Codifica a colori nella visualizzazione dei dati - Color coding in data visualization

La visualizzazione dei dati raggiunge oggi il suo significato grazie alla tecnologia dell'informazione: big data elaborati in computer con software di visualizzazione capaci, combinati con tecniche statistiche e codifica a colori su display elettronici. Questo articolo riguarda la codifica a colori nella visualizzazione dei dati .

Le origini della codifica a colori includono le rubriche , il Teorema dei quattro colori della cartografia e il libro di Jacques Bertin del 1967, Sémiologie Graphique ( Semiologia della grafica ). La codifica a colori contemporanea per la visualizzazione dei dati è resa possibile da quattro tecnologie: statistica, tecnologia del colore, display e calcolo. La visualizzazione dei dati è stata proceduralizzata dagli statistici John Tukey e Edward Tufte nei loro rispettivi libri di riferimento Exploratory Data Analysis nel 1977 e The Visual Display of Quantitative Information nel 1982. Non hanno enfatizzato l'uso del colore. Altri hanno dimostrato la superiorità della codifica a colori per accelerare la ricerca visiva delle informazioni visualizzate e per individuare e organizzare le informazioni di interesse. Un terzo prerequisito per la visualizzazione dei dati codificati a colori sono i display elettronici a colori ad alta risoluzione, alto contrasto e alta luminanza. Honeywell Corporation e Boeing Corporation hanno raccolto dati tecnici che sono ancora pertinenti all'uso dei display a colori. Più di recente, la Federal Aviation Administration degli Stati Uniti ha pubblicato una guida tecnica per la visualizzazione dei dati dinamici (traffico aereo) su display a colori auto-luminosi.

Gli esseri umani hanno una capacità innata di eseguire ricerche visive codificate a colori. Senza formazione o pratica, il tempo di ricerca con codifica a colori può essere ridotto di un fattore dieci o più, rispetto a una ricerca dello stesso display di informazioni senza codifica a colori. Ad esempio, la Figura 1a illustra la ricerca prolungata senza codifica a colori, mentre la Figura 1b mostra la codifica a colori che rende i dati salienti.

Figure 1a e b. Quale categoria ha il minor numero di stelle: stelle a 32, 24 o 16 punte? Fare clic sulla figura per visualizzare i dettagli a schermo intero.

Fondamenti della codifica a colori per la ricerca e il raggruppamento dei dati

Visualizzazione con codice colore

La codifica a colori ha diverse applicazioni per la visualizzazione dei dati. Un principio generale è quello di allineare l'importanza dei colori con la rilevanza delle informazioni visualizzate . Alla persona che effettua la ricerca potrebbe essere assegnato il colore dell'oggetto da trovare oppure potrebbe conoscere il colore della categoria cercata in base alla propria esperienza. In alternativa, il loro compito potrebbe richiedere la ricerca di un oggetto che si distingua come diverso, indicato dal colore, senza alcun colore target indicato.

I colori salienti possono essere utilizzati, ad esempio, per evidenziare motivi o per consentire una ricerca rapida:

Un'altra applicazione della codifica a colori è quella di mostrare le simmetrie nei dati visualizzati. La codifica a colori può connettere e districare, ad esempio, le tendenze su un diagramma o la continuità degli assoni nel connettoma neurale . Sono ancora in fase di invenzione nuove applicazioni dell'abilità innata di ricercare, o raggruppare, in base al colore, ad esempio per le reti, il teorema della colorazione stradale , le mappe di calore, il genoma, la variazione strutturale genomica, i browser del genoma e i dati spaziali come le molecole. La codifica a colori ha utilità per visualizzare valori anomali ed errori in dati non familiari.

La codifica a colori viene utilizzata anche per scopi diversi dalla visualizzazione dei dati visualizzati. La visualizzazione dei dati integra e non sostituisce né contraddice questi altri usi. Laddove il conflitto è possibile, ad esempio quando esistono significati stabiliti dei colori in altri contesti come le luci di segnalazione, allora si dovrebbe dare deferenza a quei significati quando si scelgono i colori per un codice colore per la visualizzazione dei dati.

