CIE 199-2011 METHODS FOR EVALUATING COLOUR DIFFERENCES IN IMAGES.pdf

1、 METHODS FOR EVALUATING COLOUR DIFFERENCES IN IMAGES CIE 199:2011 UDC: 535.65.083.6 Descriptor: Colour difference methods 681.7.014 Image processing 535.66 Colorimetry ISBN 978 3 902842 38 1 THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Illumination (CIE) is an organis

2、ation devoted to international co-operation and exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of lighting. Its membership consists of the National Committees in about 40 countries. The objectives of the CIE are: 1. To provide an international forum

3、 for the discussion of all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. 2. To develop basic standards and procedures of metrology in the fields of light and lighting. 3. To provide gu

4、idance in the application of principles and procedures in the development of international and national standards in the fields of light and lighting. 4. To prepare and publish standards, reports and other publications concerned with all matters relating to the science, technology and art in the fie

5、lds of light and lighting. 5. To maintain liaison and technical interaction with other international organisations concerned with matters related to the science, technology, standardisation and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried on by seven Divisions each with ab

6、out 20 Technical Committees. This work covers subjects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports developed by these international Divisions of the CIE are accepted throughout the world. A plenary session is held every four years at wh

7、ich the work of the Divisions and Technical Committees is reviewed, reported and plans are made for the future. The CIE is recognised as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organisations. LA COMMISSION INTERNATIONALE DE LE

8、CLAIRAGE La Commission Internationale de lEclairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopration internationale et lchange dinformations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives lart et la science de lclairage. Elle est compose de Comits Nationaux reprsentant envir

9、on 40 pays. Les objectifs de la CIE sont : 1. De constituer un centre dtude international pour toute matire relevant de la science, de la technologie et de lart de la lumire et de lclairage et pour lchange entre pays dinformations dans ces domaines. 2. Dlaborer des normes et des mthodes de base pour

10、 la mtrologie dans les domaines de la lumire et de lclairage. 3. De donner des directives pour lapplication des principes et des mthodes dlaboration de normes internationales et nationales dans les domaines de la lumire et de lclairage. 4. De prparer et publier des normes, rapports et autres textes,

11、 concernant toutes matires relatives la science, la technologie et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. 5. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres organisations internationales concernes par des sujets relatifs la science, la technologie, la normalisat

12、ion et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par 7 Divisions, ayant chacune environ 20 Comits Techniques. Les sujets dtudes stendent des questions fondamentales, tous les types dapplications de lclairage. Les normes et les rapports techniques labors

13、 par ces Divisions Internationales de la CIE sont reconnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plnire passe en revue le travail des Divisions et des Comits Techniques, en fait rapport et tablit les projets de travaux pour lavenir. La CIE est reconnue comme la plus haute autorit en

14、 ce qui concerne tous les aspects de la lumire et de lclairage. Elle occupe comme telle une position importante parmi les organisations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist eine Organisation, die sich der internationalen Zusam

15、menarbeit und dem Austausch von Informationen zwischen ihren Mitgliedslndern bezglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in rund 40 Lndern. Die Ziele der CIE sind : 1. Ein internationaler Mittelpunkt fr Diskussionen aller Fragen

16、 auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik und fr den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den einzelnen Lndern zu sein. 2. Grundnormen und Verfahren der Messtechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwickeln. 3. Richtlinien fr die Anwendung von Prinzipien

17、und Vorgngen in der Entwicklung internationaler und nationaler Normen auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. 4. Normen, Berichte und andere Publikationen zu erstellen und zu verffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. 5. Liais

18、on und technische Zusammenarbeit mit anderen internationalen Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird in 7 Divisionen, jede mit etwa 20 Technischen Komitees, geleistet. Diese Arbei

19、t betrifft Gebiete mit grundlegendem Inhalt bis zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte, die von diesen international zusammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind von der ganzen Welt anerkannt. Alle vier Jahre findet eine Session statt, in der die Arbeiten d

20、er Divisionen berprft, berichtet und neue Plne fr die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als hchste Autoritt fr alle Aspekte des Lichtes und der Beleuchtung angesehen. Auf diese Weise unterhlt sie eine bedeutende Stellung unter den internationalen Organisationen. Published by the COMMISSION

