En colorimetría y la teoría del color , ligereza , también conocido como valor o tono , es una representación de una de color 's brillo . Es uno de los parámetros de apariencia de color de cualquier modelo de apariencia de color .
Varios modelos de color tienen un término explícito para esta propiedad. Los modelos de color Munsell y HSV utilizan el término valor , mientras que el modelo de color HSL , el espacio de color HCL y el espacio de color CIELAB utilizan el término luminosidad .
En algunos de estos modelos (Munsell, HCL y CIELAB), la luminosidad o valor es el brillo absoluto. En Munsell, por ejemplo, el único color con valor 0 es negro puro, y el único color con valor 10 es blanco puro. Los colores con un tono discernible deben tener valores entre estos extremos.
En HSL y HSV, la luminosidad o valor es un brillo relativo. Ambos sistemas utilizan triples de coordenadas, donde muchos triples pueden mapear en el mismo color. En HSV, todos los triples con valor 0 son de color negro puro. Si el tono y la saturación se mantienen constantes, aumentar el valor aumenta el brillo, de modo que un valor de 1 es el color más brillante con el tono y la saturación dados. HSL es similar, excepto que todos los triples con luminosidad 1 son de color blanco puro. En ambos modelos, todos los colores saturados puros tienen la misma luminosidad o valor, y el brillo absoluto está determinado por el tono: el amarillo es más brillante que el azul.
En el color sustractivo (por ejemplo, pinturas) se pueden lograr cambios de valor a través de varios tintes y matices agregando blanco o negro, respectivamente, al color. Sin embargo, esto también reduce la saturación . Tanto el claroscuro como el tenebrismo aprovechan los contrastes dramáticos de valor para realzar el drama en el arte. Los artistas también pueden emplear sombreado , manipulación sutil del valor.
Ligereza y percepción humana
Si bien HSL, HSV y los espacios relacionados sirven lo suficientemente bien como para, por ejemplo, elegir un solo color, ignoran gran parte de la complejidad de la apariencia del color. Esencialmente, intercambian relevancia perceptual por velocidad de computación, desde un momento en la historia de la computación (estaciones de trabajo gráficas de alta gama de la década de 1970 o computadoras de escritorio de consumo de mediados de la década de 1990) cuando los modelos más sofisticados habrían sido demasiado costosos desde el punto de vista computacional. [1]
HSL y HSV son transformaciones simples del modelo de color RGB que preservan las simetrías en el cubo RGB no relacionadas con la percepción humana, de modo que sus esquinas R , G y B son equidistantes del eje neutro e igualmente espaciadas alrededor de él. Si trazamos la gama RGB en un espacio perceptualmente más uniforme , como CIELAB , queda inmediatamente claro que los primarios rojo, verde y azul no tienen la misma luminosidad o croma, o tonos uniformemente espaciados. Además, las diferentes pantallas RGB utilizan diferentes primarios y, por lo tanto, tienen diferentes gamas. Debido a que HSL y HSV se definen puramente con referencia a algún espacio RGB, no son espacios de color absolutos : especificar un color con precisión requiere informar no solo los valores HSL o HSV, sino también las características del espacio RGB en el que se basan, incluido el corrección de gamma en uso.
Si tomamos una imagen y extraemos los componentes de tono, saturación y luminosidad o valor, y luego los comparamos con los componentes del mismo nombre definidos por los científicos del color, podemos ver rápidamente la diferencia, perceptualmente. Por ejemplo, examine las siguientes imágenes de un respiradero de fuego ( fig. 1 ). El original está en el espacio de color sRGB. CIELAB L * es una cantidad de luminosidad acromática definida por CIE (que depende únicamente de la luminancia perceptualmente acromática Y , pero no de los componentes cromáticos mixtos X o Z , del espacio de color CIE XYZ del que se deriva el espacio de color sRGB), y es evidente que esto parece similar en luminosidad perceptual a la imagen en color original. Luma ( Y ′ , el componente de luminosidad codificado por gamma de algunos sistemas de codificación de video como Y′IQ y Y′UV) es aproximadamente similar, pero difiere algo en el croma alto, donde se desvía más de un luma acromático verdadero como la luminancia Y (lineal), o el similarmente acromático L * (perceptualmente uniforme y no lineal) y está influenciado por la cromaticidad colorimétrica ( x , y , o equivalentemente, a * , b * de CIELAB). HSL L y HSV V divergen sustancialmente de la ligereza perceptiva.
