CIE 228-2018 Grey-Scale Calculation for Self-Luminous Devices.pdf

1、 TECHNICAL REPORT Grey-Scale Calculation for Self-Luminous Devices CIE 228:2018 UDC: 159.937.51 Descriptor: Perception of colour 612.843.31 Colour vision 535.66 Colorimetry ISBN 978-3-901906-97-8 DOI: 10.25039/TR.228.2018 THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on I

2、llumination (CIE) is an organization 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. T

3、o provide an international forum for the discussion of all matters relating to the scienc e, 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 lig

4、ht and lighting. 3. To provide guidance 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 scien

5、ce, technology and art in the fields of light and lighting. 5. To maintain liaison and technical interaction with other international organizations concerned with matters related to the science, technology, standardization and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried o

6、ut by Technical Committees, organized in seven Divisions. 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 i

7、s held every four years at which the work of the Divisions and Technical Committees is reported and reviewed, and plans are made for the future. The CIE is recognized as the autho rity on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organizations.

8、LA COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE 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

9、Comits Nationaux reprsentant environ 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

10、normes et des mthodes de base pour 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

11、normes, rapports et autres textes, 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 scie

12、nce, la technologie, la normalisation et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par Comits Techniques, organiss en sept Divisions. Les sujets dtudes stendent des questions fondamentales, tous les types dapplications de lclairage. Les normes et les ra

13、pports techniques labors 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

14、la plus haute autorit en 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 d

15、er internationalen Zusammenarbeit 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 internationales Forum fr Diskussi

16、onen aller Fragen 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 Anwendun

17、g von Prinzipien 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 be

18、treffen. 5. Liaison 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 durch Technische Komitees geleistet, die in sieben Divisionen

19、 organisiert sind. Diese Arbeit 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 auf der ganzen Welt anerkannt. Alle vier Jahre findet eine Sessio

20、n statt, in der die Arbeiten der Divisionen berichtet und berprft werden, sowie 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 O

21、rganisationen. Published by the COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE Central Bureau Babenbergerstrasse 9, A-1010 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 e-mail: ciecbcie.co.at www.cie.co.at CIE 2018 - All rights reserved TECHNICAL REPORT Grey-Scale Calculation for Self-Luminous Devices CIE 228:2

22、018 UDC: 159.937.51 Descriptor: Perception of colour 612.843.31 Colour vision 535.66 Colorimetry ISBN 978-3-901906-97-8 DOI: 10.25039/TR.228.2018 CIE 228:2018 ii This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 1-93 of Division 1 “Vision and Colour” and has been approved by the Boa

23、rd of Administration as well as by Division 1 of the Commission Internationale de lEclairage. 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 b

24、e noted, however, that the status of this document is advisory and not mandatory. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 1-93 of Division 1 “Vision et Couleur“ et a t approuv par le Bureau et Division 1 de la Commission Internationale de lEclairage. Le document expose les connaiss

25、ances et lexprience actuelles 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 indicat if et non obligatoire. Dieser Technische Bericht ist vom Technischen Komi

26、tee CIE 1-93 of Division 1 “Sehen und Farbe“ ausgearbeitet und vom Vorstand sowie Division 1 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 Verwen

27、dung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Any mention of organizations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compilation of any

28、lists, up to the time of going to press, these 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 Organisatio

29、nen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, besteht die Mglichkeit, dass diese nicht vollstndig sind. CIE 2018 - All rights reserved CIE 228:2018 iii The following membe

30、rs of TC 1-93 “Calculation of Self-Luminous Neutral Scale“ took part in the preparation of this Technical Report. The committee comes under Division 1 “Colour and Vision”. Authors: Carter, R. (Chair) USA Ayama, M. Japan Green, P. United Kingdom Krupinski, E. USA Oleari, C. Italy Smet, K.A.G. Belgium

31、 Acknowledgement: The committee would like to thank those who, although not members of the committee, contributed to the preparation of this report: K. Baah (author of Annex C), D. Couzin (author of Annex B), R. Huertas (contributor to Clauses 3.1 and 3.2), S. McFadden (co-author of Annex A), M. Mel

32、gosa (co-author of Clause 3.3 with C. Oleari and contributor to Clause 3.2), M.R. Pointer, and D.C. Rich (especially regarding the meaning of “neutral”). CIE 228:2018 iv CONTENTS Summary v Rsum v Zusammenfassung . vi 1 Introduction 1 1.1 Problem statement 1 1.2 Examples of self-luminous neutral-scal

33、e formulae . 3 1.3 Recommendation of Whittles Formula. 5 2 Calculation of CIE self-luminous neutral scale using Whittles formula 5 2.1 Self-luminous neutral calculation . 5 2.2 An example of positive contrast from background 8 2.3 An example of negative contrast from background . 8 2.4 Self-luminous

