Введение

Цветовое пространство

Хроматическое пространство RGB, представляющее собой два измерения нормализованного цветового пространства RGB, является пространством хроматичности – двумерным цветовым пространством, в котором отсутствует информация об интенсивности. В цветовом пространстве RGB пиксель идентифицируется по интенсивности основных цветов: красного, зеленого и синего. Таким образом, ярко-красный цвет можно представить как (R,G,B) (255,0,0), а темно-красный – как (40,0,0). В нормализованном пространстве RGB, или пространстве RG, цвет представляется пропорциями красного, зеленого и синего, составляющих его, а не интенсивностью каждого из них. Поскольку сумма этих пропорций всегда равна 1, достаточно указать пропорции красного и зеленого, а значение синего можно вычислить при необходимости.

Мотивация

Алгоритмы компьютерного зрения часто сталкиваются с проблемами, вызванными изменяющимися условиями съемки. Для разработки более устойчивых алгоритмов компьютерного зрения важно использовать (приблизительно) цветоинвариантное цветовое пространство. Цветоинвариантные цветовые пространства менее чувствительны к искажениям на изображении. Распространенной проблемой в компьютерном зрении является изменение источника света (цвета и интенсивности) между несколькими изображениями и внутри одного изображения. Цветовое пространство rg используется из-за стремления, например, к тому, чтобы объект определенного цвета менял свой видимый цвет при перемещении по сцене, освещенной прожектором. При использовании цвета для отслеживания объекта на RGB-изображении это может вызывать трудности. Исключение компоненты интенсивности должно обеспечивать постоянство цвета.

Практика

На практике, в компьютерном зрении используется "некорректная" форма цветового пространства rg, полученная непосредственно из RGB с гамма-коррекцией, как правило, sRGB. В результате, полностью убрать составляющую яркости не удается, и на 3D-объектах все еще заметны краевые ореолы.

RG цветовое пространство

Координаты хроматичности r, g и b — это отношение одной тристимульной величины к сумме всех трёх тристимульных величин. Нейтральный объект предполагает равные значения красного, зелёного и синего стимулов. Отсутствие информации о яркости в rg не позволяет иметь более одной нейтральной точки, где все три координаты имеют одинаковое значение. Белая точка диаграммы цветности rg определяется точкой (1/3, 1/3). Белая точка содержит одну треть красного, одну треть зелёного и оставшуюся треть синего. На диаграмме цветности rg первый квадрант, где все значения r и g положительны, образует прямоугольный треугольник. Максимальное значение r равно 1 единице по оси x, а максимальное значение g равно 1 единице по оси y. Линия, соединяющая максимальное значение r (1, 0) с максимальным значением g (0, 1), является прямой с наклоном -1. Любой образец, лежащий на этой линии, не содержит синего. Двигаясь по этой линии от максимального r к максимальному g, мы видим уменьшение красного и увеличение зелёного в образце, при этом синий остаётся неизменным. Чем дальше образец от этой линии, тем больше синего присутствует в образце, который требуется подобрать.

CIE RGB

RGB — это система смешивания цветов. После определения функций соответствия цветов значения тристимулов могут быть легко определены. Поскольку для сравнения результатов требуется стандартизация, CIE разработал стандарты для определения функций соответствия цветов. В качестве референтных стимулов должны использоваться монохроматические источники света R, G, B с соответствующими длинами волн. Основным стимулом является белый свет с равномерным энергетическим спектром. Для соответствия белой точке требуется соотношение 1.000:4.5907:0.0601 (RGB). Следовательно, белый свет с эквивалентной энергией 1.000 + 4.5907 + 0.0601 = 5.6508 лм может быть получен путем смешивания R, G и B. Гилд и Райт использовали 17 испытуемых для определения функций соответствия цветов RGB. Соответствие цветов RGB служит основой для rg-хроматичности. Функции соответствия цветов RGB используются для определения тристимульных значений RGB для спектра. Нормализация тристимульных значений RGB преобразует тристимул в rgb. Нормализованные тристимульные значения RGB могут быть отображены на диаграмме хроматичности rg. Пример функции соответствия цветов приведен ниже. Любой монохроматический свет может быть сопоставлен путем добавления референтных стимулов, и если тестовый свет слишком яркий, к нему добавляется референтный стимул для снижения насыщенности. Таким образом, значение может быть отрицательным. и может быть определено как вектор в трехмерном пространстве. Это трехмерное пространство определяется как цветовое пространство. Любой цвет может быть достигнут путем сопоставления заданного количества и . Отрицательные значения требуют функций соответствия цветов, которые являются отрицательными на определенных длинах волн. Это объясняет, почему функция соответствия цветов имеет отрицательные значения тристимула.

диаграмма хроматичности rg

Фигура сбоку представляет собой построенную диаграмму хроматичности rg. Важно отметить точку E, которая определяется как белая точка, где значения rg равны и составляют 1/3. Далее обратите внимание на прямую линию от (0,1) до (1,0), описываемую уравнением y = x + 1. При увеличении x (красного) значение y (зеленого) уменьшается на ту же величину. Любая точка на этой линии представляет собой предел в пространстве rg и может быть определена как точка, не содержащая информации о b, образованная некоторой комбинацией r и g. Смещение этой прямой линии к точке E соответствует уменьшению r и g и увеличению b. В компьютерном зрении и цифровой обработке изображений используется только первый квадрант, поскольку компьютер не может отображать отрицательные значения RGB. Диапазон RGB для большинства дисплеев составляет от 0 до 255. Однако, при попытке добиться точного соответствия цветов с использованием реальных стимулов, в соответствии с законами Грассмана, требуются отрицательные значения для соответствия всем возможным цветам. Именно поэтому диаграмма хроматичности rg простирается в область отрицательных значений r.

Цветовая система преобразования xyY

Избегая отрицательных значений цветовых координат, произошел переход от rg к xy. Отрицательные координаты используются в цветовом пространстве rg, поскольку при создании спектрального соответствия образца можно получить, добавляя стимул к образцу. Цветные функции соответствия r, g и b имеют отрицательные значения на определенных длинах волн, чтобы обеспечить возможность соответствия любому монохроматическому образцу. Именно поэтому в диаграмме хроматичности rg спектральный локус простирается в отрицательном направлении r и незначительно в отрицательном направлении g. В диаграмме хроматичности xy спектральный локус формируется исключительно положительными значениями x и y.