色貌與色貌模型

色貌與色貌模型第1頁(yè)/共70頁(yè)主要內(nèi)容色貌色貌現(xiàn)象色貌模型第2頁(yè)/共70頁(yè)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(yè)/共70頁(yè)（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(cè)量方法。1931年，國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)推薦了CIE1931標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)范圍內(nèi)由標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算出來(lái)，進(jìn)而獲得該顏色的色品坐標(biāo)，在CIExy色品圖上確定該顏色對(duì)應(yīng)的位置。第4頁(yè)/共70頁(yè)（2）色差階段色差研究階段建立了CIELAB、CIELUV兩個(gè)均勻色空間，以及明度、色品坐標(biāo)、彩度、色相和色相角的計(jì)算，促進(jìn)了色差公式的產(chǎn)生和發(fā)展。其中，CIELAB顏色空間及對(duì)應(yīng)的色差公式是應(yīng)用效果最好的色差評(píng)價(jià)模型，利用CIELAB色空間對(duì)顏色的彩度、明度、色調(diào)的計(jì)算，為色差的精確量化提供了可能。第5頁(yè)/共70頁(yè)（3）色貌階段CIE色度系統(tǒng)定義了色覺經(jīng)驗(yàn)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(zhǔn)確地表示出來(lái)，并且便于儀器測(cè)量。但是，顏色和色差的測(cè)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(lái)。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(huì)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(shí)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(jì)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(yè)/共70頁(yè)所以，當(dāng)人們?cè)诓煌挠^察條件下觀察具有相同三刺激值的樣品顏色時(shí)，給人的視覺感受是不同的。因此，可以認(rèn)為，CIE色度學(xué)對(duì)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(duì)比等效應(yīng)并沒有從量值上作比較精確的預(yù)測(cè)，至于不同媒體對(duì)顏色顯色特性的影響，更沒有提出合理的計(jì)算參數(shù)。傳統(tǒng)的基于CIELAB的顏色空間已經(jīng)越來(lái)越不能滿足各行業(yè)對(duì)數(shù)字化信息化顏色的傳遞與交流的發(fā)展要求。例如對(duì)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(yè)/共70頁(yè)9.1.2色貌及其屬性所謂色貌，GB/T5698-2001《顏色術(shù)語(yǔ)》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(duì)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(shuō)由于受顏色刺激的物理?xiàng)l件，包括空間特性(如大小、形狀、位置、表面紋理結(jié)構(gòu))、時(shí)間特性(靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、閃爍態(tài))和光譜輻亮度分布，以及觀察者對(duì)顏色刺激的注意程度、記憶、動(dòng)機(jī)、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(duì)色貌屬性作定量計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。第8頁(yè)/共70頁(yè)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(yè)/共70頁(yè)

明度與視明度明度(Lightness)：指觀察者對(duì)所觀察顏色的刺激所感知到的視明度相對(duì)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(gè)相對(duì)量

Lightness視明度Brightness白點(diǎn)的視明度第10頁(yè)/共70頁(yè)視明度(Brightness)指觀察者對(duì)所觀察的顏色刺激在明亮程度上的感受強(qiáng)度，或認(rèn)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(duì)量，其大小變化對(duì)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(yè)/共70頁(yè)第12頁(yè)/共70頁(yè)

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(duì)色彩刺激的絕對(duì)響應(yīng)量。一般情況下，照度增加，物體變得更明亮，人眼對(duì)其的色彩知覺也相應(yīng)變得更強(qiáng)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(yè)/共70頁(yè)彩度（chroma）彩度是相對(duì)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(yè)/共70頁(yè)

飽和度

飽和度（saturation）是一種相對(duì)量，等于色刺激的視彩度與視明度之比。對(duì)于給定的照明條件，在明視覺照度水平下，一個(gè)顏色大體上具有恒定的飽和度，除非視明度特別高。第15頁(yè)/共70頁(yè)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(wú)關(guān)的顏色第16頁(yè)/共70頁(yè)

