Renk uzayları neden tüm renk spektrumunu kullanmıyor?

SRGB renk alanı gamı ​​ile gösterilen CIE 1931 renklilik diyagramına bir göz atın. Aşağıda gördüğünüz gibi bazı renkler neden bilerek renk boşluklarının dışında bırakılıyor? Neden sadece tüm renkleri dahil etmiyorsunuz?

sRGB, 1996 yılında HP ve Microsoft tarafından geliştirilen bir renk alanıdır. CRT monitörleri yaygındı ve bu nedenle sRGB, bu monitörlerin özelliklerine dayanıyordu. Tarihin iyi nedenlerini ve nedenlerini burada bulabilirsiniz .

Kromatiklik koordinatları ve mevcut renkler, CRT'lerde kullanılan fosforların o zamanlar üretebilecekleri üzerine seçilmiştir. Ne baskıların ne de TFT veya CRT monitörlerin görünür ışık spektrumunun tamamını kopyalayamayacağını düşünün.

Bilgisayarı veya kameradaki bir monitörü kontrol etmek isteyen bir Program, ayrı değerler kullanacaktır. Daha büyük bir renk alanı kullanırsanız, daha büyük bir veri türü kullanmadığınız sürece farklı renkler arasındaki adımlar kabalaşır (Örnek: 8 bitlik Adobe RGB). Oysa daha büyük veri tipine sahip daha geniş bir renk uzayındaki görüntü bilgileri daha fazla bellek kullanır ve daha fazla işlem gücü gerektirir (Örnek: 16 bitlik Adobe RGB). Bu dijital değer belirli bir aşamada bir analog sinyale (genellikle bir voltaj) ve sonra görünür bir şeye dönüştürülecektir (CRT'ler için: hızlandırılmış elektronlar tarafından uyarılan bir fosforresan ekran).

Dijital bir girişi analog sinyale dönüştürme çözünürlüğü, maliyet, boyut ve teknoloji nedeniyle bir başka sınırdır.

Bu nedenle, sRGB'yi CRT monitörlerine takmak, daha sonra donanım gereksinimlerini en aza indirirken renkler arasında iyi bir çözünürlüğe izin verdi.

CIE 1931 renklilik diyagramı , ortalama insan gözünün görebildiği tüm renkleri temsil eder . Ancak bu renklerin ortalama insan gözü tarafından algılanabilmesi, tüm teknolojilerin ortalama gözün görebileceği olası tüm renkleri üretebileceği anlamına gelmez . Hiçbir tristimulus modeli, insan renk algısının tüm gamını oluşturamazken, çeşitli RGB renk modelleri, insan renk algısının çoğunun çok geniş bir yelpazesini kapsar.

Yayınladığınız diyagramda ve aslında bir bilgisayarda sahip olduğunuz herhangi bir CIE diyagramında, bunun sadece bir model olduğunu unutmayın. SRGB diyagramının dışındaki şemadaki gerçek renkler aslında görüntü dosyasındaki bir RGB değeri ile temsil edilir . Ancak, etiketli sRGB diyagramının üstündeki "saf yeşil" aslında sRGB "saf yeşil" değildir (yani, [0.0, 1.0, 0.0] [R, G, B] değeri değildir). Diyagram, teknoloji sınırları dahilinde, CIE ve sRGB renk uzaylarında nelerin dahil edildiğini / hariç tutulduğunu gösteren bir modeldir.

Özellikle sRGB için, 90'ların ortalarında CRT monitörleri barındıracak şekilde tasarlanmış ve standartlaştırılmıştır. CRT'ler, üç farklı fosfor tabancasından (özellikle kırmızı, yeşil ve mavi spektrumlardan) ışık yayarak ve birleştirerek renk üretir. Farklı dalga boylarında ek fosfor tabancaları olmayan bu tür CRT'ler, insanların görebileceği tüm renkleri yayamaz.

Normalde bir rengi turuncu veya kiraz veya pembe diyerek tarif ederiz. Bir boya mağazasına gidin ve örnek renk örneklerini alın. Kış beyazı ve alev kırmızısı ve belki de şeker-elma-kırmızısını göreceksiniz. Bu gibi isimler tatmin edici bir şekilde sınıflandırılamaz. En eski ve belki de en iyi sistemlerden biri Munsell Sistemidir. Albert H. Munsell tarafından geliştirilen, kararlı pigmentler kullanılarak yapılan gerçek örneklerle temsil edilebilecek tüm renklerden üç boyutlu bir katı düzenledi. Bence en iyi yöntem bu.