Tempo necessario per trovare le informazioni visualizzate

La ricerca visiva si realizza attraverso rapidi movimenti oculari involontari e inconsci chiamati saccadi . L'occhio effettua circa tre saccadi al secondo durante la ricerca visiva. Tali movimenti oculari limitano le prestazioni cognitive umane. La ricerca coinvolge una rete neurale nel cervello per elaborare il movimento e la posizione e controllare le saccadi. Questa rete neurale è sensibile al colore e al cambiamento; il colore e la codifica flash (luminosità variabile nel tempo) possono completarsi a vicenda per migliorare la velocità di ricerca, senza interferenze reciproche.

Se ci sono N elementi da cercare in un display, tendono ad essere necessarie N/2 saccadi per individuare un particolare elemento. Date tre saccadi al secondo, N/(2*3) = N/6 secondi è una stima del tempo di ricerca per trovare un elemento tra N. La stima è migliorata aggiungendo il tempo di reazione, forse un secondo; il tempo di ricerca previsto è pari a 1 + N/6 secondi per trovare un elemento target tra gli N elementi visualizzati . Questa stima concorda con i tempi di ricerca empirica. In una situazione del genere, il tempo di ricerca codificato per colore aumenta linearmente con il numero di elementi informativi su un display che condividono il colore target distinto . Inoltre, la ricerca è più veloce quando gli elementi del colore target sono organizzati spazialmente , ad esempio in percorsi sinuosi o layout di presentazione o design di figure di dati.

Il tempo di ricerca ha una distribuzione statistica esponenziale. In una distribuzione esponenziale , la variabilità (deviazione standard) è uguale al valore atteso o alla media. All'aumentare del tempo di ricerca previsto, aumenta anche la variabilità del tempo di ricerca. Il tempo di ricerca previsto più lungo implica alcune ricerche molto lunghe. Ad esempio, con 30 diversi elementi di ricerca (N=30) distribuiti casualmente sul display, il tempo di ricerca previsto è di 6 secondi, ma il 5% delle ricerche durerà più di 18 secondi. Vedere la tabella 1 per risultati simili.

Il breve tempo di ricerca previsto impedisce ricerche inaccettabilmente lunghe associate a un tempo medio di ricerca più lungo. Sulla base dell'aumento lineare del tempo di ricerca con il numero di potenziali obiettivi e la distribuzione esponenziale dei tempi di ricerca (vedi Tabella 1), limitare gli elementi visualizzati che condividono il colore del bersaglio a meno di circa 11 manterrebbe i tempi di ricerca a meno di 10 secondi quasi tutto il tempo. Più elementi potrebbero condividere il colore di destinazione se l'obiettivo fosse raggruppare sottoinsiemi (colori diversi) di elementi dispersi per scopi diversi dalla ricerca.

Scelta dei colori salienti per la codifica dei colori

La codifica a colori può rendere le informazioni salienti (vedi Figura 1b). I codici colore discriminabili riducono o eliminano l'interferenza con la ricerca da parte di tutti gli elementi che non condividono il colore target saliente. I metodi qualitativi e soggettivi per scegliere colori distinti per la codifica sono limitati a pochi colori. L'ingegneria del colore ha raggiunto 22 colori di vernice con il massimo contrasto, prima dell'avvento dei display a colori auto-luminosi. I dispositivi auto-luminosi, come gli schermi dei computer, sono in grado di ottenere luminanze più elevate ( gamma di colori più ampia ), risoluzione più elevata (simboli e segmenti di immagine più piccoli) e contrasti più elevati (distinzioni più salienti dallo sfondo) rispetto a quelli solitamente ottenibili con materiali riflettenti come la vernice . Queste caratteristiche dei display auto-luminosi creano opportunità e problemi di codifica a colori come discusso di seguito.

