Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сравнение некоторых гамм цветности RGB и CMYK на диаграмме цветности xy CIE 1931
Сравнение цветностей, заключенных в некоторых цветовых пространствах.

Цветовое пространство является специфической организацией цветов . В сочетании с цветовым профилированием, поддерживаемым различными физическими устройствами, и поддерживает воспроизводимые представления цвета - независимо от того, влечет ли такое представление аналоговое или цифровое представление. Цветовое пространство может быть произвольным, то есть с физически реализованными цветами, назначенными набору физических образцов цвета с соответствующими присвоенными названиями цветов (включая дискретные числа), например, в коллекции Pantone ), или структурированным с математической строгостью (как в случае с система NCS , Adobe RGB и sRGB«Цветовое пространство» - полезный концептуальный инструмент для понимания цветовых возможностей конкретного устройства или цифрового файла. При попытке воспроизвести цвет на другом устройстве цветовые пространства могут показать, сможете ли вы сохранить детали в тенях / светлых участках, насыщенность цвета и насколько они будут скомпрометированы.

« Цветовая модель » - это абстрактная математическая модель, описывающая способ представления цветов в виде кортежей чисел (например, троек в RGB или четверных в CMYK ); однако цветовая модель без связанной функции сопоставления с абсолютным цветовым пространством представляет собой более или менее произвольную цветовую систему, не имеющую связи с какой-либо общепринятой системой интерпретации цвета. Добавление определенной функции сопоставления между цветовой моделью и эталонным 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, оба основанные 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.

Поскольку «цветовое пространство» определяет конкретную комбинацию цветовой модели и функции отображения, это слово часто используется неформально для обозначения цветовой модели. Однако, несмотря на то, что идентификация цветового пространства автоматически определяет связанную цветовую модель, такое использование неверно в строгом смысле слова. Например, хотя несколько конкретных цветовых пространств основаны на цветовой модели RGB , не существует такой вещи, как единственное цветовое пространство RGB .

История [ править ]

Томас Янг и Герман Гельмгольц предположили, что сетчатка глаза состоит из трех различных типов световых рецепторов: красного, зеленого и синего.

В 1802 году Томас Янг постулировал существование трех типов фоторецепторов (теперь известных как колбочек ) в глазу, каждый из которых был чувствителен к определенному диапазону видимого света. [1] Герман фон Гельмгольц развил теорию Юнга-Гельмгольца в 1850 году: три типа фоторецепторов колбочек можно было классифицировать как предпочитающие короткие ( синие ), средне предпочтительные ( зеленый ) и долгоживущие ( красные ), согласно на их реакцию на волны света, падающие на сетчатку . Относительная сила сигналов, обнаруживаемых тремя типами колбочек, интерпретируется мозгом.как видимый цвет. Но неясно, думали ли они о цветах как о точках в цветовом пространстве.

Концепция цветового пространства, вероятно , возникла благодаря Герману Грассманну , который разработал ее в два этапа. Во-первых, он разработал идею векторного пространства , которая позволила алгебраическое представление геометрических понятий в n -мерном пространстве. [2] Фернли-Сандер (1979) описывает основание линейной алгебры Грассмана следующим образом: [2]

Определение линейного пространства (векторного пространства) ... стало широко известным 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 математическими работами Грассмана. Грассманн не дал формального определения - язык был недоступен - но нет сомнений в том, что у него была концепция.

На этом концептуальном фоне в 1853 году Грассман опубликовал теорию смешения цветов; он и его три закона цвета все еще преподаются как закон Грассмана . [3]

Как впервые заметил Грассман ... световое множество имеет структуру конуса в бесконечномерном линейном пространстве. В результате факторное множество (по отношению к метамерии) светового конуса наследует коническую структуру, которая позволяет представить цвет в виде выпуклого конуса в трехмерном линейном пространстве, которое называется цветовым конусом. [4]

Примеры [ править ]

Сравнение цветовых моделей CMYK и RGB . Это изображение демонстрирует разницу между тем, как цвета будут выглядеть на мониторе компьютера (RGB), и тем, как они будут воспроизводиться в процессе печати CMYK.

Цвета могут быть созданы в печати с цветными пространств на основе цветовой модели CMYK , используя вычитательные первичные цвета из пигмента ( с Yan , м Agenta , у ellow и BLAC к ). Чтобы создать трехмерное представление данного цветового пространства, мы можем присвоить количество пурпурного цвета оси X представления , количество голубого цвета - оси Y и количество желтого - оси Z. Результирующее трехмерное пространство обеспечивает уникальное положение для каждого возможного цвета, который можно создать, комбинируя эти три пигмента.

