Barevný prostor - Color space

Porovnání některých barevných gamutů RGB a CMYK na diagramu chromatičnosti CIE 1931 xy
Porovnání barevností uzavřených některými barevnými prostory.

Barevný prostor je specifická organizace barev . V kombinaci s profilováním barev podporovaným různými fyzickými zařízeními podporuje reprodukovatelné reprezentace barev - ať už taková reprezentace zahrnuje analogovou nebo digitální reprezentaci. Barevný prostor může být libovolný, tj. S fyzicky realizovanými barvami přiřazenými k sadě fyzických barevných vzorků s odpovídajícími přiřazenými názvy barev (včetně diskrétních čísel - například v kolekci Pantone ), nebo strukturovaný s matematickou přísností (jako u NCS System , Adobe RGB a sRGB ). „Barevný prostor“ je užitečný koncepční nástroj pro pochopení barevných možností konkrétního zařízení nebo digitálního souboru. Při pokusu o reprodukci barev na jiném zařízení mohou barevné prostory ukázat, zda budete schopni zachovat detaily stínu/zvýraznění, sytost barev a do jaké míry bude kompromitováno.

„ Barevný model “ je abstraktní matematický model popisující způsob, jakým mohou být barvy reprezentovány jako tice číslic (např. Trojice v RGB nebo čtyřnásobky v CMYK ); nicméně barevný model bez přidružené mapovací funkce k absolutnímu barevnému prostoru je víceméně libovolný barevný systém bez spojení s jakýmkoli globálně chápaným systémem interpretace barev. Přidání specifické mapovací funkce mezi barevný model a referenční barevný prostor vytvoří v referenčním barevném prostoru určitou „stopu“, známou jako gamut , a pro daný barevný model to definuje barevný prostor. Například Adobe RGB a sRGB jsou dva různé absolutní barevné prostory, oba založené na barevném modelu RGB. Při definování barevného prostoru je obvyklým referenčním standardem barevný prostor CIELAB nebo CIEXYZ , který byl speciálně navržen tak, aby zahrnoval všechny barvy, které průměrný člověk vidí.

Protože „barevný prostor“ identifikuje konkrétní kombinaci barevného modelu a mapovací funkce, slovo se často používá neformálně k identifikaci barevného modelu. I když identifikace barevného prostoru automaticky identifikuje související barevný model, toto použití je v přísném smyslu nesprávné. Přestože například několik konkrétních barevných prostorů vychází z barevného modelu RGB , neexistuje nic takového jako singulární barevný prostor RGB .

Dějiny

Thomas Young a Hermann Helmholtz předpokládali, že sítnice oka se skládá ze tří různých druhů světelných receptorů pro červenou, zelenou a modrou

V roce 1802 Thomas Young postuloval existenci tří typů fotoreceptorů (nyní známých jako kuželové buňky ) v oku, z nichž každý byl citlivý na určitý rozsah viditelného světla. Hermann von Helmholtz dále rozvinul Young-Helmholtzovu teorii dále v roce 1850: že tři typy kuželových fotoreceptorů lze podle jejich reakce klasifikovat jako krátkodobě preferující ( modrá ), středně preferující ( zelená ) a dlouhodobě preferující ( červená ) na vlnové délky světla dopadající na sítnici . Relativní síly signálů detekovaných třemi typy čípků interpretuje mozek jako viditelnou barvu. Není ale jasné, že o barvách uvažovali jako o bodech v barevném prostoru.

Koncept barevného prostoru byl pravděpodobně způsoben Hermannem Grassmannem , který jej vyvinul ve dvou fázích. Nejprve rozvinul myšlenku vektorového prostoru , který umožnil algebraické znázornění geometrických konceptů v n -rozměrném prostoru. Fearnley-Sander (1979) popisuje Grassmannův základ lineární algebry následovně:

Definice lineárního prostoru (vektorového prostoru) ... se stala široce známou kolem roku 1920, kdy Hermann Weyl a další publikovali formální definice. Ve skutečnosti takovou definici dal před třiceti lety Peano , který se důkladně seznámil s Grassmannovou matematickou prací. Grassmann nezapsal formální definici - jazyk nebyl k dispozici - ale není pochyb, že tento koncept měl.

