Почему цветовые пространства, к которым у нас есть доступ, неполны?

почему его цветовое пространство ограничено такой небольшой частью фактического полного цветового пространства?

Потому что «красный», «зеленый» и «синий», которые использует ваш монитор, бледные, возможно, не заметные, но все же бледные. Вы, вероятно, не удивитесь, если ваш монитор использует отчетливо бледные цвета и, как говорят, имеет маленькое цветовое пространство.

Какими бы бледными ни были «красный», «зеленый» и «синий» (и ЛЮБОЙ другой набор из трех разных цветов), всегда можно воспроизвести с ними цвет, если у вас может быть отрицательное количество каждого из них. Но, это невозможно физически.

Какими бы насыщенными ни были «X», «Y» и «Z», вы практически не сможете воспроизвести ими произвольный видимый цвет, даже если они монохроматические (полностью насыщенные), см. рассуждения ниже.

Точно так же, если камера захватывает все три, почему она не может захватить все видимое цветовое пространство?

Из -за условий Лютера-Айвза . (В других местах может называться критерием Максвелла-Айвза)

Не совсем правильно говорить, что цифровая камера не захватывает все видимое цветовое пространство, пока вы не определите, что это значит для capture entire visible colour space. Дело не в том, что камера не улавливает некоторые цвета (все цифровые камеры, вероятно, будут давать разный положительный отклик на каждую возможную длину волны между 400 и 700 нм), проблема в том, что камеры нарушают правила человеческой метамерии — камера сопоставляет разные серии входных SPD с одним и тем же отклик. Это означает, что каждая произведенная камера будет реагировать на какую-то пару SPD (на самом деле их много) одинаково, в то время как они не будут рассматриваться как равные, и наоборот: она будет реагировать на какую-то пару SPD по-разному, пока они наблюдаются как равные.

Вот пример попытки вывести истинный цвет из данных Nikon D70, взятых с http://theory.uchicago.edu/ , это некоторый оптимальный отклик камеры, преобразованный в пространство XYZ:

Этот график показывает, насколько хорошо могут быть воспроизведены цвета. Зная, что CIE XYZ — это пространство воображаемых сверхнасыщенных цветов, вы можете видеть, что точность цветопередачи — это катастрофа. И в довершение всего данные изображения D70 обрезаются снизу (отрицательные значения) при преобразовании в пространство XYZ, что в некотором смысле является ограничением гаммы, поскольку XYZ обычно является самым широким цветовым пространством, используемым после обработки RAW. Отрицательные значения теряются навсегда (если они когда-либо были полезны).

Я хотел бы иметь возможность ответить на этот вопрос - какие цвета я вижу в мире, которые я никогда не увижу на экране или на печатном изображении (с использованием одного из цветовых пространств, меньших, чем видимое цветовое пространство)?

Посмотрите на любой CD или DVD при ярком свете, и вы увидите цвета, которые не будут напечатаны или отображены с использованием потребительских технологий в ближайшем будущем.

Что касается предсказания: если вы отметите xи yцветности основных цветов (что является точным термином для «красного», «зеленого» и «синего») некоторого устройства или цветового пространства на этом графике , вы увидите, какие части цветового пространства пространство не услуга. Пример того, как это сделать с sRGB, общим цветовым пространством современных ЖК-дисплеев. На приведенном примере отмечены следующие цветности. Цвета, которые может воспроизводить устройство вывода, лежат внутри наименьшего выпуклого многоугольника, содержащего все отмеченные основные цвета.

Вот почему вы не можете воспроизвести все цветовое пространство тремя цветами — видимое цветовое пространство не может быть сопоставлено с треугольником, лежащим внутри выпуклой изогнутой фигуры. Для отображения всех видимых цветов вам нужен весь спектр.

Еще одна демонстрация: в статье о пространстве LMS есть графики чувствительности (они являются аппроксимацией откликов человеческого глаза). Если вы возьмете длины волн x, y, и z(x ₁ , x ₂ , x ₃ , ..., z ₃ - отклик LMS для x, y, z), и если вы возьмете любую четвертую длину волны w = (w ₁ , w ₂ , w ₃ ) и попытайтесь решить систему уравнений, w=a*x+b*y+c*zрешение (a, b, c)(количество каждого цвета, необходимое для воспроизведения w) будет содержать по крайней мере одно отрицательное число, независимо от того, какоеw. Вы выбираете. Искривленный рисунок видимого цветового пространства является лишь иллюстрацией к этому. Вы также можете использовать XYZ , CIE1931 или любую другую функцию сопоставления цветов пространства, это даст тот же результат. Вот таблица Excel для быстрых экспериментов .

