如果你嘗試過用手機拍日落，就會發現照片的顏色和現實總是有落差;網購衣服的顏色和在手機屏幕上看到的永遠不同……“色差”一直困擾著被數字影像包圍的人們。
針對這一問題，西湖大學光學工程講席教授仇旻團隊提出以人眼感知為基準的顏色空間，替代以物理器件本身為基準的顏色空間，以解決顏色在保存和復現過程中的失真問題。相關成果近日發表于《光學》期刊。
“我們看到美麗的風景時，會想記錄下來與他人分享。”論文共同通訊作者仇旻說，“但我們不想看到顏色有差異的照片或視頻。我們的新算法可以幫助數碼相機和電子顯示屏開發商更好地調整設備，以適應人眼。”
混合的數字顏色
電視或智能手機屏幕上的數字顏色通常是由紅、綠、藍(RGB)三色組合而成，每種顏色都有一個值。例如，RGB值為(255、0、0)表示純紅色。RGB值反映由電子設備產生的3個主光源的相對混合比例。然而，并非所有的設備都以相同的方式產生主光，這意味著相同的RGB坐標在不同的設備上可能是不同的顏色。
其他的顏色空間也可以用于定義顏色，如色相、飽和度、明度(即HSV)，或青色、品紅、黃色和黑色(CMYK)。
但不同的顏色空間如何實現顏色對比呢?對此，國際照明委員會(CIE)發布了基于人眼的光學反應來定義人們可以看到顏色的標準。這些標準要求科學家和工程師在設計和校準電子設備時，將基于計算機的數字顏色空間(如RGB)轉換為基于CIE的顏色空間。
在新研究中，作者開發了一種算法，可直接將數字信號與CIE標準顏色空間中的顏色關聯起來。“我們的新方法將數字信號直接映射到CIE顏色空間。”論文共同通訊作者王紀永說，“因為這種顏色空間并不依賴于設備，所以即便使用不同的設備，同樣的值也應該被認為是相同的顏色。我們的算法還可以獨立而精確地處理其他重要的顏色屬性，如亮度和色度。”
創建更精準的顏色
CIE標準定義的顏色是通過加色混合產生的。這個過程包括計算由數字信號驅動的主光源CIE值，然后將這些光混合在一起產生顏色。
為了根據CIE標準對顏色進行編碼，王紀永表示，新算法將每個原色的數字脈沖信號轉換為CIE顏色空間的唯一坐標。為了解碼顏色，另一種算法能從CIE顏色空間的期望顏色中提取數字信號。
研究人員用照明、顯示和傳感應用測試了新算法，相關應用包括LED燈和激光。研究結果與作者預期和計算結果一致。例如，他們證明了色度(不依賴于亮度的色彩度量)可用僅為0.0001的偏差(對LED)和0.001的偏差(對激光)來控制。這些偏差十分細微，大多數人無法察覺到任何色差。
“我們的新方法可以改進商用顯示器，或增強新技術的真實感，比如用于虛擬現實和增強現實眼鏡的近眼顯示器。”王紀永說，它還可以用于為醫院、隧道、潛艇和飛機制造精確模擬自然陽光的LED照明。
然而，研究人員表示，要準確再現人眼所見的最終目標，還需要解決更多的科學和技術問題。例如，要記錄人們看到的場景，數碼相機中的顏色傳感器需要像人眼中的光感受器一樣對光做出反應。
目前，研究人員正使用最先進的納米技術提高顏色傳感器的靈敏度。這有很多應用場景，例如可以應用于人工視覺技術幫助色盲者。
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