Srgb или rec 709 что лучше
Что такое цветовое пространство? Разбор
Восприятие цвета — довольно субъективная штука. Кто-то любит более насыщенные и контрастные цвета, кто-то наоборот предпочитает более сдержанные оттенки. Тем не менее, даже в таком субъективном вопросе как восприятие цвета — есть строгая наука. Наверняка, вы слышали такие термины как sRGB, дельта E. Сегодня разберемся, что все это значит…
Поэтому сегодня мы поговорим о том, что такое цветовое пространство и цветовой охват?
А также подскажем, на что обратить внимание при покупке монитора, если вы работаете с цветом!
Начнём с с того, как вообще на экране мониторов создаётся цветное изображение. Дело в том, что все люди с нормальным цветовосприятием — трихроматы.
Это значит, что на нашей сетчатке глаза есть три вида рецепторов (колбочек), чувствительных к свету разной длины волны: S, M, L (от англ. short,medium, long). Соответственно S-колбочки преимущественно воспринимают синий цвет, М — зеленый, L — красный.
А это значит, что смешивая три цвета в разных пропорциях мы можем получить любой оттенок. Поэтому пиксели в современных дисплеях состоят из трёх базовых цветов: зеленого, синего и красного.
Получается, что если создать три источника света с эталонными синим, зеленым и красным излучателем, то смешивая цвета в разных пропорциях мы сможем получить любой оттенок. В целом, да. Но есть важная ремарка, в основе такого формирования цвета лежит аддитивная цветовая модель. То есть модель, в которой цвет создаётся путём сложения.
Но бывает еще субтрактивная цветовая модель, где разные цвета формируются путем вычитания. Субтрактивной модели нас учили в детстве, когда рассказывали, как смешивать краски. Эта же модель используется в полиграфии, и более известна вам как CMYK.
Но сегодня мы будем говорить, в основном, про RGB-модели.
Цветовая модель CIE 1931
Итак, мы выяснили, что трёх базовых цветов, достаточно для формирования любого оттенка. Но проблема в том, что все люди воспринимают цвета немного по-разному и для всех эталонный зеленый, красный и синий цвета — будут разными. В таком случае возник вопрос, какие именно оттенки базовых цветов нужно взять за основу? Этим вопросом занялась Международная комиссия по освещению, также известная как CIE — от французского Commission internationale de l’éclairage).
В 1931 году они утвердили цветовую модель CIE XYZ. Вот так она выглядит. Вы наверняка много раз видели эту цветную диаграмму похожую на треугольник. Но что тут вообще изображено?
Смотрите, на этой диаграмме изображены все физически реализуемые цвета видимого спектра электромагнитного излучения, то есть от 380 до 700 нм.
Поэтому, задав координаты X и Y мы можем описать вообще любой цвет, а точнее оттенок, который может теоретически воспринять человеческий глаз. А если добавить еще и третью координату Z, то мы легко сможем описать еще и яркость.
Такой метод описания цвета не лишен недостатков, но оказался настолько удобным, для описания и сравнения цветовых пространств. Этим мы сейчас и займемся.
Начнём с sRGB. Сейчас — это наиболее популярное цветовое пространство и стандарт для графики в интернете.
Стандарт — не новый. Он был разработан еще в 1996 году компаниями HP и Microsoft. А основан он был вообще на стандарте HDTV телевещания BT.709. Поэтому цветовые пространства sRGB и BT.709 идентичным по цветовому охвату.
Скажем так, sRGB не самое широкое цветовое пространство. Оно охватывает только 36% видимых глазу цветов. Здесь не очень зелёный зелёный, он скорее салатовый. Немного коричневатый красный. Но особо большая проблема с голубым, посмотрите насколько он близок к белому цвету.
Зато тут отличный синий и нормальная точка белого. Которая называется D65 и имеет цветовую температуру 6500 К, что типично для рассеянного дневного света.
Но почему пространство такое узкое? Неужели нельзя было выбрать нормальную точку для красного и зеленого цвета?
В 96 году было нельзя. Более того такой выбор был более чем логичен. Ведь основные цвета sRGB — это цвета люминофоров у кинескопов того времени. Именно поэтому старые ЭЛТ-мониторы отлично справлялись с воспроизведением цвета в пространстве sRGB без каких либо дополнительных калибровок.
А вот для современных ЖК-мониторов такая задача совсем нетривиальная. Поэтому сейчас корректное отображение цветового пространства sRGB по-прежнему редкость и встречается только в дорогих мониторах. За редким исключением…
Что такое ΔE? ASUS ProArt Display
Но что значит фраза “корректное отображение цветового пространства”?
За это отвечает показатель показатель ΔE. А что это такое, разберем на примере доступного профессионального монитора ASUS ProArt Display PA278QV, который нам любезно предоставила компания ASUS совместно и с интернет-магазином Ситилинк.
