Von Kriesův zákon o koeficientu - Von Kries coefficient law

The von Kriesův zákon o koeficientu v barevné adaptaci popisuje vztah mezi osvětlovačem a lidský vizuální systém citlivost.^[1] Zákon odpovídá za přibližnou stálost barev v lidském vizuálním systému.^[2] Jedná se o nejstarší a nejčastěji používaný zákon pro kvantifikaci barevné adaptace,^[3] a je široce používán v oblasti vidění a chromatické adaptace.

Zákon von Kriesova koeficientu kompenzuje změnu osvětlení pomocí čistě diagonálního měřítka absorpcí kužele.^[4] I když zákon neposkytuje přesný údaj o opravě, obvykle poskytuje přiměřenou aproximaci.

Dějiny

Helmholtz a Young – Helmholtzova teorie

Zákon von Kriesova koeficientu vychází z teorií a výzkumu prováděného Hermann von Helmholtz. Německý fyzik a lékař Helmholtz tvrdil, že „dotyčná nervová látka je méně citlivá na reagující světlo dopadající na ni než zbytek sítnice, který nebyl dříve stimulován“. Helmholtz spolu s Thomasem Youngem navrhli trichromatickou teorii neboli Young-Helmholtzovu teorii, podle které sítnice obsahuje tři typy čípků, které reagují na světlo tří různých vlnových délek, což odpovídá červené, zelené nebo modré barvě. Aktivace těchto kuželů v různých kombinacích a v různé míře vede k vnímání jiných barev.

Experimenty

Zatímco von Kries a další vědci neměli prostředky k vyzkoušení výsledků jeho uvedeného zákona, jiní vyzkoušeli jeho zákon koeficientu odhadem vlastní vektory měřených lineárních transformací. Mnoho vědců, včetně Eileen Wassof (1959), Burnham et al. (1957) a Macadam [12] odmítl jeho zákon jako nedostatečně přesný. Mezi predikcí a experimentem byly často hlášeny systematické nesrovnalosti.^[5]

Chromatická adaptace

Zákon předpokládá, že ačkoli jsou reakce tří typů kuželů (R, G a B) ovlivněny odlišně chromatickou adaptací, spektrální citlivosti každého ze tří kuželových mechanismů zůstávají nezměněny.^[6] Pokud je tedy jeden ze tří kuželů méně stimulován než ostatní, citlivost se úměrně sníží. Specifické množství, o které je toto číslo sníženo, nepřímo souvisí s relativními silami aktivace distribucí energie konkrétního světla.^[7]

Rovnice

Zákon von Kriesova koeficientu lze vyjádřit následujícími rovnicemi:

${ displaystyle R_ {c} = R}$ α

${ displaystyle G_ {c} = G}$ β

${ displaystyle B_ {c} = B}$ y

, kde ${ displaystyle R_ {c}, G_ {c},}$ a ${ displaystyle B_ {c}}$ jsou reakce kuželu stejného pozorovatele a ${ displaystyle R, G,}$ a ${ displaystyle B}$ jsou všechny kónické odpovědi stejného pozorovatele; jediný rozdíl je v tom ${ displaystyle R_ {c}, G_ {c},}$ a ${ displaystyle B_ {c}}$ jsou zobrazeny pod referenčním osvětlovačem, zatímco druhá sada hodnot je experimentální. α, β a γ jsou von Kriesovy koeficienty odpovídající snížení citlivosti tří kuželových mechanismů v důsledku chromatické adaptace.^[6]

Li ${ displaystyle R_ {wr}, G_ {wr},}$ a ${ displaystyle B_ {wr}}$ jsou definovány jako reakce kužele pro referenční bílou pod referenčními a testovacími osvětlovacími látkami a ${ displaystyle R_ {w}, G_ {w},}$ a ${ displaystyle B_ {w}}$ jsou tedy kuželové odezvy pro zkušební osvětlovače

${ displaystyle { frac {R} {R_ {w}}} = { frac {R_ {c}} {R_ {wr}}}}$

${ displaystyle { frac {G} {G_ {w}}} = { frac {G_ {c}} {G_ {wr}}}}$

${ displaystyle { frac {B} {B_ {w}}} = { frac {B_ {c}} {B_ {wr}}}}$

Pomocí těchto řešení koeficientů získáme:

α${ displaystyle = { frac {R_ {wr}} {R_ {w}}}}$

β${ displaystyle = { frac {G_ {wr}} {G_ {w}}}}$

y${ displaystyle = { frac {B_ {wr}} {B_ {w}}}}$

Tento zákon platí pro barevný prostor kuželů, i když se ukázalo, že je použitelný i pro jiné barevné prostory.^[8]

