色貌與色貌模型

色貌與色貌模型第1頁/共70頁主要內(nèi)容色貌色貌現(xiàn)象色貌模型第2頁/共70頁9.1色貌9.1.1色度學(xué)的發(fā)展（1）色匹配階段

（2）色差階段

（3）色貌階段第3頁/共70頁（1）色匹配階段色匹配研究階段建立了顏色的基本表示和測量方法。1931年，國際照明委員會(CIE)推薦了CIE1931標(biāo)準色度觀察者的顏色匹配函數(shù)，由此奠定了色度學(xué)的基礎(chǔ)。某一顏色的CIE三刺激值X、Y、Z可在可見光波長范圍內(nèi)由標(biāo)準色度觀察者的顏色匹配函數(shù)、照明體的光譜功率分布以及物體的光譜光度特性（透射比或反射比）計算出來，進而獲得該顏色的色品坐標(biāo)，在CIExy色品圖上確定該顏色對應(yīng)的位置。第4頁/共70頁（2）色差階段色差研究階段建立了CIELAB、CIELUV兩個均勻色空間，以及明度、色品坐標(biāo)、彩度、色相和色相角的計算，促進了色差公式的產(chǎn)生和發(fā)展。其中，CIELAB顏色空間及對應(yīng)的色差公式是應(yīng)用效果最好的色差評價模型，利用CIELAB色空間對顏色的彩度、明度、色調(diào)的計算，為色差的精確量化提供了可能。第5頁/共70頁（3）色貌階段CIE色度系統(tǒng)定義了色覺經(jīng)驗的三要素：照明體、色源和觀察者。當(dāng)這三者確定后，顏色能準確地表示出來，并且便于儀器測量。但是，顏色和色差的測量及表示均被限定在上述三要素固定的條件下。隨著顏色空間及其色差公式在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中的不斷深入，CIELAB的不足逐漸暴露出來。例如，匹配相同的顏色在不同的照明條件下或其它不同條件下可能會呈現(xiàn)出不同的顏色(即工業(yè)上廣為利用的三刺激值匹配)；同一物品在屏幕上所見的色彩與所見實物的色彩往往有不同程度的差異等。這是由于傳統(tǒng)LAB顏色空間色相缺乏視覺均勻性，色差計算僅適合特定條件下色塊的顏色差別，存在著非一致性第6頁/共70頁所以，當(dāng)人們在不同的觀察條件下觀察具有相同三刺激值的樣品顏色時，給人的視覺感受是不同的。因此，可以認為，CIE色度學(xué)對不同光源、照明水平和觀察背景等條件引起的色適應(yīng)、色對比等效應(yīng)并沒有從量值上作比較精確的預(yù)測，至于不同媒體對顏色顯色特性的影響，更沒有提出合理的計算參數(shù)。傳統(tǒng)的基于CIELAB的顏色空間已經(jīng)越來越不能滿足各行業(yè)對數(shù)字化信息化顏色的傳遞與交流的發(fā)展要求。例如對于一塊樣品顏色，與它存在的環(huán)境有關(guān)，同一顏色在不同的照明條件、背景、媒體，以及由不同的觀察者觀察都具有不同的顏色感覺，即色貌。因此，為了解決這一問題，人們提出了色貌模型，即色度學(xué)發(fā)展的第三階段。第7頁/共70頁9.1.2色貌及其屬性所謂色貌，GB/T5698-2001《顏色術(shù)語》定義為“與色刺激和材料質(zhì)地等有關(guān)的顏色的主觀表現(xiàn)”；根據(jù)G.Wyszecki的定義，是指觀察者對視野中的顏色刺激根據(jù)其視知覺的不同表象而區(qū)分的顏色知覺屬性(又稱色貌屬性)。也就是說由于受顏色刺激的物理條件，包括空間特性(如大小、形狀、位置、表面紋理結(jié)構(gòu))、時間特性(靜態(tài)、動態(tài)、閃爍態(tài))和光譜輻亮度分布，以及觀察者對顏色刺激的注意程度、記憶、動機、情感等主觀因素的影響，所產(chǎn)生的顏色的復(fù)雜外觀表象。色貌模型就是對色貌屬性作定量計算的數(shù)學(xué)模型。第8頁/共70頁色貌屬性色調(diào)(hue)明度(lightness)視明度(brightness)視彩度(colorfulness)彩度(colorfulness)第9頁/共70頁

