Чому кольоровий простір xvYCC не сприймає фотографії?

Протягом останніх п'ятнадцяти років sRGB є основним стандартом для моніторів комп'ютерів (та для друку на рівні споживачів). Це зараз змінюється, оскільки широкомовні монітори з LED-підсвічуванням стають загальними. Зазвичай фотографи використовують їх із кольоровим простором, як-от aRGB, що є напівстандартним - моя камера може, наприклад, зберігати JPEG у цьому просторі.

Але є новий стандарт, широко розповсюджений в галузі AV, щоб замінити sRGB. Це IEC 61966-2-4 - xvYCC (або "xvColor" для маркетингових цілей). Цей кольоровий простір має гаму на 1,8 × більше, ніж sRGB, і охоплює 90% кольорового діапазону зору людини (замість того, що не надихає 50%, охопленого нашим загальним знаменником). Читайте багато іншого на веб-сайті Sony на сайті xvYCC .

Важливим моментом є те, що це не теоретично. Це частина стандарту HDMI 1.3, а також специфікація глибини кольору від 10 до 16 біт на колір (так називається "глибокий колір"). На відміну від aRGB, який в основному є професійною нішею, існує широка підтримка на рівні споживачів.

Це фон. Питання полягає в тому, що, враховуючи, що це широко привертає увагу, і що всі ми, швидше за все, матиме комп'ютерне (і телевізор!) Апаратне забезпечення, здатне підтримувати його в найближчі кілька років, чому це продається як в основному лише відеоролик? Складається враження, що індустрія фотоапаратів із задоволенням потрапить на борт.

Компанія Sony займається ідеєю, і запустила відеокамери, що підтримують її вже чотири роки тому. Playstation 3 підтримує це, заради блага! Чому б не помістити його також у dsLR Sony Sony? І Sony не одна - Canon також має відеокамери, які це підтримують.

Звичайно, якщо ви знімаєте RAW, підтримка в камері не важлива. Це програмне забезпечення для перетворювачів, яким потрібно було б взяти на борт - чому цього не існує? Як я розумію, xvYCC - це розширення YCbCr, яке вже використовується у файлах JPEG . Але читаючи літературу, я знаходжу багато згадок про оновлені стандарти MPEG, але нічого не стосується фотографічних зображень.

Чому ми не можемо мати приємних речей?

xvYCC - це особливий розумний спосіб кодування кольорових даних: він зловживає представленням YCC, використовуючи раніше заборонені комбінації значень для представлення кольорів поза гамою простору RGB, що використовується в схемі YCC. Тобто, деякі кортежі YCC декодують кольори з негативними значеннями RG або B. Раніше вони були просто незаконними; в xvYCC це дозволено, і дисплеї з більшими ігровими можливостями, ніж система RGB, можуть запропонувати їх якнайкраще. Тож справді це розумний здебільшого сумісний хак, щоб отримати додаткову гаму без особливих змін формату.

Чи має сенс використовувати його у фотографії ще? Я не думаю, що так. Насправді не потрібно бути сумісним з YCC, так чому б не використовувати простір із широкою гамою, як ProPhoto RGB? Або ще краще, оскільки використання додаткової глибини бітів не є дорогим для фотозйомок, чому б не поїхати з чимось на зразок CIELAB, який може охопити всю сприйнятливу людину гаму? У вас достатньо бітів, що можливість кодування всіх цих уявних кольорів не коштує вам помітної кількості кольорової роздільної здатності.

Звичайно, питання підтримки камери трохи не має значення - якщо ви дійсно піклуєтесь про колір, ви повинні витягнути з камери неочищені значення детектора і почати з них. І навіть якщо ви це зробите, ви все одно будете застрягати у відчутній гамі камери. А точність вашого кольорового зображення також буде залежати від того, наскільки добре фільтри вашої камери наближають спектральну характеристику конусів людини - помиліться, і кольори, які виглядають ідентично оку, будуть виглядати по-різному у вашої камери. Жодне кодування цього не виправить. Насправді це сталося з однією дешевою у мене цифровою камерою - в цьому випадку її ІЧ-чутливість робила вугілля виглядати фіолетовим. Навіть якщо ви відстежуєте ІЧ-дисплеї, такі речі з шипучими спектрами, як веселки та люмінесцентні світильники або мінерали (і, можливо, деякі барвники), демонструють цей ефект, коли спектри континууму виглядають нормально.