Relación con el valor y la luminancia relativa
El valor Munsell se ha utilizado durante mucho tiempo como una escala de luminosidad perceptualmente uniforme . Una cuestión de interés es la relación entre la escala de valores de Munsell y la luminancia relativa . Consciente de la ley de Weber-Fechner , Munsell comentó: "¿Deberíamos usar una curva logarítmica o una curva de cuadrados?" [2] Ninguna de las dos opciones resultó ser del todo correcta; Los científicos finalmente convergieron en una curva de raíz cúbica aproximada, consistente con la ley de potencia de Stevens para la percepción del brillo, lo que refleja el hecho de que la luminosidad es proporcional al número de impulsos nerviosos por fibra nerviosa por unidad de tiempo. [3] El resto de esta sección es una cronología de aproximaciones de ligereza, lo que lleva a CIELAB .
Nota. - La V de Munsell va de 0 a 10, mientras que Y normalmente va de 0 a 100 (a menudo se interpreta como un porcentaje). Normalmente, la luminancia relativa se normaliza de modo que el "blanco de referencia" (por ejemplo, óxido de magnesio ) tiene un valor triestímulo de Y = 100 . Dado que la reflectancia del óxido de magnesio (MgO) en relación con el difusor reflectante perfecto es del 97,5%, V = 10 corresponde a Y =100/97,5% ≈ 102,6 si se utiliza MgO como referencia. [4]
1920
- Priest y col. proporcione una estimación básica del valor de Munsell (con Y de 0 a 1 en este caso): [5]
1933
- Munsell, Sloan y Godlove lanzan un estudio sobre la escala de valor neutral de Munsell, considerando varias propuestas que relacionan la luminancia relativa con el valor de Munsell, y sugieren: [6] [7]
1943
- Newhall, Nickerson y Judd preparan un informe para la Optical Society of America . Sugieren una parábola quíntica (que relaciona la reflectancia en términos del valor): [8]
1943
- Utilizando la Tabla II del informe OSA, Moon y Spencer expresan el valor en términos de luminancia relativa: [9]
1944
- Saunderson y Milner introducen una constante sustractiva en la expresión anterior, para un mejor ajuste al valor de Munsell. [10] Más tarde, Jameson y Hurvich afirman que esto corrige los efectos de contraste simultáneos . [11] [12]
1955
- Ladd y Pinney de Eastman Kodak están interesados en el valor Munsell como una escala de luminosidad perceptualmente uniforme para su uso en televisión . Después de considerar una función logarítmica y cinco funciones de ley de potencias (según la ley de potencias de Stevens ), relacionan el valor con la reflectancia elevando la reflectancia a la potencia de 0,352: [13]
- Al darse cuenta de que esto está bastante cerca de la raíz cúbica , lo simplifican a:
1958
- Glasser y col. defina la luminosidad como diez veces el valor de Munsell (de modo que la luminosidad oscile entre 0 y 100): [14]
1964
- Wyszecki simplifica esto a: [15]
- Esta fórmula se aproxima a la función de valor Munsell para 1% < Y <98% (no es aplicable para Y <1% ) y se utiliza para el espacio de color CIE 1964 .
1976
- CIELAB utiliza la siguiente fórmula:
- donde Y n es el valor triestímulo CIE XYZ Y del punto blanco de referencia (el subíndice n sugiere "normalizado") y está sujeto a la restricción Y/Y n> 0,01 . Pauli elimina esta restricción calculando una extrapolación lineal que mapea Y/Y n= 0 a L * = 0 y es tangente a la fórmula anterior en el punto en el que la extensión lineal tiene efecto. Primero, se determina que el punto de transición es Y/Y n = ( 6/29) 3 ≈ 0.008856 , entonces la pendiente de ( 29/3) Se calcula 3 ≈ 903,3 . Esto da la función de dos partes: [16]
- La ligereza es entonces:
- A primera vista, puede aproximar la función de luminosidad mediante una raíz cúbica, una aproximación que se encuentra en gran parte de la literatura técnica. Sin embargo, el segmento lineal cercano al negro es significativo, por lo que los coeficientes 116 y 16. La función de potencia pura de mejor ajuste tiene un exponente de aproximadamente 0,42, lejos de 1/3. [17]
- Una tarjeta gris de aproximadamente el 18% , con una reflectancia exacta de ( 33/58) 3 , tiene un valor de luminosidad de 50. Se llama " gris medio " porque su luminosidad está a medio camino entre el negro y el blanco.
