Borbély Ákos
A CIE 1931 6=Ë1,1*(50e5
e6=/(/
VIZSGÁLATA
PhD TÉZISFÜZET 7pPDYH]HW
'U6FKDQGD-iQRV
Veszprémi Egyetem Informatikai Tudományok Doktori Iskola
Veszprém 2004
Tartalmi kivonat A
Nemzetközi
Világítástechnikai
Bizottság
Internationale de l’Eclairage, CIE) 1931-EHQ V]DEYiQ\RV WULNURPDWLNXV V]tQLQJHUPpU V]tQLQJHUPpU PHJIHOHO
pV]OHO
W
[H1],
mely
(Commission
KR]WD OpWUH D] HOV
UHQGV]HUW D &,(
az
emberi
HQ KiURP VSHNWUiOLV pU]pNHQ\VpJL I
színlátásnak
üggvényen alapul. E
pszichofizikai módszerekkel meghatározott súlyfüggvények 17 ép V]tQOiWy PpU
V]HPpO\ iWODJRV V]tQNpSL pU]pNHQ\VpJpW PRGHOOH]LN
Megalkotása pV]OHO
YHO
óta
jelentkeztek
NDSFVRODWEDQ
ellentmondások
H]HNUH
D]
a szabványos
LURGDORPEDQ
V]iPR
s
elfogadható magyarázatot adtak. A közelmúltban W.A. Thornton és munkatársai által felvetett problémák [H2] meghaladják a korábban tapasztaltakat, közel monokromatikus alap-színingerekkel végzett metamer színingermegfeleltetési kísérleteikben a szabványoVpVYDOyGLpV]OHO
NtWpOHWH
között akár 70 ∆E*ab számított színingerkülönbség is adódott. Megállapították, hogy a különbség mértéke attól függ, hogy a vizsgált
színinger
spektrális
teljesítménye
a
színkép
mely
tartományaiban összpontosul. Dolgozatom
célkiW
]pVH
KRJ\
PHJYL]VJiOMDP
PLNpQW
befolyásolják az említett problémák a színingermérést informatikai alkalmazásokban.
Két
additív
NtVpUOHWVRUR]DWRW YpJH]WHP PpU HOWpU
V]tQNpS
V]tQLQJHU
)HQWLHNKH] HO
fényforrások IHOWpWHOH]pVHN
„fehér
színinger-megfeleltetési
V]HPpO\HNNHO HU
VHQ PHWDPHU
-párok felhasználásával.
V]|U WLV]Wi]QRP NHOOHWW D NpSPHJMHOHQtW
pontjának”
pUYpQ\HVVpJpW
meghatározására D
ii
NRUUHOiOW
V]tQK
N pV
vonatkozó PpUVpNOHW
meghatározási módszerének [H3] helyességét. Korábban a korrelált PpUVpNOHWHW V]tQpV]OHOHW
szính
-hasonlóság alapján definiálták, s
N|]HOtW
V]iPtWiVL
javasolták.
PyGV]HUNpQW
Kísérleteimmel
D
&,(
kimutattam,
XY
hogy
GLDJUDPRW
a
vizuális
meghatározás bizonytalan, javaslatunk alapján a CIE az objektív meghatározási módszert elfogadta [H4]. $]
HOV
V]tQLQJHU
-megfeleltetési
kísérlet
sorozatban
katódsugárcsöves monitor fényporai voltak az alap-színingerek, a 0XQVHOO
V]tQDWODV]EyO
V]tQLQJHUW
NHOOHWW
PpU
YiODV]WRWW
PLQWiNNDO
V]HPpO\HLQNQHN
YL]XiOLVDQ
EHiOOtWDQL
$
HJ\H]
PHWDPHU
színinger-megfeleltetés során nagy eltéréseket találtunk vizuálisan HJ\H]
V]tQLQJHU
azonban PHJILJ\HO
nem
-párok
volt
színinger-MHOOHP]
számított
szisztematikus.
Az
LEHQ
eredmények
H]
nagy
N N|]|WWL V]yUiVD DUUD ILJ\HOPH]WHW KRJ\ D] HOWpUpVHNHW
színmegjelenési ILJ\HOHPEH
modellek
NHOO
összehasonlításánál,
YHQQL
QHP
FpOV]HU
értékelésénél
NLVHEE
V]tQLQJHU
-
különbségekkel foglalkozni. Második kísérlet-sorozatban világító diódákat használtam fel, vörös, kék és zöld LED-HNE
O NpW FVRSRUWRW iOOtWRWWDP |VV]H
VSHNWUiOLV WHOMHVtWPpQ\H NpW NO|QE|]
ezek
KXOOiPKRVV]
-tartományban
koncentrálódott. Egy – egy csoport additív keverékének fényét HJ\H]WHWWpN
izzólámpa
D
V]HPpO\HN
fényével
Megállapítottam, V]tQLQJHUPpU
PpU
hogy
pV]OHO
HJ\
RSWLNDL
V]
U
YHO
Brodhun-féle
vizuális
keskenysávú
fényforrások
IHOV]HUHOW
fotométerben. esetén
a
-XGG
-Vos által módosított változatának [H5]
használata pontosabban írja le a színinger-megfeleltetést. A kísérletben tapasztalt eltérések nem felelnek meg a Thornton által definiált spektrális régióknak. Megmutattam, hogy a spektrális
iii
régiók definíciója matematikai értelemben is ellentmond a CIE 1931 V]tQLQJHUPpU
pV]OHO
-XGG
-Vos-féle korrekciójának.
