В цветовой воспроизводимости и колориметрии , гамма , или цветовая гамма / ˈ ɡ æ m ə t / , представляет собой выпуклое множество , содержащее цвета , которые могут быть точно представлены, т. е. воспроизведены устройством вывода (например, принтером или дисплеем) или измерены устройством ввода (например, камерой или визуальной системой ). Устройства с большей гаммой могут представлять больше цветов. Аналогично, гамма может также относиться к цветам в пределах определенного цветового пространства , которое не связано с конкретным устройством. Трихроматическая гамма часто визуализируется 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 термина Шекспиром в « Укрощении строптивой» иногда приписывается автору/музыканту Томасу Морли . [1] В 1850-х годах термин применялся к диапазону цветов или оттенков, например, Томасом де Куинси , который писал: « Порфир , как я слышал, проходит через такую же большую гамму оттенков, как мрамор». [2]
Гамма устройства или процесса — это та часть цветового пространства , которая может быть представлена или воспроизведена. Обычно цветовая гамма указывается 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 свойств, специфичных для системы (например, освещенности чернил ).
Гаммы устройств должны использовать реальные основные цвета (те, которые могут быть представлены физическим спектральным распределением мощности ) и, следовательно, всегда являются неполными (меньше, чем визуальный диапазон человека). Никакой диапазон, определенный конечным числом основных цветов , не может представлять весь визуальный диапазон человека. Для представления приближения визуального диапазона человека необходимы три основных цвета. Для увеличения размера гаммы можно использовать больше основных цветов. Например, в то время как рисование красными, желтыми и синими пигментами достаточно для моделирования цветового зрения, 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. Печать изображения требует преобразования изображения из исходной цветовой модели RGB в цветовую модель CMYK принтера . Во время этого процесса цвета из модели RGB, которые находятся вне гаммы, должны быть каким-то образом преобразованы в приблизительные значения в пределах модели CMYK. Простая обрезка только цветов, которые находятся вне гаммы, до ближайших цветов в целевом пространстве приведет к сгоранию изображения. Существует несколько алгоритмов, аппроксимирующих это преобразование, но ни один из них не может быть по-настоящему идеальным, поскольку эти цвета просто находятся вне возможностей целевого устройства. Вот почему выявление цветов на изображении, которые находятся вне гаммы в целевом цветовом пространстве, как можно скорее во время обработки имеет решающее значение для качества конечного продукта. Также важно помнить, что внутри гаммы CMYK есть цвета, которые находятся за пределами наиболее часто используемых цветовых пространств RGB, таких как sRGB и Adobe RGB .
Управление цветом — это процесс обеспечения согласованных и точных цветов на устройствах с различными цветовыми охватами. Управление цветом обрабатывает преобразования между цветовыми охватами и каноническими цветовыми пространствами, чтобы гарантировать, что цвета представлены одинаково на разных устройствах. Цветовой охват устройства определяется цветовым профилем, обычно профилем ICC , который связывает цветовой охват со стандартизированным цветовым пространством и позволяет выполнять калибровку устройства. Преобразование из одного цветового охвата в меньший цветовой охват приводит к потере информации, поскольку цвета , выходящие за пределы цветового охвата, проецируются на меньший цветовой охват, а обратное преобразование в больший цветовой охват не восстанавливает эту потерянную информацию.
Колориметрия — это измерение цвета, как правило, способом, имитирующим человеческое восприятие цвета . [3] Устройства ввода, такие как цифровые камеры или сканеры, созданы для имитации трихроматического человеческого восприятия цвета и основаны на трех сенсорных элементах с различной спектральной чувствительностью, идеально выровненной приблизительно со спектральной чувствительностью человеческих фотопсинов . В этом смысле они имеют гамму, похожую на человеческую зрительную систему. Однако большинство этих устройств нарушают условие Лютера и не предназначены для того, чтобы быть по-настоящему колориметрическими, за исключением трехстимульных колориметров . Устройства ввода с более высоким измерением, такие как многоспектральные формирователи изображений , гиперспектральные формирователи изображений или спектрометры , захватывают цвет в гораздо большей гамме, размерно, чем человеческий визуальный охват. Чтобы быть воспринятыми людьми, изображения должны быть сначала уменьшены и обработаны ложным цветом .
Степень цвета, которую может обнаружить среднестатистический человек, аппроксимированная стандартным наблюдателем , — это зрительный охват человека . Зрительный охват обычно визуализируется на диаграмме цветности CIE 1931 , где спектральное место (изогнутый край) представляет монохроматические (одноволновые) или спектральные цвета . Поскольку устройство, которое вы используете для просмотра диаграммы, имеет меньший охват, чем визуальный охват, цвета, которые находятся вне охвата, воспроизводятся как цвета внутри охвата дисплея. Гаммы устройств обычно изображаются относительно зрительного охвата. Стандартный наблюдатель представляет собой типичного человека, но дальтонизм приводит к уменьшению зрительного охвата.
