¿Por qué los espacios de color no usan todo el espectro de color?

Eche un vistazo al diagrama de cromaticidad CIE 1931 que se muestra con la gama de espacios de color sRGB. ¿Por qué ciertos colores quedan intencionalmente fuera de los espacios de color, como se ve a continuación? ¿Por qué no solo incluir todos los colores?

sRGB es un espacio de color desarrollado por HP y Microsoft en 1996. Los monitores CRT eran comunes y, por lo tanto, sRGB se basaba en las características de las capacidades de estos monitores. Aquí se puede encontrar una buena reseña de la historia y las razones .

Las coordenadas de cromaticidad y los colores disponibles se eligieron según lo que los fósforos utilizados en los CRT podrían producir en ese momento. Tenga en cuenta que ni las impresiones ni los monitores TFT o CRT pueden replicar el espectro completo de luz visible.

Un programa en una PC o cámara que quiera controlar un monitor utilizará valores discretos. Si utiliza un espacio de color más grande, pasos entre diferentes colores consiguen gruesa a menos que utilice un tipo de datos más grande (Ejemplo: Adobe RGB con 8 bits). Considerando que la información de imagen en un espacio de color más grande, con un tipo de datos más grande consume más memoria y potencia de procesamiento más necesidades (ejemplo: Adobe RGB con 16 bits). Este valor digital se transforma en una señal analógica (por lo general una tensión) en una cierta etapa y luego a algo visible (para tubos de rayos catódicos: una pantalla fosforescente excitado por electrones acelerados).

La resolución para convertir una entrada digital en una señal analógica es un límite adicional debido al costo, el tamaño y la tecnología.

Por lo tanto, la adaptación de los monitores sRGB a CRT en ese momento permitía una buena resolución entre colores y minimizaba los requisitos de hardware.

El diagrama de cromaticidad CIE 1931 representa todos los colores que el ojo humano promedio puede ver. Pero sólo porque esos colores pueden ser percibidas por el ojo humano promedio, no significa que todas las tecnologías pueden producir todos los colores posibles que el ojo promedio posiblemente puede ver. Si bien no existe un modelo triestímulo puede crear toda la gama de la percepción del color humana, los diferentes modelos de color RGB abarcan una gama muy amplia de la mayor parte de la percepción humana del color.

Darse cuenta de que en el diagrama informados, y de hecho cualquier diagrama CIE que tiene en un ordenador, es sólo un modelo. Los colores reales en el diagrama fuera del diagrama sRGB están realmente representados por un valor RGB en el archivo de imagen. Pero el "verde puro" en la parte superior del diagrama sRGB etiquetado no es realmente "verde puro" sRGB (es decir, no es un valor [R, G, B] de [0.0, 1.0, 0.0]). El diagrama es solo un modelo que muestra, dentro de los límites de la tecnología, lo que se incluye / excluye en los espacios de color CIE y sRGB.

Para sRGB, en particular, que fue diseñado y estandarizado para dar cabida a los monitores CRT en los mediados de los 90. Los CRT producen color emitiendo y combinando luz de tres pistolas de fósforo diferentes (de espectros rojos, verdes y azules particulares). Al carecer de pistolas de fósforo adicionales de diferentes longitudes de onda, tales CRT no pueden emitir todos los colores que los humanos pueden ver.

Normalmente describimos un color diciendo que es naranja o cereza o rosa. Ir a una tienda de pinturas y recoger muestras de la muestra. Verá blanco como el invierno y rojo fuego y quizás rojo caramelo. Nombres como éstos fallan para clasificar de manera satisfactoria. Uno de los primeros y quizás los mejores sistemas es el Sistema Munsell. Desarrollado por Albert H. Munsell, organizó un sólido tridimensional de todos los colores que pueden representarse mediante muestras reales hechas con pigmentos estables. Creo que es el mejor método.

El siguiente fue el Sistema CIE (Comisión Internacional de Iluminación). Los experimentos para mapear la respuesta de color del ojo humano comenzaron a principios de la década de 1920. Los estudiantes combinaron colores que eran mezclas de las tres primarias claras que son rojo, verde y azul. Se encontró que las células en el ojo humano responsables de la visión del color eran una tríada: una pigmentada para recibir rojo, una verde y una azul. Se descubrió que uno podía mezclar estos tres primarios y hacer todos los colores que los humanos podemos ver.

Sin embargo, la ciencia es incapaz de hacer filtros perfectos o pigmentos perfectos. En todos los casos, perdemos un poco la marca. El sistema CIE utiliza primarias imaginarias. Estos se pueden mezclar para hacer todos los colores que vemos. El hecho de que se usen primarias imaginarias no resta valor al sistema. Tal vez usted será el encargado de hacer los filtros de color perfectos y rehacer la tarea.

