新2手机管理端(www.122381.com):西湖大学团队基于人眼感知,开发颜色空间编码与解码算法|专访

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眼见,真的为实吗?未必!

熬夜在网上订购了一款口红,收到货物时,却发现现实物品与电商平台对应的图片色泽不完全一致,信托不少有网购履历的女性都曾遇到过类似疑心。

图|口红色差对比(泉源:Pixabay)

在数字化时代,随着电子装备的普及,屏幕正在取代纸张,成为人们获守信息的主要前言,网购在人们消费领域的渗透率也越来越高。

而 “颜色” 这个古老而又新鲜的命题,又给人们带来了新的困扰,电子屏幕对颜色的二次出现,往往给人一种 “所得非所见” 之感。

克日,西湖大学仇�F团队研究出一种基于人眼感知的颜色算法,为耐久困扰着人们的 “色差” 问题,提供了全新解决方案。

该研究适用于对色度和亮度举行准确的操控,为下一代显示成像、激光通讯、人工视觉、虚拟 / 增强现实等应用开拓了蹊径。

图|仇�F(泉源:受访者)

7 月 1 日,相关论文以《加性数字脉冲编码的非线性颜色空间》(Nonlinear Color Space Coded by Additive Digital Pulses)为题揭晓在光学期刊Optica。

图|相关论文(泉源:Optica)

西湖大学工学院光学工程讲席教授仇�F、西湖大学工学院王纪永博士担任配合通讯作者,该校与浙江大学的团结培育博士生唐妮为第一作者。

图|唐妮(泉源:受访者)

该团队经由严谨的理论推导和实验验证,最终提出行使一套完整的、基于国际照明委员会(International Commission On ILLumination,CIE)尺度的数字颜色编码息争码算法,该算法可解决颜色在保留和复现历程中的失真问题。

视频|CIE 颜色空间功效效果(泉源:受访者)

本次研究展现了造成 “色差” 的本质缘故原由,即传统的红、绿、蓝(RGB,Red�CGreen�CBlue)颜色空间与人眼对颜色的感知联系较为松散,造成颜色空间转换的庞大性和色域操作的禁绝确性。

首先,由于手艺手段、制作尺度等限制,差异厂家所使用的红、绿、蓝三基色光源自己存在色差,导致以它们为基础的其他颜色或多或少显示 “禁绝确”。

另外,设计环节也是造成 “色差” 的缘故原由之一,以显示器为例,颜色尺度与显示器由两个相互自力的团队来完成,在显示器颜色出厂校正之时,需要将 RGB 颜色空间转换到 CIE 划定的颜色空间。

仇�F向 DeepTech 示意,这就不难想象,由于光源颜色存在误差,即便将统一张图片放在统一品牌的手机、平板、电脑和室外广告屏上显示,出现在屏幕上的图片也一定有误差,这为消除 “色差” 带来很大的困扰。

在此大靠山下,该团队设想与其在 RGB 和 CIE 之间往返转换、校正,能不能跳过 RGB 颜色空间,直接在 CIE 上取色呢?带着这样的思索,他们将研究焦点从 RGB 转移到 CIE 颜色空间。

“祛除 ”色差,CIE 1931 x yY 算法可量化人眼看到的所有颜色

王纪永说,“我们一最先并没有将注重力放在颜色算法上,只是想单纯地研发一盏灯,既可以是用来美容的红蓝光治疗灯,也可以用来调治情绪和作息节律的睡眠灯…… ”

图|王纪永(泉源:受访者)

然而,该团队发现,岂论做哪种灯,都需要精准调治光的颜色,譬如保证光照度、颜色坐标另有色温度。照明是最贴近 CIE 颜色空间的应用,该团队先从若何定量、准确控制种种灯具的色温度和亮度最先研究。

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经由研究发现,照明要求一样平常可归结为,对两种颜色光源举行混光问题。

当该团队乐成研发出对两种颜色光源举行准确调光调色的算法时,发现可以将该算法自然而然地推广到三基色混光模子中,便发生了可应用于显示或成像领域的 CIE1931 x yY 颜色空间编码与解码算法。

图|CIE1931 x yY 颜色空间算法原理(泉源:受访者)

CIE1931 x yY 颜色空间是一种与人类视觉感知相对应的颜色语言,以蓝色为例,将直接在 CIE 坐标系中找到人眼感知的蓝色称为 “基准蓝”,算法会连系现实光源,盘算出一串代表 “基准蓝” 的数字信号,当光源执行这一编码时,出现出的就是人眼感知的蓝色。

若是对 “基准红”、“基准绿”、“基准蓝” 三种基色同时举行编码,就可以实现在 CIE 颜色空间对随便颜色举行编码盘算。

图|RGB 颜色空间(来演:受访者)