Aşağıda CIE Sistemi (Uluslararası Aydınlatma Komisyonu) izlenmiştir. İnsan gözünün renk tepkisini haritalamak için deneyler 1920'lerin başında başladı. Öğrenciler, kırmızı, yeşil ve mavi olan üç ışık primerinin karışımı olan renklerle eşleşti. İnsan gözündeki renk görüşünden sorumlu hücrelerin bir triad olduğu bulundu - biri kırmızı, bir yeşil ve bir mavi almak için pigmentli. Birinin bu üç ilkeyi karıştırabileceği ve insanların görebildiği tüm renkleri yapabileceği bulundu.

Bununla birlikte, bilim mükemmel filtreler veya mükemmel pigmentler yapamaz. Her durumda işareti hafifçe özlüyoruz. CIE sistemi hayali ilkeler kullanır. Gördüğümüz tüm renkleri yapmak için bunlar karıştırılabilir. Hayali primerlerin kullanılması, sistemin değerini düşürmez. Belki de mükemmel renk filtreleri yapan ve görevi yeniden yapan kişi siz olacaksınız.

CIE sistemi, renkleri üç primerden her birinin miktarı cinsinden belirtir. Bu renk karışımı, binlerce kişi test edildiği ve sonuçların ortalaması alındığı için standart bir gözlemci içindir. Sonuçların grafiği, en yüksek doygunluğa sahip renklerin konumunu temsil eden at nalı şeklindeki bir sınırdır. Bunlar spektrum renkleridir. Grafiğin renkli alanları, modern baskı mürekkepleri ile elde edilebilecek doygunluk sınırlarıdır. Merkezin yakınında gün ışığı koşulları için aydınlatma noktası bulunur.

Munsell sistemi kullanılarak algılanan rengin üç boyutlu bir kimliği olduğunu unutmayın: renk tonu, parlaklık ve doygunluk. CIE sistemi iki boyutludur. Alttaki düz çizgi, maksimum doygunluğun macenta ve morunu temsil eder. Bu renkler spektrumda veya gökkuşağıde oluşmaz; tonları dalga boyu olarak ifade edilir. Devam edebilirim ama belki Munsell'e bağlı kalmalıyız.

RGB primerlerine dayanan her renk alanı bir üçgeni tanımlayacaktır. CIE diyagramı mükemmel bir üçgen olmadığından, fiziksel olarak var olmayan hayali renkler yaratmadan hepsini bir üçgene dahil etmek imkansızdır . Özellikle herhangi bir sensör veya ekranda kullanılan R, G, B değerleri fiziksel renklerin içinde olmalıdır. Bunun yalnızca fiziksel cihazlar için geçerli olduğunu, RGB noktaları için hayali renkler kullanan renk boşlukları olduğunu, ancak yalnızca matematiksel manipülasyon için olduğunu unutmayın.

RGB noktalarında da başka kısıtlamalar var. İlk olarak, uygun maliyetli mevcut teknoloji ile elde edilebilir olmaları daha iyidir. SRGB puanları Rec. 1990'da HDTV'ler tarafından desteklenecek aralığı tanımlayan 709. İkinci olarak, noktaların birbirinden çok uzak olması, gösterimleriniz sınırlı olduğunda benzer renkler arasında farklılaşma sorunlarına yol açar, örneğin 24 bit. Yaygın renklerin iyi bir temsiline sahip olmak, hiç görülmeyen renklerin temsilinden daha iyidir.

3'ten fazla ana renkle üçgen olmayan ve daha fazla CIE alanı içeren bir renk alanı tanımlamak mümkün olacaktır. Sony , mavi ve yeşil arasında bir yerde bir "Emerald" birincil içeren bir RGBE sensörü üretti , ancak onu terk etmeden önce sadece bir kamerada kullandılar . Kullandığı filtrelerin CIE koordinatları hakkında herhangi bir bilgi bulamadım, ancak gamutun ne olabileceğine dair bir tahmin:

Başlangıç ​​noktası olarak 3 sRGB primerlerini kullansam da, sRGB'den çok daha geniş bir alanı kapladığını görebilirsiniz. Neden hiç yakalanmadığından emin olmak zor, ama tahmin edebiliyoruz. Tüm yazılım ve baskı dünyası 3 ana renk uzayına dayandığından, gamut bunlardan birine sıkıştırılmalıdır ve RGBE'nin herhangi bir avantajı çeviri sırasında kaybolur.

