Цветовые размерности

Статус
Закрыто для дальнейших ответов.

Alexey Shadrin

Участник
Топикстартер
Сообщения
9 258
Реакции
1 188
Коллеги, я надеюсь, что многие уже дошли до 4-й главы "Терминология моделей цветового восприятия", в связи с чем хочу поднять давно задуманную тему.
Господа, как вам пятимерность цвета по CIE-Фершильду-Ханту и К°?
Беру на себя смелость утверждать, что я разобрался и внутренне принял две "дополнительных" (дополнительных для нас с вами, а на самом деле первичных) размерности -- субъективную яркость (brightness) и полноту цвета (colorfulness) и, если нужно, то готов изложить свое понимание.
Однако чего напрочь не могу ощутить (именно ощутить) -- это шестой параметр (по Фершильду необязательный) -- это "чистота цвета" (saturation).
Просил бы тех, кто вникнул (или еще вникает) в этот вопрос высказать свое понимание, причем высказать его "на пальцах", описывая ощущения и, если можно, то приводя при этом примеры роста/падения этого странного, на мой взгляд, показателя.
Спасибо.
 
Ответ: Цветовые размерности

Сперва вбок. "Пятимерность" - это сильно громко сказано. Речь идет о двух "трехмерностях":

Одна нормированная. Через адаптацию, или через четвертый кардинал - неважно. Важно, что здесь координаты - относительные величины, и цветовое пространство - фигура конечного объема. Нормировка позволяет легко пользовать математику, но крайне усложняет учет окружения. Мы говорим "светлота 85" – имеем ввиду, что это светлый объект, но менее светлый, чем бумага (reference white). Какая реально яркость этого объекта, мы не знаем. В сложных системах (т.к. изображение) это зачастую неважно.

Вторая "трехмерность" абсолютна. Неограниченна (точнее, ограниченна лишь зрением). Мы говорим "яркость 100 кд/м2" – мы понимаем, что это достаточно яркий, но не слепящий стимул. Но при этом мы не можем оценить, насколько он светлый в изображении. Нам не с чем сравнить. Но как только мы произнесем "самым ярким в сцене есть 300 кд/м2" – сразу понимаем, что это светлый, но еще не белый. Заметим, что нам потребовалось знать соотношение – т.е. мы вернулись в первую "трехмерность". Откуда следует, что для обработки изображений абсолютная система практически не нужна, она там лишь вредит (лишние сущности). Но для инженеров абсолютная система координат важна, через неё можно делать учет восприятия.

Цветовой тон – координата абсолютная, но ограниченная. Одинаково входит в обе "мерности".

Теперь по теме. Относительные размерности – это цветовой тон, светлота, насыщенность.
Абсолютные размерности – это цветовой тон, яркость, colorfulness.

Насчет "субъективной яркости" я не так смел, как ув. Alexey Shadrin. Но пусть, нужно же как-то показать различия между Luminance (фотометрической яркостью) и Brightness. Можно говорить о том, что зачастую мы можем смело применять Luminance в качестве яркости. Но если мы хотим учитывать phenomena's – к Luminance придется делать поправочки.

Saturation – избыточная координата, ни в одной из наших "фундаментальных" систем её нет. Это просто еще одна нормировка (подобных нормировок знаю еще пяток). Причем далеко не факт, что под saturation понимают нормировку насыщенности на светлоту. Я встречался и с нормировкой насыщенности на цветовой тон. Как и любая другая нормировка, saturation нужна для удобства - порой через неё легче выражать свои пожелания. Например, если меня не беспокоит нарушение светлоты (или даже тона), но я хочу отпедалировать насыщенность (налить побольше краски), я говорю "добавить saturation". Так работает известный rendering intent.
 
Ответ: Цветовые размерности

sabos сказал(а):
"Пятимерность" - это сильно громко сказано.
Саша, -- не мной :)
Спасибо за ответ, буду переваривать, на что уйдет минимум два-три часа.
 