34、 neutral-scale differences between two visual targets . 8 3 Use of the self-luminous neutral-scale calculation in colour-difference formulae for self-luminous stimuli . 9 3.1 Whittles formula as part of CIELAB colour difference 9 3.2 CIEDE2000 . 10 3.3 Whittles lightness formula as achromatic lightn

35、ess in OSA-UCS system . 10 4 The meaning of self-luminous neutral . 11 5 Recommendations 12 6 Future Research . 13 6.1 Intraocular scattering and luminance . 13 6.2 The future of self-luminous neutral scale . 14 Annex A Glossary . 15 Annex B Visual discrimination functions for digital videography. 1

36、8 Annex C A comparison of the DICOM GSDF and Whittles formula . 21 Annex D More information about Whittles formula 23 Annex E CIE tristimulus values of the Bosten, Beer and MacLeod white point . 26 Annex F The slope of subjective grey scale with respect to luminance 27 References . 28 CIE 228:2018 v

37、 GREY-SCALE CALCULATION FOR SELF-LUMINOUS DEVICES Summary Contemporary colour media, to which a self-luminous grey (or more generally, neutral) scale would apply, include light emitting diode (LED) displays and liquid crystal displays (LCD). Every colour-difference calculation has a neutral or achro

38、matic component. In stand-alone mode, this neutral scale can be used to calculate barely-visible threshold changes in luminance, equal-appearing suprathreshold steps of grey scale, matching grey appearance or conspicuousness of grey targets during visual search. CIE lightness, L*, as part of the CIE

39、LAB and CIELUV colour spaces, was developed to serve similar purposes for reflective materials, and it was adapted in 1983 for use with cathode-ray tube (CRT) displays. Self-luminous devices such as computer displays, wide-area luminaires (when used not for lighting but for artistic or information p

40、urposes), advertising media, signage, safety lights, scientific and medical displays, avionics and heads-up displays, often exhibit high luminance, high spatial resolution and high contrast that require a self-luminous neutral scale. A self-luminous neutral scale does not require specification of a

41、reference white; instead it is a function of the background luminance of the visual target, thus the scale has no upper limit. Because the self-luminous neutral scale can involve high contrast over a small visual subtense, it accounts for intraocular scattering. Finally, a self-luminous neutral scal

42、e enables the calculation of colour differences (e.g. CIELAB, CIEDE2000, or OSA-UCS) between self-luminous image segments, including consideration of a neutral point. This report recommends a method to calculate a self-luminous neutral scale fulfilling these requirements. The report also refers to a

43、pplications, for which the recommended calculation could be improved: for mesopic light levels (e.g. cinema and video); to calculate effects of any particular visual subtense and shape of contrasts; to reflect the effects of stimulus geometry (e.g. comparison of adjoining fields versus separated fie

44、lds); to incorporate post-retinal effects (e.g. due to visual cortical computations, such as the white point), and highlights in the surround not adjoining the visual target. CALCUL DECHELLE GRISE POUR DISPOSITIFS AUTO-LUMINEUX Rsum Les mdias de couleur contemporains, auxquels une chelle grise auto-

45、lumineuse (ou plus gnralement neutre) sappliquerait, comprennent les crans diodes lectroluminescentes (DEL) et les crans cristaux liquides (LCD). Chaque calcul de diffrence de couleur a une composante neutre ou achromatique. En mode autonome, cette chelle neutre peut tr e utilise pour calculer des c

46、hangements de valeur de seuil en luminance peine visibles, des chelons supra-seuils dchelles de gris lapparence gale, lapparence grise correspondante ou la visibilit de cibles grises pendant la recherche visuelle. La luminosit CIE, L*, qui fait partie des espaces colorimtriques CIELAB et CIELUV, a t

47、 dveloppe pour servir des objectifs similaires en ce qui concerne les matriaux rflchissants, et a t adapte en 1983 pour tre applique sur des crans tube cathodique (CRT). Les dispositifs auto-lumineux tels que les crans dordinateur, les luminaires grande surface (utiliss pour des raisons artistiques

48、ou informatives, au lieu de raison dclairage), les panneaux publicitaires, les enseignes, lclairage de scurit, les crans scientifiques et mdicaux, lavionique et les affichages tte haute, prsentent souvent une luminance leve, de haute rsolution spatiale et de contraste lev, qui ncessite une chelle ne

49、utre auto-lumineuse. Une chelle neutre auto-lumineuse ne ncessite pas de spcification de blanc de rfrence; au contraire, elle est fonction de la luminance de fond de la cible visuelle, donc lchelle na pas de limite suprieure. Comme lchelle neutre auto-lumineuse peut impliquer un contraste lev sur un angle apparent limit, elle prend en compte la diffusion