Чому кольорові простори не використовують весь спектр кольорів?

Погляньте на діаграму кольоровості CIE 1931, показану за кольоровою гамою sRGB. Чому певні кольори навмисно залишаються з кольорових просторів, як ви бачите нижче? Чому б просто не включити всі кольори?

sRGB - це кольоровий простір, розроблений HP та Microsoft в 1996 році. Монітори CRT були загальними, тому sRGB базувався на характеристиках можливостей цих моніторів. Хороша рецензія історії та причин можна знайти тут .

Координати хроматичності та доступні кольори були вибрані залежно від того, які фосфори, що використовуються в ЕПТ, могли тоді виробляти. Враховуйте, що ні відбитки, ні TFT або CRT-монітори не можуть повторити повний спектр видимого світла.

Програма на ПК або камері, яка хоче керувати монітором, використовуватиме дискретні значення. Якщо ви використовуєте більший кольоровий простір, кроки між різними кольорами стають грубими, якщо ви не використовуєте більш великий тип даних (Приклад: Adobe RGB з 8-бітовим). Тоді як інформація про зображення у великому кольоровому просторі з більшим типом даних використовує більше пам’яті та потребує більшої потужності для обробки (Приклад: Adobe RGB з 16-бітовим). Це цифрове значення буде перетворено на аналоговий сигнал (як правило, напруга) на певному етапі, а потім у щось видиме (для ЕПТ: фосфоресцентний екран, збуджений прискореними електронами).

Дозвіл для перетворення цифрового входу в аналоговий сигнал є ще одним обмеженням завдяки вартості, розміру та технології.

Тому встановлення sRGB до CRT-моніторів тоді дозволяло забезпечити гарну роздільну здатність між кольорами при мінімізації вимог до обладнання.

Діаграма хроматичності CIE 1931 представляє всі кольори, які може бачити середнє людське око. Але тільки тому, що ці кольори можуть бути сприйняті середнім людським оком, це не означає, що всі технології можуть випускати всі можливі кольори, які середнє око може побачити. Хоча жодна тристимульна модель не може створити всю гаму сприйняття кольором людини, різні кольорові моделі RGB охоплюють дуже широкий діапазон більшості кольорового сприйняття людини.

Зрозумійте, що на діаграмі, яку ви розмістили, і навіть у будь-якій діаграмі CIE у вас на комп’ютері це просто модель. Фактичні кольори на діаграмі поза діаграмою sRGB насправді представлені значенням RGB у файлі зображення. Але "чисто зелений" у верхній частині міченої діаграми sRGB насправді не є sRGB "чисто зеленим" (тобто це не [R, G, B] значення [0,0, 1,0, 0,0]). Діаграма - це лише модель, яка показує, в межах технології, що входить у / виключено в кольорових просторах CIE та sRGB.

Зокрема, для sRGB він був розроблений та стандартизований для розміщення ЕПТ-моніторів у середині 90-х. ЕЛТ виробляють колір шляхом випромінювання та комбінування світла з трьох різних фосфорних гармат (особливо червоного, зеленого та синього спектрів). Не маючи додаткових фосфорних гармат різної довжини хвилі, такі ЕЛТ не можуть випромінювати всі кольори, які людина може бачити.

Ми зазвичай описуємо колір, кажучи, що це помаранчевий або вишневий або рожевий. Зайдіть в магазин фарб і підберіть зразки зразків. Ви побачите зимово-білий і полум'я червоний і, можливо, цукерково-яблучно-червоний. Такі імена не вдається класифікувати задовільно. Однією з найбільш ранніх і, можливо, найкращих систем є система Munsell. Розроблений Альбертом Х. Мюнселлом, він організував тривимірне тверде тіло всіх кольорів, яке може бути представлене фактичними зразками, виготовленими з використанням стійких пігментів. Я думаю, що це найкращий метод.

Слідом була система CIE (Міжнародна комісія з питань освітлення). Експерименти зі створення кольорової реакції ока людини почалися на початку 1920-х. Студенти відповідали кольорам, які представляли собою суміші трьох легких праймеріз - червоного, зеленого та синього. У клітинах людського ока, що відповідають за кольоровий зір, було виявлено тріаду - одна пігментована для отримання червоного, одна зелена і одна синя. Було встановлено, що можна змішати ці три праймери і зробити всі кольори, які ми можемо бачити.

Однак наука не в змозі зробити досконалі фільтри або досконалі пігменти. У кожному випадку ми трохи пропускаємо позначку. Система CIE використовує уявні праймери. Вони можуть бути змішані, щоб зробити всі кольори, які ми бачимо. Те, що використовуються уявні праймери, не шкодить значенню системи. Можливо, саме ви будете робити ідеальні кольорові фільтри та повторювати завдання.