Ответ: Цветовые размерности

Подумал, что могу пояснить более наукообразно. Все сталкивались с тем, что неопытные клиенты называют наши картинки "сочными", "яркими" или наоборот "тусклыми". При этом нельзя сказать, что "сочный - тусклый" напрямую увязан только на насыщенность. Нет, он еще и на светлоту увязан. Чем более темный, тем менее насыщенный. Этот феномен хорошо известен. Откуда и появился прием desaturation - снижать "сочность", "обесцвечивать", снижая насыщенность и светлоту одновременно.
 
Ответ: Цветовые размерности

sabos сказал(а):
Все сталкивались с тем, что неопытные клиенты называют наши картинки "сочными", "яркими" или наоборот "тусклыми".
м-м-м-м..., Саша, не соглашусь: под "тусклостью" они часто подразумевают недостаточнсоть общего контраста изображения, недотяг на ОВК...
 
Ответ: Цветовые размерности

А если посмотреть на контраст не только, как на соотношение яркостей? Есть еще и хроматический контраст. А там "недотяг" по colorfulness.

Еще раз хочу подчеркнуть, что saturation можно определять по разному. Зависит это от того, о простом стимуле мы говорим или о сложном. Fairchild сделал удачную попытку сшить обе ситуации. Мне его определение кажется логичным.

Мне порой приходиться заниматься ручным сжатием выкрасок (этакий spot color management). Могу уверенно сказать, что достигнуть подобия для out of gamut цвета можно лишь через комбинацию lightness+chroma. Недостающую по гамуту насыщенность я подменяю светлотой. Глаз обманывается неплохо - и здесь можно говорить о том, что для выкраски я сохраняю saturation. На эту комбинацию я часто ворчу - мол, LCH-размерности "неразвязанны", автоматизации процедура не поддается. Но, как мы видим, вопрос лишь в правильной нормировке.

Кстати, если считать, что "обесцвечивание" за счет яркости - это проявления эффектов Ханта и Стивенса, то легко понять и яркостную "тусклость", и хроматическую. Падает яркость - падают оба контраста.
 
Ответ: Цветовые размерности

Тогда правильно ли я понимаю, что чистоту цвета можно толковать как величину хроматического контраста между белым и небелым? Если да, то почему выбран белый, а не L50 a0 b0? Вот это мне непонятно, потому как белый помимо ахроматчности обладает рядом свойств, мешающих восприятию хроматики, ее своей "светлотью".
 
Ответ: Цветовые размерности

Нет, неправильно. Светлота - это доля яркости от reference brightness. Насыщенность - это доля "сочности" от наиболее возможного "сочного" цвета при заданном reference brightness (заданном освещении). Т.е здесь мы все время говорим о сложных стимулах, все время сравниваем пару. Но saturation - это доля насыщенности от самого себя. Не максимально "сочного", а от того, что есть. Здесь пара также существует (мы ведь говорим о доле, о части чего либо), но пара существует лишь в сознании, в воображении.

Проще это пояснить на источниках света - их легче воспринимать, как изолированные стимулы. Свет у ярко-красного прожектора насыщен, и эта насыщенность сравнима со светом красного лазера. Но если мы отнормируем яркости лазера и прожектора, и сравним пару (сложный стимул), то заметим, что их насыщенности совершенно разные (лазер "сочнее"). Итак - здесь можно говорить о равном saturation двух изолированных источников (каждый со своей яркостью). Но нельзя говорить о равной chroma - тогда, когда они рассматриваются одновременно с согласованной яркостью, они заметно разнятся по "сочности".

Поэтому говорить о saturation (в сложных стимулах) можно, как о хроматическом контрасте между стимулом и эквивалентным ему (по яркости) серым.
 
