Цветовое пространство

Цветовое пространство — это определенная организация цветов. В сочетании с профилированием физических устройств он позволяет воспроизводить изображения цвета как в аналоговых, так и в цифровых изображениях. Цветовое пространство может быть произвольным, с определенными цветами, назначенными набору физических цветных образцов и соответствующих назначенных им имен или номеров, например, с коллекцией Pantone, или структурированным математически, как с системой NCS, Adobe RGB или sRGB. Цветовая модель представляет собой абстрактную математическую модель, описывающую способ отображения цветов в виде кортежей чисел (например, тройки в RGB или четверки в CMYK); однако цветовая модель без связанной функции сопоставления в абсолютное цветовое пространство является более или менее произвольной системой цветов без подключения к любой понимаемой в мире системе цветовой интерпретации. Добавление определенной функции сопоставления между цветовой моделью и опорным цветовым пространством устанавливает в эталонном цветовом пространстве определенный «след», известный как гамма, и для данной цветовой модели это определяет цветовое пространство. Например, Adobe RGB и sRGB — это два разных абсолютных цветовых пространства, основанных на цветовой модели RGB. При определении цветового пространства обычным эталонным стандартом являются цветовые пространства CIELAB или CIEXYZ, которые были специально разработаны для охвата всех цветов, которые может видеть средний человек.

Так как «цветовое пространство» идентифицирует конкретную комбинацию цветовой модели и функции отображения, это слово часто используется неофициально для определения цветовой модели. Однако, хотя идентификация цветового пространства автоматически идентифицирует связанную цветовую модель, такое использование неверно в строгом смысле. Например, хотя несколько конкретных цветовых пространств основаны на цветовой модели RGB, нет такого понятия, как единственное цветовое пространство RGB.

история
В 1802 году Томас Юнг постулировал существование трех типов фоторецепторов (теперь известных как конусные клетки) в глазу, каждый из которых был чувствителен к определенному диапазону видимого света. Герман фон Гельмгольц еще в 1850 году разработал теорию Юнга-Гельмгольца в 1850 году: три типа конических фоторецепторов можно было классифицировать как кратковременные (синие), средние предпочтительные (зеленые) и долгоподобные (красные), в соответствии с их ответом к длинам волн света, поражающих сетчатку. Относительные силы сигналов, обнаруженных тремя типами конусов, интерпретируются мозгом как видимый цвет. Но не ясно, что они думали о цветах как о точках в цветовом пространстве.

Концепция цветового пространства, вероятно, была связана с Германом Грассманом, который разработал его в два этапа. Во-первых, он разработал идею векторного пространства, которая позволила алгебраическое представление геометрических понятий в {\ displaystyle n} n-мерном пространстве. Fearnley-Sander (1979) описывает основание Грассмана линейной алгебры следующим образом:

« Определение линейного пространства (векторного пространства) … стало широко известно примерно в 1920 году, когда Герман Вейль и другие опубликовали формальные определения. Фактически такое определение было дано тридцатью годами ранее Пеано, который был хорошо знаком с математической работой Грассмана. Грассманн не дал формального определения — язык не был доступен, но нет никаких сомнений в том, что у него была концепция. »
С этим концептуальным фоном, в 1853 году, Грассман опубликовал теорию о том, как смешиваются цвета; его и его три цветовых закона по-прежнему преподают, как закон Грассмана.

« Как отмечалось сначала Грассманом … набор света имеет структуру конуса в бесконечномерном линейном пространстве. В результате факторное множество (относительно метамеризма) светового конуса наследует коническую структуру, что позволяет представить цвет как выпуклый конус в трехмерном линейном пространстве, который называется цветовым конусом. »
Примеры

Цвета могут быть созданы при печати с цветовыми пространствами на основе цветовой модели CMYK с использованием субтрактивных основных цветов пигмента (голубой (C), пурпурный (M), желтый (Y) и черный (K)). Чтобы создать трехмерное представление заданного цветового пространства, мы можем назначить количество пурпурного цвета на ось X представления, количество голубых до его оси Y и количество желтого до его оси Z. Полученное трехмерное пространство обеспечивает уникальное положение для каждого возможного цвета, который может быть создан путем объединения этих трех пигментов.

Цвета могут быть созданы на компьютерных мониторах с цветовыми пространствами на основе цветовой модели RGB, используя дополнительные основные цвета (красный, зеленый и синий). Трехмерное представление присваивало бы каждый из трех цветов осям X, Y и Z. Обратите внимание, что цвета, сгенерированные на данном мониторе, будут ограничены воспроизводящим носителем, таким как люминофор (на мониторе ЭЛТ) или фильтры и подсветка (ЖК-монитор).

