如果你嘗試過用手機拍日落，就會發(fā)現(xiàn)照片的顏色和現(xiàn)實總是有落差;網(wǎng)購衣服的顏色和在手機屏幕上看到的永遠(yuǎn)不同……“色差”一直困擾著被數(shù)字影像包圍的人們。
針對這一問題，西湖大學(xué)光學(xué)工程講席教授仇旻團隊提出以人眼感知為基準(zhǔn)的顏色空間，替代以物理器件本身為基準(zhǔn)的顏色空間，以解決顏色在保存和復(fù)現(xiàn)過程中的失真問題。相關(guān)成果近日發(fā)表于《光學(xué)》期刊。
“我們看到美麗的風(fēng)景時，會想記錄下來與他人分享。”論文共同通訊作者仇旻說，“但我們不想看到顏色有差異的照片或視頻。我們的新算法可以幫助數(shù)碼相機和電子顯示屏開發(fā)商更好地調(diào)整設(shè)備，以適應(yīng)人眼。”
混合的數(shù)字顏色
電視或智能手機屏幕上的數(shù)字顏色通常是由紅、綠、藍(lán)(RGB)三色組合而成，每種顏色都有一個值。例如，RGB值為(255、0、0)表示純紅色。RGB值反映由電子設(shè)備產(chǎn)生的3個主光源的相對混合比例。然而，并非所有的設(shè)備都以相同的方式產(chǎn)生主光，這意味著相同的RGB坐標(biāo)在不同的設(shè)備上可能是不同的顏色。
其他的顏色空間也可以用于定義顏色，如色相、飽和度、明度(即HSV)，或青色、品紅、黃色和黑色(CMYK)。
但不同的顏色空間如何實現(xiàn)顏色對比呢?對此，國際照明委員會(CIE)發(fā)布了基于人眼的光學(xué)反應(yīng)來定義人們可以看到顏色的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)要求科學(xué)家和工程師在設(shè)計和校準(zhǔn)電子設(shè)備時，將基于計算機的數(shù)字顏色空間(如RGB)轉(zhuǎn)換為基于CIE的顏色空間。
在新研究中，作者開發(fā)了一種算法，可直接將數(shù)字信號與CIE標(biāo)準(zhǔn)顏色空間中的顏色關(guān)聯(lián)起來。“我們的新方法將數(shù)字信號直接映射到CIE顏色空間。”論文共同通訊作者王紀(jì)永說，“因為這種顏色空間并不依賴于設(shè)備，所以即便使用不同的設(shè)備，同樣的值也應(yīng)該被認(rèn)為是相同的顏色。我們的算法還可以獨立而精確地處理其他重要的顏色屬性，如亮度和色度。”
創(chuàng)建更精準(zhǔn)的顏色
CIE標(biāo)準(zhǔn)定義的顏色是通過加色混合產(chǎn)生的。這個過程包括計算由數(shù)字信號驅(qū)動的主光源CIE值，然后將這些光混合在一起產(chǎn)生顏色。
為了根據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)對顏色進行編碼，王紀(jì)永表示，新算法將每個原色的數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為CIE顏色空間的唯一坐標(biāo)。為了解碼顏色，另一種算法能從CIE顏色空間的期望顏色中提取數(shù)字信號。
研究人員用照明、顯示和傳感應(yīng)用測試了新算法，相關(guān)應(yīng)用包括LED燈和激光。研究結(jié)果與作者預(yù)期和計算結(jié)果一致。例如，他們證明了色度(不依賴于亮度的色彩度量)可用僅為0.0001的偏差(對LED)和0.001的偏差(對激光)來控制。這些偏差十分細(xì)微，大多數(shù)人無法察覺到任何色差。
“我們的新方法可以改進商用顯示器，或增強新技術(shù)的真實感，比如用于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實眼鏡的近眼顯示器。”王紀(jì)永說，它還可以用于為醫(yī)院、隧道、潛艇和飛機制造精確模擬自然陽光的LED照明。
然而，研究人員表示，要準(zhǔn)確再現(xiàn)人眼所見的最終目標(biāo)，還需要解決更多的科學(xué)和技術(shù)問題。例如，要記錄人們看到的場景，數(shù)碼相機中的顏色傳感器需要像人眼中的光感受器一樣對光做出反應(yīng)。
目前，研究人員正使用最先進的納米技術(shù)提高顏色傳感器的靈敏度。這有很多應(yīng)用場景，例如可以應(yīng)用于人工視覺技術(shù)幫助色盲者。
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