Kromatska adaptacija

Adaptacija je sposobnost organizma da mijenja svoju osjetljivost na podraaje ovisno o promjenama znaajki podraaja.

Razliiti mehanizmi adaptacije mogu raditi ili u izrazito kratkom ili dugom vremenu.

U adaptaciji sudjeluju tapii i unjii,

fotopika (dnevna) adaptacija vezana na percepciju oblika i boja

skotopika (nona) adaptacija je vezana na diferencijaciju osjeta svjetlosti i pokreta

https://www.youtube.com/watch?v=6lky4HqqDYE

.

Adaptacija na svjetlost je smanjivanje osjetljivosti s poveanjem nivoa luminancije.

Najbolji primjer je vidljivost zvijezda nou, koje ne moemo vidjeti po dnevnom svjetlu. Uzrok tome je promjena u nivou luminancije, koja daje mogunost opaanja milijun zvijezda nou, ali je nedovoljna da omogui njihovo opaanje danju.

Drugi primjer je izlazak iz kina kada nismo u mogunosti smo da jasno vidimo okolinu. Mehanizam vida bio je

maksimalno osjetljiv u mranoj prostoriji kina, a kada smo izali na sunevo svjetlo mehanizam je preoptereen.

Adaptacija na tamu je slina adaptaciji na svjetlost, ali postoji razlika u vremenu adaptacije (adaptacija na

svjetlo je bri proces).

Funkcija nelinearnog odziva pokazuje promjenu osjetljivosti u ovisnosti o luminanciji pri emu se uoava smanjenje osjetljivosti kod malih nivoa luminancije, a

kompresija kod velikih nivoa

Kromatska adaptacija

automatski odziv na promjene u konfiguraciji podraaja

Mehanizmi kromatske adaptacije se mogu podijeliti u dvije grupe:

osjetilni mehanizmi, koji automatski reagiraju na energiju podraaja i

spoznajni mehanizmi, koji se zasnivaju na poznavanju scene.

Za djelovanje osjetilnih mehanizama su odgovorne fotoosjetljive stanice i ivane stanice na poetku procesiranja signala.

Djelovanje spoznajnih mehanizama je posljedica procjene izgleda objekta na dnevnom svjetlu, a budui da boja objekta predstavlja predmet interesa

promatraa, on postaje nesvjestan osjeta na kojem se zasniva njegova procjena.

Prikaz djelovanja kromatske adaptacije (lijevo su prikazane neovisne

promjene osjetljivosti unjia, a desno lociranje procesa na mrenici)

https://www.youtube.com/watch?v=_5pDniEsUPw

Osjetilni mehanizam reagira na spektralnu raspodjelu zraenja podraaja

a spoznajni mehanizam reagira na "poznatu" boju izvora svjetla

Vana osobina kromatske adaptacije je njeno trajanje, pa je istraivanje pokazalo da je najkrae vrijeme koje promatra treba da bi se prilagodio danim uvjetima i mogao usporeivati podraaje 60 sekundi, uz konstantan izvor svjetlosti.

Vani podaci za kromatsku adaptaciju predstavljaju odgovarajue boje (corresponding colors data).

Dva podraaja, koja se promatraju u razliitim uvjetima promatranja, a podudaraju se u prikazu, predstavljaju

par odgovarajuih boja.

Tropodraajne vrijednosti oba podraaja, X1Y1Z1 i X2Y2Z2 su rijetko numeriki jednake. Do ovih podataka se dolazi vizualnim usporeivanjem boja u razliitim uvjetima promatranja, pri emu treba definirati kako je usporeivanje bilo provedeno.

Asimetrino usporeivanje se primjenjuje kod ispitivanja skupa boja u razliitim uvjetima promatranja. Idealni sluaj usporeivanja boja bi bilo usporeivanje podraaja koji bi bili smjeteni jedan pored drugog.

Kod haploskopskog usporeivanja, jedno oko je prilagoeno na jedan uvjet promatranja a drugo na drugi uvjet promatranja. Podraaj koji se ispituje u jednom oku, se usporeuje s podraajem u drugom oku. Pretpostavka je da se adaptacija odvija nezavisno u oba

oka, to ne vrijedi u sluaju spoznajnih mehanizama.

Kod memorijskog usporeivanja boja promatra izjednaava boje u odreenim uvjetima promatranja u odnosu na zapamenu boju podraaja koju je promatrao u drugim uvjetima promatranja.