明度與視明度明度(Lightness)：指觀察者對所觀察顏色的刺激所感知到的視明度相對于同一照明條件下完全漫反射體視明度的比值，明度是一個相對量

Lightness視明度Brightness白點的視明度第10頁/共70頁視明度(Brightness)指觀察者對所觀察的顏色刺激在明亮程度上的感受強度，或認為是刺激色輻射出光亮的多少，過去也曾經(jīng)稱為主觀亮度。視明度是一絕對量，其大小變化對應(yīng)于顏色刺激表現(xiàn)為從亮（brightordazzling）變?yōu)榘?dimordark)或從暗變?yōu)榱?。?1頁/共70頁第12頁/共70頁

視彩度和彩度視彩度（colorfulness）是指某一顏色刺激所呈現(xiàn)色彩量的多少或人眼對色彩刺激的絕對響應(yīng)量。一般情況下，照度增加，物體變得更明亮，人眼對其的色彩知覺也相應(yīng)變得更強烈，即視彩度增加。如果某顏色為沒有色彩刺激的中性顏色，則其視彩度為0。第13頁/共70頁彩度（chroma）彩度是相對量，等于視彩度（colorfulness）與相同照明條件下的白色物體視明度（brightness）之比。第14頁/共70頁

飽和度

飽和度（saturation）是一種相對量，等于色刺激的視彩度與視明度之比。對于給定的照明條件，在明視覺照度水平下，一個顏色大體上具有恒定的飽和度，除非視明度特別高。第15頁/共70頁相關(guān)色和非相關(guān)色相關(guān)色(RelatedColor)與背景有關(guān)的顏色非相關(guān)色(UnrelatedColor)與背景無關(guān)的顏色第16頁/共70頁

各屬性間關(guān)系第17頁/共70頁第18頁/共70頁第19頁/共70頁彩度/飽和度第20頁/共70頁第21頁/共70頁完整描述一個顏色色相（色調(diào)，Hue）明度（Lightness）彩度（Chroma）視明度（Brightness）視彩度（Colorfulness）第22頁/共70頁亮度/彩度vs.明度/色彩當(dāng)預(yù)測的顏色要在不同的觀測條件下匹配時，亮度-彩度匹配是不同于明度-色彩匹配的。參見Nayatanietal.(1990).對于一般的顏色和典型的條件，在實際中都選擇亮度-彩度匹配（復(fù)制）。第23頁/共70頁高照度下的復(fù)制第24頁/共70頁低照度下的復(fù)制第25頁/共70頁9.2色貌現(xiàn)象當(dāng)兩個顏色的三刺激值相同，如果這兩個顏色的外貌不同，那肯定就是它們的觀察條件不同.不同的色貌現(xiàn)象描述了觀察條件的改變和色貌改變的關(guān)系第26頁/共70頁Bezold-BrückeHueAbney效應(yīng)(ShiftAbneyEffect)Helmholtz-Kohlrausch效應(yīng)(Helmholtz-KohlrauschEffect)Hunt效應(yīng)(HuntEffect)Stevens效應(yīng)(StevensEffect)同時對比（SimultaneousContrast）CrispeningHelson-JuddEffectBartleson-BrenemanEquationsChromaticAdaptationColorConstancyMemoryColorObjectRecognition第27頁/共70頁背景會影響在其中的顏色的外貌背景變化顏色變化更暗更亮紅綠黃藍更亮更暗綠紅藍黃顏色（刺激）背景下表是顏色和背景的相互作用和適應(yīng)性(1)同時對比第28頁/共70頁第29頁/共70頁JosefAlbers圖第30頁/共70頁復(fù)雜的空間交互作用第31頁/共70頁