21、INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE Central Bureau Kegelgasse 27, A-1030 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 0, Fax: +43(1)714 31 87 18 e-mail: ciecbcie.co.at WWW: http:/www.cie.co.at/ CIE 2011 - All rights reserved METHODS FOR EVALUATING COLOUR DIFFERENCES IN IMAGES CIE 199:2011 UDC: 535.65.083.6 Des

22、criptor: Colour difference methods 681.7.014 Image processing 535.66 Colorimetry ISBN 978 3 902842 38 1 CIE 199:2011 II This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 8-02 of Division 8 “Image Technology“ and has been approved by the Board of Administration of the Commission Inte

23、rnationale de lEclairage for study and application. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of this

24、document is advisory and not mandatory. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 8-02 de la Division 8 “Technologie des images“ et a t approuv par le Bureau de la Commission Internationale de lEclairage, pour tude et emploi. Le document expose les connaissances et lexprience actuell

25、es dans le domaine particulier de la lumire et de lclairage dcrit ici. Il est destin tre utilis par les membres de la CIE et par tous les intresss. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Dieser Technische Bericht ist vom Technischen Komitee CIE 8-02 der Division 8

26、“Bildverarbeitung“ ausgearbeitet und vom Vorstand der Commission Internationale de lEclairage gebilligt worden. Das Dokument berichtet ber den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung in dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Verwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere

27、Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Any mention of organisations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, th

28、ese may not be comprehensive. Toute mention dorganisme ou de produit nimplique pas une prfrence de la CIE. Malgr le soin apport la compilation de tous les documents jusqu la mise sous presse, ce travail ne saurait tre exhaustif. Die Erwhnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billig

29、ung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, ist es mglich, dass diese nicht vollstndig sind. CIE 2011 - All rights reserved CIE 199:2011 III The following members of TC 8-02 “Colour Difference Evaluation in Image

30、s“ took part in the preparation of this Technical Report. The committee comes under Division 8 “Image Technology“. Members: Alessi, P.J. USA Fairchild, M D. USA Fernandez, C. France Field, G.G. USA Gibson, J. USA Hill, B. Germany Johnson, G. USA Luo, M.R. United Kingdom (Chair) McDowell, D. USA Mahy

31、, M. Belgium Pointer, M.R. United Kingdom Stokes, M. USA Takemura, K. Japan Uroz, J. Spain Viggiano, J.A.S. USA Yaguchi, H. Japan CIE 199:2011 IV CONTENTS Summary VI Rsum VI Zusammenfassung VI 1 Introduction 1 1.1 Overview . 1 1.2 Scope 1 2 Factors Affecting the Evaluation of Colour Differences for

32、Digital Images . 1 2.1 Overview . 1 2.2 Description of Factors 1 2.3 Factors Accounted for in these Recommendations 2 2.4 Factors Unaccounted for in these Recommendations 2 3 Reference Colour Digital Images . 3 3.1 Overview . 3 3.2 Targets Based upon Colour Patches 4 3.2.1 GretagMacbeth ColorChecker

33、 Chart . 4 3.2.2 GretagMacbeth ColorChecker DC . 4 3.2.3 GretagMacbeth ColorChecker SG . 5 3.2.4 ANSI CGATS and ISO TC130 Targets 5 3.3 Standard Colour Image Data (SCID) 7 3.3.1 CMYK/SCID Images . 7 3.3.2 XYZ/SCID Images 8 3.3.3 CIELAB/SCID Images 10 4 Statistical Processing of Colour Differences in

34、 Images 11 4.1 Overview . 11 4.2 Non-Gaussian Assumptions . 12 4.3 Reporting Image Colour-Difference 13 5 Instrumental Colour-Difference Methods . 13 5.1 Overview . 13 5.2 CIE Colour Appearance Models: CIECAM97s and CIECAM02 . 13 5.3 Conventional Colour-Difference Formulae 14 5.3.1 CIELAB and CIELUV

35、 14 5.3.2 CMC(l:c) Colour-Difference Formula . 14 5.3.3 CIEDE2000 Colour-Difference Formula . 15 6 Spatial Based Metrics . 18 6.1 Spatial Contrast Sensitivity 18 6.2 Contrast Sensitivity Function 19 6.3 S-CIELAB Model 20 6.4 S-CIEDE2000 Model 21 6.5 Hong and Luo Model 21 6.6 X-CIELAB: Extended S-CIE

