотные по краям. Чтобы получить выгоду, наблюдательная астрономия использует периферическое зрение с помощью техники бокового зрения  (as) , которая напоминает обычный опыт, когда объекты краем глаза кажутся наиболее яркими, когда мы ходим или ведем машину ночью. Это «косой взгляд» или «на сторону», так что изображение объекта , в котором один заинтересован падает на боковой части сетчатки, позволяет считать звезды в открытом кластере или различать туманности. Из низкий блеск. Чтобы увидеть очень тусклую звезду, вы также должны посмотреть в сторону: это видение со смещением позволяет получить около 1,5  звездной величины .

Преобразование фон Криса

Метод хроматической адаптации фон Криса — это метод, который иногда используется при обработке изображений камеры. Метод заключается в применении коэффициента усиления к каждому из откликов спектральной чувствительности колбочек человека, чтобы сохранить адаптированный вид эталонной постоянной белого. Применение идеи Йоханнеса фон Криса об адаптивном усилении трех типов колбочек впервые было явно применено к проблеме постоянства цвета Гербертом Э. Айвсом , и этот метод иногда называют преобразованием Айвса или преобразованием фон Криса. Адаптация Айвза.

В фоне Kries правило коэффициента основывается на предположении , что цвето постоянство достигается за счетом индивидуальной адаптации завоевания трех ответов конуса, выигрыш в зависимости от сенсорного контекста, то есть, истории цвета и объемного звучания. Таким образом, отклики конуса от двух спектров излучения могут быть согласованы соответствующим выбором диагональных матриц адаптации D ₁ и D ₂ :
c′{\ displaystyle c ‘}

c′знак равноD1SТж1знак равноD2SТж2{\ displaystyle c ‘= D_ {1} \, S ^ {T} \, f_ {1} = D_ {2} \, S ^ {T} \, f_ {2}}

где есть матрица чувствительности конуса и является спектром условного стимула. Это приводит к преобразованию фон Криса для хроматической адаптации в цветовом пространстве LMS (отклики длинноволнового, средне- и коротковолнового пространства отклика конуса):
S{\ displaystyle S}ж{\ displaystyle f}

Dзнак равноD1-1D2знак равноL2L1M2M1S2S1{\ displaystyle D = D_ {1} ^ {- 1} D_ {2} = {\ begin {bmatrix} L_ {2} / L_ {1} & 0 & 0 \\ 0 & M_ {2} / M_ {1} & 0 \\ 0 & 0 & S_ {2} / S_ {1} \ end {bmatrix}}}

Эта диагональная матрица D отображает отклики конуса или цвета в одном состоянии адаптации на соответствующие цвета в другом; когда предполагается, что состояние адаптации определяется источником света, эта матрица полезна в качестве преобразования адаптации источника света. Элементы диагональной матрицы D представляют собой отношения откликов конуса (длинный, средний, короткий) для белой точки источника света .

Более полное преобразование фон Криса для цветов, представленных в цветовом пространстве XYZ или RGB , включает в себя матричные преобразования в пространство LMS и из него с диагональным преобразованием D посередине.

Хроматическая адаптация

Легко предсказать последствия следующего эксперимента. Пусть имеется некоторая сцена или цветное изображение, которые наблюдаются при фиксированных условиях освещения, например при дневном свете. Что произойдет, если резко изменить условия освещения, например заменить естественный свет искусственным флуоресцентным источником с заметным сдвигом в сторону зеленой части спектра. Спустя некоторое время наблюдатель будет видеть сцену в тех же красках, что и прежде. Голубое платье останется голубым, а шляпка красного цвета сохранит свой первоначальный цвет, несмотря на явное противоречие объективным физическим законам.

Явление, которое проиллюстрировал этот мысленный эксперимент, называется хроматической адаптацией. Это способность системы зрения человека приспосабливаться к изменившимся условиям освещения и сохранять неизменными исходные цвета объектов сцены или элементов изображения. Дарвинисты утверждают, что эволюция – это накопление полезных признаков; наверное, этим качеством обладает и свойство хроматической адаптации. Но в области предпечатной подготовки цветных изданий она создает немало проблем для дизайнеров и полиграфистов.

