Modelo de apariencia de color

El color se origina en la mente del observador; objetivamente, solo existe la distribución espectral de la luz que llega al ojo. En este sentido, cualquier percepción del color es subjetiva. Sin embargo, se han realizado intentos exitosos para relacionar la distribución espectral de la luz con la respuesta sensorial humana de forma cuantificable. En 1931, utilizando mediciones psicofísicas , la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) creó el espacio de color XYZ ^{[ 1 ]} , que modela con éxito la visión del color humana a este nivel sensorial básico.

Sin embargo, el modelo de color XYZ presupone condiciones de visualización específicas (como el punto de estimulación retiniana, el nivel de luminancia de la luz que llega al ojo, el fondo detrás del objeto observado y el nivel de luminancia de la luz circundante). Solo si todas estas condiciones permanecen constantes, dos estímulos idénticos con valores tristímulo XYZ idénticos producirán una apariencia de color idéntica para un observador humano. Si algunas condiciones cambian en un caso, dos estímulos idénticos con valores tristímulo XYZ idénticos producirán apariencias de color diferentes (y viceversa: dos estímulos diferentes con valores tristímulo XYZ diferentes podrían producir una apariencia de color idéntica ).

Por lo tanto, si las condiciones de visualización varían, el modelo de color XYZ no es suficiente y se requiere un modelo de apariencia del color para modelar la percepción del color en los seres humanos.

El principal desafío para cualquier modelo de apariencia del color radica en que la percepción humana del color no funciona en términos de valores tristímulo XYZ, sino en términos de parámetros de apariencia ( tono , luminosidad , brillo , croma, colorido y saturación ). Por lo tanto, cualquier modelo de apariencia del color debe proporcionar transformaciones (que tengan en cuenta las condiciones de visualización) desde los valores tristímulo XYZ a estos parámetros de apariencia (al menos tono, luminosidad y croma).

Esta sección describe algunos de los fenómenos de apariencia del color que los modelos de apariencia del color intentan abordar.

Aspecto contrastante

Diversos efectos modifican la percepción del contraste por parte de un observador humano:

• Efecto Stevens: El contraste aumenta con la luminancia.
• Efecto Bartleson-Breneman: El contraste de la imagen (de imágenes emisivas, como las que se muestran en una pantalla LCD) aumenta con la luminancia de la iluminación ambiental.

En 1976, la CIE se propuso reemplazar los numerosos modelos de diferencia de color existentes e incompatibles por un nuevo modelo universal. Intentaron lograrlo creando un espacio de color perceptualmente uniforme (UCS), es decir, un espacio de color donde la misma distancia espacial entre dos colores equivale a la misma diferencia de color percibida. Si bien solo lo lograron parcialmente, crearon el espacio de color CIELAB («L*a*b*»), que poseía todas las características necesarias para convertirse en el primer modelo de apariencia de color. Aunque CIELAB es un modelo de apariencia de color muy rudimentario, es uno de los más utilizados, ya que se ha convertido en uno de los pilares de la gestión del color con los perfiles ICC . Por lo tanto, es prácticamente omnipresente en la imagen digital.

Una de las limitaciones de CIELAB es que no ofrece una adaptación cromática completa, ya que realiza la transformación de von Kries directamente en el espacio de color XYZ (a menudo denominada "transformación de von Kries incorrecta"), en lugar de cambiar primero al espacio de color LMS para obtener resultados más precisos. Los perfiles ICC solucionan este inconveniente utilizando la matriz de transformación de Bradford al espacio de color LMS (que apareció por primera vez en el modelo de apariencia de color LLAB ) junto con CIELAB.

Debido a la transformación "incorrecta", se sabe que CIELAB tiene un rendimiento deficiente cuando se utiliza un punto blanco que no es de referencia, lo que lo convierte en un CAM deficiente incluso para sus entradas limitadas. La transformación incorrecta también parece ser la responsable de su tono azul irregular, que tiende al púrpura a medida que cambia L, lo que también lo convierte en un UCS imperfecto.

El modelo de apariencia del color de Nayatani et al. se centra en la ingeniería de la iluminación y las propiedades de reproducción cromática de las fuentes de luz.

El modelo de apariencia de color de Hunt se centra en la reproducción de imágenes en color (su creador trabajó en los Laboratorios de Investigación de Kodak ). Su desarrollo comenzó en la década de 1980 y, para 1995, el modelo se había vuelto muy complejo (incluyendo características que ningún otro modelo de apariencia de color ofrece, como la incorporación de las respuestas de las células fotorreceptoras ) y permitía predecir una amplia gama de fenómenos visuales. Tuvo un impacto muy significativo en CIECAM02 , pero debido a su complejidad, el modelo de Hunt en sí mismo es difícil de usar.

RLAB intenta superar las importantes limitaciones de CIELAB , centrándose en la reproducción de imágenes. Cumple bien su función y es fácil de usar, pero no es lo suficientemente completo para otras aplicaciones.

