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Spazio colore

Uno spazio colore è un’organizzazione specifica di colori. In combinazione con il profilo fisico del dispositivo, consente rappresentazioni riproducibili del colore, sia in rappresentazioni analogiche che digitali. Uno spazio colore può essere arbitrario, con colori particolari assegnati a un insieme di campioni di colore fisico e corrispondenti nomi o numeri assegnati come con la raccolta Pantone, o strutturati matematicamente, come con NCS System, Adobe RGB o sRGB. Un modello di colore è un modello matematico astratto che descrive il modo in cui i colori possono essere rappresentati come tuple di numeri (ad es. Tripli in RGB o quadrupli in CMYK); tuttavia, un modello di colore senza alcuna funzione di mappatura associata a uno spazio di colore assoluto è un sistema di colori più o meno arbitrario, senza alcuna connessione con qualsiasi sistema di interpretazione del colore globalmente compreso. L’aggiunta di una funzione di mappatura specifica tra un modello di colore e uno spazio colore di riferimento stabilisce all’interno dello spazio cromatico di riferimento un “footprint” definito, noto come gamut, e per un determinato modello di colore definisce uno spazio cromatico. Ad esempio, Adobe RGB e sRGB sono due spazi di colore assoluti diversi, entrambi basati sul modello di colore RGB. Quando si definisce uno spazio colore, il solito standard di riferimento sono gli spazi colore CIELAB o CIEXYZ, che sono stati progettati specificamente per comprendere tutti i colori che l’umano medio può vedere.

Poiché lo “spazio colore” identifica una particolare combinazione del modello di colore e la funzione di mappatura, la parola viene spesso utilizzata in modo informale per identificare un modello di colore. Tuttavia, anche se l’identificazione di uno spazio cromatico identifica automaticamente il modello di colore associato, tale utilizzo non è corretto in senso stretto. Ad esempio, sebbene diversi spazi di colore specifici siano basati sul modello di colore RGB, non esiste nulla come lo spazio colore RGB singolare.

Storia
Nel 1802, Thomas Young postulò l’esistenza di tre tipi di fotorecettori (ora noti come cellule coniche) nell’occhio, ognuno dei quali era sensibile a una particolare gamma di luce visibile. Hermann von Helmholtz sviluppò ulteriormente la teoria di Young-Helmholtz nel 1850: che i tre tipi di fotoricettori a cono potessero essere classificati come preferenziali corti (blu), medi (preferenziali) (verdi) e lunghi preferenziali (rossi), secondo la loro risposta alle lunghezze d’onda della luce che colpisce la retina. I punti di forza relativi dei segnali rilevati dai tre tipi di coni sono interpretati dal cervello come un colore visibile. Ma non è chiaro che abbiano pensato ai colori come punti nello spazio colore.

Il concetto di spazio colore era probabilmente dovuto a Hermann Grassmann, che lo sviluppò in due fasi. In primo luogo, ha sviluppato l’idea dello spazio vettoriale, che ha permesso la rappresentazione algebrica dei concetti geometrici nello spazio {\ displaystyle n}. Fearnley-Sander (1979) descrive la fondazione di algebra lineare di Grassmann come segue:

“ La definizione di uno spazio lineare (spazio vettoriale) … divenne ampiamente nota intorno al 1920, quando Hermann Weyl e altri pubblicarono definizioni formali. Infatti, una tale definizione era stata data trent’anni prima da Peano, che conosceva a fondo il lavoro matematico di Grassmann. Grassmann non ha messo una definizione formale — il linguaggio non era disponibile — ma non c’è dubbio che avesse il concetto. ”
Con questo background concettuale, nel 1853, Grassmann pubblicò una teoria su come i colori si mescolano; esso e le sue tre leggi di colore sono ancora insegnate, come la legge di Grassmann.

“ Come notato prima da Grassmann … il set di luci ha la struttura di un cono nello spazio lineare infinito-dimensionale. Di conseguenza, un quoziente impostato (rispetto al metamerismo) del cono di luce eredita la struttura conica, che consente di rappresentare il colore come cono convesso nello spazio lineare 3 D, che viene indicato come cono di colore. ”
Esempi

I colori possono essere creati in stampa con spazi colore basati sul modello cromatico CMYK, utilizzando i colori primari sottrattivi del pigmento (ciano (C), magenta (M), giallo (Y) e nero (K)). Per creare una rappresentazione tridimensionale di un dato spazio colore, possiamo assegnare la quantità di colore magenta all’asse X della rappresentazione, la quantità di ciano al suo asse Y e la quantità di giallo al suo asse Z. Lo spazio tridimensionale risultante offre una posizione unica per ogni colore possibile che può essere creato combinando questi tre pigmenti.

I colori possono essere creati su monitor di computer con spazi colore basati sul modello di colore RGB, utilizzando i colori primari additivi (rosso, verde e blu). Una rappresentazione tridimensionale assegnerebbe ciascuno dei tre colori agli assi X, Y e Z. Si noti che i colori generati su un determinato monitor saranno limitati dal mezzo di riproduzione, come il fosforo (in un monitor CRT) o filtri e retroilluminazione (monitor LCD).

