OSA-UCS

In der Kolorimetrie ist der OSA-UCS (Optical Society of Americans Uniform Color Space) ein Farbraum, der erstmals 1947 veröffentlicht und vom Ausschuss für einheitliche Farbskalen der Optical Society of America entwickelt wurde. Zuvor erstellte Farbauftragssysteme wie das Munsell-Farbsystem konnten die Wahrnehmungsgleichförmigkeit in allen Richtungen nicht darstellen. Der Ausschuss entschied, dass eine neue Form der dreidimensionalen kartesischen Geometrie verwendet werden müsste, um einheitliche Farbunterschiede in jeder Richtung genau darzustellen.

Geschichte und Entwicklung
Die Entwicklung des OSA-UCS fand während vieler Jahre von 1947-1977 statt. Kurz nachdem das erste mathematische Farbmodell von der CIE entwickelt wurde, zeigte David MacAdam, dass bei der Auswahl einer Farbe auf der CIE-Farbskala nicht garantiert werden konnte, dass Farben mit der gleichen wahrgenommenen Farbdifferenz um diese Farbe den gleichen Farbabstand hatten in Bezug auf die Referenzfarbe. Einfacher gesagt, konnte der euklidische Abstand zwischen zwei beliebigen Farben auf dem Farbartdiagramm nicht als einheitliches Maß der wahrgenommenen Farbdifferenz verwendet werden. Unmittelbar nach dieser Entdeckung begann die Arbeit, einen Raum zu schaffen, der sich gleichmäßig in allen Richtungen der Farbdifferenz verhalten würde.

Ausgehend von einer Stichprobe von 59 farbigen Kacheln mit ungleichmäßigen Farbunterschieden hat die OSA 72 Beobachter gebeten, die Farbunterschiede zwischen den verschiedenen Musterkacheln zu beurteilen. Aus den gesammelten Daten wurden Formeln entwickelt und Parameter definiert, um den neuen einheitlichen Farbraum zu schaffen. Sie wählten den Referenz-10-Grad-Beobachter und den Illuminant D65, um den gleichmäßigen Raum und einen neutralen grauen Hintergrund von 30% Reflexion zu charakterisieren. Am Ende wurden 558 Farbmuster produziert – 424 Vollschritt und 54 Halbschritt – und von der OSA verteilt.

Design

Geometrie

Kuboktaeder.
Der ideale Farbkörper mit Punkten, die alle gleich weit von einem Mittelpunkt entfernt sind, ist eine Kugel – jedoch kann eine Ansammlung von Kugeln nicht zu einem größeren Körper ohne Lücken gepackt werden. Die Geometrie, die die OSA schließlich wählte, ist ein rhomboedrisches Gitter auf der Basis eines Kuboktaeders. Jeder der 12 Eckpunkte dieses Körpers hat die gleiche Entfernung vom Zentrum und von jedem seiner Nachbarn. Der letzte Schritt zur Vervollständigung dieser Geometrie bestand in einer Neuskalierung der vertikalen L-Achse, um ganzzahlige Koordinatenpositionen für die Farbbeschreibung zu erhalten. Die Gleichmäßigkeit der Farbabstände bleibt erhalten, da nur die Achsenbemaßungen skaliert werden und die Skalierung in der Farbabstandsformel berücksichtigt wird.

Koordinatenwerte
Die drei senkrechten Dimensionen des OSA-UCS sind die Helligkeitsdimension L, die Jaune-Dimension j (eine gelb / blaue Widerspruchsdimension) und die grüne Dimension g (eine grün / rote Widerspruchsdimension).

Leichtigkeit (L)
Die Helligkeitsskala des OSA-UCS-Farbkörpers variiert vertikal von etwa -10 bis 8. Die UCS-Helligkeit von 0 entspricht dem für ihre Proben ausgewählten 30% reflektierenden neutralen Hintergrundgrau, während hellere Farbtöne positive Werte und dunklere Farbtöne negative Werte aufweisen.

