Nye algoritmer giver digitale billeder mere realistiske farver

Hvis du nogensinde har prøvet at fange en solnedgang med din smartphone, du ved, at farverne ikke altid matcher det, du ser i virkeligheden. Forskere kommer tættere på at løse dette problem med et nyt sæt algoritmer, der gør det muligt at optage og vise farve i digitale billeder på en meget mere realistisk måde.

"Når vi ser en smuk scene, vi vil optage det og dele det med andre, "sagde Min Qiu, leder af Laboratory of Photonics and Instrumentation for Nano Technology (PAINT) ved Westlake University i Kina. "Men vi ønsker ikke at se et digitalt foto eller en video med de forkerte farver. Vores nye algoritmer kan hjælpe digitale kameraer og elektroniske displayudviklere med bedre at tilpasse deres enheder til vores øjne."

I Optica , The Optical Society's (OSA) tidsskrift, Qiu og kolleger beskriver en ny tilgang til digitalisering af farve. Det kan anvendes på kameraer og skærme - herunder dem, der bruges til computere, fjernsyn og mobile enheder-og bruges til at finjustere farven på LED-belysning.

"Vores nye tilgang kan forbedre nutidens kommercielt tilgængelige skærme eller forbedre virkelighedsfølelsen for nye teknologier såsom nær-øje-displays til virtual reality og augmented reality-briller, "sagde Jiyong Wang, medlem af PAINT -forskerholdet. "Det kan også bruges til at producere LED -belysning til hospitaler, tunneler, ubåde og fly, der præcist efterligner naturligt sollys. Dette kan hjælpe med at regulere døgnrytme hos mennesker, der mangler soleksponering, for eksempel."

Blanding af digital farve

Digitale farver som dem på et fjernsyns- eller smartphoneskærm skabes typisk ved at kombinere rødt, grøn og blå (RGB), med hver farve tildelt en værdi. For eksempel, en RGB -værdi på (255, 0, 0) repræsenterer ren rød. RGB -værdien afspejler et relativt blandingsforhold på tre primære lys produceret af en elektronisk enhed. Imidlertid, ikke alle enheder producerer dette primære lys på samme måde, hvilket betyder, at identiske RGB -koordinater kan ligne forskellige farver på forskellige enheder.

Der er også andre måder, eller farverum, bruges til at definere farver såsom farvetone, mætning, værdi (HSV) eller cyan, magenta, gul og sort (CMYK). For at gøre det muligt at sammenligne farver i forskellige farverum, Den internationale kommission for belysning (CIE) udstedte standarder for at definere farver, der er synlige for mennesker baseret på vores øjnes optiske reaktioner. At anvende disse standarder kræver, at forskere og ingeniører konverterer digitale, computerbaserede farveområder, såsom RGB til CIE-baserede farveområder, når de designer og kalibrerer deres elektroniske enheder.

I det nye værk, forskerne udviklede algoritmer, der direkte korrelerer digitale signaler med farverne i et standard CIE -farverum, gør konvertering af farverum unødvendig. Farver, som defineret af CIE -standarderne skabes ved additiv farveblanding. Denne proces indebærer at beregne CIE -værdierne for de primære lys drevet af digitale signaler og derefter blande dem sammen for at skabe farven. For at kode farver baseret på CIE -standarderne, algoritmerne konverterer de digitale pulserede signaler for hver primær farve til unikke koordinater for CIE -farverummet. For at afkode farverne, en anden algoritme udtrækker de digitale signaler fra en forventet farve i CIE -farverummet.

"Vores nye metode kortlægger de digitale signaler direkte til et CIE -farverum, "sagde Wang." Fordi sådan farveplads ikke er enhedsafhængig, de samme værdier skal opfattes som den samme farve, selvom der bruges forskellige enheder. Vores algoritmer tillader også, at andre vigtige farveegenskaber som lysstyrke og kromatik behandles uafhængigt og præcist. "

Oprettelse af præcise farver

Forskerne testede deres nye algoritmer med belysning, display og sensing applikationer, der involverede lysdioder og lasere. Deres resultater stemte meget godt overens med deres forventninger og beregninger. For eksempel, de viste, at kromatik, som er et mål for farverighed uafhængigt af lysstyrke, kunne kontrolleres med en afvigelse på bare ~ 0,0001 for lysdioder og 0,001 for lasere. Disse værdier er så små, at de fleste mennesker ikke ville være i stand til at opfatte nogen farveforskelle.

Forskerne siger, at metoden er klar til at blive anvendt på LED -lamper og kommercielt tilgængelige displays. Imidlertid, at nå det endelige mål om at gengive præcis det, vi ser med vores øjne, vil kræve løsning af yderligere videnskabelige og tekniske problemer. For eksempel, at optage en scene, som vi ser den, farvesensorer i et digitalt kamera skulle reagere på lys på samme måde som fotoreceptorerne i vores øjne.

For at bygge videre på deres arbejde, forskerne bruger topmoderne nanoteknologier til at øge følsomheden af ​​farvesensorer. Dette kan anvendes til kunstige visionsteknologier til at hjælpe mennesker, der har farveblindhed, for eksempel.