Average colors of real life light sources at different correlated color temperatures

Abstract

Human visual system is able to adapt to the incident lighting making objects preserve their colors in varying illuminations. A digital camera sensor is not adapting automatically to the lighting thus the colors in captured images need to be balanced according to the illumination to produce naturally colored images for the users. The color balancing algorithm used in digital cameras can benefit from a model of light source colors at different color temperatures.The main objective of this thesis was to measure the colors of different real life light sources used in photography. Based on the measurements a mathematical model, which defines the colors of real life light sources at different correlated color temperatures, was created. The obtained model was then compared to the Planck's theoretical blackbody radiator model. The chromaticity response of a CMOS image sensor was also measured according to both of the models to discover the effect of changing the model.The work involved a literature review including physics of light, representation and measuring of color, basic properties of the human color vision as well as an overview of the digital image sensor technology. The measurements included gathering colorimetric data of common light sources and capturing test images with a digital camera. At the end the collected data and images were analyzed to produce the final results.

AB3:Jos valaistuksen väriominaisuudet muuttuvat, muuttuvat myös havainnoitujen kohteiden aiheuttamat fysikaaliset ärsykkeet. Ihmisen väriaisti pystyy mukautumaan vallitsevaan valaistukseen mahdollistaen sen, että kohteet säilyttävät värinsä erilaisissa valaistuksissa. Digitaalinen kamerasensori ei mukaudu valaistukseen, joten otettujen valokuvien värit täytyy tasapainottaa valaistuksen mukaisesti, jotta käyttäjälle voidaan tuottaa kuvia, joissa on luonnolliset värit. Digitaalikameroissa käytetty värien tasapainotusalgoritmi voi hyötyä värimallista eri valonlähteille eri värilämpötiloissa.Tämän diplomityön päätavoitteena oli mitata erilaisten tosielämän valonlähteiden värejä ja luoda mittausten perusteella matemaattinen malli, joka määrittelee tosielämän valonlähteiden keskimääräisen värin eri värilämpötiloissa. Saatua mallia verrattiin sen jälkeen Planckin teoreettiseen mustan kappaleen säteilijän malliin. CMOS kuvasensorin värivaste mitattiin myös käyttämällä kumpaakin mallia, jotta saatiin selville, millainen vaikutus mallin vaihtamisella on.Työhön liittyi kirjallisuustutkimus, joka sisälsi valon fysiikkaa, värien esitysmalleja ja värinmittausta, ihmisen näköaistin perusominaisuudet sekä katsauksen digitaalisten kuvasensoreiden teknologiaan. Mittaukset sisälsivät yleisten valonlähteiden väri-informaation keräämistä ja testikuvien ottamista digitaalikameralla. Lopuksi kerätty tieto ja otetut kuvat analysoitiin, jotta saatiin aikaiseksi lopulliset tulokset.Työn tuloksena syntyi uusi tosielämän valonlähteiden värimalli, joka erosi teoreettisesta mallista huomattavasti.