El sistema CIE especifica los colores en términos de la cantidad de cada uno de los tres primarios. Esta mezcla de colores es para un observador estándar como miles han sido probados y se promediaron los resultados. Un gráfico de los resultados es un límite en forma de herradura que representa la posición de los colores que tienen la mayor saturación. Estos son los colores del espectro. Las zonas de color de la gráfica son los límites de saturación se pueden obtener con las tintas de impresión modernas. Cerca del centro es el punto de iluminación que es para condiciones de luz diurna.

Tenga en cuenta que el color percibido usando un sistema Munsell tiene una identificación tridimensional: que es el tono, el brillo y la saturación. El sistema CIE es bidimensional. La línea recta en la parte inferior representa magenta y púrpura de saturación máxima. Estos colores no ocurren en el espectro o el arco iris; sus matices se expresan como una longitud de onda. Puedo seguir y seguir, pero tal vez debería seguir con Munsell.

Cualquier espacio de color RGB basado en las primarias describirá un triángulo. Desde el diagrama CIE no es perfectamente triangular, es imposible incluir a todos ellos en un triángulo sin crear colores imaginarios que no pueden existir físicamente. En particular, los valores R, G, B utilizados en cualquier sensor o pantalla deben estar dentro de los colores físicos. Tenga en cuenta que esto sólo se aplica a los dispositivos físicos, hay espacios de color que utilizan los colores imaginarios de los puntos RGB pero son sólo para la manipulación matemática.

Hay otras restricciones sobre los puntos RGB, así. En primer lugar, es mejor si son alcanzables con la tecnología actual rentable. Los puntos para sRGB fueron tomados de la Rec. 709, que definió el rango que admitirían los televisores de alta definición en 1990. En segundo lugar, el espaciado de los puntos demasiado separados genera problemas para diferenciar entre colores similares cuando su representación es limitada, por ejemplo, a 24 bits. Es mejor tener una buena representación de los colores comunes que tener representación de los colores que se ven casi nunca.

Con más de 3 colores primarios, sería posible definir un espacio de color que no sea triangular, lo que incluiría más del espacio CIE. Sony produjo un sensor RGBE que incluía un primario "Esmeralda" entre el azul y el verde, pero solo lo usaron en una cámara antes de abandonarlo. No he podido encontrar ninguna información sobre las coordenadas CIE de los filtros que usa, pero aquí hay una conjetura sobre cuál podría ser la gama:

Puede ver que cubre un área mucho más grande que sRGB, a pesar de que utilicé las 3 primarias sRGB como punto de partida. Es difícil decir con certeza por qué nunca se dio cuenta, pero podemos adivinar. Dado que todo el mundo del software y la impresión se basa en espacios de color de 3 primarios, la gama debe exprimirse en uno de esos y las ventajas de RGBE se pierden en la traducción.

Cada píxel en una pantalla de monitor tiene una posición horizontal y vertical en la pantalla. Dentro de esa posición hay tres "colores" en un monitor de color que varían de 0% a 100% de intensidad.

Si nos fijamos en el borde exterior de la región de la figura, luego ves los colores que se podrían formar usando todos los fósforos que emitían luz en longitudes de onda puras dados misma percepción intensidad visual. Dentro de la región son representaciones de intensidad "100%" de la luz percibidos por los cromóforos (rojo, azul, y verde) del ojo humano en el mismo nivel de intensidad visual. Piense en dibujar una línea entre dos longitudes de onda puras y una intensidad variable de 0-100% del primer color y 100% -0% para el segundo.

Los humanos con buena visión del color tienen 3 receptores de "color" diferentes. Por lo tanto, puede engañar y pensar que las mezclas de tres longitudes de onda "puras" forman muchos "colores" diferentes. En tal caso, la intensidad de la luz variará entre 0 y 100% para cada uno de los tres colores.

Ahora el triángulo interno tiene tres puntos que marcan el "color efectivo" (mezcla de colores) del fósforo particular elegido para el monitor. (Los fósforos no emiten una longitud de onda pura de la luz, sino una mezcla de colores). Por lo que los límites de fósforo rojo elegidas cómo "rojo" el "color rojo puro" en el monitor puede ser. Así sucesivamente para el verde y el azul. Puede hacerse una idea de las mezclas de colores que se pueden obtener con el 100% de potencia mediante el uso de coordenadas trilineales.

