в чем состоит суть цветной модели rgb
В чем состоит суть цветной модели rgb
Если вы занимаетесь обработкой фото или виде, если вы используете игровой компьютер, телевизор или камеру, вы не можете не встретить термин RGB.
Хотите узнать, что означает RGB, для чего он используется или почему так часто слышите о RGB, когда речь идет о компьютерах, гаджетах или дисплеях? Здесь вы узнаете, что такое RGB, где и почему он чаще используется.
Что означает RGB
— это сокращение от «Red Green Blue»(Красный, Зеленый, Голубой). И, как вы уже догадались, оно относится к цвету и его составу. Вы можете спросить, почему красный, зеленый и синий? Ответ заключается в том, что красный, зеленый и синий являются основными цветами, которые вы можете комбинировать в различных количествах, чтобы получить любой другой цвет из видимого спектра, который может видеть человеческий глаз.
RGB — это аддитивная цветовая модель. Другими словами, чтобы получить другие цвета, вы смешиваете основной красный, зеленый и синий цвета. Если вы смешаете все три цвета с максимальной интенсивностью (100%), вы получите белый цвет. С другой стороны, если вы смешаете их все с минимальной интенсивностью (0%), вы получите черный цвет.
Другими словами, смешивая 100% яркость красного цвета, зеленого и синего, вы получите свет, а если вы смешаете 0% красного, зеленого и синего, вы получите темноту.
RGB также может рассматриваться как противоположность CMY, что означает «Cyan Magenta Yellow». Почему наоборот? Поскольку CMY как цветовая модель, является противоположностью RGB: объединение голубого, пурпурного и желтого при максимальной интенсивности 100% дает вам черный цвет, а минимальная интенсивность в 0% дает белый.
Способы использования RGB
Прежде всего, цветовая модель RGB используется в устройствах, использующих цвет. Из-за того, что это аддитивная цветовая модель, которая выдает более светлые цвета, когда три основных смешанных цвета (красный, зеленый, синий) являются более насыщенными, RGB лучше всего подходит для отображения излучающего изображения. Другими словами, цветовая модель RGB лучше всего подходит для экранов с подсветкой, таких как телевизоры, мониторы компьютеров, ноутбуков, смартфонов и планшетов.
Для сравнения, CMYK, что означает «Cyan Magenta Yellow Key (Black)» и является производным от CMY, является отражающей цветовой моделью, означающей, что его цвета отражаются, а не освещаются, и используются в основном в печати. Вот почему при калибровке принтера вы работаете с цветовым пространством CMY, а при калибровке дисплея компьютера — с RGB.
Помимо телевизоров и других электронных дисплеев, цветовая модель RGB также используется в других устройствах, работающих с подсвеченными цветами, таких как фото и видеокамеры или сканеры.
Например, ЖК-экраны состоят из множества пикселей, которые образуют их поверхность. Каждый из этих пикселей обычно состоит из трех разных источников света, и каждый из них может стать красным, зеленым или синим. Если вы внимательно посмотрите на ЖК-экран, используя увеличительное стекло, вы увидите эти маленькие источники света, которые образуют пиксели.
Однако, когда вы смотрите на него, как обычный человек, без увеличительного стекла, вы видите только цвета, испускаемые этими крошечными источниками света в пикселях. Комбинируя красный, зеленый и синий и регулируя их яркость, пиксели могут создавать любой цвет.
RGB также является наиболее широко используемой цветовой моделью в программном обеспечении. Чтобы иметь возможность указать определенный цвет, цветовая модель RGB описывается тремя числами, каждое из которых представляет интенсивность красного, зеленого и синего цветов.
Однако диапазоны трех чисел могут различаться в зависимости от того, какую систему исчисления вы используете. Стандартные нотации RGB могут использовать тройки значений от 0 до 255, некоторые могут использовать арифметические значения от 0,0 до 1,0, а некоторые могут использовать процентные значения от 0% до 100%.
