Скільки кольорів і відтінків може виділити людське око в одній сцені?


20

Скільки чітких кольорів, відтінків, відтінків і відтінків може розрізняти пересічна людина в одній сцені? Іншими словами, яка теоретична глибина розрядів необхідна, щоб бути впевненим, щоб записати фотографію з усією зоровою інформацією, яку сприймає людина?

Я бачив відповіді від 200 000 до 20 000 000, і важко розібратися з авторитетом. А термін «колір» неоднозначний - мається на увазі просто відтінок, чи також включаються відмінності в насиченості та легкості?


Я впевнений, що були зібрані статистичні дані для "Тесту Фарнсворта Мансела 100 на відтінок". Ось шалена онлайн-версія, на яку, я впевнений, впливає калібрування монітора: xrite.com/custom_page.aspx?PageID=77&Lang=en
Ерудитас

Відповіді:


25

Обговорюючи кількість кольорів, сприйнятих людським оком, я схиляюся до 2,4 мільйона кольорів кольорового простору CIE 1931 XYZ. Це досить солідне, науково обґрунтоване число, хоча, я визнаю, воно може бути обмеженим у контексті. Я думаю, що людське око може бути чутливим до 10-100 мільйонів чітких "кольорів", якщо говорити і про хроматичність, і просвіченість.


Я буду базувати свою відповідь на роботі, виконаній CIE, яка почалася в 30-х роках і знову прогресувала в 60-х роках, з деякими поліпшеннями алгоритмічності та точності до формули за останні пару десятиліть. Що стосується мистецтва, включаючи фотографію та друк, я вважаю, що робота, проведена CIE, є особливо актуальною, оскільки це основа корекції кольорів та сучасних математичних кольорових моделей та перетворення кольорового простору.

CIE, або Інтернаціональна комісія декларації комісій , у 1931 р. Створила кольоровий простір XIE CIE 1931 року CIEЦей кольоровий простір являв собою графік кольору чистоти, відображений від 700 нм (ближній інфрачервоний червоний) до 380 нм (біля УФ) і просувався по всій довжині хвилі "видимого" світла. Цей кольоровий простір заснований на баченні людини , що є три-стимулом, створеним трьома типами конусів на наших очах: ​​конусами короткої, середньої та довгої хвиль, які відображають довжину хвиль 420-440nm, 530-540nm та 560-580nm. Ці довжини хвиль відповідають синьому, зеленому і жовто-червоний (або оранжево-червоний) первинні кольори. (Червоні шишки трохи унікальні, оскільки їх чутливість має два піки, первинна в діапазоні 560-580 нм, а також друга в 410- Діапазон 440 нм. Ця подвійна чутливість вказує на те, що наші "червоні" шишки насправді можуть бути "пурпуровими" конусами з точки зору реальної чутливості.) Криві тристимульної реакції виводяться з поля зору 2 ° на фовеї, де наші шишки найбільш концентровані, і наше кольорове бачення при середній та високій інтенсивності освітлення є найвищим.

Фактичний кольоровий простір CIE 1931 відображається із значень тристимулу XYZ, які генеруються із похідних червоного, зеленого та синього кольорів, які базуються на фактичних значеннях червоного, зеленого та синього кольорів (модель добавки.) Значення тристимулів XYZ коригуються для "стандартний освітлювач", який зазвичай балансує білим сонячним світлом 6500 К (хоча оригінальний кольоровий простір CIE 1931 був створений для трьох стандартизованих освітлювачів A 2856K, B 4874K і C 6774K), і зважувався відповідно до "стандартного спостерігача" (на основі на цьому поле зору 2 ° Foveal.) Стандартний кольоровий сюжет CIE 1931 XYZ має підкову та наповнений діаграмою «хроматичності» чистих «кольорів», що охоплює діапазон відтінку від 700 нм до 380 нм і коливається в насиченні від 0 % з центром у точці білого до 100% по периферії. Це "2,38 мільйона кольорів, які людське око може виявити при освітленні помірно високої інтенсивності приблизно однакової колірної температури та яскравості денного світла (не сонячне світло, яке ближче до 5000 к, але сонячне світло + світло блакитного неба, близько 6500 к.)


