创建精确的颜色:新的算法给数字图像更真实的颜色

数字图像更现实的彩色光学设置

数字化颜色的新方法可以应用于摄像机,显示器和LED照明。因为所研究的颜色空间不是依赖于设备,所以即使使用不同的设备,也应该感应为相同的值。图为研究人员构建的光学设置的一角。信誉:闵秋q油漆研究小组,Westlake大学

这种方法可以帮助改善电子显示器的颜色,并创造更自然的LED照明。

如果你曾经试过用智能手机捕捉日落,你就会知道日落的颜色并不总是和你在现实生活中看到的一样。研究人员正在接近解决这个问题,他们使用了一套新的算法,使以更真实的方式记录和显示数字图像中的颜色成为可能。

“当我们看到一个美丽的场景时,我们想要记录下来,并与他人分享,”中国西湖大学纳米技术光子学与仪器仪表实验室(PAINT)负责人邱敏说。“但我们不想看到数码照片或视频的颜色不对。我们的新算法可以帮助数码相机和电子显示器开发商更好地让他们的设备适应我们的眼睛。”

视神经节邱和他的同事们描述了一种将颜色数字化的新方法。它可以应用于相机和显示器——包括用于电脑、电视和移动设备的显示器——并用于微调LED照明的颜色。

“我们的新方法可以改善当今商业可用的显示器,或增强新技术的真实感,如用于虚拟现实的近眼显示器和增强现实眼镜,”PAINT研究小组成员王吉勇(Jiyong Wang)说。“它还可以用来为医院、隧道、潜艇和飞机制造精确模拟自然阳光的LED照明。例如,这可以帮助那些缺乏阳光照射的人调节昼夜节律。”


研究人员开发了将数字信号与标准CIE颜色空间中的颜色相关联的算法。该视频显示如何通过混合三种光的光线在CIE 1931色图中创建各种颜色。信誉:闵秋q油漆研究小组,Westlake大学

混合数字颜色

电视或智能手机屏幕上的数字颜色通常是由红、绿、蓝(RGB)组合而成,每一种颜色都有一个值。例如,RGB值(255,0,0)表示纯红色。RGB值反映由电子设备产生的三个主光源的相对混合比例。然而,并非所有设备都以相同的方式产生主光,这意味着相同的RGB坐标在不同设备上看起来可能是不同的颜色。

还有其他方式或颜色空间,用于定义色调,饱和度,值(HSV)或青色,洋红色,黄色和黑色(CMYK)等颜色。为了使其可以比较不同颜色空间中的颜色,国际照明委员会(CIE)发出的标准,用于根据我们眼睛的光学响应来定义对人类可见的颜色。应用这些标准要求科学家和工程师在设计和校准其电子设备时将数字化计算机的颜色空间(如RGB)转换为基于CIE的颜色空间。

在新的工作中,研究人员开发了直接将数字信号与标准CIE颜色空间中的颜色直接相关的算法,使得不需要颜色空间转换。通过CIE标准定义的颜色通过添加性颜色混合来创建。该过程涉及计算由数字信号驱动的主要光线的CIE值,然后将那些混合在一起以创建颜色。为了基于CIE标准进行编码颜色,算法将每种原色的数字脉冲信号转换为CIE颜色空间的独特坐标。为了解码颜色,另一种算法从CIE颜色空间中的预期颜色提取数字信号。

“我们的新方法将数字信号直接映射到CIE的颜色空间,”王说。因为这种颜色空间并不依赖于设备,所以即使使用了不同的设备,同样的值也应该被视为相同的颜色。我们的算法还可以独立精确地处理颜色的其他重要属性,如亮度和色度。”

创建精确的颜色

研究人员用涉及LED和激光器的照明,显示和传感应用测试了他们的新算法。他们的结果非常符合他们的期望和计算。例如,它们表明,作为亮度独立于亮度的彩色度的色度可以控制,对于LED的偏差,对于LED和激光器,0.001。这些价值观如此之小,大多数人都无法察觉到任何颜色的差异。

研究人员表示,该方法已准备好应用于LED灯和商业可用的显示器。然而,要想精确地再现我们肉眼所见的东西,还需要解决更多的科学和技术问题。例如,为了记录我们看到的场景,数码相机中的颜色传感器需要像我们眼睛中的感光器一样对光线做出反应。

为了进一步建立工作,研究人员正在采用最先进的纳米技术来增强彩色传感器的灵敏度。这可以应用于人工视觉技术,以帮助那些具有色盲的人。

参考文献:“加性数字脉冲编码的非线性彩色空间”,唐妮,张磊,周建斌,于建东,陈博曲,彭宇新,田晓青,闫伟,王继勇,邱敏,2021年7月1日,视神经节
DOI:10。1364 /Optica。422287

第一个发表评论“创建精确的颜色:新算法给出数字图像更加现实的颜色”

留下你的评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。