الخوارزميات الجديدة تعطي الصور الرقمية لونًا أكثر واقعية

يمكن تطبيق النهج الجديد لرقمنة الألوان على الكاميرات والشاشات وإضاءة LED. نظرًا لأن مساحة اللون المدروسة لا تعتمد على الجهاز ، يجب النظر إلى نفس القيم على أنها نفس اللون حتى إذا تم استخدام أجهزة مختلفة. الصورة عبارة عن ركن من أركان الإعداد البصري الذي بناه الباحثون. الائتمان: مجموعة أبحاث PAINT التابعة لـ Min Qiu ، جامعة Westlake.

إذا حاولت يومًا التقاط غروب الشمس بهاتفك الذكي ، فأنت تعلم أن الألوان لا تتطابق دائمًا مع ما تراه في الحياة الواقعية. يقترب الباحثون من حل هذه المشكلة باستخدام مجموعة جديدة من الخوارزميات التي تجعل من الممكن تسجيل الألوان وعرضها في الصور الرقمية بطريقة أكثر واقعية.

قال مين كيو ، رئيس مختبر الضوئيات والأجهزة لتكنولوجيا النانو (PAINT) في جامعة ويست ليك في الصين: "عندما نرى مشهدًا جميلًا ، نريد تسجيله ومشاركته مع الآخرين". "لكننا لا نريد أن نرى صورة رقمية أو فيديو بألوان خاطئة. خوارزمياتنا الجديدة يمكن أن تساعد مطوري الكاميرات الرقمية والشاشات الإلكترونية على تكييف أجهزتهم بشكل أفضل مع أعيننا."

في مجلة Optica ، مجلة الجمعية البصرية (OSA) ، يصف Qiu وزملاؤه طريقة جديدة لرقمنة الألوان. يمكن تطبيقه على الكاميرات وشاشات العرض - بما في ذلك تلك المستخدمة لأجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون والأجهزة المحمولة - واستخدامها لضبط لون إضاءة LED.

قال Jiyong Wang ، عضو فريق PAINT البحثي: "يمكن أن يؤدي نهجنا الجديد إلى تحسين العروض المتاحة تجاريًا اليوم أو تعزيز الإحساس بالواقع للتقنيات الجديدة مثل شاشات العرض القريبة من العين للواقع الافتراضي ونظارات الواقع المعزز". "يمكن استخدامه أيضًا لإنتاج إضاءة LED للمستشفيات والأنفاق والغواصات والطائرات التي تحاكي بدقة ضوء الشمس الطبيعي. يمكن أن يساعد هذا في تنظيم إيقاع الساعة البيولوجية لدى الأشخاص الذين يفتقرون إلى التعرض لأشعة الشمس ، على سبيل المثال."

طور الباحثون خوارزميات تربط الإشارات الرقمية بالألوان في مساحة ألوان قياسية لـ CIE. يُظهر الفيديو كيف يتم إنشاء ألوان مختلفة في الرسم التخطيطي اللوني CIE 1931 عن طريق مزج ثلاثة ألوان من الضوء. الائتمان: مجموعة أبحاث PAINT التابعة لـ Min Qiu ، جامعة Westlake

خلط اللون الرقمي

عادةً ما يتم إنشاء الألوان الرقمية مثل تلك الموجودة على شاشة التلفزيون أو الهاتف الذكي من خلال الجمع بين الأحمر والأخضر والأزرق (RGB) ، مع تخصيص قيمة لكل لون. على سبيل المثال ، تمثل قيمة RGB البالغة (255 ، 0 ، 0) اللون الأحمر النقي. تعكس قيمة RGB نسبة خلط نسبية لثلاثة مصابيح أولية ينتجها جهاز إلكتروني. ومع ذلك ، لا تنتج جميع الأجهزة هذا الضوء الأساسي بنفس الطريقة ، مما يعني أن إحداثيات RGB المتطابقة يمكن أن تبدو بألوان مختلفة على أجهزة مختلفة.