В идеале, цвета которые отображает монитор, должны полностью совпадать с цветами, описанными в рабочем цветовом пространстве. Так как если замерить спектр свечения базового синего, зеленого, красного, а также белого цвета разместить их на диаграмме, новые точки должны полностью совпасть координатами обозначенными в цветовом пространстве.
Но в реальности, к сожалению, так никогда не бывает. Всегда есть какая-то погрешность, вот эта погрешность и является показателем ΔE или Дельта E.
Empfindung — Ощущение
Можно сказать, что ΔE — это среднее расстояние междут этоланными координатами цветового пространства и реальными цветами, которые отображает монитор.
В нашем случае производитель заявляет, что в этом мониторе ΔE Post Views: 5 098
Srgb или rec 709 что лучше
Из всех компонентов проектора, функционирующего на базе технологии DLP, наибольшее влияние на цвет изображения оказывает цветовое колесо. Достижение идеального баланса корректной цветопередачи и яркости требует высокой точности и строжайшего контроля качества. Поскольку даже самые незначительные различия (на наноуровне) влекут за собой существенные отклонения в части цветового спектра, технология BenQ CinematicColor™ предусматривает использование прецизионных наноэталонов, с помощью которых осуществляется проверка более 20 комбинаций угла для задания цвета и покрытия цветового колеса. При изготовлении на каждое цветовое колесо осторожно наносится покрытие особо чистого цвета в соответствии с требованиями стандарта Rec. 709, которое гарантирует воспроизведение голливудских фильмов в их истинном цвете.
При использовании проекторов для создания домашних кинотеатров избыточная яркость может повлечь за собой снижение динамической контрастности и, как следствие, затемнение картинки и снижение цветности. Необходимая проекционная яркость зависит от внешнего освещения, проекционного расстояния, индивидуальных предпочтений в части комфорта для глаз, срока службы и производительности проектора. Специалисты Общества инженеров кино и телевидения (SMPTE) доказали, что идеальным является диапазон яркости 12–22 фут-ламберта, что подтверждается и на практике кинотеатрами по всему миру. Для домашних проекторов с экраном 120 дюймов и коэффициентом усиления 1,0, оптимальная яркость составляет от 1000 до 2000 ANSI-люменов.
Каждый проектор CinematicColor™ подвергается тестированию с помощью специальных инструментов и программного обеспечения с целью правильной настройки относительно заданной цветовой температуры источника света D65, осуществления гамма-коррекции, а также настройки уровней черного и белого, баланса «по серому», согласования цветов RGBCMY, оттенков, насыщенности, яркости и производительности при использовании различных интерфейсов в соответствии с рекомендациями ITU-R. 709.) Обеспечивая индивидуальную заводскую калибровку каждого проектора CinematicColor™, протокол которой впоследствии включается в комплект его поставки, BenQ является единственной компанией в отрасли, которая в части цветового охвата и гамма-калибровки придерживается настолько высоких стандартов, которые фактически превосходят требования Rec. 709.
*Протоколы заводской калибровки входят в комплект поставки проекторов серий CinePro и CinePrime (кроме моделей X12000, W8000 и W3000)
Каким бывает цветовое пространство мониторов и телевизоров и что это такое
Содержание
Содержание
Изображение, выдаваемое мониторами стандартизировано в наиболее существенных его составляющих: разрешение, частота смены кадров, глубина цвета, гамма, цветовое пространство.
Для построения математической модели восприятия цвета человеком двое ученых — Джон Гилд и Дэвид Райт, независимо друг от друга, провели эксперименты на людях с нормальным зрением.
По результатам этих экспериментов в 1931 году был принят стандарт CIE XYZ, легший в основу почти всех прочих стандартов, в которых так или иначе упоминается цвет. Конечно же эта модель неидеальна.
Например, большую часть цветов этого пространства невозможно увидеть в реальности. Области, увеличенные в 10 раз для наглядности, внутри которых цвета для большинства людей неотличимы друг от друга — весьма неравномерны.
Зато эта диаграмма очень удобна для описания цветовых охватов реальных устройств. Прямая линия между двумя цветами на диаграмме показывает те цвета, которые можно получить при их смешении в разной пропорции. Достаточно знать длину волны и ширину пиков основных цветов чтобы без сложных расчетов найти координаты точки прямо на диаграмме.
Существуют альтернативные пространства, отображающие полный цветовой охват, со своими особенностями. Например, CIE Lab в котором из-за нелинейных преобразований сравнивать мониторы неудобно. Но удобно сравнивать печатающие устройства, из-за того, что цвета рассматривается относительно точки белого, которая для напечатанного изображения меняется в зависимости от освещения.
О наиболее распространенных цветовых пространствах и будет рассказано в данном материале.
Стандарты аналогового телевидения. NTSC, SAMPT-C, PAL/SECAM, REC.601
NTSC стандартом на цвет обзавелся в 1953 году. В те далекие времена телевизоры обеспечивали очень широкий цветовой охват, но используемый люминофор оставлял длинные шлейфы и не давал достаточно яркой картинки, что привело к постепенному отказу производителей от этого стандарта.
