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(1)

色のコントラスト感度特性

池田宏明

国立大学法人

千葉大学大学院工学研究科

(名誉教授・グランドフェロー)

<ikeda@faculty.chiba-u.jp>

(2)

色のコントラスト感度特性

• 無彩色のコントラスト感度から色のコントラス

ト感度への拡張

– コントラスト→

コントラスト感度→

コントラスト感度特性

コントラスト感度特性

• 補色対の条件

• 一つの補色対を対象としたコントラスト感度特

性を得るための官能試験

– 試験方法と結果

(3)

コントラスト感度

(Contrast Sensitivity)

• 視力によって見える限度(範囲)が変化する

– どの程度の細部が識別できるか

• 視力1.0の人は,空間周波数で30 cycle/degreeまで

– それは次の関数となろう

– それは次の関数となろう

• 対象の大きさ

• 照明のレベル(物体の場合)

• コントラスト

コントラスト

コントラスト

コントラスト

(4)

Seeing your own CSF

Contrast

(5)

コントラストの定義(複数ある)

• 均一な背景に対するコントラスト

• 周期的輝度変化に対するコントラスト

W

L

C

L

=

max min M max min

L

L

C

L

L

=

+

• バンドパスエネルギーコントラスト

max min

L

+

L

Pi i i

BP

C

LP

=

コントラスト感度(Contrast Sensitivity)

⇒ コントラストの逆数として定義。

(6)

コントラスト感度特性(CSF)の定義

• 濃度又は明度

(luminance; L)を正弦

状に変化

• 異なる空間周波数で

正弦状に変化する濃度

(sinusoidal grating)を

人間が見たときの

識別限界コントラスト

0.8 1 L_max

識別限界コントラスト

(Contrast Threshold)

の逆数

f

x

a

a

x

a

a

x

L

(

)

=

+

sin

2

π

=

+

sin

2

π

0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 1 2 3 4 5 6 L u m in a n c e , L

One dimensional position (arbitrary) L_min

(7)

コントラスト & コントラスト感度

• 空間周波数

(spatial frequency)

=Cycles/視角(度)

[cpd]において,

コントラスト は,最大

• コントラスト感度

(Contrast sensitivity)

は,ある空間周波数

で判別できるか否かの

識別限界コントラスト

f

C

CS

C

C

f

コントラスト は,最大

明度を

最小明度を

として

識別限界コントラスト

の逆数

C

C

C

1

0

1

a

a

C

CS

=

=

<

≤ CS

1

C

max

L

min

L

0

1

a

a

L

L

L

L

C

=

+

=

min

max

min

max

1

0

≤ C

C

C

(8)

コントラスト感度特性の数式モデル

1

.

1

1

.

1

)

114

.

0

(

)

114

.

0

(

)

2964

.

0

05

.

0

(

)

114

.

0

0192

.

0

(

6

.

2

)

(

f

f

e

f

e

f

f

b

+

=

+

=

100 Pattern seen 1 C o n tr a s t s e n s it iv it y

Pattern not seen Pattern seen 0.01 0.1 1 10 0.01 0.1 1 10 C o n tr a s t Spatial frequency [cpd] Pattern not seen

Pattern seen 0.01 0.1 0.1 1 10 C o n tr a s t s e n s it iv it y Spatial frequency [cpd]

(9)
(10)

数式モデルの二次元への拡張(2)

(11)
(12)
(13)

補色対

補色対

補色対

補色対(complementary colours)の定義

の定義

の定義

の定義

IEC 60050-845-03-09

complementary colour stimuli:

=

+

0

1

2

X

X

X

Two colour stimuli are complementary when it is possible to reproduce

the tristimulus values of a specified achromatic stimulus by a suitable

additive mixture of these two stimuli.

In the CIE 1931 xy chromaticity diagram two complementary colour stimuli lay on the

opposite sides of achromatic stimulus and three stimuli pass through the same straight

line as in Figure 1.

where achromatic stimuli

is , and

and are a pair of

complementary colours.