S tímto konceptuálním pozadím vydal Grassmann v roce 1853 teorii o tom, jak se barvy mísí; to a jeho tři barevné zákony se stále učí, jako Grassmannův zákon .

Jak poznamenal Grassmann jako první ... světelná sada má strukturu kužele v nekonečně dimenzionálním lineárním prostoru. Výsledkem je, že kvocientová sada (s ohledem na metamerismus) světelného kužele zdědí kuželovitou strukturu, která umožňuje, aby byla barva reprezentována jako konvexní kužel v 3-D lineárním prostoru, který je označován jako barevný kužel.

Příklady

Porovnání barevných modelů CMYK a RGB . Tento obrázek ukazuje rozdíl mezi tím, jak budou barvy vypadat na monitoru počítače (RGB) ve srovnání s tím, jak se budou reprodukovat v tiskovém procesu CMYK.

Barvy mohou být vytvořeny v tisku s barevnými prostory na základě barevného modelu CMYK , subtraktivní základní barvy z pigmentu ( c yan , m Agenta , y Ellow a blac k ). Abychom vytvořili trojrozměrnou reprezentaci daného barevného prostoru, můžeme přiřadit množství purpurové barvy k ose X reprezentace , množství azurové k její ose Y a množství žluté k její ose Z. Výsledný prostor 3-D poskytuje jedinečnou pozici pro všechny možné barvy, které lze vytvořit kombinací těchto tří pigmentů.

Barvy lze vytvářet na počítačových monitorech s barevnými prostory na základě barevného modelu RGB pomocí aditivních primárních barev ( červená , zelená a modrá ). Trojrozměrná reprezentace by přiřadila každou ze tří barev k osám X, Y a Z. Barvy generované na daném monitoru budou omezeny reprodukčním médiem, jako je například luminofor (v monitoru CRT ) nebo filtry a podsvícení ( monitor LCD ).

Další způsob vytváření barev na monitoru je s barevným prostorem HSL nebo HSV na základě odstínu , sytosti , jasu (hodnota/jas). V takovém prostoru jsou proměnné přiřazeny k válcovým souřadnicím .

Mnoho barevných prostorů lze tímto způsobem znázornit jako trojrozměrné hodnoty, ale některé mají více nebo méně rozměrů a některé, například Pantone , nelze tímto způsobem vůbec reprezentovat.

Konverze

Hlavní článek: Překlad barev

Převod barevného prostoru je překlad znázornění barvy z jednoho základu na druhý. K tomu obvykle dochází v kontextu převodu obrázku, který je reprezentován v jednom barevném prostoru na jiný barevný prostor, přičemž cílem je, aby přeložený obrázek vypadal co nejvíce podobně jako originál.

Hustota RGB

Barevný model RGB je implementován různými způsoby, v závislosti na možnostech použitého systému. Zdaleka nejčastějším všeobecné používají ztělesnění od roku 2006 je 24- bit implementace, s 8 bitů nebo 256 diskrétních úrovní barvy na kanálu . Jakýkoli barevný prostor založený na takovém 24bitovém modelu RGB je tedy omezen na rozsah 256 × 256 × 256 ≈ 16,7 milionu barev. Některé implementace používají 16 bitů na komponentu celkem 48 bitů, což má za následek stejný gamut s větším počtem odlišných barev. To je zvláště důležité při práci s barevnými prostory se širokým gamutem (kde je většina běžnějších barev umístěna relativně blízko sebe) nebo když se používá postupně velké množství algoritmů digitálního filtrování. Stejný princip platí pro jakýkoli barevný prostor založený na stejném barevném modelu, ale implementovaný v různých bitových hloubkách .

