Почему цветовые пространства не используют весь спектр цветов?

Посмотрите на диаграмму цветности CIE 1931, показанную с использованием гаммы цветового пространства sRGB. Почему определенные цвета намеренно исключены из цветовых пространств, как вы видите ниже? Почему бы просто не включить все цвета?

sRGB - это цветовое пространство, разработанное HP и Microsoft в 1996 году. ЭЛТ-мониторы были распространены, и поэтому sRGB основывался на характеристиках возможностей этих мониторов. Хорошее описание истории и причин можно найти здесь .

Координаты цветности и доступные цвета были выбраны на основе того, что люминофоры, используемые в ЭЛТ, могли производить тогда. Учтите, что ни отпечатки, ни мониторы TFT или CRT не могут воспроизвести весь спектр видимого света.

Программа на ПК или камере, которая хочет управлять монитором, будет использовать дискретные значения. Если вы используете большее цветовое пространство, шаги между разными цветами становятся грубыми, если вы не используете больший тип данных (Пример: Adobe RGB с 8-битным). Принимая во внимание, что информация об изображении в большем цветовом пространстве с большим типом данных использует больше памяти и требует большей вычислительной мощности (пример: Adobe RGB с 16 битами). Это цифровое значение будет преобразовано в аналоговый сигнал (обычно напряжение) на определенной стадии, а затем в нечто видимое (для ЭЛТ: фосфоресцентный экран, возбуждаемый ускоренными электронами).

Разрешение для преобразования цифрового входа в аналоговый сигнал является дополнительным ограничением из-за стоимости, размера и технологии.

Таким образом, установка sRGB на мониторы CRT позволила получить хорошее разрешение между цветами при минимальных требованиях к оборудованию.

Диаграмма цветности CIE 1931 представляет все цвета, которые может видеть средний человеческий глаз. Но только то, что эти цвета могут восприниматься средним человеческим глазом, не означает, что все технологии могут воспроизводить все возможные цвета, которые может видеть средний глаз. Хотя ни одна из трехцветных моделей не может создать всю гамму человеческого восприятия цвета, различные цветовые модели RGB охватывают очень широкий диапазон большей части человеческого восприятия цвета.

Поймите, что на опубликованной вами диаграмме и на любой диаграмме CIE, которая есть у вас на компьютере, это всего лишь модель. Фактические цвета на диаграмме за пределами диаграммы sRGB фактически представлены значением RGB в файле изображения. Но «чистый зеленый» в верхней части помеченной диаграммы sRGB на самом деле не является sRGB «чистым зеленым» (т. Е. Это не значение [R, G, B], равное [0,0, 1,0, 0,0]). Диаграмма - это просто модель, показывающая, в рамках технологии, что включено / исключено в цветовых пространствах CIE и sRGB.

В частности, для sRGB он был разработан и стандартизирован для размещения ЭЛТ-мониторов в середине 90-х годов. ЭЛТ дают цвет, испуская и комбинируя свет от трех разных люминофоров (в частности, красного, зеленого и синего спектра). Не имея дополнительных люминофоров с разной длиной волны, такие ЭЛТ не могут излучать все цвета, которые видят люди.

Мы обычно описываем цвет, говоря, что это оранжевый, вишневый или розовый. Пойдите в магазин краски и возьмите образцы образцов. Вы увидите зимний белый и огненно-красный и, возможно, конфетно-яблочно-красный. Имена, подобные этим, не поддаются удовлетворительной классификации. Одной из самых ранних и, возможно, лучших систем является система Манселла. Разработанный Альбертом Х. Манселлом, он создал трехмерное тело всех цветов, которые могут быть представлены реальными образцами, изготовленными с использованием стабильных пигментов. Я думаю, что это лучший метод.

Следующей была система CIE (Международная комиссия по освещению). Эксперименты по картированию цветовой реакции человеческого глаза начались в начале 1920-х годов. Учащиеся подбирали цвета, представляющие собой смесь трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Было обнаружено, что клетки человеческого глаза, ответственные за цветовое зрение, представляют собой триаду: одну пигментированную, чтобы получить красный, одну зеленую и одну синюю. Было обнаружено, что можно смешать эти три основных цвета и сделать все цвета, которые мы, люди, можем видеть.

Однако наука не может создать идеальные фильтры или идеальные пигменты. В каждом случае мы немного пропускаем отметку. Система CIE использует мнимые основные цвета. Они могут быть смешаны, чтобы сделать все цвета, которые мы видим. Тот факт, что используются мнимые основные цвета, не умаляет ценности системы. Возможно, вы будете тем, кто сделает идеальные цветовые фильтры и переделает задачу.

