Heledus (värviteooria)

Heledus (inglise lightness) on objekti luminantsi $(L)$ visuaalne tajumine. Seda hinnatakse sageli võrreldes sarnaselt valgustatud objektiga. Kolorimeetrias ja värviilme mudelites on heledus ennustus selle kohta, kuidas valgustatud värvus standardvaatlejale paistab. Kui luminants on valguse lineaarne mõõt, siis heledus on inimese valgusetaju lineaarne prognoos.

See erinevus on oluline, sest inimese heledustaju ei ole valguse suhtes lineaarne. Valguse hulga kahekordistamine ei anna tulemuseks kahekordset tajutud heledust, vaid ainult mõõduka suurenemise.

Tajutava heleduse sümbol on tavaliselt kas $J$ , nagu mudelis CIECAM02, või $L^{*}$ , nagu mudelites CIELAB ja CIELUV. $L^{*}$ („L-tärn“) ei tohi segi ajada $L$ -iga, mida kasutatakse luminantsi tähistamiseks. Mõnes värvijärjestuse süsteemis, näiteks Munselli värvisüsteemis, nimetatakse heledust väärtuseks (value).

Chiaroscuro ja tenebrism kasutavad mõlemad dramaatilisi heleduse kontraste, et luua kunstiteoses pinget. Kunstnikud võivad kasutada ka varjutamist, st heleduseväärtuse peent muutmist.

Heledus eri värviruumides

Mõnes värviruumis või värvisüsteemis, näiteks Munselli süsteemis, HCL-is ja CIELAB-is, seab heledus ehk väärtus akromaatiliselt maksimaalsed ja minimaalsed piirid ning toimib sõltumatult värvitoonist ja kromaatilisusest. Näiteks Munselli süsteemis on väärtuse 0 vaste puhas must ja väärtuse 10 vaste puhas valge. Eristatava tooniga värvid peavad seetõttu jääma nende äärmuste vahele.

Subtraktiivses värvisünteesis (nt värvi, värvaine või tindi puhul) saab värvi heledust muuta eri varjundite, tumestuste ja toonide abil, lisades vastavalt valget, musta või halli. See vähendab ka küllastust.

HSL-is ja HSV-s on kuvatav luminants seotud tooni ja kromaatilisusega antud heleduse väärtuse juures. Teisisõnu ei ennusta valitud heleduse väärtus tegelikku kuvatavat luminantsi ega selle tajumist. Mõlemad süsteemid kasutavad koordinaatkolmikuid, kus mitu eri kolmikut võivad vastata samale värvile.

HSV-s on kõik väärtusega 0 kolmikud puhtalt mustad. Kui toon ja küllastus hoida muutumatuna, suurendab väärtuse kasvatamine luminantsi; väärtus 1 on antud tooni ja küllastuse juures kõige heledam värv. HSL on sarnane, kuid kõik heledusväärtusega 1 kolmikud on puhtalt valged. Mõlemas mudelis on kõigil puhtalt küllastunud värvidel sama heledus või väärtus, kuid see ei vasta kuvatavale luminantsile, mille määrab toon. Näiteks kollasel on suurem luminants kui sinisel, isegi kui heleduse väärtus on sama.

Kuigi HSL, HSV ja sarnased värviruumid sobivad ühe värvi valimiseks või muutmiseks, ei ole need tajuliselt ühtlased. Need vahetavad täpsuse arvutusliku lihtsuse vastu, sest loodi ajal, mil arvutite jõudlus oli piiratud.^[1]

Kui võtta pilt ning eraldada sellest antud värviruumi tooni, küllastuse ja heleduse või väärtuse komponendid, võib näha, et need võivad eri värviruumide või mudelite vahel märgatavalt erineda. Näiteks CIELAB-i $L^{*}$ on tajuliselt ühtlane heleduse prognoos, mis tuletatakse luminantsist $Y$ , kuid jätab kõrvale CIE XYZ värviruumi komponendid $X$ ja $Z$ . Luma $(Y^{'})$ on mõnes videosüsteemis kasutatav gammakodeeritud luminantsikomponent. HSL-i $L$ ja HSV $V$ ei ole tajuliselt ühtlased ega ühtlased luminantsi suhtes.

Seos väärtuse ja suhtelise luminantsiga

Munselli väärtust on pikka aega kasutatud tajuliselt ühtlase heleduse skaalana. Oluline küsimus on Munselli väärtuseskaala ja suhtelise luminantsi vaheline seos. Weberi–Fechneri seadust tundes küsis Albert Munsell, kas kasutada tuleks logaritmilist kõverat või ruutude kõverat.^[2] Kumbki variant ei osutunud päris õigeks; teadlased jõudsid lõpuks ligikaudu kuupjuure kõverani, mis on kooskõlas Stevensi võimsusseadusega heleduse tajus ning peegeldab asjaolu, et heledus on võrdeline närviimpulsside arvuga närvikiu kohta ajaühikus.^[3]

Munselli V ulatub väärtusest 0 väärtuseni 10, samal ajal kui Y ulatub tavaliselt väärtusest 0 väärtuseni 100, sageli protsendina. Suhteline luminants normaliseeritakse tavaliselt nii, et „etaloonvalgel“ on tristimulusväärtus Y = 100.

