Почему цветовое пространство xvYCC не используется для фотосъемки?

В течение последних пятнадцати лет sRGB был основным стандартом для компьютерных мониторов (и для печати на уровне потребителя). Теперь ситуация меняется, так как широко распространенные мониторы со светодиодной подсветкой становятся обычным явлением. Обычно фотографы используют их с цветовым пространством, таким как aRGB, которое является полустандартным - например, моя камера может сохранять JPEG-изображения в этом пространстве.

Но есть новый стандарт, широко распространенный в AV-индустрии, чтобы заменить sRGB. Это МЭК 61966-2-4 - xvYCC (или «xvColor», для маркетинговых целей). Это цветовое пространство имеет цветовую гамму в 1,8 раза больше, чем sRGB, покрывая 90% цветового диапазона человеческого зрения (вместо скучных 50%, охватываемых нашим текущим общим знаменателем). Узнайте больше на веб-сайте Sony на xvYCC .

Важным моментом, однако, является то, что это не теоретическое. Он является частью стандарта HDMI 1.3 вместе со спецификацией для глубины цвета от 10 до 16 бит на цвет (так называемый «Deep Color»). В отличие от aRGB, который в основном является профессиональной нишей, есть широкая поддержка в оборудовании потребительского уровня.

Это фон. Вопрос: учитывая , что это широко завоевывает, и что все мы , скорее всего, есть компьютер (и ТВ!) Оборудования , способные поддерживать его в течение следующих нескольких лет, почему это продается как в основном только видео вещь? Кажется, что индустрия камер была бы счастлива получить на борту.

Sony увлеклась этой идеей и выпустила видеокамеры, поддерживающие ее четыре года назад. Ради бога, Playstation 3 поддерживает это! Почему бы не включить его в Sony Alpha dSLR? И Sony не одна - у Canon есть и видеокамеры, поддерживающие ее.

Конечно, если вы снимаете в формате RAW, поддержка в камере не имеет значения. Это люди, занимающиеся программным обеспечением для конвертеров, которые должны быть на борту - почему нет толчка для этого? Насколько я понимаю, xvYCC - это расширение YCbCr, которое уже используется в файлах JPEG . Но когда я читаю литературу, я нахожу много упоминаний об обновленных стандартах MPEG, но ничего о неподвижных фотографических изображениях.

Почему мы не можем иметь хорошие вещи?

xvYCC - это особый умный способ кодирования цветовых данных: он злоупотребляет представлением YCC, используя ранее запрещенные комбинации значений для представления цветов за пределами гаммы пространства RGB, используемого в схеме YCC. То есть некоторые кортежи YCC декодируют в цвета с отрицательными значениями RG или B. Ранее они были просто незаконными; в xvYCC это разрешено, и дисплеи с большей гаммой, чем система RGB, могут отображать их как можно лучше. Так что на самом деле это умный в основном совместимый хак, чтобы получить дополнительную гамму без особого изменения формата.

Имеет ли смысл использовать его в фотографии? Я так не думаю. На самом деле нет необходимости быть совместимым с YCC, так почему бы не использовать пространство с широкой гаммой, например ProPhoto RGB? Или, что еще лучше, поскольку использование дополнительной глубины в битах не дорого для фотоснимков, почему бы не использовать что-то вроде CIELAB, которое может охватить всю воспринимаемую человеком гамму? У вас достаточно битов, чтобы способность кодировать все эти воображаемые цвета не стоила вам заметного количества цветового разрешения.

Конечно, вопрос поддержки камеры немного неактуален - если вы действительно заботитесь о цвете, вы должны извлечь необработанные значения детектора из камеры и начать с них. И даже если вы сделаете это, вы все равно застрянете в ощутимой гамме камеры. И точность вашего цветового представления также будет зависеть от того, насколько хорошо фильтры вашей камеры приближаются к спектральному отклику человеческих колбочек - неправильно, и цвета, которые выглядят одинаково с глазом, будут отличаться от вашей камеры. Никакая кодировка не исправит это. Фактически это произошло с одной дешевой цифровой камерой, которая у меня была - в этом случае ее ИК-чувствительность заставляла угли выглядеть фиолетовыми. Даже если вы отключите ИК, вещи с остроконечными спектрами, такими как радуга и флуоресцентное освещение или минералы (и, возможно, некоторые красители), будут демонстрировать этот эффект, когда спектры континуума выглядят хорошо.