В итоге появился стандарт SAMPT-C, учитывающий реальный цвет в телевизорах, который продолжили использовать в вещании NTSC.
Этой неразберихой (использование одного названия как для стандарта цветового пространства, так и системы вещания) пользуются хитрые производители, беря для расчётов процента охвата относительно NTSC (NTSC 1953) другой стандарт цветового охвата SAMPT-C (NTSC 1976) устройство на бумаге выглядело «круче» чем на самом деле. В современности стандарт цветового охвата NTSC (1953 года) нигде кроме маркетинга не используется
Чуть позже разработали другие стандарты телевиденья PAL/SECAM, которые описываются единым стандартом REC.601. В современном цифровом мире единственное подходящее его применение — оцифровка кассет, с последующей конвертацией в другое, более подходящее, пространство.
Но есть еще кое-что. Декодеры h.264 в зависимости от размера изображения по-разному преобразуют закодированную информацию о цвете в итоговые значения RGB. В зависимости от размеров изображения иногда неверно используется стандарт REC.601 вместо REC.709. Это проводит к искажению цветов либо в красноватую, либо в желтоватую область.
sRGB, REC.709
sRGB и REC.709 появились примерно так же, как SAMPT-C — чтобы навести порядок в том хаосе, который устроили производители мониторов. И то, что он так свободно перешел на ЖК-панели, можно считать чудом — принцип получения итоговой картинки разный (разные люминофоры, фильтры и так далее). Интересная особенность стандарта — он не имеет постоянной оптоэлектронной световой характеристики(гаммы).
Изначально обратную гамму использовали для компенсации неравномерности светимости люминофора от уровня сигнала управляющего током луча кинескопа, (производителям так было проще) чтобы итоговое изображение выглядело максимально близко к оригиналу. Но современным мониторам это не так уж и необходимо — они могут работать с любой гамма-функцией.
Сейчас гамма нужна для оптимального распределения информации о цвете на числовой последовательности бит. К примеру, в стандарте вещания HDTV (REC.709) числа 0-15,236-255 нужны для синхронизации кадров хотя реально для этой цели используются только 0 и 255. Чтобы учесть потерю этой части диапазона была подобрана соответствующая гамма функция. А что будет с изображением при подаче REC.709 сигнала на sRGB-монитор видно при неправильной настройке HDMI в драйвере видеокарты.
Так вот, несмотря на то, что везде для sRGB указывается гамма 2,2, на самом деле гамма меняется от 1 до 2,4.
Синий — локальное значение гаммы sRGB, пунктир — гамма 2,2, красный — гамма sRGB.
Сделано это как раз для оптимального распределения цвета по битам с учетом отражения освещения в комнате на экране монитора.
А еще все привыкли к тому, что точка белого указывается в кельвинах (к примеру, 6500К), но и это «неправда». По стандарту белый цвет используемый в sRGB соответствует дневному белому при полуденном солнце, выглядит немного зеленее привычного 6500К и называется D65.
Пока что sRGB — это стандарт цвета для интернета. Именно в этом пространстве стоит работать создателям изображений, дизайнерам, фотографам, ориентирующимся на цифровые публикации. А вот создателям видеоконтента стоит использовать другой стандарт — REC.709, у которого, несмотря на тот же самый цветовой охват, есть отличия в уровне точек черного и белого.
Еще одна особенность sRGB — отношение производителей мониторов к этому стандарту. Даже заявляя заводскую калибровку в sRGB, по факту от стандарта может отличаться все, кроме основных цветов, что осложняет работу. Обращайте внимание на обзоры.
AdobeRGB
Adobe RGB считается стандартом в печати, из-за того, что координаты основных цветов для подобраны таким образом, чтобы точно перекрывать swopCMYK — стандарт цветового охвата для печати 4 красками. В области голубого цвета у sRGB очень большие проблемы. Даже дешевенький домашний струйный принтер дает более насыщенный голубой цвет, чем дорогущий дизайнерский монитор, поддерживающий только sRGB.
Точка белого в Adobe RGB не D65, а D50 как соответствующая белому цвету на высококачественной бумаге. Который может доставить кучу неприятностей даже в любительской печати из-за принципа своей работы. Это вещество, преобразующее ультрафиолетовую часть спектра в синий цвет, что делает желтоватую низкосортную бумагу на вид яркой и белой, а отпечатки на такой бумаге сильно меняют цвета в зависимости от источника света.
Картинка, предназначенная для sRGB с отключенным управлением цветом, на таком мониторе, будет заметно отличаться от оригинального цвета, из-за того, что зеленая компонента не только дальше от точки белого, но еще и немного сдвинута в сторону от линии «точка белого/точка зеленого».