Цвета могут быть созданы на компьютерных мониторах с цветовыми пространствами на основе цветовой модели RGB с использованием дополнительных основных цветов ( красного , зеленого и синего ). Трехмерное представление назначило бы каждый из трех цветов осям X, Y и Z. Обратите внимание, что цвета, генерируемые на данном мониторе, будут ограничены средой воспроизведения, например люминофором (в мониторе с ЭЛТ ) или фильтрами и подсветкой ( ЖК- монитор).

Другой способ создания цветов на мониторе - использование цветового пространства HSL или HSV на основе оттенка , насыщенности , яркости (значение / яркость). В таком пространстве переменным присваиваются цилиндрические координаты .

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

Конверсия [ править ]

Преобразование цветового пространства - это перевод представления цвета с одной основы на другую. Обычно это происходит в контексте преобразования изображения, представленного в одном цветовом пространстве, в другое цветовое пространство, цель которого - сделать переведенное изображение как можно более похожим на оригинал.

Плотность RGB [ править ]

Цветовая модель RGB реализуется по-разному, в зависимости от возможностей используемой системы. Безусловно, наиболее часто используемая версия с 2006 года - это 24- битная реализация с 8 битами или 256 дискретными уровнями цвета на канал . Таким образом, любое цветовое пространство, основанное на такой 24-битной модели RGB, ограничено диапазоном 256 × 256 × 256 ≈ 16,7 миллиона цветов. В некоторых реализациях используется 16 бит на компонент, всего 48 бит, что приводит к той же гамме.с большим количеством отчетливых цветов. Это особенно важно при работе с цветовыми пространствами с широкой гаммой (где большинство наиболее распространенных цветов расположены относительно близко друг к другу) или когда последовательно используется большое количество алгоритмов цифровой фильтрации. Тот же принцип применяется к любому цветовому пространству, основанному на одной и той же цветовой модели, но реализованному с разной битовой глубиной .

Списки [ править ]

Цветовое пространство CIE 1931 XYZ было одной из первых попыток создать цветовое пространство, основанное на измерениях человеческого восприятия цвета (более ранние усилия были предприняты Джеймсом Клерком Максвеллом , Кенигом и Дитеричи и Абни из Имперского колледжа ) [5], и это основа почти для всех остальных цветовых пространств. CIERGB цветовое пространство является линейно связанным спутником CIE XYZ. Дополнительные производные CIE XYZ включают CIELUV , CIEUVW и CIELAB .

Generic [ править ]

Аддитивное смешение цветов: три накладывающихся друг на друга лампочки в вакууме складываются, чтобы получить белый цвет.
Вычитающее смешение цветов: три пятна краски на белой бумаге, вычитание вместе, чтобы сделать бумагу черной.

В RGB используется аддитивное смешение цветов , поскольку оно описывает, какой свет нужно излучать для получения заданного цвета. RGB хранит отдельные значения для красного, зеленого и синего цветов. RGBA - это RGB с дополнительным каналом альфа для обозначения прозрачности. Общие цветовые пространства, основанные на модели RGB, включают sRGB , Adobe RGB , ProPhoto RGB , scRGB и CIE RGB .

CMYK использует субтрактивное смешение цветов, используемое в процессе печати, поскольку оно описывает, какие краски необходимо наносить, чтобы свет, отраженный от подложки и сквозь краски, давал заданный цвет. Первый начинается с белой подложки (холст, страница и т. Д.) И использует чернила для вычитания цвета из белого для создания изображения. CMYK хранит значения чернил для голубого, пурпурного, желтого и черного цветов. Существует множество цветовых пространств CMYK для различных наборов красок, носителей и характеристик печатной машины (которые изменяют растушевку или функцию передачи для каждой краски и, таким образом, изменяют внешний вид).

YIQ ранее использовался в телевизионных передачах NTSC (Северная Америка, Япония и др.) По историческим причинам. Эта система хранит значение яркости, примерно аналогичное (а иногда ошибочно идентифицируемое как) [6] [7] яркости , вместе с двумя значениями цветности в качестве приблизительного представления относительных количеств синего и красного в цвете. Это похоже на схему YUV , используемую в большинстве систем видеозахвата [8] и в PAL (Австралия, Европа, за исключением Франции, которая использует SECAM) телевидения, за исключением того, что цветовое пространство YIQ повернуто на 33 ° по отношению к цветовому пространству YUV, а цветовые оси меняются местами. Схема YDbDr , используемая телевидением SECAM, повернута другим способом.