)

,

,

(

X

0

Y

0

Z

0

W =

P =

(

X

1

,

Y

1

,

Z

1

)

) , , (X2 Y2 Z2 Q =

=

+

=

+

=

+

0

1

2

0

1

2

0

1

2

X

X

X

Y

Y

Y

Z

Z

Z

(1)

(14)

CIELAB色空間における補色対の定義

色空間における補色対の定義

色空間における補色対の定義

色空間における補色対の定義

1

500

116

16

500

116

16

*

2

*

2

3

3

1

*

1

*

=

+

+

+

+

+

a

L

a

L

With additive colour mixture equation and (2), the corresponding values

become , we marked two colors ,

A pair of complementary colours in the CIELAB Space become (3):

)

,

,

(

L

*0

a

0*

b

0*

W

L

*0

=

100

,

a

0*

=

0

,

b

0*

=

0

i

=

1

, 2

Additive

mixture

16

116

'

*

Y

L

=

1

200

116

16

200

116

16

1

116

16

116

16

500

116

500

116

3

2

*

2

*

3

1

*

1

*

3

2

*

3

1

*

=

+

+

+

=

+

+

+

b

L

b

L

L

L

(3)

mixture

equation

The condition of being complementary colours is and

L

*1

= L

*2

=

76

.

0693

)

(

200

)

(

500

16

116

'

'

*

'

'

*

'

*

Z

Y

b

Y

X

a

Y

L

=

=

=

(2)

(15)

CIELAB色空間での補色対の例

5 10 15 20

0693

.

76

*

=

L

白色:

白色:

白色:

白色:D65

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 -20 -15 -10 -5 0 a* b *

多数の補色対が存在する。

(16)

Colour contrast between two colors

P

Q

P

Q

C

+

=

(4)

Colour contrast (C) between two colour vectors P and Q is

defined as in expression (4).

( ) ( ) ( )

2

*

2

*

2

*

2

*

2

*

2

*

2

*

2

*

1

2

*

2

*

1

2

*

2

*

1

b

a

L

b

a

L

b

b

a

a

L

L

C

+

+

+

+

+

+

+

=

(5)

changing (4) to CIELAB colour space and used it for a pair of

complementary colours; one colour vector is and its

complementary colour vector is :

)

,

(

L

*1

a

1*,

b

1*

P

)

,

,

(

L

*2

a

2*

b

2*

Q

(17)

色のコントラスト感度

• 官能試験方法

(18)

15 20 ( m e as ur e d a n d m o d el e d ) 80 85 90 95 100 ( m e as ur e d a n d m o d el e d )

Calibration of colour display system

– Measured results –

By using colour luminance meter (TOPCON BM-5) at ambient temperature

24

C, tristimulus values xyY are measured. They were converted to

CIELAB as follows.

-20 -10 0 10 20 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 a * ( re al iz ed ) b* (realized) L * ( m e as ur e d a n d m o d el e d ) -20 -10 0 10 20 50 55 60 65 70 75 80 L * ( m e as ur e d a n d m o d el e d ) a* (design parameter)

(19)

Characteristics of colour display system

102 103 R ea liz ed a n d m ea su re d c on tr as t se n si ti vi ty

For calibration of the colour display system, colour patches were measured.

Measurement data range of a* is (0.2:0.5:14.7).

10-1 100 101 100 101 a* in designing contrast R ea liz ed a n d m ea su re d c on tr as t se n si ti vi ty

As a result of regression of the figure above, the colour display system used

in this study was modelled as follows in terms of contrast sensitivity:

* * *

( ) exp(0.044256log

1.206722log

4.394185)

(20)

諸 諸 諸

諸 元元元元 条条条条 件件件件

対象色 PALの赤 ( at CIE 1931 xy) とその補色 正弦パターンの提示 Matlab/MS Windows XP により,特定の校正済LCDモニターで表示 正弦パターンのデータ 3x3分子ピクセルを単位として,256 x 256 分子ピクセル (768 x 768原子ピクセル相当) で表現, 非圧縮BMPファイルとした 色指定方法 CIELABの による。 LCDモニター 正弦パターン方向に1024ハードウェアピクセル グラフィックアダプターにより768(原子)ピクセルモードで使用。

補色対の臨界コントラスト官能試験諸元

補色対の臨界コントラスト官能試験諸元

補色対の臨界コントラスト官能試験諸元

補色対の臨界コントラスト官能試験諸元

.

,

.

x

=

0 640

y

=

0 330

*

a

0 05

.

a

0*

14 7

.