Для начала ответ: «Он используется для фотосъемки!» Я объясню немного подробнее, и его использование в настоящее время довольно нишевое.

Корни xvYCC

Кодирование xvYCC, насколько я могу судить, является современным усовершенствованием кодирования YCC или его расширенной формы, Y'CbCr (или YCbCr, который немного отличается). Кодирование YCC является частью семейства яркости / цветности. цветовые пространства, которые в значительной степени основаны на цветовом пространстве L a b * («Lab» для краткости), сформулированном CIE еще в 1930-х годах. Цветовое пространство Lab также является цветовым пространством Яркость / Цветность, в котором яркость цвета кодируется в значении L * , в то время как две оси цветности цвета кодируются в значениях a * и b * . Значение a * кодирует одну половину цветности вдоль зеленой / пурпурной оси, а значение b * кодирует другую половину цветности вдоль сине-желтойось. Эти две цветовые оси были выбраны, чтобы имитировать и представлять четыре основных цветовых чувствительности человеческого глаза, которые также лежат вдоль пары красных / зеленых и синих / желтых осей (хотя истинное человеческое зрение включает в себя двухпиковую красную кривую, с меньший пик, возникающий в середине синей кривой, что фактически означает, что человеческий глаз непосредственно чувствителен к пурпурному, а не к красному ... отсюда зеленая / пурпурная ось в лаборатории.)

Кодировка YUV

Y'CbCr, вероятно, наиболее широко известен в виде YUV-кодирования видео. Кодирование YUV было специально разработано, чтобы уменьшить объем пространства, необходимого для кодирования цвета для передачи видеоВ те времена, когда пропускная способность была довольно дефицитным товаром. Передача информации о цвете в виде триплетов RGB является расточительной, поскольку триплеты R, G, B кодируют цвет с достаточным количеством избыточности: все три компонента включают в себя информацию о яркости, а также информацию о цветности, а яркость взвешивается по всем трем компонентам. YUV - это форма кодирования яркости / цветности Y'CbCr с низкой пропускной способностью, которая не имеет расточительной избыточности кодирования RGB. YUV может потреблять в любом месте от 2/3 до 1/4 полосы пропускания полного сигнала RGB в зависимости от формата субсэмплинга (и, кроме того, он сохраняет изображение с полной детализацией в отдельном канале яркости Y, который удобно поддерживает как черно-белые, так и черно-белые изображения). как цветные телевизионные сигналы с одним форматом кодирования.) Следует четко отметить, что YCC на самом деле не является цветовым пространством, скорее это способ кодирования цветовой информации RGB. Я думаю, что более точный термин будетцветовая модель, а не цветовое пространство, и термин цветовая модель может применяться как к RGB, так и к YUV.

Из ссылки, приведенной в исходном вопросе, видно, что xvYCC - это расширенная форма кодирования Y'CbCr, в которой хранится закодированная информация о цвете яркости / цветности с большим количеством битов, чем YUV. Вместо кодирования яркости и цветности в чередующихся наборах по 2-4 бита, xvYCC кодирует цвет в современных 10-битных значениях.

