Понятие "Яркость"

[C.H.]

Ответ: Понятие "Яркость"

Насколько я могу судить, вы просто не знаете т.н. "luma" - видеоинженерного приема c целью повысить code efficiency (повысить разрешалку при ограниченной полосе пропускания канала). Подмены "честного" luminance на non-linear luma. Вот и вынуждены были придумать эту сущность "телевизионная яркость". Хороший пример на тему "логика - кратчайший путь к заблуждению".

Мне кажется, что этот тон противоречит вашему предложению в соседней ветке

Если возможно, давайте попытаемся вернутся к конструктивной части беседы. Право, равняться пупками далее мне не интерестно.

Поэтому возвращаюсь к конструктивной части этой ветки:
1. IMHO. Использование luminance в качестве базовой характеристики излучения тормозит развитие колориметрии.
2. Современные стандарты используют измерения Luminous efficiency 1924г. Однако с тех пор ее значения уточнялись несколько раз, в синей области эти изменения превышают 100%.
3. Luminance на является энергетической характеристикой излучения.
4. IMHO. Нет оснований считать luminance более научной характеристикой цвета чем luma или любую другую функцию LMS.
5. IMHO. Использование длины цветового вектора для описания ощущения одинаковой яркости излучений лучше чем использование проекции этого вектора на любое из направлений (например Y или Х).

PS Luma была сконструирована для передачи по одному каналу ч\б и цветных изображений без модернизации старых TV. При этом требований на ее соответствие luminance не выдвигалось. Так же как не выдвигалось требования совпадения ч\б изображений пролученных с помощью ч\б и цветных видеокамер. Больше того ширина каналов для Cb и Cr определялась не требованиями на качество изображения, а возможностью передачи цвета в рамках ограничений на общую ширину канала, разработанную для ч\б TV.

 

[sabos]

Ответ: Понятие "Яркость"

Мне кажется, что этот тон противоречит вашему предложению в соседней ветке

Согласен. Готов принести извинения.

По сути спора хочу отметить, что мы обсуждаем достаточно тривиальный вопрос. Могут ли технические решения претендовать на звание фундаментальных величин? Допустим, мой вольтметр измеряет напряжение некого сигнала (с высокой частотой) с погрешностью в 13 раз. Повод ли это вводить новое определение напряжения - «напряжение японского вольтметра»?

Два излучения серый (29,29,29) и синий (0,0,255) (координаты sRGB) характеризуются одинаковыми значениями Luma (телевизионная яркость). Однако их Luminance (фотометрическая яркость) различается в 13 раз.

Две мелкие придирки. RGB-величины зависимы. При работе с luma предпочтительно пользовать соответствующий working space, для упомянутого BT.601 (Y’=0.299r’+0.587g’+0.114b’) sRGB применять нельзя. Это не меняет сути, согласен, здесь Y (фотометрическая яркость) будет существенно различаться. Но уж если сравнивать отличия, то нужно переходить в соответствующую размерность - перцептуальную. Т.е. сравнивать по восприятию нужно Lightness. Там различия также останутся (5 раз), но так будет корректней imho.

Но самое важное – эта погрешность не помешает организовать достаточно точный (по фотометрическим законам) захват и воспроизведение яркости. Если мы корректно выполним кодирование-декодирование в этой системе, то на выходе будет обеспеченно фотометрическое равенство (Yinput=Youtput). Ваши же замечания больше касаются нарушений при обработке luma. Я бы их перефразировал: «видеоинженеры-любители, не нужно путать яркость и luma, не нужно надеяться на то, что регулируя luma, вы адекватно регулируете яркость». В профессиональном видео этот вопрос давно решен, тот же цветной телевизор регулирует яркость иначе.

Что вы называете достаточно точным?

Т.к. обсуждаем мы инженерное решение, то и ответ будет прикладным – достаточная для рынка. Несколько миллиардов потребителей определили, что этого уровня достаточно. С учетом вышесказанного о правилах корректной обработки яркости в аппарате.

IMHO. Использование luminance в качестве базовой характеристики излучения тормозит развитие колориметрии.

Согласен. Но выражусь иначе: «Базовая колориметрия себя исчерпала».

2. Современные стандарты используют измерения Luminous efficiency 1924г. Однако с тех пор ее значения уточнялись несколько раз, в синей области эти изменения превышают 100%.