Такое пространство не подходит для потребления контента, цвета получаются нетолько более насыщенными, но и меняют оттенки, что больше всего заметно на лицах, к цвету которых глаз более чувствителен. По той же причине создателям контента, не занимающимся печатью, такое пространство доставит больше проблем чем пользы — практически никто не увидит изображение в изначальном виде.
Чтобы использовать такой монитор как следует, к нему потребуется колориметр-спектрофотометр для точной калибровки как самого монитора, так и принтера, источники света D50 и D65 для контроля отпечатков, помещение без окон, окрашенное серой краской. И всё это для того, чтобы исключить влияние внешнего освещения на восприятие цвета. В противном случае это будет просто монитор с насыщенными зелеными и голубыми цветами.
Из-за слишком широкого охвата может наблюдаться эффект постеризации на 8-битных панелях, а калибровка через LUT видеокарты в более «узкие» пространства только усиливает этот эффект. Поэтому в таких мониторах 14-битный LUT в самом мониторе и 10-битный вход — не роскошь, а необходимость.
Но все эти ухищрения недостаточны, когда дело доходит до многоцветных принтеров. Даже обычный потребительский 6-цветный принтер может выйти за пределы возможностей начальных профессиональных мониторов, поэтому превышение охвата монитора над стандартным очень даже желательно.
DCI-P3, Display-P3, P3-D65
Изначально DCI-P3 был стандартом для кинотеатров.
У оригинального стандарта яркость точки белого всего 45 нит (кд/м²) и заметен зеленоватый оттенок, а используемая гамма 2,6. Большинство мониторов даже если выкрутить яркость на минимум, всё равно будут заметно ярче чем полагается экрану в кинотеатре.
Поэтому у стандарта появились адаптации для потребительской техники — Display-P3, P3-D65, отличающиеся точкой белого, и гаммой, которую приняли за 2,2. Общего у них с изначальным стандартом — только основные цвета.
Этот стандарт планируется в качестве замены sRGB. Своим приходом в массы в скором будущем он будет обязан квантовым точкам — дешёвому люминофору позволяющим получить практически любой цвет без применения редкоземельных металлов.
Мониторов, обеспечивающих достаточный уровень покрытия будущего стандарта, становится все больше, но сейчас это вызывает некоторые сложности. Хотя браузеры и научились преобразованию цвета, для этого им требуется знать охват монитора. А Windows 10 знать не знает об этом стандарте. И если вы стали счастливым обладателем монитора с цветовым охватом отличным от sRGB, то при отсутствии настроек это может привести к искажению цветов.
В отличии от Adobe RGB у семейства P3 охват расширен не только в области зеленых, но и красных оттенков. Это приводит к чрезмерно насыщенным, «кислотным» цветам. Чтобы избежать этого достаточно скачать соответствующий профиль и назначить его по умолчанию для монитора.
К сожалению, производители и обзорщики не часто балуют профилями мониторов, а калибровка стоит денег, которые не хочется тратить. В таком случае поможет стандартный профиль, делающий просмотр интернета более приятным.
REC.2020 REC.2100
Новейший формат для цифрового телевидения — REC.2020 REC.2100. Из-за того, что используются монохромные цвета, даже квантовые точки не смогут обеспечить такого охвата, а значит бюджетных устройств с 100% покрытием в обозримом будущем не предвидится. Скорее всего это цветовое пространство ожидает судьба контейнера —цветового пространства, не соответствующего ни одному реальному устройству, но используемое для хранения информации о цвете, чтобы уже само устройство выполнило преобразования цвета в соответствии со своим возможностями. Это уже происходит на YouTube. Где для правильного отображения цвета видео в формате HDR, перед загрузкой рекомендуется конвертация именно в пространство REC.2020.
Заключение
В первую очередь при покупке монитора следует помнить, что отклонение более чем на 5% от стандартного цветового охвата в большую сторону ведет к существенному изменению цвета, которое без калибратора практически не исправить. А отклонение в меньшую сторону ничем не исправить.
Заводская калибровка вовсе не гарантирует, что монитор будет пригоден для работы.
Как ни странно, несмотря на явное желание производителей сделать DCI-P3 новым стандартом мониторов «по умолчанию», Windows 10 даже не знает о существовании этого пространства. Для того чтобы это исправить потребуется вручную назначить монитору соответствующий профиль.
Но это все настолько заморочено, что даже разработчики ПО и оборудования допускают ошибки.
Аддитивные цветовые пространства в колориметрии
Сегодня речь зайдёт о цвете.
Это спектр видимого света, построенный в цветовом пространстве sRGB с помощью прототипа моего колориметрического движка. Внизу подписана длина волны в нанометрах. Именно пространство sRGB является сегодня стандартом для интернета, так как оно поддерживается подавляющим большинством дисплеев. Но по правде, цветовой охват его невелик (всего 36 % от видимых глазом цветов); в нём очень плохо передаются оттенки зелёного. По этой причине на изображённый спектр наложен серый фон, снижающий насыщенность цветов до той, которую можно отобразить на стандартном мониторе. О том же, какие закономерности лежат в основе формирования цвета, и как цвет представлен в цифровой технике, да поведает эта статья.