1997
- Ya en 1967 se descubrió en los peces una relación hiperbólica entre la intensidad de la luz y las respuestas de las células cónicas, de acuerdo con el modelo cinético de reacciones bioquímicas de Michaelis-Menten . [18] En los años 70 se encontró la misma relación en varios otros vertebrados y en 1982, utilizando microelectrodos para medir las respuestas de los conos en macacos rhesus vivos, Valeton y Van Norren encontraron la siguiente relación: [19]
- 1 / V ~ 1 + (σ / I) 0,74 , donde V es el potencial medido, I la intensidad de la luz y σ una constante.
- En 1986, Seim y Valberg se dieron cuenta de que esta relación podría ayudar en la construcción de un espacio de color más uniforme. [20] Esto inspiró avances en el modelado de colores y cuando la Comisión Internacional de Iluminación celebró un simposio en 1996, se formularon los objetivos para un nuevo modelo de color estándar y en 1997 CIECAM97 (Comisión Internacional de Iluminación, modelo de apariencia de color, 1997, versión simple) fue estandarizado. [21] CIECAM97s distingue entre luminosidad, qué tan ligero parece algo en comparación con un objeto blanco iluminado de manera similar, y brillo, cuánta luz parece brillar de algo. [22]
- Según CIECAM97s, la ligereza de una muestra es:
- J = 100 (A muestra / A blanco ) cz
- En esta fórmula, para una muestra pequeña en condiciones de brillo en un campo circundante con una luminancia relativa n en comparación con el blanco, c se ha elegido de manera que:
- Esto modela que una muestra aparecerá más oscura sobre un fondo claro que sobre un fondo oscuro. Consulte efecto de contraste para obtener más información sobre el tema. Cuando n = 1/5, cz = 1, que representa la suposición de que la mayoría de las escenas tienen una luminancia relativa promedio de 1/5 en comparación con el blanco brillante y que, por lo tanto, una muestra en un entorno de este tipo debe percibirse con su luminosidad adecuada.
- La cantidad A modela la respuesta del cono acromático; depende del color, pero para una muestra gris en condiciones brillantes, funciona como:
- N bb es un factor de modificación que normalmente es 1; es solo una preocupación cuando se comparan juicios de brillo basados en blancos de referencia ligeramente diferentes.
- Aquí, Y es la luminancia relativa en comparación con el blanco en una escala de 0 a 1 y L A es la luminancia media del campo visual en adaptación en su conjunto, medida en cd / m 2 . La respuesta acromática sigue una especie de curva en S, que va del 1 al 123, números que se derivan de la forma en que se promedian las respuestas del cono y que, en última instancia, se basan en una estimación aproximada del rango útil de impulsos nerviosos por segundo, y que tiene un rango intermedio bastante grande donde sigue aproximadamente una curva de raíz cuadrada.
- El brillo según CIECAM97s es entonces:
- Q = (1,24 / c) (J / 100) 0,67 (A blanco + 3) 0,9
- El factor 1,24 / c es un factor de sonido envolvente que refleja que las escenas aparecen más brillantes en condiciones ambientales oscuras.
- También se formularon sugerencias para un modelo más completo, CIECAM97C, para tener en cuenta varios efectos en condiciones extremadamente oscuras o brillantes, iluminación coloreada, así como el efecto Helmholtz-Kohlrausch, donde las muestras altamente cromáticas parecen más claras y brillantes en comparación con un gris neutro. Para modelar el último efecto, en CIECAM97C la fórmula para J se ajusta de la siguiente manera:
- J HK = J + (100 - J) (C / 300) | sin (½h - 45 °) |, donde C es el croma yh el ángulo de tono
- A continuación, se calcula Q a partir de J HK en lugar de a J. Esta fórmula tiene el efecto de aumentar la claridad y el brillo de las muestras coloreadas. Cuanto mayor sea el croma, más fuerte será el efecto; para colores muy saturados, C puede estar cerca de 100 o incluso más. El término de seno absoluto tiene un valle agudo en forma de V con un cero en amarillo y una meseta ancha en los azules profundos. [23]
2002