グラフィックアダプターにより768(原子)ピクセルモードで使用。 パターン寸法 無彩色の色度 D65に近似 無彩色輝度レベル 97.6 (cd/m2) 評定距離 評定環境 擬似暗室(完全な暗室ではない) 評定者数 37名

. cm

W = 28 5

cm

L = 500

(21)
(22)

原子ピクセル

分子ピクセル

モニター画面のキャプチャーデー

タ変化

分子ピクセル値の横方向変化

Horizontal position (Molecular pixel)

50 100 150 200 250

0.5 1 1.5

Horizontal position (Molecular pixel)

50 100 150 200 250

0.5 1 1.5 Horizontal position (Molecular pixel)

50 100 150 200 250

1660 1680 1700

Horizontal position (Molecular pixel)

R

50 100 150 200 250

1660 1680 1700

Horizontal position (Molecular pixel)

G

50 100 150 200 250

1660 1680 1700

Horizontal position (Molecular pixel)

B

Horizontal position (Molecular pixel)

50 100 150 200 250

1660 1680 1700

Horizontal position (Molecular pixel)

R

50 100 150 200 250

1660 1680 1700

Horizontal position (Molecular pixel)

G

50 100 150 200 250

1660 1680 1700

Horizontal position (Molecular pixel)

(23)

余弦パターン

の例

(24)

Cosine wave charts used in the test

Cosine wave patterns of red and its complementary colour of several

different spatial frequencies and contrast are made to perform the

experi-ment. They were in uncompressed

BMP format.

Each pattern was

randomly

presented to 37 subjects.

Three options were selected at the specified

viewing distance for each of the patterns.

The options are:

(1) Wave can be recognized

(はい

はい

はい

はい)

(2) Wave cannot be recognized

(いいえ)

(いいえ)

(いいえ)

(いいえ)

(3) Neither of the above.

(?)

(?)

(?)

(?)

The options are:

(25)

色のコントラスト感度特性

(26)

Response of a typical subject

Conversion from the wave numbers in the pattern to spatial frequency

f

(cpd )

100 101

100 101 102

103 Subject 2

Spatial frequency (cycle/degree)

R es p o ns e

was formulated as (7).

f

n

L

D

f

2

tan

360

−1

=

π

(7)

Where in the (7):

D=28.5 cm;

L=500 cm;

n=[1 2 4 5 6 8 12 16 26 32 35 46 54 59 64].

Type 2( ): Mean values of reciprocal contrasts are considered as critical

The result analysis:

(27)

Colour Contrast Sensitivity Function (CCSF)-Type (1)

102 36 36 36 23 36 36 23 36 36 36 36 36 M ea n c o n tr as t se n si tiv it y

Critical contreast estinamation type (1)

102 33 33 34 21 35 35 22 30 35 35 35 M ea n c o n tr as t se n si tiv it y Outliers (σ > 2.0) removed 10-1 100 101 100 101 36 36 36 36

Spatial frequency (cycle/degree)

M ea n c o n tr as t se n si tiv it y 10-1 100 101 100 101 32 35 35 35

Spatial frequency (cycle/degree)

M ea n c o n tr as t se n si tiv it y

(28)

Colour Contrast Sensitivity Function (CCSF)-Type (2)

102 36 36 36 23 36 36 23 36 36 36 36 36 36 M ea n c o n tr as t se n si tiv it y

Critical contreast estinamation type (2)

102 35 34 34 21 32 35 22 31 34 35 35 35 M ea n c o n tr as t se n si tiv it y Outliers (σ > 2.0) removed 10-1 100 101 100 101 36 36 36

Spatial frequency (cycle/degree)

M ea n c o n tr as t se n si tiv it y 10-1 100 101 100 101 35 33 34

Spatial frequency (cycle/degree)

M ea n c o n tr as t se n si tiv it y

(29)
(30)

参考文献

• Gegentana and Hiroaki IKEDA:

Colour Contrast Sensitivity Function

between a Pair of Complementary Colours

Red and Cyan,

Red and Cyan,

Proceedings of the Media Computing

Conference, The Institute of Image

Electronics Engineers of Japan (2008-06)

赤に対する補色のカラーコントラスト感度特

性について, 第36回画像電子学会年次大会

参照

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