Понятие "Яркость"

Статус
Закрыто для дальнейших ответов.

Alexey Shadrin

Участник
Топикстартер
Сообщения
9 258
Реакции
1 188
Господа, прошу прощения за задержку, но чтобы поднять эту тему и одновременно выполнить просьбу Сергея об "одисциплинивании" вариантов яркости мне понадобилось несколько дней, чтобы все обдумать.
Прежде чем говорить о терминологии, о том, как и зачем ее менять, или, напротив -- оставить неизменной, думаю стоит разобраться с понятийными аспектами яркости.
Не скрою, что слово "яркость" всегда вызывало у меня определенный дискомфорт, поэтому первое, что было сделано -- это выяснена этимология. Этимологически "яркость" происходит от "ярило" -- солнце, жар, жар от печки, гнев, буйство; "яритья" -- биться, совокупляться, гневаться. Таким образом, мы видим, что к свету, светлоте, белизне слово "яркость" исторически имеет мало отношения, и явно представляет собой энергетическое, мощностное понятие.
Теперь собственно о "действующих" яркостях.

1. Энергетическая яркость (Radiance).
Энергетическое, радиометрическое понятие.
Фершильд, в частности, пишет (коллеги, определения не столько напоминание для вас, сколько для читающих наш форум, а также для дальнейших построений):
"Существуют различные радиометрические величины, которые описывают свойства источника света, но специфический интерес для измерения цветового восприятия представляют облученность и энергетическая яркость. Единицы обоих видов измерения энергии источников — ватты.
Облученность (поверхностная плотность излучения) — это энергия излучения, падающего на поверхность, на единицу площади этой поверхности, и ее единицы — это ватты на метр квадратный (Вт/м2). Спектральная облученность (спектральная плотность излучения) добавляет к определению облученности зависимость от длины волны; единицы спектральной облученности — Вт/м2•нм (иногда обозначается как Вт/м3).
Энергетическая яркость отличается от облученности тем, что измерение энергии излучения источника (или поверхности, а точнее, энергии, исходящей от поверхности) производится на единицу площади в единице телесного угла и обозначается как ватты на метр квадратный на стерадиан (Вт/м2•ср). Спектральная энергетическая яркость, включающая в себя еще и зависимость от длины волны, измеряется в Вт/м2•ср•нм или Вт/м3•ср."(Фершильд, 2004).
Таким образом с энергетической яркостью разобрались и вроде как все чисто.

2. Фотометрическая яркость (Luminance)
Фактически фотометрическая яркость -- это та же радиометрическая энергетическая яркость, но из которой выкинута часть визуально (перцепционно) НЕзначимой энергии. Выкинута за счет умножения яркости энергетической на спектральную функцию фотопической световой эффективности с последующим интегрированием (это в рамках видимого спектра) + априорная отсечка всех остальных энергий, частоты которых не входят в видимый диапазон.
Обретаем ли мы в результате такого умножения некую новую сущность? Нет, не обретаем: размерность не меняется. То, что энергетически "кастрированные" ватты превратились в канделы -- не поменяло их физической сущности. К примеру, пересчет метров в футы не меняет размерности, но придает лишь некий антропоморфизм.
Вот, что пишет Фершильд на сей счет: "Все оптические свойства облученности и энергетической яркости, а также характер взаимоотношений между ними, сохраняются и у освещенности, и у фотометрической яркости." (Фершильд, 2004).

Итак, по некотором размышлении, выступаю с предложением (созревшим в течение этих дней): прилагательные "энергетическая" и "фотометрическая" не употреблять вообще, оставив в обиходе лишь термин "яркость" как эквивалент luminance. Как выяснилось, самоя этимология этого слова указывает на сугубо энергетическую природу понятия; энергетическая избыточность (по перцепционному критерию), присущая radiance, отваливается сама собой, всегда превращая radiance в luminance в контексте image science.
Проще говоря: предлагаю за luminance закрепить термин "яркость", а в случае крайней необходимости, когда хочется подчеркнуть энергетическое присутствие иных частот, употреблять термин "энергетическая яркость" как эквивалент "radiance", или же, ничтоже сумняся писать в текстах radiance.
Кстати, альтернативой "энергетической яркости" может служить "лучистость".
P.S. Проблемы словосочетаний и сложных прилагательных, таких как "яркостно-зависимый" отпадают при данном подходе автоматически.

