Różnica barw - Color difference
Różnica czy odległość pomiędzy dwoma kolorami jest metryka zainteresowania nauką kolorów . Pozwala na ilościowe badanie pojęcia, które dawniej można było opisać jedynie przymiotnikami. Kwantyfikacja tych właściwości ma ogromne znaczenie dla tych, których praca ma kluczowe znaczenie dla koloru. Powszechne definicje wykorzystują odległość euklidesową w przestrzeni kolorów niezależnej od urządzenia .
Euklidesa
sRGB
Ponieważ większość definicji różnic kolorów to odległości w przestrzeni kolorów , standardowym sposobem określania odległości jest odległość euklidesowa. Jeśli ktoś ma obecnie krotkę RGB (czerwony, zielony, niebieski) i chce znaleźć różnicę kolorów, obliczeniowo jednym z najłatwiejszych jest rozważenie wymiarów liniowych R, G, B definiujących przestrzeń kolorów.
Gdy wynik powinien być również prosty obliczeniowo, często można usunąć pierwiastek kwadratowy i po prostu użyć:
To zadziała w przypadkach, gdy jeden kolor ma być porównywany z pojedynczym kolorem i wystarczy po prostu wiedzieć, czy odległość jest większa. Jeśli te kwadratowe odległości kolorów zostaną zsumowane, taka metryka w rzeczywistości stanie się wariancją odległości kolorów.
Podjęto wiele prób zważenia wartości RGB, aby lepiej dopasować się do ludzkiej percepcji, gdzie składniki są zwykle ważone (czerwony 30%, zielony 59% i niebieski 11%), jednak są one wyraźnie gorsze przy określaniu kolorów i są właściwie wkładem do jasność tych kolorów, a nie stopień, w jakim ludzki wzrok ma mniejszą tolerancję dla tych kolorów. Bliższe przybliżenia byłyby bardziej właściwe (dla nieliniowych sRGB , przy użyciu zakresu kolorów 0–255):
gdzie:
Jedno z lepszych niskobudżetowych przybliżeń, czasami nazywane „redmean”, łączy te dwa przypadki płynnie:
Istnieje wiele formuł na odległość kolorów, które próbują używać przestrzeni kolorów, takich jak HSV, z odcieniem jako okręgiem, umieszczając różne kolory w trójwymiarowej przestrzeni cylindra lub stożka, ale większość z nich to tylko modyfikacje RGB; bez uwzględnienia różnic w ludzkim postrzeganiu kolorów będą one miały tendencję do dorównywania prostej metryce euklidesowej.
Jednolite przestrzenie kolorów
CIELAB i CIELUV są przestrzeniami stosunkowo jednorodnymi percepcyjnie i zostały wykorzystane jako przestrzenie dla euklidesowych miar różnicy kolorów. Wersja CIELAB jest znana jako CIE76. Jednak później odkryto niejednorodność tych przestrzeni, co doprowadziło do powstania bardziej złożonych formuł.
Jednolita przestrzeń kolorów : przestrzeń kolorów, w której równoważne różnice liczbowe oznaczają równoważne różnice wizualne, niezależnie od położenia w przestrzeni kolorów. Prawdziwie jednolita przestrzeń barw jest od wielu lat celem naukowców zajmujących się kolorami. Większość przestrzeni kolorów, choć nie idealnie jednolitych, jest określanych jako jednolite przestrzenie kolorów, ponieważ są one bardziej jednolite w porównaniu z diagramem chromatyczności.
— Słownik X-rite
Jednolita przestrzeń kolorów ma stanowić prostą miarę różnicy kolorów, zwykle euklidesową, „po prostu działa”. Przestrzenie kolorów, które poprawiają ten problem, obejmują CAM02-UCS , CAM16-UCS i J z a z b z .
Zalec. ITU-R BT.2124 lub E ITP
W 2019 r. wprowadzono nowy standard dla WCG i HDR , ponieważ CIEDE2000 nie był do tego odpowiedni: CIEDE2000 nie jest niezawodny poniżej 1 cd/m 2 i nie został zweryfikowany powyżej 100 cd/m 2 ; ponadto, nawet w przypadku niebieskiego podstawowego BT.709 CIEDE2000 zaniża błąd. ΔE ITP jest skalowany tak, że wartość 1 wskazuje na potencjalną tylko zauważalną różnicę kolorów. Metryka różnicy kolorów ΔE ITP pochodzi z wyświetlacza oznaczonego IC T C P , ale XYZ jest również dostępny w standardzie. Wzór jest po prostu przeskalowaną odległością euklidesową:
gdzie składniki niniejszego "ITP" są podane przez:
- ja = ja,
- T = 0,5 T T ,
- P = C P .