Система CIE визначає кольори у кількості кожного з трьох праймерів. Ця кольорова суміш призначена для звичайного спостерігача, оскільки тисячі випробувань та результати усереднені. Графік результатів являє собою межу у формі підкови, яка представляє положення кольорів, які мають найбільшу насиченість. Це кольори спектру. Кольорові ділянки графіка - це межі насичення, які можна отримати сучасними друкарськими фарбами. Поруч з центром знаходиться точка освітлення, яка призначена для денного світла.

Зауважте, що колір, сприйнятий за допомогою системи Munsell, має тривимірну ідентифікацію: відтінок, яскравість та насиченість. Система CIE є двовимірною. Пряма лінія внизу являє собою пурпуровий і фіолетовий кольору максимальної насиченості. Ці кольори не зустрічаються у спектрі чи веселці; їх відтінки виражаються як довжина хвилі. Я можу продовжувати і далі, але, можливо, ми повинні дотримуватися Мунсела.

Будь-який кольоровий простір на основі праймерів RGB описує трикутник. Оскільки діаграма CIE не є ідеально трикутною, неможливо включити їх у трикутник без створення уявних кольорів, які фізично не можуть існувати. Зокрема, значення R, G, B, які використовуються в будь-якому датчику або на дисплеї, повинні знаходитись у фізичних кольорах. Зауважте, що це стосується лише фізичних пристроїв, є кольорові простори, які використовують уявні кольори для RGB-точок, але вони призначені лише для математичних маніпуляцій.

Існують і інші обмеження щодо RGB-точок. По-перше, краще, якщо вони досяжні за допомогою економічно ефективної сучасної технології. Бали за sRGB були взяті з Rec. 709, який визначав діапазон, який повинен підтримувати HDTV в 1990 році. По-друге, відстань між точками один до одного призводить до проблем розмежування подібних кольорів, коли ваше представлення обмежене, наприклад, до 24 біт. Краще добре представити звичайні кольори, ніж представити кольори, які навряд чи можна побачити.

Маючи більше ніж 3 основних кольори, можна було б визначити кольоровий простір, який не є трикутним, який би включав більше простору CIE. Sony випустила датчик RGBE, який містив первинний "Смарагд" десь між синім та зеленим, але вони використовували його лише в одній камері, перш ніж відмовитися від нього. Я не зміг знайти жодної інформації про координати CIE фільтрів, які він використовує, але ось здогадка про те, якою може бути гамма:

Ви можете бачити, що він охоплює набагато більшу площу, ніж sRGB, хоча я використовував 3 праймери sRGB як вихідну точку. Важко точно сказати, чому це ніколи не натрапляло, але ми можемо здогадатися. Оскільки весь світ програмного забезпечення та друку базується на 3-х первинних кольорових просторах, гаму потрібно видавити на один із них, і будь-які переваги RGBE втрачаються при перекладі.

Кожен піксель на екрані монітора має горизонтальне та вертикальне положення на екрані. У межах цієї позиції три кольори на кольоровому моніторі, які змінюються від 0% до 100% інтенсивності.

Якщо ви дивитесь на зовнішній край області фігури, то ви бачите кольори, які можна було б сформувати, використовуючи всі люмінофори, які випромінювали світло на чистій довжині хвилі, даючи однакове сприйняття зорової інтенсивності. У межах області представлені "100%" інтенсивності світла, сприйнятого (червоним, синім та зеленим хромофорами) людського ока на одному рівні зорової інтенсивності. Подумайте провести лінію між будь-якими двома чистими довжинами хвилі та різною інтенсивністю від 0-100% першого кольору та 100% -0% для другого.

Люди з хорошим кольоровим зором мають 3 різних «кольорових» рецепторів. Таким чином, ви можете обдурити погляд на думку, що суміші трьох «чистих» довжин хвиль утворюють багато різних «кольорів». У такому випадку інтенсивність світла буде змінюватись від 0 до 100% для кожного з трьох кольорів.

Тепер у внутрішньому трикутнику є три точки, які позначають "ефективний колір" (кольорову суміш) конкретного люмінофора, обраного для монітора. (Фосфори не випромінюють чисту довжину хвилі світла, а суміш кольорів). Тож обраний червоний люмінофор обмежує, наскільки "червоним" може бути "чистий червоний колір" на моніторі. Тож для зеленого та синього. Ви можете отримати враження про суміші кольорів, які можна отримати зі 100% потужністю, використовуючи трилінійні координати.

