색상 범위

컴퓨터 그래픽과 사진을 포함한 색 재현에서 색 영역 또는 색 영역은 특정 색의 하위 집합입니다. 가장 일반적인 사용법은 주어진 색상 공간이나 특정 출력 장치와 같이 특정 상황에서 정확하게 표현 될 수있는 색상 하위 집합을 의미합니다.

덜 자주 사용되지만 여전히 올바른 또 다른 감각은 주어진 시간에 이미지 내에서 발견되는 완전한 색상 집합을 나타냅니다. 이와 관련하여 사진을 디지털화하거나, 디지털화 된 이미지를 다른 색상 공간으로 변환하거나, 특정 출력 장치를 사용하여 주어진 매체로 출력하는 것은 일반적으로 원본의 색상 중 일부가 방법.

소개
색 영역은 음악 분야에서 채택되었는데, 이는 음악 멜로디가 구성되는 피치 집합을 의미합니다. 셰익스피어의 ‘길들이기 길들이기 (Taming of the Shrew)’라는 용어의 사용은 때때로 작가 / 음악가 토마스 몰리 (Thomas Morley)의 말에 기인한다. 1850 년대에이 용어는 다양한 색상이나 색조에 적용되었습니다. 예를 들어 토마스 드 퀸시 (Thomas De Quincey)는 “반암과 같은 큰 색채를 통해 들리는 반암 (porphyry)”을 썼습니다.

컬러 이론에서 장치 나 프로세스의 영역은 표현하거나 재현 할 수있는 색 공간의 부분입니다. 일반적으로 색 영역은 색상 영역 내에서 넓은 광도 범위에서 색상을 생성 할 수 있으므로 색상 채도 평면에 지정됩니다. 감색 시스템 (예 : 인쇄에 사용)의 경우, 시스템에서 사용할 수있는 강도 범위는 시스템 특정 속성 (예 : 잉크 조명)을 고려하지 않고는 대부분 의미가 없습니다.

특정 색상 모델 내에서 특정 색상을 표현할 수없는 경우 해당 색상은 색상 범위를 벗어난 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 순수 빨강은 RGB 색상 공간에서 표현할 수 있지만 CMYK 색상 공간에서는 표현할 수 없습니다. 순수한 빨간색은 CMYK 색상 영역에서 벗어납니다.

가시적 인 색 공간 전체를 재현 할 수있는 장치는 컬러 디스플레이 및 인쇄 프로세스의 엔지니어링 과정에서 실현되지 않은 목표입니다. 현대 기술은 점점 더 좋은 근사를 허용하지만, 이러한 시스템의 복잡성으로 인해 종종 비현실적입니다.

디지털 이미지를 처리하는 동안 사용되는 가장 편리한 색상 모델은 RGB 모델입니다. 이미지를 인쇄하려면 이미지를 원래 RGB 색상 공간에서 프린터의 CMYK 색상 공간으로 변환해야합니다. 이 과정에서 색역을 벗어나는 RGB의 색을 어떻게 든 CMYK 색역 내에서 근사치로 변환해야합니다. 대상 영역에서 가장 가까운 색상까지 색상 영역을 벗어나는 색상 만 트리밍하면 이미지가 구워집니다. 이 변환을 근사하는 알고리즘이 몇 가지 있지만 그 중 어떤 것도 단순히 대상 장치의 기능 밖에 있기 때문에 그 중 어느 것도 완벽 할 수는 없습니다. 따라서 처리 중에 가능한 한 빨리 대상 색상 공간의 색 영역을 벗어나는 이미지의 색상을 식별하는 것이 최종 제품의 품질에 중요합니다.

색 영역 표현
Gamuts는 일반적으로 CIE 1931 색도 다이어그램에서 오른쪽과 같이 영역으로 표현되며 곡선 가장자리는 단색 (단일 파장) 또는 스펙트럼 색상을 나타냅니다.

액세스 가능한 색 영역은 밝기에 따라 다릅니다. 따라서 다음과 같이 전체 영역은 3D 공간에서 표현되어야합니다.

왼쪽의 그림은 컴퓨터 모니터와 같은 RGB 색상 공간 (위)의 영역과 자연의 반사 색상의 영역을 보여줍니다. 회색으로 그려진 콘은 오른쪽의 CIE 다이어그램에 대략 부합하고 밝기가 추가됩니다.

이 다이어그램의 축은 사람의 눈에있는 단파장 (S), 중파 (M) 및 장파 (L) 원뿔의 응답입니다. 다른 문자는 검정색 (Blk), 빨강 (R), 녹색 (G), 파랑 (B), 시안 색 (C), 자홍색 (M), 노란색 (Y) 및 흰색 색상 (W)을 나타냅니다.

왼쪽 위의 다이어그램은 RGB gamut의 모양이 낮은 광도에서 빨강, 녹색 및 파랑 사이의 삼각형임을 보여줍니다. 시안, 마젠타 및 황색 사이의 삼각형이 높은 광도에서, 단일 흰색 점이 최대 광도에서. 정점의 정확한 위치는 컴퓨터 모니터 내의 형광체의 방출 스펙트럼 및 3 개의 형광체의 최대 광도 (즉, 색상 균형) 사이의 비율에 의존한다.

