В видео яркость ( ) представляет яркость изображения («черно-белая» или ахроматическая часть изображения). [1] [2] [3] [4] Яркость обычно сочетается с цветностью . [3] [4] Яркость представляет ахроматическое изображение, в то время как компоненты цветности представляют цветовую информацию. Преобразование источников R′G′B′ (таких как выход камеры с тремя ПЗС ) в яркость и цветность позволяет выполнять субдискретизацию цветности : поскольку человеческое зрение имеет более тонкую пространственную чувствительность к яркостным («черно-белым») различиям, чем к хроматическим различиям, видеосистемы могут хранить и передавать хроматическую информацию с более низким разрешением, оптимизируя воспринимаемые детали в определенной полосе пропускания. [3]
Яркость — это взвешенная сумма гамма-сжатых компонентов R′G′B′ цветного видео — штриховые символы ′ обозначают гамма-сжатие . Слово было предложено для предотвращения путаницы между яркостью, как она реализована в видеотехнике, и относительной яркостью , как она используется в науке о цвете (т. е. как она определена CIE ). Относительная яркость формируется как взвешенная сумма линейных компонентов RGB, а не гамма-сжатых. Тем не менее, яркость иногда ошибочно называют яркостью. [2] SMPTE EG 28 рекомендует символ для обозначения яркости и символ для обозначения относительной яркости. [1]
Хотя термин luma встречается чаще, относительная яркость иногда используется в видеотехнике применительно к яркости монитора. Формула, используемая для расчета относительной яркости, использует коэффициенты, основанные на функциях соответствия цветов CIE и соответствующих стандартных цветностях красного, зеленого и синего (например, исходные основные цвета NTSC , SMPTE C или Rec. 709 ).
Для основных цветов Rec. 709 (и sRGB ) линейная комбинация, основанная на чисто колориметрических соображениях и определении относительной яркости, выглядит следующим образом:
Формула, используемая для расчета яркости в спецификации Rec. 709, произвольно также использует эти же коэффициенты, но с гамма-сжатыми компонентами:
где штрих ′ обозначает гамма-сжатие .
Для цифровых форматов, соответствующих CCIR 601 (т.е. большинства цифровых форматов стандартной четкости), яркость рассчитывается по следующей формуле:
Форматы, соответствующие Рекомендации МСЭ-Р BT. 709 (т.е. большинство цифровых форматов высокой четкости), используют другую формулу:
Современные системы HDTV используют коэффициенты 709, в то время как переходные форматы 1035i HDTV (MUSE) могут использовать коэффициенты SMPTE 240M :
Эти коэффициенты соответствуют основным цветам SMPTE RP 145 (также известным как «SMPTE C»), которые использовались на момент создания стандарта. [5]
Изменение коэффициентов яркости призвано обеспечить «теоретически правильные» коэффициенты, которые отражают соответствующие стандартные цветности («цвета») основных цветов: красного, зеленого и синего. Однако существуют некоторые разногласия относительно этого решения. [6] Разница в коэффициентах яркости требует, чтобы компоненты сигналов были преобразованы между Rec. 601 и Rec. 709 для обеспечения точных цветов. В потребительском оборудовании матрица, необходимая для выполнения этого преобразования, может быть опущена (для снижения стоимости), что приведет к неточным цветам.
Кроме того, коэффициенты яркости Rec. 709 не обязательно обеспечивают лучшую производительность. Из-за разницы между яркостью и относительной яркостью, яркость не точно отражает яркость изображения. В результате ошибки в цветности могут влиять на яркость. Яркость сама по себе не идеально отражает яркость; точная яркость требует как точной яркости, так и цветности. Следовательно, ошибки в цветности «просачиваются» в яркость изображения.
Обратите внимание на утечку светлоты вблизи границ. Из-за широкого использования субдискретизации цветности ошибки в цветности обычно возникают, когда она снижается в разрешении/полосе пропускания. Эта сниженная полоса пропускания в сочетании с высокочастотными компонентами цветности может вызывать видимые ошибки яркости. Примером высокочастотного компонента цветности может быть линия между зелеными и пурпурными полосами тестового шаблона цветных полос SMPTE . Ошибка в яркости может быть замечена как темная полоса, которая возникает в этой области. [7]