照度和色彩的變化關(guān)系(非真實數(shù)據(jù))對于一個固定的顏色，其色彩感覺會隨著照度(luminance)的增加而增加。隨著照度的提高，就要降低顏色的色度以保持和原來的刺激一樣。下圖表明視覺處理過程的非線性化(2)Hunt效應(yīng)第32頁/共70頁(3)Stevens效應(yīng)

隨著照度的提高，感知亮度對比也隨之提高，即暗色越暗，亮色越亮。左圖說明了照度的非線性化第33頁/共70頁Stevens&Hunt效應(yīng)第34頁/共70頁(4)Bartleson-Breneman效應(yīng)對于不同的照度環(huán)境，亮度是照度的函數(shù)復(fù)雜刺激（圖像）的對比度隨著環(huán)境照度的提高而提高。降低環(huán)境照度會提高所有圖像的明度，對暗色效果比較明顯。左圖是對比效果（重設(shè)了白點）第35頁/共70頁環(huán)境效果示例第36頁/共70頁背景從暗到白，則感知對比隨之降低第37頁/共70頁(5)適應(yīng)明適應(yīng)(LightAdaptation):提高照度就會降低視覺敏感度暗適應(yīng)(DarkAdaptation):降低照度就會提高視覺敏感度色適應(yīng)(ChromaticAdaptation):顏色視覺的獨立敏感規(guī)律第38頁/共70頁局部適應(yīng)線性映射感知映射第39頁/共70頁色適應(yīng)

三種錐體細胞(LMS)相互對立接收刺激。(在更高水平機制上，適應(yīng)也會出現(xiàn)。)

色反應(yīng)的程度視適應(yīng)的狀態(tài)（局部的、空間的、時間的）而定。視覺殘留證明了這一點。CIE國際照明委員會在1987年對色適應(yīng)做了定義：當(dāng)色彩刺激改變，特別是在照明改變時，視覺保持彩色物體色彩近似的補償程序。第40頁/共70頁第41頁/共70頁第42頁/共70頁第43頁/共70頁(6)恒常性(Discounting)

