stringtranslate.com

Гамма

Типичная гамма электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) Подковообразная
форма, выделенная серым цветом, представляет собой весь диапазон возможных цветностей , отображаемый в формате диаграммы цветности CIE 1931 (см. ниже). Цветной треугольник — это гамма, доступная цветовому пространству sRGB , обычно используемому в компьютерных мониторах; он не покрывает все пространство. Углы треугольника являются основными цветами этой гаммы; в случае с ЭЛТ они зависят от цвета люминофора монитора. В каждой точке отображается максимально яркий цвет RGB данной цветности, в результате чего яркие полосы полосы Маха соответствуют краям цветового куба RGB .

В цветопередаче и колориметрии гамма или цветовая гамма / ˈ ɡ æ m ə t / — это выпуклый набор , содержащий цвета , которые могут быть точно представлены, т. е. воспроизведены устройством вывода (например, принтером или дисплеем ) или измерены с помощью устройство ввода (например, камера или визуальная система ). Устройства с большей гаммой могут отображать больше цветов. Аналогичным образом, гамма может также относиться к цветам в пределах определенного цветового пространства , которое не связано с конкретным устройством. Трехцветную гамму часто визуализируют как цветовой треугольник . Менее распространенное использование определяет гамму как подмножество цветов, содержащихся в изображении, сцене или видео.

Введение

Термин « гамма» был заимствован из области музыки, где в средние века латинское «гамма» означало весь диапазон музыкальных нот, из которых состоят музыкальные мелодии; Использование этого термина Шекспиром в « Укрощении строптивой» иногда приписывается автору/музыканту Томасу Морли . [1] В 1850-х годах этот термин применялся к ряду цветов или оттенков, например, Томасом де Квинси , который писал: « Я слышал, что порфир имеет такую ​​же широкую гамму оттенков, как и мрамор». [2]

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

Гаммы устройств должны использовать реальные первичные цвета (те, которые могут быть представлены физическим спектральным распределением мощности ) и, следовательно, всегда неполные (меньше, чем зрительная гамма человека). Никакая гамма, определяемая конечным числом основных цветов, не может отражать всю зрительную гамму человека. Три основных цвета необходимы для приблизительного представления зрительной гаммы человека. Для увеличения размера гаммы можно использовать больше основных цветов. Например, рисования красными, желтыми и синими пигментами достаточно для моделирования цветового зрения, но добавление дополнительных пигментов (например, оранжевого или зеленого) может увеличить размер гаммы, позволяя воспроизводить более насыщенные цвета.

При обработке цифрового изображения наиболее удобной цветовой моделью является модель RGB. Для печати изображения необходимо преобразовать изображение из исходной цветовой модели RGB в цветовую модель CMYK принтера . Во время этого процесса цвета модели RGB, выходящие за пределы гаммы, должны быть каким-то образом преобразованы в приблизительные значения в модели CMYK. Простая обрезка только цветов, выходящих за пределы гаммы, до ближайших цветов в целевом пространстве приведет к сгоранию изображения. Существует несколько алгоритмов, приближающих это преобразование, но ни один из них не может быть по-настоящему совершенным, поскольку эти цвета просто выходят за рамки возможностей целевого устройства. Вот почему выявление цветов изображения, выходящих за пределы гаммы целевого цветового пространства, как можно скорее во время обработки имеет решающее значение для качества конечного продукта. Также важно помнить, что внутри гаммы CMYK есть цвета, находящиеся за пределами наиболее часто используемых цветовых пространств RGB, таких как sRGB и Adobe RGB .

Управление цветом

Управление цветом — это процесс обеспечения единообразия и точности цветов на устройствах с разными гаммами. Управление цветом управляет преобразованиями между цветовыми гаммами и каноническими цветовыми пространствами, чтобы гарантировать одинаковое представление цветов на разных устройствах. Гамма устройства определяется цветовым профилем, обычно профилем ICC , который соотносит гамму со стандартизированным цветовым пространством и позволяет калибровать устройство. При преобразовании из одной гаммы в меньшую гамму теряется информация, поскольку цвета , выходящие за пределы гаммы, проецируются на меньшую гамму, а преобразование обратно в большую гамму не восстанавливает эту потерянную информацию.

Колориметрия

Колориметрия — это измерение цвета, обычно имитирующее восприятие цвета человеком . [3] Устройства ввода, такие как цифровые камеры или сканеры, созданы для имитации трехцветного человеческого восприятия цвета и основаны на трех сенсорных элементах с различной спектральной чувствительностью, идеально приблизительно согласованной со спектральной чувствительностью фотопсинов человека . В этом смысле их гамма аналогична зрительной системе человека. Однако большинство этих устройств нарушают условие Лютера и не предназначены для истинно колориметрических измерений, за исключением трехцветных колориметров . Устройства ввода более высокого измерения, такие как мультиспектральные формирователи изображений , гиперспектральные формирователи изображений или спектрометры , захватывают цвет в гораздо большей гамме по измерениям, чем зрительная гамма человека. Чтобы люди могли воспринимать изображения, их сначала необходимо уменьшить и обработать ложными цветами .