CMYK 색 공간의 색 영역은 RGB의 경우와 거의 동일하며 염료와 광원의 정확한 특성에 따라 약간 다른 꼭지점을 갖습니다. 실제로, 래스터로 인쇄 된 색상이 서로 및 용지와 상호 작용하고 비 이상적인 흡수 스펙트럼으로 인해 색상 영역이 작아지고 둥근 모서리가 있습니다.

자연의 반사 색상 영역은 더 둥근 모양이지만 비슷합니다. 좁은 파장 대역만을 반사하는 물체는 CIE 다이어그램의 가장자리에 가까운 색을 갖지만 동시에 매우 낮은 광도를 갖습니다. 더 높은 광도에서, CIE 다이어그램의 접근 가능한 영역은 점점 작아지고, 모든 파장이 정확하게 100 % 반사되는 단일 흰색 점에 이릅니다. 흰색의 정확한 좌표는 광원의 색상에 의해 결정됩니다.

색상 표현의 한계

표면들
20 세기 초, 색상을 기술 할 수있는 제어 가능한 방법과 빛 스펙트럼을 측정 할 수있는 새로운 가능성에 대한 산업계의 요구로 인해 색상의 수학적 묘사에 대한 집중적 인 연구가 시작되었습니다.

최적의 색상에 대한 아이디어는 발틱 독일어 화학자 Wilhelm Ostwald에 의해 소개되었습니다. 에르빈 슈뢰딩거 (Erwin Schrödinger)는 주어진 전체 반사율로 생성 될 수있는 가장 포화 된 색이 주어진 파장에서 0 또는 최대 반사율을 갖는 표면에 의해 생성된다는 1919 년의 기사 Theory of der Pigmente von Gröterter Leuchtkraft (가장 높은 광도를 갖는 안료 이론) 반사율 스펙트럼은 0과 최대 사이에서 최대 2 개의 전이를 가져야합니다. 따라서 두 가지 유형의 “최적의 색”스펙트럼이 가능합니다 : 스펙트럼의 양 끝에서 0에서 중간의 것, 오른쪽의 그림에서 보듯이 끝에서 하나에서 끝까지 0이됩니다. 중간. 첫 번째 유형은 스펙트럼 색상과 유사하고 CIE xy 색도 다이어그램의 말굽 모양 부분을 따르는 색상을 생성하지만 일반적으로 덜 포화됩니다. 두 번째 유형은 CIE xy 색도 다이어그램에서 직선의 색상과 비슷하지만 (일반적으로 덜 포화 된) 색상을 생성하여 자홍색과 같은 색상을 만듭니다. Schrödinger의 연구는 David MacAdam과 Siegfried Rösch에 의해 더 발전되었습니다. MacAdam은 CIE 1931 색상 공간에서 Y = 10에서 95까지의 밝기 레벨에 대해 최적의 색상 솔리드 경계에서 선택한 점의 정확한 좌표를 10 단위로 계산 한 최초의 사람입니다. 이로써 그는 수용 가능한 정밀도로 최적의 컬러 솔리드를 그릴 수있었습니다. 그의 업적으로 인해 최적의 색 고체의 경계를 MacAdam 한도라고합니다. 최신 컴퓨터에서는 초 또는 분 단위로 정밀하게 최적의 색상 견본을 계산할 수 있습니다. 가장 포화 된 (또는 “최적의”) 색상이있는 MacAdam 한계는 단색 색상 근처의 색상이 황색을 제외하고는 매우 낮은 휘도 레벨에서만 얻을 수 있음을 보여줍니다. 긴 직선 녹색과 적색 사이의 스펙트럼 궤적의 라인 부분은 결합하여 단색의 황색에 매우 가까운 색을 만듭니다.

광원
부가 적 색 재현 시스템에서 원색으로 사용되는 광원은 밝아야하므로 일반적으로 단색에 가깝지 않습니다. 즉, 대부분의 가변 색상 광원의 색 영역은 순수 단색 (단일 파장) 광을 생성하는 어려움의 결과로 이해 될 수 있습니다. 단색광의 가장 좋은 기술적 원천은 많은 시스템에서 다소 비싸고 비실용적 일 수있는 레이저입니다. 그러나 광전자 기술이 성숙함에 따라 단일 종파 모드 다이오드 레이저는 저렴 해지고 많은 응용 분야에서 이미 이익을 얻을 수 있습니다. 형광 검사, 간섭계 검사, 반도체 검사, 원격 감지, 광학 데이터 저장, 이미지 기록, 스펙트럼 분석, 인쇄, 포인트 – 투 – 포인트 자유 공간 통신 및 광섬유 통신과 같은 다양한 기능을 제공합니다.

부가 색상 처리를 사용하는 시스템은 일반적으로 색상 – 채도 평면에서 볼록한 다각형 인 색상 영역을 가지고 있습니다. 다각형의 정점은 시스템에서 생성 할 수있는 가장 채도가 높은 색상입니다. 빼기 색상 시스템에서 색상 영역은 더 자주 불규칙한 영역입니다.