Например, если цвета RGB представлены 8 битами каждый, это будет означать, что диапазон каждого цвета может изменяться от 0 до 255, 0 — самая низкая интенсивность цвета, а 255 — самая высокая. Используя эту систему обозначений, RGB (0, 0, 0) будет означать черный, а RGB (255, 255, 255) будет означать белый. Кроме того, самый чистый красный будет RGB (255, 0, 0), самый чистый зеленый будет RGB (0, 255, 0), а самый чистый синий будет RGB (0, 0, 255).
Диапазон чисел от 0 до 255 выбран не случайно: RGB часто представлен в программном обеспечении 8-битами на канал. Если вам интересно, почему 255 является максимальным значением в 8-битной исчислении, так это потому, что каждый цвет в нем представлен 8 битами. Бит может иметь два значения: 0 или 1. Два бита, будут иметь четыре значения: 00, 01, 10, 11. (в двоичной системе.) Таким образом, восемь битов, дадут 256 значений — от 0 до 255. То есть, два в восьмой степени. Гики, верно? 🙂
Однако обычно используются и другие системы исчисления, такие как 16-бит на канал или 24-бит на канал. Например, в 16-битной системе, каждый бит может принимать значения от 0 до 65535, а в 24-битной системе — от 0 до 16777215. 24-битная система охватывает 16 миллионов цветов, что больше, чем все цвета, которые видны человеческому глазу, который различает 10 миллионов.
Цветовая модель RGB и цветовая модель CMYK: доступное руководство
Цветовая модель RGB
Что такое модель цвета RGB? RGB состоит из значений красного, зеленого и синего цветов. Эта схема более известна как аддитивная модель. Когда свет от экрана проецируется на цвета, он смешивает их вместе на сетчатке глаза, создавая нужные оттенки.
Цветовая модель rgb это аддитивная модель!
Аддитивные цвета создаются с помощью метода, который сочетает в себе множество разных оттенков. Красный, зеленый и синий – главные цвета, которые используются в аддитивной модели. Комбинации двух из этих цветов создают дополнительный цвет: голубой, пурпурный или желтый.
Цветовая модель CMYK
Цветовая модель cmyk это — субтрактивная цветовая модель
Субтрактивные цвета начинаются с белого. Поэтому, чем больше цветов добавляется, тем темнее они будут. Причина этого заключается в том, что свет поглощается или удаляется для создания различных цветов.
Основной цвет для цветовой модели CMYK – черный ( K ). Добавление этого цвета помогает нейтрализовать изображения и увеличить плотность тени.
Почему эти два режима отображаются по-разному?
При печати, независимо от используемой модели, цвета становятся темнее. Проверьте, в каких форматах может печатать принтер, и соберите сведения о конверсиях файлов. Все принтеры разные, поэтому и DPI будет отличаться.
Какой режим нужно использовать?
Инструменты для конвертирования
Перед конвертированием сохраните резервную копию своего файла. Вы можете выполнить сведение слоев перед конвертированием, но это не обязательно.
Поэтому данные редакторы упрощают преобразование в CMYK и установку конкретной схемы цветопередачи для печати. Это выполняется следующим образом:
Пошаговая инструкция по настройке цветовых режимов для печати в Photoshop :
Теперь вы знаете, как перевести rgb в cmyk в фотошопе.
Вот некоторые бесплатные онлайн-сервисы для преобразования цветовых схем:
А какую цветовую схему используете вы? Поделитесь своим опытом в комментариях!
Пожалуйста, оставьте ваши мнения по текущей теме статьи. За комментарии, дизлайки, подписки, лайки, отклики огромное вам спасибо!
Дайте знать, что вы думаете по этой теме статьи в комментариях. За комментарии, лайки, отклики, дизлайки, подписки огромное вам спасибо!
Что такое цветовые модели и какими они бывают
Небо голубое, незабудковое или, может быть, бирюзово-синее? Наше восприятие субъективно. Объективны компьютерные цветовые модели.
Человеческий глаз воспринимает цвет субъективно: одному цвет баклажана покажется фиолетовым, другому — бордовым, третьему — коричневым. Но электронные устройства оперируют точными значениями.
Цветовые модели — это математическое описание цветов. Они нужны, чтобы при работе с цветом не возникало разночтений. Например, в брендбуках часто указывают фирменные цвета по координатам для цифровых носителей и для печати: благодаря этому на всех носителях они будут в точности совпадать.