Система CIE определяет цвета с точки зрения количества каждого из трех основных цветов. Это сочетание цветов предназначено для стандартного наблюдателя, так как тысячи были протестированы и результаты усреднены. График результатов представляет собой границу в форме подковы, которая представляет положение цветов, которые имеют наибольшую насыщенность. Это цвета спектра. Цветные области графика - это границы насыщенности, которые можно получить с помощью современных печатных красок. Рядом с центром находится точка освещения для дневного освещения.

Обратите внимание, что цвет, воспринимаемый с помощью системы Манселла, имеет трехмерную идентификацию: оттенок, яркость и насыщенность. Система CIE является двухмерной. Прямая линия внизу представляет пурпурный и пурпурный цвета максимальной насыщенности. Эти цвета не встречаются в спектре или радуге; их оттенки выражены в виде длины волны. Я могу продолжать и продолжать, но, возможно, мы должны придерживаться Манселла.

Любое цветовое пространство, основанное на основных цветах RGB, будет описывать треугольник. Поскольку диаграмма CIE не является идеально треугольной, невозможно включить их все в треугольник, не создавая воображаемых цветов, которые физически не могут существовать. В частности, значения R, G, B, используемые в любом датчике или дисплее, должны находиться в пределах физических цветов. Обратите внимание, что это относится только к физическим устройствам, есть цветовые пространства, которые используют воображаемые цвета для точек RGB, но они предназначены только для математических манипуляций.

Есть и другие ограничения на точки RGB. Во-первых, лучше, если они достижимы с помощью современных экономичных технологий. Баллы за sRGB были взяты из Рек. 709, который определил диапазон, который будет поддерживаться HDTV в 1990 году. Во-вторых, разнесение точек слишком далеко друг от друга приводит к проблемам с различием между похожими цветами, когда ваше представление ограничено, например, до 24 бит Лучше иметь хорошее представление об общих цветах, чем иметь представление о цветах, которые почти не видны.

С более чем 3 основными цветами можно было бы определить цветовое пространство, которое не является треугольным, которое включало бы больше пространства CIE. Sony произвела датчик RGBE, который включал «изумрудную» первичку где-то между синим и зеленым, но они использовали его только в одной камере, прежде чем оставить ее. Я не смог найти никакой информации о координатах CIE фильтров, которые он использует, но вот предположение о том, какой может быть гамма:

Вы можете видеть, что он охватывает гораздо большую область, чем sRGB, хотя я использовал 3 основных цвета sRGB в качестве отправной точки. Трудно сказать наверняка, почему это никогда не завоевывало популярность, но мы можем догадаться. Поскольку весь мир программного обеспечения и печати основан на трех основных цветовых пространствах, гамма должна быть сжата в одном из них, и любые преимущества для RGBE теряются при переводе.

Каждый пиксель на мониторе имеет горизонтальное и вертикальное положение на экране. Внутри этой позиции находятся три «цвета» в цветном мониторе, которые варьируются от 0% до 100% интенсивности.

Если вы посмотрите на внешний край области фигуры, то увидите цвета, которые могут быть сформированы с использованием всех люминофоров, излучающих свет на чистых длинах волн при одинаковом восприятии интенсивности. В пределах области представлены изображения «100%» интенсивности света, воспринимаемого (красным, синим и зеленым хромофором) человеческого глаза на одном уровне визуальной интенсивности. Подумайте о том, чтобы провести линию между любыми двумя чистыми длинами волн и различной интенсивностью от 0-100% первого цвета и 100% -0% для второго.

Люди с хорошим цветовым зрением имеют 3 разных «цветовых» рецептора. Таким образом, вы можете обмануть взгляд, думая, что смеси трех «чистых» длин волн образуют много разных «цветов». В таком случае интенсивность света будет варьироваться от 0 до 100% для каждого из трех цветов.

Теперь внутренний треугольник имеет три точки, которые обозначают «эффективный цвет» (цветовую смесь) конкретного люминофора, выбранного для монитора. (Люминофоры излучают не чистую длину волны света, а смесь цветов). Таким образом, выбранный красный люминофор ограничивает то, насколько «красным» может быть «чистый красный цвет» на мониторе. Так что для зеленого и синего. Вы можете получить представление о смеси цветов, которая может быть получена со 100% силой, используя трилинейные координаты.