Jaune (j)
Die Jaune-Dimension des OSA-UCS-Farbkörpers verläuft horizontal und senkrecht zur L-Dimension. Dies ist eine gelb-blaue chromatische Dimension, die variiert von positiven Werten, die eher gelblich erscheinen, bis zu negativen Werten, die bläulicher erscheinen. Ein j-Wert von 0 liegt entlang der neutralen Achse.

Grün (g)
Die grüne Dimension des OSA-UCS verläuft horizontal senkrecht zu den Dimensionen L und j. Diese grün-rote chromatische Achse variiert von mehr grünlichen positiven Werten zu mehr rosa negativen Werten. Wiederum liegt ein ag-Wert von 0 entlang der neutralen (L) -Achse.

Farbgruppierungen
Die Kuboktaeder-Struktur des OSA-UCS-Farbkörpers kann geometrisch in 9 Ebenen unterteilt werden, die als Spaltungsebenen bezeichnet werden. Diese 9 Spaltungsebenen sind definiert als:

L – Eine Ebene konstanter L (Helligkeit), die senkrecht zur L-Achse verläuft, wobei j und g beliebige Werte annehmen können.
j – Eine Ebene der Konstante j (Gelb-Blau), die senkrecht zur j-Achse verläuft, wobei L und g beliebige Werte annehmen können.
g – Eine Ebene der konstanten g (rot-grün), die senkrecht zur g-Achse verläuft, wobei L und j beliebige Werte annehmen können.
L + j – Eine Ebene der Konstanten L + j, die parallel zur g-Achse verläuft, 35 ° von der L-Achse und 55 ° von der j-Achse entfernt.
L-j – Eine Ebene konstanter Lj, die parallel zur g-Achse verläuft, 35 ° von der L-Achse und 55 ° von der j-Achse entfernt.
L + g – Eine Ebene konstanter L + g, die parallel zur j-Achse verläuft, 35 ° von der L-Achse und 55 ° von der G-Achse entfernt.
L-g – Eine Ebene konstanten Lg, die parallel zur G-Achse verläuft, 35 ° von der L-Achse und 55 ° von der G-Achse entfernt.
j + g – Eine Ebene konstanter j + g, die parallel zur L-Achse verläuft, 45 ° von den Achsen j und g entfernt.
j-g – Eine Ebene konstanter jg, die parallel zur L-Achse verläuft und 45 ° von den Achsen j und g entfernt ist.

Farblicher Unterschied
Die OSA-UCS-Farbdifferenz wird durch den einfachen euklidischen Abstand zwischen zwei Farben im Farbraum definiert, der die Skalierung der L-Achse berücksichtigt. Die Formel zur Berechnung der Farbdifferenz zwischen Farbe 1 und 2 lautet:

Aufgrund des Systemdesigns ist der Farbunterschied zwischen zwei Nachbarn im OSA-UCS-Farbraum immer 2. Kleine Farbunterschiede können mit dieser Formel genau berechnet werden. Größere Farbunterschiede erfordern jedoch eine nichtlineare Korrektur für die Genauigkeit.

Farbtransformationen
CIEXYZ zu OSA-UCS
Um eine analytische Konvertierung von einem CIEXYZ-Wert zu OSA-UCS durchzuführen, sollten die folgenden Schritte befolgt werden. Zuerst muss ein Faktor, der den Helmholtz-Kohlrausch-Effekt repräsentiert, aus den x- und y-Farbkoordinaten berechnet werden:

Als nächstes bestimmen Sie die modifizierte Lichtreflexion:

Dann berechne den Helligkeits- und Chroma-Modifikationsfaktor:

Konvertieren Sie die XYZ-Werte mithilfe der linearen Matrixtransformation in RGB:

Zuletzt, a und b berechnen:

und multipliziere sie mit C, um OSA-UCS g und j zu erhalten:

OSA-UCS zu CIEXYZ
Obwohl keine Umwandlung in geschlossener Form von OSA-UCS nach CIEXYZ existiert, wurden numerische Solver geschrieben, einschließlich einer, die auf der Newton-Raphson-Methode basiert, und einer anderen, die auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basiert.