Человек не в силах приказать своему мозгу остановить процесс адаптации, то можно, по крайней мере, исключить основные источники ошибок при принятии ответственных решений по управлению цветом. Вся предпечатная подготовка цветных публикаций должна проходить в условиях освещения, основные параметры которого находятся под полным контролем. Не случайно многие препресс-бюро и художественные мастерские имеют специально созданные условия освещения. Это значит, что работа ведется на высококачественных и тщательно откалиброванных мониторах в специально подготовленных помещениях с равномерным неярким освещением и без доступа прямых солнечных лучей. Стены и потолок таких помещений обычно равномерно покрываются светло-серой краской. По тем же причинам следует избегать использования картин, репродукций или любых ярких декоративных элементов, которые могут быть источником искажений цветового восприятия.

Если по каким-то причинам невозможно обеспечить нейтральный фон во всем рабочем помещении, то цветные оттиски исследуют и оценивают в специально подготовленных кабинках, на ограниченных площадях которых намного проще обеспечить стандартные условия освещения. Получили распространение и портативные обстановки, позволяющие выполнить всю необходимую работу по оценке цветового пространства изображения или печатной страницы.

Сходными с хроматической адаптацией причинами объясняется еще один цветовой феномен – метамеризм. Этот эффект проявляется в том, что два цвета выглядят одинаково при одних условиях освещения и представляются наблюдателю совершенно различными в иной световой среде. Сила проявления этого эффекта зависит от множества причин: технологии производства страницы, преобладающего цвета, типа композиции и пр. Известно, что в наибольшей степени метамеризму подвержены полноцветные полиграфические оттиски, в меньшей степени – фотографии. Изображения, отпечатанные на современных струйных принтерах пигментными чернилами, обладают самой большой устойчивостью в этом отношении.

Адаптация к световому уровню

Когда вы находитесь средь бела дня, зажигание свечи не освещает комнату, а посреди темной ночи свеча освещает много. С физической точки зрения свет, излучаемый свечой, не изменился, поэтому наш глаз адаптировался к атмосфере.

• зрачковая реакция,
• адаптация сетчатки.

Зрачковая реакция

Как и диафрагма в фотоаппарате, радужная оболочка «настраивается» на свет благодаря двум слоям гладких мышц; круговая мышца, которая сужает зрачок (на свету) и лучевая мышца, расширяющая его (в темноте).

Зрачковая реакция быстрая, но она компенсирует разницу в освещении примерно в 25 раз.

В случае внезапного увеличения освещенности после задержки от 0,2 до 0,5  с зрачок сужается за 2  с , а затем стабилизируется через 5  с . Через несколько минут зрение привыкло к новому свету, и зрачок возвращается к своему среднему состоянию. Если свет тускнеет, зрачок реагирует в противоположном направлении, расширяясь, пока зрительная система не компенсирует новые условия.

Адаптация сетчатки

Сетчатка имеет два типа световых рецепторов, стержни, очень чувствительные и шишки, менее чувствительные, но которые позволяют видение цвета , очень разной чувствительности, но чьи рабочие диапазоны расширяются, для некоторых , как и для других, а за пределами возможностей компенсации ученика. Зрительная система, однако, работает не напрямую с нервными импульсами от колбочек, а с различиями между различными частями сцены, с более медленным временем реакции, в то время как поток химикатов, которые регулируют чувствительность колбочек и палочек, является равномерным. помедленнее. Колбочки (C) и палочки (B) противоположны по свойству их зрительных пигментов: сильная (B) и слабая (C) чувствительность, сильная (C) и слабая (B) острота зрения, а также сильная адаптация (B) и низкая (C) факторы, вызывающие адаптацию сетчатки.

Адаптация к темноте проходит в две фазы: первая (быстрая или фотопическая ) длится около 3 минут, а вторая (медленная или скотопическая фаза ) — один час. Адаптация к свету также проходит в два этапа.

Адаптация и задержка зрения

Повышение зрительной чувствительности для соответствия темноте выполняется независимо для каждого глаза. Это увеличивает задержку между приходом света на сетчатку и передачей нервных импульсов.

Маятник Пульфриха:

Эксперимент с маятником Пульфриха можно провести с небольшими средствами.

Шар на контрастном фоне, подвешенный на нитке, колеблется перед наблюдателем. Кажется, что мяч движется слева направо. Когда темное стекло снижает видимость одного глаза, кажется, что шар описывает в глубине эллипс. При замене окуляра видимое вращение меняется на противоположное.

Эффект объясняется задержкой глаза, чувствительность которого должна была увеличиться, чтобы соответствовать меньшему свету. Информация, передаваемая затемненным глазом, запаздывает. Таким образом, искажается разница в угле обзора, которая дает представление о рельефе или глубине: для одного из глаз учитывается предыдущее положение мяча. Чем быстрее движется мяч, тем сильнее эффект.

