Гамма - Gamut

Не путать с L.T.F. Гамма, гамбит, или же перчатка.
Типичная гамма ЭЛТ
Форма подковы, выделенная серым цветом, - это весь спектр возможных цветности, отображается в Диаграмма цветности CIE 1931 формат (см. ниже). Цветной треугольник - это гамма, доступная для sRGB цветовое пространство, обычно используемое в компьютерных мониторах; он не покрывает все пространство. Углы треугольника - это основные цвета для этой гаммы; в случае ЭЛТ, они зависят от цветов люминофоров монитора. В каждой точке отображается максимально яркий цвет RGB этой цветности, что приводит к яркому Полоса Маха полосы, соответствующие краям цветового куба RGB.

По цветопередаче, в том числе компьютерная графика и фотография, то гамма, или же цветовая гамма /ˈɡæмəт/, это определенный полное подмножество из цвета. Наиболее распространенное использование относится к подмножеству цветов, которое может быть точно представлено в данных обстоятельствах, например, в пределах заданного цветовое пространство или определенным устройство 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.

Вступление

Период, термин гамма был заимствован из области музыки, где в средние века латинское «гамма» означало весь диапазон музыкальных нот, из которых составлены музыкальные мелодии; Шекспир использование термина в Укрощение строптивой иногда приписывают автору / музыканту Томас Морли.[1] В 1850-х годах этот термин применялся к диапазону цветов или оттенков, например, Томас Де Куинси, кто написал "Порфирий Я слышал, что он проходит через такую ​​же широкую гамму оттенков, как мрамор ».[2]

В теория цвета, гамма устройства или процесса - это та часть цветовое пространство которые могут быть представлены или воспроизведены. Обычно цветовая гамма указывается в оттенок –насыщенность плоскости, поскольку система обычно может воспроизводить цвета в широком диапазоне интенсивность диапазон в пределах своей цветовой гаммы; для субтрактивный цвет система (например, используемая в печать ), диапазон интенсивности, доступный в системе, по большей части бессмыслен без учета специфических свойств системы (таких как освещение чернил).

Когда определенные цвета не могут быть выражены в рамках определенной цветовой модели, эти цвета называются вне диапазона.

Устройство, которое может воспроизводить все видимое цветовое пространство, - нереализованная цель в рамках инженерное дело из цветные дисплеи и печатные процессы. 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 цветов, выходящих за пределы гаммы, до ближайших цветов в целевом пространстве гореть изображение. 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 гаммы целевого цветового пространства, как можно скорее во время обработки, имеет решающее значение для качества конечного продукта.

Представление гамм

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

Палитры обычно представлены как области в Диаграмма цветности CIE 1931 как показано справа, с изогнутым краем, представляющим монохромный (на одной длине волны) или спектральные цвета.

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

На изображениях 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 коротковолновой (S), средневолновой (M) и длинноволновой (L) конусы в человеческий глаз. Остальные буквы обозначают черный (Blk), красный (р), зеленый (грамм), синий (B), голубой (C), пурпурный (M), желтый (Y) и белого цвета (W). (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 люминофор в мониторе компьютера и соотношении максимальных яркостей трех люминофоров (т. е. цветовом балансе).

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

Поверхности

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 представлена ​​химиком из прибалтийских немцев. Вильгельм Оствальд. Эрвин Шредингер показал в своей статье 1919 г. Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Теория пигментов с наибольшей яркостью)[3] что наиболее насыщенные цвета, которые могут быть созданы с заданной общей 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 нулевым 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 дает цвета, похожие на спектральные, и примерно повторяют подковообразную часть спектра. Диаграмма цветности CIE xy, но обычно менее насыщенные. 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 получила дальнейшее развитие Дэвид МакАдам и Зигфрид Рёш.[4] Макадам был первым, кто вычислил точные координаты выбранных точек на границе оптимального цветного твердого 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. Благодаря его достижению граница оптимального цветного твердого тела называется Предел MacAdam.

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

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 получения чистого монохромный (Один длина волны ) свет. Лучшим технологическим источником монохроматического света является лазер, что для многих систем может быть довольно дорогим и непрактичным. Однако, как оптоэлектронный развитие 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, контроль полупроводников, удаленное обнаружение, оптическое хранение данных, запись изображений, спектральный анализ, печать, прямая связь в свободном пространстве и волоконно-оптическая связь.[5][6][7][8]

Системы, использующие аддитивные цветовые процессы, обычно имеют цветовую гамму, которая примерно равна 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

Сравнение некоторой цветовой гаммы RGB и CMYK на диаграмме цветности xy CIE 1931
В sRGB гамма (оставили) и видимой гамме при освещении D65 (верно) проецируется в цветовое пространство CIExyY. Икс и у - горизонтальные оси; Y - вертикальная ось.