Визуальный охват

Степень цвета, которую может обнаружить средний человек, приближенная к стандартному наблюдателю , представляет собой зрительную гамму человека . Визуальная гамма обычно визуализируется на диаграмме цветности CIE 1931 года , где спектральный локус (изогнутый край) представляет монохроматические (одноволновые) или спектральные цвета . Поскольку устройство, которое вы используете для просмотра диаграммы, имеет меньшую гамму, чем визуальная гамма, цвета, выходящие за пределы гаммы, воспроизводятся как цвета внутри гаммы дисплея. Гаммы устройств обычно изображаются относительно визуальной гаммы. Стандартный наблюдатель представляет собой типичного человека, но дальтонизм приводит к уменьшению зрительной гаммы.

Цветопередача

Визуализация гамм

Гамма светоотражающих цветов в природе имеет аналогичную, хотя и более округлую форму. Объект, отражающий только узкий диапазон длин волн, будет иметь цвет, близкий к краю диаграммы CIE, но при этом будет иметь очень низкую светимость. При более высокой яркости доступная область на диаграмме CIE становится все меньше и меньше, вплоть до одной точки белого цвета, где все длины волн отражаются ровно на 100 процентов; точные координаты белого определяются цветом источника света.

Ограничения представления цвета

Поверхности

Спектр светоотражающего материала с оптимальным цветом. Не существует известного материала с такими свойствами, они всего лишь воображаемые.
Пределы Макадама для источника света CIE FL4 в CIE xyY

В начале 20-го века промышленный спрос на контролируемый способ описания цветов и новую возможность измерения спектров света положил начало интенсивным исследованиям математического описания цветов.

Идею оптимальных цветов ввел балтийский немецкий химик Вильгельм Оствальд . Эрвин Шредингер в своей статье 1919 года Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Теория пигментов с наивысшей светимостью) [4] показал , что наиболее насыщенные цвета, которые можно создать с заданной общей отражательной способностью, генерируются поверхностями, имеющими либо нулевую, либо полную отражательную способность при любая заданная длина волны, а спектр отражательной способности должен иметь не более двух переходов между нулем и полным.

Таким образом, возможны два типа спектра «оптимального цвета»: 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 создает цвета, похожие на спектральные цвета и примерно повторяющие подковообразную часть диаграммы цветности CIE xy , но, как правило, менее насыщенные. Второй тип создает цвета, которые похожи (но, как правило, менее насыщены) на цвета прямой линии на диаграмме цветности CIE xy, что приводит к пурпурным цветам.

Работу Шредингера продолжили Дэвид МакАдам и Зигфрид Рёш  [Викиданные] . [5] МакАдам был первым человеком, который рассчитал точные координаты выбранных точек на границе оптимального цветового тела в цветовом пространстве CIE 1931 года для уровней яркости от Y = 10 до 95 с шагом в 10 единиц. Это позволило ему нарисовать оптимальное цветное тело с приемлемой степенью точности. Благодаря его достижениям граница оптимального цветного тела получила название предела Мак-Адама (1935).

В 1980 году Майкл Р. Пойнтер опубликовал максимальную гамму для реальных поверхностей с диффузным отражением, используя 4089 образцов (поверхности с зеркальным отражением («глянцевые») могут выходить за пределы этой гаммы). [6] Первоначально эти пределы назывались «Цветовой каскад Манселла», а в честь его работы чаще называют « гаммой Пойнтера» . Эта гамма остается важной в качестве эталона для цветопередачи [7] и была обновлена ​​новыми методами в ISO 12640-3, Приложение B. [8]

На современных компьютерах можно с большой точностью рассчитать оптимальное цветовое тело за считанные секунды. 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 от длинных прямых -линейная часть спектрального локуса между зеленым и красным объединится, чтобы создать цвет, очень близкий к монохроматическому желтому.

Источники света

Источники света, используемые в качестве основного в аддитивной системе 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 с получением чистого монохроматического (одной длины волны ) света. Лучшим технологическим источником монохроматического света является лазер , который может быть довольно дорогим и непрактичным для многих систем. Однако по мере развития оптоэлектронной технологии диодные лазеры с одной продольной модой становятся менее дорогими, и многие приложения уже могут получить от этого выгоду; такие как рамановская спектроскопия, голография, биомедицинские исследования, флуоресценция, репрография, интерферометрия, проверка полупроводников, дистанционное обнаружение, хранение оптических данных, запись изображений, спектральный анализ, печать, двухточечная связь в свободном пространстве и оптоволоконная связь. [9] [10] [11] [12]

Системы, использующие аддитивные цветовые процессы, обычно имеют цветовую гамму, которая представляет собой примерно выпуклый многоугольник в плоскости оттенка-насыщенности. Вершины многоугольника имеют самые насыщенные цвета, которые может создать система. В субтрактивных системах цветности цветовой охват чаще представляет собой нерегулярную область.

Сравнение различных систем

Сравнение некоторой цветовой гаммы RGB и CMYK на диаграмме цветности xy CIE 1931 года.