Создание цветного изображения
Общеизвестно, что цветное изображение содержит три цветовых компоненты. На заре цветной фотографии, ещё до появления цветной фотоплёнки, русский фотограф С. М. Прокудин-Горский совмещал три экспозиции, последовательно снятые с применением красного, зелёного и синего светофильтров, и получались удивительные снимки с довольно достоверными цветами. Впоследствии в цветной плёнке стали применять три слоя фотоэмульсии. С появлением цветного телевидения в телеэкране применили растр из трёх разных люминофоров, при бомбардировке электронами излучающих не белый, а красный, зелёный, либо синий свет. Подбирая правильное количество каждого цвета, можно получить все остальные цвета — это так называемая аддитивная цветовая модель. Оставим пока в покое субтрактивную модель, которая применяется в полиграфии. Также не будем затрагивать особенности передачи аналогового сигнала в цветном телевидении.
Ключевое слово здесь — аддитивная. То есть, цвет создаётся именно сложением трёх основных составляющих. Но что представляют собой эти основные цвета? Их выбор может преследовать разные цели. В случае математических абстракций эти цвета даже могут быть физически невозможными. В телевидении же они определялись свойствами применявшихся люминофоров. Какой цвет излучается — тот и основной. Каждый вид люминофора характеризуется своим спектром излучения. Это далеко не чистые монохроматические цвета, но их спектральная полоса достаточно узкая, чтобы с их помощью можно было воспроизвести большинство встречающихся в жизни цветов.
Аддитивная цветовая модель справедлива и для ЖК-дисплеев, несмотря на то, что жидкий кристалл поглощает «лишнюю» энергию, исходящую от ламп подсветки (backlight), чтобы из белого цвета получился требуемый тон, а специальный светофильтр поглощает ненужные спектральные составляющие, чтобы получился красный, зелёный или синий субпиксель:
Введение в колориметрию
Особенностями восприятия человеком цвета и его передачей техническими средствами занимается наука колориметрия. Ещё в XVII веке Исаак Ньютон смог разложить белый свет на спектр с помощью призмы, показав, что каждый цвет является суммой множества элементарных цветов. В дальнейшем стало понятно, что, несмотря на непрерывность спектра видимого света, достаточным минимумом являются всего три основных цвета. Дело в том, что нормальное человеческое зрение является трихроматическим — как и у всех высших приматов, образованным тремя типами колбочек (не учитывая малоизученные мезопические условия, когда параллельно в работу включаются и палочки). Большинство млекопитающих обладают двумя типами колбочек (включая кошек и собак), многие виды животных могут похвастаться четырьмя, а у голубя их обнаружено целых пять!
Светочувствительные клетки сетчатки глаза имеют различные кривые чувствительности, являющиеся функциями от длины световой волны. Типы колбочек обозначаются буквами L, M и S (от англ. long, medium, short). Примерно так выглядит их нормализованная чувствительность к каждой длине волны:
Было бы естественно использовать в качестве основных цветов уровни возбуждения каждого из типов колбочек, не так ли? Такое цветовое пространство называется LMS. Сложность в том, что изображённые выше кривые чувствительности немного различаются у каждого человека даже с нормальным цветовым зрением, не говоря уже о всевозможных аномалиях. Кроме того, как нетрудно увидеть по графикам, не существует такого светового стимула, который бы избирательно возбуждал только один вид колбочек. Это не фильтр Байера на сенсоре цифровой камеры, содержащий одни лишь RGB-ячейки! Любой свет, который улавливает колбочка типа L или S, будет в какой-то степени восприниматься и колбочками типа M. В связи с этим система LMS содержит большое количество невозможных цветов и выглядит несколько избыточной, хотя она незаменима в моделировании нарушений зрения — достаточно приравнять L=M или M=L, чтобы достоверно сымитировать дальтонизм.
В 1931 году экспериментальным путём было создано цветовое пространство CIE XYZ, удобным образом умещающее в себе все физически воспроизводимые цвета. CIE — по-французски «международная комиссия по освещению» (commission internationale de l’éclairage). По сей день разработанное ею пространство служит системой отсчёта для любых используемых индустрией цветовых пространств, включая sRGB. Компонента Y — это практически воспринимаемая глазом яркость, благодаря чему распространение получило и представление xyY, где x и y (строчными буквами) — не что иное, как величины X и Y по отношению к сумме X+Y+Z, а значит, они не зависят от яркости, лежат в пределах от 0,0 до 1,0 и определяют только сам цвет. Таким образом, мы можем раздельно оперировать яркостью и цветностью, что в ряде случаев очень удобно:
Перед нами диаграмма цветности CIE XYZ. Если обратиться к пространству xyY, то по горизонтали тут как раз отложена координата x, по вертикали y. Диаграмма треугольная, так как x+y не может быть больше единицы, иначе Z окажется отрицательным. Можно представить, что мы смотрим на основание треугольной пирамиды (наклонный равносторонний треугольник), а ось z «смотрит» прямо на нас. Но и в пределах этого треугольника значительная часть цветов — мнимая и закрашена в клетку размером 0,05. Нас же интересует фигура, внутри которой лежат все физически реализуемые цвета. Её изогнутая в виде подковы граница — это все монохроматические цвета, начиная от фиолетового и заканчивая красным. Причина именно такой формы в характере зрительного восприятия спектральных цветов.
