Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Типичная гамма ЭЛТ Закрашенная
серым подковообразная форма представляет собой весь диапазон возможных цветностей , отображаемых в формате диаграммы цветности CIE 1931 (см. Ниже). Цветной треугольник - это гамма, доступная для цветового пространства sRGB, обычно используемого в компьютерных мониторах; он не покрывает все пространство. Углы треугольника - основные цвета для этой гаммы; в случае ЭЛТ они зависят от цвета люминофоров монитора. В каждой точке показан самый яркий из возможных цветов RGB этой цветности, в результате чего яркие полосы Маха соответствуют краям цветового куба RGB.

В цветопередаче, в том числе компьютерной графики и фотографий , в гамме , или цветовой гамма / ɡ æ м ə т / , определенное полное подмножество из цветов . Наиболее распространенное использование относится к подмножеству цветов, которое может быть точно представлено в данных обстоятельствах, например, в заданном цветовом пространстве или с помощью определенного устройства вывода .

Другое значение, менее часто используемое, но все же верное, относится к полному набору цветов, присутствующих в изображении в данный момент. В этом контексте оцифровка фотографии, преобразование оцифрованного изображения в другое цветовое пространство или вывод его на заданный носитель с использованием определенного устройства вывода обычно изменяет его цветовую гамму в том смысле, что некоторые цвета оригинала теряются в процесс.

Введение [ править ]

Термин гамма был заимствован из области музыки, где в средние века латинское «гамма» означало весь диапазон музыкальных нот, из которых составлены музыкальные мелодии; Использование Шекспиром этого термина в «Укрощении строптивой» иногда приписывают автору / музыканту Томасу Морли . [1] В 1850 - х годах, этот термин был применен к диапазону цветов или оттенков, например, Томас де Квинси , который написал « Порфирий , я слышал, пробегает , как большая гамма оттенков , как мрамор.» [2]

В теории цвета гамма устройства или процесса - это та часть цветового пространства, которая может быть представлена ​​или воспроизведена. Как правило, цветовая гамма задается в плоскости оттенок - насыщенность , поскольку система обычно может воспроизводить цвета в широком диапазоне интенсивности в пределах своей цветовой гаммы; для субтрактивной цветовой системы (например, используемой в печати ) диапазон интенсивности, доступный в системе, по большей части бессмыслен без учета специфических свойств системы (таких как освещенность чернил).

Когда определенные цвета не могут быть выражены в рамках определенной цветовой модели, говорят, что эти цвета находятся вне гаммы .

Устройство , которое может воспроизвести все видимое цветовое пространство является нереализованной целью в технике из цветных дисплеев и печатных процессов. Современные методы позволяют делать все более точные приближения, но сложность этих систем часто делает их непрактичными.

При обработке цифрового изображения наиболее удобной цветовой моделью является модель RGB. Для печати изображения требуется преобразовать изображение из исходного цветового пространства RGB в цветовое пространство CMYK принтера. Во время этого процесса цвета из RGB, которые находятся за пределами гаммы, должны быть каким-то образом преобразованы в приблизительные значения в пределах пространственной гаммы CMYK. Простая обрезка только тех цветов, которые находятся за пределами гаммы до ближайших цветов в пространстве назначения, приведет к сгораниюизображение. Есть несколько алгоритмов, приближающих это преобразование, но ни один из них не может быть по-настоящему идеальным, поскольку эти цвета просто выходят за рамки возможностей целевого устройства. Вот почему идентификация цветов изображения, выходящих за пределы охвата целевого цветового пространства, как можно скорее во время обработки, имеет решающее значение для качества конечного продукта.

Представление гамм [ править ]

Диаграмма цветности цветового пространства CIE 1931, сравнивающая видимую гамму с sRGB и цветовую температуру
Палитра натуральных цветов

Палитры обычно представлены в виде областей на диаграмме цветности CIE 1931, как показано справа, с изогнутым краем, представляющим монохроматические (однонаправленные) или спектральные цвета .

Доступная гамма зависит от яркости; поэтому полная гамма должна быть представлена ​​в трехмерном пространстве, как показано ниже:

На рисунках слева показаны гаммы цветового пространства RGB (вверху), например, на компьютерных мониторах, и отражающих цветов в природе (внизу). Конус, нарисованный серым цветом, примерно соответствует диаграмме CIE справа с добавленным измерением яркости.

Оси на этих диаграммах - это отклики коротковолновых ( S ), средневолновых ( M ) и длинноволновых ( L ) колбочек в человеческом глазу . Остальные буквы обозначают черный ( Blk ), красный ( R ), зеленый ( G ), синий ( B ), голубой ( C ), пурпурный ( M ), желтый ( Y ) и белый цвета ( W ) цвета . (Примечание: эти изображения не соответствуют масштабу.)