Цветовых моделей много: в них заложены разные принципы работы с цветами и разные возможности для их отображения. Давайте подробнее остановимся на четырёх моделях, с которыми чаще всего работают в Photoshop и других графических редакторах.
Пишущий дизайнер. Пришла в профессию, получив второе образование, ранее занималась когнитивными исследованиями, SMM и копирайтингом. Пишет о визуальных трендах, делится наблюдениями из отрасли и техническими лайфхаками.
Цветовая модель Lab — ветеран компьютерной графики
Одна из ранних моделей, которая лежит в основе системы управления цветом в Photoshop. Модель Lab — это система координат из трёх осей:
Давайте, например, возьмём бирюзовый цвет и взглянем на него на диаграмме. На шкале L показано, насколько он светлый. На шкале а — то, что он ближе к зелёному, чем к красному. На шкале b — что в нём больше синего, чем жёлтого:
Принцип работы Lab аналогичен тому, как нейроны сетчатки человеческого глаза кодируют цвета. Каждый цвет мы воспринимаем исходя из трёх координат. Светлый он или тёмный? Ближе к зелёному или к красному? В нём больше желтизны или синевы? Это называется оппонентные сигналы.
Именно с Lab удобно работать при цветокоррекции, ретуши и подготовке к печати. Её главное преимущество — возможность изменять яркость без изменения цветовых значений: для этого изменяют значения по оси L.
Цветовая модель HSB — воплощение гуманизма
При описании цвета в быту большинство из нас оперируют тремя характеристиками: это сам цветовой оттенок, степень его бледности или насыщенности и степень его яркости. На этом построена система HSB: есть три координаты: Hue (цветовой тон), Saturation (насыщенность) и Brightness (яркость).
Визуально цветовую модель HSB можно представить в виде цилиндра. Насыщенность и яркость варьируются от 0 до 100%, а тон измеряется в градусах от 0 до 360.
Эта модель интуитивно понятна, в ней легко ориентироваться. Именно она используется по умолчанию для выбора цвета в Photoshop.
Цветовая модель RGB — то, что мы видим на экране
Это модель для отображения цвета в цифровых устройствах — например, на мониторах или в цифровых камерах. В ней каждый цвет кодируется значениями базовых цветов: Red (красный), Green (зелёный) и Blue (голубой). Это три оси, которые имеют градацию значений от 0 до 255. Нулевая точка этой системы координат — чёрный, а максимальные значения по всем трём осям кодируют белый цвет.
Например, посмотрим, как получается ярко-красный в системе RGB. Для этого нужно высокое значение по шкале R и низкие значения по двум другим.
Наглядно модель RGB можно представить как раскрашенный кубик:
Даже при создании макетов для печати работа на компьютере преимущественно ведётся в RGB, а лишь на этапе предпечатной подготовки переводится в другую модель — CMYK.
Цветовая модель СMYK — так получают цвет из красок
Эта модель построена на смешении четырёх типографских красок: Cyan (сине-зелёный), Magenta (пурпурный), Yellow (жёлтый) и Key («ключевой» цвет — чёрный). Диапазон цветов на печати гораздо более узкий, чем на современных мониторах компьютеров. Модель СMYK позволяет увидеть на электронных устройствах, как изменятся цвета на бумаге.
В модели CMYK каждый цвет кодируется четырьмя координатами, значения которых могут быть от 0 до 100%. Разные оттенки получаются из-за разных соотношений голубого, розового, жёлтого и черного цвета в их составе. Белый цвет в модели CMYK — это отсутствие краски.
Так выглядит любая напечатанная картинка при большом увеличении:
Согласно идеальной модели, розовый, голубой и жёлтый на печати в сумме дают чёрный. Для чего тогда требуется четвёртая чёрная краска? Есть несколько причин:
Обычно изображения не редактируют в CMYK. В эту модель конвертируют готовый файл из RGB или другой модели непосредственно перед печатью, чтобы проверить совпадение цветов и предельно допустимую сумму красок под нужный тип бумаги.