Нижний отрезок, соединяющий фиолетовый цвет с красным — так называемая линия пурпурного (на моей диаграмме она расположена не совсем точно). Эта линия содержит цвета, не являющиеся монохроматическими, но имеющие при этом максимальную насыщенность. Получить такие цвета трудно: требуется смешивать два монохроматических цвета, стоящих на самых границах видимого спектра, а чувствительность глаза к такому свету очень невелика. По сути, можно лишь асимптотически приближаться к этой линии.
Точками на диаграмме отмечены три основных цвета sRGB и белый цвет, соответствующий цветовой температуре 6500 К (это тоже важно). Все цвета за пределами треугольника основных цветов не могут быть отображены этим пространством и показаны приблизительно. Но пусть вас не смущает огромная область недоступных оттенков бирюзового — визуальная разница между цветами распределена по диаграмме неравномерно и в этой области различия цветов не слишком велики (гуглим эллипсы МакАдама). Кстати, наличие таких неоднородностей в восприятии цветовых нюансов делает особенно сложной задачу точного измерения степени отличия двух цветов в колориметрии. Простой евклидовой метрикой тут уже не обойтись!
Преобразования между цветовыми пространствами
Напрямую в пространстве XYZ работать сложновато из-за его склонности к появлению «мнимых» цветов, получить которые будет физически невозможно. Пространство XYZ не учитывает и некоторые особенности нашего зрения. К тому же, большое количество мнимых цветов означает, что мы впустую расходуем биты разрядной сетки. Если взглянуть на вышеприведённую цветовую диаграмму, то видно, что значительная часть её занята такими вот невозможными цветами. В теории их можно увидеть, напрямую воздействуя на клетки сетчатки, но это лежит за пределами дисплейных технологий. Но есть хорошая новость: цветовосприятие глаза в широком диапазоне яркостей является линейным, и во всяком линейном цветовом пространстве каждое из значений R, G и B будет являться линейной комбинацией величин X, Y и Z. Таким образом, применив методы линейной алгебры, мы можем переходить из одного пространства в другое при помощи обычных матриц размера 3×3!
Внимание, вопрос: как создать дисплей с цветовым охватом, стремящимся к 100 % от теоретически возможного? Из-за такой сложной формы области доступных глазу цветов, нельзя отобразить все возможные цвета в пространство всего с тремя физически возможными основными цветами — на диаграмме оно всегда будет иметь форму треугольника. С мнимыми цветами всё было бы просто, но мнимые цвета — математическая абстракция, их не создашь на экране. По сути, после перехода на монохроматические основные цвета единственный способ дальше расширять цветовой охват устройства — наращивать количество этих самых цветов. Применить более трёх основных цветов для создания гиперспектрального цветового пространства, вплоть до способности каждого отдельного пикселя излучать в полностью произвольном спектре, но таких дисплеев не было создано (так как пока не реализован потенциал даже трёх цветов). Гиперспектральные изображения используют разве что в научных целях для съёмки со спутников, к колориметрии отношения не имеющих.
Относительно удачной попыткой передать все видимые глазу цвета стала модель CIE L*a*b* (модель Hunter Lab без звёздочек имеет существенные отличия и не столь распространена), где пространство XYZ трансформируется нелинейными (содержащими кубические корни) функциями в нечто, отражающее наши субъективные цветовые ощущения по осям жёлтый-синий и красный-зелёный. Однако же, для применения в аддитивной цветовой модели пространство обязано быть линейным.
Тут нужно заметить, что фактическое цветовое пространство (профиль) характеризуется не только основными цветами и точкой белого, но также кривой гамма-коррекции (передаточной функцией), специфика которой лежит в области фотометрии. Когда на каждое число отводится всего 8 бит (как в 24-битном цвете), эти биты нужно использовать по максимуму. И основная задача гамма-коррекции — равномерно распределить все 256 возможных градаций по изменению воспринимаемой яркости, чтобы оптимизировать использование разрядной сетки и сделать квантование сигнала не таким заметным. Линейная, фотометрически точная шкала от 0 до 255 будет иметь заметные ступеньки в тёмной области. Что же можно применить в качестве передаточной функции? Главное требование — чтобы функция монотонно возрастала на всём диапазоне входных значений: это сделает её биективной, однозначно ставящей в соответствие одно значение другому, а значит, будет возможно обратное преобразование. Подойдёт обычная степенная функция вида 
, где γ — и будет показатель гамма-коррекции. А для восстановления исходного числа достаточно всего лишь заменить степень на 1/γ. Из-за наличия передаточной функции используемые на практике цветовые пространства чаще всего нелинейны.