Используйте в фотографии

Интересно, что есть одна марка камер DSLR, которая использует нечто очень похожее. В последние годы Canon добавила в свои камеры новый формат RAW, который называется sRAW. В то время как обычное RAW-изображение содержит прямой байер-дамп полных данных датчика, sRAW на самом деле не является настоящим RAW-форматом изображения. Формат sRAW не содержит байеровских данных, он содержит обработанный контент Y'CbCr, интерполированный из базовых байеровских данных RGBG-пикселей. Подобно телевизионным дням, sRAW стремится использовать более оригинальную информацию о сигнале для кодирования данных яркости и цветности с высокой точностью (14 бит на канал), но экономит место в формате изображения. Изображение sRAW может иметь размер от 40 до 60% от размера изображения RAW,

Преимущество sRAW заключается в том, что вы сохраняете высокую точность восприятия человеком цвета в компактном формате файлов и лучше используете пиксели RGBG на сенсоре Байера (вместо выборки с перекрытием, которая производит неприятный цветовой муар, sRAW выполняет выборку с перекрытием по цветности) и перекрывающаяся / распределенная выборка яркости. Недостатком является то, что это не настоящий формат RAW, а информация о цвете интерполируется и подвергается понижающей дискретизации от полного датчика Байера. Если вам не нужно полное разрешение камеры в формате RAW (т. Е. Вы собираетесь печатать только с разрешением 8x10 или 11x16), тогда sRAW может быть реальным преимуществом, поскольку он может сэкономить много места (до 60% экономии по сравнению с RAW). ), он экономит быстрее, чем raw, обеспечивая более высокую частоту кадров и лучше использует информацию о цвете, полученную датчиком, чем RAW с полным разрешением.

У вас есть вещи почти полностью назад. Это не тот случай, когда фотография может / должна «догнать» видео - наоборот, это вопрос видео, которое наконец-то догнало (примерно) возможности, которые TIFF (для одного примера) предоставляет пару десятилетий назад (или около того).

Хотя вы, конечно, не видели очень много TIFF 16 бит / канал 20 лет назад, такая возможность уже была, и 16 бит / канал (в TIFF и различных других форматах) теперь довольно распространены. В то же время я чувствую себя обязанным отметить, что большинство людей считают 8 бит / канал полностью адекватными. Просто в качестве одного очевидного примера, JPEG2000 поддерживает 16 бит / канал и лучшее сжатие, чем оригинальный JPEG - но нигде даже близко не подходит к использованию оригинальной спецификации JPEG.

Примерно в то же время (на самом деле, немного раньше) xvYCC работала (примерно), догоняя возможности TIFF, формат файла openEXR разрабатывался. Он поддерживает до 32 бит / канал. Хотя он еще не так широко используется, я ожидаю, что он будет немного похож на TIFF и, в конце концов, получит широкое применение.

Что касается цветового пространства, это правда, что большее число бит / пиксель, если xvYCC поддерживает большую гамму, чем sRGB. Опять же, однако, ProPhotoRGB (для одного примера) предоставляет гораздо более широкую гамму - и (честно говоря) остается открытым вопрос, существует ли большая потребность в большем цветовом пространстве, чем уже обеспечивает ProPhotoRGB (примерно 13% цветов, которые вы можете Представлять в ProPhotoRGB в основном воображаемо - они выходят за рамки того, что большинство людей могут воспринимать).

Преимущество xvYCC заключается в уменьшении количества данных, необходимых / используемых для представления заданного уровня качества. Для HD-видео (в частности) минимизация пропускной способности чрезвычайно важна. Для цифровых фотоаппаратов, однако, пропускная способность - гораздо меньшая проблема - хотя было бы неплохо, если бы (например) я мог разместить в два раза больше снимков на CF-карте определенного размера, это не является особенно серьезной проблемой. Относительно мало людей используют наибольшую емкость доступных CF-карт, а стоимость CF-карт не является значительной частью бюджета типичного фотографа.

Итог: с точки зрения технических возможностей, xvYCC предоставляет мало того, что еще не доступно.

Изменить: я, вероятно, должен добавить еще один момент. ЖК-дисплеи начали заменять ЭЛТ-мониторы для большинства мониторов примерно в то время, когда цифровые камеры стали широко использоваться, но потребительские ЖК-мониторы только сейчас начинают превышать (или даже приближаться) разрешение цветопередачи 8 бит / канал. Трудно было сильно беспокоиться о наличии 10 или 12 бит / канал, когда обычный монитор мог отображать только около 6.