Несовершенство цветовых моделей
Модели Lab, HSB, RGB и CMYK — основные, с которыми сталкиваются дизайнеры, иллюстраторы и фотографы. Они упрощают работу, но реальная цветопередача не так предсказуема. Например, RGB и CMYK, с которыми работают чаще всего, — это аппаратно-зависимые модели.
Знать механику цветовых моделей важно любым специалистам, работающим с компьютерной графикой: веб-дизайнерам, художникам в 2D и 3D, геймдизайнерам и даже фотографам. Но особенно внимательная работа с цветами необходима при дизайне полиграфии: ведь по изображению на мониторе нужно понять, какой получится картинка, напечатанная красками на бумаге.
Если вы в Photoshop переведете картинку из RGB в CMYK, цвета, скорее всего, потускнеют — на бумаге можно передать меньше оттенков, чем на экране. Но трудности на этом не заканчиваются. Даже если макет отдан в печать в нужной цветовой модели, результат может оказаться непредсказуемым, потому что модель не определяет способ печати и тип бумаги. Для точной цветопередачи приходится учитывать как цветовые модели, так и цветовые профили.
Если вы хотите научиться работать в разных цветовых моделях, правильно подбирать профили и готовить макеты к печати, записывайтесь на наш курс графического дизайна.
Цветовая модель RGB
RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue — красный, зелёный, синий) — аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета. В российской традиции иногда обозначается как КЗС.
Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза. Цветовая модель RGB нашла широкое применение в технике.
Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition ) к черному. Иначе говоря, если цвет экрана, освещённого цветным прожектором, обозначается в RGB как (r1, g1, b1), а цвет того же экрана, освещенного другим прожектором, — (r2, g2, b2), то при освещении двумя прожекторами цвет экрана будет обозначаться как (r1+r2, g1+g2, b1+b2).
Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий) — например, синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный (M magenta), при смешении зеленого (G) и красного (R) — жёлтый (Y yellow), при смешении зеленого (G) и синего (B) — циановый (С cyan). При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W).
В телевизорах и мониторах применяются три электронные пушки (светодиода, светофильтра) для красного, зеленого и синего каналов.
Содержание
История
Дж. К. Максвелл предложил аддитивный синтез цвета как способ получения цветных изображений в 1861 году. [1]
Определение
Цветовая модель RGB была изначально разработана для описания цвета на цветном мониторе, но, поскольку, мониторы разных моделей и производителей различаются, были предложены несколько альтернативных цветовых пространств, соответствующих «усредненному» монитору. К таким относятся, например, sRGB и Adobe RGB.
Варианты этого цветового пространства отличаются разными оттенками основных цветов, разной цветовой температурой, разным показателем гамма-коррекции.
Представление базисных цветов RGB согласно рекомендациям ITU, в пространстве кельвинов (дневной свет)
Матрицы для перевода цветов между системами RGB и яркости при преобразовании изображения в чёрно-белое):
Числовое представление
Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку [0,1], что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1.
В компьютерах для представления каждой из координат традиционно используется один октет, значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно. Следует учитывать, что чаще всего используется гамма-компенсированое цветовое пространство RGB, обычно с показателем 1.8 (Mac) или 2.2 (PC).
COLORREF
COLORREF — стандартный тип для представления цветов в Win32. Использует для определения цвета в RGB виде. Размер — 4 байта. При определении какого-либо RGB цвета, значение переменной типа COLORREF можно представить в шестнадцатиричном виде так:
rr, gg, bb — значение интенсивности соответственно красной, зеленой и синей составлющих цвета. Максимальное их значение — 0xFF.