3. "Технологическая" яркость
Мне представляется, что любое определение яркости, предлагаемое той или иной технологической областью -- суть тот или иной отраслевой cropping понятия radiance, не приводящий к смене размерности. Поэтому не имеет особого смысла уделять им внимание.

4. Колориметрическая яркость
Вот здесь я бессилен. Честно скажу, я напрочь не понимаю, что это такое. В официальной колориметрии мне не встречалось термина "колориметрическая яркость":
-- если рассуждать в логике трехстимульных визуальных колориметров, то интенсивность кардинальных стимулов описывается понятием luminance или колориметрическими количествами кардинальных стимулов;
-- если рассуждать в логике XYZ-системы, как абстрактного колориметра, то нельзя забывать, что система XYZ-колориметра -- это сугубо математический джаддовский пассаж, позволивший уйти от отрицательных значений в кривых сложения (по поводу которых в свое время поднялся шум и крик [ак. Федоров, 1934]), а также позволивший уравнять Y-шкалу со шкалой luminance, развязав ее с осями X и Z. Сие было сделано исключительно для удобства (Hunt, 2004), как для удобства мы прибегаем к логарифмированию или матрицированию (в последнем мог ошибиться). В XYZ-системе колориметрическое количество Y уравнено с фотометрической яркостью через коэффициент 0.01.
Говорить же о яркости, как о неком векторе в неком пространстве, можно только, имхо, в том случае, если мы характеризуем результат взаимодействия чего-то с чем-то.

5. Субъективная яркость (Brightness)
Размерность цветового восприятия зрительного стимула, являющаяся минимум трехмерной функцией физических показателей стимула и физиологического статуса наблюдателя, то есть зависит как от luminance стимула, так и от его колориметрической чистоты, а также статуса адаптации наблюдателя (и даже от доминирующей длины волны). Последнее проиллюстрирую примером: синий стимул при прочих равных (колориметрической чистоте, luminance и статусе адаптации) будет субъективно менее ярким, чем желто-зеленый. Аналитическая связь с domain`s -- сфера моделей цветового восприятия.
Сегодня субъективная яркость может быть измерена только путем психометрического шкалирования.
Официальное CIE-шное определение субъективной яркости звучит так: "Характерный признак зрительного ощущения в соответствии с которым какая-либо поверхность воспринимается как излучающая больше или меньше света."

Итак, сегодня, в моем сознании отрисовалась следующая дисциплинарная картина.
1. Яркость -- объективный физический показатель, характеризующий интенсивность электромагнитного излучения, и который может быть "обкроплен" без потери размерности из соображений технологических удобств или физиологической значимости. Коль скоро наша область мысли и деятельности -- это color&image&imaging science, то самоя эта область знания является crop-фактором, и, следовательно, в употреблении каких-либо прилагательных нет необходимости: употребляя яркость мы автоматически указываем на luminance -- фотометрическую яркость.
2. Субъективная яркость (brightness) -- перцепционный показатель, которым оперирует психофизика.
3. Колориметрическая яркость -- нечто, недоступное моему сегодняшнему пониманию, и требующее пояснения коллег.
Спасибо.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

А не посмотреть ли на подход Стивенса(ов) к определению функции субъективной яркости. Он не на все вопросы отвечает, но как база для дальнейших размышлений - очень даже. Напомню, для того, чтобы учесть влияние адаптационных механизмов, он вводит семейство степенных функций зависимости персептуальной яркости от энергетической, для разных условий наблюдения (разных контрастов и т.п.). Важно там то, что он весьма убедительно доказывает, что степенной характер функции сохраняется (что очень нравится математикам :-).
 