SPD - спектральное распределение мощности.

PS Также стоит упомянуть, что искусственное воспроизведение ограничивает не только насыщенность, но и яркость, и темноту, но это совсем другая история, и я пока не вижу никакого прогресса в технологии, кроме инкрементального, который мог бы решить эту проблему.

Первый вопрос

Если все цвета представляют собой комбинации красного, зеленого и синего, а пиксели моего монитора используют все три цвета, то почему его цветовое пространство ограничено такой маленькой частью фактического полного цветового пространства? Какие цвета мы не видим и почему?

Ответ на этот вопрос (относительно) прост. Я буду ссылаться на цветовое пространство sRGB (изображенное ниже), так как это наиболее распространенное цветовое пространство для мониторов, но это применимо ко всем физически реализуемым цветовым пространствам .

Представьте, что все видимые цвета заключены в толстой черной подкове на приведенной выше диаграмме. Чистые красный, зеленый и синий цвета, отображаемые вашим монитором, отображаются точками соответствующего цвета (а белый отображается серой точкой в ​​центре).

Каждый цвет, который может отображать ваш монитор, должен быть смесью этих трех основных цветов (красного, зеленого и синего), и любая смесь двух или более цветов отображается между этими цветами на диаграмме. Следовательно, все цвета, представляющие собой смеси красного, зеленого и синего, должны попадать в заштрихованный треугольник, «гамму sRGB». Важно, что это означает, что:

Не все цвета представляют собой смесь красного, зеленого и синего!

Все цвета внутри кривой черной подковы, но за пределами гаммы sRGB, не могут отображаться на мониторе sRGB. Сюда входят почти все цвета лазерного света, цвета призмы или радуги, а также многие высоконасыщенные сине-зеленые цвета (например, цвет 2013 года ).

Обратите внимание: поскольку стороны подковы изогнуты, независимо от того, какие три цвета вы выберете, треугольник, который образуют эти цвета, никогда не будет включать в себя всю подкову (пока вы выбираете настоящие цвета, но мы вернемся к этому позже). .

Для того, чтобы понять, почему так, поговорим о цветовых пространствах CIE , самым основным из которых является цветовое пространство XYZ .

По сути, мы можем найти способ присвоить любому цвету набор из трех чисел так, чтобы два цвета казались одинаковыми тогда и только тогда, когда им присвоены одни и те же три числа. Способ присвоения этих номеров называется цветовым пространством.

Цветовое пространство XYZ присваивает эти три числа ( X , Y и Z , что неудивительно) путем взвешивания спектра цвета с тремя функциями длины волны. Эти функции ( x - bar, y- bar и z - bar) показаны ниже.

Пока это немного абстрактно, поэтому приведу пример. Вот спектр «стандартного дневного света», точнее, стандартного источника света CIE D65 :

(Обратите внимание, что оси Y на этих диаграммах указаны в произвольных единицах. Поскольку мы имеем дело с цветом света, а не яркостью, масштаб не имеет значения, если мы масштабируем все компоненты одинаково.)

Название D65 происходит от того факта, что этот спектр близок к спектру идеального излучателя черного тела при температуре 6500 кельвинов. Это немного горячее, чем поверхность Солнца (5780 кельвинов) из-за атмосферного поглощения и рассеяния.

Мы вычисляем значения X , Y и Z этого цвета, умножая его спектр на три функции сопоставления цветов ( x - bar, y- bar и z - bar) и взяв площадь под полученными тремя кривыми:

Обычно значения XYZ масштабируются так, что белый имеет Y , равный 1, что дает нам:

X(D65) = 0.9505
Y(D65) = 1.0000
Z(D65) = 1.0888

Для удобства мы часто преобразуем это в цветовое пространство xyY , где:

x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)

x(D65) = 0.3135
y(D65) = 0.3236

Два значения x и y зависят только от цвета света, а не от яркости, и они полностью описывают цвет. Я уже говорил, что для описания цвета света необходимы три числа, но это верно только тогда, когда яркость включена в «цвет». Без яркости (одно число) вам нужно только два. Цветовое пространство XYZ было разработано таким образом, что Y представляет яркость цвета, поэтому оно включено в цветовое пространство xyY.