Ответ: Цветовые размерности

Всем - привет.
Привет Алексей и Александр.
Alexey Shadrin сказал(а):
Господа, как вам пятимерность цвета по CIE-Фершильду-Ханту и К°?
Беру на себя смелость утверждать, что я разобрался и внутренне принял две "дополнительных" (дополнительных для нас с вами, а на самом деле первичных) размерности -- субъективную яркость (brightness) и полноту цвета (colorfulness) и, если нужно, то готов изложить свое понимание.
Я тоже возьму на себя смелость утверждать, что разобрался. Правда выводы у меня, мягко говоря, несколько другие. Эта "пятимерность" полный бред. Понимаю, что утверждение выглядит очень смелым, но тем не менее считаю это бредом и догадываюсь откуда он взялся.

Сначала, почему бред. Наше цветовое зрение основано на трех типах сенсоров. (Вообще-то, их четыре, но в большинстве случаев палочковая составляющая не учитывается, т.к. палочки не работают.) Если у нас три типа сенсоров, то НЕЗАВИСИМЫХ размерностей не может быть больше трех (при учете палочек - четырех). Либо включаются какие-то дополнительные сенсорные механизмы (а при нормальных условиях этого нет), либо размерностей три. Придумать можно сколько угодно размерностей, но независимыми могут быть только три. Могут быть разные наборы трех независимых размерностей, но только трех! Т.е. независимых размерностей светлоты, насыщенности, субъективной яркости (brightness) и полноты цвета (colorfulness) быть не может.

Теперь откуда этот бред взялся. Здесь нужно посмотреть на так называемые «феномены цветового восприятия» или phenomena's у Sabos`а. В науке о цвете, все что не укладывается в простую трехстимульную теорию, принято называть «феноменами». (см. 6-ю главу Фершильда) Подавляющая часть этих «феноменов» теперь легко объясняется физиологией цветового зрения. Таким образом, за введением понятия «феномен цветового восприятия» стояло или непонимание сути происходящего, или нежелание в тот момент с этим разбираться. Точно также, «пятимерность» объясняется неверным физико-физиологическим пониманием понятий светлоты и насыщенности. Светлота – это не некая относительная величина ( т.е., Саша, это не «вопрос нормировки»), это наше ОЩУЩЕНИЕ, того насколько стимул ближе/дальше к белому/черному. Точно также, насыщенность это ощущение того насколько стимул ближе/дальше к серому/максимально цветному. Очень часто путают физическое определение и способ вычисления: электрический ток – это не «напряжение деленное на сопротивление», а «направленное движение заряженных частиц» (или как там нынче правильно?).

В нашем случае произошла именно такая подмена: способ вычисления (для светлоты - нормировка на белый) сочли за физическое определение, а этот способ годится далеко не всегда. Происходит, например, следующее: есть некий участок в изображении, он вызывает определенное ощущение светлоты. При изменении энергии освещения в некоторых пределах это ощущение остается неизменным, что описывается трехстимульной теорией. А вот при выходе за эти пределы ощущение светлоты изменяется, хотя все соотношения остаются постоянными и здесь уже простая трехстимульная теория не работает. Чтобы учесть это ввели дополнительное понятие «субъективная яркость», хотя реального ощущения за этим не стоит, т.к. речь идет все о том же: насколько стимул ближе/дальше к белому/черному, и именно это-то нас интересует. Собственно, по Фершильду так и выходит, что brightness и colorfulness нужны только для учета «светимостнозависимых феноменов» которые не учитываются трехстимульной теорией. Вместо того, чтобы пользоваться теорией точнее отражающей физическую суть происходящего и дающую точные формулы для вычислений, ввели новые совершенно излишние понятия с целью «подправить формулы».

С уважением, Андрей Френкель.
 
Ответ: Цветовые размерности

Привет, Андрей!
По поводу феноменов -- согласен. Никакие это не феномены -- это законы, которые не садятся в удобную и приятную "базовую колориметрию".
Но я бы не был столь категоричен, по крайней мере в отношении субъективной яркости. Когда я работал над 6-й главой, я внимательно анализировал именно ощущения: помню ехал в метро, читал и правил перевод этой главы. Читал в вагоне, читал на эскалаторе. Вышел на Горьковской с бумагами в руках и сразу ощутил, что белый лист стал по ощущению ярче, много ярче; но по отношению к моей любимой серой папке он остался ровно таким же светлым, как и был. Это было именно ощущение.
 
