【计算机视觉】人类颜色感知、光受体、光波长和颜色信息以及颜色匹配
顏色感知、顏色匹配與感受體
- 光受體、光波長與顏色信息
- 人類顏色感知
- 顏色匹配
- 三原色原理
- 格拉斯曼定律
- 顏色感受體
- 單度量原則
- 感受體的反應(yīng)
光受體、光波長與顏色信息
攝像機(jī)中的光受體和人眼中的光受體會(huì)對(duì)不同的光波長做出或強(qiáng)或弱的強(qiáng)度反應(yīng)。大多數(shù)的攝像機(jī)和大多數(shù)的人眼具有不同類型的光受體,這些光受體會(huì)對(duì)不同大小的光波長敏感。
不同類型的傳感器對(duì)輸入不同光波長的光產(chǎn)生不同的能量響應(yīng),這種響應(yīng)即為顏色信息。
人類顏色感知
從源射出的光線,或者從表面反射的光線根據(jù)不同的光波長具有或多或少的能量值,該能量值的大小取決于光的產(chǎn)生過程。這種關(guān)于光波長的能量的分布有時(shí)也稱之為光譜能量密度。
客觀而言, 人眼中不同的顏色感受體根據(jù)不同波長的光進(jìn)行或多或少的感應(yīng),由此產(chǎn)生的信號(hào)通過人的視覺系統(tǒng)解析為顏色信息。
主觀而言, 特定的顏色精確解析器是非常復(fù)雜的,照度、物體識(shí)別和情感都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生作用。而對(duì)于顏色的精確描述,通過研究顏色匹配理論,我們可以通過理解哪些光譜能量密度在簡(jiǎn)單條件下產(chǎn)生與人眼相似的響應(yīng)。
顏色匹配
下圖中,我們?cè)谧髠?cè)半?yún)^(qū)觀察到彩色光——測(cè)試光,我們想嘗試對(duì)右側(cè)半?yún)^(qū)光的混合達(dá)到兩邊區(qū)域顏色的匹配。調(diào)整的方式基于三原色原理,且可表示為代數(shù)形式:
T=w1P1+w2P2+w3P3T=w_1P_1+w_2P2+w_3P_3T=w1?P1?+w2?P2+w3?P3?
圖如下,三原色原理如下下:
三原色原理
人眼中,具有三種不同類型的顏色感受體,其相互“獨(dú)立”,即沒有兩種原色的混合可生成第三種原色;而通過三原色的混合,可以構(gòu)建整個(gè)顏色體系。
格拉斯曼定律
光的匹配過程是精確近似于線性的,滿足格拉斯曼定律。首先,如果混合兩種測(cè)試光,那么將兩種測(cè)試光對(duì)應(yīng)的匹配混合起來就會(huì)得到混合光的匹配,即:
若:Ta=wa1P1+wa2P2+wa3P3T_a=w_{a1}P_1+w_{a2}P_2+w_{a3}P_3Ta?=wa1?P1?+wa2?P2?+wa3?P3?
且:Tb=wb1P1+wb2P2+wb3P3T_b=w_{b1}P_1+w_{b2}P_2+w_{b3}P_3Tb?=wb1?P1?+wb2?P2?+wb3?P3?
那么:Ta+Tb=(wa1+wb1)P1+(wa2+wb2)T2+(wa3+wb3)T3T_a+T_b=(w_{a1}+w_{b1})P_1+(w_{a2}+w_{b2})T_2+(w_{a3}+w_{b3})T_3Ta?+Tb?=(wa1?+wb1?)P1?+(wa2?+wb2?)T2?+(wa3?+wb3?)T3?
若:Ta=w1P1+w2P2+w3P3T_a=w_{1}P_1+w_{2}P_2+w_{3}P_3Ta?=w1?P1?+w2?P2?+w3?P3?
且:Tb=w1P1+w2P2+w3P3T_b=w_{1}P_1+w_{2}P_2+w_{3}P_3Tb?=w1?P1?+w2?P2?+w3?P3?
那么:Ta=TbT_a=T_bTa?=Tb?