Также есть небольшая деталь, которая просто не волнует многих людей. Для них качество фотографирования подпадает под критерий «прошел / не прошел». Все, что на самом деле требует большинство людей, - это чтобы картина была достаточно узнаваемой. Я подозреваю, что люди постепенно начинают ожидать большего, но после многих лет, когда Уолгринс (или кто бы то ни было) превращает свою рыжеволосую дочь в блондинку (и т. Д.), Требуется время, чтобы привыкнуть к мысли, что цвет может быть точным вообще.

Изменить: На самом деле есть еще один шаг за пределами JPEG 2000: JPEG XR . Это поддерживает до 32 бит / канал (с плавающей запятой) HDR. Он также определяет формат файла, который может включать все обычные данные типа EXIF ​​/ IPTC, встроенный цветовой профиль и т. Д. Относящийся к этому вопросу, который включает значение, указывающее, что файл должен использовать цветовое пространство xvYCC (значение 11в TRANSFER_CHARACTERISTICSэлементе синтаксиса, таблица A.9, на случай, если кому-то все равно). Похоже, он не используется широко (по крайней мере, пока), но напрямую поддерживает цветовое пространство xvYCC для неподвижных изображений.

Итак, чтобы ответить на мой собственный вопрос немного после некоторого исследования:

Хотя это не xvYCC, по причинам , которые на самом деле до сих пор ускользает от меня (так как кодирование JPEG использует аналогичную старую схему), там же , как представляется, некоторые обнадеживающие шаги на «мы можем иметь хорошие вещи!» фронт, потому что кажется, что, по крайней мере, Microsoft заботится о более широкой цветовой гамме и лучшей битовой глубине в неподвижной фотографии - по крайней мере, немного.

Они медленно, но верно настаивали на новом стандарте формата файлов, который называется JPEG XR (ранее назывался Windows Media Photo, а затем HD Photo). Это интересный шаг вперед от «традиционного» JPEG, предлагающий лучшее сжатие при том же качестве изображения и (с точки зрения этого обсуждения) более высокую поддержку битовой глубины.

JPEG 2000 также делает это, но это в значительной степени провал, возможно, из-за проблем с патентами на вейвлет-сжатие, которые он использует, или, возможно, что-то еще. Важный момент: Microsoft сейчас продвигает JPEG XR, показывая его во многих своих программах, включая Internet Explorer 9 . Начиная с 2009 года, это официальный настоящий международный стандарт , и на него распространяется «Обещание сообщества» Microsoft, позволяющее не защищать свои патенты враждебным способом против реализации. Так что это очень хорошо для будущего освоения.

И, вместе с тем, они толкая идею более-бит на канал , как « высокий цвет », (что смешно мне, так как в моей голове , что до сих пор старые 16-разрядные для- все -каналов режим видеокарты). Как часть этого, у них есть, возможно, смехотворно большое «промежуточное» цветовое пространство, называемое scRGB - прочитайте хороший подробный отчет об этом - который поддерживается JPEG XR, если хотите. Это может быть не особенно полезно в качестве конечного цветового пространства, поскольку большинство его цветов находятся в «воображаемой» области за пределами человеческого восприятия . Но в любом случае, точка, Microsoft является интеграцией стандартов высшей битовой глубины в операционной систему Windows, и все еще фотография являетсячасть этого. Из слегка устаревшего интервью CNET : «Я абсолютно уверен, что поддержка scRGB в камерах будет сопровождать JPEG XR».

Но это было в 2007 году. Четыре с половиной года спустя мы все еще не видим камеры, поддерживающие JPEG XR, не говоря уже о модных цветовых пространствах большой глубины. Но, может быть, я просто нетерпение. Как отмечают другие ответы здесь, дисплейное оборудование, поддерживающее широкий диапазон, только становится доступным, поддержка в самой популярной в мире ОС появилась совсем недавно, и первый веб-браузер, поддерживающий ее, был выпущен в этом месяце . Поскольку это завоевывает популярность, и, как мы надеемся, в конечном итоге будет подхвачено Chrome и Firefox , программы обработки изображений (включая конвертеры RAW) получат поддержку, и последует фактический прямой вывод с камер.

