Przestrzeń kolorów RGB

Przestrzeń kolorów RGB to addytywna przestrzeń kolorów, która odtwarza percepcję kolorów poprzez addytywne mieszanie trzech podstawowych kolorów ( czerwonego, zielonego i niebieskiego ). Wizja kolor człowieka charakteryzuje się trzema rodzajami stożków. Ta przestrzeń kolorów opiera się w zasadzie na teorii trzech kolorów .

Podstawy

Przestrzeń kolorów RGB może być reprezentowana jako przestrzeń liniowa, wyraźnie jako sześcian kolorów.

Po wstępnych badaniach i refleksjach nad zjawiskiem „widzenia barw” w XVIII wieku, to przede wszystkim badania naukowe XIX wieku doprowadziły do ​​powstania pierwszych teorii ilościowych. Jednym z nich jest teoria trzech kolorów . Następnie prawie wszystkie bodźce kolorystyczne można odtworzyć poprzez zmieszanie trzech kolorów podstawowych . Widmo światła składające się z trzech podstawowych bodźców barwnych może znacznie różnić się od widma pierwotnego bodźca bez zauważania różnicy przez ludzkie oko: dwa bodźce barwne są metameryczne . Jeśli nie można rozróżnić dwóch bodźców kolorystycznych, nie jest konieczne przechowywanie dokładnego rozkładu widmowego w celu rekonstrukcji tonów kolorystycznych. Aby odtworzyć ten bodziec kolorystyczny, wystarczy zapisać trójkę liczb opisujących ilość światła czerwonego, zielonego i niebieskiego. Dokładnie tak opisuje się kolor w przestrzeni RGB. Jeśli czerwony, zielony i niebieski są zdefiniowane w maksymalnej intensywności, czerwony składnik R, zielony składnik G i niebieski składnik B mogą opisywać kolor: Kolor =  (R, G, B)

Zakresy wartości dla bodźców kolorystycznych (R, G, B) można definiować w różny sposób. Klasyczna reprezentacja dopuszcza wartości z przedziału od 0 do 1 (czyli od 0 do 100 procent). Opiera się to na praktycznej klasycznej realizacji poprzez tłumienie istniejącego światła. Aplikacje zorientowane na komputery często wykorzystują notację opartą na klasycznej formie przechowywania: przechowywane są liczby całkowite od 0 do maksymalnej liczby, takiej jak 255.

Przestrzeń kolorów Adobe RGB (1998) w standardowej tabeli kolorów CIE (reprezentacja kolorów dla orientacji): Przestrzeń kolorów Adobe RGB (1998) obejmuje tylko kolory z narysowanego trójkąta i nie zawiera znacznej części kolorów dostrzegalnych.

Ponieważ percepcja natężenia ludzkiego jest nieliniowa zgodnie z regułą Webera-Fechnera , dla luminancji zwykle przeprowadza się kodowanie nieliniowe. Jest to często określane jako funkcja gamma, ponieważ pierwsze implementacje wykorzystywały funkcję potęgową Y ~ L ^{1 / γ} jako podejście. Współczynnik gamma z γ> 1 opisuje krzywiznę krzywej. Funkcja odwrotna to L ~ Y  ^γ .

Oprócz tego nieliniowego kodowania układ współrzędnych ma łącznie 9 stopni swobody, które należy zdefiniować dla określonej przestrzeni RGB. Informacje mogą być podawane na różne sposoby, co może wprowadzać w błąd użytkownika. Istnieją różne opcje dla wszystkich trzech podstawowych wartościowości

• przy użyciu standardowej tabeli kolorów (x, y) z dodatkiem punktu bieli jako jasności odniesienia
• za pomocą matrycy (Y, x, y) ze składowymi wartości koloru standardowego x i y oraz wartością koloru standardowego Y, która jest tutaj używana jako miara jasności
• przy użyciu matrycy (X, Y, Z), a tym samym wszystkich trzech standardowych wartości kolorów X, Y, Z, opartych na funkcjach wartości widmowych ustanowionych przez CIE w 1931 roku.

Zamiast 8-bitowych liczb całkowitych bez znaku, nowoczesne aplikacje i interfejsy zorientowane na komputery często używają liczb zmiennoprzecinkowych, przynajmniej wewnętrznie, które wyłamują się z przedziału [0,255] i dlatego mogą reprezentować większe zakresy wartości z wyższą rozdzielczością. Oznacza to, że nie ma ograniczeń co do maksymalnej jasności.

Kolorowe pole przestrzeni XYZ oznacza ilość wszystkich widocznych kolorów. Standardowy system wartościowość CIE wyraźnie reprezentowane przez Rösch Kolor nadwozia . Informacje o profilach ICC, które są używane dla kolorowych urządzeń wejściowych i wyjściowych koloru, monitora , skanera , drukarki , każda wymagana przestrzeń kolorów (RGB, CMYK) została przekształcona. Ta transformacja nie jest jednak wyraźnie możliwa. Materialnie realizowana przestrzeń kolorów RGB znajduje się na diagramie chromatyczności , a dokładniej w przestrzeni kolorów CIE w trójkącie. Na ilustracji obok taki trójkąt jest zaznaczony na czarno. Ze względu na różne przekształcenia (głównie jako macierz 3×3) wartości liczbowych i jednocześnie lepszą dostępność techniczną, istnieją różnie definiowane i standaryzowane warianty (s-RGB, Adobe-RGB, Bruce-RGB).