Измеряя по фиксированным меткам видимую глубину эллипса, мы можем измерить фазовый сдвиг и, следовательно, задержку.

Световая адаптация

Световая адаптация
— это процесс понижения чувствительности зре ния по мере роста общего уровня освещения.

К
примеру: ясной ночью легко увидеть миллионы звезд, но в полдень их на небе столько же — однако днем звезд не видно. Так получается потому, что днем суммарная яркость неба на несколько порядков выше, чем ночью, и по этому днем чувствительность зрения понижена в сравнении с ночной чувстви тельностью. Таким образом, разница в яркостях ночного неба и звезд в состоя нии обеспечить зрительное восприятие последних, тогда как днем она недоста точно велика.

Другой пример: представьте себе, что вы проснулись среди ночи и включили яркий свет. В первый момент вы ослеплены, не в состоянии разобрать что либо

и
можете даже почувствовать легкую боль, но спустя уже несколько десятков секунд вы начинаете постепенно различать предметы. Так происходит потому, что в темноте механизмы зрения находились в наиболее чувствительном со стоянии и сразу после включения света (из за своей повышенной чувствитель ности) оказываются перегруженными, но спустя непродолжительное время они адаптируются, понижая чувствительность и обеспечивая тем самым нор мальное зрение.

Хроматическая адаптация

Постоянство цвета называется неотъемлемой частью цветового зрения, которое позволяет ассоциировать цвет с объектом, хотя изменения освещения изменяют излучение, которое достигает глаз. Экологический подход к зрительному восприятию отмечает , что возможность ассоциировать цвет с объектом или классом объектов имеет решающее значение для взаимодействия между видами, а точная идентификацией предложений излучения не селективное преимуществом .

Таким образом, зрительный аппарат адаптирует зрение к спектральному распределению освещения в процессе, сопоставимом с адаптацией сетчатки. Когда освещение внезапно меняется, как, например, при переходе из места, освещенного днем, в другое с люминесцентными лампами , сначала вы замечаете разницу в освещении, а затем этот. Исчезает, пока мы не обнаружим восприятие цветов, подобное тому, которое тот, который у нас был раньше.

В колориметрии создаются таблицы для определения местоположения источников света, соответствующих цвету поверхности, исследуемому при различных источниках света . Поскольку цветные пленки для цветной фотографии , такие как датчики видеокамер и цифровые камеры, не выполняют никакой адаптации, оператор должен скорректировать цвет освещения с помощью фильтров или выполнить настройку, называемую балансом белого . Производители интегрировали в устройства, предназначенные для широкой публики, автоматизмы, которые оценивают в соответствии с цветами сцены человеческую хроматическую адаптацию и определяют настройки, необходимые для ее воспроизведения.

Темновая адаптация

Темновая адаптация
подобна световой, за исключением того, что процесс идет в обратном направлении, то есть:

Темновая адаптация
— это процесс повышения чувствительности зре ния по мере снижения уровня фотометрической яркости.

Несмотря на то, что феномены световой и темновой адаптаций сходны меж ду собой, — это все таки два самостоятельных явления, обусловленные разны ми механизмами и выполняющие разную зрительную работу (например, свето вая адаптация наступает значительно быстрее, нежели темновая).

Каждый может испытать темновую адаптацию, войдя с залитой солнцем улицы в полумрак кинотеатра: в первый момент помещение кажется совер шенно темным, и многие просто останавливаются на пороге, потому что ничего не видят. Однако по прошествии короткого периода времени предметы в поме щении (кресла, зрители) начинают выступать из темноты. Спустя еще несколь ко минут они станут уже хорошо различимыми, и не составит большого труда распознать фигуры знакомых, найти нужное кресло и т.п., поскольку механиз мы темновой адаптации постепенно увеличивают общую чувствительность зрительной системы.

О световой и темновой адаптациях можно говорить как об аналогии автома тическому контролю экспозиции в фотоаппаратах.

Хроматическая адаптация

Процессы световой и темновой адаптаций радикально влияют на цветовое восприятие стимулов и поэтому учитываются многими моделями цветового восприятия. Однако третий вид адаптации зрения — хроматическая адапта ция — самый важный, и его обязательно должны учитывать все модели.

Хроматическая адаптация
— это процесс в значительной мере незави симой регулировки чувствительности механизмов цветового зрения.