本次算法最大的亮点是,无需通过器件相关的 RGB 颜色空间,就能直接对 CIE 颜色空间举行编码息争码。以一幅图像或一组颜色为例,只要将所有颜色信息映射到一个绝对的 CIE 颜色空间内里,行使这种算法举行编码与解码盘算,无论使用何种品牌的显示器,最终出现出来的图像不会泛起人眼可识其余 “色差”。

“该算法主要解决了颜色在保留和复现历程中的‘失真’问题,未来的显示器只要接纳这套算法,不管使用的红、绿、蓝光源有若干差异,最终显示的都是与人眼感知无限靠近的颜色。这样一来,不仅差异装备之间不再有色差,屏幕内外的天下也不再有色差。” 仇�F向 DeepTech 示意。

虽然 CIEx yY 1931 颜色空间算法在理论层面实现了完整的逻辑闭环,但在现实应用层仍面临一些问题。

以全彩显示器为例,由于显示领域已经形成了一种固有的历史生态,从源头、制造生产到出厂校正等各个环节都根据已有的方式在运行,新的方式需要在原有生态中找到可以兼容的突破口。

若何将这种 CIE 全新算法嵌入到如京东、淘宝、拼多多等电商生态系统、各大供应商的显示器中,也有很长一段路要走。

拓展研究界限聚焦人工视觉,致力于 CIE 新生态

真正令该团队兴奋的不是算法自己,而是当他们能够精准掌握颜色背后的光时,出现在眼前的那些早已逾越了 “色差” 的更多可能性。

因此,该功效在基础照明方面另有更多的延展性,除能准确控制一盏灯的颜色和强度外,还可定量控制人体排泄的某种激素。

第一,在照明方面,可以准确地控制一盏灯的颜色和强度,可以通过简朴的设计,让办公室里的冷光源变得柔和惬意;在一些很难触到达太阳光的事情环境,可以动态地模拟自然光照明,进而定量调治或者改善人体某些荷尔蒙的排泄,影响或改善睡眠和情绪,为人体康健相关产业设计出一套全新照明方案。

第二,在显示器方面,可以做到岂论用户使用哪个品牌的显示器,无需校正和适配,让显示器显示的图像与人眼感知的效果一模一样。

第三,在激光通讯方面,可以将通讯历程中一维信息(开或关)扩展成三维或者更高维度。光通讯的原理是,通过电信号的二进制编码转换成光信号举行传输。

可以在开关维度上增添差异颜色信息,实现更多信息加载。在海底探测、采矿、空间无人机领域均有异常普遍的应用远景。

谈及商业化远景,仇�F告诉 DeepTech,“该算法在照明偏向的落地对照简朴,我们行使算法研发了一些产物,可以直接投放到市场;在显示器偏向,需要对现有显示器做一些改变,在不改变固有器件的基础上,将我们的算法加进去做一些电子电路上的改善,即可使用。”

他还示意,“在图像储存偏向是最难的,要想更真实地纪录眼睛看到的一些情景,最最少要保证相机内里的光电探测器,与人眼迅速性曲线相匹配,这一点我们还在研发之中。”

图|仇�F团队做 CIE 颜色空间算法试验场景(泉源:受访者)

未来,该团队将行使先进的纳米手艺来缩小光电探测器整体尺寸,并和人眼感光细胞的迅速性曲线举行完善匹配,进而获得近乎人眼感知的人工视觉,给色盲、色弱患者一个多彩天下。

以创新研究为底色,汇团队之智战胜手艺难题

“与其他科研团队差其余是,我们善于跳出惯性头脑思索问题。众所周知,在某些相对成熟的领域能有所突破很难。但反过来说,能在人们都习以为常的领域,时不时得跳出恬静圈,发现新的问题,在科学研究上做出哪怕是一点点改变,所带来的影响往往是伟大的。” 仇�F告诉 DeepTech。

王纪永则示意,“我是一个以兴趣为导向的人,只要是自己未知且感兴趣的事,岂论有多灾都想设施去学习、去战胜。从性格上来讲,我可能不是一个好的匠人,相比日复一日的重复性事情,我更倾向多做一些有缔造性、探索性和挑战性的事情,这一点正是一名科研事情者的必备素质。通过自己的起劲将问题解决,在科研上取得哪怕一点点突破,我获得的成就感最大。”

据仇�F先容,CIE 颜色空间算法能较容易地用于现在的商用显示器,最大限度提高动态局限和色域空间。除此之外,它还可以为虚拟 / 增强现实装备、微显示、人工视觉以及涉及多路激光脉冲的基础科学应用提供支持。

鉴于对颜色准确控制的优势,以人眼感知为基准的数码装备有望成为下一代照明、显示、成像和传感的前沿手艺。

  • 评论列表:
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     发布于 2021-08-14 00:00:07  回复
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       发布于 2021-08-15 09:16:20  回复
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