posługiwać się

Przestrzeń barw RGB jest wykorzystywana w systemach samoświetlnych (wyświetlających kolory), które podlegają zasadzie addytywnego mieszania kolorów , a więc określanego również jako mieszanie światła . Zgodnie z prawami Graßmanna kolory można zdefiniować za pomocą trzech specyfikacji, w przestrzeni kolorów RGB są to składowe czerwona, zielona i niebieska. Konkretna forma przestrzeni barw zależy od konkretnego systemu technicznego, dla którego została określona dana przestrzeń barw, w tym od konkretnych długości fal kolorów podstawowych.

sRGB (standard RGB) został opracowany dla monitorów, których bazą kolorów są trzy luminofory (substancje luminescencyjne). Taka substancja emituje widmo światła w momencie uderzenia elektronów, odpowiednie luminofory to luminofory o emisji wąskopasmowej na długościach fal w zakresie właściwości percepcyjnych niebieski, zielony, czerwony. w odpowiedniej odległości od ekranu piksele łączą się addytywnie). Intensywność wiązki wzbudzającej odpowiada trójce w przestrzeni kolorów RGB i może być określona na przykład jako ułamek dziesiętny (0 do 1 lub 0 do 100%) lub dyskretnie z 8 bitami na kanał (0 ... 255 ) (8-bitowy TIFF ). W zależności od rodzaju aplikacji preferowane są określone reprezentacje wartości.

Przy większych nośnikach danych możliwe stały się poziomy tonów 16 bitów na kanał. Możliwe są trzykrotnie od 0 do 65535 ( ), co daje łącznie 281 bilionów kolorów, na przykład z 16-bitowym TIFF i 16-bitowym PNG . Dobre techniczne systemy wyjściowe mogą odtworzyć więcej kolorów niż ludzie są w stanie rozróżnić, nawet przeszkoleni ludzie uzyskują tylko około 500 000 niuansów kolorów. W przypadku specjalnych aplikacji wartości 16-bitowe mają jednak doskonały sens. W ten sposób możliwe są dokładniejsze obserwacje do oceny w diagnostyce rentgenowskiej. ${\ styl wyświetlania 2 ^ {16}}$

Odwzorowanie kolorów w przypadkach, takich jak kolorowe obrazy z drukarek komputerowych, kolorowe zdjęcia na bazie halogenku srebra, druk czasopism i kolorowe obrazy w książkach, odbywa się poprzez remisję na powierzchni prezentacyjnej. Prawa subtraktywnego mieszania kolorów, dla których opracowano przestrzeń kolorów CMY, mają zatem zastosowanie tutaj ze względu na głębię kolorów, zwykle z czernią dla głębi kolorów jako przestrzenią kolorów CMYK.

Reprezentacja przestrzeni kolorów RGB odbywa się (mniej wyraźnie niż w przypadku innych przestrzeni kolorów ) w kartezjańskim układzie współrzędnych w postaci sześcianu . Rysunek przedstawia widok tylnej ściany po lewej stronie, widok pośrodku, a widok wnętrza po prawej stronie. Komponenty czerwone, zielone i niebieskie podążają za osiami; w rogach żółty, magenta, cyjan. Na początku współrzędnych przy R = G = B = 0 jest kolor czarny, wzdłuż przestrzennej przekątnej szary do punktu narożnego kolorem białym.

Wykorzystanie przestrzeni kolorów RGB do reprodukcji obrazu

Kolorowe monitory wyświetlają kolory, nakładając czerwone, zielone i niebieskie piksele.

Przestrzenie kolorów RGB jako addytywne przestrzenie kolorów służą jako podstawa do wyświetlania kolorowych obrazów za pomocą urządzeń wyświetlających obrazy, które addytywnie łączą kolory z trzech lub więcej kolorów. Oprócz wyświetlaczy CRT i TFT są to również projektory wideo. Nie ma znaczenia, w jaki sposób sterowane są poszczególne kanały kolorów, czy to za pomocą sygnału analogowego, czy cyfrowego z 5, 8, 10 lub 16 bitami na kanał koloru.

Zazwyczaj do reprezentacji używane są trzy podstawowe kolory: czerwony, zielony i niebieski. Więcej „kolorów” można wykorzystać do zwiększenia gamy lub maksymalnej jasności. W ten sposób kolory pokryte wielokątem mogą być lepiej reprezentowane, przynajmniej przy mniejszej jasności. Nie ma ograniczeń co do trójkąta RGB zamkniętego podkową. Aby zwiększyć maksymalną jasność, biały może być użyty jako dodatkowy kolor podstawowy. W ten sposób można przedstawić większą jasność, ale z dalszą utratą gamy. Obie opcje są używane z projektorami DLP .

Jednak w takich przypadkach konieczne jest dalsze przetwarzanie danych RGB karty graficznej przez urządzenie wyjściowe. W przypadku projekcji wielokolorowej niezbędna jest odpowiednia robocza przestrzeń barw karty graficznej, aby móc wykorzystać zalety.

Punkty narożne trójkąta chromatyczności RGB można wybrać dowolnie, nie są one ograniczone dostępnością kryształów fluorescencyjnych . Nie ma nierozerwalnego związku z trzema (podstawowymi) kolorami światła, które mogą wytworzyć materiały luminescencyjne urządzenia wyjściowego. Wartości kolorów poza trójkątem określonym przez punkty narożne nie mogą być wyświetlane. Na przykład w kineskopie brakuje wielu silnych, bogatych odcieni zieleni i błękitu, które występują w naturze, a także spektralnie czystej czerwieni i fioletu w przestrzeni RGB.