Здесь отвечу словами Вышецки «удивительно, но наука стойко выдержала многочисленные нападки со стороны промышленности». Самые известные уточнения (1964) касались 10° наблюдателя. Другие работы по уточнению кривых сложения CIE (S&B 1955, J&V 1978, shaw 1997) лишь подтвердили «среднеквадратичного» наблюдателя, в т.ч. scotopic и photopic luminous efficiency, а изменения чувствительности в синей области были успешно объяснены возрастными и половыми признаками (см. «желтое пятно» или macula, возрастные изменения хрусталика).

3. Luminance на является энергетической характеристикой излучения.

Факт. Но при известной реакции сетчатки переход Radiance->Luminance становится однозначен, не правда ли?

4. IMHO. Нет оснований считать luminance более научной характеристикой цвета чем luma или любую другую функцию LMS.

Это если забыть про Максвелла. Еще раз напоминаю - photopic luminous efficiency function есть результат эксперимента (и не одного). Вам не хуже меня известно, что отбрасывать экспериментальные данные без веских на то причин в науке не принято.

5. IMHO. Использование длины цветового вектора для описания ощущения одинаковой яркости излучений лучше чем использование проекции этого вектора на любое из направлений (например Y или Х).

Зависит о системы координат. В одной ЦКС яркость – проекция, в другой – длинна вектора.

Luma была сконструирована для передачи по одному каналу ч\б и цветных изображений без модернизации старых TV. При этом требований на ее соответствие luminance не выдвигалось.

Немного не так. Да, luma в первую очередь потребовалась для совместимости с ч\б. Однако соответствие luminance (с точностью, достаточной для практики) было обеспечено и в ч\б (спектральными характеристиками чувствительности видиконов), и в цветном (tristimulus при захвате и воспроизведении). В этом и проявилась жесткая и дальновидная позиция CIE по имплементации фотометрии в колориметрию – переход от ч\б к цвету оказался безболезненным.

 

[C.H.]

Ответ: Понятие "Яркость"

Спасибо за переход к конструктивной беседе.
Попробую сформировать основные положения, а вы по каждому из них выразите свое согласие или не согласие:
1. У излучения есть энергетическая характеристика – Radiance. Luminance излучений с одинаковой Radiance может отличаться во много раз. Поэтому, зная только Radiance, невозможно определить Luminance.
Следовательно на вопрос - "Но при известной реакции сетчатки переход Radiance->Luminance становится однозначен, не правда ли? " - следует однозначный ответ – нет.

2. У излучения есть более полная характеристика – спектральное распределение числа излучаемых фотонов, которая взаимнооднозначно связана со спектральной мощностью излучения. Но это больше чем энергетическая характеристика излучения. Эти характеристики позволяют однозначно определять Radiance, Luminance, Luma и множество других...

3. Регулировка яркости в Photoshop и ему подобных работают плохо, поэтому никто из ваших знакомых ими не пользуются. Также как и регулировки яркости в CRT телевизорах и мониторах.

4. Регулировка экспокоррекции в RAW конверторе Photoshop работает нормально. Так же как и регулировки яркости, основанные на изменении яркости осветителей, в LCD мониторах и телевизорах.

5. Излучения с одинаковой Luminance не представляются вам (и не только вам) одинаково яркими, особенно ярко это выражается при сравнении серого и синего излучений. Поэтому предлагаю вам провести психофизический эксперимент: определить уровень серого соответствующий 6 тестовым излучениям (200,0,0) (0,200,0) (0,0,200) (0,200,200) (200,0,200) и (200,200,0). Было бы хорошо, если бы могли уговорить еще несколько человек (желательно больше 10), имеющих устройства для калибровки мониторов и софт позволяющий проводить CM, присоединиться к нам. После того как этот эксперимент будет проведен можно будет говорить о степени соответствия того или иного определения яркости нашим ощущениям.

PS Приведите пример ЦКС в которой Luminance – длина вектора.

 

[sabos]

Ответ: Понятие "Яркость"

Следовательно на вопрос - "Но при известной реакции сетчатки переход Radiance->Luminance становится однозначен, не правда ли? " - следует однозначный ответ – нет.

Согласен. Моя ошибка, я подразумевал распределение, а сказал интеграл. Виноват. Откуда автоматически согласен и с пунктом 2

3. Регулировка яркости в Photoshop и ему подобных работают плохо, поэтому никто из ваших знакомых ими не пользуются. Также как и регулировки яркости в CRT телевизорах и мониторах.