Более того, часто звучит мнение, что хроматическая адаптация основана только на независимом изменении чувствительности трех типов колбочковых фоторецепторов (в то время как световая и темновая адаптации — это результат общего изменения чувствительности всего рецепторного аппарата)

Однако важно помнить, что существуют иные механизмы цветового зрения (действую щие, к примеру, на оппонентном уровне и даже на уровне распознавания объ ектов), способные к изменению чувствительности, которые также можно отне сти к механизмам хроматической адаптации

В качестве примера хроматической адаптации возьмем лист белой бумаги, освещенной дневным светом. Если этот лист перенести в помещение, освещен ное лампами накаливания, он по прежнему будет восприниматься белым, не смотря на то, что энергия, отраженная от листа, сменилась с преимущественно «синей», на преимущественно «желтую» (это то самое изменение, к которому не может приспособиться цветная обращаемая фотопленка, о чем мы говорили во введении к данной главе).

Рис. 8.1 иллюстрирует данную ситуацию: на рис. 8.1 (а) показана типичная сцена при дневном освещении; на рис. 8.1 (b) — та же сцена, освещенная лампа

Рис. 8.2
Пример постобразов, вызванных локальной ретинальной адаптацией.

На 30 секунд зафиксируйте взгляд на черной точке, а затем переведите его на равномерную бе лую поверхность

Обратите внимание на цвета постобразов и сравните их с цветами оригиналь ных стимулов

ми накаливания и воспринятая некоей зрительной системой, не способной к адаптации; на рис. 8.1 (с) — опять та же сцена при свете ламп накаливания, воспринятая некоей зрительной системой, способной к адаптации подобно зри тельной системе человека.

Второй иллюстративный пример хроматической адаптации — т.н. постоб разы
, показанные на рис. 8.2: сосредоточьтесь на черной точке в центре фигуры и запомните позиции ее цветов; спустя примерно 30 секунд переведите взгляд на освещенную белую область, например, на белую стену или чистый лист бу маги

Обратите внимание на появившиеся цвета и их взаиморасположение. Возникшие постобразы — это результат независимого изменения чувствитель ности цветовых механизмов

К примеру, области сетчатки, экспонированные красным стимулом рисунка 8.2, понижают свою чувствительность к «крас ной» энергии по мере адаптирующей экспозиции вызывая недостаточность «красного» ответа данной области сетчатки (в норме ожидаемого при воздейст вии белых стимулов), в результате при взгляде на белую поверхность появляет ся голубой постобраз. Возникновение остальных цветов в постобразах объясня ется аналогично.

Итак, если о световой адаптации можно говорить как об аналогии автомати ческому контролю экспозиции, то об адаптации хроматической мы говорим как об аналогии автоматическому балансу белого в видео или цифровых фото камерах.

Райт (1981) дает исторический обзор того, зачем и как изучалась хроматиче ская адаптация.

Как происходит?

Адаптация световая

Происходит при переходе из темноты к сильному освещению. Оно мгновенно ослепляет и изначально виден только белый, так как чувствительность рецепторов настроена на тусклый свет. Одну минуту времени занимает у конусов для поражения резким светом, чтобы захватить его. При привыкании светочувствительность сетчатки теряется. Полное привыкание глаза к естественному освещению происходит в течение 20 минут. Существует два способа:

• резкое снижение чувствительности сетчатки;
• сетчатые нейроны подвергаются скорому приспособлению, тормозящему функцию стержня и благоприятствующей конусной системе.

Темновая адаптация

Темновая адаптация представляет собой обратный процесс световой. Это случается при переходе от хорошо освещенной области к темной области. Первоначально наблюдается чернота, так как конусы перестают функционировать в свете низкой интенсивности. Механизм адаптации можно разделить на четыре фактора:

• Интенсивность и время света: увеличивая уровни предварительно адаптируемых яркостей, время доминирования конического механизма расширяется, пока переключение стержневого механизма задерживается.
• Размер и расположение сетчатки: расположение тестового пятна влияет на темную кривую из-за распределения стержней и конусов в сетчатке.
• Длина волны порогового света непосредственно воздействует на темновую адаптацию.
• Регенерация родопсина: при воздействии светлых фотопигментов как в стержневых, так и в конических фоторецепторных клетках получаются структурные изменения.

Стоит отметить, что ночное видение имеет гораздо более низкое качество, чем зрение при нормальном свете, так как ограничено уменьшенным разрешением и обеспечивает возможность отличать только оттенки белого и черного. Примерно полчаса занимает у глаза приспособиться к сумеркам и приобрести чувствительность в сотни тысяч раз более, чем при дневном свете.

