Lecture 20: Color and Perception
- [一、光场和光图 lumigraph](#一、光场和光图 lumigraph)
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- [1.全光函数 Plenoptic Function](#1.全光函数 Plenoptic Function)
- [2.光场相机 Light Field Camera](#2.光场相机 Light Field Camera)
- 3.光场重建
- 二、颜色
一、光场和光图 lumigraph
1.全光函数 Plenoptic Function
- 描述了从任意视角、任意时刻、任意位置、任意波长看到的所有东西
- 灰度图：定义观察方向 P ( θ , ϕ ) P(\theta,\phi) P(θ,ϕ)（位置固定）
- 彩色图：定义了波长 λ \lambda λ ------ P ( θ , ϕ , λ ) P(\theta,\phi,\lambda) P(θ,ϕ,λ)
- 电影和全息电影：引入了时间t、以及任意观察位置 P ( θ , ϕ , λ , t , V x , V y , V z ) P(\theta,\phi,\lambda,t,V_{x},V_{y},V_{z}) P(θ,ϕ,λ,t,Vx,Vy,Vz)
2.光场相机 Light Field Camera
- 能够捕捉场景中的 光场信息
- 光场相机通常包含一个 微透镜阵列 ，将每个像素的光线分解成多个方向，从而记录下光线的方向信息
3.光场重建
- 指从光场数据中恢复场景的三维结构和表面属性的过程
- 通过分析不同方向上的光线信息，可以重建出场景的深度、形状和材质等
二、颜色
1.物理基础
- 光是一种电磁辐射，有不同频率（波长）的振荡组成
- 人的眼睛只能感知特定波长范围内的电磁辐射，这个范围被称为 可见光谱 ，大约在 380 nm 到 780 nm 之间
- 光的传播：光在传播过程中会与物质相互作用，例如 反射、折射、散射 等，这些相互作用 会影响光的颜色和强度
2.生物基础
- 人眼通过视网膜上的感光细胞感知颜色。视网膜上有两种感光细胞：视杆细胞Rod cells 和视锥细胞 Cone cells
- 视杆细胞: 主要在低光照条件下工作，感知灰度图像 ------ 光强
- 视锥细胞: 主要在正常光照条件下工作，感知颜色（内部又分为三类 S\M\L）
3.同色异谱 Metamerism
- 尽管两种光谱在物理上完全不同，但它们在人类眼中看起来是相同的颜色
原因
- 人类视觉系统: 人类眼睛中的视锥细胞对光的波长敏感，但它们并不测量每个波长的光强度，而是三个视锥细胞的响应
- 颜色混合: 当两种或多种不同颜色的光混合在一起时，它们可以产生新的颜色
重要性
- 颜色再现: 由于 Metamers 的存在，我们不必复制现实世界场景的全光谱
- 颜色匹配: Metamers 使颜色匹配成为可能
4.颜色再现 & 颜色匹配 reproduction / matching
颜色匹配函数
- 这些函数描述了为了匹配特定波长（颜色）的光，需要混合多少红色、绿色和蓝色光
加色法 Additive Color
- 原理
- 三原色: 加色法使用三种原色：红色、绿色和蓝色（RGB），这三种颜色可以组合成任何其他颜色
- 混合光: 当两种或多种颜色的光混合在一起时，它们会产生新的颜色
- 颜色模型: 加色法通常使用颜色模型来描述颜色的混合。最常用的颜色模型是 RGB 颜色模型（红绿蓝）
5.颜色空间
①RGB颜色空间
- 使用红色、绿色和蓝色三种原色来表示颜色
- 色域受限
②CMYK 颜色空间
- CMYK 颜色空间使用青色、品红色、黄色和黑色四种颜色来表示颜色
- 打印中常用
③CIE XYZ颜色空间
- CIE XYZ 颜色空间是一种通用的颜色空间，它可以表示所有可观察的颜色，分别对应于三个假想的原色 X、Y 和 Z
- 用于颜色科学、颜色匹配和颜色管理
④HSV颜色空间
- H色调、S饱和度、L亮度
⑤CIELAB颜色空间
- CIELAB 颜色空间由三个坐标 L*、a* 和 b* 组成
- L 星座： L* 星座描述颜色的亮度，范围从 0% 到 100%，其中 0% 表示黑色，50% 表示中性灰，100% 表示白色
- a 星座： a* 星座描述颜色的红绿色调，正值表示红色调，负值表示绿色调
- b 星座： b* 星座描述颜色的黄蓝色调 ，正值表示黄色调，负值表示蓝色调