Ниже приводится список репрезентативных цветовых систем, более или менее упорядоченных от большой к маленькой цветовой гамме:

Широкая цветовая гамма

Форум Ultra HD определяет широкую цветовую гамму (WCG) как цветовую гамму, более широкую, чем у BT.709 ( Рекомендация 709 ). [17] Цветовые пространства с WCG включают:

Печать с расширенной гаммой

Цветовая гамма печати, достигаемая при использовании голубых, пурпурных, желтых и черных чернил, иногда является ограничением, например, при печати цветов корпоративных логотипов. Поэтому в некоторых методах цветной печати используются дополнительные цвета чернил для достижения большей гаммы. Например, некоторые используют зеленые, оранжевые и фиолетовые чернила, чтобы увеличить достижимую насыщенность близких к ним оттенков. Эти методы по-разному называются семицветной цветной печатью, печатью с расширенной гаммой, 7-цветной печатью и т. д. [20] [21]

Рекомендации

  1. ^ Лонг, Джон Х. (1950). «Шекспир и Томас Морли». Заметки о современном языке . 65 (1): 17–22. дои : 10.2307/2909321. JSTOR  2909321.
  2. ^ де Куинси, Томас (1854). Работы Де Квинси. Джеймс Р. Осгуд. п. 36. гамма оттенков 0-1856.
  3. Оно, Йоши (16 октября 2000 г.). Основы CIE для измерения цвета (PDF) . IS&T NIP16 Международный. Конф. по технологиям цифровой печати. стр. 540–45. Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2009 года . Проверено 18 июня 2009 г.
  4. ^ Шредингер, Эрвин (1919). «Теория большого пигмента Leuchtkraft». Аннален дер Физик . 367 (15): 603–622. Бибкод : 1920АнП...367..603С. дои : 10.1002/andp.19203671504.
  5. ^ Ли, Сянь-Че (2005). «18.7: Теоретическая цветовая гамма». Введение в науку о цветных изображениях . Издательство Кембриджского университета . п. 468. ИСБН 1-139-44455-7. Проверено 22 сентября 2022 г.
  6. ^ Чарльз Пойнтон (2010). «Захват изображения в широком диапазоне». Общество визуализации, науки и технологий. п. 472.
  7. ^ Тацухико Мацумото; Ёсихидэ Симпуку; Такехиро Накацуэ; Шуичи Хага; Хироаки Это; Ёсиюки Акияма и Наоя Като (2006). 19.2: xvYCC: новый стандарт для видеосистем, использующих цветовое пространство YCC с расширенной гаммой . МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ SID. Общество отображения информации. стр. 1130–1133. дои : 10.1889/1.2433175.
  8. ^ Холм, Дж; Тасти, я; Джонсон, Т. «Определение и использование эталонной цветовой гаммы ISO 12640-3». стр. 62–8.
  9. ^ «Одночастотный лазер - одиночный лазер продольной моды» . Проверено 26 февраля 2013 г.
  10. ^ «JDSU - Диодный лазер, 810, 830 или 852 нм, 50-200 мВт, одномодовый (серия 54xx)» . Архивировано из оригинала 25 марта 2014 года . Проверено 26 февраля 2013 г.
  11. ^ «Технологии Laserglow - портативные лазеры, юстировочные лазеры и лабораторные / OEM-лазеры» . Архивировано из оригинала 23 января 2013 года . Проверено 26 февраля 2013 г.
  12. ^ «Характеристики лазерного диода» . Проверено 26 февраля 2013 г.
  13. ^ Бьелхаген, Ганс И.; Мирлис, Евангелос (2008). «Цветная голография для создания высокореалистичных трехмерных изображений». Прикладная оптика . 47 (4): А123-33. Бибкод : 2008ApOpt..47A.123B. дои : 10.1364/AO.47.00A123. ПМИД  18239694.
  14. ^ «DLP-технология» . Проверено 14 февраля 2010 г.
  15. ^ «Киногамма, яблоки и апельсины» . Архивировано из оригинала 17 сентября 2008 года . Проверено 26 апреля 2007 г.
  16. ^ Велью, Луис; Фрери, Алехандро К.; Гомеш, Йонас (29 апреля 2009 г.). Обработка изображений для компьютерной графики и зрения. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-84800-193-0.
  17. ^ Форум Ultra HD (19 октября 2020 г.). «Правила форума Ultra HD v2.4» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 20 ноября 2021 года . Проверено 11 февраля 2021 г.
  18. ^ «BT.2020: Значения параметров для систем телевидения сверхвысокой четкости для производства и международного обмена программами» . www.itu.int . Проверено 11 февраля 2021 г.
  19. ^ «BT.2100: Значения параметров изображения для телевидения с расширенным динамическим диапазоном для использования в производстве и международном обмене программами» . www.itu.int . Проверено 11 февраля 2021 г.
  20. ^ Остромоухов, Виктор (1993). «Улучшение цветовой гаммы за счет гептатоновой многоцветной печати». Независимая от устройства цветная визуализация и интеграция систем обработки изображений. Том. 1909. ШПАЙ. стр. 139–151). ISBN 0-8194-1142-6. Проверено 23 июня 2021 г.
  21. ^ «Точная печать фирменных цветов с помощью фиксированного набора чернил» .

Внешние ссылки