Другой способ создания цветов на мониторе — это цветовое пространство HSL или HSV, основанное на оттенке, насыщенности, яркости (значение / яркость). При таком пространстве переменные присваиваются цилиндрическим координатам.

Таким образом, многие цветовые пространства могут быть представлены как трехмерные значения, но некоторые из них имеют больше или меньше измерений, а некоторые, такие как Pantone, не могут быть представлены таким образом вообще.

преобразование
Преобразование цветового пространства — это перевод представления цвета из одного базиса в другой. Обычно это происходит в контексте преобразования изображения, представленного в одном цветовом пространстве, в другое цветовое пространство, цель которого заключается в том, чтобы сделать переведенное изображение более похожим на оригинал.

Плотность RGB
Цветовая модель RGB реализована по-разному, в зависимости от возможностей используемой системы. На сегодняшний день наиболее распространенным общим воплощением с 2006 года является 24-разрядная реализация с 8 бит или 256 дискретных уровней цвета на канал. Любое цветовое пространство, основанное на такой 24-битной модели RGB, таким образом, ограничено диапазоном 256 × 256 × 256 ≈ 16,7 миллионов цветов. В некоторых реализациях используется 16 бит на компонент для 48 бит, что приводит к той же гамме с большим количеством различных цветов. Это особенно важно при работе с широкоэкранными цветовыми пространствами (где большинство наиболее распространенных цветов расположены относительно близко друг к другу) или когда последовательно используется большое количество алгоритмов цифровой фильтрации. Тот же принцип применяется для любого цветового пространства на основе одной и той же цветовой модели, но реализован в разных битовых глубинах.

Списки
Цветовое пространство CIE 1931 XYZ было одной из первых попыток создать цветовое пространство, основанное на измерениях восприятия цвета человека (ранее усилиями были Джеймс Клерк Максвелл, Кениг и Дитерири и Абни в Имперском колледже), и это основа почти всех другие цветовые пространства. Цветовое пространство CIERGB является линейно связанным компаньоном CIE XYZ. Дополнительные производные от CIE XYZ включают CIELUV, CIEUVW и CIELAB.

общий
RGB использует аддитивное смешивание цветов, поскольку он описывает, какой свет должен излучаться для получения заданного цвета. RGB сохраняет отдельные значения для красного, зеленого и синего. RGBA — это RGB с дополнительным каналом, alpha, для индикации прозрачности.

Общие цветовые пространства на основе модели RGB включают sRGB, Adobe RGB, ProPhoto RGB, scRGB и CIE RGB.

CMYK использует субтрактивное смешивание цветов, используемое в процессе печати, потому что оно описывает, какие чернила необходимо применять, чтобы свет, отраженный от подложки и чернил, выдавал заданный цвет. Один начинается с белого субстрата (холст, страница и т. Д.) И использует чернила для вычитания цвета из белого для создания изображения. CMYK сохраняет значения чернил для голубого, пурпурного, желтого и черного. Существует много цветовых пространств CMYK для разных наборов чернил, субстратов и прессовых характеристик (которые изменяют коэффициент усиления точек или функцию передачи для каждой чернил и, таким образом, изменяют внешний вид).

YIQ ранее использовался в NTSC (Северная Америка, Япония и в других местах) телевизионные передачи по историческим причинам. Эта система сохраняет значение яркости, примерно аналогичное (и иногда неправильно идентифицированное как) яркость, наряду с двумя значениями цветности в качестве приблизительных представлений относительных количеств синего и красного цветов. Это похоже на схему YUV, используемую в большинстве систем видеозахвата, и в PAL (Австралия, Европа, за исключением Франции, использующей SECAM), за исключением того, что цветовое пространство YIQ вращается на 33 ° относительно цветового пространства YUV и цвета оси меняются местами. Схема YDbDr, используемая телевидением SECAM, поворачивается по-другому.

YPbPr — это масштабированная версия YUV. Это чаще всего рассматривается в его цифровой форме, YCbCr, широко используется в схемах сжатия видео и изображений, таких как MPEG и JPEG.

xvYCC — это новый международный стандарт цифрового цветного видео, опубликованный МЭК (IEC 6 1966-2-4 ). Он основан на стандартах ITU BT.601 и BT.709, но расширяет гамму выше праймериз R / G / B, указанных в этих стандартах.