36、LAB Model . 23 7 Existing Experimental Data . 24 7.1 Stokes . 24 7.2 Uroz, Luo and Morovic . 25 7.3 Song and Luo 25 7.4 Gibson, Fairchild and Wright 25 CIE 199:2011 V 7.5 Sano, Song and Luo 26 7.6 Imai, Tsumura and Miyake . 26 8 TC 8-02 Studies and Recommendations 26 8.1 Accumulation of Experimental

37、 Data 27 8.1.1 Image Selection . 27 8.1.2 Image Rendering . 28 8.1.3 Psychophysical Experiment 30 8.2 Data Analysis 30 8.2.1 Determining the Perceptibility Thresholds . 30 8.2.2 Comparing the Perceptibility Thresholds between Different Studies . 32 8.2.3 Testing the Performance of Different Colour-D

38、ifference Formulae . 34 8.3 Industrial Trials 36 9 TC Recommendations 39 10 Conclusion . 39 References . 41 CIE 199:2011 VI METHODS FOR EVALUATING COLOUR DIFFERENCES IN IMAGES Summary This Technical Report is concerned with the evaluation of colour differences between two similar images where the ou

39、tput media and the output viewing conditions are similar for both images. It is based on previously published work by CIE and other experts in this field. The report begins by reviewing the factors affecting the evaluation of these colour differences. Various methodologies are described to evaluate

40、colour differences using both visual and instrumental methods. A series of reference colour digital images are presented. A method for statistically analysing average colour differences is described. All the activities of the Technical Committee in charge of this report are finally summarized, and r

41、ecommendations are made to apply either CIELAB or CIEDE2000 for evaluating colour differences for a pair of images displayed in the same medium side by side under the same illumination conditions. METHODES DEVALUATION DES DIFFERENCES DE COULEUR DANS LES IMAGES Rsum Ce rapport technique dcrit les fac

42、teurs influant sur lvaluation des diffrences de couleur entre deux images nommment semblables, entre une scne originale et une reproduction de cette scne, ou au sein dune image. Il est fond sur des travaux dj publis par la CIE et par dautres experts dans cette discipline. On dcrit diffrentes procdur

43、es pour valuer les diffrences de couleur en recourant aussi bien des mthodes visuelles qu des techniques instrumentales. Une srie dimages numriques en couleur sont prsentes. On dcrit une mthode danalyse statistique des diffrences de couleur moyennes ainsi que le calcul dune srie dindices de reproduc

44、tion des couleurs. METHODEN ZUR BEWERTUNG VON FARBDIFFERENZEN IN BILDERN Zusammenfassung Dieser Technische Bericht beschreibt die Bewertung von Farbunterschieden zwischen zwei hnlichen Bildern, wobei sich das Reproduktionsmedium und die Betrachtungsbedingungen nicht zu stark unterscheiden. Der Beric

45、ht baut auf frheren Verffentlichungen der CIE und anderer Fachleute in diesem Gebiet auf. Zunchst werden die verschiedenen Einflussgren vorgestellt, welche die Ermittlung dieser Farbdifferenzen beeinflussen. So werden verschiedene Vorgehensweisen zur Ermittlung von Farbdifferenzen beschrieben, welch

46、e sowohl auf visuellen wie instrumentellen Methoden aufbauen. Als Referenz wird eine Serie von digitalisierten Bildern vorgestellt. Darber hinaus werden Verfahren zur statistischen Analyse mittlerer Farbdifferenzen angegeben. Alle Aktivitten des fr diesen Bericht verantwortlichen Technischen Komitee

47、s werden schlielich zusammengefasst, und es werden Empfehlungen zur Anwendung von CIELAB oder CIEDE2000 fr die Ermittlung von Farbdifferenzen zwischen einem Paar von Bildern formuliert, das sich nebeneinander auf einem Medium unter denselben Beleuchtungsbedingungen befindet. CIE 199:2011 1 1 Introdu

48、ction 1.1 Overview There is a long history of colour-difference evaluation applied to single pairs of coloured samples. With the advent of digital imaging, however, there is a need for recommendations on how to derive and report colour differences both between, and within, complex images. Several it

49、ems of relevant work can be brought together to provide useful recommendations. These include a description of factors that affect the evaluation of colour differences, the availability of a standard set of reference images in a CIE colour space, a rigorous statistical process for averaging colour differences, a practical method for reporting colour differences for images, and new methods to derive colou