Seznamy

Hlavní článek: Seznam barevných prostorů a jejich použití

Barevný prostor CIE 1931 XYZ byl jedním z prvních pokusů o vytvoření barevného prostoru na základě měření vnímání barev člověka (dřívější snahy byly James Clerk Maxwell , König & Dieterici a Abney na Imperial College ) a je základem pro téměř všechny jiné barevné prostory. CIERGB barevný prostor je lineárně související společník CIE XYZ. Mezi další deriváty CIE XYZ patří CIELUV , CIEUVW a CIELAB .

Obecný

Hlavní článek: Barevný model
Aditivní míchání barev: Tři překrývající se žárovky ve vakuu, spojením vytvoříte bílou.
Subtraktivní míchání barev: Tři skvrny barvy na bílém papíře, odečtením dohromady zčerná papír.

RGB používá aditivní míchání barev , protože popisuje, jaký druh světla je třeba vyzařovat k vytvoření dané barvy. RGB ukládá jednotlivé hodnoty pro červenou, zelenou a modrou. RGBA je RGB s dalším kanálem alfa, který označuje průhlednost. Mezi běžné barevné prostory založené na modelu RGB patří sRGB , Adobe RGB , ProPhoto RGB , scRGB a CIE RGB .

CMYK používá subtraktivní míchání barev používané v tiskovém procesu, protože popisuje, jaký druh inkoustů je třeba aplikovat, aby světlo odražené od podkladu a přes inkousty vytvářelo danou barvu. Jeden začíná bílým substrátem (plátno, stránka atd.) A pomocí inkoustu odečte barvu od bílé a vytvoří obrázek. CMYK ukládá hodnoty inkoustu pro azurovou, purpurovou, žlutou a černou. Existuje mnoho barevných prostorů CMYK pro různé sady inkoustů, substrátů a charakteristik tisku (které mění funkci zesílení nebo přenosu bodů pro každý inkoust a tím mění vzhled).

YIQ byl dříve používán v televizním vysílání NTSC (Severní Amerika, Japonsko a jinde) z historických důvodů. Tento systém ukládá hodnotu luma zhruba analogickou (a někdy nesprávně identifikovanou) svítivost spolu se dvěma hodnotami chroma jako přibližnými reprezentacemi relativního množství modré a červené barvy. Je podobný schématu YUV používanému ve většině systémů pro zachycování videa a v televizi PAL (Austrálie, Evropa, kromě Francie, která používá SECAM ), kromě toho, že barevný prostor YIQ je otočen o 33 ° vzhledem k barevnému prostoru YUV a barvě sekery jsou prohozeny. Schéma YDbDr používané televizí SECAM je otočeno jiným způsobem.

YPbPr je zmenšená verze YUV. Nejčastěji je k vidění v digitální podobě, YCbCr , široce používané ve schématech komprese videa a obrazu , jako jsou MPEG a JPEG .

xvYCC je nový mezinárodní standard barevného prostoru digitálního videa publikovaný IEC (IEC 61966-2-4). Je založen na standardech ITU BT.601 a BT.709, ale rozšiřuje gamut nad rámec primárních R/G/B specifikovaných v těchto standardech.

HSV ( h ue, s aturation, v alue ), také známý jako HSB (odstín, sytost, b správnost) je často používán umělci, protože je často přirozenější přemýšlet o barvě z hlediska odstínu a sytosti než z hlediska aditivní nebo subtraktivní barevné složky. HSV je transformace barevného prostoru RGB a jeho součásti a kolorimetrie jsou relativní k barevnému prostoru RGB, ze kterého byl odvozen.

HSL ( h UE, to aturation, l ightness / l uminance), také známý jako HLS nebo HSI (odstín, sytost i ntensity) je velmi podobný HSV , s "lehkostí" nahrazuje "jas". Rozdíl je v tom, že jas čisté barvy se rovná jasu bílé, zatímco světlost čisté barvy se rovná světlosti středně šedé.