Определить переменную типа COLORREF можно следующим образом:
b, g и r — интенсивность (в диапазоне от 0 до 255) соответственно синей, зеленой и красной составляющих определяемого цвета C. То есть ярко-красный цвет может быть определён как (255,0,0), ярко-фиолетовый — (255,0,255), чёрный — (0,0,0), а белый — (255,255,255)
Ссылки
 | Цветовые модели |
| RGB • XYZ • HSV (HSB) • RYB • PMS (Пантон) • LMS (цветовая модель) • Cистема Манселла • RAL • YIQ |
Полезное
Смотреть что такое «Цветовая модель RGB» в других словарях:
Цветовая модель — Цветовая модель термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации… … Википедия
Цветовая модель CMYK — Схема субтрактивного синтеза в CMYK Четырёхцветная автотипия (CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Key color) субтрактивная схема формирования цвета, используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати. Схема CMYK, как правило,… … Википедия
Цветовая модель Пантон — У этого термина существуют и другие значения, см. Пантон (значения). Образы цветов Pantone Цветовая модель Пантон … Википедия
HSV (цветовая модель) — У этого термина существуют и другие значения, см. HSV. HSV (англ. Hue, Saturation, Value тон, насыщенность, значение) или HSB (англ. Hue, Saturation, Brightness оттенок, насыщенность, яркость) цветовая модель, в которой координатами… … Википедия
LMS (цветовая модель) — У этого термина существуют и другие значения, см. LMS. LMS цветовое пространство представляющее собой ответы трёх типов колбочек. В зависимости от спектральной чувствительности существуют L (long wavelength), М (middle wavelength) и S… … Википедия
RGB — Аддитивное смешение цветов … Википедия
Цветовая палитра — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Цветовая па … Википедия
Цветовая субдискретизация — (англ. Chroma subsampling) технология кодирования изображений со снижением цветового разрешения, при которой частота выборки цветоразностных сигналов может быть меньше частоты выборки яркостного сигнала. Основана на особенности человеческого … Википедия
Цветовая гамма — (ПАРАМЕТР ГАММ) характеристика цветового диапазона модели цветового пространства. Ц. г. учитывается при преобразовании изображения из одной модели в др. и определяет вид передаточной функции (тоновой кривой). Если цвет выходит за пределы гаммы,… … Реклама и полиграфия
КЗС — Аддитивное смешение цветов RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue красный, зелёный, синий) аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета. В российской традиции иногда обозначается как КЗС. Выбор основных цветов… … Википедия
История цветовой модели RGB
Я собираюсь совершить экскурс в историю науки о человеческом восприятии, которая привела к созданию современных видеостандартов. Также я попытаюсь объяснить часто используемую терминологию. Кроме того, я вкратце расскажу, почему типичный процесс создания игры со временем будет всё больше и больше напоминать процесс, используемый в киноиндустрии.
Пионеры исследований цветовосприятия
Сегодня мы знаем, что сетчатка человеческого глаза содержит три разных типа фоторецепторных клеток, называемых колбочками. Каждый из трёх типов колбочек содержит белок из семейства белков опсинов, который поглощает свет в различных частях спектра:
Поглощение света опсинами
Колбочки соответствуют красной, зелёной и синей частям спектра и часто называются длинными (L), средними (M) и короткими (S) согласно длинам волн, к которым они наиболее чувствительны.
Одной из первых научных работ о взаимодействии света и сетчатки был трактат «Hypothesis Concerning Light and Colors» Исаака Ньютона, написанный между 1670-1675 гг. У Ньютона была теория, что свет с различными длинами волн приводил к резонансу сетчатки с теми же частотами; эти колебания затем передавались через оптический нерв в «сенсориум».
«Лучи света, падая на дно глаза, возбуждают колебания в сетчатке, которые распространяются по волокнам оптических нервов в мозг, создавая чувство зрения. Разные типы лучей создают колебания разной силы, которые согласно своей силе возбуждают ощущения разных цветов…»
(Рекомендую вам обязательно прочитать отсканированные черновики Ньютона на веб-сайте Кембриджского университета. Я, конечно, констатирую очевидное, но каким же он был гением!)