Monitör ekranındaki her pikselin ekranda yatay ve dikey bir konumu vardır. Bu pozisyonda, renkli monitörde% 0 ila% 100 yoğunluk arasında değişen üç "renk" bulunur.

Şeklin bölgesinin dış kenarına bakarsanız, aynı görsel yoğunluk algısı verilen saf dalga boylarında ışık yayan tüm fosforlar kullanılarak oluşturulabilecek renkleri görürsünüz. Bölgede, insan gözünün aynı görme yoğunluğu düzeyinde (kırmızı, mavi ve yeşil kromoforlar) tarafından algılanan ışığın "% 100" yoğunluğunun gösterimleri vardır. Herhangi iki saf dalga boyu ve birinci renkteki% 0-100 ve ikinci için% 100-0% değişen yoğunluk arasında bir çizgi çizmeyi düşünün.

İyi renk görüşüne sahip insanlar 3 farklı "renk" reseptörüne sahiptir. Böylece, üç "saf" dalga boyunun karışımının birçok farklı "renk" oluşturduğunu düşünmeye kandırabilirsiniz. Böyle bir durumda ışığın yoğunluğu, üç rengin her biri için% 0 ile% 100 arasında değişecektir.

Şimdi iç üçgen, monitör için seçilen belirli fosforun "etkili rengini" (renk karışımı) işaretleyen üç noktaya sahiptir. (Fosforlar saf bir dalga boyu değil, renk karışımı yayarlar). Böylece seçilen kırmızı fosfor, monitördeki "saf kırmızı rengin" ne kadar "kırmızı" olabileceğini sınırlar. Yeşil ve mavi için. Üçgen koordinatlar kullanarak% 100 güçle elde edilebilen renk karışımları hakkında bir izlenim edinebilirsiniz.

Üçgen koordinatları elde etmek için önce seçilen üç fosfor arasına bir traingle çizin. Ardından, iç üçgenin her tepesinden karşı tarafa dik bir çizgi çizin. Üçgenin tepe noktası% 100 yoğunluktur ve çizginin tabanla kesişimi% 0 yoğunluk oluşturur. Bunu üç apeksin tümü için yapmak, üçgen içindeki her iç noktada üç çizginin birleşmesine neden olacaktır. Her satırda 100 bölüm varsa, ızgarada 10.000 puan olacaktır. Ayrıca, her noktadaki Kırmızı / Yeşil / Mavi yoğunlukları% 100'dür.

Üçgenin köşeleri apeksin "saf" rengine yaklaştığına dikkat edin. Üçgenlerin kenarları boyunca, üçgenin dışından içeri doğru geçerken belirgin bir geçiş vardır. nedeniyle farklı renk karıştırma.

mattdm, piksel için genel "gücü" de dikkate almanız gerektiğini belirtti. Her üç fosforun da% 0 yoğunluğu varsa, renk siyah olacaktır. Her üç renk yoğunluğu da% 100 ise, renk beyaza yakın olmalıdır. Elbette beyaz almak için üç fosforun akıllıca seçilmesi gerekir.

Cihaz uzayları ve cihazdan bağımsız renk uzayları vardır. sRGB, HP'de bir bayan tarafından CRT'leri gün içinde standart hale getirmek için bir alan olarak oluşturulan cihazdan bağımsız bir renk alanıdır. Adobe'de Chris Cox Adobe 1998'i yarattı. Eastman Kodak'taki Kevin Spaulding de RIMM'in ProPhoto RGB olarak kullanıldığı RIMM ve ROMM renk uzayları yarattı. Bu alan aslında XYZ diyagramını kapsıyor, ancak bizim fotoğraf gamımız hacim olarak yakınsa bizim için faydalıdır. (İyi parlak kağıda sahip en üst düzey Epsonlar Pro Photo RGB'ye yaklaşır)

Asıl mesele görüntünün son kullanımıdır. Yukarıdaki renk alanı profilleri gerçek cihazlar için değil, cihazlar için matematiksel modellerdir. Bunlara faydaları, eşitlikçi ilkellere sahip olmaları ve bu alanlarda bulunan görüntülerde dönüşümlerin nispeten iyi davrandığıdır.