Komerční

Speciální účel

Zastaralý

Rané barevné prostory měly dvě složky. Modré světlo do značné míry ignorovali, protože přidaná složitost 3složkového procesu poskytovala jen okrajové zvýšení věrnosti ve srovnání s skokem z monochromatické na 2složkovou barvu.

Absolutní barevný prostor

Ve vědě o barvách existují dva významy pojmu absolutní barevný prostor :

  • Barevný prostor, ve kterém je vjemový rozdíl mezi barvami přímo úměrný vzdálenostem mezi barvami, jak je znázorňují body v barevném prostoru, tj. Jednotný barevný prostor .
  • Barevný prostor, ve kterém jsou barvy jednoznačné, tj. Kde jsou interpretace barev v prostoru kolorimetricky definovány bez odkazu na vnější faktory.

V tomto článku se soustředíme na druhou definici.

CIEXYZ , sRGB a ICtCp jsou příklady absolutních barevných prostorů, na rozdíl od obecného barevného prostoru RGB .

Neabsolutní barevný prostor lze učinit absolutním definováním jeho vztahu k absolutním kolorimetrickým veličinám. Pokud jsou například červená, zelená a modrá barva na monitoru měřena přesně, společně s dalšími vlastnostmi monitoru, pak lze hodnoty RGB na tomto monitoru považovat za absolutní. CIE 1976 L *, a *, b * barevný prostor je někdy označován jako absolutní, ale potřebuje ho také bílého bodu specifikaci, aby to tak.

Oblíbený způsob, jak vytvořit z barevného prostoru, jako je RGB, absolutní barvu, je definovat profil ICC , který obsahuje atributy RGB. Toto není jediný způsob, jak vyjádřit absolutní barvu, ale je to standard v mnoha průmyslových odvětvích. Mezi barvy RGB definované široce přijímanými profily patří sRGB a Adobe RGB . Proces přidání profilu ICC do grafiky nebo dokumentu se někdy nazývá tagování nebo vkládání ; tagování tedy značí absolutní význam barev v této grafice nebo dokumentu.

Chyby převodu

Hlavní článek: Překlad barev

Barvu v jednom absolutním barevném prostoru lze převést na jiný absolutní barevný prostor a obecně zpět; některé barevné prostory však mohou mít omezení gamutu a převod barev, které leží mimo tento gamut, nepřinese správné výsledky. Pravděpodobně také dojde k chybám zaokrouhlení, zvláště pokud je použit populární rozsah pouze 256 odlišných hodnot na komponentu ( 8bitová barva ).

Jednou částí definice absolutního barevného prostoru jsou podmínky zobrazení. Stejná barva při pohledu za různých přirozených nebo umělých světelných podmínek bude vypadat odlišně. Ti, kteří se profesionálně zabývají shodou barev, mohou využívat pozorovací místnosti osvětlené standardizovaným osvětlením.

Občas existují přesná pravidla pro převod mezi ne-absolutními barevnými prostory. Například prostory HSL a HSV jsou definovány jako mapování RGB. Oba nejsou absolutní, ale převod mezi nimi by měl zachovat stejnou barvu. Obecně je však převod mezi dvěma neabsolutními barevnými prostory (například RGB na CMYK ) nebo mezi absolutními a neabsolutními barevnými prostory (například RGB na L*a*b*) téměř nesmyslným konceptem.

Libovolné mezery

Jiný způsob definování absolutních barevných prostorů je mnoha spotřebitelům známý jako vzorník, který se používá k výběru barvy, tkanin a podobně. Toto je způsob, jak dohodnout barvu mezi dvěma stranami. Více standardizovanou metodou definování absolutních barev je Pantone Matching System , proprietární systém, který obsahuje vzorníky a recepty, které mohou komerční tiskárny použít k výrobě inkoustů, které mají určitou barvu.

Viz také

Reference

externí odkazy