По-перше, відповідь "Він використовується для фотографії!" Я трохи більше поясню, і його використання на даний момент є досить нішевим.

Коріння xvYCC

Наскільки я можу сказати, кодування xvYCC - це сучасне вдосконалення кодування YCC, або в його тривалій формі, Y'CbCr (або YCbCr, дещо інше.) Кодування YCC є частиною сімейства яскравості / кольоровості. кольорові простори, які в основному закорінені у кольоровому просторі L a b * ("Лабораторія"), сформульованому CIE ще в 30-х роках. Колірний простір Лабораторії - це також кольоровий простір Luminance / Chrominance, де яскравість кольору кодується значенням L * , а дві осі кольоровості кольору закодовані у значеннях * та b * . Значення a * кодує одну половину кольоровості по осі зелений / пурпуровий , тоді як значення b * кодує другу половину кольоровості уздовж синього / жовтоговісь. Ці дві кольорові осі були обрані для імітації та являють собою чотири кольорові первинні чутливості людського ока, які також лежать уздовж червоної / зеленої та синьо / жовтої пари осей (хоча справжній людський погляд передбачає червону криву подвійного піку, менший пік, що виникає в середині синьої кривої, що означає, що людське око безпосередньо чутливе до пурпурової, а не до червоної ... отже, вісь зеленого / пурпурового в Лабораторії.)

Кодування YUV

Y'CbCr, мабуть, найбільш визнаний у вигляді кодування відео YUV. Кодування YUV було розроблено спеціально для зменшення кількості простору, необхідного для кодування кольору для передачі відео, ще в часи, коли пропускна здатність була досить дефіцитним товаром. Передача кольорової інформації як трійні RGB є марною, оскільки триплети R, G, B кодують колір із достатньою кількістю надмірності: усі три компоненти включають інформацію про освітлення, а також інформацію про кольоровість, а освітленість зважують у всіх трьох компонентах. YUV - це форма з низькою пропускною здатністю кольорового кодування яскравості / кольоровості Y'CbCr, яка не має марної надмірності кодування RGB. YUV може споживати від 2/3 до 1/4 смуги пропускання повного RGB-сигналу залежно від формату піддиагностики (і, крім того, він зберігав повне зображення деталей у виразному каналі яскравості Y, який зручно підтримувати і B&W як кольорові телевізійні сигнали з єдиним форматом кодування.) Слід чітко зазначити, що YCC насправді не є кольоровим простором, швидше це спосіб кодування кольорової інформації RGB. Я думаю, що більш точним терміном було б «а»кольорова модель, ніж кольоровий простір, а термін кольорова модель може застосовуватися як до RGB, так і до YUV.

З посилання, пов’язаного в оригінальному запитанні, видно, що xvYCC - це вдосконалена форма кодування Y'CbCr, яка зберігає кодовану інформацію про яскравість / кольоровість з більшою кількістю бітів, ніж YUV. Замість кодування яскравості та кольоровості у переплетених наборах з 2-4 біт xvYCC кодує колір у сучасних 10-бітових значеннях.

Використання у фотографії

Досить цікаво, є одна марка камер DSLR, яка використовує щось дуже схоже. У останні роки Canon додав до своїх камер новий формат RAW, який отримав назву sRAW. Хоча звичайне зображення RAW містить прямий дамп-дайвер з повних даних датчиків, sRAW насправді не є справжнім форматом зображення RAW. Формат sRAW не містить даних баєра, він містить оброблений вміст Y'CbCr, інтерпольований з базових даних пікселів RGBG в байєрі. Як і у телевізійні дні, sRAW має на меті використовувати більш оригінальну інформацію про сигнал для кодування даних про яскравість і кольоровість з високою точністю (14-байк), але формат зображення, що економить місце. Зображення SRAW може бути від 40-60% до розміру RAW-зображення,

