Зрение
От сетчатки и S/M/L-колбочек до метамерии, адаптации и standard observer: почему человеческое восприятие стало основой RGB и современной колориметрии.
Глаз не снимает спектр как лабораторный прибор. Он преобразует свет в ограниченное число рецепторных сигналов, а мозг сравнивает их между собой и с окружением. Поэтому одинаковый физический стимул может восприниматься по-разному в разных условиях.
Ключевые факты
Перекрывающиеся spectral sensitivities; не буквальные B/G/R detectors.
Три независимые величины позволяют моделировать большое число colour matches.
Современный стандарт описывает применение примерно для 1–4° visual field.
Предназначен для более крупных visual fields.
Схема смысловая: главное здесь перекрытие чувствительности, а не буквальные RGB-фильтры.
Фоторецепторы сетчатки делятся на палочки и колбочки. Палочки особенно важны при низкой освещённости и почти не дают цветового различения, а колбочки работают в фотопическом диапазоне и обеспечивают основу цветового зрения. Цветовая наука для дисплеев и видео в основном опирается на условия, где активна именно cone-mediated photopic vision.
Три класса колбочек имеют перекрывающиеся spectral sensitivity curves. S наиболее чувствительны к более коротким волнам, M — к средним, L — к более длинным, но каждый класс реагирует на достаточно широкий диапазон. Поэтому буквальное переименование S/M/L в B/G/R вводит в заблуждение.
Для большого класса цветовых стимулов зрительный ответ можно описать тремя независимыми величинами. Именно это сделало возможными тристимульную колориметрию, RGB-системы и CIE XYZ. Важно: математические tristimulus coordinates — это модель совпадения восприятия, а не прямые показания трёх типов колбочек.
Два разных спектра могут давать одинаковый или почти одинаковый тристимульный ответ и восприниматься как один цвет. Это позволяет дисплею с тремя primaries имитировать огромное число цветов реального мира. Но метамерное совпадение может распадаться для другого наблюдателя или другого illuminant — отсюда возникают metameric failure и сложные случаи с тканями, LED-светом и камерами.
Нейронная обработка строит противофазные и яркостные отношения: условно красно-зелёные, сине-жёлтые и светло-тёмные компоненты. Поэтому perceptual hue, brightness и colourfulness нельзя вывести простым чтением трёх cone responses. Это одна из причин, почему perceptual colour models устроены сложнее обычного RGB.
Белый лист выглядит белым и при тёплом комнатном свете, и при дневном освещении, хотя спектр света, попавшего в глаз, заметно меняется. Зрительная система частично компенсирует illuminant и перестраивает ощущение нейтрали. Технические chromatic adaptation transforms пытаются математически моделировать часть этого поведения.
Одинаковый участок изображения может казаться светлее, темнее, теплее или холоднее в зависимости от соседних областей и общей адаптации. Поэтому reference monitor без нейтрального окружения не решает всю задачу: viewing environment входит в систему оценки изображения.
Реальные люди немного различаются по цветочувствительности. Чтобы результаты измерений были воспроизводимыми, CIE стандартизировала colour-matching functions. CIE 1931 2° Standard Colorimetric Observer используется для небольших полей зрения, а дополнительный CIE 1964 10° observer — для более крупных полей. Это не «идеальный человек», а согласованная измерительная модель.
Scopes дают объективную информацию о сигнале, а зрение оценивает perceptual result. Но глаза адаптируются, устают и зависят от окружения. Поэтому серьёзный грейдинг сочетает calibrated display, контролируемое окружение, scopes, reference images и регулярные перерывы, а не полагается только на одно из этих звеньев.
Когда картинка «вдруг стала нормальной» после десяти минут просмотра, это не обязательно значит, что вы её исправили — возможно, к ней адаптировалось зрение. Именно поэтому reference viewing и scopes критичны.
Технические определения привязаны к организациям стандартов и первичным спецификациям там, где это действительно важно.