Пользуемся. Но осторожно, понимая её несовершенство. В рамках своей задачи, в небольшом диапазоне регулировок.

4. Регулировка экспокоррекции в RAW конверторе Photoshop работает нормально. Так же как и регулировки яркости, основанные на изменении яркости осветителей, в LCD мониторах и телевизорах.

И этими пользуемся с осторожностью. Понимая их несовершенство. К примеру, та же гамма-коррекция. Она неизбежна, рано или поздно вы придете к пониманию этой проблемы. Мы можем спорить, есть ли гамма-коррекция функцией контраста или она относится к mapping (согласования яркостных условий захвата и просмотра), но для комфортного восприятия она обязательна. Напоминаю вам, что кинотракт или видеотракт обязательно делает гамма-коррекцию, например корректирующая g=1.25 внесена во все известные TV-стандарты.

5. Излучения с одинаковой Luminance не представляются вам (и не только вам) одинаково яркими

Я не говорил о том, что это происходит всегда. Я вообще боюсь, что мы говорим о разном. Для начала – критичная по вашему мнению пара серого и синего излучений. Здесь все элементарно (в отличие от красного).

Попытаюсь показать на примере простой лабы, которую я устроил двум своим студентам (весьма энергичным и весьма самонадеянным .

Лабораторная работа №1 "Перцептуальное обесцвечивание".

Задача: обесцветить сочный синий стимул, например 0,0,255. На первой же попытке студенты получили огромную "вкусовщину" и начали горячо спорить друг с другом. Легко объяснимо, даже я (несмотря на свой опыт) уравнивать настолько разные стимулы в один шаг не стану, сперва сделаю промежуточный грязно-синий. Зачем глаза мучить? Вторая ошибка – поставили рядом два квадрата. Ожидаем кучу пространственных иллюзий, они также будут мешать. Переделываем мишень.

Ок, подсказал. Они стали более осторожны, взяли уже не самый "сочный" опорный 0,0,200. На первом шаге сообща уравняли его на грязный синий 27,78,138.

Что у нас с яркостями? На первый взгляд ошибка высока. У первого Y=5.6, у второго Y=8.3 (пардон, здесь не sRGB, это промер спектрофотометром с экрана). Светлотная ошибка dL6 – достаточно высока, есть повод задуматься. Но я доверяю color science (в отличие от студентов), и для начала проверю не науку, а их. Все ли было правильно в эксперименте?

Первый стоп - стандартный 2° наблюдатель тут не годится, мы работали с весьма крупными объектами. Физические размеры наших стимулов 4 см, при viewing distance 40 см. Угловой размер больше 6°. Упс, придется пересчитать на CIE 1964 10° observers. Берем спектры нашего эксперимента и пересчитываем. Ух ты, а 10° observers заметно иначе себя ведет в синей области. Здесь ошибка dL=2.4. Оооо – так это уже в рамках погрешности.

Ой, а мы адаптацию на белый делали (вот они, методические ошибки). А как на черном фоне (см. аттач) уравнивание идет?

Для чистоты эксперимента беру соседа-цветокорректора (он опытный практик, наукой интересуется слабо). Его вариант грязного синего 16,71,140. На втором шаге подбирает нейтральный 74,74,74. Замеряю с экрана его результаты – хм, а под 10° observers вообще ошибки нет.

С красным будет посложнее. Студенты бы не справились (точнее, получили бы заметный сдвиг по яркости). Опытный практик сразу же меня спросил – что с saturation делать будем? И был бы прав. Ключ в понимании этого эффекта – связь между относительными и абсолютными координатными системами в колориметрии. Здесь мы имеем проблему замещения абсолютного colorfulness. Но такие сложные проблемы нам обсуждать рано.

Еще раз – фотометрическая яркость вполне работоспособна. При условии правильных нормировок. Первое доказательство тому – фликкерные эксперименты. Я, в отличие от вас, отбросить их не могу. Доказательство два: возьмите страничку манселовского альбома (или подобного перцептуально ровного, например OSA), создайте normlight и порассматривайте патчи одного values, но разного цвета и насыщенности. Они одинаково уравниваются на серый. К примеру яркости у синего по мере обесцвечивания Y 6.54;6.53;6.51;6.50;6.48;6.46;6.44;6.41 (если верить Вышецки). Что с этим делать будем?

 

[sabos]

Ответ: Понятие "Яркость"

Вдогонку хочу напомнить - уравниваются цвета лишь при real size! При уменьшенном варианте (например, миниатюра в форуме) имеем обратный эффект - серый выглядит светлее синего. И это внимательный читатель сможет легко объяснить.

