Modello di aspetto del colore

Un modello di aspetto del colore (CAM abbreviato) è un modello matematico che cerca di descrivere gli aspetti percettivi della visione del colore umano, cioè le condizioni di visualizzazione in cui l’aspetto di un colore non coincide con la misurazione fisica corrispondente della fonte di stimolo. (Al contrario, un modello di colore definisce uno spazio di coordinate per descrivere i colori, come i modelli di colori RGB e CMYK.)

Aspetto del colore
Il colore ha origine nella mente dell’osservatore; “Oggettivamente”, c’è solo la distribuzione spettrale della luce che incontra l’occhio. In questo senso, qualsiasi percezione del colore è soggettiva. Tuttavia, sono stati fatti tentativi di successo per mappare la distribuzione spettrale della luce della luce alla risposta sensoriale umana in modo quantificabile. Nel 1931, utilizzando le misurazioni psicofisiche, la Commissione internazionale per l’illuminazione (CIE) ha creato lo spazio cromatico XYZ che modella con successo la visione dei colori umani su questo livello sensoriale di base.

Tuttavia, il modello cromatico XYZ presuppone specifiche condizioni di visualizzazione (come il locus della stimolazione retinica, il livello di luminanza della luce che incontra l’occhio, lo sfondo dietro l’oggetto osservato e il livello di luminanza della luce circostante). Solo se tutte queste condizioni rimangono costanti, due stimoli identici con i medesimi valori tristimolo XYZ creano un aspetto cromatico identico per un osservatore umano. Se in un caso cambiano alcune condizioni, due stimoli identici con i medesimi valori di tristimolo XYZ creeranno diverse sfumature di colore (e viceversa: due diversi stimoli con così diversi valori di tristimolo XYZ potrebbero creare un identico aspetto cromatico).

Pertanto, se le condizioni di visualizzazione variano, il modello di colore XYZ non è sufficiente e per modellare la percezione del colore umano è necessario un modello di aspetto del colore.

Parametri di aspetto del colore
La sfida fondamentale per qualsiasi modello di aspetto del colore è che la percezione del colore umano non funzioni in termini di valori tristimolo XYZ, ma in termini di parametri di aspetto (tonalità, luminosità, luminosità, crominanza, colorito e saturazione). Pertanto, qualsiasi modello di aspetto del colore deve fornire trasformazioni (fattore che determina le condizioni di visualizzazione) dai valori tristimolo XYZ a questi parametri di aspetto (almeno tonalità, luminosità e crominanza).

Fenomeni di aspetto cromatico
Questa sezione descrive alcuni dei fenomeni di comparsa del colore che i modelli di aspetto del colore cercano di affrontare.

Adattamento cromatico
L’adattamento cromatico descrive la capacità della percezione del colore umano di astrarre dal punto di bianco (o temperatura di colore) della sorgente luminosa illuminante quando si osserva un oggetto riflettente. Per l’occhio umano, un pezzo di carta bianca sembra bianco, non importa se l’illuminazione è bluastra o giallastra. Questo è il più fondamentale e più importante di tutti i fenomeni di comparsa del colore, e quindi una trasformata di adattamento cromatica (CAT) che cerca di emulare questo comportamento è un componente centrale di qualsiasi modello di aspetto del colore.

Ciò consente una facile distinzione tra semplici modelli di colori basati su tristimolo e modelli di aspetto del colore. Un semplice modello di colore basato su tristimolo ignora il punto bianco dell’illuminante quando descrive il colore di superficie di un oggetto illuminato; se cambia il punto bianco dell’illuminante, cambia anche il colore della superficie come riportato dal semplice modello di colore basato su tristimolo. Al contrario, un modello di aspetto del colore tiene conto del punto bianco dell’illuminante (motivo per cui un modello di aspetto del colore richiede questo valore per i suoi calcoli); se il punto di bianco dell’illuminante cambia, il colore della superficie come riportato dal modello di aspetto del colore rimane lo stesso.

L’adattamento cromatico è un ottimo esempio per il fatto che due diversi stimoli con così diversi valori di tristimolo XYZ creano un identico aspetto cromatico. Se cambia la temperatura del colore della sorgente luminosa illuminante, anche la distribuzione della potenza spettrale e quindi i valori tristimolo XYZ della luce riflessa dal foglio bianco; l’aspetto del colore, tuttavia, rimane lo stesso (bianco).

Aspetto della tonalità
Diversi effetti cambiano la percezione della tonalità da parte di un osservatore umano:

Bezold-Brücke hue shift: La tonalità della luce monocromatica cambia con la luminanza.
Effetto Abney: la tonalità della luce monocromatica cambia con l’aggiunta di luce bianca (che si prevede sia neutra rispetto al colore).

Aspetto a contrasto
Diversi effetti cambiano la percezione del contrasto da parte di un osservatore umano:

Effetto Stevens: il contrasto aumenta con la luminanza.
Effetto Bartleson-Breneman: il contrasto dell’immagine (di immagini emissive come le immagini su un display LCD) aumenta con la luminanza della luce surround.

Aspetto colorato
C’è un effetto che cambia la percezione del colore da un osservatore umano:

Effetto Hunt: la vividezza aumenta con la luminanza.

Aspetto di luminosità
C’è un effetto che cambia la percezione della luminosità di un osservatore umano:

Effetto Helmholtz-Kohlrausch: la luminosità aumenta con la saturazione.

Fenomeni spaziali
I fenomeni spaziali influenzano solo i colori in una posizione specifica di un’immagine, perché il cervello umano interpreta questa posizione in uno specifico modo contestuale (ad es. Come un’ombra invece che in un colore grigio). Questi fenomeni sono anche noti come illusioni ottiche. A causa della loro contestualità, sono particolarmente difficili da modellare; I modelli di aspetto del colore che cercano di farlo sono indicati come modelli di aspetto del colore dell’immagine (iCAM).