Aygıt boşlukları olmayan ve aygıt gamlarının sahip olduğu gürültüyü içermeyen renk alanlarına sahip olmak. Bu, bilgisayarınızdaki veya yazıcınızdaki monitör gibi hem öngörülebilir hem de aygıttan aygıta daha doğru olan gerçek aygıt alanına dönüşüm sağlar. Bu yüzden konteyner alanları kaliteye giden yoldur.

Şimdi "Neden sadece tüm renkleri dahil etmiyorsunuz?" ProPhoto RGB'yi kullanabilirsek yapabiliriz, ancak o zaman sahip olduğumuz şey, sRGB'den (internetin renk alanı) biraz daha büyük olan Lab değerlerine atanan RGB değerleri (0-255) 'dir, bu nedenle görüntü doğru görünmezse ProPhoto RGB dosyalarını web'e gönderiyorsunuz. Bu nedenle, aslında onların görünmesini istediğimiz gibi görünmesi gereken resimler, dışarı atılan referans alanlara dönüştürülmelidir. Tarayıcınızda gerçekleşen internette. Bilgisayarınızın renkleri yeni Lab alanına dönüştürmek için bilinen bir monitör profiline sahip olması nedeniyle gerçekleşen üst düzey bir monitörünüz varsa.

Kısmen veri kodlamanın etkinliği (bit / kesinlik kaybı değil), kısmen tarihsel nedenler ve bazı pratik hususlarla ilgilidir.

Bazı renk mekanlardır yapmak bütün "görünür" renkleri kapsayacak, ama biz normalde resimler / videolar için bunları kullanmak olmaz. Örneğin, sorunuzdaki bu grafik, CIE 1931 XYZ uzayında, insanlar tarafından görülebilir tüm renkleri kapsayan (psikolojik modeline göre) bir renk alanı olan renkleri gösterir.

Bununla birlikte, CIE XYZ normalde renk verilerini temsil etmek için kullanılacak bir renk alanı değildir , örneğin bir görüntüde veya videoda. Bir RGB alanına geri dönüşüm nispeten karmaşıktır, çoğu monitörün üretebileceği veya sensörlerin görebildiği renklerin, hatta insanların görebileceği alanın dışındaki renklerin dışındaki alanda çok fazla hassasiyet harcar. Bir RGB uzayında hesaplanması kolay olan matematiksel işlemler, CIE XYZ gibi bir şeyde oldukça karmaşık olacaktır ve tüm pratikliklerde yine de ara dönüştürme gerekir.

RGB renk alanı belirli işlemleri çok daha kolay hale getirir. Monitörler ve ekranlar RGB renk uzaylarını doğal olarak kullanır. Çıktı ortamınız doğal olarak RGB tabanlı olduğu için bir RGB renk alanı kullanıyorsanız, başlangıçta çıktı ortamınızın yapabileceği kırmızı, yeşil ve mavi primerlere eşit veya bunlarla yakından eşleşen bir renk alanı kullanmak mantıklıdır. Geçmişte, renk monitörleri benzer kırmızı, yeşil ve mavi primerler üreten fosforlar kullandılar, böylece RGB alanı sadece "standart" renk alanı nedeniyle. Monitörlerin hepsi eşit değildir, giderek artmaktadır ve bu nedenle cihazdan bağımsız bir renk alanı icat etmek iyi bir fikirdir: sRGB, cihazdan en yaygın bağımsız alandır ve CRT monitör çağındaki tipik kırmızı, yeşil ve mavi primerlerle yakından eşleşir. sRGB, monitörler, televizyonlar için fiili bir standart haline geldi (rec 601 ve rec 709,