- La respuesta acromática en CIECAM97s es una suma ponderada de respuestas de cono menos 2.05. Dado que el término de ruido total suma 3,05, esto significa que A y, en consecuencia, J y Q no son cero para el negro absoluto. Para solucionar esto, Li, Luo & Hunt sugirieron restar 3.05 en su lugar, por lo que la escala comienza en cero. [24] Aunque CIECAM97s fue un modelo exitoso para estimular y dirigir la investigación colorimétrica, Fairchild consideró que para aplicaciones prácticas eran necesarios algunos cambios. Los relevantes para los cálculos de luminosidad debían, en lugar de usar varios valores discretos para el factor de envolvente c, permitir la interpolación lineal de cy, por lo tanto, permitir que el modelo se use en condiciones de envolvente intermedias, y simplificar z para eliminar el caso especial para grandes estímulos porque sintió que era irrelevante para las aplicaciones de imágenes. [25] Basándose en resultados experimentales, Hunt, Li, Juan y Luo propusieron una serie de mejoras. Relevante para el tema en cuestión es que sugirieron reducir ligeramente z. [26] Li y Luo descubrieron que un espacio de color basado en un CIECAM97 modificado que usaba la luminosidad como una de las coordenadas era más uniforme en la percepción que el CIELAB. [27]
- Debido a la forma de la curva S de respuesta del cono, cuando se reduce la luminancia de un color, incluso si su composición espectral sigue siendo la misma, las diferentes respuestas del cono no cambian al mismo ritmo entre sí. Por lo tanto, es plausible que el tono y la saturación percibidos cambien a niveles de luminancia bajos. Pero CIECAM97s predice desviaciones mucho más grandes de lo que generalmente se cree probable y, por lo tanto, Hunt, Li y Luo sugirieron usar una curva de respuesta de cono que se aproxime a una curva de potencia para un rango mucho mayor de estímulos, por lo que el tono y la saturación se conservan mejor. [28]
- Todas estas propuestas, así como otras relacionadas con la cromaticidad, dieron como resultado un nuevo modelo de apariencia de color, CIECAM02. En este modelo, la fórmula de la ligereza sigue siendo la misma:
- J = 100 (A muestra / A blanco ) cz
- Pero todas las cantidades que se incorporan a esta fórmula cambian de alguna manera. El parámetro c ahora es continuamente variable como se discutió anteriormente yz = 1.48 + √n. Aunque esto es mayor que z en CIECAM97s, el factor de potencia efectiva total es muy similar porque el factor de potencia efectiva de la respuesta acromática es mucho menor:
- Como antes, esta fórmula asume condiciones brillantes. Aparte de 1220, que resulta de una constante de respuesta de cono asumida arbitrariamente, las diversas constantes en CIECAM02 se ajustaron a conjuntos de datos experimentales. La expresión del brillo también ha cambiado considerablemente:
- Tenga en cuenta que, contrariamente a la sugerencia de CIECAM97C, CIECAM02 no contiene ninguna disposición para el efecto Helmholtz-Kohlrausch. [29] [30]
Otros efectos psicológicos
Esta percepción subjetiva de la luminancia de forma no lineal es una cosa que hace que la compresión gamma de imágenes valga la pena. Además de este fenómeno, existen otros efectos relacionados con la percepción de la ligereza. La cromaticidad puede afectar la ligereza percibida como se describe en el efecto Helmholtz-Kohlrausch . Aunque el espacio CIELAB y sus parientes no tienen en cuenta este efecto sobre la luminosidad, puede estar implícito en el modelo de color de Munsell. Los niveles de luz también pueden afectar la cromaticidad percibida, como ocurre con el efecto Purkinje .
Ver también
- Brillo
- Tintes y matices
Notas
Referencias
- ^ La mayoría de las desventajas a continuación se enumeran en Una introducción técnica al video digital (1996) de Charles Poynton , aunque como meras declaraciones, sin ejemplos.
- ^ Kuehni, Rolf G. (febrero de 2002). "El desarrollo temprano del sistema Munsell". Investigación y aplicación del color . 27 (1): 20-27. doi : 10.1002 / col.10002 .
- ^ Hunt, Robert WG (18 de mayo de 1957). "Energía luminosa y sensación de brillo" . Naturaleza . 179 (4568): 1026. doi : 10.1038 / 1791026a0 . PMID 13430776 .
- ^ Valberg, Arne (2006). Color de visión de luz . John Wiley e hijos. pag. 200. ISBN 978-0470849026.
- ^ Sacerdote, Irwin G .; Gibson, KS; McNicholas, HJ (septiembre de 1920). "Un examen del sistema de color de Munsell. I: Reflexión espectral y total y la escala de valor de Munsell". Documento técnico 167 (3). Oficina de Normas de los Estados Unidos: 27. Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Munsell, AEO; Sloan, LL; Godlove, IH (noviembre de 1933). "Escalas de valor neutro. I. Escala de valor neutro Munsell". JOSA . 23 (11): 394–411. doi : 10.1364 / JOSA.23.000394 . Nota: Este documento contiene un estudio histórico que se remonta a 1760.
- ^ Munsell, AEO; Sloan, LL; Godlove, IH (diciembre de 1933). "Escalas de valor neutro. II. Una comparación de resultados y ecuaciones que describen escalas de valor". JOSA . 23 (12): 419–425. doi : 10.1364 / JOSA.23.000419 .