На верхнем левом графике показано, что форма гаммы RGB представляет собой треугольник между красным, зеленым и синим при более низкой яркости; треугольник между голубым, пурпурным и желтым при более высокой яркости и одна белая точка при максимальной яркости. Точное положение вершин зависит от спектров излучения люминофоров на мониторе компьютера и от соотношения максимальных яркостей трех люминофоров (т. Е. Цветового баланса).

Палитра цветового пространства CMYK в идеале примерно такая же, как и для RGB, с немного разными вершинами, в зависимости от точных свойств красителей и источника света. На практике из-за того, как цвета растровой печати взаимодействуют друг с другом и с бумагой, а также из-за их неидеальных спектров поглощения, гамма меньше и имеет закругленные углы.

Палитра отражающих цветов в природе имеет похожую, хотя и более округлую форму. Объект, который отражает только узкую полосу длин волн, будет иметь цвет, близкий к краю диаграммы CIE, но в то же время он будет иметь очень низкую яркость. При более высокой яркости доступная область на диаграмме CIE становится все меньше и меньше, вплоть до одной белой точки, где все длины волн отражаются точно на 100 процентов; точные координаты белого цвета определяются цветом источника света.

Ограничения цветового представления [ править ]

Поверхности [ править ]

Спектр световозвращающего материала оптимального цвета.
Пределы Макадама для источника света CIE FL4 в CIE xyY.

В начале 20-го века промышленные потребности в управляемом способе описания цветов и новой возможности измерения спектров света инициировали интенсивные исследования математических описаний цветов.

Идея оптимальных цветов была предложена химиком из Балтии, немцем Вильгельмом Оствальдом . Эрвин Шредингер показал в своей статье 1919 года Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Теория пигментов с наивысшей светимостью) [3], что наиболее насыщенные цвета, которые могут быть созданы с заданной общей отражательной способностью, генерируются поверхностями с нулевым или полным коэффициентом отражения на любой заданной длины волны, и спектр отражательной способности должен иметь не более двух переходов между нулем и полным.

Таким образом, возможны два типа «оптимальных цветовых» спектров: либо переход идет от нуля на обоих концах спектра к единице в середине, как показано на изображении справа, либо он идет от единицы на концах к нулю на середина. Первый тип производит цвета, которые похожи на спектральные цвета и примерно повторяют подковообразную часть диаграммы цветности CIE xy , но обычно менее насыщены. Второй тип производит цвета, которые похожи (но обычно менее насыщены) на цвета прямой линии на диаграмме цветности CIE xy, что приводит к цветам, подобным пурпурному.

Работа Шредингера была развита Давидом Макадамом и Зигфридом Рёшем . [4] Макадам был первым человеком, который вычислил точные координаты выбранных точек на границе оптимального цветового тела в цветовом пространстве CIE 1931 для уровней яркости от Y = 10 до 95 с шагом 10 единиц. Это позволило ему нарисовать сплошной цвет оптимального цвета с приемлемой степенью точности. Из-за его достижения граница оптимального цветного твердого тела называется пределом Макадама .

На современных компьютерах можно рассчитать оптимальное цветное твердое тело с большой точностью за секунды или минуты. Предел Мак-Адама, на котором находятся наиболее насыщенные (или «оптимальные») цвета, показывает, что цвета, близкие к монохроматическим, могут быть достигнуты только при очень низких уровнях яркости, за исключением желтого, потому что смесь длин волн из длинной прямой -линейная часть спектрального локуса между зеленым и красным будет объединяться, чтобы сделать цвет очень близким к монохроматическому желтому.

Источники света [ править ]

Источники света, используемые в качестве основных цветов в системе аддитивной цветопередачи, должны быть яркими, поэтому они, как правило, не близки к монохроматическим. То есть цветовую гамму большинства источников света с переменным цветом можно понять как результат трудностей, связанных с получением чистого монохроматического (с одной длиной волны ) света. Лучшим технологическим источником монохроматического света является лазер , который может быть довольно дорогим и непрактичным для многих систем. Однако, как оптоэлектронныеразвитие технологий, диодные лазеры с одной продольной модой становятся менее дорогими, и многие приложения уже могут извлечь из этого выгоду; такие как рамановская спектроскопия, голография, биомедицинские исследования, флуоресценция, репрография, интерферометрия, проверка полупроводников, удаленное обнаружение, оптическое хранение данных, запись изображений, спектральный анализ, печать, двухточечная связь в свободном пространстве и волоконно-оптическая связь. [5] [6] [7] [8]

Системы, использующие аддитивные цветовые процессы, обычно имеют цветовую гамму, которая представляет собой примерно выпуклый многоугольник в плоскости цветовой насыщенности. Вершины многоугольника - это самые насыщенные цвета, которые может воспроизвести система. В субтрактивных цветовых системах цветовая гамма чаще представляет собой неправильную область.

