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.
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 — 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 — 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 .
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.
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.
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 . [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, 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.
Ниже приводится список репрезентативных цветовых систем, более или менее упорядоченных от большой к маленькой цветовой гамме:
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:
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]
гамма оттенков 0-1856.