Тож чи може людське око виявити лише 2,4 мільйони кольорів? Відповідно до роботи, проведеної CIE в 30-х роках, під специфічним освітлювачем, який прирівнюється до інтенсивності та кольорової температури денного світла, якщо враховувати лише 2 ° шишок, зосереджених у фовеї наших очей, то, здається, ми справді можемо. див. 2,4 мільйона кольорів.

Однак специфікації CIE обмежені за обсягом. Вони не враховують різний рівень освітленості, освітлювачі різної інтенсивності чи кольорову температуру, або той факт, що у нас більше шишок, розповсюджених принаймні на 10 ° області сітківки навколо ямки. Вони також не враховують того факту, що периферійні шишки здаються більш чутливими до блюзу, ніж шишки, зосереджені у фовеї (це в першу чергу червоні та зелені шишки).

Уточнення сюжетів хроматичності CIE були здійснені в 60-х і знову в 1976 році, які вдосконалили «стандартного спостерігача», щоб включити повну 10 ° кольорову пляму в наші сітківки. Ці вдосконалення стандартів CIE ніколи не набули великої користі, і широке дослідження чутливості до кольорів, яке було проведено стосовно роботи CIE, значною мірою обмежилося оригінальним графіком кольорового простору та хроматичності CIE 1931 року.

Зважаючи на обмеження чутливості кольорів лише до 2 ° плями на ямці, є велика ймовірність того, що ми можемо побачити більше 2,4 мільйонів кольорів, особливо поширюючись на блюз і фіалку. Це підтверджується вдосконаленням кольорових просторів CIE 1960-х років .


Тон, можливо, краще позначений світністю (яскравість або інтенсивність кольору) - ще один аспект нашого зору. Деякі моделі поєднують хроматичність та світність разом, а інші чітко розділяють ці дві. Людське око містить сітківку, що складається з обох шишок ... "кольорових" чутливих пристроїв, а також стрижнів, які мають кольорово-агностичний характер, але чутливі до змін освітленості. Людське око має приблизно в 20 разів більше стрижнів (94 мільйони), ніж шишок (4,5 мільйона). Стрижні також приблизно в 100 разів чутливіші до світла, ніж шишки, здатні виявляти один фотон. Стрижні, здається, є найбільш чутливими до синювато-зелених довжин хвиль світла (близько 500 нм) і мають меншу чутливість до червонуватої та майже ультрафіолетової довжин. Слід зазначити, що чутливість стрижнів є кумулятивною, тому чим довше спостерігає статичну сцену, тим чіткіші рівні освітленості в цій сцені будуть сприйняті розумом. Швидкі зміни сцени або панорамування руху зменшать здатність диференціювати тонку градацію тону.

Зважаючи на значно більшу чутливість стрижня до світла, здається, логічно зробити висновок, що у людини є більш тонка і чітка чутливість до змін інтенсивності світла, ніж вони до змін відтінку і насичення, коли людина спостерігає статичну сцену протягом певного часу. Я не можу точно сказати, як це впливає на наше сприйняття кольору та як це впливає на кількість кольорів. Простий тест на чутливість до тону можна зробити в ясний вечір дня, так само, як заходить сонце. Синє небо може коливатися від біло-блакитного до глибокого темного півночі. Хоча відтінок такого неба охоплює дуже невеликий діапазон, тональний рівень неосяжний і дуже тонкий. Спостерігаючи таке небо, можна побачити нескінченно плавну зміну від яскраво-біло-блакитного до небесно-блакитного до темно-північного синього.


Дослідження, не пов'язані з роботою CIE, показали широкий спектр "максимальних кольорів", які людське око може сприймати. Деякі мають верхню межу в 1 мільйон кольорів, а інші мають верхню межу в 10 мільйонів кольорів. Більш недавні дослідження показали, що деякі жінки мають унікальний четвертий тип конуса, "помаранчевий" конус, який, можливо, може розширити їх чутливість до 100 мільйонів, однак це дослідження враховувало як хроматичність, так і світність при їх розрахунку "кольору".