W przypadku zastąpienia materiałów luminescencyjnych ekranu diodami LED lub podobnymi elementami na kolor czerwony, zielony, niebieski, efekt kolorystyczny nie zmienia się w stosunku do tego opisu, pod warunkiem, że mogą pokryć wykorzystywaną przestrzeń RGB. Na przykład płaskie ekrany nie mają kineskopu i generują kolory poprzez wzbudzenie pola elektrycznego. Inne luminofory wymagają innego położenia trójkąta RGB (pokazanego na podeszwie koloru xy). Wymogiem technicznym jest maksymalne dostosowanie położenia punktów narożnych diagramu dla wyświetlaczy LC do położenia w kineskopie. Jeśli to się nie powiedzie, należy przeprowadzić matematyczną konwersję, dzięki której można pominąć kolory, ponieważ współrzędne nie mogą mieć wartości ujemnych. Jeśli konwersja nie zostanie przeprowadzona, kolory będą wyświetlane zniekształcone. Możliwe, że niuanse kolorów między czerwonym a ( żółto-pomarańczowym ) są zauważalnie różnie wyświetlane na różnych urządzeniach.

Wykorzystanie przestrzeni kolorów RGB do akwizycji obrazu

Choć na pierwszy rzut oka wygląda na to, że rejestracja obrazu podlega tym samym zasadom, co reprodukcja obrazu, to jednak między rejestracją obrazu a jego reprodukcją istnieją zasadnicze różnice:

• Niekorzystne widma dla pierwotnych walencji prowadzą jedynie do niewielkiej gamy reprodukcji obrazu , w ramach której możliwe jest jednak idealne odwzorowanie kolorów (trójkąt staje się mały).
• Nieodpowiednie czułości spektralne kolorów podstawowych urządzenia rejestrującego obraz prowadzą do najczęściej niemożliwych do skorygowania błędów kolorów (zgina się podkowę).
• Nie jest możliwe zbudowanie monitora, który wyświetlałby wszystkie kolory, które są w stanie dostrzec ludzie.
• Martwe i gorące piksele aparatu można odwzorować , ale nie jest to możliwe bez problemów z wyświetlaczem.

Gama ważnych przestrzeni RGB

Zwykłe przestrzenie kolorów RGB

W zasadzie istnieje nieskończona liczba przestrzeni kolorów, które są określane przez określenie podstawowych wartościowości, punktu bieli i krzywej gradacji (gamma) (dokładnie dzieje się to w matrycowych profilach ICC ). Podstawowe wartościowości określają trójkąt kolorów, które mogą być reprezentowane na niskich poziomach jasności, punkt bieli stosunek intensywności dla trójek kolorów z trzema identycznymi składnikami, a zatem pośrednio stosunek maksymalnej czerwieni do maksymalnej zieleni i niebieskiego.

Poniższa lista zawiera przegląd historii zwykłych przestrzeni kolorów RGB.

1. Przestrzeń kolorów CIE XYZ
2. Przestrzeń kolorów CIE RGB
3. NTSC-RGB
4. Przestrzeń barw PAL i SECAM
5. przestrzeń barw sRGB
6. Przestrzeń kolorów Adobe RGB
7. Szeroka gama kolorów
8. przestrzeń barw eciRGB
9. Przestrzeń kolorów ProPhoto RGB
10. SMPTE ST2084: 2014 przestrzeń kolorów
11. Hybrydowa przestrzeń kolorów Log Gamma
12. Dalszy rozwój przestrzeni kolorów

Przestrzeń kolorów CIE XYZ

Ta przestrzeń kolorów XYZ z 1931 r. jest pierwszą próbą standaryzacji w celu znalezienia jednolitego systemu wyświetlania na całym świecie. Punktem wyjścia do tego były eksperymentalnie określone czułości czopków. Zastosowana technologia pomiarowa i ocena testu odpowiadają stanowi techniki lat dwudziestych. Niemniej jednak przestrzeń barw jest nadal często wykorzystywana w praktyce. Pomiar koloru w tamtym czasie wykorzystywał „sztuczkę”, która w jasnych barwach poprzez mieszanie może generować światło na „Istseite”, że tak powiem, negatywne bodźce kolorystyczne na „negatywie”. Wymogiem dla przestrzeni kolorów XYZ było to, aby obejmowała wszystkie kolory, które mogą być postrzegane przez ludzi. Przestrzeń kolorów XYZ jest przede wszystkim miarą przestrzeni kolorów, ale może być używana do reprezentowania kolorów.

Ponieważ ta ostatnia obejmuje całą „ podkowę ” wszystkich typów kolorów, wszystkie istniejące kolory są przez nią przechwytywane. Głównym problemem jest jego nierówność. W kolorze zielonym różnice kolorów, które są postrzegane jako takie same, są większe niż w kolorze czerwonym i niebieskim. Do podstawowych wartościowości wybiera się tak, że współrzędne koloru można łatwo przedstawić. Dlatego nie są to tak naprawdę istniejące kolory . Tak więc nie ma prawdziwych kolorów w RGB, które mogłyby odtworzyć tę przestrzeń kolorów.