Мы можем вычислить значения x и y для разных длин волн монохроматического света и нанести их на диаграмму:

Вот откуда берется подковообразная диаграмма! Галочки отмечают длины волн света вдоль края. Обратите внимание, что нижний край не имеет отметок: такие цвета, как пурпурный, не могут быть получены из одной длины волны света (не может быть пурпурного лазера).

Практически все другие цветовые пространства, включая sRGB, определяются в терминах цветовых пространств CIE. Обычно они выбирают красную, зеленую и синюю первичную и белую точку (описанную в цветовом пространстве XYZ или xyY), чего достаточно, чтобы полностью определить цветовое пространство.

Обратите внимание, что существует множество значений x и y , выходящих за пределы подковы. Они не представляют реальные цвета. Однако эти «воображаемые» цвета иногда могут быть полезны. Например, цветовое пространство ProPhoto RGB использует «воображаемые» основные цвета зеленого и синего. Таким образом, он может отображать больше цветов, чем цветовое пространство, использующее три реальных цвета для основных цветов. Недостатком является то, что теперь вам нужно быть осторожным с «воображаемыми» цветами, которые могут присутствовать в ваших файлах. Причина того, что большие цветовые пространства, такие как ProPhoto RGB и Adobe RGB, не часто используются за пределами профессиональной среды, заключается в том, что не стоит иметь возможность записывать цвета, которые вы не можете отобразить!

Аналогичным образом мы можем представить отрицательное количество цвета. Математически вы можете найти три значения RGB, которые будут представлять любой цвет, но одно или несколько значений RGB будут отрицательными, когда вы попытаетесь представить цвет за пределами гаммы вашего цветового пространства. Совершенно допустимо использовать отрицательные значения R , G или B для представления цвета, но большинство файлов содержат только положительные значения, а физические дисплеи могут отображать только положительные значения (поскольку вы не можете излучать «отрицательный свет»).

Второй вопрос

Точно так же, если камера фиксирует все три цвета [красный, зеленый и синий свет], почему она не может захватить все видимое цветовое пространство?

На самом деле здесь возникают две разные проблемы. Первый связан с проблемой ограниченных гамм выше. Например, моя камера настроена на запись в цветовом пространстве sRGB. Камера может физически обнаруживать цвета за пределами гаммы sRGB, но не может их записывать!

Опять же, камеры обычно ограничивают себя «маленьким» цветовым пространством sRGB, потому что они, скорее всего, будут редактироваться и просматриваться на дисплеях sRGB, а запись цветов, которые вы не можете отобразить, не стоит хлопот для среднего пользователя.

Второй вопрос немного сложнее и касается явления, называемого метамерией .

Это то же самое явление, из-за которого некоторые цвета выглядят по-разному при различных условиях освещения, таких как дневной свет, свет от ламп накаливания и флуоресцентный свет. (Например, моя сумка для фотоаппарата обычно выглядит черной в помещении, но на улице имеет легкий коричневатый оттенок.)

Это вызвано тем, что мы свели непрерывный спектр всего к трем числам. Теперь по-прежнему верно, что трех чисел достаточно, чтобы перцептивно идентифицировать цвет. Однако получить эти три числа правильно сложно. Чтобы понять, почему это так, давайте рассмотрим пример. Я покажу тот же спектр D65, что и раньше, но давайте также посмотрим на его метамер .

Два спектра выглядят совершенно по-разному, не так ли? Давайте повторим наши шаги из первого раздела, чтобы вычислить значения X , Y и Z метамера:

Они бывают абсолютно одинаковыми! Это означает, что свет со спектром «метамер» будет выглядеть так же, как свет со спектром D65. Поскольку спектр света непрерывен, для каждого цвета существует бесконечное число метамеров.