Зрештою, виникає питання, чи можна відокремити хроматичність від світимості при визначенні "кольору"? Чи вважаємо за краще визначити термін "колір", щоб означати відтінок, насиченість та світність світла, який ми сприймаємо? Або краще розділити ці дві, щоб зберегти хроматичність відмінністю від світності? Скільки рівнів інтенсивності може насправді бачити око, порівняно з тим, скільки чітких відмінностей у хроматичності? Я не впевнений, що на ці питання насправді відповіли науково.


Інший аспект сприйняття кольору передбачає контраст. Легко помітити різницю в двох речах, коли вони добре контрастують між собою. Намагаючись візуально визначити, скільки «кольорів» бачить людина, дивлячись на різні відтінки червоного, може бути досить складно сказати, чи відрізняються два подібних відтінки чи ні. Однак порівняйте відтінок червоного з відтінком зеленого, і різниця дуже чітка. Порівняйте цей відтінок зеленого послідовно з кожним відтінком червоного, і око може легше підібрати відмінності червоних відтінків у периферійному відношенні один до одного, а також на відміну від зеленого. Ці фактори є усіма аспектами бачення нашого розуму, який є набагато більш суб'єктивним приладом, ніж сам очей (що ускладнює наукове вимірювання кольорового сприйняття поза рамками самого ока.в контексті, ніж налаштування без будь-якого контрасту.


1
У будь-якому разі: 10-100 мільйонів різних кольорів = 24-27 біт, з яких 22 - відтінок і насиченість.
mattdm

Сумна річ кольорової моделі RGB - це поєднання кольоровості та світності. Ви не можете просто змінити світність, незалежну від хроматичності, ви повинні одночасно змінити хроматичність ... вони нерозривно пов'язані між собою. Це посилання по суті обмежує кількість тонкості, яку ми можемо витягти з RGB, поки ми не досягнемо більшої глибини бітів понад 8bpc ... 16bpc є досить адекватною, але все ще не ідеальною. Справжній об'єм про багато тестування зору - це ... це робиться з комп'ютерами та комп'ютерними екранами, використовуючи кольорову модель RGB. Я думаю, що деяким чином обмежило наше вимірювання людського зору.
jrista

@jrista: як змінюється Безолд-Брюкке?
mattdm

Я вважаю, що Безольд-Брюкке базується лише на екстрафовеальних перцептивних тестах, або на тестах, які передбачають зовнішнє 10 ° кольорове чутливе місце, але ігноруючи (або недостатньо зважуючи) 2-кратне плівкове пліво (яке має більше червоних та зелених шишок). Більша концентрація блакитних шишок в надпечевій зоні може пояснювати синій / жовтий зважений зсув. Я не знаю так багато про їхні дослідження, тому нічого не можу сказати остаточно.
jrista

@jrista: як проводяться подібні тести? У роботі я бачу довідкові дослідження людських предметів, що дають суб'єктивні відповіді, а не вимірювання чи що-небудь інше. Зараз я занадто втомився, щоб зрозуміти все, що я читаю, але я розвиваю тьмяну підозру, що модель, яка розділяє колір на відтінок, насиченість і значення, також має обмеження. Не те, що обов'язково стосується мого питання тут. :)
mattdm

3

150: кількість відтінків, які око може розрізнити в спектрі.

1 000 000: кількість кольорів (поєднання відтінку, насиченості та яскравості), які око може розрізнити в оптимальних лабораторних умовах.

З visualexpert.com

Однак це здається суперечливою темою.


Цікаво, що, надавши номер один мільйон, цей сайт продовжує: "Це лише оцінка, оскільки реально перевірити всі можливі комбінації було б неможливо. Деякі навіть вважають, що це число сягає 7 000 000".
mattdm

Також цікавий особливий кут сайту - розмежування кольорів з юридичних причин. Ця тема має досить широке застосування. :)
mattdm

Отже, цей сайт пропонує 20 біт, 22 якщо взяти більшу кількість. 8 біт, присвячених відтінку.
mattdm

Я б сказав, що вони зрозуміли це правильно, коли вони вирішили, що 24 біти є достатньою точністю для моніторів. Я знаю, що бачу 18-бітний колір панелі TN, але 24-бітний такий же гладкий, як я практично бачу.
Нік Бедфорд

2

Пару балів.