Para obtener coordenadas trilineales, primero dibuje un traingle entre los tres fósforos elegidos. Luego dibuja una línea perpendicular desde cada vértice del triángulo interno hacia el lado opuesto. El vértice del triángulo tiene una intensidad del 100% y la intersección de la línea con la base forma una intensidad del 0%. Hacer esto para los tres vértices dará como resultado tres líneas reunidas en cada punto interior dentro del triángulo. Si cada línea tiene 100 divisiones, habrá 10,000 puntos en la cuadrícula. Además, las intensidades Rojo / Verde / Azul en cada punto sumarán el 100%.

Observe que las esquinas del triángulo se acercan al color "puro" del ápice. A lo largo de los lados de los triángulos hay una transición distinta cuando se cruza desde afuera del triángulo hacia adentro. debido a la diferente mezcla de colores.

mattdm ha señalado que también hay que tener en cuenta el "poder" en general para el píxel. Si los tres fósforos tienen 0% de intensidad a continuación, el color sería negro. Si las tres intensidades de color son 100%, entonces el color debe ser próximo al blanco. Para obtener blanco, por supuesto, los tres fósforos tienen que ser seleccionados con criterio.

Hay espacios de dispositivos y espacios de color independientes del dispositivo. sRGB es un espacio de color independiente del dispositivo creado por una señora en HP como un espacio para estandarizar la espalda de CRT en el día. Chris Cox en Adobe Adobe creado 1998. Spaulding y Kevin en Eastman Kodak creó RIMM y espacios de color ROMM de los cuales se utiliza como RIMM ProPhoto RGB. Ese espacio que realmente hace cubrir el diagrama de XYZ, pero es sólo beneficioso para nosotros Photogs si nuestra gama de la impresora está cerca de volumen. (Con un buen papel satinado La mayoría de gama alta de Epson acercarse a Pro Photo RGB)

El verdadero problema es el uso final de la imagen. Los perfiles de espacio de color anteriores son modelos matemáticos para dispositivos y aparatos no reales. Los beneficios para los que son equidistantes que tienen primarias y transformaciones en las imágenes contenidas en estos espacios están relativamente bien comportado.

Tener espacios de color que no son espacios de dispositivos y que no contienen el ruido que tienen gamas de dispositivos. Que prevé la transforma en el espacio real del dispositivo como el monitor del ordenador o impresora que son a la vez predecible y más preciso de dispositivo a dispositivo. Por lo tanto, los espacios de contenedores son el camino a seguir para obtener calidad.

Ahora para responder a su pregunta "¿Por qué no incluir todos los colores?" Bueno, podemos hacerlo si usamos ProPhoto RGB, pero lo que tenemos son valores RGB (0-255) asignados a valores Lab que son bastante más grandes que sRGB (el espacio de color de Internet) para que la imagen no se vea bien si publica archivos ProPhoto RGB en la web. Así que las imágenes que hay necesidad de buscar en realidad como queremos que mirada debe ser convertido a un espacio fuera ponga referido. En internet que sucede en su navegador. Si usted tiene un monitor de gama alta que esto ocurre porque el equipo tiene un conocido perfil de monitor para hacer que los colores en el nuevo espacio de laboratorio.

Sería parte que ver con la eficiencia de la codificación de datos (no perder bits / precisión), en parte razones históricas, y algunas consideraciones prácticas.

Hay algunos espacios de color que hacen cubrir todos los colores "visibles", pero que normalmente no usarían para imágenes / vídeos. Por ejemplo, esa tabla en su pregunta muestra colores en el espacio CIE 1931 XYZ, que es un espacio de color que cubre todos los colores visibles para los humanos (de acuerdo con su modelo psicológico).

Sin embargo, CIE XYZ no es un espacio de color que normalmente se utiliza para representar en realidad de color de datos , por ejemplo en una imagen o vídeo. La parte posterior conversión en un espacio RGB es relativamente complejo, sería perder una gran cantidad de bits de precisión en el espacio fuera de la gama de colores la mayoría de los monitores pueden producir o sensores pueden ver, incluso los colores fuera del espacio que los humanos pueden ver. Las operaciones matemáticas que son fáciles de calcular en un espacio RGB serían altamente compleja en algo así como CIE XYZ y en todos los aspectos prácticos requeriría conversión intermedia de todos modos.