Перевага SRAW полягає в тому, що ви підтримуєте високу точність кольорового сприйняття в компактному форматі файлу і краще використовуєте пікселі RGBG на сенсорі байєра (замість перекриття вибірки, яка створює неприємний кольоровий муар; і вибірку перекритої / розподіленої яскравості.) Недоліком є ​​те, що це не справжній формат RAW, а інформація про кольори інтерполюється та використовується з датчика повного рівня. Якщо вам не потрібна повна роздільна здатність камери RAW (тобто ви маєте намір друкувати лише у форматі 8x10 або 11x16), то SRAW може стати справжньою перевагою, оскільки це може значно заощадити на просторі (до 60% економії на RAW ), це економить швидше, ніж необроблене, забезпечуючи більш високу частоту кадрів і краще використовує інформацію про колір, захоплену датчиком, ніж RAW з повною роздільною здатністю.

У вас є речі майже повністю назад. Це не той випадок, коли все-таки фотографія могла / повинна «наздогнати» відео - навпаки, це питання відео, нарешті, набувши (приблизно) можливостей, які TIFF (для одного прикладу) забезпечує пару десятиліть тому (або так).

Хоча ви, звичайно, не бачили дуже багато 16 біт / каналів TIFF 20 років тому, можливість вже була, а 16 біт / канал (у TIFF та інших інших форматах) зараз досить поширені. У той же час я відчуваю себе обов'язковим зазначити, що більшість людей здаються 8 бітами / каналом цілком адекватними. Лише для одного очевидного прикладу, JPEG2000 підтримує 16 біт / канал і кращу компресію, ніж оригінальний JPEG - але ніде навіть не наближений до використання оригінальної специфікації JPEG.

Приблизно в той же час (насправді, трохи раніше) xvYCC працював над (приблизно) доганяючи можливості TIFF, розроблявся формат файлу openEXR. Він підтримує до 32 біт / канал. Хоча він ще не в такому широкому використанні, я би сподівався, що він буде трохи схожий на TIFF, і з часом він увійде в ширше використання.

Що стосується кольорового простору, правда, що більша кількість біт / пікселів, якщо xvYCC підтримує більшу гаму, ніж sRGB. Знову ж таки, проте ProPhotoRGB (для одного прикладу) забезпечує набагато ширшу гаму - і (чесно кажучи) відкрите питання, чи є більша потреба у великому кольоровому просторі, ніж ProPhotoRGB вже надає (приблизно 13% кольорів, які ви можете представлення в ProPhotoRGB в основному уявне - вони виходять за рамки того, що може сприймати більшість людей).

Перевага xvYCC полягає у зменшенні кількості необхідних / використаних даних для представлення заданого рівня якості. Для HD відео (зокрема) мінімізація пропускної здатності надзвичайно важлива. Однак для цифрових фотокамер пропускна здатність викликає набагато менший ступінь - хоча, звичайно, було б непогано, якби (наприклад) я міг вмістити вдвічі більше фотографій на певний розмір CF-карти, це не є особливо серйозною проблемою. Порівняно небагато людей використовують найбільшу кількість наявних CF-карт, а також вартість CF-карт не є значною частиною бюджету типового фотографа.

Підсумок: з точки зору технічних можливостей, xvYCC надає мало того, що вже недоступно.

Редагувати: я, мабуть, слід додати ще один момент. РК-дисплеї почали замінювати ЕПТ для більшості моніторів про час, коли цифрові камери стали широко використовуватися, але РК-монітори споживчих класів лише зараз починають перевищувати (або насправді навіть наближатись) 8 біт / роздільну здатність каналу. Було важко переживати з тим, щоб мати 10 або 12 біт / канал, коли типовий монітор міг відображати лише близько 6.