هناك أيضًا طرق أخرى ، أو فراغات لونية ، تُستخدم لتعريف الألوان مثل تدرج اللون والتشبع والقيمة (HSV) أو السماوي والأرجواني والأصفر والأسود (CMYK). لإتاحة إمكانية مقارنة الألوان في فضاءات ألوان مختلفة ، أصدرت اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) معايير لتحديد الألوان المرئية للبشر بناءً على الاستجابات البصرية لأعيننا. يتطلب تطبيق هذه المعايير من العلماء والمهندسين تحويل مساحات الألوان الرقمية المعتمدة على الكمبيوتر مثل RGB إلى مساحات ألوان قائمة على CIE عند تصميم ومعايرة أجهزتهم الإلكترونية.

في العمل الجديد ، طور الباحثون خوارزميات تربط بشكل مباشر بين الإشارات الرقمية والألوان في مساحة ألوان CIE القياسية ، مما يجعل تحويلات مساحة اللون غير ضرورية. يتم إنشاء الألوان ، على النحو المحدد في معايير CIE ، من خلال خلط الألوان المضافة. تتضمن هذه العملية حساب قيم CIE للأضواء الأولية التي تحركها الإشارات الرقمية ثم مزجها معًا لإنشاء اللون. لتشفير الألوان بناءً على معايير CIE ، تقوم الخوارزميات بتحويل الإشارات النبضية الرقمية لكل لون أساسي إلى إحداثيات فريدة لمساحة ألوان CIE. لفك تشفير الألوان ، تقوم خوارزمية أخرى باستخراج الإشارات الرقمية من لون متوقع في مساحة ألوان CIE.

قال وانغ: "طريقتنا الجديدة ترسم الإشارات الرقمية مباشرة إلى فضاء ألوان CIE". "نظرًا لأن مساحة اللون هذه لا تعتمد على الجهاز ، يجب النظر إلى نفس القيم على أنها نفس اللون حتى إذا تم استخدام أجهزة مختلفة. تسمح خوارزمياتنا أيضًا بمعالجة الخصائص المهمة الأخرى للون مثل السطوع واللون بشكل مستقل ودقيق."

خلق ألوان دقيقة

اختبر الباحثون خوارزمياتهم الجديدة مع تطبيقات الإضاءة والعرض والاستشعار التي تتضمن مصابيح LED والليزر. تتفق نتائجهم بشكل جيد مع توقعاتهم وحساباتهم. على سبيل المثال ، أظهروا أن اللونية ، وهي مقياس للون مستقل عن السطوع ، يمكن التحكم فيها بانحراف يبلغ 0.0001 لمصابيح LED و 0.001 لليزر. هذه القيم صغيرة جدًا لدرجة أن معظم الناس لن يكونوا قادرين على إدراك أي اختلافات في اللون.

يقول الباحثون أن الطريقة جاهزة للتطبيق على مصابيح LED والشاشات المتاحة تجاريًا. ومع ذلك ، فإن تحقيق

سيتطلب الهدف النهائي المتمثل في إعادة إنتاج ما نراه بأعيننا بالضبط حل مشكلات علمية وتقنية إضافية. على سبيل المثال ، لتسجيل مشهد كما نراه ، ستحتاج أجهزة استشعار الألوان في الكاميرا الرقمية إلى الاستجابة للضوء بنفس الطريقة التي تستجيب بها المستقبلات الضوئية في أعيننا.

لمزيد من البناء على عملهم ، يستخدم الباحثون أحدث التقنيات النانوية لتعزيز حساسية أجهزة استشعار الألوان. يمكن تطبيق ذلك على تقنيات الرؤية الاصطناعية لمساعدة الأشخاص المصابين بعمى الألوان ، على سبيل المثال.

مزيد من المعلومات: Ni Tang et al ، مساحة اللون الإدراكي غير الخطية المشفرة بواسطة النبضات الرقمية المضافة ، البصريات (2021). DOI: 10.1364 / OPTICA.422287

الاقتباس: الخوارزميات الجديدة تمنح الصور الرقمية ألوانًا أكثر واقعية (2021 ، 1 يوليو) تم استردادها في 11 يوليو 2021 من https://phys.org/news/2021-07-algorithms-digital-images-realistic.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.