Все ли цвета можно описать с помощью RGB?

Взгляните на это введение в восприятие и воспроизведение цвета . Он также содержит сравнение гамм CIE, RGB и CMYK внизу, где CIE представляет то, что может делать глаз, а RGB и CMYK, что могут делать камеры, мониторы и принтеры.

В вашем подробном вопросе вы в основном спрашиваете, будет ли выбор различных фильтров RGB точно моделировать человеческое восприятие цвета, чего нет:

Человеческий глаз очень адаптивен, поэтому камеры, например, испытывают трудности в ситуациях с экстремальным контрастом (где можно было бы использовать HDR-изображение) или в условиях слабого освещения, когда люди теряют цветовое зрение. Таким образом, это повысит точность или улучшит модель набора цветов, которые мы можем воспринимать, но адаптированная модель RGB по-прежнему будет иметь ограничения.

Кроме того, возможность точно моделировать или измерять то, что воспринимают люди, не решает проблему создания такой же стимуляции цветового зрения у других людей.

Это означает, что использование другого набора фильтров RGB будет «лечить» только получение данных о цвете, но не воспроизведение. Ваш монитор и принтер также должны воспроизводить это.

В воспроизведении цвета присутствуют и другие проблемы, такие как 8 бит против 16 и 32 бит на канал в датчиках, форматы файлов и мониторы, калибровка цвета в устройствах вывода, а также нелинейное восприятие и адаптивность ваших глаз к экстремальному диапазону цветов и яркости. опять же, например, из-за окружающего света.

Другая проблема связана с текстурой, которая может затруднить правильное воспроизведение таких вещей, как поверхности Gold и Silver.

Пожалуйста, ознакомьтесь с часто задаваемыми вопросами о цвете Poynton .

Цвета, используемые в фильтре Байера, максимально приближены к трем длинам волн света, к которым человеческий глаз наиболее чувствителен. Насколько чувствителен каждый цвет по отношению к двум другим, определяется тем, как обрабатываются необработанные данные с датчика. Обычно это достигается изменением множителей, используемых для пикселей с красным и синим фильтрами. Зеленый канал обычно поддерживается с множителем 1,0.

Чтобы действительно понять, что происходит, нам нужно осознать, что ни фильтры на маске Байера, ни цветовые рецепторы в наших глазах не имеют жесткой границы между красными, зелеными и синими рецепторами. Все это подробно описано в этом ответе на то, что файлы RAW хранят 3 цвета на пиксель или только один? Здесь мы рассмотрим несколько основных моментов.

Вот график, демонстрирующий нормированные кривые отклика трех типов цветовых рецепторов сетчатки глаза человека. Длины волн, при которых цветовые рецепторы в сетчатке человека наиболее чувствительны, точно моделируют длины волн, при которых каждый фильтр в маске Байера является наиболее пропускающим. Обратите внимание, как много совпадений между тремя, особенно между зеленым и красным.

Необработанные файлы на самом деле не хранят цвета на пиксель. Они хранят только одно значение яркости на пиксель.

Это правда, что с маской Байера над каждым пикселем свет фильтруется красным, зеленым или синим фильтром над каждым пикселем. Но нет жесткой границы, при которой только зеленый свет проходит к пикселю, отфильтрованному зеленым, или только красный свет проходит к пикселю, отфильтрованному красным. Есть много совпадений. Через зеленый фильтр проходит много красного и немного синего света. Через красный фильтр проходит много зеленого и даже немного синего света, а некоторое количество красного и зеленого света записывается пикселями, отфильтрованными синим цветом.

Поскольку необработанный файл представляет собой набор отдельных значений яркости для каждого пикселя на датчике, в необработанном файле нет фактической информации о цвете. Цвет получается путем сравнения соседних пикселей, отфильтрованных по одному из трех цветов с помощью маски Байера. Но точно так же, как установка красного фильтра перед объективом при съемке на черно-белую пленку не приводила к получению монохроматической красной фотографии, маска Байера перед монохроматическими пикселями также не создает цвет. Что он делает, так это изменяет тональное значение (насколько ярким или темным записывается значение яркости определенного цвета) различных цветов в разной степени. Когда тональные значения (интенсивность серого) соседних пикселей, отфильтрованных для трех разных цветов, используемых в маске Байера, сравниваются, цвета могут быть интерполированы из этой информации. Это процесс, который мы называемдемозаика .

То же самое верно и для цветовых рецепторов в человеческом глазу.¹ «Зеленые» рецепторы воспринимают большую часть того же света, что и «красные» рецепторы, и наоборот. То, что мы воспринимаем как цвет, основано на относительных различиях между реакцией красных, зеленых и синих рецепторов нашей сетчатки.

Слишком часто мы отождествляем определенную длину волны света с определенным «цветом». Правда в том, что «цвет» определенной длины волны света воспринимается нашими глазами и мозгом. Животные с по-разному настроенными цветовыми рецепторами различают разные длины волн света иначе, чем люди. Некоторые животные имеют только монохроматическое зрение. Некоторые имеют всего два разных типа цветовых рецепторов. Некоторые животные имеют более трех различных типов цветовых рецепторов, которыми обладаем мы, люди.

«Цвет», как мы его воспринимаем, не является внутренним физическим свойством света. На самом деле то, что мы называем «видимым светом», — это всего лишь узкая полоса, на которую наши глаза химически реагируют из общего спектра электромагнитной энергии. Нет реальной внутренней разницы между видимым светом и невидимыми радиоволнами, кроме того факта, что наши глаза химически реагируют на длины волн электромагнитного спектра, которые мы называем «светом», и наши глаза химически не реагируют на длины волн, которые мы называем «светом». радио." Есть воспринимаемые нами «цвета», которые не могут быть воспроизведены одной длиной волны света. Маджента, например,

Что больше всего отличается между цветовыми рецепторами в сетчатке глаза человека и пикселями в сенсоре с маской Байера, так это формой кривых отклика, особенно в областях с более низким откликом для каждого типа цветового рецептора, когда длина волны источника света удаляется от датчика. длина волны, к которой этот рецептор наиболее чувствителен.

