Почему камеры не используют цветовую модель CIE XYZ?

В настоящее время фильтры XYZ производятся по тонкопленочной технологии. Это не очень дешево, и не очень подходит для многомегапиксельных сенсоров. Это также приводит к несколько остроконечным кривым спектрального отклика, что особенно проблематично, когда источник света имеет остроконечный спектр, например, люминесцентные лампы и некоторые вспышки. Еще одной причиной может быть более высокий уровень шума, поскольку фильтры XYZ допускают очень небольшой коэффициент пропускания в определенных областях спектра.

Для дисплеев проблемой также является источник света. Для эффективного применения XYZ-фильтров источник света должен иметь очень плавное спектральное распределение мощности и близкое к черному телу с температурой около 5500K, что в настоящее время невозможно.

Посмотрите на копию диаграммы цветности. Обратите внимание, что вдоль оси X или Y нет цветов. XYZ представляет воображаемые цвета, а не реальные цвета. Невозможно сделать датчик XYZ.

Происхождение пространства XYZ происходит из стандартных экспериментов наблюдателя. При комбинировании красного, зеленого и синего тестовых цветов для получения цветов спектра было много случаев, когда совпадение не могло быть достигнуто. Чтобы получить совпадение, один из тестовых цветов был добавлен к спектральному цвету, а два других тестовых цвета были скорректированы для соответствия. Это то же самое, что добавить отрицательное значение этого тестового цвета. Для целей CIE отрицательные значения не были проблемой, но это было до появления компьютеров, когда все расчеты выполнялись вручную. Отрицательные значения привели к человеческим ошибкам. Решение заключалось в преобразовании значений RGB в другое цветовое пространство, не содержащее отрицательных значений. Это цветовое пространство XYZ. Чисто математическая конструкция для уменьшения человеческих ошибок в математических задачах.

XYZ используется сегодня, поскольку это и цветовая модель, и цветовое пространство. Данный набор чисел представляет определенный цвет, если он попадает в границы, установленные на диаграмме цветности. RGB — это цветовая модель, а не цветовое пространство. ARGB и sRGB — это цветовые пространства.

При захвате используются фактические кривые пропускания пигментов, используемых для изготовления фильтров.

Необработанный файл - это файл с неявным устройством "входное цветовое пространство". Превращение этого в значимые значения в некоторых стандартных spqce - это то, что делают необработанные преобразователи. Вы можете выполнить калибровку с помощью средства проверки цвета и программного обеспечения от X-rite или довериться профилям производителя или профилям Adobe.

См. этот ответ , где я спросил об этом: не предполагая, что они RGB, но что они собой представляют ?

Я поражен сходством между сенсорными фильтрами и человеческим глазом. Вот правильный ответ: реагировать при разном освещении так же, как и мы, чтобы не получать забавных цветовых сдвигов при разном освещении.

На самом деле, чтобы получить точные цвета, камеры должны фильтровать весовые кривые XYZ или LMS. Допустима любая другая линейная комбинация фильтров LMS с неотрицательными весовыми коэффициентами, если они дают лучшее отношение сигнал/шум, чем LMS.

Именно RGB-фильтры реализовать невозможно , т.к. они имеют какие-то отрицательные веса вдоль кривых (длины волны). Если вы попытаетесь реализовать какое-то цветовое пространство RGB непосредственно на датчике (например, с помощью фильтров Байера), то вы гарантированно допустите колориметрические ошибки. Вы не можете сделать оптические фильтры с отрицательным коэффициентом усиления.

У наших глаз есть фильтры LMS (длинный-средний-короткий, примерно эквивалентные красно-зелено-синему). CIE XYZ получены из этого, чтобы быть просто неотрицательными, и поэтому яркость определяется только Y. Это более удобно для науки о цвете. ACES RGB — еще одно идеальное преобразование, удобное для производства цифровых фильмов.

Данные в любом другом цветовом пространстве RGB (например, sRGB = Rec.709, Adobe, DCI P3, UHD = Rec.2020) могут быть получены вычислительным путем из XYZ или ACES с помощью матрицы 3x3 в линейном свете. Такая матрица будет иметь до 6 отрицательных коэффициентов, поэтому любые цвета вне гаммы будут давать отрицательные значения RGB. Они не могут быть обработаны OECF (гамма-функция), поэтому, если вы не сохраните знаковые значения линейного освещения, их придется исключить с помощью сопоставления гаммы (или просто обрезать до 0). Цвета в гамме могут быть точными, потому что математика точна.

Чем больше цветовое пространство по отношению к цветовой гамме вашей сцены (большая часть мира не имеет такой широкой гаммы), тем меньше у вас проблем с обрезкой гаммы. Для научных целей существуют камеры XYZ, они могут воспроизводить именно то, что видят глаза. Мультиспектральные камеры с более чем 3 основными цветами могут видеть даже больше, чем может различить человеческий глаз. Они буквально раскрывают невидимое.

Вкратце: датчик XYZ — отличная идея. Подозреваю, что в режиме RAW это то, что у вас должно получиться. Преобразование в ограниченное цветовое пространство RGB затем выполняется во время необработанной обработки, и именно тогда вы можете потерять некоторую цветовую гамму.

PS: не путайте дизайн камеры с дизайном цветного дисплея. Отображение XYZ невозможно, для отображения с очень широкой гаммой требуется много основных цветов (например, 2 зеленых). Камера с широкой гаммой тривиально проста, но она выдает слабые цветовые сигналы, поэтому могут быть некоторые проблемы с шумом.