Чтобы получить трилинейные координаты, сначала нарисуйте цепочку между тремя выбранными люминофорами. Затем нарисуйте перпендикулярную линию от каждой вершины внутреннего треугольника к противоположной стороне. Вершина треугольника имеет интенсивность 100%, а пересечение линии с основанием составляет 0% интенсивности. Выполнение этого для всех трех вершин приведет к встрече трех линий в каждой внутренней точке треугольника. Если каждая линия имеет 100 делений, то в сетке будет 10000 точек. Кроме того, интенсивность красного / зеленого / синего в каждой точке составит 100%.

Обратите внимание, что углы треугольника приближаются к «чистому» цвету вершины. По сторонам треугольников происходит четкий переход при пересечении снаружи треугольника внутрь. из-за разного смешения цветов.

Mattdm отметил, что вам также необходимо учитывать общую «мощность» для пикселя. Если все три люминофора имеют интенсивность 0%, цвет будет черным. Если все три интенсивности цвета равны 100%, цвет должен быть близок к белому. Конечно, чтобы получить белый цвет, три люминофора должны быть выбраны разумно.

Существуют пространства устройства и независимые от устройства цветовые пространства. sRGB - это независимое от устройства цветовое пространство, созданное леди в HP в качестве пространства для стандартизации ЭЛТ в те времена. Крис Кокс из Adobe создал Adobe 1998. и Кевин Сполдинг из Eastman Kodak создали цветовые пространства RIMM и ROMM, из которых RIMM используется в качестве ProPhoto RGB. Это пространство действительно покрывает диаграмму XYZ, но выгодно для нас, фотографов, только если наша гамма принтера близка по объему. (Большинство высококачественных Epson с хорошей глянцевой бумагой приближаются к Pro Photo RGB)

Настоящая проблема заключается в конечном использовании изображения. Вышеуказанные профили цветового пространства являются математическими моделями для устройств, а не фактическими устройствами. Преимущества для них в том, что они имеют эквидистантные праймериз и преобразования на изображениях, содержащихся в этих пространствах, относительно хорошо себя ведут.

Наличие цветовых пространств, которые не являются пространствами устройств и не содержат шум, который имеют гаммы устройств. Это обеспечивает преобразования в фактическое пространство устройства, например монитор на компьютере или принтере, которые являются предсказуемыми и более точными с устройства на устройство. Таким образом, контейнерные пространства - это путь к качеству.

Теперь, чтобы ответить на ваш вопрос "Почему бы просто не включить все цвета?" Что ж, мы можем, если мы используем ProPhoto RGB, но тогда у нас есть значения RGB (0-255), назначенные значениям Lab, которые немного больше, чем sRGB (цветовое пространство Интернета), поэтому изображение будет выглядеть неправильно, если вы публикуете файлы ProPhoto RGB в Интернете. Таким образом, изображения, которые на самом деле должны выглядеть так, как мы хотим, чтобы они выглядели, должны быть преобразованы в указанное пространство. В интернете это происходит в вашем браузере. Если у вас высокопроизводительный монитор, это происходит из-за того, что на вашем компьютере есть известный профиль монитора, который отображает цвета в новом лабораторном пространстве.

Частично это будет связано с эффективностью кодирования данных (без потери битов / точности), частично историческими причинами и некоторыми практическими соображениями.

Есть некоторые цветовые пространства , которые делают охватить все «видимый» цвет, но мы обычно не использовать их для изображений / видео. Например, эта диаграмма в вашем вопросе показывает цвета в пространстве CIE 1931 CIE, которое является цветовым пространством, которое охватывает все цвета, видимые людям (согласно его психологической модели).

Однако CIE XYZ не является цветовым пространством, которое обычно используется для фактического представления цветовых данных , например, в изображении или видео. Преобразование обратно в RGB-пространство является относительно сложным, оно потратило бы много бит точности на пространство за пределами диапазона цветов, который может создать большинство мониторов, или датчики могут видеть, даже цвета вне пространства, которое могут видеть люди. Математические операции, которые легко вычислить в пространстве RGB, будут очень сложными в чем-то вроде CIE XYZ, и во всех практических случаях в любом случае потребуется промежуточное преобразование.