Больше чем через сотню лет Томас Юнг пришёл к выводу, что так как частота резонанса — это свойство, зависящее от системы, то чтобы поглотить свет всех частот, в сетчатке должно быть бесконечное количество разных резонансных систем. Юнг посчитал это маловероятным, и рассудил, что количество ограничено одной системой для красного, жёлтого и синего. Эти цвета традиционно использовались в субтрактивном смешивании красок. По его собственным словам:
Поскольку по причинам, указанным Ньютоном, возможно, что движение сетчатки имеет скорее колебательную, чем волновую природу, частота колебаний должна зависеть от строения её вещества. Так как почти невозможно полагать, что каждая чувствительная точка сетчатки содержит бесконечное количество частиц, каждая из которых способна колебаться в идеальном согласии с любой возможной волной, становится необходимым предположить, что количество ограничено, например, тремя основными цветами: красным, жёлтым и синим…
Предположение Юнга относительно сетчатки было неверным, но он сделал правильный вывод: в глазе существует конечное количество типов клеток.
В 1850 году Герман Гельмгольц первым получил экспериментальное доказательство теории Юнга. Гельмгольц попросил испытуемого сопоставить цвета различных образцов источников света, регулируя яркость нескольких монохромных источников света. Он пришёл к выводу, что для сопоставления всех образцов необходимо и достаточно трёх источников света: в красной, зелёной и синей части спектра.
Рождение современной колориметрии
Перенесёмся в начало 1930-х. К тому времени научное сообщество имело достаточно хорошее представление о внутренней работе глаза. (Хотя потребовалось ещё 20 лет, чтобы Джорджу Уолду удалось экспериментально подтвердить присутствие и функции родопсинов в колбочках сетчатки. Это открытие привело его к Нобелевской премии по медицине в 1967 году.) Commission Internationale de L’Eclairage (Международная комиссия по освещению), CIE, поставила задачу по созданию исчерпывающей количественной оценки восприятия цвета человеком. Количественная оценка была основана на экспериментальных данных, собранных Уильямом Дэвидом Райтом и Джоном Гилдом при параметрах, схожих с выбранными впервые Германом Гельмгольцем. Базовыми настройками были выбраны 435,8 нм для синего цвета, 546,1 нм для зелёного и 700 нм для красного.
Из-за значительного наложения чувствительности колбочек M и L невозможно было сопоставить некоторые длины волн с сине-зелёной частью спектра. Для «сопоставления» этих цветов в качестве точки отсчёта нужно было добавить немного основного красного цвета:
Если мы на мгновение представим, что все основные цвета вносят отрицательный вклад, то уравнение можно переписать так:
Результатом экспериментов стала таблица RGB-триад для каждой длины волны, что отображалось на графике следующим образом:
Функции сопоставления цветов RGB по CIE 1931
Разумеется, цвета с отрицательным красным компонентом невозможно отобразить с помощью основных цветов CIE.
Теперь мы можем найти трихромные коэффициенты для света распределения спектральной интенсивности S как следующее внутреннее произведение:
Может казаться очевидным, что чувствительность к различным длинам волн можно проинтегрировать таким образом, но на самом деле она зависит от физической чувствительности глаза, линейной по отношению к чувствительности к длинам волн. Это было эмпирически подтверждено в 1853 году Германом Грассманом, и представленные выше интегралы в современной формулировке известны нам как закон Грассмана.
Термин «цветовое пространство» возник потому, что основные цвета (красный, зелёный и синий) можно считать базисом векторного пространства. В этом пространстве различные цвета, воспринимаемые человеком, представлены лучами, исходящими из источника. Современное определение векторного пространства введено в 1888 году Джузеппе Пеано, но более чем за 30 лет до этого Джеймс Клерк Максвелл уже использовал только зародившиеся теории того, что позже стало линейной алгеброй, для формального описания трихроматической цветовой системы.
CIE решила, что для упрощения вычислений будет более удобно работать с цветовым пространством, в которой коэффициенты основных цветов всегда положительны. Три новых основных цвета выражались в координатах цветового пространства RGB следующим образом:
Этот новый набор основных цветов невозможно реализовать в физическом мире. Это просто математический инструмент, упрощающий работу с цветовым пространством. Кроме того, чтобы коэффициенты основных цветов всегда были положительными, новое пространство скомпоновано таким образом, что коэффициент цвета Y соответствует воспринимаемой яркости. Этот компонент известен как яркость CIE (подробнее о ней можно почитать в замечательной статье Color FAQ Чарльза Пойнтона (Charles Poynton)).
