カラーアピアランスモデル

カラーアピアランスモデル(略称 CAM )は、人間の色覚の知覚的側面、すなわち、色の出現が刺激源の対応する物理的測定値と結びついていない状態を見ることを目指す数学的モデルである。 (対照的に、カラーモデルは、RGBおよびCMYKカラーモデルなど、色を記述するための座標空間を定義します。)

色の出現
色はオブザーバーの心に由来します。 「客観的に」、目に見える光のスペクトルパワー分布のみが存在する。 この意味で、色知覚は主観的である。 しかしながら、光のスペクトルパワー分布を定量化可能な方法で人間の感覚応答にマッピングする試みが成功している。 1931年に、精神物理学的測定を用いて、国際照明委員会(CIE)は、この基本的な知覚レベルで人間の色覚を首尾よくモデル化するXYZ色空間を作り出しました。

しかしながら、XYZカラーモデルは、特定の観察条件(例えば、刺激の網膜の軌跡、目に合った光の輝度レベル、観察される物体の背後の背景、および周囲の光の輝度レベル)を前提とする。 これらの条件がすべて一定である場合に限り、それによって同じXYZ三刺激値を有する2つの同一の刺激が、人間の観察者に対して同一の色の外観を生成する。 1つのケースでいくつかの条件が変化すると、同じXYZ三刺激値を持つ2つの同一の刺激が異なる色の外観を生み出します(逆もあります:異なるXYZ三刺激値による2つの異なる刺激が同じ色の外観を作ります)。

したがって、観察条件が変化する場合、XYZカラーモデルは十分ではなく、人間の色知覚をモデル化するためにカラーアピアランスモデルが必要とされる。

色の出現パラメータ
任意のカラーアピアランスモデルの基本的な課題は、人間の色知覚がXYZ三刺激値に関してはなく、外観パラメータ(色相、明度、明るさ、彩度、カラフルさおよび彩度)に関して機能することである。 したがって、どのようなカラーアピアランスモデルでも、XYZ三刺激値からこれらの出現パラメータ(少なくとも色相、明度および彩度)への変換(観察条件を考慮する)を提供する必要があります。

色の出現現象
このセクションでは、カラーアピアランスモデルが対処しようとしているカラーアピアランス現象のいくつかについて説明します。

色順応
色順応は、反射物体を観察するときの照明光源の白色点(または色温度)から抽象化する人間の色知覚の能力を記述する。 人間の目の場合、白い紙は、照明が青色か黄色かにかかわらず白く見えます。 これはすべての色の出現現象の中で最も基本的で最も重要なものであるため、この動作をエミュレートしようとする色順応変換(chromatic adaptation transform:CAT)は、任意のカラーアピアランスモデルの中心的な要素です。

これは、単純な三刺激ベースのカラーモデルとカラーアピアランスモデルとの間の容易な区別を可能にする。 単純な三刺激ベースのカラーモデルは、照明されたオブジェクトの表面色を記述するとき、光源の白色点を無視します。 光源の白色点が変化すると、単純な三刺激に基づくカラーモデルによって報告されたように、表面の色も変化する。 対照的に、カラーアピアランスモデルは、光源の白色点を考慮に入れます(これは、カラーアピアランスモデルがその計算にこの値を必要とする理由です)。 光源の白色点が変化した場合、カラーアピアランスモデルによって報告されたサーフェスの色は変わりません。

色順応は、異なるXYZ三刺激値を有する2つの異なる刺激が同一の色の外観を生成する場合の主要な例である。 照射光源の色温度が変化すると、スペクトル出力分布、ひいては白紙から反射された光のXYZ三刺激値も変化する。 ただし、色の外観は同じ(白い)ままです。

色相 外観
いくつかの効果は、人間の観察者によって色相の知覚を変化させる。

Bezold-Brcke色相シフト:単色光の色相は輝度とともに変化します。
アビニー効果:単色光の色合いは、白色光(色に中立であることが予想される)の追加によって変化する。

コントラストの出現
いくつかの効果が、人間の観察者によるコントラストの認識を変化させる。

スティーブンズ効果:コントラストは輝度とともに増加します。
Bartleson-Breneman効果:サラウンド照明の輝度に合わせて(LCDディスプレイ上の画像などの放射画像の)画像コントラストが増加します。

カラフルな外観
人間の観察者によってカラフルな感覚を変える効果があります:

ハント効果:カラフルさは輝度とともに増加します。

明るさの出現
人間の観察者が明るさの知覚を変化させる効果があります:

Helmholtz-Kohlrausch効果:明るさは彩度とともに増加します。

空間現象
空間的現象は、人間の脳が特定の状況に応じてこの位置を解釈するため(例えば、灰色の代わりに影として)、画像の特定の位置の色にのみ影響を与えます。 これらの現象は幻想としても知られています。 文脈性のために、彼らは特にモデル化が難しい。 これを試みるカラーアピアランスモデルは、イメージカラーアピアランスモデル(iCAM)と呼ばれます。