Ответ: Понятие "Яркость"

sabos сказал(а):
А не посмотреть ли на подход Стивенса(ов) к определению функции субъективной яркости.
Да, конечно -- как основа. Но все равно будут лезть эти чертовы phenomena`s, добавляющие новые размерности в domain.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

Саша, а Вы понимаете что есть колориметрическая яркость? Вопрос эдак прямо в лоб... :) -- я голову сломал, но безрезультатно.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

Alexey Shadrin сказал(а):
Саша, а Вы понимаете что есть колориметрическая яркость? Вопрос эдак прямо в лоб... :) -- я голову сломал, но безрезультатно.
Алексей, я не мастер в определениях. Для меня есть фотометрия, L, Y, есть gamma. Я их как данность воспринимаю. Ни первый, не второй, ни третий корректировать локальные контрасты не помогает, S-образные кривые мучают в любом пространстве, и в device-dependent, и independent.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

Сама проблема колориметрического определения меня не очень беспокоит. Пусть будет lightness вместо "яркости". Существующее положение дел равенство метамерных стимулов обеспечивает? Обеспечивает. Ну пусть влияние окружения чуть все усложняет - нестрашно, вычисляем динамический диапазон источника, берем Стивенса, определяем оттуда гамму перехода, выполняем преобразование. Проблема начинается на сложных стимулах, в perceptual. Но приоритет яркости здесь невысок, вижу здесь огромные ворота, "дирижабли" просто, в которые легко погрешности втиснуть. С моей точки зрения наивысший приоритет имеет задача подстроиться под существующий у человека алгоритм распознавания образов, и следующая из этой задачи проблема точного выполнения закона свето-тени. Который, как известно, оперирует связанной метрикой "яркость-насыщенность". Здесь чуть мешает неразвязанность существующих на сегодня Lightness и Chroma.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

Алексей, спасибо за открытие темы.
Отвечаю по пунктам.
1. Энергетическая яркость (Radiance).
Не стал бы здесь ссылаться на Фершильда. Лучше ссылаться на ГОСТ.
В википедии есть страничка «Энергетическая фотометрическая величина», которую правильнее называть «Радиометрические (или энергетические) характеристики излучения». Можно дать ссылку на нее, с комментариями или скопировать какую-то часть. Эти характеристики излучения могут с успехом использоватьсяя для всего диапазона электромагнитных излучений, а не только для его незначительной части, на которой базируется зрение человека.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

2. Фотометрическая яркость (Luminance)
Хорошо бы ссылаться на ГОСТ.
В википедии есть страничка «Световая величина», которую правильнее называть «фотометрическая величины». Можно дать ссылку на нее, с комментариями, или скопировать какую-то часть.

Принципиально не согласен с
Фактически фотометрическая яркость -- это та же радиометрическая энергетическая яркость...
Обретаем ли мы в результате такого умножения некую новую сущность? Нет, не обретаем: размерность не меняется...
К примеру, пересчет метров в футы не меняет размерности, но придает лишь некий антропоморфизм...
При измерении длины соотношение длины чемодана к его ширине не будет зависеть от выбранной единицы измерения (футы или метры).
Два излучения с одинаковой radiance будут выделять одну и ту же энергию при их полном поглощении. Но, возможна ситуация, когда один из них видим, а другой – нет.
Если мы создадим прибор со спектральной чувствительностью соответствующей photopic luminosity curve, то этот прибор не сможет определить границу между двумя излучениями с одинаковой luminance. Но, при этом возможна ситуация, когда эта граница легко различаемая человеком, и излучения характеризуются различными radiance.
Если для вычисления luminance использовать scotopic luminosity curve, то при излучениях с мощность, соответствующей ночному зрению,человек не сможет определить границу между двумя излучениями с одинаковой luminance.
Поэтому radiance и luminance отличаются почти так же как отличаются вес и длина чемодана.

Определение единицы измерения luminance (эталон) изменялось в течении ХХ века несколько раз, в отличие от radiance. Это является отражением того факта, что это понятие находится в состоянии развития.

С учетом замечаний сделанных под #112 в соседней ветке, IMHO luminance – один из вариантов "Технологическая" яркость, коррелирующих с ощущениями человека с некоторой (неудовлетворительной для сине-фиолетовой области) точностью.

Поэтому предложение
предлагаю за luminance закрепить термин "яркость"
выглядит сомнительным. А с предложением использовать интернациональные термины с английским написанием я согласен.

"лучистость" (из за специфики обучения) у меня ассоциируется с возможность схватить дозу облучения. Кроме того, в некоторых областях физики под яркостью подразумевают radiance, поэтому на всех не угодишь.