Summary of contents The
International
Commission
on
Illumination
(Commission
Internationale de l’Eclairage, CIE) created the first standard trichromatic colorimetric system in 1931: the CIE 1931 standard colorimetric observer [H1], based on three spectral sensitivity curves of human colour vision. These weighting functions were determined in psychophysical experiments, they represent the average of the spectral sensitivity of 17 normal observers. Since their creation problems were reported on the usability of the standard observer, satisfactory explanations of these errors can be found in the literature. In the past decade Thornton and co-workers found very large errors [H2] that question the usability of the standard observer, they detected a computed colour difference of up to 70 ∆E*ab between visually matching metameric sample pairs using nearly monochromatic primaries. They concluded that the magnitude of errors depends on the wavelength range where the spectral power of the stimulus is concentrated. In my thesis the standard observer is tested in visual experiments modelling applications in information technology. Two additive colour-matching experiments were performed using highly metameric sample pairs.
iv
To be able to define the chromaticity of the white point of display devices and light sources correctly, first I had to deal with the concept of correlated colour temperature (CCT). CCT has been defined based on the smallest colour appearance difference between two colour stimuli [H3]. I could show that this is an ambiguous definition, and according to our proposal, the CIE accepted an objective definition for the determination of CCT [H4]. In the first colour matching experiment the primaries of a CRT monitor were used, observers had to match incandescent lamp illuminated Munsell samples with samples produced on the display. Considerable differences were found in computed chromaticities of the visually matching stimuli, but these differences were not systematic. Inter-observer variances of the colour matches are to be considered in testing colour appearance models. The accuracy of the matches predicted by the standard observer decreased as the metamerism of the samples increased. Based on this I could formulate a colour difference value below of which it is not meaningful anymore to search for colour equality. Next light emitting diodes (LEDs) were used as primaries, the additive mixture of red, green, and blue LEDs were matched to a filtered incandescent source in a Brodhun-type visual photometer. Two LED clusters were constructed, their emission power concentrated at different spectral regions. I could show that the Judd-Vos modification of the standard observer [H5] models more accurately matches set by real observers with narrowband sources. Disagreement was found between the errors found in my experiments and predicted by Thornton. It is shown that the Judd-
v
Vos modification of the standard observer contradicts Thornton’s definition of spectral regions in a mathematical sense.
Hivatkozások – References [H1]
Commission Internationale de Observers. ISO/CIE 10527-1991
l’Éclairage:
Colorimetric
[H2] Thornton W.A.: Toward a more accurate and extensible colorimetry. Part I. – IV. Color Research and Application 1992 - 1997 [H3]
Grum F., Saunders S.B., MacAdam L.: Concept of correlated color temperature, Color Research and Application, 1978, 3 17-21.
[H4] CIE D1/D2 Symposium, Veszprém, 2002 [H5] Vos J.J.: Colorimetric and photometric properties of a 2° Standard Observer. Color Research and Application, 1978, 3/3: 125-128.
vi
Tézisek
1.