  1. Мільйон розбірливих кольорів, навіть якщо це правда, в кращому випадку стосується ідеальних лабораторних умов. У реальному світі кількість, безсумнівно, буде набагато, значно меншою. Ви можете сміливо ігнорувати всю цю розмову про мільйони кольорів.

  2. На фотографії динамічний діапазон - це невелика частка динамічного діапазону сцени, тому ви не можете створити багато кольорів. Уся технологія радикально перераховує діапазон виробництва кольорів. Особливо принти.

  3. Кількість потрібних біт залежить набагато більше, ніж кількість кольорів. Колірний простір не є лінійним (див. Закон Вебера, Закон Фехнера, еліпси МакАдама тощо), тому ви не можете просто розбити кольоровий простір на ряд кроків однакового розміру на основі кількості біт. Вам завжди знадобиться набагато більше біт, ніж передбачає кількість кольорів. 24 біти дає 16 мільйонів кольорів, але це все ще не дає хороших зображень. Вам потрібно щонайменше 10 або 12 біт на колір, щоб створити плавні градієнти без смуг.


№3 - питання кодування. Ніколи не потрібно більше бітів, ніж розмір даних.
mattdm

"# 3 - питання кодування. Ніколи не потрібно більше бітів, ніж розмір даних." У практичних цілях ви неправі. Нелінійна реакція очей і більшості дисплейних пристроїв гарантує, що більшість рівнів на високому та нижньому кінці будуть витрачені даремно. Багато кольорових рівнів створюють нерозрізні кольори. Існує декілька способів вирішити це за допомогою спеціалізованого обладнання, яке відображає дані з високою роздільною здатністю на топ-8 біт, але, зробивши це, я виявив, що це не варте клопоту.

@mattdm: Я думаю, що ви нерозумієте, що він говорить. Мистецтво вірно стверджує, що кольоровий простір не є лінійним (якщо ви подивитеся на кольоровий сюжет CIE 1931 XYZ, ви побачите, що він має вигнуту форму з більшою площею, присвяченою зеленим відтінкам.) Я думаю, що це мистецтво. вам слід виділити більше бітів на зелений, ніж на блюз або червоні, щоб повністю реалізувати потенціал кольорового простору. Використання 10 або 12 біт на канал допомагає досягти цього, хоча це все ще не є ідеальним розподілом бітів на колір. Я б не погодився з №1 ... але це дискусія ще на один день.
jrista

1
Ключ - "кроки однакового розміру". Тільки тому, що ви цього не можете зробити, це не означає, що вам потрібно точніше, ніж є дані. Вам просто потрібне правильне кодування. Але я абсолютно погоджуюся, що можуть бути практичні причини використання більшої кількості бітів і менш економічного кодування. (Дивіться попередню тривалу дискусію про дуже неефективний робочий простір scRGB.)
mattdm

@mattdm У вас є посилання на цю дискусію? Чи загальна корекція гамми недостатня для вирівнювання значень бітів у відповідь очей?
Марк Викуп

1

Щоб дати вам уявлення: Більшість моніторів стверджують, що можуть відображати приблизно 16 мільйонів кольорів. Дешевші панелі насправді є лише 6 бітами / каналом, а для зменшення 16 мільйонів використовуйте диндінг. Це насправді помітно! (Деякі використовують анімоване забарвлення, там ви можете побачити це як легкий мерехтливий ефект) Справжнє 24 біта (8 / канал), на мою думку, справді потрібні для приємних плавних кольорових переходів.

"Що, в свою чергу, викликає питання: чи формати, які використовують 48 біт, 16 на канал, насправді набагато більше, ніж потрібно?"

  • Це залежить від того, для чого ви хочете його використовувати. Просто для відображення на екрані, так. Але якщо ви хочете працювати з зображенням або як формат введення, ні.

Мені ще потрібно знайти монітор, на якому не відображається смуга на цьому спеціально побудованому зображенні: marksblog.com/gradient-noise . Ці смуги відрізняються одним бітом у 8-бітовому кольоровому просторі. Що стосується 16 біт на канал, вони, як правило, використовують лінійний кольоровий простір, а не виправлений гамою, тому в нижньому діапазоні ці біти не є такими марними, як вони виглядають.
Марк Викуп
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.