Гамма отражающих цветов в природе имеет похожую, хотя и более округлую форму. Объект, отражающий только узкую полосу длин волн, будет иметь цвет, близкий к краю диаграммы CIE, но при этом будет иметь очень низкую светимость. При более высоких светимостях 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 XX века потребность промышленности в контролируемом способе описания цветов и новая возможность измерения световых спектров инициировали интенсивные исследования в области математического описания цветов.
Идея оптимальных цветов была введена немецким химиком из Прибалтики Вильгельмом Оствальдом . Эрвин Шредингер в своей статье 1919 года «Теория пигментов с наивысшей светимостью» [4] показал , что наиболее насыщенные цвета, которые можно создать с заданной полной отражательной способностью, генерируются поверхностями, имеющими либо нулевую, либо полную отражательную способность на любой заданной длине волны, а спектр отражательной способности должен иметь не более двух переходов между нулем и полной.
Таким образом, возможны два типа спектров «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 в середине. Первый тип создает цвета, которые похожи на спектральные цвета и примерно соответствуют подковообразной части диаграммы цветности CIE xy , но, как правило, менее насыщены. Второй тип создает цвета, которые похожи (но, как правило, менее насыщены), чем цвета на прямой линии диаграммы цветности CIE xy, что приводит к цветам, похожим на пурпурный.
Работа Шредингера была в дальнейшем развита Дэвидом МакАдамом и Зигфридом Рёшем . [5] 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 в 10 единиц. Это позволило ему нарисовать оптимальное цветовое тело с приемлемой степенью точности. Благодаря его достижению граница оптимального цветового тела называется пределом МакАдама (1935).
В 1980 году Майкл Р. Пойнтер опубликовал максимальный цветовой охват для реальных поверхностей с диффузным отражением, используя 4089 образцов (поверхности с зеркальным отражением («глянцевые») могут выпадать из этого охвата). [6] Первоначально названные «цветовым каскадом Манселла», эти пределы чаще называют гаммой Пойнтера в честь его работы. Эта гамма остается важной в качестве эталона для воспроизведения цвета, [7] будучи обновленной новыми методами в приложении B к стандарту ISO 12640-3. [8]
На современных компьютерах можно вычислить оптимальную цветовую массу с большой точностью за секунды. Предел Мак-Адама, на котором находятся самые насыщенные (или «оптимальные») цвета, показывает, что цвета, близкие к монохроматическим, могут быть получены только при очень низких уровнях яркости, за исключением желтых цветов, поскольку смесь длин волн из длинной прямолинейной части спектрального локуса между зеленым и красным будет объединяться, чтобы сделать цвет очень близким к монохроматическому желтому.
Источники света, используемые в качестве основных в системе аддитивного воспроизведения цвета, должны быть яркими, поэтому они, как правило, не близки к монохроматическим. То есть цветовая гамма большинства источников света с переменным цветом может быть понята как результат трудностей получения 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 извлечь из этого выгоду; такие как спектроскопия Рамана, голография, биомедицинские исследования, флуоресценция, репрография, интерферометрия, проверка полупроводников, дистанционное обнаружение, оптическое хранение данных, запись изображений, спектральный анализ, печать, связь точка-точка в свободном пространстве и волоконно-оптическая связь. [9] [10] [11] [12]
Системы, использующие аддитивные цветовые процессы, обычно имеют цветовую гамму, которая представляет собой примерно выпуклый многоугольник в плоскости оттенок-насыщенность. Вершины многоугольника представляют собой наиболее насыщенные цвета, которые может воспроизвести система. В субтрактивных цветовых системах цветовая гамма чаще всего представляет собой нерегулярную область.
Ниже приведен список репрезентативных цветовых систем, более или менее упорядоченный от большего к меньшему цветовому охвату:
Ultra HD Forum определяет широкую цветовую гамму (WCG) как цветовую гамму, шире, чем BT.709 ( Rec. 709 ). [17] Цветовые пространства с WCG включают:
Цветовой охват печати, достигаемый с помощью голубых, пурпурных, желтых и черных чернил, иногда является ограничением, например, при печати цветов корпоративных логотипов. Поэтому некоторые методы цветной печати используют дополнительные цвета чернил для достижения большего цветового охвата. Например, некоторые используют зеленые, оранжевые и фиолетовые чернила для увеличения достижимой насыщенности оттенков, близких к ним. Эти методы по-разному называются гептатонной цветной печатью, расширенной цветовой печатью и 7-цветной печатью и т. д. [20] [21]
гамма оттенков 0-1856.