IMHO лучше всего оставить яркость для Brightness
 
Ответ: Понятие "Яркость"

4. Колориметрическая яркость
В процессе борьбы за существование колориметристы начала ХХ века пошли на союз с светотехниками и приняли фотометрическое определение яркости, сделав ее одной из координат цветового вектора. Хотя по логике работы с векторами гораздо логичнее былобы считать яркостью длину цветового вектора. В нашей команде, под колориметрической яркостью подразумевается длина цветового вектора в пространстве с корректно введенной метрикой (нашей или Коэна). Разница существует, но небольшая. Приживется ли такое определение покажет время.

В XYZ-системе колориметрическое количество Y уравнено с фотометрической яркостью через коэффициент 0.01.
Павел, если у тебя будет время, проверь на согласование с sRGB стандартом. Возможно коэффициент другой.

Говорить же о яркости, как о неком векторе в неком пространстве, можно только, имхо, в том случае, если мы характеризуем результат взаимодействия чего-то с чем-то.
Не согласен.
• Возможно возникло недопонимание. Я ассоциирую яркость не с вектором, а его длиной (а это скаляр).
• Векторы широко используются не только для описания «результатов взаимодействия чего-то с чем-то».
 
Ответ: Понятие "Яркость"

5. Субъективная яркость (Brightness)

Определение, которое ты приводишь
Размерность цветового восприятия зрительного стимула, являющаяся минимум трехмерной функцией физических показателей стимула и физиологического статуса наблюдателя, то есть зависит как от luminance стимула, так и от его колориметрической чистоты, а также статуса адаптации наблюдателя (и даже от доминирующей длины волны).
Сильно отличается от официального и не будет использоваться в алгоритмах, если не будет предложена формула для вычисления. Любая неизмеряемая характеристика не может быть использована для численных моделей.

На всякий случай замечу, что наши эксперименты противоречат утверждению:
Последнее проиллюстрирую примером: синий стимул при прочих равных (колориметрической чистоте, luminance и статусе адаптации) будет субъективно менее ярким, чем желто-зеленый.
Картинки различных цветов с одинаковой luminance приведены в статье. Впрочем, статусе адаптации мы не контролировали, ибо не знаем что это такое.


К вопросу о психометрическом шкалировании. Какое число является средним для 1 и 9 ? А для 1 и 1 000 000 ? Ответ существенно зависит от обучения, а не от физиологии.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

C.H. сказал(а):
Не стал бы здесь ссылаться на Фершильда.
Можно дать ссылку на нее, с комментариями или скопировать какую-то часть.
Думаю, что ученый такого ранга не позволит себе давать кривые определения, тем более, что они целиком согласуются со словарем IEC-CIE 1987 :)
Лучше ссылаться на ГОСТ.
Вы знаете, после истории с нюберговским определением цвета, помноженным на уверения коллеги miope, что ГОСТ-ы пишутся для посвященных и понимать их буквально нельзя :), воздерживаюсь от ссылок на ГОСТ.
Тут есть еще один нюанс: батюшка мой (физик-оптик, доктор. физ. мат. наук, профессор, зав. лабораторией физики фазовых переходов в твердых телах ФТИ им. Йоффе) имел неосторожность (по моей просьбе) покопаться в отечественных учебниках и справочниках по вопросам фотометрии, выясняя вопрос пересчета люксов в канделы по PRD. Засел на цельные выходные (хотя сам вопрос был решен за три минуты), после чего позвонил и тихим голосом поведал, что он даже не мог заподозрить масштаб бардака, царящего в фотометрии... :(( -- кто в лес, кто по дрова...
Эти характеристики излучения могут с успехом использоватьсяя для всего диапазона электромагнитных излучений, а не только для его незначительной части, на которой базируется зрение человека.
И я о том же.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

C.H. сказал(а):
Эти характеристики излучения могут с успехом использоватьсяя для всего диапазона электромагнитных излучений, а не только для его незначительной части, на которой базируется зрение человека.
VS
Поэтому radiance и luminance отличаются почти так же как отличаются вес и длина чемодана.
Не понимаю...
Рассуждаю так:
-- имеем 10 бананов по 100 г каждый;
-- видим, что съедобных из них два желтых.
Следовательно, физический вес пучка из 10 бананов -- 1000 г, но "пищевой" вес -- 200 г. От того, что бананы были отобраны по критерию спелости они не становятся помидорами или огурцами. Размерностьне меняется.
Если энергию излучения мы множим на спектральную фотопическую кривую, физически (!) безразмерную кривую (по ординате), отсекая тем самым все перцепционно не значимое, то почему при этом энергия превращается в некую новую сущность?
 