YPbPr - это масштабированная версия YUV. Чаще всего это цифровая форма YCbCr , широко используемая в схемах сжатия видео и изображений , таких как MPEG и JPEG .

xvYCC - это новый международный стандарт цветового пространства цифрового видео, опубликованный МЭК (IEC 61966-2-4). Он основан на стандартах ITU BT.601 и BT.709, но расширяет гамму за пределы основных цветов R / G / B, указанных в этих стандартах.

HSV ( ч и е, S aturation, v ALUE), также известный как HSB (оттенок, насыщенность, б правоты) часто используется художниками , потому что часто более естественно думать о цвете с точки зрения цветового тона и насыщенности , чем с точки зрения аддитивные или субтрактивные компоненты цвета. HSV - это преобразование цветового пространства RGB, а его компоненты и колориметрия относятся к цветовому пространству RGB, из которого он был получен.

HSL ( ч ие, ево aturation, л ightness / л uminance), также известный как HLS или HSI (оттенок, насыщенность, я ntensity) очень похоже на HSV , с «легкостью» замещающей «яркость». Разница в том, что яркость чистого цвета равна яркости белого, а яркость чистого цвета равна яркости среднего серого.

Коммерческий [ править ]

  • Цветовая система Манселла
  • Система соответствия Pantone (PMS)
  • Система естественного цвета (NCS)

Специального назначения [ править ]

  • Пространство RG Chromaticity используется в приложениях компьютерного зрения . Он показывает цвет света (красный, желтый, зеленый и т. Д.), Но не его интенсивность (темный, яркий).
  • ТСЛ цветовое пространство (Оттенок, насыщенность и яркость) используется в обнаружении лица .

Устаревший [ править ]

Ранние цветовые пространства состояли из двух компонентов. Они в значительной степени игнорировали синий свет, потому что дополнительная сложность трехкомпонентного процесса обеспечивала лишь незначительное повышение точности по сравнению с переходом от монохромного к двухкомпонентному цвету.

  • RG для ранней цветной пленки
  • RGK для ранней цветной печати

Абсолютное цветовое пространство [ править ]

В науке о цвете есть два значения термина абсолютное цветовое пространство :

  • Цветовое пространство, в котором воспринимаемая разница между цветами напрямую связана с расстояниями между цветами, представленными точками в цветовом пространстве, то есть однородным цветовым пространством . [9] [10]
  • Цветовое пространство, в котором цвета являются однозначными, то есть в котором интерпретация цветов в пространстве определяется колориметрически без привязки к внешним факторам. [11] [12]

В этой статье мы сконцентрируемся на втором определении.

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

Неабсолютное цветовое пространство можно сделать абсолютным, определив его отношение к абсолютным колориметрическим величинам. Например, если красный, зеленый и синий цвета на мониторе измеряются точно вместе с другими свойствами монитора, то значения RGB на этом мониторе можно рассматривать как абсолютные. CIE 1976 L *, а *, б * цветовое пространство иногда называют абсолютным, хотя он также нуждается в белую точку спецификацию , чтобы сделать так. [13]

Популярным способом преобразования цветового пространства, такого как RGB, в абсолютный цвет, является определение профиля ICC , который содержит атрибуты RGB. Это не единственный способ выразить абсолютный цвет, но это стандарт во многих отраслях. Цвета RGB, определяемые широко распространенными профилями, включают sRGB и Adobe RGB . Процесс добавления профиля ICC к графике или документу иногда называют тегированием или внедрением ; Таким образом, теги обозначают абсолютное значение цветов в этом графике или документе.

Конверсия [ править ]

Цвет в одном абсолютном цветовом пространстве может быть преобразован в другое абсолютное цветовое пространство и обратно, как правило; однако некоторые цветовые пространства могут иметь ограничения гаммы , и преобразование цветов, лежащих за пределами этой гаммы, не даст правильных результатов. Также вероятны ошибки округления, особенно если используется популярный диапазон из 256 различных значений на компонент ( 8-битный цвет ).

