Важко уявити наше життя без пристроїв відображення інформації. Їх левова частка належить різного роду моніторам: рідкокристалічним панелям (LCD), світлодіодним (LED), панелям на органічних світлодіодах (OLED). Основною особливістю таких пристроїв є можливість відтворення інформації в кольорі та динаміці, що впливає на психологічне сприйняття, оброблення та засвоєння інформації. Інтерпретація кольору – складний психофізичний процес впливу електромагнітного випромінювання різних частот на зоровий апарат людини. На колірне сприйняття людини впливають низка тісно взаємопов’язаних фізичних, фізіологічних і психологічних чинників.
Принцип роботи пристроїв кольорового відображення ґрунтується на фізичній моделі Максвелла [J.C. Maxwell, On the theory of three primary colors, Proc. Roy. Inst. 3, 370-375 (1858-62)], яка описує формування кольорового зображення трьома основними кольорами – червоним (R), зеленим (G) і синім (B). Кожен піксель монітора складається з R-, G- і B-субпікселів, різні яскравості яких у сумі утворюють один колір, а кольорове зображення формується всіма пікселями. Кольори такого типу називаються адитивними, оскільки при додаванні (змішуванні) двох випромінювань основних кольорів R, G, B отримується світліший колір. Максимальна яскравість трьох базових складових відповідає білому кольору, а мінімальна – чорному. Суттєво відрізняється виведення зображення на друк, адже папір не випромінює, а поглинає або відображає кольорові хвилі.
Для відображення якісного кольорового зображення, особливо у світлих ділянках насичених кольорів, необхідні максимальні яскравості базових кольорів RGB, що призводить до появи відомих ефектів «перевантаження субпікселів» і, відповідно, негативно впливає на якість виведення кольорового зображення. Нині значний інтерес викликають системи з чотирма субпікселями – білим (W), червоним (R), зеленим (G), синім (B). Розширення динамічного діапазону, покращення якості й енергоефективності надають значні переваги для стрімкого розвитку таких систем. Однак віднайдення ефективного алгоритму для формування ідентичних кольорів у моделі RGB та WRGB залишається нагальним питанням для широкого застосування цієї технології.
Дослідники з Інституту фізики конденсованих систем НАН України (Львів) та Інституту фізики НАН України (Київ) винайшли новий алгоритм цифрової обробки кольорового зображення на основі фізіологічної моделі Г’юбела [Hubel H. David. Eye, Brain and Vision. – New York: Scientific American Library (1988)]. Описаний алгоритм цифрової обробки розкриває фізіологічний принцип колірної трансформації кожного пікселя зображення на два кольорові (з трьох базових кольорів RGB) і біле світло (W), який успішно й унікальним чином використовується на нейронному рівні системою колірного зору людини.
Суть винаходу полягає у тому, що вхідні колірні координати всіх кольорів пікселів зображення перетворюють у новий опонентний колірний простір, в якому кожен колір зображення описують двома хроматичними координатами – колірним тоном і насиченістю, а також третьою ахроматичною координатою, якою описують яскравість кольору. На основі цих даних знаходять ахроматичну координату субпікселя білого світла (W) і три координати кольорових субпікселів (R, G, B). У результаті перетворення вхідного зображення в опонентному просторі колірного зору людини формуються ідентичні кольори вхідного зображення Fop(W0, C1, C2) ≡ F(R, G, B) – при мінімальних яскравостях субпікселя білого світла (W) і кольорових субпікселів (R, G, B), що забезпечує можливість прямого виведення кольорового зображення на екрані дисплею без жодних втрат роздільної здатності та колірних характеристик вхідного зображення. Виконання тотожності кольорів, синтезованих двома моделями – Максвелла і Г’юбела, – підтверджено як чисельними розрахунками колірних координат двох кольорів, так і експериментальною перевіркою на створених прототипах – LED-дисплеях.
 Формування кольорового зображення на дисплеї трьома основними кольорами RGB і WRGB та результат збереження енергії живлення |
За інформацією Інституту фізики НАН України
й Інституту фізики конденсованих систем НАН України