Теперь давайте посмотрим, как камера видит эту пару воспринимаемо идентичных цветов. Вот те же функции сопоставления цветов, что и раньше, а также три новые функции ( Rcam , Gcam и Bcam ), которые представляют чувствительность воображаемой камеры к разным длинам волн света.

Чтобы вычислить необработанные значения RGB, которые камера присваивает этим трем цветам, мы используем ту же процедуру, что и для вычисления значений XYZ: умножаем спектр на кривые чувствительности и берем площадь под каждой кривой: (Обратите внимание, что я также масштабировал области поэтому максимальное значение будет меньше 255.)

Два значения RGB разные! Даже после преобразования в значения sRGB, значения Adobe RGB или даже значения xyY они останутся разными. Поэтому эти два цвета будут записываться и впоследствии отображаться по-разному, даже если они кажутся идентичными.

Это не было бы проблемой, если бы мы могли создавать фильтры, точно имитирующие функции согласования цветов CIE (или их линейно независимую комбинацию); и хотя на практике мы можем приблизиться к ним, почти невозможно точно сопоставить их.

Кроме того, у двух человек могут быть разные функции подбора цветов! Хотя вариация невелика, ее может быть достаточно, чтобы некоторые цвета по-разному воспринимались разными людьми. Это означает, что даже если мы все сделаем правильно в соответствии со спецификацией CIE, цвета все равно не будут выглядеть правильно для некоторых людей.

Таким образом, цветопередача теоретически проста, но практические ограничения означают, что несовершенные цвета являются нормой. Однако «несовершенный» обычно означает «достаточно хороший», и вам, вероятно, не о чем беспокоиться.

Ваше основное предположение: «Если все цвета представляют собой комбинации красного, зеленого и синего» просто неверно. Рафаэль говорит, что это действует на людей, но это тоже неверно. Позвольте мне ответить на это: «Какие цвета мы НЕ видим и почему?»

Возьмем свет, исходящий от натриевой лампы низкого давления («SOX»). Он состоит из двух длин волн: 589 нм и 589,6 нм, обе имеют одинаковый «янтарный» цвет при проецировании на белый экран. Здесь нет ни красного, ни зеленого, ни синего. Это «чистый янтарный» свет и цвет, обычно цвет, который невозможно запечатлеть цифровой камерой, воспроизвести на экране или распечатать. Это свет, который использует здесь Олафур Элиассон:

см. также: https://www.youtube.com/watch?v=hd077pa-5CI

Конечно, вы можете довольно хорошо приблизить этот цвет, кажется, на своем компьютере. Но на самом деле цвет, который вы получаете, не тот: он более «бледный», более «серый» или «белый», чем исходный цвет. Янтарно-желтый свет SOX кажется невероятно насыщенным золотисто-желтым. На картинках он выглядит беловато-тусклым серо-оранжевым, в жизни не поверите!

Другие цвета/объекты, которые распространены в реальной жизни, но плохо фиксируются цифровыми камерами или отображаются на экранах компьютеров:

• лазерные лучи
• тлеющий уголь
• цвета заката/рассвета
• первичная ГОЛУБАЯ печатная краска
• Неоновые оранжевые краски
• Красное и оранжевое селеновое стекло

...и многие другие

Цветовое пространство состоит из двух слов... Цвет и пространство.

Цвет

Если все цвета являются комбинациями красного, зеленого и синего...

Неправильно. Это упрощение, которое работает на людях. В наших глазах есть рецепторы, которые используют такую ​​комбинацию. Это физиологическая составляющая.

Примерно так получается, что один тип рецепторов работает с синим и желтым, а другой — с красным и зеленым. Это 2 координаты пространства Лаборатории. Дальтонизм – это когда один тип рецепторов (красный и зеленый) каким-то образом «сломан».

В реальной жизни, например, желтый объект на самом деле желтый, а не зеленый и красный одновременно. Наш мозг, упрощая, думает, что желтый цвет более или менее зеленый и более или менее красный.

Некоторые ТВ-мониторы используют это для производства 4-х цветных мониторов: http://www.sharp-world.com/aquos/en/product/4_color_innovation.html

Пространство

Легче понять ограничения цветового пространства в плохом качестве отпечатка, скажем, газеты.