Kísérletileg
igazolWDP
KRJ\
D
NRUUHOiOW
definíciójának vizuális jelentése – alapozva
–
EL]RQ\WDODQ
nem $
igazolható,
NRUUHOiOW
V]tQK
PpU
V]tQK
PpUVpNOHW
V]HPpO\HN
értékének PpUVpNOHW
tWpOHWpUH
meghatározása
pUWpNpQHN
YL]XiOLV
vizsgálatokra való visszavezetését el kell vetni, a definíciót a CIE 1960 u,v színingerdiagramban való meghatározásra kell alapozni. [2]
2. Kísérletileg megmutattam, hogy pV]OHO
SRQWRVViJD
FV|NNHQ
D &,( V]tQLQJHUPpU
HU
VHQ
PHWDPHU
V]tQLQJHUHN
összehasonlítása esetén. A metamer színinger-megfeleltetés során
szignifikáns
HOWpUpVHNHW
WDOiOWDP
színinger-párok számított színinger-MHOOHP]
YL]XiOLVDQ
HJ\H]
LEHQ GH H]HN QHP
haladták meg az irodalomban korábban tapasztaltakat. [1,4] A kísérletekben különbségek
tapasztalt
eltérések
színmegjelenési
alapján
modellek
javaslom
e
összehasonlításánál,
értékelésénél figyelembe vételét. Mivel a metamer színingermegfeleltetés is 3-10 ∆E ab egységnyi színinger-különbséget *
HUHGPpQ\H]KHW QHP FpOUDYH]HW
-3 ∆E ab HJ\VpJQHN PHJIHOHO *
színinger-különbségek elemzésével foglalkozni olyan összetett modellek esetén, melyek bemeneti értékei metamer színingerek színinger-összetev L. [1]
vii
3. W. A. Thornton és munkatársai szerint a Prime Color (PC), NonPrime (NP) és Anti-Prime (AP) olyan halmazok a színkép rövid közepes és hosszú hullámhosszú tartományában, melyekben ha közel
monokromatikus
alap-színinger
hármasok
spektrális
teljesítménye összpontosul, akkor az alap-színingerekkel végzett metamer
színinger-megfeleltetésben
metamer
párok
vizuiOLVDQ
színinger-MHOOHP]
számított
nagysága az adott
a
KDOPD]UD
MHOOHP]
3&
HJ\H]
L
HOW
13
érésének
$3
Kísérletileg megmutattam, hogy a látható színképtartomány PC, NP
és
AP
spektrális
HOOHQWPRQGiVRV
D
régiókra
&,(
osztásának
koncepciója
V]tQLQJHUPpU
pV]OHO
használhatóságának szempontjából. [4]
4. RámutattamKRJ\~MV]DEYiQ\RVpV]OHO
OpWUHKR]iVDDJ\DNRUODWL
V]tQLQJHUPpUpV pV D NXWDWiV V]HPSRQWMiEyO NHGYH] &,( V]tQLQJHUPpU
katódsugárcsöves
pV]OHO
OHKHW GH D
OHFVHUpOpVpW D YLOiJtWy GLyGiN pV
monitorok
felhasználásával
végzett
kísérleteimben tapasztaltak nem indokolják. Az 500 nm alatti hullámhossztartományban világító diódák és keskeny emissziós ViYRNEyO |VV]HWHWW V]tQNpS pV]OHO
-XGG
V]tQLQJHUHN HVHWpQ D V]DEYiQ\RV
- Vos által módosított változatának használatát
javaslom, kimutattam, hogy ez pontosabban modellezi a valódi pV]OHO
NHWDU|YLGKXOOiPKRVV]~V]tQNpSWDUWRPiQ\EDQ>@
viii
Publikációs lista NEMZETKÖZI FOLYÓIRAT
[1] Á. Borbély, J. Schanda: The usability of the CIE colour matching functions in the case of CRT monitors, Color Research and Application, 26, 2001, 436 - 441
[2] Á. Borbély, Á. Sámson, J. Schanda: The concept of correlated color temperature revisited, Color Research and Application, 26, 2001, 450 - 457
[3] P. Bodrogi, B. Sinka, Á. Borbély, N. Geiger, J. Schanda: On the use of the sRGB colour space: the "Gamma" problem. Displays, 23/4, 2002, 165 - 170 [4] Á. Borbély, J. Schanda: Colour matching using LEDs as primaries, Color Research and Application, 29, 2004, 360 - 364 .21)(5(1&,$(/
$'È6
OK
[5] Borbély Á 6FKDQGD - $ V]tQLQJHU PHJIHOHOWHW YL]VJiODWDHU
IJJYpQ\HN
VHQPHWDPHUPLQWiNHVHWpQ2QWKHXVHRIFRORXU
matching functions in case of highly metameric samples. XXVII. Kolorisztikai Szimpózium, Tata 1999
[6] Bodrogi P., Borbély Á., Kránicz B., Lányi C., Rehák R., Szolgay P., Schanda J.: Összetett képi információ feldolgozása / Processing of Complex Pictorial Information. Magyar Informatikusok II. Világtalálkozója, BP. 2000.
ix
[7] Borbély Á., Schanda J.: Színmegfeleltetés LED alapszínekkel / Colour matching using LEDs as primaries. XXVIII. Kolorisztikai Szimpózium, Tata 2001
[8] C. Sik-Lányi, Á. Borbély, J. Schanda: Cognitive Effects of White Point Definition on Computer Screens, CIM98, Derby 1998
[9] C. Sik-Lányi, Á. Borbély, J. Schanda: Cognitive Effects in th Image Reproduction on Computer Screens, 5 International Symposium „Colour and Colorimetry”, Kranj 1998
[10] Á. Borbély: Kognitive effekte der Weisspunktdefinition am Komputerbildschirm, Farb-Info ’98, Wien 1998
[11] Á. Borbély, J. Schanda: Colour matching using LEDs as primaries, 2. CIE Expert Symposium on LED Measurement, 2001, Gaithersburgh, MD, USA
[12] Á. Borbély, S.G. Johnson: Prediction of light extraction efficiency of LEDs by ray trace simulation, 3. International Conference on Solid State Lighting, SPIE Annual Meeting, 2003, San Diego, CA, USA
[13] Á. Borbély, S.G. Johnson: Performance of phosphor coated LED packages in ray trace simulation, 4. International Conference on Solid State Lighting, SPIE Annual Meeting, 2004, Denver, CO, USA
x