Inne konstrukcje geometryczne
Wiadomo, że miara euklidesowa działa słabo na duże odległości kolorów (tj. ponad 10 jednostek w większości systemów). Wykazano, że podejście hybrydowe, w którym stosuje się odległość taksówki między jasnością a płaszczyzną barwy, działa lepiej na CIELAB.
CIELAB ΔE*
Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej (CIE) wywołuje ich odległość metryczny Δ E * ab (zwany również Δ E * , lub nieprecyzyjnie, dE * , dE , albo „Delta E”), gdzie delta jest grecka litera często używany do określenia różnicy, a E oznacza Empfindung ; Niemiecki dla "sensacji". Użycie tego terminu wywodzi się od Hermanna von Helmholtza i Ewalda Heringa .
Percepcyjne niejednorodności w podstawowej przestrzeni kolorów CIELAB doprowadziły na przestrzeni lat do doprecyzowania przez CIE ich definicji, prowadząc do lepszych (zgodnie z zaleceniami CIE) formuł z 1994 i 2000 roku. Te niejednorodności są ważne, ponieważ ludzkie oko jest bardziej wrażliwe na niektóre kolory niż inne . Metryka CIELAB służy do określenia tolerancji kolorów brył CMYK. Dobra metryka powinna to uwzględniać, aby pojęcie „ tylko zauważalnej różnicy ” (JND) miało znaczenie. W przeciwnym razie pewne Δ E może być nieistotne między dwoma kolorami w jednej części przestrzeni kolorów, a istotne w innej części.
Wszystkie formuły Δ E* zostały pierwotnie zaprojektowane tak, aby różnica 1,0 oznaczała JND. Ta konwencja jest ogólnie stosowana przez inne funkcje percepcyjnej odległości, takie jak wspomniana wcześniej Δ E ITP . Jednak dalsze eksperymenty mogą unieważnić to założenie projektowe, czego przykładem jest rewizja CIE76 JND.
CIE76
Formuła z 1976 roku jest pierwszą formułą, która wiąże zmierzoną różnicę kolorów ze znanym zestawem współrzędnych CIELAB. Ta formuła została zastąpiona przez formuły z 1994 i 2000, ponieważ przestrzeń CIELAB okazała się nie być tak jednorodna percepcyjnie, jak zamierzono, zwłaszcza w obszarach nasyconych. Oznacza to, że ta formuła ocenia te kolory zbyt wysoko w porównaniu z innymi kolorami.
Biorąc pod uwagę dwie kolorów CIELAB przestrzeni barw , a różnica koloru wzoru CIE76 jest zdefiniowany jako:
odpowiada JND (tylko zauważalna różnica).
CIE94
Definicja z 1976 roku została rozszerzona w celu zajęcia się percepcyjnymi niejednorodnościami, przy jednoczesnym zachowaniu przestrzeni kolorów CIELAB, poprzez wprowadzenie ciężarów specyficznych dla aplikacji, pochodzących z danych tolerancji testu lakieru samochodowego.
Δ E (1994) jest zdefiniowany w przestrzeni barw L*C*h* z różnicami w jasności, barwie i odcieniu obliczonymi na podstawie współrzędnych L*a*b* . Biorąc pod uwagę kolor odniesienia i inny kolor , różnica wynosi:
gdzie:
i gdzie k C i k H są zwykle jednością, a współczynniki wagowe k L , K 1 i K 2 zależą od zastosowania:
grafika | tekstylia | |
---|---|---|
1 | 2 | |
0,045 | 0,048 | |
0,015 | 0,014 |
Geometrycznie ilość odpowiada średniej arytmetycznej długości akordów o równych kołach chromatycznych dwóch kolorów.
CIEDE2000
Ponieważ definicja z 1994 r. nie rozwiązała odpowiednio problemu jednolitości percepcyjnej , CIE doprecyzowała swoją definicję, dodając pięć poprawek:
- Obrót odcień Określenie (R T ), aby poradzić sobie z problematycznym od niebieskiej (kąty barwy w okolicy 275 ° C):
- Kompensacja dla kolorów neutralnych (wartości zagruntowane w różnicach L*C*h)
- Kompensacja lekkości (S L )
- Kompensacja chrominancji (S C )
- Kompensacja odcienia (S H )
- Uwaga: Poniższe wzory powinny używać stopni, a nie radianów; sprawa jest istotna dla R T .
- K L , k C , a k H zwykle jednością.