Ответ: Цветовые размерности

Alexey Shadrin сказал(а):
Привет, Андрей!
Но я бы не был столь категоричен, по крайней мере в отношении субъективной яркости. Когда я работал над 6-й главой, я внимательно анализировал именно ощущения: помню ехал в метро, читал и правил перевод этой главы. Читал в вагоне, читал на эскалаторе. Вышел на Горьковской с бумагами в руках и сразу ощутил, что белый лист стал по ощущению ярче, много ярче; но по отношению к моей любимой серой папке он остался ровно таким же светлым, как и был. Это было именно ощущение.
Правильно, СООТНОШЕНИЕ светлот сохранилось (точнее, изменение было небольшим и ты его не ощутил), но светлота и того, и другого увеличилась. Кроме того должен был увеличиться и визуальный контраст. Так что, не ярче ("субъективная яркость"), а светлее и контрастнее. Ну и не совсем понятно, можно ли в этом случае игнорировать палочки... Хотя может быть в данном случае они не при чем.

С уважением, Андрей Френкель.
 
Ответ: Цветовые размерности

Сперва возражу по терминам. Здесь "феномен" - это не бытовое слово, обозначающее вызов духов. Феномен - физический термин, обозначающий явление, которое не следует из теории прямо и непосредственно. При этом phenomena's не опровергают саму теорию, это лишь повод отследить более тонкие, неочевидные связи. Для описания этого процесса отслеживания в физике есть даже термин - "феноменология".

Теперь о сущностях и размерностях. Если в некой системе, в неком процессе получения данных (здесь восприятия) задействованы нелинейные механизмы, мы должны их описать. Иначе поведение системы прогнозировать мы не сможем. То, что в глазу три типа рецепторов - еще не значит автоматически, что трех размерностей для описания всего восприятия достаточно. Темпоральные эффекты - требуют ли они учета? А пространственные имеют значение? А нелинейность? С математической точки зрения систему перцепции нужно описывать, как систему из сотни миллионов разных рецепторов, взаимодействующих друг с другом в пространстве и времени. Разных - не только по спектральной функции. Но и по взаимному расположению и степени участия в процессе восприятия. Так что насчет достаточности трех размерностей - это и в правду сильно смело.

С другой стороны наука не терпит сложности. Самое простое объяснение будет самым правильным. Если мы в состоянии объяснить явление с помощью трех размерностей - пусть их будет три. Именно по этой причине мы не вводим в нашу математику время. Темпоральные эффекты есть, но время изучать их еще не пришло. И с пространственным расположением мы также не увлекаемся, нам достаточно упростить задачу до уровня объект и его окружение. Но пардон, если уж говорить о мерностях в системе, то это типичная "мерность".

Ладно, закончим с математикой, посмотрим на "ощущения". Я согласен – это важно. Трехмерны ли ощущения? Природа, как и наука, не терпит сложности. Она создала аппарат зрения так, чтобы он действовал максимально просто и эффективно. Глаз – не колориметр, его не интересуют энергии, спектральные распределения и пр. Глаз должен передать в мозг лишь полезную информацию, эффективно отсекая все лишнее. Полезная информация – это соотношения, именно они помогают обнаружить и проанализировать объекты в переменной (по освещению) среде. Поэтому природа снабдила зрение механизмами адаптации, т.е. нормировки (перехода от абсолютных координат к относительным). Видите, как просто сшиваются математически эффективные алгоритмы с "ощущениями" – и там, и там действует единые законы.

На первый взгляд, наша перцепция должна удовлетвориться первой тройкой "мерностей" –цветовой тон плюс относительные светлота и насыщенность. Но стоп, а как же при этом мы бы различали утро и вечер? При идеальном адаптационном механизме перцепция не смогла бы заметить смену освещения. А это важно для выживания – согласны? Поэтому то наши адаптационные механизмы оставляют часть информации некомпенсированной, т.е. абсолютной. Скажу больше, именно по этой части информации они могут не только воспринимать время суток, но и переключать зрение в несколько режимов перцепции (modes of viewing).