Сравнение различных систем [ править ]

Сравнение некоторой цветовой гаммы RGB и CMYK на диаграмме цветности xy CIE 1931
Воспроизвести медиа
Воспроизвести медиа
SRGB гамма ( влево ) и видимая цветовая гамма под D65 освещения ( правая ) проецируются в цветовом пространство CIExyY. x и y - горизонтальные оси; Y - вертикальная ось.

Ниже приведен список типичных цветовых систем, более или менее упорядоченных от большой к малой цветовой гамме:

  • В лазерном видеопроекторе используются три лазера для создания самой широкой гаммы, доступной сегодня в практическом оборудовании для отображения, благодаря тому факту, что лазеры производят действительно монохроматические основные цвета. Системы работают либо путем сканирования всего изображения по точкам и модуляции лазера непосредственно на высокой частоте, во многом как электронные лучи в ЭЛТ , либо путем оптического расширения, а затем модуляции лазера и сканирования строки за раз, Сама линия модулируется почти так же, как в проекторе DLP . Лазеры также можно использовать в качестве источника света для DLP-проектора. Для увеличения диапазона охвата можно комбинировать более трех лазеров - метод, который иногда используется в голографии . [9]
  • Технология цифровой обработки света или DLP является товарным знаком компании Texas Instruments. Микросхема DLP содержит прямоугольную матрицу из 2 миллионов шарнирных микроскопических зеркал. Каждое из микрозеркал составляет менее одной пятой ширины человеческого волоса. Микрозеркало DLP-чипа наклоняется либо к источнику света в проекционной системе DLP (ON), либо от него (OFF). Это создает светлый или темный пиксель на проекционной поверхности. [10] В современных DLP-проекторах используется быстро вращающееся колесо с прозрачными цветными «круговыми ломтиками» для последовательного отображения каждого цветного кадра. Один поворот показывает полное изображение.
  • Фотопленка может воспроизводить более широкий цветовой охват, чем обычные телевизионные, компьютерные или домашние видеосистемы . [11]
  • ЭЛТ и аналогичные видеодисплеи имеют примерно треугольную цветовую гамму, которая покрывает значительную часть видимого цветового пространства. В ЭЛТ ограничения связаны с люминофором на экране, который излучает красный, зеленый и синий свет.
  • Экраны жидкокристаллических дисплеев (LCD) фильтруют свет, излучаемый задней подсветкой . Таким образом, цветовой охват ЖК-экрана ограничен излучаемым спектром задней подсветки. Типичные ЖК-экраны используют люминесцентные лампы с холодным катодом ( CCFL ) для подсветки. ЖК-экраны с определенной светодиодной подсветкой или подсветкой CCFL с широким цветовым охватом обеспечивают более широкий охват, чем ЭЛТ. Однако некоторые технологии ЖК-дисплеев изменяют цвет в зависимости от угла обзора. При переключении плоскостей или узоре вертикального выравнивания экраны имеют более широкий диапазон цветов, чем Twisted Nematic .
  • Телевидение обычно использует ЭЛТ, ЖК, LED или плазменный дисплей , но не в полной мере использует его свойства цветного дисплея из-за ограничений вещания . Общий цветовой профиль для ТВ основан на стандарте ITU Rec._601 . HDTV менее ограничен и использует слегка улучшенный цветовой профиль на основе стандарта ITU Rec._709 . Все же несколько меньше, чем, например, компьютерные дисплеи, использующие ту же технологию отображения. Это связано с использованием ограниченного подмножества RGB в широковещании (значения от 16 до 235) по сравнению с полным RGB на компьютерных дисплеях, где используются все биты от 0 до 255.
  • Смешивание красок , как для художественных, так и для коммерческих приложений, позволяет получить достаточно большую цветовую гамму, начиная с палитры большего размера, чем красный, зеленый и синий для ЭЛТ или голубой, пурпурный и желтый для печати. Краска может воспроизводить некоторые очень насыщенные цвета, которые не могут быть хорошо воспроизведены ЭЛТ (особенно фиолетовый), но в целом цветовая гамма меньше. [ необходима цитата ]
  • При печати обычно используется цветовое пространство CMYK (голубой, пурпурный, желтый и черный). Очень немногие процессы печати не включают черный цвет; однако эти процессы (за исключением принтеров с сублимацией красителя ) плохо воспроизводят цвета с низкой насыщенностью и низкой интенсивностью. Были предприняты усилия по расширению гаммы процесса печати за счет добавления чернил неосновных цветов; обычно это оранжевый и зеленый (см. гексахром ) или светло-голубой и светло-пурпурный (см. цветовую модель CcMmYK ). Иногда также используются плашечные чернила очень специфического цвета.
  • A монохромных цветовая гамма дисплея является одномерной кривой в цветовом пространстве. [12]