_{¹Разные люди могут немного различаться в отношении точных длин волн, при которых рецепторы их сетчатки наиболее чувствительны.}

Но никто не видит своими глазами. Мы видим своим мозгом.

Точно так же, как камера должна выполнять большую обработку данных, собранных датчиком камеры, для создания цветного изображения, мозг выполняет большую обработку сигналов, которые он получает от сетчатки. Он регулирует относительный вес, который придается каждому набору цветовых рецепторов по отношению к другим. Вот почему мы воспринимаем объект одного цвета при разном освещении. Однако, если источник света достаточно ограничен в своем спектре, наша способность делать это начинает разрушаться. Например, при очень ограниченном спектре красного света наши глаза не могут отличить красную рубашку от белой.

Наш мозг также регулирует относительную яркость различных областей сцены, чтобы мы могли воспринимать детали в очень широком диапазоне уровней яркости. Мозг строит ментальную модель нашего окружения. Он собирает «данные» из темных областей иначе, чем собирает «данные» из ярких областей. Мозг управляет радужной оболочкой наших зрачков и изменяет диаметр радужной оболочки, когда мы сканируем сцену, так что яркость света, попадающего на нашу сетчатку из областей различной яркости, нормализуется до определенной степени.

Есть два очень важных фактора, которые усложняют воспроизведение любого типа камеры, цифровой или аналоговой, полного спектра цветов, которые могут воспринимать наши глаза.

Во-первых, мы все еще должны видеть результаты захвата света камерой, используя наши глаза .. Это означает, что то, что запечатлела камера на основе записанного ею света, должно быть воспроизведено для создания отраженного (печать) или испускаемого света (электронный экран), который стимулирует рецепторы нашей сетчатки так же, как свет, захваченный камерой. На данный момент камеры могут захватывать гораздо более широкий спектр информации, чем то, что наши методы отображения способны одновременно отображать. Таким образом, даже если камера может захватить весь диапазон света, на который реагируют наши глаза, наша технология отображения не может воспроизвести весь этот диапазон. Часть того, что мы делаем в процессе преобразования необработанных данных (или фотолаборатории), заключается в том, чтобы решить, какую часть общей информации, полученной камерой, мы хотим втиснуть в более узкие возможности наших методов отображения.

Во-вторых, наш глаз/мозг не может смотреть на двухмерную фотографию и адаптироваться к свету, который она отражает (или испускает) так же, как наши глаза/мозг адаптировались бы к реальной сцене, записанной на фотографии. Мы теряем преимущество нашего стереозрения, которое помогает нашему мозгу воспринимать глубину и расстояние, поскольку он строит внутреннюю «3D-модель». Мы по-разному адаптируемся к разным областям светлых и темных частей изображения. Мы не приспосабливаемся к различным источникам света и их различным цветовым температурам и спектральному распределению, освещая фотографию, так же, как мы можем приспосабливаться к реальной сцене. Наши зрачки обычно не расширяются и не сужаются, когда мы сканируем различные области высококонтрастной фотографии. (Возможно, если мы сидим в кинотеатре IMAX и показываем сцену, которая с одной стороны очень темная, а с другой — очень яркая.) Свет, при котором мы смотрим на изображение, также влияет на цвета, которые мы воспринимаем как изображение. . Именно поэтому назначаютсястандартные условия просмотра для критического изучения фотографий. Свет, поляризованный в естественной сцене, не поляризован таким же образом, когда он захватывается камерой и затем отображается в виде фотографии. Многие из вещей, которые наш мозг использует для восприятия цвета в реальной сцене, отсутствуют на фотографии.

В фотографии мы смешиваем или удерживаем цвета в разных пропорциях и с разной интенсивностью. Мы можем аппроксимировать большинство цветов спектра. Под «спектром» мы имеем в виду те цвета, которые получаются путем отражения белого света через призму. Используя доступные фильтры, мы можем даже получить пурпурный (красный + синий) и многочисленные оттенки фиолетового, это цвета, не видимые в спектре.

Верное цветовое изображение зависит от получения цветового соответствия. Существует два типа цветового соответствия. Один из них - это метод сопоставления, тогда как совпадение достигается, когда два цвета видны в свете с различной длиной волны в одних и тех же пропорциях. Другой метод сопоставления заключается в настройке различных энергий компонентов, чтобы получить требуемый эффект на систему зрительных рецепторов человека, заставляющую нас видеть совпадение. Различие между двумя системами важно, потому что цветная фотография основана на последней. Другими словами, мы не можем с помощью красителя или пигмента воспроизвести фактические физические стимулы, возникающие, когда мы на самом деле смотрим на объект через камеру. Однако мы можем, манипулируя светом, имитировать это действие.

В фотографии мы изображаем и отображаем это изображение, используя три основных цвета: красный, зеленый и синий. Однако они терпят неудачу, когда мы печатаем на бумаге. Чтобы сделать точный отпечаток, мы должны использовать субтрактивные основные цвета, которые являются дополнением (противоположным) трем светлым основным цветам. Это дополнение синего (желтый) - дополнение красного (голубой (синий + зеленый)) - дополнение зеленого (пурпурный (красный + синий)). В фотонауке нам никогда не удавалось получить точные оттенки для изготовления фильтров, красителей и пигментов.

Мы можем приблизиться, но верный образ все еще ускользает от нас.