다양한 시스템의 비교
다음은 크고 작은 색상 영역으로 정렬 된 대표 색상 시스템 목록입니다.

레이저 비디오 프로젝터는 레이저가 진정한 단색의 원색을 생성한다는 사실에서 파생 된 오늘날 실용적인 디스플레이 장비에서 가능한 가장 넓은 범위를 생성하기 위해 3 개의 레이저를 사용합니다. 이 시스템은 한 번에 전체 그림을 도트로 스캔하고 CRT의 전자빔과 같이 고주파에서 직접 변조하거나 레이저를 광학적으로 퍼뜨린 다음 변조하여 한 번에 한 줄씩 스캔함으로써 작동합니다. 라인 자체는 DLP 프로젝터에서와 같은 방식으로 변조됩니다. 레이저는 DLP 프로젝터의 광원으로 사용할 수도 있습니다. 3 개 이상의 레이저를 결합하여 영역 범위를 늘릴 수 있습니다.이 기술은 때때로 홀로그램에 사용됩니다.
Digital Light Processing 또는 DLP 기술은 Texas Instruments의 상표 기술입니다. DLP 칩에는 최대 2 백만 개의 힌지 장착 현미경 거울의 직사각형 어레이가 있습니다. 각각의 마이크로 미러는 인간의 머리카락 너비의 1/5 이하를 측정합니다. DLP 칩의 마이크로 미러는 DLP 프로젝션 시스템 (ON) 또는 멀리있는 (OFF) 광원에서 기울어 져 있습니다. 그러면 투사 표면에 밝은 픽셀 또는 어두운 픽셀이 생성됩니다. 현재의 DLP 프로젝터는 투명 색상의 “원형 조각”이있는 빠르게 회전하는 휠을 사용하여 각 색상 프레임을 연속적으로 표시합니다. 한 번 회전하면 전체 이미지가 표시됩니다.
사진 필름은 일반적인 텔레비전, 컴퓨터 또는 가정용 비디오 시스템보다 더 큰 색 영역을 재현 할 수 있습니다.
CRT 및 이와 유사한 비디오 디스플레이는 눈에 보이는 색 공간의 상당 부분을 차지하는 대략 삼각형의 색 영역을 가지고 있습니다. CRT에서 한계는 적색, 녹색 및 청색 광을 생성하는 스크린의 형광체 때문입니다.
액정 디스플레이 (LCD) 스크린은 백라이트에 의해 방출되는 빛을 필터링합니다. LCD 화면의 영역은 백라이트의 방사 스펙트럼으로 제한됩니다. 일반적인 LCD 스크린은 백라이트 용 냉 음극관 (CCFL)을 사용합니다. 특정 LED 또는 광역 CCFL 백라이트가있는 LCD 스크린은 CRT보다 더 포괄적 인 영역을 산출합니다. 그러나 일부 LCD 기술은 시야각으로 표현되는 색이 다릅니다. In Plane Switching 또는 Patterned 수직 정렬 스크린은 Twisted Nematic보다 넓은 색상 범위를가집니다.
텔레비전은 일반적으로 CRT, LCD 또는 플라즈마 디스플레이를 사용하지만 방송의 한계로 인해 컬러 디스플레이 특성을 최대한 활용하지 못합니다. HDTV는 덜 제한적이지만, 예를 들어 동일한 디스플레이 기술을 사용하는 컴퓨터 디스플레이보다 다소 적습니다.
예술적으로나 상업적으로도 페인트 혼합은 CRT의 빨강, 녹색 및 파랑 또는 시안, 마젠타 및 노랑 인쇄보다 큰 팔레트부터 시작하여 합리적으로 큰 색 영역을 구현합니다. 페인트는 CRT (특히 보라색)에서 잘 재현 할 수없는 채도가 높은 색상을 재현 할 수 있지만 전반적으로 색상 범위는 더 작습니다.
인쇄는 일반적으로 CMYK 색상 공간 (청록색, 자홍색, 노랑색 및 검정색)을 사용합니다. 블랙을 포함하지 않는 인쇄 프로세스는 거의 없습니다. 그러나 이러한 프로세스 (염료 승화 프린터 제외)는 채도가 낮고 농도가 낮은 색상을 표현하는 데 열악합니다. 비 기본 색상의 잉크를 추가하여 인쇄 프로세스의 영역을 확장하려는 노력이 이루어졌습니다. 이들은 일반적으로 주황색과 녹색 (Hexachrome 참조) 또는 밝은 시안 색 및 밝은 마젠타 색 (CcMmYK 색상 모델 참조)입니다. 매우 특정한 색의 스폿 컬러 잉크가 사용되기도합니다.
단색 디스플레이의 색상 영역은 색 공간에서 1 차원 커브입니다.

넓은 색 영역
Ultra HD Forum은 Rec.보다 넓은 색 영역으로 WCG (Wide Color Gamut)를 정의합니다. 709. WCG에는 DCI-P3 및 Rec. 2020.