Przestrzeń kolorów CIE RGB

Rzeczywistym przestrzeń barw CIE RGB jest utworzony przez konwersję do wirtualnej przestrzeni barw CIE (XYZ, która opiera się na braku bodźców do zakodowania kolorów) na bodźce kalibracji łatwych do zakodowania linii widmowych:

• czerwony: 700 nm (praktycznie wszystkie długości fal powyżej 650 nm mają ten sam kolor dla ludzkiego oka, dlatego można zastosować praktycznie wszystkie linie widmowe powyżej 650 nm, np. głęboka czerwień 690,7 nm Hg)
• zielony: 546,1 nm (zielona linia Hg)
• niebieski: 435,8 nm (niebieska linia Hg)

W ten sposób uzyskano niemal doskonałe pokrycie czerwieni, pomarańczy, żółci oraz w zakresie niebieskim i fioletowym. W obszarach turkusowych i zielonych widoczne są jednak wyraźne słabości ze względu na niekorzystny wybór zielonego bodźca. W szczególności nie wszystkie kolory CMYK mogą być wyświetlane, zwłaszcza w zakresie od zielonego do turkusowego (od 480 nm do 510 nm).

Przestrzeń kolorów wczesnego NTSC

Wprowadzenie NTSC - telewizji kolorowej w 1953 roku, jako bodźce wykorzystano (wtedy) kolorowe luminofory:

• czerwony: wanadan itru z domieszką europu (Eu ⁺ YVO ₄ )
• zielony: domieszkowany srebrem siarczek cynkowo-kadmowy (Ag ⁺ ZnS / CdS)
• niebieski: siarczek cynku (ZnS)

Wartościowości pierwotne wynikają z widm emisyjnych użytych luminoforów. Klasyczna przestrzeń kolorów NTSC została zastąpiona w 1979 roku przez ATC (poprzednik ATSC ) przestrzenią kolorów SMPTE-C, która była bardziej zbliżona do przestrzeni kolorów EBU.

Przestrzeń barw PAL i SECAM oraz późniejszy NTSC (EBU 3213, ITU-R BT.470-2, SMPTE-C)

Równolegle do standaryzacji kolorowego wyświetlacza dla monitorów komputerowych z sRGB, standardy telewizji kolorowej zostały zrewidowane i dostosowane. Ponieważ te same elektronicznie stymulowane substancje wyjściowe są w zasadzie dostępne dla obu systemów technicznych, opcje wyświetlania kolorów są prawie takie same. Podobnie jak w przypadku przestrzeni kolorów sRGB, zwłaszcza odwzorowanie kolorów w kolorze zielonym zostało odłożone na bok w porównaniu z lepszym wyświetlaczem czerwonym i niebieskim. Istniały równoległe standaryzacji, dzięki czemu oprócz przestrzeni barw EBU/ITU-R istnieje nieco inna przestrzeń barw SMPTE- C. Wraz z wprowadzeniem HDTV przestrzeń kolorów sRGB (prawdopodobnie) zyskuje na popularności w zastosowaniach telewizyjnych.

Przestrzeń kolorów sRGB

Przestrzeń sRGB powstała w 1996 roku dzięki współpracy Hewlett-Packard i Microsoft Corporation .

Jeśli zapisane trójki kolorów są wyświetlane bezpośrednio, powinno być możliwe uzyskanie dobrego odwzorowania kolorów bez zarządzania kolorami. Zmienną docelową był bezpośredni związek między stymulacją a odtwarzanym kolorem. sRGB jest opisane w CCIR Rec 701 (XA/11).

Ten model kolorów bazuje na dostępnych luminoforach i ma słabości w odwzorowaniu nasyconych tonów czerwieni, zieleni i błękitu. Nie wszystkie kolory, które można wydrukować za pomocą CMYK w siedmiokolorowym druku, mogą być wyświetlane. Zwłaszcza w zakresie od zielonego do turkusowego (od 480 nm do 510 nm) występują poważne niedobory, które w dużej mierze zostały zniwelowane przez następującą przestrzeń barw.

Przestrzeń kolorów Adobe RGB (1998)

W 1998 r. firma Adobe wdrożyła rozwiązania, które powinny umożliwić wyświetlanie wszystkich kolorów modelu kolorów CMYK, które są istotne dla drukowania w nowej gamie kolorów Adobe RGB (1998).

W porównaniu z sRGB nastąpiła znaczna poprawa w odcieniach turkusu i zieleni. Jednak podstawowe wartościowości zostały ustawione w taki sposób, że odwzorowanie nasyconych tonów czerwonych prawie się nie poprawiło, a nasyconych tonów niebieskich uległo nawet nieznacznemu pogorszeniu. Zmiana ta nie wpłynęła jednak na reprezentację tonów mniej nasyconych, które występują częściej.

Kompromis polegał na wyważeniu w praktyce najpopularniejszych reprodukcji kolorów. Podczas odtwarzania prawdziwych obrazów kolory o wysokim nasyceniu pojawiają się rzadziej niż te mniej nasycone. Jakość obrazu dla większości reprodukcji kolorowych jest wystarczająco dobra. Prawie wszystkie kolory siedmiokolorowego druku CMYK można było odtworzyć w przestrzeni barw RGB.

Przestrzeń kolorów Adobe Wide Gamut RGB

Adobe RGB był dalszym rozwojem, ale w praktyce nie spełnia jeszcze zwiększonych wymagań. Na przykład kolory firmowe w reklamach nie mogły być konsekwentnie przekazywane z jednego typu urządzenia do innego w przepływie pracy . Właśnie dlatego opracowano tak zwaną szeroką gamę, ponownie pod przewodnictwem Adobe.