Vyhodnocení / účinnost zákona

Bylo provedeno mnoho studií ke studiu přesnosti a použitelnosti práva. Většina studií dospěla k závěru, že zákon je obecnou aproximací, která nemůže zohlednit veškerou specifičnost potřebnou k získání přesné odpovědi; různé studie a jejich výsledky budou shrnuty níže. Wirth ve výzkumu provedeném v letech 1900 až 1903 prostřednictvím svých studií prokázal, že zákon lze považovat za „téměř platný pro reakci světel, která nejsou příliš slabá“.^[6] Teorie citlivosti a reagujícího světla byla také hodnocena a zdůrazněna Wrightem ve studiích z roku 1934, kde uvedl: „Nyní předpokládejme, že R ', G' a B 'jsou hypotetické podněty, které vytvářejí odpovědi podél A, B a C, ... tři nezávislá sada vláken do mozku. Potom snížení citlivosti způsobené adaptací světla způsobí u testovací barvy, která stimuluje samotnou A, útlum intenzity R ', ale žádná změna barvy; podobně, pokud jsou B nebo C stimulovány samostatně. “

Bylo také známo, že zákon von Kriesova koeficientu je nepřesným prediktorem experimentů asymetrické shody.^[9] Lze to však považovat za způsob, jak zmírnit stálost barev - modely zobrazují stálost barev, pouze pokud zákon podle von Kriesova koeficientu zobrazuje stálost barev. Jakékoli nesrovnalosti ve výpočtech jsou proto způsobeny chováním vizuálního systému v souladu s novějšími modely

Další výzkum Briana Wandella o zjištěních Wassofa odhalil, že když jsou objekty analyzované zákonem koeficientů ve stejném kontextu, míra absorpce kužele, jak je realizována zákonem, se shoduje s experimentálními hodnotami. Pokud jsou však tyto dva objekty vidět pod různými osvětlovacími látkami, absorpce kužele nekoreluje se skutečnými hodnotami. V každém kontextu pozorovatel používá vzor absorpce kužele k odvození barevného vzhledu, pravděpodobně porovnáním relativních rychlostí absorpce kužele. Barevný vzhled je interpretací fyzikálních vlastností objektů v obraze.^[4]

Prevalence

Aplikace

Navzdory různým nesrovnalostem, které lze vidět v zákoně von Kriesova koeficientu, je zákon široce používán v mnoha aplikacích a dokumentech o barvách a vidění. Například mnoho chromatických adaptačních platforem (CAT) je založeno na zákonu von Kriesova koeficientu.^[6] Používá se v mnoha aplikacích, zejména v mnoha psychofyzikálních výzkumech. To bylo použito v aplikacích od psychofyzické práce výzkumníky jako Takasari, Judd a Pearson; to bylo také používáno v elektrofyziologických experimentech.

I když byly alternativy k zákonu von Kriesova koeficientu vychovávány a studovány (například teorie chromatické adaptace odezvy oponenta Jamesona a Hurvicha), nikdy nedosáhly úrovně prevalence zjištěné jednoduchostí zákona von Kriesova koeficientu.

Téměř všechny komerční digitální fotoaparáty používají k modelování variací a chromatické adaptace zákon von Kriesova koeficientu.

von Kriesova transformace

Jednou z derivací zákona von Kriesova koeficientu je von Kriesova transformace, metoda chromatické adaptace, která se někdy používá při zpracování obrazu z fotoaparátu. Pomocí zákona o koeficientu, reakce kužele ${ displaystyle c '}$ ze dvou zářivých spekter lze porovnat vhodnou volbou diagonálních adaptačních matic D₁ a D₂:^[10]

${ displaystyle c '= D_ {1} , S ^ {T} , f_ {1} = D_ {2} , S ^ {T} , f_ {2}}$

kde ${ displaystyle S}$ je matice citlivosti kužele a ${ displaystyle f}$ je spektrum podmíněného stimulu. To vede k von Kriesova transformace pro chromatickou adaptaci v Barevný prostor LMS (odezvy prostoru pro reakci kužele s dlouhou, střední a krátkou vlnovou délkou):

${ displaystyle D = D_ {1} ^ {- 1} D_ {2} = { begin {bmatrix} L_ {2} / L_ {1} & 0 & 0 0 & M_ {2} / M_ {1} & 0 0 & 0 & S_ {2} / S_ {1} end {bmatrix}}}$

Reference