カラーアピアランスモデル
カラーアピアランスパラメータおよびカラーアピアランス現象は数多くあり、タスクは複雑であるため、普遍的に適用される単一のカラーアピアランスモデルは存在しない。 代わりに、様々なモデルが使用される。

このセクションでは、使用されているカラーアピアランスモデルの一部を示します。 これらのモデルのいくつかの色順応変換は、LMS色空間にリストされています。

CIELAB
1976年、CIEは既存の互換性のない多くの色差モデルを色差の新しい普遍的なモデルに置き換えました。 彼らは、知覚的に一様な色空間、すなわち、2つの色の間の同一の空間距離が知覚される色差の同じ量に等しい色空間を作成することによってこの目標を達成しようと試みた。 彼らは部分的にしか成功しませんでしたが、最初のカラーアピアランスモデルになるために必要なすべての機能を備えたCIELAB( “L * a * b *”)色空間を作成しました。 CIELABは非常に初歩的なカラーアピアランスモデルですが、ICCプロファイルを使用したカラーマネージメントのビルディングブロックの1つになっているため、最も広く使用されています。 したがって、それは基本的にデジタルイメージングにおいて遍在している。

CIELABの限界の1つは、XYZ色空間(「間違ったフォン・クリース変換」と呼ばれることが多い)で直接von Kries変換メソッドを実行するという点で本格的な色順応を提供しないということです。より正確な結果を得る前にLMSの色空間を使用します。 ICCプロファイルは、この欠点を回避するために、 ブラッドフォード CIELABと組み合わせてLMS色空間(LLAB色の外観モデルではじめて登場した)に変換行列を変換します。

Nayatani et al。 モデル
Nayataniらは、 カラーアピアランスモデルは、照明工学と光源の演色性に重点を置いています。

ハントモデル
ハントカラーアピアランスモデルは、カラー画像再現(その作成者はKodak Research Laboratoriesで働いています)に焦点を当てています。 開発はすでに1980年代に始まり、1995年までにモデルは非常に複雑になり(ロッドセル応答を組み込むなど、他の色の外観モデルは提供しないなど)、広範囲の視覚現象を予測することができました。 それはCIECAM02に非常に大きな影響を与えましたが、その複雑さのためにHuntモデル自体は使いにくいです。

RLAB
RLABは、CIELABの重大な限界を改善し、画像再現に焦点を当てています。 このタスクではうまく動作し、使用は簡単ですが、他のアプリケーションには十分に包括的ではありません。

LLAB
LLABはRLABに似ており、シンプルにとどまることを試みるが、さらにRLABより包括的にしようとする。 結局のところ、包括性のためにシンプルさを交換しましたが、まだ完全に包括的ではありませんでした。 その後CIECAM97sが出版されて以来、LLABは普及していませんでした。

CIECAM97s
1997年にCIELABでカラーアピアランスモデルの進化を開始した後、CIEは包括的なカラーアピアランスモデルを追求したいと考えました。 結果は包括的であったが、複雑で部分的に使いにくいCIECAM97sでした。 CIECAM02が出版されるまで、標準的なカラーアピアランスモデルとして幅広く受け入れられました。

IPT
EbnerとFairchildは、IPTと呼ばれる色空間の不規則な色相の問題を取り上げました。 IPTカラースペースは、Hunt-Pointer-Estevezマトリックス(MHPE(D65))の適合形式を使用して、D65に適合したXYZデータ(XD65、YD65、ZD65)を長中短コーン応答データ(LMS)に変換します。

IPTカラーアピアランスモデルは、一定の色相値が明度および彩度(任意のカラーアピアランスモデルの一般的な理想ではあるが達成するのが困難である)の値とは無関係に、一定の知覚色相に等しい色相の定式化に優れている。 したがって、ガモットマッピングの実装に適しています。

ICtCp
ITU-R BT.2100には、ICtCpと呼ばれる色空間があり、より高いダイナミックレンジとより広い色域を探索することで元のIPTを改善します。

CIECAM02
CIECAM97sが成功した後、CIEはCIECAM02をその後継者として開発し、2002年に公開しました。これは同時に優れたパフォーマンスを発揮し、同時に簡単です。 基本的なCIELABモデルとは別に、CIECAM02は国際的に合意された(標準)色見本モデルに最も近いものです。

iCAM06
iCAM06はイメージカラーアピアランスモデルです。 したがって、イメージの各ピクセルを独立して処理するのではなく、完全なイメージのコンテキストで処理します。 これにより、コントラストのような空間的なカラーアピアランスパラメータを組み込むことができ、HDR画像に適しています。 また、空間的な出現現象に対処するための第一歩です。