А теперь снова вернемся к математике. Если сигнал с двух подобных групп датчиков (каждая содержит по три разных типа сенсоров) заходит в систему обработки (видеопроцессор) отдельным каналом – хватит ли нам трех размерностей для описания работы этой системы? Не придется ли вводить четвертую? Именно четвертую (а не пять или шесть). Четвертая мерность вам хорошо известна, это есть мерность адаптирующая - т.н. "четверый кардинал колориметра". Просто раньше мы её не шкалировали, зафиксировав там лишь одну точку отсчета (темновую адаптацию). А теперь ею заинтересовались, ибо именно через неё можно перейти от физиологии глаза к перцепции в целом.

По сути вся эта дополнительная абсолютная система координат с яркостями и colorfulness вырождается в нашу четвертую размерность. И лишь в 1% случаев она работает по прямому назначению - анализ источников освещения (illuminant and illumination modes of viewing по OSA). Этот 1% случаев можно рассматривать, как подавление механизмов нормировки.
 
Ответ: Цветовые размерности

Андрей, поразительно, ты видишь? -- слово в слово, как я тебе говорил на Луге прошлой зимой:
sabos сказал(а):
Но стоп, а как же при этом мы бы различали утро и вечер? При идеальном адаптационном механизме перцепция не смогла бы заметить смену освещения. А это важно для выживания – согласны? Поэтому то наши адаптационные механизмы оставляют часть информации некомпенсированной, т.е. абсолютной. Скажу больше, именно по этой части информации они могут не только воспринимать время суток, но и переключать зрение в несколько режимов перцепции (modes of viewing).
Я бы добавил, что субъективная яркость и полнота цвета -- это перцепционные сущности, порожденные феноменом неполноты адаптации.
но и переключать зрение в несколько режимов перцепции (modes of viewing).
Вот здесь не соглашусь: modes of viewing -- это вопрос интерпретации, вернее: перцепции (const) + интерпретации (variable).
 
Ответ: Цветовые размерности

sabos сказал(а):
Глаз – не колориметр, его не интересуют энергии, спектральные распределения и пр.
Саша, простите занудство :): колориметр тоже не "интересуется" энергиями и их распределениями -- он "интересуется" перцепционными равенствами. По энергиям мы лишь отслеживаем адекватность колориметра как прибора.
Поэтому природа снабдила зрение механизмами адаптации, т.е. нормировки (перехода от абсолютных координат к относительным).
Не соглашусь: адаптация не сводится к нормировке -- иначе не существовало бы феномена неполноты адаптации, в частности. А неполнота биологически, эволюционно детерминирована, из чего и рождаются два абсолютных перцепционных атрибута -- субъективная яркость и полнота цвета.
Адаптацию нынче понимаю как совокупность ретинальной реакции и когнитивной интерпретации ретинального сигнала...
Видите, как просто сшиваются математически эффективные алгоритмы с "ощущениями" – и там, и там действует единые законы.
Не вижу :) -- см. чуть выше.
 
Ответ: Цветовые размерности

Alexey Shadrin сказал(а):
колориметр тоже не "интересуется" энергиями и их распределениями -- он "интересуется" перцепционными равенствами.
То, что колориметр пересчитывает распределения в некие интегралы - не значит, что он становится перцепционным прибором. Подобие между LMS и XYZ не означает автоматом, что мы замеряем перцепцию. Ибо перцепция суть адаптация, а прибор этих механизмов не имеет. Строго говоря, он все же работает с энергиями, в лучшем случае - с соотношениями, но своими, подобными перцепционным, но не эквивалентными.
Alexey Shadrin сказал(а):
адаптация не сводится к нормировке
Давайте различать принципы (логические законы) и конкретные реализации. Я не сказал, что нормировка полная, я сказал - что она имеет место.
Alexey Shadrin сказал(а):
Вот здесь не соглашусь: modes of viewing -- это вопрос интерпретации, вернее: перцепции (const) + интерпретации (variable)...Адаптацию нынче понимаю как совокупность ретинальной реакции и когнитивной интерпретации ретинального сигнала
Ну если уж уточнять - то нужно говорить, что адаптационные механизмы и cognitive function взаимоувязанны. Тот же переключатель modes of viewing - это не только функция мозга (интерпетации). Зрительный нерв - дорога в обе стороны, там есть сигналы обратной связи. Они могут по результатам интерпетации влиять на перцепцию (ретинальную реакцию).
 
