色順応

色順応とは、人間の視覚システムが照明の変化に適応し、物体の色の見え方を維持する能力です。物体から反射され、私たちの目に届く光は多様ですが、色順応によって物体の色の見え方は一定に保たれます。色順応変換（CAT ）関数は、色の見え方モデルにおいて、この色知覚の重要な側面を模倣します。

物体は様々な条件下で見られることがあります。例えば、日光、火の光、強い電灯の光などで照らされている場合があります。これらの状況のいずれにおいても、人間の視覚は物体が同じ色であると認識します。赤いリンゴは、昼間でも夜間でも常に赤く見えます（赤いリンゴが照らされている場合、人間の目の桿体細胞は赤く見えないため）。一方、光に対する調整が行われていないカメラは、リンゴの色を変化するものとして認識する可能性があります。視覚システムのこの機能は色順応または色恒常性と呼ばれ、カメラ内でこの補正が行われることをホワイトバランスと呼びます。

人間の視覚システムは、一般的に異なる照明下でも一定の色覚を維持しますが、異なる照度レベルにおいて、2つの異なる刺激の相対的な明るさが反転して見える場合があります。例えば、薄暗い光の下では、明るい黄色の花びらは緑の葉に比べて暗く見えますが、日中はその逆になります。これはプルキンエ効果として知られており、人間の目の感度のピークが、低照度下ではスペクトルの青色側にシフトするために生じます。

フォン・クリース変換

フォン・クリース色順応法は、カメラ画像処理において時折用いられる手法である。この手法は、人間の錐体細胞の分光感度応答それぞれにゲインを適用することで、基準となる白の順応後の見え方を一定に保つというものである。ヨハネス・フォン・クリースによる3種類の錐体細胞への適応ゲインの考え方は、ハーバート・E・アイブス[ 1 ] [ 2 ]によって初めて色恒常性の問題に明示的に適用され、アイブス変換[ 3 ]またはフォン・クリース・アイブス順応[ 4 ]と呼ばれることもある。

フォン・クリース係数則は、色恒常性は3つの錐体細胞応答のゲインを個別に適応させることによって達成されるという仮定に基づいており、ゲインは感覚的文脈、すなわち色履歴と周囲の環境に応じて変化する。したがって、2つの放射スペクトルからの錐体細胞応答は、対角順応行列D 1とD 2を適切に選択することで整合させることができる。[ 5 ]c′{\displaystyle c'}

c′＝D1STf1＝D2STf2{\displaystyle c'=D_{1}\,S^{T}\,f_{1}=D_{2}\,S^{T}\,f_{2}}

ここで、は錐体感度行列、は条件付け刺激のスペクトルです。これは、LMS色空間（長波長、中波長、短波長の錐体応答空間における応答）における色順応のためのフォン・クリース変換につながります。 S{\displaystyle S}f{\displaystyle f}

D＝D1−1D2＝[L2/L1000M2/M1000S2/S1]{\displaystyle D=D_{1}^{-1}D_{2}={\begin{bmatrix}L_{2}/L_{1}&0&0\\0&M_{2}/M_{1}&0\\0&0&S_{2}/S_{1}\end{bmatrix}}}

この対角行列Dは、ある順応状態における錐体細胞の反応、つまり色を、別の順応状態における対応する色にマッピングします。順応状態が照明によって決定されると仮定した場合、この行列は照明順応変換として有用です。対角行列Dの要素は、照明の白色点に対する錐体細胞の反応（長波長、中波長、短波長）の比です。

XYZまたはRGB色空間で表現された色に対するより完全なフォン・クリース変換には、LMS空間との間の行列変換が含まれており、その中間に対角変換Dがあります。 [ 6 ]

CIE色の見え方モデル

国際照明委員会（ CIE）は、色の見え方モデル群を公開しており、そのほとんどには色順応機能が含まれている。CIE L*a*b*（CIELAB）はXYZ色空間において「単純な」フォン・クリース型変換を実行する[ 7 ]。一方、CIELUVはジャッド型（並進的）白色点順応を使用する[ 8 ] 。より包括的な色の見え方モデルの2つの改訂版であるCIECAM97とCIECAM02には、それぞれCAT機能であるCMCCAT97とCAT02が含まれている[ 7 ]。CAT02の前身[ 9 ]は、CMCCAT97の簡易版であるCMCCAT2000である[ 10 ] 。

参考文献

  1. ^ Ives HE (1912). 「光源の色と照明される物体の色の関係」. Trans. Illuminat. Eng. Soc . 7 : 62–72 .（転載：Brill, Michael H. (1995).「光源の色と照明される物体の色の関係」Color Research & Application . 20 : 70–5 . doi : 10.1002/col.5080200112 .）
  2. ^ Hannah E. SmithsonとQasim Zaidi (2004). 「文脈における色の恒常性：局所適応と参照レベルの役割」 . Journal of Vision . 4 (9): 693– 710. doi : 10.1167/4.9.3 . PMID 15493964 . 
  3. ^ハンナ・E・スミスソン (2005). 「レビュー：人間の色彩恒常性の感覚的、計算的、認知的要素」 .王立協会哲学論文集. 360 (1458): 1329–46 . doi : 10.1098/rstb.2005.1633 . PMC 1609194. PMID 16147525 .  
  4. ^ Karl R. Gegenfurtner, LT Sharpe (1999).色覚：遺伝子から知覚へ. Cambridge University Press. ISBN 0-521-00439-X。
  5. ^ Gaurav Sharma (2003).デジタルカラーイメージングハンドブック. CRC Press .
  6. ^ Erik Reinhard (2006). High Dynamic Range Imaging: Acquisition, Display, and Image-Based Lighting . Morgan Kaufmann. ISBN 0-12-585263-0。
  7. ^ a b Luo, Ming Ronnier (2015). 「CIE色順応：フォン・クリース、CIELAB、CMCCAT97、CAT02の比較」.色彩科学技術百科事典. Springer Berlin Heidelberg. pp.  1– 8. doi : 10.1007/978-3-642-27851-8_321-1 . ISBN 978-3-642-27851-8。
  8. ^ Judd, Deane B. (1940年1月). 「有彩色照明下における表面色の色相、彩度、明度」. JOSA . 30 (1): 2– 32. Bibcode : 1940JOSA...30....2J . doi : 10.1364/JOSA.30.000002 .
  9. ^ Fernandez-Maloigne, Christine 編 (2013).高度なカラー画像処理と解析(PDF) . ニューヨーク: Springer. p. 33. ISBN 9781441961891。
  10. ^ Li, Changjun; Luo, M. Ronnier; Rigg, Bryan; Hunt, Robert WG (2002年2月). 「CMC 2000色順応変換：CMCCAT2000」 . Color Research & Application . 27 (1): 49– 58. doi : 10.1002/col.10005 .

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