Чтобы упростить визуализацию итогового цветового пространства, мы выполним последнее преобразование. Разделив каждый компонент на сумму компонентов мы получим безразмерную величину цвета, не зависящую от его яркости:
Координаты x и y известны как координаты цветности, и вместе с яркостью Y CIE они составляют цветовое пространство xyY CIE. Если мы расположим на графике координаты цветности всех цветов с заданной яркостью, у нас получится следующая диаграмма, которая вам наверно знакома:
Диаграмма xyY CIE 1931
И последнее, что нужно узнать — что считается белым цветом цветового пространства. В такой системе отображения белый цвет — это координаты x и y цвета, которые получаются, когда все коэффициенты основных цветов RGB равны между собой.
С течением времени появилось несколько новых цветовых пространств, которые в различных аспектах вносили улучшения в пространства CIE 1931. Несмотря на это, система xyY CIE остаётся самым популярным цветовым пространством, описывающим свойства устройств отображения.
Передаточные функции
Прежде чем рассматривать видеостандарты, необходимо ввести и объяснить ещё две концепции.
Оптико-электронная передаточная функция
Оптико-электронная передаточная функция (optical-electronic transfer function, OETF) определяет то, как линейный свет, фиксируемый устройством (камерой) должен кодироваться в сигнале, т.е. это функция формы:
Раньше V был аналоговым сигналом, но сейчас, разумеется, он имеет цифровое кодирование. Обычно разработчики игр редко сталкиваются с OETF. Один из примеров, в котором функция будет важна: необходимость сочетания в игре видеозаписи с компьютерной графикой. В этом случае необходимо знать, с какой OETF было записано видео, чтобы восстановить линейный свет и правильно смешать его с компьютерным изображением.
Электронно-оптическая передаточная функция
Электронно-оптическая передаточная функция (electronic-optical transfer, EOTF) выполняет противоположную OETF задачу, т.е. она определяет, как сигнал будет преобразован в линейный свет:
Эта функция более важна для разработчиков игр, потому что она определяет, как созданный ими контент будет отображаться экранах телевизоров и мониторов пользователей.
Отношение между EOTF и OETF
Понятия EOTF и OETF хоть и взаимосвязаны, но служат разным целям. OETF нужна для представления захваченной сцены, из которого мы потом можем реконструировать исходное линейное освещение (это представление концептуально является буфером кадра HDR (High Dynamic Range) обычной игры). Что происходит на этапах производства обычного фильма:
До текущего момента стандартный техпроцесс игры выглядел следующим образом:
Стандартный рабочий процесс цветокоррекции SDR (изображение принадлежит Джонатану Блоу (Jonathan Blow))
После внедрения HDR большинство игр начало двигаться к техпроцессу, похожему на используемый в производстве фильмов. Даже при отсутствии HDR схожий с кинематографическим техпроцесс позволял оптимизировать работу. Выполнение цветокоррекции в HDR означает, что у вас есть целый динамический диапазон сцены. Кроме того, становятся возможными некоторые эффекты, которые раньше были недоступны.
Теперь мы готовы рассмотреть различные стандарты, используемые в настоящее время для описания форматов телевизоров.
Видеостандарты
Rec. 709
Большинство стандартов, относящихся к вещанию видеосигналов, выпущено Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU), органом ООН, в основном занимающимся информационными технологиями.
Рекомендация ITU-R BT.709, которую чаще называют Rec. 709 — это стандарт, описывающий свойства HDTV. Первая версия стандарта была выпущена в 1990 году, последняя — в июне 2015 года. В стандарте описываются такие параметры, как соотношения сторон, разрешения, частота кадров. С этими характеристиками знакомо большинство людей, поэтому я не буду рассматривать их и сосредоточусь на разделах стандарта, касающихся воспроизведения цвета и яркости.
В стандарте подробно описана цветность, ограниченная цветовым пространством xyY CIE. Красный, зелёный и синий источники освещения соответствующего стандарту дисплея должны быть выбраны таким образом, чтобы их отдельные координаты цветности были следующими:
Их относительная интенсивность должна быть настроена таким образом, чтобы белая точка имела цветность
(Эта белая точка также известна как CIE Standard Illuminant D65 и аналогична захвату координат цветности распределения спектральной интенсивности обычного дневного освещения.)