Yani sRGB'nin popülaritesinin bir kısmı, tüm bu alanlarda yerleşmesidir. Renk uzayları gittikçe ve RGB uzayları gittikçe bile, çok sınırlıdır ve böylece Adobe RGB, ProPhoto ve genişletilmiş gamutlu diğer RGB alanlarına sahip olursunuz. Bunlarda kodlama biraz daha az verimli hale gelir ve bazı durumlarda kanal başına 8 bitten daha fazla kullanılmasını gerektirir, ancak yeni monitörlerin ve ekran teknolojilerinin yapabileceği daha geniş bir gamı ​​kapsar ve "çalışan bir renk alanı" ihtiyacını giderir , giriş ve çıkış renk alanınız aygıta göre değişebilir, böylece gerçekten geniş bir gamı ​​olan bir ara alan da kullanabilirsiniz, böylece aralarında minimum kayıpla dönüşebilir. ProPhoto RGB, "yeterince geniş" olduğu için genellikle "çalışan" bir renk alanı olarak kullanılır neredeyse hayal edebileceğiniz herhangi bir cihaz renk alanını aşmak için, bazı süper derin yeşiller ve menekşeler hariç (görünür, hemen hemen tüm görünür renkleri (CIE 1931'e göre) kapsayabilir (yine, bunlar monitörlerin veya diğer cihazların neler yapabileceğinin çok dışındadır) ancak sonuç olarak görünür renkler aralığının dışında oldukları için pek çok koordinat kullanılmaz. İlginç bir şekilde, primerleri (yani kırmızı, yeşil ve mavi) "hayali" dir - ProPhoto RGB'nin primerleri ile bir verici veya sensör üretmek imkansızdır, çünkü primerleri imkansız renklerdir - renkleri aktarmanın bir yolu olarak sadece matematiksel olarak bulunurlar diğer alanlara veya alanlardan. bazı süper derin yeşillikler ve menekşeler haricinde (CIE 1931'e göre) görünür renklerin neredeyse tamamını kaplayabilir (yine, bunlar monitörlerin veya diğer cihazların gösterebileceğinin çok dışındadır), ancak sonuç olarak kodlamak oldukça verimsizdir, görünür koordinat aralığının dışında oldukları için pek çok koordinat kullanılmaz. İlginç bir şekilde, primerleri (yani kırmızı, yeşil ve mavi) "hayali" dir - ProPhoto RGB'nin primerleri ile bir verici veya sensör üretmek imkansızdır, çünkü primerleri imkansız renklerdir - renkleri aktarmanın bir yolu olarak sadece matematiksel olarak bulunurlar diğer alanlara veya alanlardan. bazı süper derin yeşillikler ve menekşeler haricinde (CIE 1931'e göre) görünür renklerin neredeyse tamamını kaplayabilir (yine, bunlar monitörlerin veya diğer cihazların gösterebileceğinin çok dışındadır), ancak sonuç olarak kodlamak oldukça verimsizdir, görünür koordinat aralığının dışında oldukları için pek çok koordinat kullanılmaz. İlginç bir şekilde, primerleri (yani kırmızı, yeşil ve mavi) "hayali" dir - ProPhoto RGB'nin primerleri ile bir verici veya sensör üretmek imkansızdır, çünkü primerleri imkansız renklerdir - renkleri aktarmanın bir yolu olarak sadece matematiksel olarak bulunurlar diğer alanlara veya alanlardan. görünür koordinat aralığının dışında oldukları için pek çok koordinat kullanılmaz. İlginç bir şekilde, primerleri (yani kırmızı, yeşil ve mavi) "hayali" dir - ProPhoto RGB'nin primerleri ile bir verici veya sensör üretmek imkansızdır, çünkü primerleri imkansız renklerdir - renkleri aktarmanın bir yolu olarak sadece matematiksel olarak bulunurlar diğer alanlara veya alanlardan. görünür koordinat aralığının dışında oldukları için pek çok koordinat kullanılmaz. İlginç bir şekilde, primerleri (yani kırmızı, yeşil ve mavi) "hayali" dir - ProPhoto RGB'nin primerleri ile bir verici veya sensör üretmek imkansızdır, çünkü primerleri imkansız renklerdir - renkleri aktarmanın bir yolu olarak sadece matematiksel olarak bulunurlar diğer alanlara veya alanlardan.

Daha küçük renk uzayları:

• kısıtlı görüntü aktarımı. Daha küçük renk alanı kullanmak, her ikisi için aynı renk derinliği verilen büyük tam renk alanına kıyasla renk doğruluğunu artıracaktır
• iletilmeden önce dönüşüm uygulamayan hedef donanımda görüntülenmeye hazır önceden oluşturulmuş görüntüler