Изначально кривая гаммы ещё и отражала характер отклика люминофора на изменение модулирующего напряжения (ЭЛТ-монитор обладал гаммой 2,2 естественным образом). При этом все операции над цветами должны производиться только в их линейном представлении. Для экономии вычислительных ресурсов в играх и интерфейсах иногда рисуют полупрозрачные поверхности без учёта гамма-кривых (в до-HDR эпоху недалёкого прошлого это было повсеместным явлением), но это приводит к заметно искажённым результатам. Поэтому перед всеми колориметрическими преобразованиями rgb-значения в обязательном порядке возвращают на линейную шкалу.
После этого пространство CIE XYZ служит посредником при преобразованиях между разными цветовыми профилями. Таким образом, перевод цвета из одного пространства RGB в другое выполняется в четыре простых стадии:
О точках белого
Всем нам знакомы установки баланса белого при съёмке фото и видео. От того, каким светом освещён сюжет, напрямую будут зависеть и видимые нами цвета. Но наше восприятие в какой-то степени умеет компенсировать этот эффект, а электронные устройства воспринимают весь свет как есть, вместе с окраской, привнесённой освещением. Всё бы ничего, но после постобработки, повышения контрастности, насыщенности и прочих «улучшений» цвета искажаются, да и при печати сильный сдвиг баланса белого будет смотреться плохо. Объекты будут выглядеть совсем по-разному в свете пламени свечи и голубого неба из-за сильного различия их спектров. Точно так же и все цвета, воспроизводимые на экране монитора, будут зависеть не только от выбора основных цветов, но и от оттенка, который получится у белого цвета после сложения всех трёх цветов, взятых на максимальной яркости. Где-то он может оказаться желтее, где-то явно отдавать голубизной или вообще быть зеленоватым. Это и есть точка белого, которую необходимо учитывать при расчётах. Поэтому точка белого является неотъемлемой характеристикой цветового пространства, хотя её возможно менять простым масштабированием компонент R, G и B.
Оказывается, что свет, имеющий совершенно ровный спектр, то есть все длины волн которого содержат одинаковую энергию (в математике такой спектр называется белым шумом), будет выглядеть не белым, а буровато-розовым по сравнению с привычным нам дневным светом. Дело в том, что в природе существует тепловое излучение абсолютно чёрного тела (АЧТ), и спектр его всегда имеет пик на некоторой длине волны, зависящей от температуры, и плавно спадает в обе стороны. По законам физики чем горячее объект, тем дальше пик его излучения сдвигается к фиолетовой области спектра.
Разумеется, реально существующие тела не поглощают весь свет и не являются абсолютно чёрными, но эта модель успешно применяется с поправкой на произвольный спектр поглощения: где сколько поглощается, там столько и излучается. «Абсолютно белое» тело само излучать ничего не сможет в принципе. Тела комнатной температуры излучают только дальний инфракрасный свет, тело температурой 800 К едва начинает светиться красным, жёлтая нить накаливания раскалена до 2800 К (в спектре всё ещё преобладает инфракрасный), а поверхность Солнца имеет эффективную температуру аж 5778 К и практически белая, так как максимум излучения переместился в видимую область. Гипотетическое тело с бесконечно большой температурой будет гореть голубым:
Человеком было создано множество всевозможных источников света, имеющих самый различный спектр, часто даже визуально совершенно не похожий на излучение АЧТ. Чтобы устранить путаницу, были введены стандартные источники света, которым как витаминам присвоили буквенные обозначения. Так, точка белого D65 означает, что белый цвет в данном пространстве имеет цветовую температуру 6500 К, что типично для рассеянного дневного света. Это наиболее употребительное на сегодняшний день значение для дисплеев. А вот другие стандартные источники:
Illuminant A
Свет самой обычной лампы накаливания с цветовой температурой 2856 К.
Illuminant B
Это был симулятор прямого солнечного света с цветовой температурой 4874 К. Признан устаревшим с появлением серии D.
Illuminant C
Симулятор дневного света с температурой 6774 К. Также устарел, заменён на D65.
Серия D
Разные виды дневного света. Цифрами обозначается цветовая температура в сотнях кельвинов. Каноничны источники D50, D55, D65 и D75, иногда можно встретить D93.
Illuminant E
E значит equal energy. Тот самый серо-буро-малиновый источник с плоским спектром.
Серия F
От слова fluorescent. Источники от F1 до F12 соответствуют различным флуоресцентным лампам с довольно-таки линейчатым спектром.
Серия L
Ещё не опубликованный список стандартных источников, содержащий полюбившиеся нам светодиоды.