Ответ: Понятие "Яркость"

C.H. сказал(а):
под колориметрической яркостью подразумевается длина цветового вектора в пространстве с корректно введенной метрикой (нашей или Коэна). Разница существует, но небольшая.
Вот именно это о стается непонятным.
Если справка об этимологии термина "яркость" не вызвала возражений, то:
1. Энергетическая яркость -- это мера энергии электромагнитного излучения, взятой так-то и так-то.
2. Фотометрическая яркость -- это мера энергии электромагнитного излучения, взятой так-то и так-то, раздробленной на 35 составлаяющих с таким-то шагом, умноженной по каждому шагу на некий коэффициент, а затем сложенной назад.
3. Колориметрическая яркость -- это длина вектора ...
Так длина или мера энергии? :)
Я согласен с тем, что изменение фотометрической яркости мы желаем проводить по такому-то принципу, то величина и направление этого изменения могут быть представлены в виде вектора с некой длиной в неком математическом пространстве. То есть, мы получаем некое геометрическое выражение закона, по которому меняется интересующая нас величина. Ничего не имею против. Но как сие может определением? Какой под этим если не физический, то по крайней мере колориметрический смысл?
Ни тени полемики -- лишь просьба растолковать.
P.S. Или же тогда, имхо, нельзя употреблять с прилагаетльным "колориметрическая" существительное "яркость". Тогда, имхо, если говорить о длине вектора, то это будет "колориметрическая мера ахроматического компонента цветового стимула"... Если с таковым Вы согласны, то этой мере нужно придумывать короткий термин, но не "яркость" :)
 
Ответ: Понятие "Яркость"

C.H. сказал(а):
5. Субъективная яркость (Brightness)
Сильно отличается от официального
Официальное (CIE-шное) определение я тоже привел, оно весьма куцое и у сугубо вербальное: "Характерный признак зрительного ощущения в соответствии с которым какая-либо поверхность воспринимается как излучающая больше или меньше света."
и не будет использоваться в алгоритмах, если не будет предложена формула для вычисления.
Формулы не существует -- существует комплект формул. Это и есть модели цветового восприятия :) К использованию официально принят расчет субъективной яркости CIECAM02 (см. аттач), в котором каждая переменная -- это еще как минимум одно уравнение.
 

Вложения

Ответ: Понятие "Яркость"

Alexey Shadrin сказал(а):
Не понимаю...
Если энергию излучения мы множим на спектральную фотопическую кривую, физически (!) безразмерную кривую (по ординате), отсекая тем самым все перцепционно не значимое, то почему при этом энергия превращается в некую новую сущность?
Из спектральной плотности излучения можно умножением на некоторую кривую получить спектральную плотность фотонов. И смысл уже поменялся.
Числа LMS имеют простой физический смысл – они пропорциональны числу фотонов ежесекундно реагирующих в колбочках при максимально открытом зрачке.
Y – пропорционально числу фотонов, прореагировавших в соответствующем детекторе, а не энергии падающего потока.
В вашем примере с едой. Еду можно измерять в каллориях, каллорийность различных продуктов различна. Можно вместо каллорий ввести эквивалент массы в бананах и измерять каллорийность продуктов в банановых граммах. При этом вы будете измерять каллорийность, а не массу.

Кроме того фотометрическая яркость – это одна из координат цветового вектора. Вас это не смущает.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

C.H. сказал(а):
Кроме того фотометрическая яркость – это одна из координат цветового вектора. Вас это не смущает.
Нет, не смущает. Но этот вектор не претендует на определение фотометрической яркости -- фотометрическая яркость определена вербально, а вербальное определение проиллюстрировано математическим расчетом. У меня затык в том, что я не могу понять, как вектор может определять количество энергии -- он может иллюстрировать, но не определять.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

C.H. сказал(а):
Y – пропорционально числу фотонов, прореагировавших в соответствующем детекторе, а не энергии падающего потока.
Из формулы перехода от радиометрических величин к фотометрическим (аттач) следует, что и тому, и другому...
 