Широкая цветовая гамма [ править ]

Ультра HD Форум определяет широкую цветовую гамму ( WCG ) в качестве цветового пространства , которые имеют системы колориметрии ( цветность из основных цветов и белой точки ), которая шире , чем Rec. 709 . [13] Общая широкая цветовая гамма включает:

  • Рек. 2020 - Рекомендация ITU-R для UHDTV [14]
  • Рек. 2100 - Рекомендация МСЭ-R для HDR -TV (такая же цветность из основных цветов и белой точки , как Rec 2020. ) [15]
  • DCI-P3
  • Adobe RGB

Печать с расширенной гаммой [ править ]

Как упоминалось выше, цветовой охват печати с использованием голубого, пурпурного, желтого и черного цветов будет очень плохим. Поэтому в новых методах печати используются дополнительные три цвета, включая зеленый, оранжевый и фиолетовый, для увеличения печатной способности или ширины гаммы. Этот метод называется печатью с расширенной гаммой, или 7-цветной печатью, или печатью OGV . [16]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Лонг, Джон Х. (1950). «Шекспир и Томас Морли». Заметки на современном языке . 65 (1): 17–22. DOI : 10.2307 / 2909321 . JSTOR  2909321 .
  2. Томас Де Куинси (1854). Де Куинси . Джеймс Р. Осгуд. п. 36 . гамма оттенков 0-1856.
  3. ^ Шредингер, Эрвин (1919). "Theorie der Pigmente größter Leuchtkraft" . Annalen der Physik . 367 (15): 603–622. Bibcode : 1920AnP ... 367..603S . DOI : 10.1002 / andp.19203671504 .
  4. Перейти ↑ Lee, Hsien-Che (2005). «18.7: Теоретическая цветовая гамма» . Введение в науку о цветном изображении . Издательство Кембриджского университета . п. 468. ISBN 0-521-84388-X.
  5. ^ "Одночастотный лазер - лазер с одной продольной модой" . Проверено 26 февраля 2013 года .
  6. ^ "JDSU - диодный лазер, 810 или 830 или 852 нм, 50-200 мВт, одномодовый (серия 54xx)" . Архивировано из оригинального 25 марта 2014 года . Проверено 26 февраля 2013 года .
  7. ^ "Laserglow Technologies - портативные лазеры, юстирующие лазеры и лабораторные / OEM-лазеры" . Архивировано из оригинального 23 января 2013 года . Проверено 26 февраля 2013 года .
  8. ^ "Характеристики лазерного диода" . Проверено 26 февраля 2013 года .
  9. ^ «Цветная голография для создания очень реалистичных трехмерных изображений» .
  10. ^ «Технология DLP» . Проверено 14 февраля 2010 .
  11. ^ «Пленка гаммы, яблоки и апельсины» . Архивировано из оригинала на 2008-09-17 . Проверено 26 апреля 2007 .
  12. ^ Велью, Луис; Frery, Alejandro C .; Гомес, Йонас (29 апреля 2009 г.). Обработка изображений для компьютерной графики и зрения . Springer Science & Business Media. ISBN 9781848001930.
  13. ^ Форум Ultra HD (19 октября 2020 г.). «Правила форума Ultra HD v2.4» (PDF) . Проверено 11 февраля 2021 года .
  14. ^ «BT.2020: Значения параметров для телевизионных систем сверхвысокой четкости для производства и международного обмена программами» . www.itu.int . Проверено 11 февраля 2021 .
  15. ^ «BT.2100: Значения параметров изображения для телевидения с широким динамическим диапазоном для использования в производстве и международном обмене программами» . www.itu.int . Проверено 11 февраля 2021 .
  16. ^ «Точная печать фирменных цветов с помощью фиксированного набора чернил» .

Внешние ссылки [ править ]

  • Использование диаграммы цветности для оценки цветовой гаммы Брюса Линдблума.
  • Книга Яна Моровича по картированию цветовой гаммы .
  • Количественная оценка цветовой гаммы Уильяма Д. Каппеле
  • Интерактивная Flash-демонстрация CS 178 Стэнфордского университета, объясняющая отображение цветовой гаммы.