Краткая характеристика некоторых распространённых цветовых пространств RGB
CIE RGB
Полученное в ходе экспериментов 1920-х, это пространство послужило основой для CIE XYZ. Основные цвета чистые спектральные — 700 нм (или около того), 546 нм и 436 нм. Точкой белого считается Illuminant E. Гамма-коррекцию данный стандарт не затрагивает. На диаграмме охват выглядит отличным на участке от красного до зелёного, чего не скажешь об оттенках синего и бирюзового — всё-таки свет длиной 436 нм уже практически фиолетовый.
ITU-R BT.709
Этот стандарт был принят для использования в телевидении высокой чёткости (HDTV). И именно на нем основывается пространство sRGB. Основные цвета — цвета люминофоров у кинескопа. Следовательно, такое RGB могут адекватно воспроизвести нынешние мониторы потребительного уровня. Охватывает аж целых 36 % видимых глазу цветов. Зелёный здесь не особенно зелёный, скорее салатовый, да и с красным не так всё здорово. Зато у электронно-лучевых трубок был довольно неплохой синий. Опорный белый обычно D65.
Считается, что показатель гамма-коррекции равен 2,2, и в среднем это так и есть, однако вблизи чёрного в передаточной функции сделан небольшой линейный участок (с целью избежать разрыва производной в точке чёрного), о котором не всегда вспоминают.
Adobe RGB ’98
Тот же sRGB с изменённым зелёным цветом, благодаря чему значительно улучшилась передача оттенков зелёного, а покрытие L*a*b* доведено до 52 %. Кроме того, убран дурацкий линейный участок гаммы в тенях, благодаря чему её показатель везде равен 2,2. В этом пространстве работают дорогие профессиональные мониторы. Тем не менее, и здесь настоящего красного вам не увидеть. Широко применяется в фотографии и, как правило, поддерживается зеркальными фотоаппаратами.
Adobe Wide Gamut RGB
Разработанное Adobe Systems цветовое пространство с по-настоящему широким охватом. Введены чистые спектральные основные цвета — 700 нм, 525 нм и 450 нм. Наличествует гамма 2,2 без линейного участка. Точка белого стала D50. Цветовой охват действительно очень широк (78 %, как-никак), вот только простой синий цвет sRGB всё равно торчит из него маленькой вредной заусеницей.
ProPhoto RGB
Разработано Kodak, как можно догадаться из названия, для работы с фотоснимками. Очень широкий цветовой охват, однако зелёный и синий цвета являются мнимыми. Точка белого D50. Показатель гаммы около 1,8 с линейным участком в нижней области значений.
ITU-R BT.2020
Также называется Rec. 2020. Стандарт рекомендован для будущих телевизионных систем сверхвысокой чёткости (UHDTV) и постепенно воплощается в жизнь. Основные цвета заменены на монохроматические — цвета лазеров с длинами волны 630 нм, 532 нм, и 467 нм. В отличие от Adobe Wide Gamut RGB, всё пространство sRGB вмещается сюда целиком. Гамма-кривая такая же, как у sRGB, белый тоже D65. Более новая Rec. 2100 вводит ещё две передаточных функции для изображений с широким динамическим диапазоном.
Заключение
Несмотря на явный прогресс, цветовой охват большинства современных дисплеев всё ещё довольно далёк от теоретического предела. В ближайшие годы ожидается распространение дисплеев с расширенным цветовым охватом, использующих технологии OLED и лазерную проекцию. В колориметрии ещё немало нерешённых задач. Малоизученными остаются особенности взаимодействия нашего ночного и дневного зрения, индивидуальные различия в цветоощущении. Не исключено, что некоторые люди являются тетрахроматами. А если человеку удалить хрусталик глаза, он начинает видеть ближний ультрафиолетовый свет как бело-голубой.
С появлением HDR-дисплеев усилится эффект погружения в фильмах и играх, а динамичные сцены станут ещё более захватывающими и достоверными, но потребуется применение новых передаточных функций, таких, как hybrid log-gamma и Perceptual Quantizer, чтобы уместить в те же 256 уровней расширенный динамический диапазон. Рекомендация BT.2100 призвана стандартизовать эти усовершенствования.
Мной было разработано цветовое пространство, похожее на Rec. 2020, также использующее монохроматические основные цвета, специально подобранные для обеспечения широкого цветового охвата с точкой белого D65. Кроме того, я использовал показатель гаммы, равный 2,0. Применение такой гаммы означает, что для получения линейного представления RGB цветовые компоненты нужно просто возвести в квадрат, что сильно упрощает вычисления, сохраняя точность цветопередачи. Это имеет и физический смысл — амплитуда сигнала пропорциональна квадрату мощности, и значения rgb в таком случае как раз кодируют амплитуды. В качестве альтернативы для HDR-изображений, я экспериментирую с полностью логарифмической передаточной функцией, имеющей экспоненциальную характеристику, что позволяет заменить умножение на сложение при расчёте освещения.