Szeroka gama RGB współpracuje z podstawowymi kolorami 700 nm, 525 nm i 450 nm oraz wyższymi nasyceniami kolorów na granicy technicznej wykonalności. W ten sposób uzyskuje się doskonałe krycie czerwieni, prawie idealne krycie fioletu i błękitu oraz bardzo dobre krycie odcieni zieleni. Niewielkie błędy w zakresie skrajnie nasyconych kolorów turkusu i zieleni pomiędzy 470 nm a 520 nm są akceptowane na rzecz wymagań praktycznego zarządzania kolorami.

Wszystkie kolory, które można wydrukować za pomocą siedmiokolorowego druku CMYK, można wyświetlić w przestrzeni kolorów Adobe Wide Gamut.

Europejska Inicjatywa Kolorów: Przestrzeń kolorów eciRGB

European Color Initiative ( ECI ) została założona w czerwcu 1996 roku z inicjatywy tych wydawnictw Bauer Burda, Gruner + Jahr oraz Springer. Zajmuje się neutralnym medialnie przetwarzaniem danych barwnych w cyfrowych systemach publikacji. Spójne zarządzanie kolorami powinno być możliwe na wszystkich używanych nośnikach wejściowych i wyjściowych. Opracowywanie nośników druku na komputerze wymaga, aby wynik wydruku odpowiadał projektowi. Wersja 1 została opracowana w 2002 roku. W przeciwieństwie do wersji 1, gamma 1.8 dla wersji 2 została zastąpiona charakterystyką L *. Skutkuje to zoptymalizowaną wydajnością kodowania, zwłaszcza przy tylko 8-bitowych danych w głębi. Obecna wersja 2 jest zdefiniowana w ISO 22028-2: 2007. Nie ma jednak publicznie dostępnych wartości.

Przestrzeń kolorów DCI-P3

Przestrzeń kolorów ProPhoto RGB

ProPhoto RGB przestrzeń kolorów (znany również jako przestrzeni barw Romm, z angielskiego: Wyjście referencyjny Średni Metric ) jest kolejnym rozwinięciem szerokiej gamie, przy czym wymogi fotografii cyfrowej zostały wzięte pod uwagę, zwłaszcza dla dalszego przetwarzania. Wykorzystano w tym celu nowe rozważania, wyniki badań (m.in. przestrzeń barw LMS ) oraz wymagania praktyczne. Zapewnia bardzo dobre krycie niemal wszystkich wyczuwalnych kolorów. Podobnie jak w przypadku RGB o szerokiej gamie, tylko kilka bardzo nasyconych kolorów w obszarach turkusowej zieleni i fioletu nie może zostać wyświetlonych.

Podane kolory podstawowe dla niebieskiego i zielonego nie są jednak kolorami, które faktycznie istnieją.

SMPTE ST2084: 2014 / CEA-861-3 przestrzeń kolorów (Dolby HDR)

Przestrzeń kolorów SMPTE ST2084: 2014 to przestrzeń kolorów HDR opracowana przez Dolby Labs. Wykorzystuje światło o długości fali 467 nm, 532 nm i 630 nm jako podstawowe wartościowości zgodnie z zaleceniem ITU-R BT.2020 /BT.2100.

Hybrydowa przestrzeń kolorów Log Gamma

Przestrzeń kolorów Hybrid Log Gamma (HLG) to przestrzeń kolorów HDR. Wykorzystuje podstawowe wartościowości BT.2020 / BT.2100. Odpowiednie pliki można zapisać z rozszerzeniem nazwy pliku HSP .

Aktualne wydarzenia

Przestrzeń kolorów RGB jest abstrakcyjną reprezentacją (jasnych) kolorów. Wszystkie przestrzenie kolorów można przekształcać w siebie poprzez odpowiednie przekształcenia. Jednak w niektórych transformacjach obszary o bardziej rozległych przestrzeniach kolorów są mapowane do krawędzi bardziej ograniczonego systemu kolorów, a transformacja nie zawsze jest odwracalna. Przestrzeń kolorów RGB może być mapowana na tromboedron koloru , ale to mapowanie nie jest odwracalne.

Jeśli kolory RGB są opisywane liczbami zmiennoprzecinkowymi, konieczne są zniekształcenia nieliniowe dla obrazów i konwersji obrazów, a konwersje przestrzeni kolorów są w dużej mierze zbędne. Współczesne interfejsy programistyczne obliczają z zależnościami liniowymi w przestrzeni sRGB, dzięki czemu przy wsparciu zmiennoprzecinkowym nie jest konieczne obcinanie gamutu .

Rozszerzenie RGBA

Każdy z powyższych modeli kolorów można rozszerzyć o jeden lub trzy kanały alfa dla folii.

Podczas rozszerzania kanału alfa zakłada się, że (częściowo) przezroczyste media zastępują lub osłabiają wszystkie trzy kolory widmowe na równi z ich własnym kolorem. W tym prostym i powszechnym modelu nie można jednak przedstawić kolorowego szkła. Istnieją dwa modele kolorów, które albo uwzględniają kanał alfa na pierwszym planie ( prosty ), albo nie uwzględniają ( premnożone ).