Цветовое пространство RGB значительно упрощает определенные операции. Мониторы и экраны изначально используют цветовые пространства RGB. Если вы используете цветовое пространство RGB, потому что ваш выходной носитель по своей сути основан на RGB, изначально имеет смысл использовать цветовое пространство, которое равно или близко совпадает с красным, зеленым и синим основными цветами, которые может сделать ваш выходной носитель. В прошлом в цветных мониторах использовались люминофоры, которые давали похожие красные, зеленые и синие основные цвета, так что пространство RGB только из-за «стандартного» цветового пространства. Мониторы не все равны, и все в большей степени, и поэтому создание независимого от устройства цветового пространства является хорошей идеей: sRGB является наиболее распространенным независимым от устройства пространством и близко соответствует типичным красным, зеленым и синим основным цветам эпохи мониторов с ЭЛТ. sRGB стал стандартом де-факто для мониторов, телевизоров (rec 601 и rec 709,

Таким образом, часть популярности sRGB - это его укрепление во всех этих областях. Что касается цветовых пространств и даже просто пространств RGB, они очень ограничены, и вы получаете Adobe RGB, ProPhoto и другие пространства RGB с расширенными гаммами. Кодирование в них становится чуть менее эффективным, что в некоторых случаях требует использования более 8 бит на канал, но они охватывают более широкую гамму, которую могут делать новые мониторы и технологии отображения, и удовлетворяют потребность в «рабочем цветовом пространстве» где ваше цветовое пространство ввода и вывода может варьироваться в зависимости от устройства, поэтому вы также можете использовать промежуточное пространство с очень широкой гаммой, чтобы оно могло конвертировать между ними с минимальными потерями. ProPhoto RGB, часто используемый в качестве «рабочего» цветового пространства, потому что он «достаточно широк» Превышение практически любого цветового пространства устройства, которое вы можете себе представить, может охватывать почти все видимые цвета (в соответствии с CIE 1931), за исключением некоторых сверхглубоких зеленых и фиолетовых цветов (опять же, они находятся далеко за пределами возможностей мониторов или других устройств). отображать), но в результате кодирование довольно неэффективно, поскольку многие координаты просто не используются, поскольку они выходят за пределы диапазона видимых цветов. Интересно, что его основные цвета (то есть красные, зеленые и синие) являются «воображаемыми» - невозможно создать излучатель или датчик с основными цветами ProPhoto RGB, потому что его основные цвета являются невозможными цветами - они существуют только математически, как способ передачи цветов в или из других мест. может покрывать почти все видимые цвета (в соответствии с CIE 1931), за исключением некоторых очень глубоких зеленых и фиолетовых цветов (опять же, они далеко за пределами того, что могут отображать мониторы или другие устройства), но в результате кодирование довольно неэффективно, многие координаты просто не используются, поскольку они выходят за пределы диапазона видимых цветов. Интересно, что его основные цвета (то есть красные, зеленые и синие) являются «воображаемыми» - невозможно создать излучатель или датчик с основными цветами ProPhoto RGB, потому что его основные цвета являются невозможными цветами - они существуют только математически, как способ передачи цветов в или из других мест. может покрывать почти все видимые цвета (в соответствии с CIE 1931), за исключением некоторых очень глубоких зеленых и фиолетовых цветов (опять же, они далеко за пределами того, что могут отображать мониторы или другие устройства), но в результате кодирование довольно неэффективно, многие координаты просто не используются, поскольку они выходят за пределы диапазона видимых цветов. Интересно, что его основные цвета (то есть красные, зеленые и синие) являются «воображаемыми» - невозможно создать излучатель или датчик с основными цветами ProPhoto RGB, потому что его основные цвета являются невозможными цветами - они существуют только математически, как способ передачи цветов в или из других мест. многие координаты просто не используются, поскольку они выходят за пределы диапазона видимых цветов. Интересно, что его основные цвета (то есть красный, зеленый и синий) являются «воображаемыми» - невозможно создать излучатель или датчик с основными цветами ProPhoto RGB, потому что его основные цвета являются невозможными цветами - они существуют только математически, как способ передачи цветов в или из других мест. многие координаты просто не используются, поскольку они выходят за пределы диапазона видимых цветов. Интересно, что его основные цвета (то есть красный, зеленый и синий) являются «воображаемыми» - невозможно создать излучатель или датчик с основными цветами ProPhoto RGB, потому что его основные цвета являются невозможными цветами - они существуют только математически, как способ передачи цветов в или из других мест.

Меньшие цветовые пространства предназначены для:

• ограниченная передача изображения. Использование меньшего цветового пространства улучшит точность цвета по сравнению с огромным полным цветовым пространством, учитывая одинаковую глубину цвета для обоих
• предварительно отрендеренные изображения, готовые для просмотра на целевом оборудовании, которое не будет преобразовывать перед передачей