HSV (оттенок, насыщенность, значение), также известный как HSB (оттенок, насыщенность, яркость), часто используется художниками, потому что часто более естественно думать о цвете с точки зрения оттенка и насыщенности, чем с точки зрения аддитивного или субтрактивного цвета компоненты. HSV представляет собой преобразование цветового пространства RGB, а его компоненты и колориметрия относятся к цветовому пространству RGB, из которого оно было получено.

HSL (оттенок, насыщенность, яркость / яркость), также известный как HLS или HSI (оттенок, насыщенность, интенсивность), очень похож на HSV, причем «легкость» заменяет «яркость». Разница в том, что яркость чистого цвета равна яркости белого, а яркость чистого цвета равна легкости среднего серого.

коммерческий
Цветная система Munsell
Pantone Matching System (PMS)
Система естественного цвета (NCS)

Спец. Назначение
Пространство RG Chromaticity используется в приложениях компьютерного зрения. Он показывает цвет света (красный, желтый, зеленый и т. Д.), Но не его интенсивность (темная, яркая).
Цветовое пространство TSL (оттенок, насыщенность и яркость) используется при распознавании лиц.

устарелый
Ранние цветовые пространства имели два компонента. Они в значительной степени игнорировали синий свет, потому что добавленная сложность трехкомпонентного процесса обеспечивала лишь незначительное увеличение точности воспроизведения по сравнению с переходом от монохромного до двухкомпонентного цвета.

RG для ранней пленки Technicolor
RGK для ранней цветной печати
Абсолютное цветовое пространство
В цветовой науке есть два значения термина «абсолютное цветовое пространство»:

Цветовое пространство, в котором разница восприятия между цветами напрямую связана с расстояниями между цветами, представленными точками в цветовом пространстве.
Цветовое пространство, в котором цвета недвусмысленны, то есть, где интерпретации цветов в пространстве колориметрически определены без ссылки на внешние факторы.
В этой статье мы концентрируемся на втором определении.

CIEXYZ, sRGB и ICtCp являются примерами абсолютных цветовых пространств, в отличие от общего цветового пространства RGB.

Абсолютное цветовое пространство может быть абсолютным путем определения его отношения к абсолютным колориметрическим величинам. Например, если яркость красного, зеленого и синего цветов на мониторе точно измеряется вместе с другими свойствами монитора, то значения RGB на этом мониторе могут считаться абсолютными. L * a * b * иногда называют абсолютным, хотя для этого также требуется спецификация белых точек.

Популярным способом создания цветового пространства, такого как RGB, в абсолютный цвет является определение профиля ICC, который содержит атрибуты RGB. Это не единственный способ выразить абсолютный цвет, но он является стандартом во многих отраслях. RGB-цвета, определенные широко распространенными профилями, включают sRGB и Adobe RGB. Процесс добавления профиля ICC к графику или документу иногда называется тегом или вложением; поэтому тегирование означает абсолютное значение цветов в этом графике или документе.

преобразование
Цвет в одном абсолютном цветовом пространстве может быть преобразован в другое абсолютное цветовое пространство и обратно в целом; однако некоторые цветовые пространства могут иметь ограничения по гамме, а преобразование цветов, которые лежат вне этой гаммы, не даст правильных результатов. Вероятно, также будут ошибки округления, особенно если используется популярный диапазон из 256 различных значений для каждого компонента (8-битный цвет).

Одной частью определения абсолютного цветового пространства являются условия просмотра. Такой же цвет, если смотреть в разных естественных или искусственных условиях освещения, будет выглядеть по-другому. Те, кто профессионально связан с цветом, могут использовать комнаты для просмотра, освещенные стандартным освещением.

Иногда существуют четкие правила для преобразования не абсолютных цветовых пространств. Например, пространства HSL и HSV определяются как отображения RGB. Оба являются не абсолютными, но преобразование между ними должно поддерживать один и тот же цвет. Однако, в общем, преобразование двух не абсолютных цветовых пространств (например, RGB в CMYK) или между абсолютными и не абсолютными цветовыми пространствами (например, RGB to L * a * b *) является почти бессмысленным понятием.

Произвольные пространства
Другой метод определения абсолютных цветовых пространств известен многим потребителям в качестве карты визитных карточек, используемых для выбора краски, тканей и тому подобного. Это способ согласования цвета между двумя сторонами. Более стандартизованным методом определения абсолютных цветов является система соответствия Pantone, система патентования, которая включает в себя карты и рецепты, которые коммерческие принтеры могут использовать для изготовления чернил, которые являются особым цветом.