Щоб отримати трилінійні координати, спочатку намалюйте комірку між трьома обраними люмінофорами. Потім проведіть перпендикулярну лінію від кожної вершини внутрішнього трикутника до протилежної сторони. Вершина трикутника має 100% інтенсивність, а перетин лінії з основою утворює 0% інтенсивності. Якщо зробити це для всіх трьох вершин, це призведе до того, що в кожній внутрішній точці трикутника зустрічаються три лінії. Якщо кожен рядок має 100 поділів, то в сітці буде 10 000 балів. Крім того, інтенсивність червоного / зеленого / синього в кожній точці становитиме 100%.

Зауважте, що кути трикутника наближаються до "чистого" кольору вершини. Уздовж сторін трикутників є чіткий перехід при перетині ззовні трикутника всередину. за рахунок різного змішування кольору.

mattdm зазначив, що вам також потрібно врахувати загальну "потужність" пікселя. Якщо всі три люмінофори мають 0% інтенсивності, то колір буде чорним. Якщо всі три інтенсивності кольору 100%, то колір повинен бути близьким до білого. Щоб отримати білий колір, звичайно, три люмінофори потрібно вибирати розумно.

Є простори пристроїв та кольорові простори, незалежні від пристрою. sRGB - це кольоровий простір, незалежний від пристрою, створений дамою в HP, як простір для стандартизації спини CRT в день. Кріс Кокс в Adobe створив Adobe 1998., а Кевін Спалдінг в Eastman Kodak створив кольорові простори RIMM та ROMM, з яких RIMM використовується як ProPhoto RGB. Цей простір насправді охоплює діаграму XYZ, але нам корисні лише фотографії, якщо наша гамма принтера близька за обсягом. (Більшість найвищого класу Epson із гарним глянцевим папером наближаються до Pro Photo RGB)

Справжня проблема полягає в кінцевому використанні зображення. Наведені вище кольорові профілі простору є математичними моделями для пристроїв, а не власне пристроїв. Перевага для них полягає в тому, що вони мають рівновіддалену праймеріз і перетворення зображень, що містяться в цих просторах, відносно добре поводяться.

Маючи кольорові простори, які не є просторами пристроїв і не містять шуму, який має гамма пристрою. Це передбачає перетворення у фактичний простір пристрою, наприклад, монітор на вашому комп'ютері чи принтер, які є передбачуваними та точнішими від пристрою до пристрою. Тому контейнерні простори - це шлях до якості.

Тепер, щоб відповісти на ваше запитання "Чому б просто не включити всі кольори?" Ми можемо, якщо ми будемо використовувати ProPhoto RGB, але у нас є значення RGB (0-255), присвоєні значенням Lab, які трохи більше, ніж sRGB (кольоровий простір в Інтернеті), тому зображення не буде виглядати правильно, якщо ви розміщуєте файли RGB ProPhoto в Інтернеті. Отже, зображення, які насправді повинні виглядати так, як ми хочемо, щоб вони виглядали, повинні бути перетворені на простір, що згаданий. В Інтернеті, що відбувається у вашому браузері. Якщо у вас високий монітор, це відбувається тому, що на вашому комп'ютері є відомий профіль монітора, щоб передати кольори в новий простір лабораторії.

Частково це стосується ефективності кодування даних (не витрачаючи біт / точність), частково історичних причин та деяких практичних міркувань.

Є деякі кольорові простори, які охоплюють усі "видимі" кольори, але ми зазвичай не використовуємо їх для зображень / відео. Наприклад, на цій діаграмі у вашому запитанні відображаються кольори в просторі XYZ CIE 1931, що представляє собою кольоровий простір, який охоплює всі видимі для людини кольори (відповідно до його психологічної моделі).

Однак CIE XYZ - це не кольоровий простір, який зазвичай використовується для фактичного представлення кольорових даних , скажімо, на зображенні чи відео. Перетворення назад у RGB-простір відносно складне, воно може витратити багато біт точності на простір поза межами діапазону кольорів, які може виробляти більшість моніторів або датчики, навіть кольори поза простором, які люди можуть бачити. Математичні операції, які просто обчислити в просторі RGB, були б дуже складними в чомусь на зразок CIE XYZ, і в усіх практичних випадках в будь-якому випадку потрібна була б проміжна конверсія.