各屬性間關(guān)系第17頁(yè)/共70頁(yè)第18頁(yè)/共70頁(yè)第19頁(yè)/共70頁(yè)彩度/飽和度第20頁(yè)/共70頁(yè)第21頁(yè)/共70頁(yè)完整描述一個(gè)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(yè)/共70頁(yè)亮度/彩度vs.明度/色彩當(dāng)預(yù)測(cè)的顏色要在不同的觀測(cè)條件下匹配時(shí)，亮度-彩度匹配是不同于明度-色彩匹配的。參見Nayatanietal.(1990).對(duì)于一般的顏色和典型的條件，在實(shí)際中都選擇亮度-彩度匹配（復(fù)制）。第23頁(yè)/共70頁(yè)高照度下的復(fù)制第24頁(yè)/共70頁(yè)低照度下的復(fù)制第25頁(yè)/共70頁(yè)9.2色貌現(xiàn)象當(dāng)兩個(gè)顏色的三刺激值相同，如果這兩個(gè)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(yè)/共70頁(yè)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(shí)對(duì)比（SimultaneousContrast）CrispeningHelson-JuddEffectBartleson-BrenemanEquationsChromaticAdaptationColorConstancyMemoryColorObjectRecognition第27頁(yè)/共70頁(yè)背景會(huì)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(lán)更亮更暗綠紅藍(lán)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(shí)對(duì)比第28頁(yè)/共70頁(yè)第29頁(yè)/共70頁(yè)JosefAlbers圖第30頁(yè)/共70頁(yè)復(fù)雜的空間交互作用第31頁(yè)/共70頁(yè)

照度和色彩的變化關(guān)系(非真實(shí)數(shù)據(jù))對(duì)于一個(gè)固定的顏色，其色彩感覺會(huì)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(lái)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(yè)/共70頁(yè)(3)Stevens效應(yīng)

隨著照度的提高，感知亮度對(duì)比也隨之提高，即暗色越暗，亮色越亮。左圖說(shuō)明了照度的非線性化第33頁(yè)/共70頁(yè)Stevens&Hunt效應(yīng)第34頁(yè)/共70頁(yè)(4)Bartleson-Breneman效應(yīng)對(duì)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(duì)比度隨著環(huán)境照度的提高而提高。降低環(huán)境照度會(huì)提高所有圖像的明度，對(duì)暗色效果比較明顯。左圖是對(duì)比效果（重設(shè)了白點(diǎn)）第35頁(yè)/共70頁(yè)環(huán)境效果示例第36頁(yè)/共70頁(yè)背景從暗到白，則感知對(duì)比隨之降低第37頁(yè)/共70頁(yè)(5)適應(yīng)明適應(yīng)(LightAdaptation):提高照度就會(huì)降低視覺敏感度暗適應(yīng)(DarkAdaptation):降低照度就會(huì)提高視覺敏感度色適應(yīng)(ChromaticAdaptation):顏色視覺的獨(dú)立敏感規(guī)律第38頁(yè)/共70頁(yè)局部適應(yīng)線性映射感知映射第39頁(yè)/共70頁(yè)色適應(yīng)

三種錐體細(xì)胞(LMS)相互對(duì)立接收刺激。(在更高水平機(jī)制上，適應(yīng)也會(huì)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(shí)間的）而定。視覺殘留證明了這一點(diǎn)。CIE國(guó)際照明委員會(huì)在1987年對(duì)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(shí)，視覺保持彩色物體色彩近似的補(bǔ)償程序。第40頁(yè)/共70頁(yè)第41頁(yè)/共70頁(yè)第42頁(yè)/共70頁(yè)第43頁(yè)/共70頁(yè)(6)恒常性(Discounting)