Un metodo oggettivo per la scelta di colori distintivi per la visualizzazione codificata a colori dei dati visualizzati elettronicamente consiste nel considerare le coordinate cromatiche dei colori disponibili all'interno della gamma del display . Tipicamente, un colore è rappresentato da tre coordinate (R, G, B) , ciascuna nell'intervallo da 0 a 255 nel caso di rappresentazione a 8 bit. La rappresentazione del colore più utilizzata è una variante di RGB nota come sRGB , mentre vengono utilizzate anche le rappresentazioni del colore RGB dipendenti dal dispositivo. Un vantaggio di una rappresentazione RGB dipendente dal dispositivo è che se il dispositivo utilizza emettitori di luce RGB, può specificare ogni colore che può essere prodotto da quel particolare dispositivo. La maggior parte dei display utilizza emettitori di luce RGB, sebbene esistano alternative di display a colori primari multipli , come i display Quattron prodotti da Sharp Corporation .

Figura 2. Alcuni colori salienti adatti per la codifica a colori si trovano sul confine esterno della gamma di colori del display. Le coordinate (R,G,B) di ciascun colore sono mostrate nell'esagono colorato corrispondente.

Figura 3. Riepilogo schematico della relazione tra somiglianza di colore apparente e differenza di colore calcolata. La linea rossa è più rilevante qui. Altre linee nella Figura 3 saranno discusse di seguito.

Le misurazioni ottiche possono essere utilizzate per calcolare la differenza di colore tra ciascuna coppia di colori nel codice colore. Ciò comporta la misurazione spettroradiometrica dei valori tristimolo dei colori disponibili dal display. I valori tristimolo (X, Y, Z) sono coordinate di colore indipendenti dal dispositivo utilizzate per calcolare la differenza di colore. La luminanza , un correlato della scala di grigi, è il valore tristimolo Y, per esempio. Le formule di differenza cromatica CIEDE2000 o CIECAM02 sono statisticamente superiori come metriche di discriminabilità delle differenze cromatiche elevate. Generalmente, i calcoli della differenza di colore danno più peso alle differenze rosso-verde e meno alle differenze blu-giallo e alle differenze di luminanza (cioè scala di grigi), in quell'ordine di efficacia.

I colori del codice con piccole differenze di colore rispetto al colore target fanno sì che gli elementi distrattori appaiano simili al colore target, misurato in termini di tempo di ricerca o in termini di movimenti oculari. Gli elementi visualizzati con grandi differenze di colore rispetto al target non interferiscono con la salienza del target. La Figura 3 riassume questa relazione tra la somiglianza o la rilevanza del colore durante la visualizzazione e la differenza di colore calcolata. La disciplina di identificare (e separare, nella differenza di colore) i colori più simili nel codice colore sarà utile, qualunque sia il metodo utilizzato per scegliere i colori del codice.

In un codice con n colori, ci sono n(n-1)/2 coppie di colori (vedi Figura 4), ogni coppia ha una differenza di colore. La proliferazione delle differenze cromatiche, all'aumentare del numero di colori, richiede un metodo di selezione del colore sistematico, algoritmico e automatizzato. Ad esempio, le carte aeronautiche potrebbero essere codificate a colori con 28 colori, il che implica 378 differenze di colore a coppie.

Figura 4. Il numero di coppie di colori, e quindi le differenze di colore, in un codice colore aumenta rapidamente all'aumentare del numero di colori.