- ^ Newhall, Sidney M .; Nickerson, Dorothy; Judd, Deane B (mayo de 1943). "Informe final del subcomité OSA sobre el espaciado de los colores Munsell". Revista de la Optical Society of America . 33 (7): 385–418. doi : 10.1364 / JOSA.33.000385 .
- ^ Luna, Parry; Spencer, Domina Eberle (mayo de 1943). "Métrica basada en el estímulo de color compuesto". JOSA . 33 (5): 270-277. doi : 10.1364 / JOSA.33.000270 .
- ^ Saunderson, Jason L .; Milner, BI (marzo de 1944). "Más estudio del espacio ω". JOSA . 34 (3): 167-173. doi : 10.1364 / JOSA.34.000167 .
- ^ Hurvich, Leo M .; Jameson, Dorothea (noviembre de 1957). "Una teoría del proceso opuesto de la visión del color". Revisión psicológica . 64 (6): 384–404. doi : 10.1037 / h0041403 . PMID 13505974 .
- ^ Jameson, Dorothea; Leo M. Hurvich (mayo de 1964). "Teoría del brillo y contraste de color en la visión humana". Investigación de la visión . 4 (1–2): 135–154. doi : 10.1016 / 0042-6989 (64) 90037-9 . PMID 5888593 .
- ^ Ladd, JH; Pinney, JE (septiembre de 1955). "Relaciones empíricas con la escala de valor Munsell". Actas del Instituto de Ingenieros de Radio . 43 (9): 1137. doi : 10.1109 / JRPROC.1955.277892 .
- ^ Glasser, LG; AH McKinney; CD Reilly; PD Schnelle (octubre de 1958). "Sistema de coordenadas de color de raíz cúbica". JOSA . 48 (10): 736–740. doi : 10.1364 / JOSA.48.000736 .
- ^ Wyszecki, Günther (noviembre de 1963). "Propuesta de una nueva fórmula de diferencia de color". JOSA . 53 (11): 1318-1319. doi : 10.1364 / JOSA.53.001318 . Nota: Los asteriscos no se utilizan en el papel.
- ^ Pauli, Hartmut KA (1976). "Propuesta de extensión de la recomendación de la CIE sobre" Espacios de color uniformes, espacios de color y ecuaciones de diferencia de color y términos de colores métricos " ". JOSA . 66 (8): 866–867. doi : 10.1364 / JOSA.66.000866 .
- ^ Poynton, Charles; Funt, Brian (febrero de 2014). "Uniformidad de percepción en la representación y visualización de imágenes digitales". Investigación y aplicación del color . 39 (1): 6–15. doi : 10.1002 / col.21768 .
- ^ Ken-Ichi Naka y William Albert Hugh Rushton: La generación y propagación de potenciales S en peces (Cyprinidae)
- ^ Jean Mathieu Valeton y Dirk van Norren: Adaptación a la luz de conos de primates: un análisis basado en datos extracelulares
- ^ Thorstein Seim & Arne Valberg: Hacia un espacio de color uniforme: una fórmula mejor para describir las escalas de color de Munsell y OSA
- ^ Mark D. Fairchild: Modelos de apariencia de color § El modelo de apariencia de color CIE (1997), CIECAM97s
- ^ Robert William Gainer Hunt: Algunos comentarios sobre el uso del modelo de apariencia de color CIECAM97s
- ^ Ming Ronnier Luo y Robert William Gainer Hunt: la estructura del modelo de apariencia de color CIE 1997
- ^ Changjun Li, Ming Ronnier Luo y Robert William Gainer Hunt: una revisión del modelo CIECAM97s
- ^ Mark D. Fairchild: una revisión de CIECAM97s para aplicaciones prácticas
- ^ Robert William Gainer Hunt, Changjun Li, Lu-Yin Grace Juan y Ming Ronnier Luo: Más mejoras en CIECAM97s (también citado como mejoras adicionales en CIECAM97s )
- ^ Changjun Li y Ming Ronnier Luo: un espacio de color uniforme basado en CIECAM97s
- ^ Robert William Gainer Hunt, Changjun Li y Ming Ronnier Luo: funciones de respuesta de cono dinámico para modelos de apariencia de color
- ^ Nathan Moroney, Mark D. Fairchild, Robert William Gainer Hunt, Changjun Li, Ming Ronnier Luo y Todd Newman: el modelo de apariencia de color CIECAM02
- ^ Comité técnico de CIE: Modelos de apariencia del color para aplicaciones de gestión del color
enlaces externos
Medios relacionados con la ligereza en Wikimedia Commons