Кольоровий простір RGB значно спрощує деякі операції. Монітори та екрани спочатку використовують кольорові простори RGB. Якщо ви використовуєте кольоровий простір RGB, оскільки ваш вихідний носій по суті базується на RGB, спочатку має сенс використовувати кольоровий простір, який дорівнює або близько відповідає червоним, зеленим і синім праймерам, які може зробити ваш вихідний носій. У минулому кольорові монітори використовували люмінофори, які давали схожі червоні, зелені та сині праймери, так що RGB просто просто тому, що "стандартний" кольоровий простір. Монітори не всі рівні, все частіше, і тому винахід кольорового простору, незалежного від пристрою, є хорошою ідеєю: sRGB - найпоширеніший простір, незалежний від пристрою, і він тісно відповідає типовим червоним, зеленим та синім праймеріз епохи монітора CRT. sRGB став фактичним стандартом для моніторів, телевізорів (rec 601 та rec 709,

Тож частиною популярності sRGB є його закріплення у всіх цих сферах. Що стосується кольорових просторів, і навіть до простору RGB, він дуже обмежений, і тому ви отримуєте Adobe RGB, ProPhoto та інші простори RGB з розширеною гамою. Кодування в них стає лише трохи менш ефективною, що вимагає використання в деяких випадках більше 8 біт на канал, але вони охоплюють більш широку гаму, яку можуть зробити нові монітори та технології відображення, і вирішують потребу в "робочому просторі кольорів" , де колірний простір вводу та виводу може змінюватись залежно від пристрою, тому ви також можете використовувати проміжний простір із дійсно широкою гамою, щоб він міг конвертувати між ними з мінімальними втратами. ProPhoto RGB, часто використовується як "робочий" кольоровий простір, оскільки він "досить широкий" щоб перевищити майже будь-який кольоровий простір пристрою, який ви практично можете уявити, можна охопити майже всі видимі кольори (згідно з CIE 1931) за винятком деяких надглибоких зелених та фіолетових кольорів (знову ж таки, це далеко за межами того, що монітори та інші пристрої можуть дисплей), але в результаті кодування досить неефективне, оскільки багато координат просто не використовуються, оскільки вони виходять за межі видимих ​​кольорів. Цікаво, що його праймери (тобто червоний, зелений і синій) є "уявними" - неможливо створити випромінювач або датчик із праймерами ProPhoto RGB, оскільки його праймери неможливі кольори - вони існують лише математично, як спосіб передачі кольорів в інший простір або з нього. може охоплювати майже всі видимі кольори (за даними CIE 1931), за винятком деяких надглибоких зелених та фіолетових кольорів (знову ж таки, це далеко за межами того, що монітори чи інші пристрої можуть відображати), але в результаті кодування є досить неефективним, багато координат просто не використовуються, оскільки вони виходять за межі видимих ​​кольорів. Цікаво, що його праймери (тобто червоний, зелений і синій) є "уявними" - неможливо створити випромінювач або датчик із праймерами ProPhoto RGB, оскільки його праймери неможливі кольори - вони існують лише математично, як спосіб передачі кольорів в інший простір або з нього. може охоплювати майже всі видимі кольори (за даними CIE 1931), за винятком деяких надглибоких зелених та фіолетових кольорів (знову ж таки, це далеко за межами того, що монітори чи інші пристрої можуть відображати), але в результаті кодування є досить неефективним, багато координат просто не використовуються, оскільки вони виходять за межі видимих ​​кольорів. Цікаво, що його праймери (тобто червоний, зелений і синій) є "уявними" - неможливо створити випромінювач або датчик із праймерами ProPhoto RGB, оскільки його праймери неможливі кольори - вони існують лише математично, як спосіб передачі кольорів в інший простір або з нього. багато координат просто не використовуються, оскільки вони виходять за межі видимих ​​кольорів. Цікаво, що його праймери (тобто червоний, зелений і синій) є "уявними" - неможливо створити випромінювач або датчик із праймерами ProPhoto RGB, оскільки його праймери неможливі кольори - вони існують лише математично, як спосіб передачі кольорів в інший простір або з нього. багато координат просто не використовуються, оскільки вони виходять за межі видимих ​​кольорів. Цікаво, що його праймери (тобто червоний, зелений і синій) є "уявними" - неможливо створити випромінювач або датчик з праймерізами ProPhoto RGB, оскільки його праймери неможливі кольори - вони існують лише математично, як спосіб передачі кольорів в інший простір або з нього.

Менші кольорові простори:

• обмежена передача зображення Використання меншого кольорового простору покращить точність кольорів порівняно з величезним повноцінним кольоровим простором, якщо однакова глибина кольору для обох
• заздалегідь відтворені зображення, готові до перегляду на цільовому обладнання, яке не здійснюватиме перетворення перед передачею