Un altro modo di creare colori su un monitor è con uno spazio colore HSL o HSV, basato su tonalità, saturazione, luminosità (valore / luminosità). Con un tale spazio, le variabili sono assegnate a coordinate cilindriche.

Molti spazi colore possono essere rappresentati come valori tridimensionali in questo modo, ma alcuni hanno più o meno dimensioni e alcuni, come Pantone, non possono essere rappresentati in questo modo.

Conversione
La conversione dello spazio colore è la traduzione della rappresentazione di un colore da una base all’altra. Ciò si verifica in genere nel contesto della conversione di un’immagine rappresentata in uno spazio colore in un altro spazio colore, con l’obiettivo di rendere l’immagine tradotta il più simile possibile all’originale.

Densità RGB
Il modello di colore RGB viene implementato in modi diversi, a seconda delle funzionalità del sistema utilizzato. Di gran lunga la più comune incarnazione generalista del 2006 è l’implementazione a 24 bit, con 8 bit o 256 livelli discreti di colore per canale. Qualsiasi spazio colore basato su un modello RGB a 24 bit è quindi limitato a un intervallo di 256 × 256 × 256 ≈ 16,7 milioni di colori. Alcune implementazioni utilizzano 16 bit per componente per 48 bit totali, ottenendo la stessa gamma con un numero maggiore di colori distinti. Ciò è particolarmente importante quando si lavora con spazi colore a gamma ampia (dove la maggior parte dei colori più comuni si trovano relativamente vicini tra loro) o quando viene utilizzato un numero elevato di algoritmi di filtro digitale consecutivi. Lo stesso principio si applica a qualsiasi spazio colore basato sullo stesso modello di colore, ma implementato in diverse profondità di bit.

elenchi
Lo spazio cromatico CIE 1931 XYZ è stato uno dei primi tentativi di produrre uno spazio cromatico basato su misurazioni della percezione del colore umano (gli sforzi precedenti erano di James Clerk Maxwell, König & Dieterici e Abney all’Imperial College) ed è alla base di quasi tutti altri spazi colore. Lo spazio colore CIERGB è un compagno linearmente correlato di CIE XYZ. Ulteriori derivati ​​di CIE XYZ includono CIELUV, CIEUVW e CIELAB.

Generico
RGB usa il mixaggio additivo del colore, perché descrive quale tipo di luce deve essere emessa per produrre un determinato colore. RGB memorizza i singoli valori per rosso, verde e blu. RGBA è RGB con un canale aggiuntivo, alfa, per indicare la trasparenza.

Gli spazi colore comuni basati sul modello RGB includono sRGB, Adobe RGB, ProPhoto RGB, scRGB e CIE RGB.

CMYK utilizza la miscelazione del colore sottrattiva utilizzata nel processo di stampa, poiché descrive il tipo di inchiostri che devono essere applicati in modo che la luce riflessa dal substrato e attraverso gli inchiostri produca un determinato colore. Si inizia con un substrato bianco (tela, pagina, ecc.) E si utilizza l’inchiostro per sottrarre il colore dal bianco per creare un’immagine. CMYK memorizza i valori di inchiostro per ciano, magenta, giallo e nero. Esistono molti spazi colore CMYK per diversi set di inchiostri, substrati e caratteristiche di stampa (che modificano il guadagno del punto o la funzione di trasferimento per ciascun inchiostro e quindi modificano l’aspetto).

YIQ è stato precedentemente utilizzato nelle trasmissioni televisive NTSC (Nord America, Giappone e altrove) per ragioni storiche. Questo sistema memorizza un valore luma approssimativamente analogo a (e talvolta identificato erroneamente come) luminanza, insieme a due valori di crominanza come rappresentazioni approssimative delle quantità relative di blu e rosso nel colore. È simile allo schema YUV utilizzato nella maggior parte dei sistemi di acquisizione video e in TV PAL (Australia, Europa, eccetto la Francia, che utilizza SECAM), tranne che lo spazio colore YIQ viene ruotato di 33 ° rispetto allo spazio colore YUV e al colore gli assi sono scambiati. Lo schema YDbDr utilizzato dalla televisione SECAM viene ruotato in un altro modo.

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YPbPr è una versione ridimensionata di YUV. È più comunemente visto nella sua forma digitale, YCbCr, ampiamente utilizzato negli schemi di compressione di immagini e video come MPEG e JPEG.

xvYCC è un nuovo standard internazionale per lo spazio colore dei video digitali pubblicato dalla IEC (IEC 61966-2-4). Si basa sugli standard ITU BT.601 e BT.709 ma estende la gamma oltre i primari R / G / B specificati in tali standard.