Modele z kanałem alfa (proste):

${\ displaystyle (R ', G', B ') = \ alfa (R _ {\ rm {v}}, G _ {\ rm {v}}, B _ {\ rm {v}}) + (1 - \ alfa ) (R _ {\ rm {h}}, G _ {\ rm {h}}, B _ {\ rm {h}})}$

Modele z jednym kanałem alfa (wstępnie zwielokrotnione):

${\ displaystyle (R ', G', B ') = (R _ {\ rm {v}}, G _ {\ rm {v}}, B _ {\ rm {v}}) + (1- \ alfa) ( R _ {\ rm {h}}, G _ {\ rm {h}}, B _ {\ rm {h}})}$

Modele z trzema kanałami alfa (proste):

${\ displaystyle (R ', G', B ') = (\ alfa _ {\ rm {r}} R _ {\ rm {v}}, \ alfa _ {\ rm {g}} G _ {\ rm {v }}, \ alfa _ {\ rm {b}} B _ {\ rm {v}}) + ((1- \ alfa _ {\ rm {r}}) R _ {\ rm {h}} , (1- \ alfa _ {\ rm {g}}) G _ {\ rm {h}}, (1- \ alfa _ {\ rm {b}}) B _ {\ rm {h}})}$

Modele z trzema kanałami alfa (wstępnie zwielokrotnione):

${\ displaystyle (R ', G', B ') = (R _ {\ rm {v}}, G _ {\ rm {v}}, B _ {\ rm {v}}) + ((1- \ alfa _ {\ rm {r}}) R _ {\ rm {h}}, (1- \ alfa _ {\ rm {g}}) G _ {\ rm {h}}, (1- \ alfa _ {\ rm {b}}) B _ {\ rm {h}})}$

(r, g, b = czerwony, zielony, niebieski, v = pierwszy plan, h = tło)

Model kolorów RGBA w rzeczywistości nie jest modelem kolorów, ale rozszerzeniem modelu RGB przez (czwarty) kanał alfa . Ten składnik α określa przezroczystość piksela, która odgrywa rolę w efektach przenikania. Jeśli obraz zostanie nadpisany nowym obrazem, informacje z poprzedniego oryginalnego obrazu wpłyną do nowego obrazu docelowego. Składnik alfa określa, jak przezroczysty powinien być odpowiedni piksel na obrazie. α = 0 oznacza całkowitą przezroczystość, α = 1 całkowitą nieprzezroczystość.

Konwersja między różnymi przestrzeniami kolorów RGB

Aby dokonać konwersji pomiędzy dowolnymi dwiema przestrzeniami kolorów RGB, należy wykonać następujące operacje:

• Przede wszystkim należy ponownie usunąć charakterystyki nieliniowe (charakterystyki gamma). Ten krok można pominąć dla charakterystyk liniowych:

  ${\ displaystyle (R, G, B) \ longrightarrow (R _ {\ rm {lin}}, G _ {\ rm {lin}}, B _ {\ rm {lin}})}$

• Drugim krokiem jest zastosowanie do tego wektora mnożenia macierzy A:

  ${\ displaystyle {\ rm {A_ {ij} (R _ {\ rm {lin}}, G _ {\ rm {lin}}, B _ {\ rm {lin}}) \ longrightarrow (R '_ {\ rm {lin}}, G '_ {\ rm {lin}}, B' _ {\ rm {lin}})}}}$

• Macierz A jest obliczana w następujący sposób , z i *: podstawowymi wartościowościami przestrzeni źródłowej i docelowej w dowolnych (ale tych samych) współrzędnych.${\ displaystyle A = A _ {\ rm {źródło}} * [A _ {\ rm {miejsce docelowe}}] ^ {- 1}}$${\ styl wyświetlania A _ {\ rm {źródło}}}$${\ styl wyświetlania A _ {\ rm {cel}}}$
• Jeżeli powierzchnia docelowa jest nieliniowa, należy zastosować nieliniową krzywą charakterystyczną powierzchni docelowej:

  ${\ displaystyle (R '_ {\ rm {lin}}, G' _ {\ rm {lin}}, B '_ {\ rm {lin}}) \ longrightarrow (R', G ', B')}$

• Jeśli pomieszczenie docelowe nie pozwala na wartości poniżej określonej wartości minimalnej (zwykle 0.0 lub 0x00) lub powyżej określonej wartości maksymalnej (zwykle 1.0 lub 0xFF) i wartości te występują podczas transformacji, kolor pomieszczenia źródłowego nie może być wyświetlane w pomieszczeniu docelowym. Należy zastosować odpowiednie procedury w celu zmniejszenia widoczności usterki.
• Jeśli przestrzeń docelowa jest skwantyzowana (na przykład do 8 bitów lub 12 bitów), błędy zaokrąglania nadal występują z powodu konwersji przestrzeni kolorów, co może być zauważalne jako szum lub pasy, w zależności od typu zaokrąglenia.
• Jeśli linearyzacja i delinearyzacja zostaną pominięte podczas konwersji, pojawiają się wyraźne błędy, zwłaszcza przy nasyconych kolorach. Niemniej jednak prawie wszystkie produkty programowe i sprzętowe nie przeprowadzają tych obliczeń prawidłowo.