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

  • Лазерный видеопроектор использует три лазера для создания самой широкой гаммы, доступной сегодня в практическом дисплейном оборудовании, благодаря тому факту, что лазеры производят поистине монохроматические основные цвета. Системы работают либо путем сканирования всего изображения по точкам, либо путем модуляции лазера непосредственно на высокой частоте, что очень похоже на электронные лучи в ЭЛТ, или путем оптического расширения, а затем модуляции лазера и сканирования линии за раз, причем сама линия модулируется почти так же, как в DLP проектор. Лазеры также можно использовать в качестве источника света для DLP-проектора. Для увеличения диапазона цветового охвата можно комбинировать более трех лазеров. Этот метод иногда используется в голография.[9]
  • Цифровая обработка света или Технология 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] Современные DLP-проекторы используют быстро вращающееся колесо с прозрачными цветными «круговыми кусочками» для последовательного отображения каждого цветного кадра. Один поворот показывает полное изображение.
  • Фотопленка может воспроизводить большую цветовую гамму, чем обычный телевизор, компьютер или домашнее видео системы.[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.
  • Жидкокристаллический дисплей (LCD) экраны фильтруют свет, излучаемый подсветка. Таким образом, цветовой охват ЖК-экрана ограничен излучаемым спектром задней подсветки. В типичных ЖК-экранах используются люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL ) для подсветки. ЖК-экраны с определенными ВЕЛ или подсветка CCFL с широким цветовым охватом обеспечивает более полный охват, чем ЭЛТ. Однако некоторые технологии ЖК-дисплеев изменяют цвет в зависимости от угла обзора. В плоскости переключения или же Узорчатое вертикальное выравнивание экраны имеют более широкий диапазон цветов, чем Скрученный нематик.
  • Телевидение обычно использует ЭЛТ, ЖКД, светодиод или плазменный дисплей, но не в полной мере использует его свойства цветного отображения из-за ограничений вещание. Общий цветовой профиль для телевизоров основан на стандарте ITU. Rec._601. HDTV менее строгий 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 широковещательной передаче (без нижних и верхних 8 бит), по сравнению с полным RGB в компьютерных дисплеях, где используются все биты от 0 до 255.
  • Краска смешивание, как в художественных, так и в коммерческих целях, позволяет получить достаточно большую цветовую гамму, начиная с палитры большего размера, чем красный, зеленый и синий цвета ЭЛТ или голубой, пурпурный и желтый цвета печати. Краска может воспроизводить некоторые очень насыщенные цвета, которые не могут быть хорошо воспроизведены ЭЛТ (особенно фиолетовый), но в целом цветовая гамма меньше.[нужна цитата ]
  • Печать обычно использует CMYK цветовое пространство (голубой, пурпурный, желтый и черный). Очень немногие процессы печати не включают черный цвет; однако эти процессы (за исключением красители-сублимационные принтеры ) плохо воспроизводят цвета с низкой насыщенностью и низкой интенсивностью. Были предприняты усилия по расширению гаммы процесса печати за счет добавления чернил неосновных цветов; обычно они оранжевые и зеленые (см. Гексахром ) или светло-голубого и светло-пурпурного (см. Цветовая модель CcMmYK ). Плашечный цвет также иногда используются чернила очень специфического цвета.
  • А монохромный Цветовой охват дисплея - это одномерная кривая в цветовом пространстве.[12]

Широкая цветовая гамма

В Форум Ultra HD определяет широкую цветовую гамму (WCG) как цветовую гамму, которая шире, чем Рек. 709.[13] Общие стандарты широкой цветовой гаммы включают:

Рекомендации

  1. ^ Лонг, Джон Х. (1950). «Шекспир и Томас Морли». Заметки на современном языке. 65 (1): 17–22. Дои:10.2307/2909321. JSTOR  2909321.
  2. ^ Томас Де Куинси (1854 г.). Работы 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:1920АнП ... 367..603С. Дои:10.1002 / andp.19203671504.
  4. ^ Ли, Сянь-Че (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". Получено 26 февраля 2013.
  6. ^ «JDSU - диодный лазер, 810 или 830 или 852 нм, 50-200 мВт, одномодовый (серия 54xx)». Архивировано из оригинал 25 марта 2014 г.. Получено 26 февраля 2013.
  7. ^ «Laserglow Technologies - портативные лазеры, юстировочные лазеры и лабораторные / OEM-лазеры». Архивировано из оригинал 23 января 2013 г.. Получено 26 февраля 2013.
  8. ^ «Характеристики лазерного диода». Получено 26 февраля 2013.
  9. ^ «Цветная голография для создания очень реалистичных трехмерных изображений».
  10. ^ «Технология DLP». Получено 2010-02-14.
  11. ^ «Пленочная гамма, яблоки и апельсины». Архивировано из оригинал на 2008-09-17. Получено 2007-04-26.
  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. ^ а б «Форум Ultra HD: рекомендации по этапу A» (PDF). Форум Ultra HD. 2016-07-15. Получено 2016-07-29.

внешняя ссылка