Modelli di aspetto a colori
Poiché i parametri di aspetto del colore e i fenomeni di comparsa del colore sono numerosi e l’attività è complessa, non esiste un unico modello di aspetto del colore applicato universalmente; invece, vengono utilizzati vari modelli.

Questa sezione elenca alcuni dei modelli di aspetto del colore in uso. Le trasformazioni cromatiche di adattamento per alcuni di questi modelli sono elencate nello spazio colore LMS.

CIELAB
Nel 1976, il CIE si proponeva di sostituire i molti modelli di differenza cromatica esistenti e incompatibili con un nuovo modello universale per la differenza di colore. Hanno cercato di raggiungere questo obiettivo creando uno spazio cromatico percettivamente uniforme, ovvero uno spazio cromatico in cui la distanza spaziale identica tra due colori equivale a una identica quantità di differenza cromatica percepita. Sebbene abbiano avuto successo solo parzialmente, hanno quindi creato lo spazio colore CIELAB (“L * a * b *”) che aveva tutte le caratteristiche necessarie per diventare il primo modello di aspetto del colore. Mentre CIELAB è un modello di aspetto cromatico molto rudimentale, è uno dei più usati perché è diventato uno dei mattoni della gestione del colore con i profili ICC. Pertanto, è sostanzialmente onnipresente nell’imaging digitale.

Uno dei limiti di CIELAB è che non offre un adattamento cromatico completo in quanto esegue il metodo di trasformazione di von Kries direttamente nello spazio colore XYZ (spesso chiamato “trasformazione di von Kries errata”), invece di trasformarsi in lo spazio colore LMS prima per risultati più precisi. I profili ICC aggirano questa lacuna utilizzando la matrice di trasformazione Bradford nello spazio colore LMS (che era apparso per la prima volta nel modello di aspetto del colore LLAB) in combinazione con CIELAB.

Nayatani et al. modello
Il Nayatani et al. Il modello di aspetto del colore si concentra sull’ingegneria dell’illuminazione e sulle proprietà di resa del colore delle sorgenti luminose.

Modello di caccia
Il modello di aspetto del colore di Hunt si concentra sulla riproduzione delle immagini a colori (il suo creatore ha lavorato nei laboratori di ricerca Kodak). Lo sviluppo era già iniziato negli anni ’80 e nel 1995 il modello era diventato molto complesso (comprese le caratteristiche che nessun altro modello di aspetto del colore offre, come incorporare le risposte delle cellule di bastoncelli) e permetteva di prevedere un’ampia gamma di fenomeni visivi. Ha avuto un impatto molto significativo su CIECAM02, ma a causa della sua complessità il modello Hunt stesso è difficile da usare.

RLAB
RLAB cerca di migliorare i limiti significativi di CIELAB concentrandosi sulla riproduzione delle immagini. Funziona bene per questo compito ed è semplice da usare, ma non abbastanza completo per altre applicazioni.

LLAB
LLAB è simile a RLAB, inoltre cerca di rimanere semplice, ma inoltre cerca di essere più completo di RLAB. Alla fine, ha scambiato un po ‘di semplicità per la completezza, ma non era ancora del tutto completo. Da quando CIECAM97 è stato pubblicato poco dopo, LLAB non ha mai avuto un uso diffuso.

CIECAM97s
Dopo aver iniziato l’evoluzione dei modelli di aspetto del colore con CIELAB, nel 1997, la CIE voleva seguire se stessa con un modello di aspetto del colore completo. Il risultato è stato CIECAM97s, che era completo, ma anche complesso e in parte difficile da usare. Ha ottenuto un’ampia accettazione come modello di aspetto del colore standard fino alla pubblicazione di CIECAM02.

IPT
Ebner e Fairchild hanno affrontato la questione delle linee non costanti di tonalità nel loro spazio colore soprannominato IPT. Lo spazio colore IPT converte i dati XYZ adattati D65 (XD65, YD65, ZD65) in dati di risposta a cono lungo-medio-corto (LMS) utilizzando una forma adattata della matrice Hunt-Pointer-Estevez (MHPE (D65)).

Il modello di aspetto del colore IPT eccelle nel fornire una formulazione per la tonalità in cui un valore di tonalità costante equivale a una tonalità percepita costante indipendentemente dai valori di luminosità e crominanza (che è l’ideale generale per qualsiasi modello di aspetto del colore, ma difficile da ottenere). È quindi adatto per implementazioni di gamut mapping.

ICtCp
ITU-R BT.2100 include uno spazio colore chiamato ICtCp, che migliora l’IPT originale esplorando gamma dinamica più elevata e gamme di colori più grandi.

CIECAM02
Dopo il successo di CIECAM97, il CIE ha sviluppato CIECAM02 come suo successore e lo ha pubblicato nel 2002. Offre prestazioni migliori ed è più semplice allo stesso tempo. Oltre al modello rudimentale di CIELAB, CIECAM02 si avvicina di più a uno “standard” concordato a livello internazionale per un modello di aspetto del colore (completo).

iCAM06
iCAM06 è un modello di aspetto del colore dell’immagine. In quanto tale, non tratta indipendentemente ciascun pixel di un’immagine, ma nel contesto dell’immagine completa. Ciò consente di incorporare parametri di aspetto del colore spaziale come il contrasto, che lo rende particolarmente adatto per le immagini HDR. È anche un primo passo per affrontare i fenomeni dell’aspetto spaziale.