- Uwaga: Tangens odwrotny (tan −1 ) można obliczyć przy użyciu wspólnej procedury bibliotecznej,
atan2(b, a′)
która zwykle ma zakres od −π do π radianów; specyfikacje kolorów są podane w zakresie od 0 do 360 stopni, więc konieczna jest pewna korekta. Styczna odwrotna jest nieokreślona, jeśli a′ i b są równe zeru (co oznacza również, że odpowiadające C′ jest zerem); w takim przypadku ustaw kąt barwy na zero. Patrz Sharma 2005 , przyp. 7.
- Uwaga: Tangens odwrotny (tan −1 ) można obliczyć przy użyciu wspólnej procedury bibliotecznej,
- Uwaga: Gdy albo C′ 1 albo C′ 2 wynosi zero, wtedy Δh′ jest nieistotne i może być ustawione na zero. Patrz Sharma 2005 , przyp. 10.
- Uwaga: Gdy C′ 1 lub C′ 2 wynosi zero, to H ′ to h′ 1 + h′ 2 (bez dzielenia przez 2; zasadniczo, jeśli jeden kąt jest nieokreślony, użyj drugiego kąta jako średniej; opiera się na kąt nieokreślony ustawiony na zero). Patrz Sharma 2005 , przyp. 7 i s. 23 stwierdzające, że większość implementacji w Internecie w tamtym czasie miała „błąd w obliczeniu średniego odcienia”.
CMC l:c (1984)
W 1984 r. Komitet Pomiaru Koloru Towarzystwa Farbiarzy i Kolorystów określił miarę różnicy, również opartą na modelu koloru L*C*h. Nazwany na cześć komitetu opracowującego, ich metryka nosi nazwę CMC l:c . Quasimetric dwa parametry: jasność (L), nasycenie (C), co pozwala użytkownikom na podstawie różnicy wagi w stosunku l: C, które są uznane za odpowiednie do zastosowania. Powszechnie stosowane wartości to 2:1 dla akceptowalności i 1:1 dla progu niezauważalności.
Odległość koloru od odniesienia to:
CMC l:c jest przeznaczony do stosowania z D65 i dodatkowym obserwatorem CIE . Podobnie jak w przypadku CIE94, ten wzór definiuje quasimetrykę, ponieważ narusza symetrię: parametr T jest oparty na odcieniu samego odniesienia .
Tolerancja
Tolerancja dotyczy pytania „Czym jest zestaw kolorów, które są niedostrzegalnie/akceptowalnie bliskie danej referencji?” Jeśli miara odległości jest percepcyjnie jednolita , wówczas odpowiedzią jest po prostu „zbiór punktów, których odległość od odniesienia jest mniejsza niż próg właśnie zauważalnej różnicy (JND)”. Wymaga to percepcyjnie jednolitej metryki, aby próg był stały w całej gamie (zakresie kolorów). W przeciwnym razie próg będzie funkcją koloru odniesienia – kłopotliwego jako praktyczny przewodnik.
Na przykład w przestrzeni kolorów CIE 1931 kontury tolerancji są definiowane przez elipsę MacAdama , która utrzymuje stałą L* (jasność). Jak widać na sąsiednim schemacie, elipsy oznaczające kontury tolerancji różnią się wielkością. Częściowo ta niejednorodność doprowadziła do powstania CIELUV i CIELAB .
Mówiąc bardziej ogólnie, jeśli dopuszcza się zmianę jasności, wówczas zestaw tolerancji jest elipsoidalny . Zwiększenie współczynnika ważenia we wspomnianych wyrażeniach odległościowych skutkuje zwiększeniem rozmiaru elipsoidy wzdłuż odpowiedniej osi.
Zobacz też
Przypisy
Uwagi
Bibliografia
Dalsza lektura
- Robertson, Alan R. (1990). „Historyczny rozwój równań różnicy kolorów zalecanych przez CIE” . Badania i zastosowanie kolorów . 15 (3): 167–170. doi : 10.1002/kol.5080150308 .
- Melgosa, M.; Quesada, JJ; Hita, E. (grudzień 1994). „Jednolitość niektórych najnowszych metryk kolorów testowanych z dokładnym zestawem danych tolerancji różnicy kolorów”. Optyka stosowana . 33 (34): 8069–8077. Kod Bibcode : 1994ApOpt..33.8069M . doi : 10.1364/AO.33.008069 . PMID 20963027 .
- McDonald, Roderick, wyd. (1997). Fizyka kolorów dla przemysłu (wyd. drugie). Towarzystwo Farbiarzy i Kolorystów . Numer ISBN 0-901956-70-8.
Zewnętrzne linki
- Kalkulator różnicy kolorów Bruce'a Lindblooma . Wykorzystuje wszystkie zdefiniowane tutaj metryki.
- Formuła różnicowania kolorów CIEDE2000 , autorstwa Gaurav Sharmy. Wdrożenia w MATLAB i Excel.