Om du någonsin har försökt fånga en solnedgång med din smartphone, du vet att färgerna inte alltid matchar det du ser i verkligheten. Forskare kommer närmare att lösa detta problem med en ny uppsättning algoritmer som gör det möjligt att spela in och visa färg i digitala bilder på ett mycket mer realistiskt sätt.

"När vi ser en vacker scen, vi vill spela in den och dela den med andra, "sa Min Qiu, ledare för Laboratory of Photonics and Instrumentation for Nano Technology (PAINT) vid Westlake University i Kina. "Men vi vill inte se ett digitalt foto eller en video med fel färger. Våra nya algoritmer kan hjälpa utvecklare av digitalkameror och elektroniska skärmar att bättre anpassa sina enheter till våra ögon."

I Optica , The Optical Society's (OSA) tidskrift, Qiu och kollegor beskriver en ny metod för digitalisering av färg. Den kan tillämpas på kameror och skärmar - inklusive sådana som används för datorer, TV och mobila enheter-och används för att finjustera färgen på LED-belysning.

"Vårt nya tillvägagångssätt kan förbättra dagens kommersiellt tillgängliga bildskärmar eller förbättra verklighetskänslan för ny teknik som nära-ögon-skärmar för virtual reality och augmented reality-glasögon, "sa Jiyong Wang, medlem i PAINT -forskargruppen. "Den kan också användas för att producera LED -belysning för sjukhus, tunnlar, ubåtar och flygplan som exakt efterliknar naturligt solljus. Detta kan hjälpa till att reglera dygnsrytmen hos personer som saknar sol exponering, till exempel."

Blandar digital färg

Digitala färger som de på en TV- eller smartphone -skärm skapas vanligtvis genom att kombinera rött, grönt och blått (RGB), med varje färg tilldelat ett värde. Till exempel, ett RGB -värde på (255, 0, 0) representerar ren röd. RGB -värdet återspeglar ett relativt blandningsförhållande mellan tre primära lampor som produceras av en elektronisk enhet. Dock, inte alla enheter producerar detta primära ljus på samma sätt, vilket innebär att identiska RGB -koordinater kan se ut som olika färger på olika enheter.

Det finns också andra sätt, eller färgutrymmen, används för att definiera färger som nyans, mättnad, värde (HSV) eller cyan, magenta, gul och svart (CMYK). För att göra det möjligt att jämföra färger i olika färgutrymmen, International Commission on Illumination (CIE) utfärdade standarder för att definiera färger som är synliga för människor baserat på våra ögons optiska svar. Att tillämpa dessa standarder kräver att forskare och ingenjörer konverterar digitala, datorbaserade färgutrymmen som RGB- till CIE-baserade färgutrymmen vid utformning och kalibrering av deras elektroniska enheter.

I det nya arbetet, forskarna utvecklade algoritmer som direkt korrelerar digitala signaler med färgerna i ett standard CIE -färgutrymme, vilket gör omvandlingar av färgutrymme onödiga. Färger, enligt definitionen i CIE -standarderna, skapas genom tillsats av färgblandning. Denna process innebär att man beräknar CIE -värdena för de primära lamporna som drivs av digitala signaler och sedan blandas ihop dem för att skapa färgen. För att koda färger baserade på CIE -standarder, algoritmerna konverterar de digitala pulserade signalerna för varje primärfärg till unika koordinater för CIE -färgutrymmet. För att avkoda färgerna, en annan algoritm extraherar de digitala signalerna från en förväntad färg i CIE -färgutrymmet.

"Vår nya metod kartlägger de digitala signalerna direkt till ett CIE -färgutrymme, "sa Wang." Eftersom sådant färgutrymme inte är enhetsberoende, samma värden bör uppfattas som samma färg även om olika enheter används. Våra algoritmer tillåter också att andra viktiga färgegenskaper som ljusstyrka och kromatik behandlas oberoende och exakt. "

Skapa exakta färger

Forskarna testade sina nya algoritmer med belysning, display- och avkänningsapplikationer som involverade lysdioder och lasrar. Deras resultat överensstämde mycket väl med deras förväntningar och beräkningar. Till exempel, de visade att kromatik, som är ett mått på färgrikhet oberoende av ljusstyrka, kan kontrolleras med en avvikelse på bara ~ 0,0001 för lysdioder och 0,001 för lasrar. Dessa värden är så små att de flesta inte skulle kunna uppfatta några skillnader i färg.

Forskarna säger att metoden är redo att appliceras på LED -lampor och kommersiellt tillgängliga displayer. Dock, att uppnå det slutliga målet att återge exakt det vi ser med våra ögon kommer att kräva lösning av ytterligare vetenskapliga och tekniska problem. Till exempel, att spela in en scen som vi ser den, färgsensorer i en digitalkamera skulle behöva reagera på ljus på samma sätt som fotoreceptorerna i våra ögon.

För att bygga vidare på deras arbete, forskarna använder toppmodern nanoteknik för att öka känsligheten hos färgsensorer. Detta kan tillämpas på artificiell synsteknik för att hjälpa människor som har färgblindhet, till exempel.