當(dāng)照明的顏色發(fā)生了很大的變化時(shí)，我們依然感覺物體的顏色沒有發(fā)生變化。?事實(shí)上發(fā)生了變化?色適應(yīng)?一定的顏色記憶?認(rèn)知上忽略光源的特性第44頁(yè)/共70頁(yè)Diamonds第45頁(yè)/共70頁(yè)WithTips第46頁(yè)/共70頁(yè)OnBackgrounds第47頁(yè)/共70頁(yè)BothTips&Backgrounds!第48頁(yè)/共70頁(yè)(7)Purves“Brown”現(xiàn)象第49頁(yè)/共70頁(yè)第50頁(yè)/共70頁(yè)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(yè)/共70頁(yè)9.3.2CIECAM02模型CIE于1997年推薦了一個(gè)色貌模型，它由英國(guó)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(huì)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(shí)驗(yàn)研究成果建立起來(lái)的。CIECAM97s對(duì)色彩的預(yù)測(cè)比以上四種模型更準(zhǔn)確，并被作為色貌模型的標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員也發(fā)現(xiàn)了該模型的一些缺點(diǎn)，為此對(duì)它進(jìn)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(yè)/共70頁(yè)為了推動(dòng)色貌模型研究工作的進(jìn)展以及對(duì)各種色貌模型的實(shí)際效果進(jìn)行測(cè)評(píng)，國(guó)際照明委員會(huì)先后成立了TC1-27(負(fù)責(zé)制定色貌模型規(guī)范)、TC1-34(負(fù)責(zé)對(duì)色貌模型的檢驗(yàn)評(píng)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(huì)。研究人員對(duì)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(jìn)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(cè)試了一些色貌模型的性能。在此基礎(chǔ)上，有學(xué)者進(jìn)一步對(duì)更加實(shí)用的不相等照明條件和暗環(huán)境進(jìn)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(guó)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(duì)色貌模型的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)研究工作的進(jìn)行，各色貌模型不斷被修正，預(yù)測(cè)精度不斷得到改善，適用范圍也愈來(lái)愈廣。第53頁(yè)/共70頁(yè)CIECAM02雖然能夠預(yù)測(cè)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(shí)間特性與圖像視覺效果結(jié)合起來(lái)。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(shí)間特性，具有很好的色相均勻性，既可以預(yù)測(cè)復(fù)雜圖像的色貌特征，又可以測(cè)量圖像的差別和質(zhì)量，適合于跨媒體圖像復(fù)制和高動(dòng)態(tài)范圍的成像技術(shù)。第54頁(yè)/共70頁(yè)CIECAM02構(gòu)成正向模型反向模型第55頁(yè)/共70頁(yè)一、正向模型色貌模型提供了進(jìn)行三刺激值和感覺屬性進(jìn)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(jì)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(diǎn)的色度變化，另外，白點(diǎn)的亮度會(huì)影響觀察者對(duì)白點(diǎn)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(gè)方面。一般地，色適應(yīng)變換和計(jì)算感覺屬性之間，有一個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，非線性響應(yīng)壓縮來(lái)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(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)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(cè)。最后，模型的整個(gè)結(jié)構(gòu)在一個(gè)封閉的形式下強(qiáng)制可逆轉(zhuǎn)換，并考慮到了顏色外貌現(xiàn)象的子集。第56頁(yè)/共70頁(yè)(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(cè)試條件下的色度坐標(biāo)Yxy測(cè)試條件下的參考白點(diǎn)的色度坐標(biāo)xw、yw、zw；背景參數(shù)Yb和明度對(duì)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(yè)/共70頁(yè)第58頁(yè)/共70頁(yè)(2)色適應(yīng)變換第59頁(yè)/共70頁(yè)第60頁(yè)/共70頁(yè)(3)非線性響應(yīng)壓縮第61頁(yè)/共70頁(yè)(4)感覺屬性第62頁(yè)/共70頁(yè)色相數(shù)據(jù)

紅

黃

綠

藍(lán)

紅