Адаптация — это приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности. Обеспечивается: изменением диаметра отверстия зрачка, перемещением черного пигмента в слоях сетчатки, различной реакцией палочек и колбочек. Зрачок может изменяться в диаметре от 2 до 8 мм, при этом его площадь и, соответственно, световой поток изменяются в 16 раз. Сокращение зрачка происходит за 5 секунд, а его полное расширение — за 5 минут.

Яркостная чувствительность. Хроматическая адаптация.

Физиологами и оптиками давно установлен факт избирательной чувствительности человеческого зрения к волнам различной длины. В упрощенном изложении, без привлечения графиков чувствительности палочек и колбочек, это значит, что в обычных обстоятельствах человек хорошо воспринимает зеленый цвет, несколько хуже – красный и хуже всего – синий цвет.

Это фундаментальное положение физиологии зрения человека, из которого следует ряд важных практических следствий. Во-первых, составляющие цветного изображения вносят разный вклад в ощущение яркости. Во-вторых, максимальная чувствительность зрения человека лежит в желто-зеленой области спектра.

Низкая чувствительность зрения в синем диапазоне видимого спектра хорошо объясняет то, что синяя окраска фона в большинстве случаев удачно сочетается с цветными диапозитивами различного содержания и цветовой гаммы. Идеальные условия для восприятия документа дает печать черного шрифта на белом фоне. Если шрифт белого цвета нанести на синий фон, то в силу отмеченного обстоятельства фоновая часть изображения отчасти потеряется. В результате будет доминировать шрифт или другие фрагменты изображения с иной окраской.

Избирательная чувствительность зрения является экспериментально подтвержденным фактом. Более того, исследователи в области психологии зрительного восприятия провели многочисленные тесты для получения количественных оценок вкладов отдельных цветовых составляющих. Установлено, что для большинства людей доли цветовых координат распределяются следующим образом: 59% – зеленый, 30% – красный и 11% – синий цвет. Иными словами, если известны яркости зеленой, красной и синей составляющих, то суммарную яркость нельзя получить простым суммированием. Ее следует вычислять по формуле:

Ссылки [ править ]

1. Ives HE (1912). «Отношение между цветом источника света и цветом освещаемого объекта». Пер. Illuminat. Англ. Soc . 7 : 62–72.(Перепечатано в: Brill, Michael H. (1995). «Связь между цветом источника света и цветом освещенного объекта». Исследование и применение цвета . 20 : 70–5. Doi .)
2. ^ Ханна Е. Смитсон и Касим Заиди (2004). «Постоянство цвета в контексте: роль в адаптации к местным условиям и уровни референции» . Журнал видения . 4 (9): 693–710. DOI10.1167 / 4.9.3 . PMID 15493964 .
3. ^ Ханна Е. Смитсон (2005). «Обзор. Сенсорные, вычислительные и когнитивные компоненты постоянства цвета человека» . Философские труды Королевского общества . 360 (1458): 1329–46. DOI10.1098 / rstb.2005.1633 . PMC 1609194 . PMID 16147525 .
4. ^ Карл Р. Gegenfurtner, LT Шарп (1999). Цветовое зрение: от генов к восприятию . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-00439-X.
5. ^ Gaurav Sharma (2003). Справочник по цифровым цветным изображениям . CRC Press .
6. ↑ Эрик Рейнхард (2006). Визуализация с расширенным динамическим диапазоном: получение, отображение и освещение на основе изображений . Морган Кауфманн. ISBN 0-12-585263-0.
7. ^ Б Л, Мин Ronnier (2015). «Хроматическая адаптация CIE; Сравнение фон Криса, CIELAB, CMCCAT97 и CAT02». Энциклопедия науки и техники цвета . Springer Berlin Heidelberg: 1–8. DOI10.1007 / 978-3-642-27851-8_321-1 . ISBN 978-3-642-27851-8.
8. ↑ Джадд, Дин Б. (январь 1940 г.). «Насыщенность оттенков и легкость красок поверхности при хроматической подсветке». JOSA . 30 (1): 2–32. DOI10.1364 / JOSA.30.000002 .
9. ^ редактор, Кристин Фернандес-Малойн (2013). Расширенная обработка и анализ цветных изображений . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. п. 33. ISBN  9781441961891.
10. ^ Ли, Чанцзюнь; Луо, М. Ронье; Ригг, Брайан; Хант, Роберт WG (февраль 2002 г.). «Преобразование хроматической адаптации CMC 2000: CMCCAT2000». Исследование и применение цвета . 27 (1): 49–58. DOI10.1002 / col.10005 .