Ответ: Цветовые размерности

sabos сказал(а):
Зрительный нерв - дорога в обе стороны, там есть сигналы обратной связи. Они могут по результатам интерпетации влиять на перцепцию (ретинальную реакцию).
Заблуждение: nervus opticus сугубо афферентный нерв. Относительно обратной связи -- сейчас не готов к разговору.
 
Ответ: Цветовые размерности

Подумал, что, может быть, истоки развернувшейся дискуссии в том, что в употреблении термина "размерность" ("dimension") в отношении перцепционных атрибутов имеет место некоторая натяжка, продиктованная нашим стремлением к удобству и построению математических пространств. Действительно, неразвязаность двух шкал может сильно смутить. Но так давай, Андрей, лишний раз не употреблять термин "размерность", дабы лишний раз не получить по башке от математиков. Но, с другой стороны, отрицать brightness и colorfullnes как перцепционные сущности было бы неверным, поскольку их существование эволюционно оправданно.
 
Ответ: Цветовые размерности

sabos сказал(а):
Но saturation - это доля насыщенности от самого себя. Не максимально "сочного", а от того, что есть.
Недавно тема saturation всплыла в одной непростой задаче spot color mapping. Нужно было "вогнать" некий набор спотов (палитру) в пространство весьма развитой печати. В аттаче сверху референс L55 a80 b37 (hue=25°, chroma=89). Это гамутный для sRGB (и большинства мониторов - т.е. читать можно прямо с форума на калиброванном мониторе), но внегамутный для печати. Ему то и нужен был gamut mapping.

Внизу два решения:
Слева сolorimetric mapping по-науке - он дал L55 a63 b30 (hue=25°, chroma=70). Весьма точный - мы удержали светлоту и цв. тон, пожертвовав лишь насыщенностью.
Справа мой вариант mapping L58 a65 b32 (hue=25°, chroma=72).

Какой из двух вариантов сжатия (с обеих случаях с жертвой по насыщенности больше 20%) приятнее вашему глазу?

Видно, что метод сжатия "по-науке" удержал два приоритета - цветовой тон (всегда самый важный приоритет), и светлоту (колориметрический приоритет).

У меня приоритеты были чуть иные. В первую очередь цветовой тон (это imho всегда бесспорный приоритет), но светлоту я не удерживал. Видно, что она нарушилась. Во имя чего? Я пытался удерживать saturation. Т.е. второй приоритет сжатия у меня - минимальные потери saturation. Потери по saturation были, но я их минимизировал, как мог.
 

Вложения

  • Chroma_vs_Saturation.gif
    Chroma_vs_Saturation.gif
    13.5 КБ · Просм.: 981
Ответ: Цветовые размерности

sabos сказал(а):
Какой из двух вариантов сжатия (с обеих случаях с жертвой по насыщенности больше 20%) приятнее вашему глазу?
Правый нижний.
 
Ответ: Цветовые размерности

Говорить о приоритете saturation в контексте image color mapping непросто. Не всегда, ой не всегда этот приоритет срабатывает. Допуская светлотные нарушения, мы начинаем манипулировать свето-тенью объектов. Порой уплощая их, порой нарушая перспективу. Ведь мы все время должны помнить о второй иллюзии image reproduction - иллюзии объема. Saturation в этом контексте - вдвигание/выдвигание объектов из тени (их перемещение). В связи с этим mapping по приоритету saturation слабо развит в обычном софте (в icc просто нелеп). Но в промышленных системах встречается, особенно в render-задачах.
 
Статус
Закрыто для дальнейших ответов.