1920

Irwin G. Priest, Kasson S. Gibson ja Harry McNicholas andsid Munselli väärtuse põhilise hinnangu:

V = 10 \sqrt{Y} .

1933

Alexander Munsell, Louise L. Sloan ja Isaac Godlove uurisid Munselli neutraalväärtuse skaalat ning pakkusid välja:

V^{2} = 1.4742 Y - 0.004743 Y^{2} .

1943

Sidney Newhall, Dorothy Nickerson ja Deane B. Judd koostasid Optical Society of America aruande Munselli ümbermääramise kohta ning pakkusid välja viienda astme parabooli:

Y = 1.2219 V - 0.23111 V^{2} + 0.23951 V^{3} - 0.021009 V^{4} + 0.0008404 V^{5} .

Samal aastal väljendasid Parry Moon ja Domina Eberle Spencer väärtuse suhtelise luminantsi kaudu:

V = 5 {(\frac{Y}{19.77})}^{0.426} = 1.4 Y^{0.426} .

1976

CIELAB kasutab järgmist valemit:

L^{⋆} = 116 {(\frac{Y}{Y_{n}})}^{\frac{1}{3}} - 16.

kus Y_n on CIE XYZ Y-tristimulusväärtus etalonvalge jaoks. Hiljem täiendati seda kaheosalise funktsiooniga, mis käitub musta lähedal lineaarselt:

f (t) = {\begin{matrix} t^{\frac{1}{3}} & if t > {(\frac{6}{29})}^{3} \\ \frac{1}{3} {(\frac{29}{6})}^{2} t + \frac{4}{29} & otherwise \end{matrix}

Heledus on siis:

L^{⋆} = 116 f (\frac{Y}{Y_{n}}) - 16.

Ligikaudu 18% hallkaarti heledusväärtus on 50. Seda nimetatakse keskmiseks halliks, sest selle heledus jääb musta ja valge vahele.

1997

CIECAM97s eristab heledust, st seda, kui hele miski paistab võrreldes sarnaselt valgustatud valge objektiga, ja eredust, st seda, kui palju valgust miski näib kiirgavat.

CIECAM97s-i järgi on näidise heledus:

J = 100 (A_{sample} / A_{white})^{c z}

See mudel arvestab muu hulgas seda, et näidis paistab heledal taustal tumedam kui tumedal taustal. Vt ka kontrastiefekt.

2002

Mitmed CIECAM97s-i parandused viisid uue värviilme mudelini CIECAM02. Selles mudelis jäi heleduse põhivalem samaks:

J = 100 (A_{sample} / A_{white})^{c z}

kuid valemisse sisenevad suurused muutusid. Parameeter c muutus pidevalt varieeruvaks ning z määrati kujul:

z = 1.48 + \sqrt{n}

CIECAM02 ei sisalda eraldi parandust Helmholtzi–Kohlrauschi efekti jaoks.

Muud psühholoogilised efektid

Luminantsi subjektiivne mittelineaarne tajumine on üks põhjusi, miks piltide gammakorrektsioon on kasulik. Lisaks mõjutavad heledustaju ka muud nähtused. Kromaatilisus võib tajutud heledust mõjutada Helmholtzi–Kohlrauschi efekti kaudu. Kuigi CIELAB ja sellega seotud värviruumid seda efekti heleduse osas ei arvesta, võib see olla kaudselt esindatud Munselli värvimudelis. Valgustase võib mõjutada ka tajutavat kromaatilisust, näiteks Purkinje efekti korral.

Vaata ka

Viited

↑ Enamik allpool nimetatud puudustest on loetletud Charles Poyntoni teoses A Technical Introduction to Digital Video (1996), kuigi seal pigem väidetena, ilma näideteta.
↑ Kuehni, Rolf G. (veebruar 2002). "The early development of the Munsell system". Color Research & Application. 27 (1): 20–27. DOI:10.1002/col.10002.
↑ Hunt, Robert W. G. (18. mai 1957). "Light Energy and Brightness Sensation". Nature. 179 (4568): 1026. Bibcode:1957Natur.179Q1026H. DOI:10.1038/1791026a0. PMID 13430776.

[1] Enamik allpool nimetatud puudustest on loetletud Charles Poyntoni teoses A Technical Introduction to Digital Video (1996), kuigi seal pigem väidetena, ilma näideteta.

[2] Kuehni, Rolf G. (veebruar 2002). "The early development of the Munsell system". Color Research & Application. 27 (1): 20–27. DOI:10.1002/col.10002.

[3] Hunt, Robert W. G. (18. mai 1957). "Light Energy and Brightness Sensation". Nature. 179 (4568): 1026. Bibcode:1957Natur.179Q1026H. DOI:10.1038/1791026a0. PMID 13430776.

[1]

[2]

[3]