當(dāng)照明的顏色發(fā)生了很大的變化時，我們依然感覺物體的顏色沒有發(fā)生變化。?事實上發(fā)生了變化?色適應(yīng)?一定的顏色記憶?認知上忽略光源的特性第44頁/共70頁Diamonds第45頁/共70頁WithTips第46頁/共70頁OnBackgrounds第47頁/共70頁BothTips&Backgrounds!第48頁/共70頁(7)Purves“Brown”現(xiàn)象第49頁/共70頁第50頁/共70頁9.3色貌模型9.3.1色貌模型的發(fā)展vonKries的色適應(yīng)模型Hunt模型Nayatani模型RLAB模型LLAB模型CIECAM97s模型CIECAM02模型第51頁/共70頁9.3.2CIECAM02模型CIE于1997年推薦了一個色貌模型，它由英國Derby大學(xué)的M.R.Luo與R.W.G.Hunt首先提出、后經(jīng)CIE1996東京大會通過。CIECAM97s是在Hunt、LLAB、Nayatani、RLAB等著名模型的基礎(chǔ)上，并總結(jié)了大量顏色視覺生理和心理實驗研究成果建立起來的。CIECAM97s對色彩的預(yù)測比以上四種模型更準確，并被作為色貌模型的標(biāo)準。但在實驗過程中，研究人員也發(fā)現(xiàn)了該模型的一些缺點，為此對它進行了修正，并于2002年推出了新的色貌模型CIECAM02，用于替代CIECAM97s。第52頁/共70頁為了推動色貌模型研究工作的進展以及對各種色貌模型的實際效果進行測評，國際照明委員會先后成立了TC1-27(負責(zé)制定色貌模型規(guī)范)、TC1-34(負責(zé)對色貌模型的檢驗評估)和TC8-01（用于色彩管理系統(tǒng)的色貌建模）若干業(yè)委員會。研究人員對不同的色溫、照度和黑環(huán)境下的復(fù)雜圖像的跨媒體復(fù)制進行了大量的研究。也有學(xué)者在某些照明條件下(例如D65和D50)測試了一些色貌模型的性能。在此基礎(chǔ)上，有學(xué)者進一步對更加實用的不相等照明條件和暗環(huán)境進行了探索，并開發(fā)了包括色盲在內(nèi)的顏色診斷系統(tǒng)。各種色貌模型推出以后，各國的顏色科技工作者利用各種色差數(shù)據(jù)集和色貌數(shù)據(jù)開展了大量針對色貌模型的評價研究工作，其中包括大色差數(shù)據(jù)：OSA數(shù)據(jù)、Munsell數(shù)據(jù)、Pointer和Attridge數(shù)據(jù)、BFDB數(shù)據(jù)；小色差數(shù)據(jù)：BFD、RIT－DuPont、Leeds和Witt；色貌數(shù)據(jù)：LUTCHI。隨著評價研究工作的進行，各色貌模型不斷被修正，預(yù)測精度不斷得到改善，適用范圍也愈來愈廣。第53頁/共70頁CIECAM02雖然能夠預(yù)測不同視覺條件下的顏色再現(xiàn)效果，卻沒有將人類視覺的空間和時間特性與圖像視覺效果結(jié)合起來。因此，在2004年，F(xiàn)airchild和Johnson又推薦了圖像色貌模型iCAM（imageColorAppearanceModel），iCAM結(jié)合了人類視覺的空間和時間特性，具有很好的色相均勻性，既可以預(yù)測復(fù)雜圖像的色貌特征，又可以測量圖像的差別和質(zhì)量，適合于跨媒體圖像復(fù)制和高動態(tài)范圍的成像技術(shù)。第54頁/共70頁CIECAM02構(gòu)成正向模型反向模型第55頁/共70頁一、正向模型色貌模型提供了進行三刺激值和感覺屬性進行轉(zhuǎn)換的具體方法。模型的兩大塊就是色適應(yīng)變換和用于計算感覺屬性（如明度、亮度、色度、飽和度、色彩、色相等）的方程。色適性變換考慮了適應(yīng)的白點的色度變化，另外，白點的亮度會影響觀察者對白點的適應(yīng)程度。因而，適應(yīng)程度或D因子就成了色適應(yīng)變換的另外一個方面。一般地，色適應(yīng)變換和計算感覺屬性之間，有一個非線性的響應(yīng)壓縮。色適應(yīng)變換和D因子是相應(yīng)顏色數(shù)據(jù)集的實驗結(jié)果，非線性響應(yīng)壓縮來源于生理學(xué)數(shù)據(jù)以及其它的考慮。感覺屬性的獲得是通過比較大量的評價實驗的預(yù)測結(jié)果，如LUTCHI數(shù)據(jù)的不同階段，其它數(shù)據(jù)集，如孟塞爾圖冊。最后，模型的整個結(jié)構(gòu)在一個封閉的形式下強制可逆轉(zhuǎn)換，并考慮到了顏色外貌現(xiàn)象的子集。第56頁/共70頁(1)輸入?yún)?shù)模型的輸入數(shù)據(jù)包括適應(yīng)區(qū)域的照度LA,樣本在測試條件下的色度坐標(biāo)Yxy測試條件下的參考白點的色度坐標(biāo)xw、yw、zw；背景參數(shù)Yb和明度對比因子F；環(huán)境影響參數(shù)c；色誘導(dǎo)因子Nc。環(huán)境FcNc平均1.00.691.0暗0.90.590.95黑0.80.5250.8第57頁/共70頁第58頁/共70頁(2)色適應(yīng)變換第59頁/共70頁第60頁/共70頁(3)非線性響應(yīng)壓縮第61頁/共70頁(4)感覺屬性第62頁/共70頁色相數(shù)據(jù)

紅

黃

綠

藍

紅