Неважно, насколько яркие чернила, насколько чистой выглядит бумага. цвета тусклее, чем настоящие. Это физическое ограничение устройства: бумага, поглощающая новости.

Дело не в том, что у вас не может быть зелени, а в том, что эта зелень не такая яркая, как летний лист и соседский двор. В этом смысл пространства. У вас есть цвета, но вы ограничены их количеством.

Используем другое слово... Диапазон

Мне нужно обновить эту страницу: http://www.otake.com.mx/Apuntes/Imagen/EnviromentMaps/

В разделе «Что такое изображения с расширенным динамическим диапазоном» есть классная анимация о том, как камера урезает диапазон, который она может сфотографировать.

Наши устройства ограничены диапазоном различной интенсивности света, который они могут записывать. Распространенные форматы файлов ограничены в сохранении больших данных и их отображении.

Сделать тест

Возьмите свой новенький Ipad или что-то еще... Возьмите его в солнечный день на пляже и попробуйте разглядеть детали на отображаемой фотографии... вы увидите только темные фотографии по сравнению с ярким солнечным днем. В вашем офисе вы думаете, что видите все цвета, на самом деле экран не такой яркий...

Для реального случая, такого как голограмма Протокола Госта «Миссия невыполнима», дисплей должен соответствовать реальным цветам: https://www.youtube.com/watch?v=ydIPKkjBlMw

Итак, Цветовое пространство

Как ограничения наших нынешних технологий соотносятся со статистически более широким пространством, которое может видеть среднестатистический человек. Есть люди, которые видят больше цветов, чем обычно: https://en.wikipedia.org/wiki/Tetrachromacy#Human_tetrachromats

Ага. У нашей современной технологии есть ограничения.

Я хотел бы уточнить вопрос о том, что мы можем делать в трехцветном пространстве.

Как ответили некоторые люди, вы не можете точно отобразить все цвета, используя только 3 основных принципа, потому что диаграмма подковы - это не ... треугольник.

Конкретно проблема в максимально больших пространствах состоит в том, чтобы правильно отобразить некоторые цвета на краю подковы, за пределами треугольника, в реальной жизни, в основном некоторые зеленые и голубые.

Что еще сложнее, не все люди одинаковы в отношении цвета, который они видят. Вы наверняка знаете о дальтонизме, но знаете ли вы о тетрахроматизме? На самом деле есть люди (по общему признанию, очень редкие), а также рыбы и птицы, которые имеют 4 разных типа колбочек и могут видеть гораздо более сложные цвета, чем то, что можно приблизительно представить 3-цветными пикселями.

На самом деле зрение — это сложный процесс, который связывает физические датчики (колбочки) и неврологические вычисления, поэтому то, что вы «видите», очень далеко от простого монохроматического цвета, и одно окрашивание может даже существовать только в вашем собственном мозгу и отличаться от другого в другом. ! (вспомним знаменитое сине-желтое платье). Восприятие от смеси трех чистых цветов RGB, рассчитанных для соответствия заданному реальному цвету, может немного отличаться для разных людей, потому что реальная производительность колбочек может различаться, а также из-за того, как нейронная сеть интерпретирует это.

Как следствие, выбранные цвета пикселей RGB всегда будут арбитражем того, что в среднем хорошо для человека. Кроме того, у вас есть физические ограничения для их создания, которые могут еще больше отдалиться от идеального исполнения.

Вдобавок ко всему, когда вы говорите о доступе к цветовому пространству, вы должны иметь в виду, что изображение было ранее снято камерой, у которой также есть собственное пространство. Некоторые камеры высокого класса даже используют разные профили для разных условий съемки (в помещении, при слабом освещении и т. д.), что означает, что они не имеют точно такой же рендеринга данного физического цвета, потому что им необходимо расставить приоритеты для разных частей изображения. цветовое пространство, чтобы оно выглядело более естественным для глаз.

Изображение, которое вы видите на бумаге, обычно является результатом процесса, включающего 4 «цветовых пространства»: камеру, экран компьютера и ваш мозг для внесения любых корректировок и принтер. Большинство различий связано с физическими ограничениями для создания идеального монохроматического цветного пикселя, но, как объяснялось выше, частично это теоретические ограничения, связанные с процессом человеческого восприятия.