Als je ooit hebt geprobeerd een zonsondergang vast te leggen met je smartphone, je weet dat de kleuren niet altijd overeenkomen met wat je in het echt ziet. Onderzoekers komen dichter bij het oplossen van dit probleem met een nieuwe set algoritmen die het mogelijk maken om kleuren in digitale afbeeldingen op een veel realistischere manier vast te leggen en weer te geven.

"Als we een mooi tafereel zien, we willen het opnemen en delen met anderen, " zei Min Qiu, leider van het Laboratory of Photonics and Instrumentation for Nano Technology (PAINT) aan de Westlake University in China. "Maar we willen geen digitale foto of video met de verkeerde kleuren zien. Onze nieuwe algoritmen kunnen ontwikkelaars van digitale camera's en elektronische beeldschermen helpen hun apparaten beter aan onze ogen aan te passen."

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society (OSA), Qiu en collega's beschrijven een nieuwe aanpak voor het digitaliseren van kleur. Het kan worden toegepast op camera's en beeldschermen, inclusief die voor computers, televisies en mobiele apparaten - en gebruikt om de kleur van LED-verlichting te verfijnen.

"Onze nieuwe aanpak kan de in de handel verkrijgbare displays van vandaag verbeteren of het realiteitsgevoel verbeteren voor nieuwe technologieën zoals near-eye-displays voor virtual reality en augmented reality-brillen, " zei Jiyong Wang, lid van het PAINT-onderzoeksteam. "Het kan ook worden gebruikt om led-verlichting te produceren voor ziekenhuizen, tunnels, onderzeeërs en vliegtuigen die het natuurlijke zonlicht precies nabootsen. Dit kan helpen bij het reguleren van het circadiane ritme bij mensen die geen blootstelling aan de zon hebben, bijvoorbeeld."

Digitale kleur mengen

Digitale kleuren zoals die op een televisie- of smartphonescherm worden meestal gecreëerd door rood, groen en blauw (RGB), met aan elke kleur een waarde toegewezen. Bijvoorbeeld, een RGB-waarde van (255, 0, 0) staat voor puur rood. De RGB-waarde weerspiegelt een relatieve mengverhouding van drie primaire lichten die door een elektronisch apparaat worden geproduceerd. Echter, niet alle apparaten produceren dit primaire licht op dezelfde manier, wat betekent dat identieke RGB-coördinaten er op verschillende apparaten als verschillende kleuren kunnen uitzien.

Er zijn ook andere manieren, of kleurruimten, gebruikt om kleuren te definiëren, zoals tint, verzadiging, waarde (HSV) of cyaan, magenta, geel en zwart (CMYK). Om het mogelijk te maken om kleuren in verschillende kleurruimten te vergelijken, de International Commission on Illumination (CIE) heeft normen opgesteld voor het definiëren van kleuren die zichtbaar zijn voor mensen op basis van de optische reacties van onze ogen. Om deze normen toe te passen, moeten wetenschappers en ingenieurs digitale, computergebaseerde kleurruimten zoals RGB tot CIE-gebaseerde kleurruimten bij het ontwerpen en kalibreren van hun elektronische apparaten.

In het nieuwe werk de onderzoekers ontwikkelden algoritmen die digitale signalen direct correleren met de kleuren in een standaard CIE-kleurruimte, waardoor kleurruimteconversies overbodig worden. kleuren, zoals gedefinieerd door de CIE-normen, worden gecreëerd door additieve kleurmenging. Dit proces omvat het berekenen van de CIE-waarden voor de primaire lampen die worden aangestuurd door digitale signalen en deze vervolgens mengen om de kleur te creëren. Om kleuren te coderen op basis van de CIE-normen, de algoritmen zetten de digitale gepulseerde signalen voor elke primaire kleur om in unieke coördinaten voor de CIE-kleurruimte. Om de kleuren te decoderen, een ander algoritme haalt de digitale signalen uit een verwachte kleur in de CIE-kleurruimte.

"Onze nieuwe methode koppelt de digitale signalen rechtstreeks aan een CIE-kleurruimte, ", zei Wang. "Omdat zo'n kleurruimte niet apparaatafhankelijk is, dezelfde waarden moeten worden gezien als dezelfde kleur, zelfs als verschillende apparaten worden gebruikt. Met onze algoritmen kunnen ook andere belangrijke eigenschappen van kleur, zoals helderheid en kleurkwaliteit, onafhankelijk en nauwkeurig worden behandeld."

Precieze kleuren maken

De onderzoekers testten hun nieuwe algoritmen met verlichting, weergave- en detectietoepassingen waarbij LED's en lasers betrokken waren. Hun resultaten kwamen goed overeen met hun verwachtingen en berekeningen. Bijvoorbeeld, ze toonden aan dat chromaticiteit, wat een maat is voor kleurrijkheid, onafhankelijk van helderheid, kon worden geregeld met een afwijking van slechts ~0,0001 voor LED's en 0,001 voor lasers. Deze waarden zijn zo klein dat de meeste mensen geen kleurverschillen zouden kunnen waarnemen.

De onderzoekers zeggen dat de methode klaar is om te worden toegepast op LED-lampen en in de handel verkrijgbare displays. Echter, om het uiteindelijke doel te bereiken, namelijk exact reproduceren wat we met onze ogen zien, zullen aanvullende wetenschappelijke en technische problemen moeten worden opgelost. Bijvoorbeeld, om een ​​scène op te nemen zoals we die zien, kleurensensoren in een digitale camera zouden op dezelfde manier op licht moeten reageren als de fotoreceptoren in onze ogen.

Om verder te bouwen op hun werk, de onderzoekers gebruiken ultramoderne nanotechnologieën om de gevoeligheid van kleursensoren te verbeteren. Dit zou kunnen worden toegepast voor kunstmatige zichttechnologieën om mensen met kleurenblindheid te helpen, bijvoorbeeld.