HSV (tonalità, saturazione, valore), noto anche come HSB (tonalità, saturazione, luminosità) viene spesso utilizzato dagli artisti perché è spesso più naturale pensare a un colore in termini di tonalità e saturazione rispetto a colori additivi o sottrattivi componenti. HSV è una trasformazione di uno spazio colore RGB e i suoi componenti e colorimetria sono relativi allo spazio colore RGB da cui è stato derivato.

HSL (tonalità, saturazione, luminosità / luminanza), noto anche come HLS o HSI (tonalità, saturazione, intensità) è abbastanza simile a HSV, con “luminosità” che sostituisce “luminosità”. La differenza è che la luminosità di un colore puro è uguale alla luminosità del bianco, mentre la leggerezza di un colore puro è uguale alla leggerezza di un grigio medio.

Commerciale
Sistema di colori Munsell
Pantone Matching System (PMS)
Natural Color System (NCS)

Usi speciali
Lo spazio di cromaticità RG viene utilizzato nelle applicazioni di visione artificiale. Mostra il colore della luce (rosso, giallo, verde ecc.), Ma non la sua intensità (scuro, luminoso).
Lo spazio colore TSL (Tinta, Saturazione e Luminanza) viene utilizzato nel rilevamento dei volti.

Obsoleto
Gli spazi cromatici iniziali avevano due componenti. Hanno in gran parte ignorato la luce blu perché la complessità aggiunta di un processo a 3 componenti ha fornito solo un aumento marginale della fedeltà rispetto al salto dal colore monocromatico a quello a 2 componenti.

RG per il primo film Technicolor
RGK per la stampa a colori in anticipo
Spazio colore assoluto
Nella scienza del colore, ci sono due significati del termine spazio colore assoluto:

Uno spazio colore in cui la differenza percettiva tra i colori è direttamente correlata alle distanze tra i colori rappresentati dai punti nello spazio colore.
Uno spazio colore in cui i colori sono inequivocabili, cioè dove le interpretazioni dei colori nello spazio sono definite colorimetricamente senza riferimento a fattori esterni.
In questo articolo, ci concentriamo sulla seconda definizione.

CIEXYZ, sRGB e ICtCp sono esempi di spazi colore assoluti, a differenza di uno spazio colore RGB generico.

Uno spazio cromatico non assoluto può essere reso assoluto definendo la sua relazione con le quantità colorimetriche assolute. Ad esempio, se i colori rosso, verde e blu in un monitor vengono misurati esattamente, insieme ad altre proprietà del monitor, i valori RGB su quel monitor possono essere considerati assoluti. L * a * b * viene talvolta definito assoluto, sebbene abbia anche bisogno di una specifica del punto bianco per renderlo tale.

Un modo popolare per trasformare uno spazio cromatico come RGB in un colore assoluto è definire un profilo ICC, che contiene gli attributi di RGB. Questo non è l’unico modo per esprimere un colore assoluto, ma è lo standard in molti settori. I colori RGB definiti da profili ampiamente accettati includono sRGB e Adobe RGB. Il processo di aggiunta di un profilo ICC ad un grafico o documento viene talvolta chiamato tagging o incorporamento; il tagging quindi segna il significato assoluto dei colori in quel grafico o documento.

Conversione
Un colore in uno spazio di colore assoluto può essere convertito in un altro spazio di colore assoluto e di nuovo in generale; tuttavia, alcuni spazi colore potrebbero avere limiti di gamut e la conversione di colori al di fuori di tale gamma non produrrà risultati corretti. È probabile che vi siano anche errori di arrotondamento, specialmente se viene utilizzato il popolare intervallo di soli 256 valori distinti per componente (colore a 8 bit).

Una parte della definizione di uno spazio cromatico assoluto sono le condizioni di visualizzazione. Lo stesso colore, visualizzato in diverse condizioni di illuminazione naturale o artificiale, sarà diverso. Le persone coinvolte professionalmente con la corrispondenza dei colori possono utilizzare le sale di visione, illuminate da un’illuminazione standardizzata.

Occasionalmente, ci sono regole precise per la conversione tra spazi colore non assoluti. Ad esempio, gli spazi HSL e HSV sono definiti come mappature di RGB. Entrambi sono non assoluti, ma la conversione tra loro dovrebbe mantenere lo stesso colore. Tuttavia, in generale, la conversione tra due spazi di colore non assoluti (ad esempio da RGB a CMYK) o tra spazi di colore assoluti e non assoluti (ad esempio, da RGB a L * a * b *) è quasi un concetto privo di significato.

Spazi arbitrari
Un metodo diverso per definire gli spazi cromatici assoluti è noto a molti consumatori come la scheda campione, utilizzata per selezionare vernice, tessuti e simili. Questo è un modo per concordare un colore tra due parti. Un metodo più standardizzato per definire i colori assoluti è il Pantone Matching System, un sistema proprietario che include le carte campione e le ricette che le stampanti commerciali possono utilizzare per creare inchiostri di un colore particolare.

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