Un espacio de color RGB hace que ciertas operaciones sean mucho más fáciles. Los monitores y las pantallas usan espacios de color RGB de forma nativa. Si está usando un espacio de color RGB, porque su medio de salida se basa inherentemente RGB, que inicialmente tiene sentido utilizar un espacio de color que iguale o se asemeja mucho las primarias de color rojo, verde y azul que su medio de salida puede hacer. En el pasado, los monitores de color utilizan fósforos de color rojo que produjeron similares, las primarias verde y azul, por lo que el espacio RGB sólo porque el espacio de color "estándar". Los monitores no son todos iguales, cada vez más, y así inventar un espacio de color independiente del dispositivo es una buena idea: sRGB es el espacio más común dispositivo independiente y de que coincide estrechamente típico rojo, verde y azul primarias de la época monitor CRT. sRGB se ha convertido en un estándar de facto para monitores, televisores (rec rec 601 y 709,

Así que parte de la popularidad de sRGB es su afianzamiento en todas esas áreas. En cuanto a los espacios de color, e incluso en lo que respecta a los espacios RGB, es muy limitado, por lo que obtienes Adobe RGB, ProPhoto y los otros espacios RGB con gamas expandidas. La codificación en ellos se vuelve un poco menos eficiente, lo que requiere el uso de más de 8 bits por canal en algunos casos, pero cubren una gama más amplia que pueden hacer los nuevos monitores y tecnologías de visualización, y abordan la necesidad de un "espacio de color de trabajo" , donde el espacio de color de entrada y salida puede variar según el dispositivo, por lo que también puede usar un espacio intermedio con una gama realmente amplia para que pueda convertir entre ellos con una pérdida mínima. ProPhoto RGB, a menudo utilizado como un espacio de color "trabajar" porque es "lo suficientemente amplia" para exceder casi cualquier espacio de color del dispositivo que pueda imaginar, puede cubrir casi todos los colores visibles (de acuerdo con CIE 1931) con la excepción de algunos verdes y violetas súper profundos (nuevamente, estos están muy lejos de lo que los monitores u otros dispositivos pueden pantalla), pero como resultado es bastante ineficiente para codificar, con muchas coordenadas simplemente no utilizadas porque caen fuera del rango de colores visibles. Curiosamente, sus primarios (es decir, su rojo, verde y azul) son "imaginarios": es imposible producir un emisor o sensor con los primarios de ProPhoto RGB porque sus primarios son colores imposibles; existen matemáticamente solo, como una forma de transferir colores hacia o desde otros espacios. puede cubrir casi todos los colores visibles (según CIE 1931) con la excepción de algunos verdes y violetas súper profundos (nuevamente, estos están muy lejos de lo que pueden mostrar los monitores u otros dispositivos), pero como resultado es bastante ineficiente para codificar, con muchas coordenadas simplemente no se utilizan porque caen fuera de la gama de colores visibles. Curiosamente, sus primarios (es decir, su rojo, verde y azul) son "imaginarios": es imposible producir un emisor o sensor con los primarios de ProPhoto RGB porque sus primarios son colores imposibles; existen matemáticamente solo, como una forma de transferir colores hacia o desde otros espacios. puede cubrir casi todos los colores visibles (según CIE 1931) con la excepción de algunos verdes y violetas súper profundos (nuevamente, estos están muy lejos de lo que pueden mostrar los monitores u otros dispositivos), pero como resultado es bastante ineficiente para codificar, con muchas coordenadas simplemente no se utilizan porque caen fuera de la gama de colores visibles. Curiosamente, sus primarios (es decir, su rojo, verde y azul) son "imaginarios": es imposible producir un emisor o sensor con los primarios de ProPhoto RGB porque sus primarios son colores imposibles; existen matemáticamente solo, como una forma de transferir colores hacia o desde otros espacios. con muchas coordenadas simplemente no se utilizan porque caen fuera de la gama de colores visibles. Curiosamente sus primarias (es decir, su color rojo, verde y azul) son "imaginaria" - es imposible producir un emisor o el sensor con las primarias de ProPhoto RGB porque sus primarias son colores imposibles - que existe matemáticamente solamente, como una forma de colores de transferencia hacia o desde otros espacios. con muchas coordenadas simplemente no se utilizan porque caen fuera de la gama de colores visibles. Curiosamente sus primarias (es decir, su color rojo, verde y azul) son "imaginaria" - es imposible producir un emisor o el sensor con las primarias de ProPhoto RGB porque sus primarias son colores imposibles - que existe matemáticamente solamente, como una forma de colores de transferencia hacia o desde otros espacios.

espacios de color más pequeñas son para:

• transmisión de imágenes restringido. El uso más pequeño espacio de color mejorará la precisión del color en comparación con el enorme espacio de color completa dada la misma profundidad de color para ambos
• imágenes pre-renderizados, listos para su visualización en hardware de destino que se aplicarán sin conversiones antes de transmitir