W celu konwersji współrzędnych R, G, B na wartości X, Y i Z CIE, dla każdej określonej przestrzeni kolorów RGB obowiązują specjalne macierze mapowania. X to wirtualny czerwony, Y to wirtualny zielony, a Z to wirtualny niebieski. Poniższy rysunek dotyczy jednej z tych przestrzeni kolorów (tutaj sRGB i oświetlacz D65):

${\ displaystyle {\ początek {bmatrycy} X \\ Y \\ Z \ koniec {bmatrycy}} = {\ początek {bmatrycy} 0 {,} 4124564 i 0 {,} 3575761 i 0 {,} 1804375 \\ 0 { ,} 2126729 & 0{ ,} 7151522 & 0{,} 0721750 \\ 0{,} 0193339 & 0{,} 1191920 & 0{,} 9503041 \ koniec {bmatrycy}} \ cdot {\ początek {bmatrycy} R \ \ G \\ B \ koniec {bmatryca}}}$

i macierz odwrotną do obliczeń wstecznych

${\ displaystyle {\ początek {bmatrycy} R \\ G \\ B \ koniec {bmatrycy}} = {\ początek {bmatrycy} +3 {,} 2404542 i -1 {,} 5371385 i -0 {,} 4985314 \ \ - 0 {,} 9692660 & + 1 {,} 8760108 & + 0 {,} 0415560 \\ + 0 {,} 0556434 & -0 {,} 2040259 & + 1 {,} 0570000 \ koniec {bmatrycy}} \ cdot {\ begin {bmatrix} X \\ Y \\ Z \ end {bmatrix}}}$

Z tego można wyprowadzić następujące relacje między przestrzenią kolorów sRGB i XYZ:

• Wirtualna zieleń, która jest ustawiona identycznie z wartością odniesienia światła A, biegnie z wartością G, zmienia się mniej wraz ze spadkiem składowej czerwonej i prawie nie zależy od koloru niebieskiego.
• Aby to zrobić, zmniejsz wartość R o trochę G dla wirtualnego czerwieni.
• Kołek -Z wirtualny niebieski, znajduje się powyżej średniej maksymalnej czerwony wirtualnego, co powoduje odliczenie R, ale prawie nie G.

Różne pomieszczenia RGB zostały ustandaryzowane dla różnych klas urządzeń, z których wszystkie mają tę samą podstawową strukturę z czerwonymi, zielonymi i niebieskimi komponentami. W związku z tym na macierze konwersji wpłynęła specjalna przestrzeń RGB i wybrany rodzaj światła.

Właściwie każde urządzenie ma swoją własną przestrzeń kolorów RGB, która jest zwykle dozwolona w ramach znormalizowanej przestrzeni kolorów. Indywidualne różnice kolorystyczne mogą wynikać z typu urządzenia, producenta, wpływów obróbki i produkcji, a także starzenia. Istnieją (w pewnych granicach) opcje adaptacji. Metody te są określane jako zarządzanie kolorami . Minimalną korektą jest korekcja gamma . Jeśli parametry urządzenia można dostosować, urządzenie można dostosować do znormalizowanych rozmiarów. W przypadku wymagań o wyższej jakości urządzenie jest mierzone indywidualnie, a przypisanie trójek RGB urządzenia do trójki wymagań jest połączone za pomocą macierzy 3 × 3 lub specjalnych list (ang. look-up table , LUT).

W przypadku danych obrazu cyfrowego przestrzeń kolorów RGB jest odpowiednia tylko do wyświetlania na ekranie i powiązanych typach urządzeń. Definicje kolorów i kontrasty kolorów w Internecie do wyświetlania na wielu różnych monitorach z szeroką gamą kart graficznych są bezpieczne w Internecie, jeśli są zgodne z zaleceniami W3C . Dane obrazu do druku (druk offsetowy, sitodruk, druk cyfrowy) muszą być odtworzone w subtraktywnym modelu kolorów (CMY, CMYK). Konwersja z RGB na CMY to obszar wiedzy, który zdecydowanie wciąż jest w fazie rozwoju (proszę zapoznać się z profilami ICC).

Problemy z ćwiczeniami

Zastosowanie przestrzeni barw RGB ma swoje ograniczenia związane z problemami percepcyjno-fizjologicznymi .

• Nie wszystkie wartościowości kolorów są zawarte w przestrzeni kolorów RGB. Nasycone barwy spektralne wymagają w szczególności negatywnych składowych reprodukcji ( zewnętrzna mieszanka barw ), co byłoby brakiem światła. W badaniach optycznych ten niedobór jest usuwany przez dodatkowe światło porównawcze.
• Percepcja kolorów nie jest niezależna od jasności absolutnej. Wzbudzenie czopków wymaga minimalnej ilości światła (minimalna liczba fotonów). Jeśli to nie zostanie osiągnięte, przez pręciki odbieramy tylko bodźce jasno-ciemne. Powyżej granicy luminancji pojawia się olśnienie, które również zaburza system receptorów kolorów.
• Percepcja kolorów zmienia się w całym polu widzenia. Percepcja koloru jest najlepsza w dołku centralnym ; jednak zmniejsza się znacznie na obrzeżach. Percepcja czerwono-zielonego koloru zmniejsza się bardziej w kierunku obrzeża niż czułość percepcji niebiesko-żółtej. Jeśli występują odchylenia większe niż 30 ° od osi wzroku, percepcja czerwono-zielona jest prawie niemożliwa. Nie bez znaczenia są również inne zjawiska i właściwości oczu, takie jak żółta plamka .
• Percepcja kolorów zależy od światła otoczenia i koloru otoczenia. Stałość barw ludzkiego zmysłu wzroku jest widoczna w automatycznym balansie bieli i w złudzeniach percepcyjnych .
• Różnice genetyczne w widzeniu kolorów, a także możliwa ametropia kolorów, aż do całkowitej niezdolności do rozpoznawania kolorów, a także zmiany w mózgu po udarach lub wypadkach osłabiają porównywalność. Niższa czułość danego typu czopka może prowadzić do lepszego zróżnicowania w niektórych obszarach przestrzeni barw RGB w porównaniu z osobami o prawidłowym wzroku. Znormalizowana specyfikacja pokazuje więc swoją słabość.