Є також незначна деталь, яку багато людей просто не байдуже. Для них якість фотографій підпадає під критерій пропуску / відмови. Більшість людей, які насправді просять, - це те, щоб картинка була досить пізнаваною. Я підозрюю, що люди поволі починають очікувати кращого, але після років Уолгрейнса (або кого б там не було) перетворити свою рудоволосу дочку в блондинку (тощо) потрібно певний час, щоб звикнути до думки про те, що колір може бути точним.

Редагувати: Насправді є ще один крок поза JPEG 2000: JPEG XR . Це підтримує HDR до 32 біт / канал (з плаваючою точкою). Він також визначає формат файлу, який може включати всі звичні дані типу EXIF ​​/ IPTC, вбудований кольоровий профіль тощо. Відповідне до цього питання, що включає значення для визначення, що файл повинен використовувати кольоровий простір xvYCC (значення 11в TRANSFER_CHARACTERISTICSелементі синтаксису, таблиця A.9, якщо когось це не хвилює). Здається, це не широко використовується (принаймні, поки що), але безпосередньо підтримує кольоровий простір xvYCC для нерухомих зображень.

Отже, щоб трохи відповісти на моє запитання після деяких досліджень:

Хоча це не xvYCC, з причин , які на насправді до сих пір вислизає від мене (так як кодування JPEG використовує аналогічну стару схему), там же , як видається, деякі обнадійливі кроки на «ми можемо мати хороші речі!» спереду, бо, здається, що принаймні Microsoft піклується про ширшу кольорову гаму та кращу глибину біткоїну у фотографії - хоча б трохи.

Вони поволі, але впевнено наполягають на новому стандартному форматі файлів під назвою JPEG XR (раніше він називався Windows Media Photo, а потім HD Photo). Це цікавий крок вперед від "традиційного" JPEG, що пропонує кращу компресію при однаковій якості зображення та (до суті цього обговорення) більш високу підтримку бітової глибини.

JPEG 2000 теж робить це, але це був здебільшого флоп, можливо, через проблеми з патентами, що охоплюють компресію вейвлетів, яку він використовує, чи, можливо, щось інше. Важливий момент: Microsoft зараз просуває JPEG XR, демонструючи його у багатьох своїх програмах, включаючи Internet Explorer 9 . Станом на 2009 рік, це офіційний справжній міжнародний стандарт , який охоплюється "Обіцянням громади" від Microsoft не застосовувати свої патенти ворожим способом щодо впровадження. Тож це дуже добре для майбутнього поглинання.

І разом з цим вони підштовхують ідею більше-бітів на канал як " високого кольору ", (що мені смішно, оскільки на мою думку це все ще старі 16-бітові для всіх канали режим відеокарти). В рамках цього у них є, можливо, смішно великий "проміжний" кольоровий простір під назвою scRGB - читайте тут детальний опис, який підтримується JPEG XR, якщо хочете. Це може бути не особливо корисним як кінцевий простір кольорів, оскільки більшість його кольорів знаходяться у «уявній» області поза людським сприйняттям . Але в будь-якому випадку, точка, Microsoft є інтеграцією стандартів вищої бітової глибини в операційній систему Windows, і все ще фотографія єчастина цього. З трохи старого інтерв'ю CNET : "Я абсолютно очікую, що підтримка scRGB в камерах буде супроводжувати JPEG XR".

Але це було в 2007 році. Через чотири з половиною роки ми все ще не бачимо камер, що підтримують JPEG XR, не кажучи вже про фантастичні кольорові простори широкої гами з високою глибиною. Але, можливо, я просто нетерплячий. Як зазначають інші відповіді тут, програмне забезпечення для дисплея, яке підтримує широку гаму, тільки стає доступним, підтримка в найпопулярнішій у світі ОС досить недавня, і перший веб-браузер, який підтримав її, був випущений цього місяця . Оскільки це сприймається і, сподіваємося, врешті-решт підхопили Chrome і Firefox , програми обробки зображень (включаючи перетворювачі RAW) отримають підтримку, і фактичний прямий вихід з камер буде слідувати.

Або вся справа заграє. Час покаже. :)

Я додам пару нот навколо Джона ...