La salienza di molti colori, visti nel contesto l'uno dell'altro, può essere ottimizzata. Poiché le differenze di colore più piccole interferiscono con la ricerca mentre le differenze di colore sufficientemente grandi non interferiscono (vedere la Figura 3), l'obiettivo dell'ottimizzazione è massimizzare la differenza cromatica minima calcolata, tra le differenze di colore n(n-1)/2 in un n-color code, al fine di derivare un numero elevato (n) di colori distinti per un codice colore personalizzato per la gamma di un particolare display. Questo metodo di base è stato elaborato per l'uso industriale. Il metodo è stato applicato per tenere conto dell'illuminazione ambientale riflessa da un display. Il metodo di ottimizzazione è stato esteso a funzioni obiettivo alternative. È stato applicato a situazioni espositive complesse ea piccoli simboli. La misurazione tecnica del colore e la differenza cromatica ottimizzata possono generare diversi codici alternativi ugualmente efficaci che sfruttano l'intera gamma del display e la capacità di discriminazione umana del colore. Questa disponibilità di scelte di codifica alternative consente l'uso di colori appropriati con significati prestabiliti o l'evitamento di colori inappropriati.

Problemi pratici di codifica a colori per la rilevanza delle informazioni

La dimensione del simbolo influisce sulla salienza del colore

La differenza di colore apparente tra gli oggetti dipende dall'angolo visivo degli oggetti che vengono visualizzati. I simboli più piccoli causano differenze di colore ridotte. La differenza di colore calcolata presuppone un sottinteso visivo di 2 gradi. L'articolazione del pollice-unghia (dalla punta del pollice all'articolazione dell'unghia) appare, ad esempio, a circa due gradi di sottigliezza visiva a distanza di un braccio. I tipici simboli di visualizzazione potrebbero sottintendere solo 7 minuti o meno di 1/16 di due gradi. Consideralo nel contesto di questi fatti

1. non ci sono praticamente cellule sensibili a lunghezza d'onda corta (blu) sulla retina all'interno di un disco di 20 minuti di diametro attorno alla linea di vista (LOS),
2. comprendono solo il 7% circa di tutti i recettori della luce diurna e
3. le cellule di rilevamento del blu si trovano a circa 4 minuti di distanza l'una dall'altra nel punto più vicino (entro un grado del LOS), aumentando a circa 8 minuti di distanza con una maggiore eccentricità.

Per questi motivi, le distinzioni blu (che coinvolgono i colori su qualsiasi linea tritan) vengono perse per i piccoli simboli. Questa è chiamata tritanopia a campo ridotto, che è una carenza di colore per le differenze di blu tra i piccoli campi visivi, a cui tutti sono soggetti. Quindi, le differenze di blu dovrebbero essere scontate (o addirittura eliminate dalla considerazione) quando si selezionano i colori di codifica per i simboli piccoli, meno di circa 30 minuti di sottesi angolari (cioè del sole e della luna) . Anche le differenze di colore che non riguardano il blu sembrano sbiadire (tuttavia meno del blu) quando i simboli diminuiscono di dimensioni. Ad esempio, gli oggetti appaiono più scuri (meno chiari) in quanto tendono a un sottinteso visivo più piccolo; le aree più grandi con la stessa luminanza appaiono più chiare delle aree più piccole. È possibile stimare l'effetto della sfumatura visiva sulla differenza di colore apparente, inclusa la differenza nella scala di grigi. Un sottinteso visivo più piccolo dei simboli implica colori meno salienti, o addirittura distinguibili, nella stessa gamma di visualizzazione. I colori dei codici saranno salienti se le loro differenze di colore sono almeno 14 unità CIEDE2000 per i simboli con un sottinteso visivo di due gradi, o la differenza cromatica equivalente stimata per un sottinteso più piccolo. Ad esempio, la rilevanza degli obiettivi di ricerca visiva di 1,5 gradi per 0,75 gradi utilizzati da Williams è migliorata per l'aumento delle differenze di colore ad almeno 21 unità CIEDE2000; oltre i 21 circa la loro rilevanza non migliorò ulteriormente. (I valori minimi di differenza cromatica dei colori salienti qui forniti corrispondono al limite inferiore dell'intervallo di confidenza del 95% nella letteratura scientifica citata.) La linea e la freccia blu nella Figura 3 riassumono l'effetto di una piccola sfumatura visiva (< 2 gradi di angolo visivo) sulla somiglianza apparente del colore, in funzione della differenza di colore calcolata. L' angolo visivo sotteso da un simbolo visualizzato o da un altro segmento dell'immagine può essere misurato o calcolato con precisione.