A diferencia de CIELAB, RLAB utiliza un paso de von Kries adecuado. También permite ajustar el grado de adaptación mediante un valor D personalizado . El método de "descontar el iluminante" aún puede utilizarse con un valor fijo de 1,0. ^{[ 2 ]}

LLAB es similar a RLAB , también busca la simplicidad, pero además pretende ser más completo. Al final, sacrificó algo de simplicidad en aras de la exhaustividad, pero aún así no era del todo completo. Dado que CIECAM97s se publicó poco después, LLAB nunca alcanzó una amplia difusión.

Tras iniciar la evolución de los modelos de apariencia del color con CIELAB en 1997, la CIE quiso desarrollar un modelo de apariencia del color más completo. El resultado fue CIECAM97s, un modelo completo, pero también complejo y, en ocasiones, difícil de usar. Obtuvo una amplia aceptación como modelo de apariencia del color estándar hasta la publicación de CIECAM02 .

Ebner y Fairchild abordaron el problema de las líneas de tono no constantes en su espacio de color denominado IPT . ^{[ 3 ]} El espacio de color IPT convierte datos XYZ adaptados a D65 (XD65, YD65, ZD65) en datos de respuesta de conos largos, medios y cortos (LMS) utilizando una forma adaptada de la matriz de Hunt-Pointer-Estevez (M _HPE(D65) ). ^{[ 4 ]}

El modelo de apariencia de color IPT destaca por proporcionar una formulación para el tono donde un valor de tono constante equivale a un tono percibido constante, independientemente de los valores de luminosidad y croma (lo cual es el ideal general para cualquier modelo de apariencia de color, pero difícil de lograr). Por lo tanto, es muy adecuado para implementaciones de mapeo de gama de colores .

ITU-R BT.2100 incluye un espacio de color llamado ICtCp , que mejora el IPT original al explorar un rango dinámico más alto y gamas de color más amplias. ^{[ 5 ]} ICtCp se puede transformar en un espacio de color aproximadamente uniforme escalando Ct por 0,5. Este espacio de color transformado es la base de la métrica de diferencia de color de gama amplia Rec. 2124 ΔE _ITP . ^{[ 6 ]}

Tras el éxito de CIECAM97s , la CIE desarrolló CIECAM02 como su sucesora y la publicó en 2002. Ofrece un mejor rendimiento y, al mismo tiempo, es más sencilla. Aparte del modelo rudimentario CIELAB , CIECAM02 es la que más se aproxima a un estándar internacionalmente aceptado para un modelo de representación del color (completo).

Tanto CIECAM02 como CIECAM16 presentan algunas propiedades numéricas indeseables cuando se implementan al pie de la letra según la especificación. ^{[ 7 ]}

iCAM06 es un modelo de apariencia de color de imagen . Por lo tanto, no trata cada píxel de una imagen de forma independiente, sino en el contexto de la imagen completa. Esto le permite incorporar parámetros de apariencia de color espacial como el contraste, lo que lo hace idóneo para imágenes HDR . También representa un primer paso para abordar los fenómenos de apariencia espacial .

CAM16 es el sucesor de CIECAM02 con varias correcciones y mejoras. También incluye un espacio de color llamado CAM16-UCS. Fue publicado por un grupo de trabajo de CIE, pero no es un estándar de CIE. ^{[ 8 ]} El estándar CIECAM16 se publicó en 2022 y es ligeramente diferente. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

CAM16 se utiliza en el sistema de color Material Design en una versión cilíndrica llamada "HCT" (matiz, croma, tono). Los valores de matiz y croma son idénticos a los de CAM16. El valor de "tono" es CIELAB L*. ^{[ 11 ]}

Un UCS de 2020 diseñado para color de rango dinámico normal. Misma estructura que CIELAB, pero con datos mejorados (salida CAM16 para luminosidad y croma; datos IPT para tono). Diseñado para ser fácil de implementar y usar (especialmente desde sRGB), al igual que CIELAB e IPT, pero con mejoras en la uniformidad. ^{[ 12 ]}

A partir de septiembre de 2023, forma parte del borrador del nivel de color 4 de CSS ^{[ 13 ]} y es compatible con las versiones recientes de todos los navegadores principales. ^{[ 14 ]}

OSA-UCS

Un sistema de coordenadas universales (UCS) de 1947 con propiedades generalmente buenas y una conversión a partir de CIEXYZ definida en 1974. Sin embargo, la conversión a CIEXYZ no tiene una expresión de forma cerrada, lo que dificulta su uso en la práctica.

SRLAB2

Una modificación de CIELAB de 2009 inspirada en RLAB (con descuento del iluminante). Utiliza la matriz de adaptación cromática CIECAM02 para corregir el problema del tono azul. ^{[ 15 ]}

JzAzBz

Un UCS de 2017 diseñado para color HDR. Tiene J (luminosidad) y dos cromaticidades. ^{[ 16 ]}

XYB

Una familia de UCS utilizada en Guetzli y JPEG XL , con el objetivo principal de la compresión. Mayor uniformidad que CIELAB. ^{[ 15 ]}