1. Кольоровий простір має значення в контексті камери лише тоді, коли йдеться про JPEG, оскільки для сирих зображень кольоровий простір є вибором на фазі "розробки". Деякі камери (напівпрофесіонали Pentax напевно) дозволяють вибрати sRGB або aRGB для розвитку JPEG, тому, можливо, вони можуть додати третю (або четверту для ProPhoto). Потім, для більшості професіоналів, вони витягнуть зображення в потрібному кольоровому просторі для призначеного вихідного середовища.

2. Глядач (та / або пристрій) також повинен знати про кольоровий простір і вміти обробляти його. Хоча широкі діапазони моніторів стають все більш поширеними, вони, ймовірно, все ще є масовою меншиною, і це займе певний час, щоб наздогнати. Чорт забираю, я знаю досить багато людей, які досі мають старі монітори CRT, підключені до інакше пристойних комп'ютерів.

Кольоровий простір xvYCC, ймовірно, не бачить використання фотографій, оскільки розроблені нові Стандарти, які є вдосконаленням старих Стандартів, і жоден виробник не хоче вкладати кошти в Стандарт, який може знецінитися, перш ніж його замінить «наступна найбільша річ '. Вони дізналися від VHS vs. Beta.

Формат зображення високої ефективності (HEIF), MPEG-H, частина 12, - це формат файлу, який визначає структурний формат, з якого можна отримати конкретні формати зображень, характерні для кодека.

HEIF також включає специфікацію для інкапсуляції зображень та послідовностей зображень, що відповідають високоефективному кодуванню відео (HEVC, ISO / IEC 23008-2 | МСЕ-T Rec. H.265 або MPEG-H, частина 2).

Про це згадується у програмі Apple WWDC 2017 Keynote: https://youtu.be/oaqHdULqet0?t=58m49s .

Apple, iPhone 7 і новіші знімає фотографії та зберігає їх у форматі JPEG або HEIF. Використання HEIF може забезпечити незаймане рішення "Камера для зберігання на дисплеї" - повну інфраструктуру без втрат або перетворення з вводу на вихід (при використанні HEIF без стиску).

Справа не в тому, що вони повністю підтримують будь-яку функцію (наскільки MPEG рідко "повністю підтримується") або, як це не досить просто, щоб хто-небудь інший це зробив, це просто те, що вони здаються першими з повним рішенням для зображень (для відео ми мали підмножину HEVC H.264, H.265 і нещодавно HikVision H.265 + протягом багатьох років).

Якщо ви знаєте про інші камери, що підтримують HEIF, будь ласка, коментуйте або редагуйте, дякую.

Камери, які записують зображення та відеоролики в особливо високому динамічному діапазоні (датчик перевищує 16 біт на колір), часто не обробляють дані (створюють стислий файл), а замість цього виводять вихідні дані безпосередньо, наприклад: http: // www .jai.com / en / products / at-200ge - що камера видає 24-30 біт на піксель або http://www.jai.com/en/products/at-140cl - що камера видає 24-36 біт на піксель .

Можна отримати кольорову камеру кольорового простору CIE 1931 (і, можливо, інші кольорові простори), якщо ви шукаєте нескінченно чи готові заплатити постачальника спеціальних камер, щоб зробити саме те, що ви хочете, ви, ймовірно, будете самостійно писати Програмне забезпечення для конвертувати з вашого кольорового простору в той, який використовується іншими програмами.

Ось посилання на камеру Condor3 CIE 1931 Quest Innovations: http://www.quest-innovations.com/cameras/C3-CIE-285-USB .

Камери з 3,4,5 або 6 датчиками можуть розділити спектр на менші шматки та забезпечити більше біт на канал, вирішуючи точний колір та інтенсивність точніше: http://www.optec.eu/en/telecamere_multicanale/telecamere_multicanale.asp .

3CCD або 3MOS

4CCD або 4MOS

5CCD або 5MOS

Список літератури:

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2017/503/

https://nokiatech.github.io/heif/technical.html

https://en.wikipedia.org/wiki/High_Efficiency_Image_File_Format