Do dokładnego odwzorowania odcienia koloru potrzebne są dwie informacje techniczne . Z jednej strony położenie kolorów podstawowych (czerwony, zielony, niebieski) przy pełnym wzbudzeniu wszystkich kanałów, czyli „środek” wykresu chromatyczności xy, gdzie x = y = 1/3 lub wartości R = G = B = 1. Ten kolor nazywa się bielą odniesienia . Z drugiej strony istnieje zależność między napięciem promieniowania wzbudzającego (np. promieniowania katodowego) a wynikiem barwy i emitowanego światła (w przybliżeniu gamma, dokładna specyfikacja funkcją zależną od przyłożonego napięcia). W tym wzorze zawarta jest logarytmiczna zależność między wartościowością barw a bodźcem barwnym, określona przez Ewalda Heringa .

Dlatego ważne jest, aby wiedzieć, który standard RGB został użyty do dobrej reprezentacji kolorów.

Pierwsze dwa szczegóły techniczne są określone w normach dla wszystkich producentów. Jednak standaryzacja przestrzeni kolorów RGB w różnych komitetach w Ameryce (FCC, ATSC), Europie (EBU) i Japonii jest inna.

Limity

Przestrzeń barw RGB to wycinek rzeczywistości ograniczony do kilku określonych parametrów. Postrzeganie „kolorowego” światła, „powierzchni”, obejmuje inne efekty. Definicja koloru za pomocą trzech liczb może wzbudzić fałszywe oczekiwanie, że kolor jest absolutnie zdeterminowany w jego percepcji. Z drugiej strony, efekt kolorystyczny określonego numerycznie koloru RGB zależy od konkretnego systemu technicznego, który odtwarza lub rejestruje ten kolor, oraz od wewnętrznych i zewnętrznych warunków środowiskowych.

Subiektywny wpływ jasności. Oba kolorowe obszary są pokazane w RGB = {D1,86,00} ≈ pomarańczowy, wrażenie „brązowy” wynika z założenia jaśniejszego tam oświetlenia. Odcienie szarości otaczające kolorowe obszary są identyczne (RGB = {70,70,70}).

Przykład:

Wartości kolorów 100% czerwonego, 50% zielonego i 0% niebieskiego (rgb = 255,127,0) dają kolor pomarańczowy, niuans pomarańczy może wyglądać bardzo różnie na różnych urządzeniach odtwarzających pomimo dobrych ustawień wstępnych.

Jeżeli dokładna przestrzeń barw systemu zapisu i przestrzeń barw systemu reprodukcji są znane i jeżeli pozostają one stałe, można uzyskać przedstawienie, które jest w dużym stopniu zbliżone do oryginału, poprzez przekształcenie przestrzeni barw. Problemy są powodowane przez wyświetlacze, których odwzorowanie kolorów jest różne, na przykład w zależności od kierunku lub temperatury.

Korekcja kolorów

Aby uzyskać przewidywalne kolory w systemach RGB, niezbędne są metody korekcji kolorów . Znajdzie profile , opisujące wygląd kolorów i zamienia przestrzeń kolorów dla różnych urządzeń. Typowe profile kolorów, pomieszczenia operacyjne RGB, to sRGB (standard RGB) lub Adobe-RGB dla ogólnych urządzeń peryferyjnych komputera, takich jak monitory i aparaty cyfrowe oraz ECI-RGB do zastosowania w przemyśle graficznym, na przykład w profesjonalnym przetwarzaniu obrazu. Pożądanym celem jest wide-gamut-RGB , który definiuje maksymalny osiągalny zakres kolorów, który wciąż czeka na rozwiązanie dla jego reprezentacji. Do transformacji w przestrzeni kolorów RGB, tj. między operacyjnymi przestrzeniami RGB lub między przestrzeniami RGB urządzeń, stosuje się macierze 3×3. Inną możliwością jest LUT ( look-up table ), która zawiera przypisania wartości (tabele transformacji) ze _źródła (R, G, B) do celu (R, G, B) _w formie listy. Interpolacja liniowa może mieć miejsce między punktami interpolacji. Takimi (standardowymi) narzędziami są profile ICC .

Zobacz też

• Model kolorów YCbCr
• Model koloru YUV
• Przestrzeń barw HSV
• Rozdzielczość obrazu

linki internetowe

• Tablica kolorów z wartościami RGB i hex
• Konwersja i parametry do iz przestrzeni kolorów RGB
• standard sRGB (angielski)
• Tabele kolorów dla kolorów RGB
• Mikser kolorów RGB Aplet Java
• kolory telewizora
• Tabela i grafika roboczych przestrzeni kolorów
• Porównanie Adobe-RGB i sRGB (angielski)
• Porównanie Adobe-RGB i innych przestrzeni kolorów (niemiecki)
• Kodowanie różnicy kolorów w obliczeniach
• Odwzorowanie kolorów

Indywidualne dowody

1. ↑ obszerny zbiór przykładów, macierzy konwersji i formuł przekształceń na stronie www.brucelindbloom.com
2. ↑ Oko: fizjologia wzroku (3sat)
3. ↑ Sophia Zimmermann: Lumix S1: Panasonic podaje więcej szczegółów na temat bezlusterkowych aparatów pełnoklatkowych , heise.de z 8 stycznia 2019 r., dostęp 8 stycznia 2019 r.
4. ↑ ^{a b c} macierze RGB / XYZ