若:Ta=w1P1+w2P2+w3P3T_a=w_{1}P_1+w_{2}P_2+w_{3}P_3Ta?=w1?P1?+w2?P2?+w3?P3?
那么:kTa=kw1P1+kwa2T2+kwa3T3kT_a=kw_{1}P_1+kw_{a2}T_2+kw_{a3}T_3kTa?=kw1?P1?+kwa2?T2?+kwa3?T3?,k非負(fù)
顏色感受體
通常,人眼中有三種不同類型的顏色感受體 (Color Receptor) 調(diào)節(jié)顏色感知,這是三原色原理存在的原因,每種感受體均將入射光轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)信號(hào)。
單度量原則
科學(xué)家通過解剖光感細(xì)胞,并測(cè)量它們對(duì)不同的波長的光的反應(yīng),或從顏色匹配反向推理,能夠通過一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得:感受體的活動(dòng)只有一種類型,例如反應(yīng)很強(qiáng)烈或很弱,但是并不對(duì)接收到的光的波長起反應(yīng)。
單度量原則是一個(gè)非常好的想法,其提供了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的模型:如果感受器對(duì)兩種光產(chǎn)生同樣的反應(yīng),那么它們之間是匹配的,而不考慮它們的光譜能量密度。
感受體的反應(yīng)
由于系統(tǒng)的匹配是線性的,感受體也必須是線性的。記 pkp_kpk? 為第 kkk 個(gè)感受體的反應(yīng),σk(λ)σ_k(λ)σk?(λ) 是它的靈敏度,E(λ)E(λ)E(λ) 是到達(dá)感受體的光,并且 ΛΛΛ 為可視波長的范圍。通過將到達(dá)光譜中的每種波長的反應(yīng)相加,可獲得一個(gè)感受體的全部反應(yīng):
pk=∫Λσk(λ)E(λ)p_k=∫_Λσ_k(λ)E(λ)pk?=∫Λ?σk?(λ)E(λ)
“回到顏色感受體部分”
視網(wǎng)膜的解剖學(xué)研究表明有兩種類型的細(xì)胞對(duì)光敏感,視錐細(xì)胞 (cone) 與 視桿細(xì)胞 (rod)。
視錐細(xì)胞的光敏感區(qū)域的形狀大致為錐形,主要對(duì)顏色視覺起作用,并且完全占據(jù)視網(wǎng)膜中央凹的位置。在對(duì)光的敏感性方面,視錐細(xì)胞要弱于視桿細(xì)胞,從而在暗光下,彩色視覺很弱并且基本上難以分辨(由于視網(wǎng)膜中央凹不工作,不能充分感知空間的精度)。
e.g.e.g.e.g. 試想在黑夜里,走在大街上,顏色不再鮮艷的原因就是因?yàn)榘倒庀乱曞F細(xì)胞由于光敏若所以不能充分感知空間,測(cè)色視覺很弱難以準(zhǔn)確分辨顏色。
更細(xì)致來說,視錐細(xì)胞主要分為三種類型,S型視錐、M型視錐和L型視錐。之所以稱為S、M、L視錐,是由于其分別對(duì)Small短波長、Medium中波長以及Large長波長敏感。
下圖可以注意到紅色的中心波長為660nm,為長波長;綠色的中心波長為540nm,為中波長;藍(lán)色的中心波長為460nm左右,為短波長。
這樣來看,S、M、L亦可以稱為藍(lán)、綠、紅視錐細(xì)胞,但是這樣并不確切,因?yàn)閷?duì)紅色的感知并不是由對(duì)紅色視錐細(xì)胞的刺激而引起的,其他兩種亦是如此。
在人的眼睛中,總共有三種顏色感受體,通常叫做視錐細(xì)胞。這些感受體對(duì)所有的光量子的響應(yīng)都相同,但在數(shù)量上有一定的區(qū)別。
下圖為三種顏色感受體 S、M、L的光譜靈敏度的相對(duì)對(duì)數(shù),橫坐標(biāo)為波長,單位為nm。
2022.10.18
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【计算机视觉】人类颜色感知、光受体、光波长和颜色信息以及颜色匹配的全部?jī)?nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇: OpenCore引导配置说明第六版
- 下一篇: vs2015开发activex控件资料