 

[sabos]

Ответ: Понятие "Яркость"

Лабораторная работа №2 "sRGB, Simplified sRGB (Photoshop) and Gamut Clipping".

Для продолжения исследований по перцептуальному обесцвечиванию следует разобраться, можно ли доверять нашему экрану? Я недаром снимал данные с монитора спектрофотометром.

Рассмотрим, как визуализируется наш 0,0,200 sRGB в Photoshop. Как известно, переход из RGB-пространств в колориметрические делается по простой формуле [X Y Z]=[r g b][M], где r,g,b – нормированные (значения 0-1) и приведенные к линейной функции. Наши 0,0,200 нужно перенормировать (поделить на 255) и возвести в степень g.

Для начала выясним, какая погрешность возникает из-за упрощения сложной гамма-функции sRGB до степенной g=2.2. По стандарту sRGB имеет два интервала, для очень темных своя функция, для более светлых – своя. Это сделано специально для учета особенностей человеческого зрения, для учета разных перцепций photopic и scotopic vision. Наш 0,0,200 достаточно светлый, поэтому переход к линейным координатам нужно делать по формуле y=((x+0.055)/1.055)^2.4. Но Photoshop (Acrobat и пр.) делает это не так. Линеаризация там делается по формуле y=x^2.2. К чему это приводит? "Правильное" sRGB дает 0,0,0.57758 а Simplified sRGB 0,0,0.585973. Погрешность ~ 1.4%. Игнорируем (но узелок на память завяжем).

Второй вопрос – как отображается наш 0,0,200 sRGB на экране (допустим, что монитор безупречно откалиброван)? Какая погрешность при отображении? Наиболее прозрачным будет замер экрана спектрофотометром. Но не у всех он есть, да и работа в режиме emission у многих вызывает сложности (не все приборы и не всё наше ПО умеет это делать). Попытаемся оценить погрешности умозрительно.

Какие колориметрические координаты у 0,0,200 sRGB? Берем матрицу перехода и получаем XYZ=0.10,0.04,0.55 (Lab=24,66,-90). А что наш монитор, он способен такое отобразить? Упс, а мы за гамутом CRT-монитора (см. аттач).

Самое печальное в том, что photoshop при отображении на экран даже не пытается этот out of gamut компенсировать. Он лишь делает колориметрическое преобразование XYZ(sRGB)->XYZ(monitor), при этом тупо отсекая все значения больше 1 и меньше 0. Этот прием громко называется monitor compensation, а в профкругах – gamut clipping. Я сейчас не стану приводить доказательства, каждый, владеющий спектрофотометром (с emissive) и математикой сможет самостоятельно увидеть механизм отсекания.

В моем случае это привело к тому, что 0,0,200 sRGB было подменено на подобный ему 40,0,198 в RGB-координатах моего монитора. Я знал о этой проблеме (см. выше), и именно по этой причине выверял колориметрию непосредственно с экрана спектрофотометром. Таким образом избавившись от погрешностей gamut clipping.

 

[C.H.]

Ответ: Понятие "Яркость"

Спасибо за ответы. Извините, что отвечаю не сразу.

Спасибо за найденную ошибку (пришла пора сознаваться).
В сообщении #30 вместо (123,123,123) должно быть (129,129,129).
(как это можно исправить?)

Согласен с вами, что гамма-коррекция (степенное преобразование данных) очень полезное преобразование. И его следует применять в ряде случаев:
- регулиовка контраста изображения (для более комфортного восприятия)
- mapping (согласования яркостных условий захвата и просмотра)
- корректировка нелинейности устройств вывода.
Причем о последнем пользователям лучше бы ничего не знать. Закладывать нелинейность одного из возможных устройств вывода в стандарт хранения и передачи изображений на текущем этапе развития техники представляется неразумным.

Спасибо за лабораторные работы. Мы сейчас проделаем свои и опубликуем результаты.

 

[C.H.]

Ответ: Понятие "Яркость"

Попробуйте для уравнивания использовать что-то вроде этого

 

[Alexey Shadrin]

Ответ: Понятие "Яркость"

В сообщении #30 вместо (123,123,123) должно быть (129,129,129).
(как это можно исправить?)

Исправил. Раньше Вы и сами могли бы это сделать, да, вот, понимаш, теперь только в течение 20 минут от публикаци сообщения...