La mancanza di visione dei colori può influenzare la salienza dei simboli

Le forme più comuni di carenza ereditaria di colore comportano confusioni rosso-verde. Queste confusioni di percezione del colore sono dovute a una carenza nelle cellule retiniche di rilevare lunghezze d'onda lunghe (p. es., rosse) o medie (p. es., verdi). Il rosso o il verde sembrerebbero più scuri per le persone carenti nelle celle corrispondenti. La piccola sfumatura visiva dei simboli, o una forma più rara di carenza di colore (tritanopia), esaurisce le differenze di blu (dovute al campionamento sparso da parte delle cellule sensibili alla lunghezza d'onda corta nella retina). Un codice colore per uso generale, in cui non possono essere evitati né la carenza di colore né il piccolo sottinteso visivo (ad es. visione a distanza), è il bianco, il nero, l'arancione ei grigi distinguibili in luminanza dagli altri colori del codice e dalla luminanza dello sfondo. Ciò presuppone la visione a distanza da parte di una persona che conserva la capacità di percepire lunghezze d'onda lunghe o medie. Il blu (ma in modo discriminabile più chiaro del nero) potrebbe essere aggiunto, a causa della rarità delle celle di rilevamento a lunghezza d'onda corte carenti, se le distanze di visualizzazione garantiscono il sottinteso visivo dei simboli codificati a colori superiori a 30 minuti. (Vedi Figura 1b.)

Anche la percezione della scala di grigi può essere influenzata da carenze di colore. Gli osservatori con carenza di colore rosso-verde che conservano cellule sensibili alla lunghezza d'onda (deuteranopi) sono giudici accurati delle differenze di colore vicino al rosso. Quindi, il miglior codice colore per osservatori carenti di colore dipenderebbe dal tipo di carenza di colore .

Le immagini possono essere migliorate per la visualizzazione da parte di osservatori con carenze di colore. I metodi consigliati sono il miglioramento dei bordi, la ricolorazione e la sovrapposizione dei motivi per completare il colore. Sono previsti tre tipi di immagini: scena naturale, visualizzazione scientifica o documento d'ufficio. Nessuna tecnica soddisfa i requisiti di tutte le applicazioni.

Figura 5. Una dimostrazione di come la differenza di luminanza tra un simbolo e il suo sfondo influenzi la leggibilità del simbolo. Le strisce orizzontali e le colonne dei messaggi verticali sono ciascuna di un colore costante.

Leggibilità nel contesto della codifica a colori

La leggibilità è diversa dalla rilevanza, discussa sopra. La leggibilità è legata al vedere chiaramente e distintamente bordi, forme e dettagli spaziali, e quindi alla lettura. La leggibilità di un simbolo dipende dalla differenza di luminanza (non differenza di colore) tra il simbolo e lo sfondo su cui è presentato il simbolo. La figura 5, il cui concetto è stato presentato dall'architetto australiano Paul Green-Armytage, mostra questo effetto della differenza di luminanza sulla leggibilità. Per questo motivo il giallo (colore ad alta luminanza) è meno leggibile su uno sfondo bianco brillante, e viceversa i simboli bianchi sono meno leggibili su uno sfondo giallo. I simboli blu scuro (un colore a bassa luminanza) sono meno leggibili su uno sfondo nero e, al contrario, le lettere nere sono meno leggibili su uno sfondo blu scuro. Questo nonostante il giallo sia evidente su uno sfondo bianco e il blu sia ben visibile su uno sfondo nero. Avere un'adeguata differenza di colore tra gli elementi visualizzati è complementare e compatibile con, consentendo la leggibilità con un'adeguata differenza di luminanza tra gli elementi e il loro sfondo. Esistono risorse per quantificare la differenza di luminanza necessaria per consentire la leggibilità.