Kod usporeivanja boja procjenom veliine, promatrai dodjeljuju vrijednosti razliitim karakteristikama boje: ton, zasienje i svjetlina.

Krugovima su predstavljene kromatske koordinate boja kod

izvora svjetla D65 koje su

izjednaene s bojama kod izvora svjetla A ije kromatske koordinate su predstavljene trokutima. Ovi

podaci predstavljaju izjednaenje u prikazu boja pri razliitim uvjetima promatranja i mogu se

koristiti za ispitivanje modela za

prikaz boja, uzimajui podatke za prve uvjete promatranja, koristei model za predvianje izjednaenja svjetline i zasienja u drugim uvjetima promatranja te

provedbom usporedbe rezultata

predvienih uporabom modela i vizualnih rezultata.

Primjer odgovarajuih boja za promjene u kromatskoj adaptaciji izvora svjetlosti D65 u izvor svjetlosti A

Model kromatske adaptacije

Model kromatske adaptacije omoguuje predvianje podataka odgovarajuih boja.

,....., whitea LLfL

,....,whitea

MMfM

,....,whitea

SSfS

Model kromatske adaptacije je projektiran da:

predvidi signale unjia, La, Ma, i Sa, nakon to su svi utjecaji kromatske adaptacije ukljueni nakon poetnog signala unjia, L, M i S.

Potrebno je odrediti i pobudu unjia za adaptirajui podraaj, Lwhite, Mwhite, i Swhite.

Model kromatske adaptacije se moe preoblikovati u transformaciju kromatske adaptacije kombiniranjem

poetnih podataka za jedan uvjet promatranja s inverznim modelom za drugi uvjet promatranja.

Transformacija je izraena u obliku CIE tropodraajnih vrijednosti:

,....,,2112 whitewhite

XYZXYZXYZfXYZ

Da bi se tono odredio psiholoki mehanizam kromatske adaptacije, potrebno je predstaviti podraaj u obliku pobude L, M i S unjia, to se moe aproksimirati linearnom transformacijom (3 x 3 matrica) CIE tropodraajnih vrijednosti.

Dijagram toka kromatske adaptacije

Potpuni postupak kromatske adaptacije ima slijedei dijagram toka:

zapoinje sa CIE tropodraajnim vrijednostima (X1 Y1 Z1) za prvi uvjet promatranja,

provodi se transformacija ovih vrijednosti u pobudu unjia (L1 M1 S1),

ukljuuje se informacija o prvom uvjetu promatranja (VC1) koristei model kromatske adaptacije za predvianje adaptiranog signala unjia (La Ma Sa),

provodi se suprotni proces za drugi uvjet promatranja (VC2) za odreivanje odgovarajuih boja u obliku pobude unjia (L2 M2 S2) i konano CIE tropodraajnih vrijednosti (X2 Y2 Z2).

Kromatska adaptacija je vana karakteristika ljudskog vizualnog sustava za razumjevanje modela za prikaz boje.

Nedostatak modela kromatske adaptacije je nemogunost predvianja karakteristika boja, to je neophodno kod obrade slika i odreivanje opsega boja.

Postoji nekoliko modela kromatske adaptacije. Svi se zasnivaju na signalima koji predstavljaju odziv unjia, pa je zbog toga u aplikacijama koje koriste CIE kolorimetriju vano transformirati CIE tropodraajne vrijednosti XYZ u odziv unjia (LMS, RGB ili ),

Odziv unjia je prikazan koritenjem linearne transformacije tropodraajnih vrijednosti i ta transformacija je zajednika razliitim modelima kromatske adaptacije.

Transformacija signala unjia u tropodraajne vrijednosti

Model Von Kriesa

gdje L, M i S predstavljaju poetni odziv unjia, kL, kM i kS su koeficijent koji se koriste za mjerenje pobuenih stanica, a La Ma i Sa su signali unjia nakon adaptacije.