Или все это провалится. Время покажет. :)

Я добавлю пару заметок вокруг Джона ...

1. Цветовое пространство имеет смысл в контексте камеры только тогда, когда речь идет о JPEG, потому что для необработанных изображений цветовое пространство является выбором на этапе «разработки». Некоторые камеры (например, полу-профи Pentax) позволяют выбрать sRGB или aRGB для разработки в формате JPEG, поэтому, возможно, они могут добавить третью (или четвертую для ProPhoto). Опять же, для большинства профессионалов, они будут тянуть изображение в желаемом цветовом пространстве для предполагаемого выходного носителя.

2. Зритель (и / или устройство) также должен знать о цветовом пространстве и уметь с ним справляться. Хотя мониторы с широкой гаммой становятся все более распространенными, они, вероятно, все еще составляют значительное меньшинство, и потребуется время, чтобы наверстать упущенное. Черт, я знаю немало людей, у которых все еще есть старые мониторы CRT, подключенные к приличным компьютерам.

Цветовое пространство xvYCC, вероятно, не видит применения для фотосъемки, потому что были разработаны новые Стандарты, которые являются усовершенствованием более старых Стандартов, и ни один Производитель не хочет вкладывать средства в Стандарт, который может обесцениться, прежде чем он будет заменен на «следующую величайшую вещь». ». Они учились от VHS против бета-версии.

Высокоэффективный формат изображения (HEIF), MPEG-H Part 12, является форматом файла, который определяет структурный формат, из которого могут быть получены форматы изображений, специфичные для кодеков.

HEIF также включает в себя спецификацию для инкапсуляции изображений и последовательностей изображений, соответствующих кодированию видео высокой эффективности (HEVC, ИСО / МЭК 23008-2 | Рекомендация МСЭ-Т H.265 или MPEG-H, часть 2).

Это упомянуто в ключевом видео Apple WWDC 2017: https://youtu.be/oaqHdULqet0?t=58m49s .

Apple iPhone 7 и новее берет то, что сфотографировано и сохраняет это в формате JPEG или HEIF. Использование HEIF может обеспечить идеальное решение «от камеры к хранилищу на дисплей» - полную инфраструктуру без потерь или преобразования из ввода в вывод (при использовании HEIF без сжатия).

Дело не в том, что они полностью поддерживают каждую функцию (так как MPEG редко «полностью поддерживается») или в том, что для кого-то еще это не так просто сделать, просто они, кажется, первыми выходят с полным решением для изображений (для видео). у нас было подмножество HEVC H.264, H.265 и недавно HikVision H.265 + в течение многих лет).

Если вы знаете другие камеры, поддерживающие HEIF, пожалуйста, прокомментируйте или отредактируйте, спасибо.

Камеры, которые записывают изображения и видео с особенно большим динамическим диапазоном (датчик превышает 16 бит на цвет), часто не обрабатывают данные (создают сжатый файл), а вместо этого выводят необработанные данные напрямую, например: http: // www .jai.com / ru / products / at-200ge - эта камера выводит от 24 до 30 бит на пиксель или http://www.jai.com/en/products/at-140cl - эта камера выдает от 24 до 36 бит на пиксель ,

Можно приобрести камеру CIE 1931 с цветовым пространством (и, возможно, другие цветовые пространства), если вы ищете бесконечный поиск или готовы заплатить поставщику специализированной камеры, чтобы сделать именно то, что вы хотите, вы, вероятно, будете самостоятельно писать Программное обеспечение для конвертировать из вашего цветового пространства в тот, который используется другими программами.

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

Камеры с 3, 4, 5 или 6 сенсорами могут разделять Спектр на более мелкие части и предоставлять больше битов на канал, более точно определяя точный цвет и интенсивность: http://www.optec.eu/en/telecamere_multicanale/telecamere_multicanale.asp ,

3CCD или 3MOS

4CCD или 4MOS

5CCD или 5MOS

Ссылки:

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