Scala di grigi, uno strumento importante per la visualizzazione dei dati

Oltre al suo effetto sulla leggibilità, la luminanza influisce anche sulla scala di grigi. La luminosità e le differenze di luminosità sono attributi in scala di grigi della differenza di colore, quindi possono influenzare la visibilità dei simboli. La scala di grigi è accessibile alle persone con deficienze della visione dei colori ed è meno suscettibile (rispetto alle differenze cromatiche) allo sbiadimento a causa della piccola sfumatura visiva. È stato dimostrato che la scala di grigi (piuttosto che la differenza cromatica cromatica) è particolarmente adatta per la codifica di dati ordinali come la temperatura su una mappa meteorologica.

La modifica della luminanza dello sfondo rende evidente la differenza tra i simboli (possibilmente codificati a colori) con luminanze appena maggiori e appena inferiori a ciascuna luminanza di sfondo selezionata. La linea tratteggiata grigia nella Figura 3 riassume questo effetto. Leon Williams, osservò questo e suggerì una tecnica di visualizzazione dei dati che chiamò data slicing, come esemplificato nella Figura 6.

Figure 6a-d. La suddivisione in sezioni dei dati o la modifica della luminanza dello sfondo di un'immagine può rendere più salienti dati diversi. Ci sono quattro copie degli stessi dati, ogni copia con una diversa luminanza di sfondo. Fare clic sulla figura per visualizzare i dettagli a schermo intero.

Il calcolo della scala di grigi logaritmica di Whittle per dispositivi auto-luminosi quantifica gli effetti visivi delle differenze di luminanza tra i simboli visualizzati. Consente il calcolo di un numero qualsiasi di differenze percettibili uguali (nEPD) fino alla soglia di visibilità o di qualsiasi grandezza sopra la soglia. La dimensione dell'unità di nEPD è tre o quattro volte la soglia assoluta di visibilità per il cambiamento di luminanza. Questa unità nEPD è "percepibile a colpo d'occhio" con la visualizzazione gratuita di un display elettronico.

Il calcolo di Whittle è insolito (tra le formule in scala di grigi) in quattro modi.

1. Include la luminanza dello sfondo.
2. Si applica a tutte le luminanze fotopiche (cioè luce diurna), in base ai dati per le soglie e la corrispondenza.
3. I suoi derivati sono significativi.
4. Può spiegare la scala spaziale del contrasto.

La derivata (pendenza) di nEPD rispetto alla luminanza di fondo implica una luminanza di fondo ottimale. Gli sfondi bianchi sono usati per ragioni storiche legate alla leggibilità dei piccoli simboli. Tuttavia, non esiste una dimensione del simbolo o un intervallo di luminanza del simbolo per il quale uno sfondo bianco sia ottimale, nel senso di massimizzare il numero di sfumature di grigio visibilmente diverse che i simboli possono avere in questo intervallo di luminanza. Lo sfondo ottimale può raddoppiare il numero di sfumature di grigio visibili tra i simboli più grandi. La luminanza di sfondo ottimale è sempre inferiore al 46% del massimo dell'intervallo di luminanza del simbolo, per intervalli che includono lo zero.