Одной из составляющих определения абсолютного цветового пространства являются условия просмотра. Один и тот же цвет в разных условиях естественного или искусственного освещения будет выглядеть по-разному. Те, кто профессионально занимается подбором цветов, могут использовать комнаты для просмотра со стандартным освещением.

Иногда существуют точные правила преобразования между неабсолютными цветовыми пространствами. Например, пространства HSL и HSV определяются как отображения RGB. Оба они не абсолютны, но при преобразовании между ними должен сохраняться один и тот же цвет. Однако в целом преобразование между двумя неабсолютными цветовыми пространствами (например, RGB в CMYK ) или между абсолютными и неабсолютными цветовыми пространствами (например, RGB в L * a * b *) является почти бессмысленной концепцией.

Произвольные пробелы [ править ]

Другой метод определения абсолютных цветовых пространств знаком многим потребителям как карточка образцов, используемая для выбора краски, тканей и т.п. Это способ согласования цвета между двумя сторонами. Более стандартизованным методом определения абсолютных цветов является система соответствия Pantone Matching System , запатентованная система, которая включает карточки образцов и рецепты, которые коммерческие принтеры могут использовать для изготовления чернил определенного цвета.

См. Также [ править ]

  • Теория цвета
  • Цветовая модель
  • Список цветов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Янг, Т. (1802). «Бейкерская лекция: по теории света и цвета» . Фил. Пер. R. Soc. Лондон . 92 : 12–48. DOI : 10.1098 / rstl.1802.0004 .
  2. ^ a b Герман Грассман и создание линейной алгебры
  3. ^ Грассманн H (1853). "Zur Theorie der Farbenmischung" . Poggendorffs Annalen der Physik . 89 (5): 69–84. Bibcode : 1853AnP ... 165 ... 69g . DOI : 10.1002 / andp.18531650505 .
  4. Логвиненко А.Д. (2015). «Геометрическая структура цвета» . Журнал видения . 15 (1): 16. DOI : 10,1167 / 15.1.16 . PMID 25589300 . 
  5. ^ Уильям Дэвид Райт, 50 лет стандартному наблюдателю CIE 1931 года . Die Farbe, 29 : 4/6 (1981).
  6. ^ Чарльз Пойнтон, «YUV и« яркость »считаются вредными: призыв к точной терминологии в видео», онлайн , отредактированная автором версия Приложения А Чарльза Пойнтона, Цифровое видео и HDTV: алгоритмы и интерфейсы , Морган-Кауфманн, 2003. онлайн
  7. ^ Чарльз Пойнтон, Постоянная яркость , 2004
  8. ^ Дин Андерсон. «Цветовые пространства в фрейм-грабберах: RGB против YUV» . Архивировано из оригинала на 2008-07-26 . Проверено 8 апреля 2008 .
  9. ^ Ханс Г. VOLZ (2001). Промышленное цветовое тестирование: основы и методы . Wiley-VCH. ISBN 3-527-30436-3.
  10. Гюнтер Буксбаум; Герхард Пфафф (2005). Промышленные неорганические пигменты . Wiley-VCH. ISBN 3-527-30363-4.
  11. Джонатан Б. Кнудсен (1999). 2D-графика Java . О'Рейли. п. 172 . ISBN 1-56592-484-3. абсолютное цветовое пространство.
  12. ^ Бернис Эллен Роговиц; Трасивулос Н. Паппас; Скотт Дж. Дэйли (2007). Человеческое зрение и электронное изображение XII . ШПИОН. ISBN 978-0-8194-6605-1.
  13. ^ Юд-Рен Чен; Джордж Э. Мейер; Шу-И. Вт (2005). Оптические датчики и сенсорные системы для природных ресурсов, безопасности и качества пищевых продуктов . ШПИОН. ISBN 0-8194-6020-6.

Внешние ссылки [ править ]

  • Часто задаваемые вопросы о цветах, Чарльз Пойнтон
  • Наука о цвете , Дэн Брутон
  • Цветовые пространства , Рольф Г. Куехни (октябрь 2003 г.)
  • Цветовые пространства - перцептивный, исторический и прикладной фон , Марко Ткалчич (2003)
  • Цветовые форматы для обработки изображений и видео - Преобразование цветов между RGB, YUV, YCbCr и YPbPr.
  • Библиотека C преобразований цветовых форматов, оптимизированных для SSE.
  • Konica Minolta Sensing: точная передача цвета