Вложения

  • Photometry.gif
    Photometry.gif
    3.3 КБ · Просм.: 984
Ответ: Понятие "Яркость"

Сергей, с учетом нашего вчерашнего разговора: коль скоро "колориметрчиеская яркость" сегодня не выдерживает оккамовой проверки, то давайте остановимся на имеющемся: radiance (энергетическая яркость), luminance (фотометрическая яркость) и brightness (субъективная яркость)?
 
Ответ: Понятие "Яркость"

Прошу прощения, но почитав эти темы у меня возникло ощущение дискомфорта -- как будто все время пытаются сравнивать "несравнимые" вещи.

Есть предложение (хотя уверен что это "не в нове") считать, что:

1. Яркость -- Фотометрическая яркость (Luminance) и/или даже :) Энергетическая яркость (Radiance) -- физически существующий параметр и есть методология её промера и выражения в "...". Как количества энергии падающей на площадь "...".
2. Колориметрическая яркость -- физически не существует. Это синтетическое понятие, созданное для сравнительного анализа Абсолютных величин в Базисе человеческого восприятия (почему бы и не длин векторов?).

Наверное я не добавлю ничего нового, но почему бы не разработать (если он уже есть -- то укажите где прочитать, я только 12 часов как погрузился в тему базовых понятий о цвете) "физический" базис который описывает и задает метрики (Abs) -- физические волновые величины (пусть даже электромагнитные) с известными законами оперирования (сложения/вычитания волновых функций, насколько мне известно уже довольно «пропаханная» физиками тема). В качестве ординат могу наобум предложить Амплитуду, Частоту, ну и (плохая аналогия со звуком, но все-таки) Время.

«Поле (диапазон) человеческого восприятия» (Human) -- есть "тело" в физическом базисе. Ну, как sRGB/EuroScale в пространстве CIE L*ab.

Цвет -- F(Human) -- причем, что характерно, это Human -- промерено и известно и стандартизировано (наверное уместнее сказать «нормировано»).

«Поле воспроизводящего устройства» (Device) -- F1(Device) – причем достоверно известно, что с большой степенью точности мы можем определить это самое Device.

Вопрос остается, IMHO, один и базовый – определение тех самых F и F1.
Могу внести предложение:
F – условия восприятия человеком.
F1 – условия воспроизведения.

Сравнивая два тела в пространстве Abs мы получим информацию о их пересечении (или не пересечении, например, по времени)

Тогда и только тогда :) мы получим не только аппаратно-независимую среду, но и человеко-независимую среду. Проблема XYZ, L*ab и т.д. именно в том, что они ориентированны на метрику человеческого глаза – базис крайне нестабильный. Другое дело ввести, пусть хоть параметрическую функцию или статистическую базу перевода в Abs провести корректные сложения/вычитания/умножения/деления/интегрирование и т.д. и т.п. но с физическими величинами, а потом оценить как это почувствует усредненный конечный пользователь.

Т.е. проведя вычисления в Abs, мы сможем оценить, что увидит Human в условиях F.

(Из аналогии со звуком – все знают, что человек не слышит 44 кГц, но это не мешает использовать эту частоту в качестве несущей)

Предвещая вопрос: «Почему время?» -- Потому, что очень многие «феномены» зрения основаны на «временной» составляющей. Время адоптации к окружающему освещению – ярчайший пример.

С большим уважением и внимательно вчитываясь,
Виталий Кудряков.
 
Ответ: Понятие "Яркость"

Mentalik сказал(а):
(Из аналогии со звуком – все знают, что человек не слышит 44 кГц, но это не мешает использовать эту частоту в качестве несущей)

Не по теме:
Немного поофтопип: 44 кГц потому и является несущей. Она задаёт частоту отсчётов измерений амплитуды. При этом частота полезного неискажённого сигнала будет ограничена на 22 кГц. Помнится, здесь повалялись Найквист с Котельниковым.
 
Статус
Закрыто для дальнейших ответов.