I contrasti (ad es. i simboli visualizzati) hanno una differenza di luminanza rispetto allo sfondo. La luminanza del contrasto sarebbe inferiore alla luminanza dello sfondo per i contrasti negativi e la luminanza del contrasto supera la luminanza dello sfondo per i contrasti positivi. La derivata di nEPD rispetto alla luminanza del contrasto predice la soglia di visibilità del contrasto (ad esempio, per prevenire le bande in un'immagine digitale) per qualsiasi combinazione di luce diurna di simbolo e luminanza di sfondo. La derivata del calcolo di Whittle rispetto alla luminanza di contrasto quantifica anche la sensibilità al di sopra della soglia umana alle differenze o ai cambiamenti di luminanza per tutte le combinazioni di luce diurna target e luminanza di sfondo. Questo derivato è pertinente all'elaborazione delle immagini digitali, e in particolare alla specifica dell'istogramma, suggerendo l'applicabilità alla finestratura delle immagini mediche. Il calcolo di Whittle mostra l'ampiezza del contrasto positivo oltre il quale la luminosità del contrasto aumenta (con l'aumento della luminanza del contrasto) tanto velocemente su qualsiasi sfondo quanto su uno sfondo non illuminato (nero). A contrasti positivi minori, e per contrasti negativi, la luminosità del simbolo dipende dalla luminanza dello sfondo del simbolo (nei modi descritti dal calcolo di Whittle e noto come costanza della luminosità). La calibrazione del contrasto di luminanza del display sarebbe necessaria nelle applicazioni mission-critical.

Figura 7. Grafico del calcolo della scala di grigi di Whittle (adottato da CIE) per dispositivi auto-luminosi, applicato a un ottotipo E che sottende 10 minuti d'arco (1/3 del diametro del sole o della luna piena). Vedere il testo per i dettagli su questa trama.

Nella Figura 7 è presente una curva nEPD diversa per ciascuna luminanza di sfondo. La parte più ripida di ogni curva (la maggior parte delle variazioni della scala di grigi per unità di variazione della luminanza del simbolo) è per le luminanze dei simboli quasi uguali alla loro luminanza di sfondo. Un'altra parte relativamente ripida di ogni curva è all'estrema sinistra, dove la luminanza del simbolo è vicina allo zero. La nEPD negativa corrisponde a contrasti negativi e la nEPD positiva corrisponde a contrasti positivi. I simboli con nEPD uguale dai rispettivi sfondi appariranno con la stessa tonalità di grigio, nonostante si trovino su sfondi diversi. (Vedi Figura 8, che illustra questa corrispondenza di grigi visti su sfondi diversi.) La curvatura logaritmica del calcolo di Whittle ha una base razionale. Una luminanza di sfondo intermedia per la stessa Figura 7 aumenta il numero di passaggi in scala di grigi visibili tra le curve, rendendo plausibile una luminanza di sfondo ottimale.

Il calcolo di Whittle per dispositivi autoluminosi ha un parametro, k, relativo alla scala spaziale del simbolo. (k) è la proporzione (tra 0 e 100%) del contrasto dell'immagine (luminanza target meno luminanza dello sfondo) persa a causa della dispersione intraoculare nel percorso per diventare un'immagine retinica. Riducendo il sottinteso angolare di un simbolo si riduce sempre la differenza di luminanza fisica tra il simbolo e il suo sfondo (dovuta alla diffusione intraoculare), riducendo così la leggibilità e l'evidenza e aumentando k. Questo parametro, k, può essere calcolato da principi ottici, come è stato per la scala di grigi dell'ottotipo E 10-minuti d'arco (k=0.2) rappresentato in Figura 7. Quando il sotteso angolare del simbolo (rappresentato da k) è ridotto, anche la luminosità ottimale dello sfondo viene ridotta. Il calcolo di Whittle non è influenzato da alte luci lontane dal contrasto, come verificato sperimentalmente. L'effetto delle luci remote sull'aspetto in scala di grigi è dovuto alla dispersione intraoculare.

Figura 9. Corone identiche di sei esagoni in scala di grigi con luminanze di sfondo diverse. Uno sfondo più luminoso scurisce la scala di grigi.

Figura 8. Questa figura illustra il concetto di corrispondenza dei grigi con diverse luminanze di sfondo. Ogni esagono ha una luminanza diversa. È possibile calcolare corrispondenze più esatte per una situazione di visualizzazione specifica.