Свойства цветности можно визуально представить следующим образом:
Область схемы цветности, ограниченная треугольником, созданным основными цветами заданной системы отображения, называется охватом.
Теперь мы переходим к части стандарта, посвящённой яркости, и здесь всё становится немного сложнее. В стандарте указано, что «Общая оптико-электронная передаточная характеристика в источнике» равна:
Здесь есть две проблемы:
где L = 1 соответствует яркость примерно 100 кд / м² (единицу кд / м² в этой отрасли называют «нит»). Это подтверждается ITU в последних версиях стандарта следующим комментарием:
В стандартной производственной практике функция кодирования источников изображения регулируется таким образом, чтобы конечное изображение имело требуемый вид, соответствующий видимому на эталонном мониторе. В качестве эталонной принимается функция декодирования из Рекомендации ITU-R BT.1886. Эталонная среда просмотра указана в Рекомендации ITU-R BT.2035.
Rec. 1886 — это результат работ по документации характеристик ЭЛТ-мониторов (стандарт опубликован в 2011 году), т.е. является формализацией существующей практики.
Кладбище слонов ЭЛТ
Нелинейность яркости как функции приложенного напряжения привела к тому, как физически устроены ЭЛТ-мониторы. По чистой случайности эта нелинейность (очень) приблизительно является инвертированной нелинейностью восприятия яркости человеком. Когда мы перешли к цифровому представлению сигналов, это привело к удачному эффекту равномерного распределения ошибки дискретизации по всему диапазону яркости.
Rec. 709 рассчитана на использование 8-битного или 10-битного кодирования. В большинстве контента используется 8-битное кодирование. Для него в стандарте указано, что распределение диапазона яркости сигнала должно распределяться в кодах 16-235.
HDR10
Что касается HDR-видео, то в нём есть два основных соперника: Dolby Vision и HDR10. В этой статье я сосредоточусь на HDR10, потому что это открытый стандарт, который быстрее стал популярным. Этот стандарт выбран для Xbox One S и PS4.
Мы снова начнём с рассмотрения используемой в HDR10 части цветности цветового пространства, определённой в Рекомендации ITU-R BT.2020 (UHDTV). В ней указаны следующие координаты цветности основных цветов:
И снова в качестве белой точки используется D65. При визуализации на схеме xy Rec. 2020 выглядит следующим образом:
Очевидно заметно, что охват этого цветового пространства значительно больше, чем у Rec. 709.
Теперь мы переходим к разделу стандарта о яркости, и здесь снова всё становится более интересным. В своей кандидатской диссертации 1999 года “Contrast sensitivity of the human eye and its effect on image quality” («Контрастная чувствительность человеческого глаза и её влияние на качество изображения») Питер Бартен представил немного пугающее уравнение:
(Многие переменные этого уравнения сами по себе являются сложными уравнениями, например, яркость скрывается внутри уравнений, вычисляющих E и M).
Уравнение определяет, насколько чувствителен глаз к изменению контрастности при различной яркости, а различные параметры определяют условия просмотра и некоторые свойства наблюдателя. «Минимальная различаемая разница» (Just Noticeable Difference, JND) обратна уравнению Бартена, поэтому для дискретизации EOTF, чтобы избавиться от привязки к условиям просмотра, должно быть верно следующее:
Общество инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers, SMPTE) решило, что уравнение Бартена будет хорошей основой для новой EOTF. Результатом стало то, что мы сейчас называем SMPTE ST 2084 или Perceptual Quantizer (PQ).
PQ был создан выбором консервативных значений для параметров уравнения Бартена, т.е. ожидаемых типичных условий просмотра потребителем. Позже PQ был определён как дискретизация, которая при заданном диапазоне яркости и количестве сэмплов наиболее точно соответствует уравнению Бартена с выбранными параметрами.
Дискретизированные значения EOTF можно найти с помощью следующей рекуррентной формулы нахождения k