LkL La MkM Ma SkS Sa

CRNOL Lk 1 BIJELOL Lk 1

CRNOM Mk 1 BIJELOM Mk 1

CRNOS Sk 1 BIJELOS Sk 1

Von Kriesov model se moe koristiti za izraunavanje odgovarajuih boja izmeu dva razliita uvjeta promatranja, tako da se dobiveni signali nakon adaptacije za prve uvjete

promatranja izjednae sa signalima nakon adaptacije za drugi uvjet promatranja. Nakon toga se primjeni inverzni model za

drugi uvjet promatranja, pa se nakon ta tri koraka mogu

izraunati odgovarajue boje

L2 = L2 Lmax1( )Lmax2

M2 = M2 Mmax1( )Mmax2

S2 = S2 Smax1( )Smax2

U veini sluajeva, prikladnije je izraziti model kromatske adaptacije u obliku transformacijske matrica

La

Ma

Sa

=

1/ Lmax 0.0 0.0

0.0 1/Mmax 0.0

0.0 0.0 1/ Smax

L

M

S

Izraunavanje odgovarajuih boja za dva razliita uvjeta promatranja moe se proiriti preko tropodraajnih vrijednosti (XYZ) u relativni odziv unjia (LMS)

X2

Y2

Z2

=M -1Lmax2 0.0 0.0

0.0 Mmax2 0.0

0.0 0.0 Smax2

1/ Lmax1 0.0 0.0

0.0 1/Mmax1 0.0

0.0 0.0 1/ Smax1

M

X1

Y1

Z1

Fairchildov model

predstavlja modifikaciju von Kriesove hipoteze

ukljuuje mogunost predvianja stupnja adaptacije temeljenog na samom podraaju adaptacije

Model je prikazan kao slijed matrinih mnoenja, gdje prvi korak predstavlja transformaciju CIE tropodraajnih vrijednosti XYZ, u tropodraajne vrijednosti LMS, za prve uvjete promatranja pri emu se koristila Hunt-Pointer-Estevaz transformacija koja koristi normalizirani izvor svjetlosti D65

L1

M1

S1

= M

X1

Y1

Z1

M =

0.4002 0.7076 -0.0808

-0.2263 1.1653 0.0457

0.0 0.0 0.9182

Slijedei korak je primjena modificiranog oblika von Kriesove kromatske adaptacije koja ukljuuje nepotpunu adaptaciju

L1

M1

S1

=A1

L1

M1

S1

A1 =

aL 0.0 0.0

0.0 aM 0.0

0.0 0.0 aS

aM =pM

MnpM =

1+Ynv +mE( )

1+Ynv +1/mE( )

mE =3 Mn /ME( )

Ln / LE +Mn /ME + Sn / SE

aL, aS, pL i pS za osjetljivost unjia na kratke (S) i duge (L) valne duljine, izraunavaju se na isti nain kao i aM pM a Yn luminancija adaptirajueg podraaja u (cd/m2). Izrazi s indeksom n se odnose na adaptirajui podraaj, a oni koji imaju indeks E na izoenergetski izvor svjetlosti. Eksponent v je jednak

1/3. Kada je prisutno zanemarivanje izvora svjetlosti, pL, pS i pM imaju

vrijednost 1.0. aL, aS i aM su modificirani von Kriesovi koeficijenti, a pM, pL i pS predstavljaju omjere potpune von Kriesove adaptacije Kada je adaptacija potpuna p ima vrijednost 1. Nivo adaptacije se poveava s porastom luminancije, a smanjuje ako se kromatske koordinate udaljavaju od

izoenergetskog izvora.

Zadnji korak u raunanju podraaja poslije adaptacije je transformacija koja omoguuje meusobno djelovanje izmeu tri tipa unjia, ovisno o luminanciji:

La

Ma

Sa

=C1

L1

M1

S1

C =

1.0 c c

c 1.0 c

c c 1.0

c = 0,219-0,0784log10(Yn )

gdje je c uveden za predvianje efekta koji su ovisni o luminanciji Da bi se odredile odgovarajue kromatske koordinate za druge uvjete promatranja, moraju se dobiti matrice A i C za te uvjete (A2 i C2), dobiti inverzne matrice ( i )i primijeniti ih na nain koji je prikazan kroz sljedee jednadbe

A2-1 C2

-1

Potpuni model se moe prikazati pomou:

L2

M2

S2

=C2-1

La

Ma

Sa

L2

M2

S2

=C2-1

La

Ma

Sa

X2

Y2

Z2

=M-1L2

M2

S2

X2

Y2

Z2

=M-1A2-1C2

-1C1A1M

X1

Y1

Z1

Neki eksperimenti su pokazali da uvoenje C matrice unosi neeljenu ovisnost o luminanciji. Rezultat je pomak u svjetlini, to ne izaziva promjenu u kvaliteti reprodukcije ali uvodi sustavnu pogreku u predvianju boje objekta. Zbog toga je dolo do revizije modela, pri emu C matrica izostavljena. Tako se poboljalo predvianje za uniformne boje

https://www.youtube.com/watch?v=g1KrpsV3-_Y