Un fenomeno della scala di grigi calcolabile con il calcolo di Whittle per i dispositivi auto-luminosi è l'abbinamento di grigi con luminanze di sfondo diverse. Al contrario, il calcolo può essere utilizzato per trovare le luminanze di sfondo che faranno corrispondere le luminanze di contrasto specificate. Secondo il calcolo (come si vede in Figura 7), è impossibile abbinare contrasti negativi con contrasti positivi; i contrasti negativi appaiono sempre più scuri dei contrasti positivi. Tre nuvole corrispondenti (a contrasto positivo) nella Figura 8 hanno una luminanza maggiore rispetto ai rispettivi esagoni di sfondo. Tre (nuvole a contrasto negativo) hanno una luminosità inferiore rispetto allo sfondo e si abbinano anche tra loro.

Secondo il calcolo di Whittle, è possibile ottenere grigi più scuri con uno sfondo più luminoso. L'effetto è più pronunciato per i subtesi più grandi, ma può essere visto nella parte inferiore sinistra della Figura 7, dove si ottiene un nEPD più negativo quando la luminanza dello sfondo è maggiore. La Figura 9 esemplifica l'effetto; lo stesso bersaglio visivo esagonale è visto come un grigio più scuro (incluso il nero) quando il suo sfondo è più luminoso, secondo il calcolo di Whittle.

Ricerca e sviluppo in corso

Continua la ricerca e lo sviluppo sulle tecnologie di visualizzazione dei dati. Ad esempio, sono in corso attività di ricerca e sviluppo per migliorare i calcoli delle differenze cromatiche. La motivazione principale per questa ricerca e sviluppo è la determinazione delle soglie minime rilevabili della differenza di colore, per il controllo della qualità sui processi di colore industriali (ad esempio, cibo, vernici, tessuti, plastica, stampa e display auto-luminosi). Poiché i calcoli della differenza di colore sono stati migliorati per la determinazione della soglia, casualmente sono diventati migliori per le applicazioni sopra la soglia relative alla visualizzazione dei dati. Da quando è stata mostrata per la prima volta la relazione nella Figura 3, c'è stato interesse pratico nella determinazione più precisa della posizione (calcolata della differenza di colore) del ginocchio della curva per sottintesi visivi di due gradi e per sottintesi più piccoli. Una preoccupazione generale della società per l'inclusione, e in particolare per l'accomodamento delle disabilità, ha stimolato la ricerca sulle applicazioni del colore per le persone con problemi di vista. Un'area di ricerca vivace (ad esempio da Brian Wandell e David Brainard e CIE) è la modellazione computazionale per prevedere (ad es. il colore) l'aspetto, inclusi tutti i fattori come l'ottica intraoculare, le risposte dei coni retinici, gli effetti del sottinteso visivo, l'eccentricità dalla linea di vista, dall'ottica atmosferica, dallo spettro luminoso illuminante, dal contesto e dall'adattamento del colore. Sono in corso ricerche di metodi per calibrare i display, ad esempio per rendere i colori salienti su un display situato a distanza dalla persona che programma la visualizzazione dei dati e per rendere più accurato il colore sui display. I display ad alta gamma dinamica (HDR) consentono la visualizzazione dei colori più salienti; L'HDR è un'area di ricerca attiva. La ricerca continua sulle vie e sui circuiti visivi nel cervello; alcuni di questi sono rilevanti per la visualizzazione e la comprensione dei dati. Anche gli sviluppi proprietari della tecnologia di visualizzazione a colori, dei computer e del software migliorano la visualizzazione dei dati. C'è ricerca per applicare tecniche artistiche di codifica a colori alla visualizzazione "per consentire ai non scienziati di lavorare con dati reali per comunicare problemi critici per l'umanità".

Guarda anche

• Colore falso
• Colore impossibile

Riferimenti