Conocimiento del color y la luz

Tabla de Contenidos

La naturaleza de la luz

La gente descubrió muy temprano que la luz blanca o la luz solar se separará en colores espectrales después de ser refractada por un prisma, formando una banda de luz que consiste en siete colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Esta banda de luz se llama espectro. Entre ellos, la luz roja tiene la longitud de onda más larga, la luz violeta tiene la longitud de onda más corta, y las longitudes de onda de los otros colores están en el medio. Como se muestra en la figura a continuación.

Si la luz de color descompuesta a partir de la luz blanca pasa a través de un prisma de nuevo, no continuará descomponiéndose en otras luces de color. Este tipo de luz coloreada que no se puede descomponer más se llama luz monocromática. El color de la luz monocromática depende de la frecuenciafde la luz, o la longitud de ondaλLos dos son equivalentes y se pueden convertir entre sí según la fórmula de velocidad de la luz c=λf.La luz mezclada por "luz monocromática" se llama "luz compuesta". El color de la luz compuesta depende principalmente de la frecuencia de la luz con la mayor energía en la luz compuesta. Cuando la luz compuesta contiene todas las frecuencias de luz visible y la energía de cada frecuencia es la misma, el color de la luz compuesta aparece blanco. Los parámetros de muchos medios ópticos (tales como vidrio) están relacionados con la frecuencia de la luz, es decir, muestran diferentes índices de refracción para la luz de diferentes frecuencias, y la velocidad de la luz de diferentes frecuencias que se propagan en el medio también es diferente. Estas dos situaciones se denominan colectivamente dispersión de luz. La dispersión de luz por el prisma forma el espectro visible. La dispersión de la luz en la fibra óptica hace que el paquete de onda se amplíe, limitando el rendimiento de la transmisión de señal.

La razón por la que los humanos pueden percibir las escenas coloridas en el mundo objetivo es que el ojo humano puede recibir luz emitida, reflejada o dispersa por objetos. Para decirlo más concretamente, los fotones que llevan información sobre objetos son absorbidos por las células fotoreceptoras en la retina del ojo humano y convertidos en señales eléctricas, que luego se transmiten al cerebro a través del nervio óptico para su interpretación y procesamiento, produciendo en última instancia la visión. Ahora la gente ya sabe que la luz es una onda electromagnética, que es esencialmente la misma que las ondas electromagnéticas irradiadas por antenas de teléfonos móviles, hornos de microondas y máquinas de rayos X, excepto que las frecuencias de radiación son diferentes. Las ondas electromagnéticas que pueden estimular las células fotoreceptoras del ojo humano se llaman luz visible, y el espectro varía de 380 a 760 nm. Como puede verse a partir del diagrama del espectro de radiación electromagnética a continuación, el espectro de luz visible es solo una pequeña parte del espectro de radiación electromagnética.

La esencia del color de un objeto es la absorción y la reflexión de la luz. Por ejemplo, cuando la luz blanca pasa a través de una solución de sulfato de cobre, los iones de cobre absorben selectivamente parte de la luz amarilla, haciendo que la luz azul en la luz transmitida sea el componente principal, por lo que la solución de sulfato de cobre aparece azul. Si la solución de sulfato de cobre se ilumina con luz amarilla, la solución de sulfato de cobre no puede aparecer azul, sino negro. Este ejemplo muestra que la composición espectral de la fuente de luz juega un papel vital en la formación del color. La falta de frecuencias de línea espectral en el espectro significa que el color observable se reducirá.

Desde la perspectiva de observar los colores, la luz solar es una fuente de luz muy ideal. Como se muestra en la figura a continuación, el espectro de la luz solar en la banda de luz visible es continuo (cubriendo todas las longitudes de onda) y plano (la potencia de cada longitud de onda es muy cercana), por lo que se define como la fuente de luz estándar para observar colores.

La generación de luz proviene del movimiento de los electrones. Según la teoría de la mecánica cuántica, los electrones que componen un átomo solo pueden permanecer en una serie de órbitas discontinuas (órbitas), cada órbita corresponde a un nivel de energía (nivel de energía), y cuanto más lejos está la órbita del núcleo, más alto es el nivel de energía. Cuando un electrón salta de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo, libera un fotón. Si un electrón de baja energía quiere saltar a un nivel de energía alto, debe absorber una porción de energía (a través de la excitación térmica o la absorción de un fotón), y la energía absorbida debe ser exactamente igual a la diferencia entre los dos niveles de energía. Los altos niveles de energía generalmente no son muy estables. Después de permanecer en un nivel de energía alto durante un período de tiempo, el electrón saltará espontáneamente de nuevo a un nivel de energía bajo y liberará un fotón al mismo tiempo.

La figura siguiente muestra la estructura del nivel de energía del átomo de hidrógeno y el espectro correspondiente.

Como se muestra en la figura anterior, cuando los electrones pasan de niveles de energía altos a niveles de energía bajos, se emiten fotones, lo que da como resultado un espectro de emisión (b). Cuando una fuente de luz de espectro continuo pasa a través del gas atómico de hidrógeno, los fotones de longitudes de onda específicas son absorbidos por los electrones, dejando agujeros en el espectro continuo, lo que resulta en un espectro de absorción (c).

Algunas sustancias (como los elementos halógenos) tienen niveles de energía que son propensos a las transiciones electrónicas, por lo que a menudo se utilizan para hacer fuentes de luz artificiales. La energía luminosa emitida por tales sustancias generalmente se concentra en varias longitudes de onda específicas. La figura a continuación es el espectro de una lámpara de haluro metálico. Se puede ver que la longitud de onda con la energía más concentrada es 591 nm, y el color de la luz en esta longitud de onda es amarillo-verde.

La lámpara fluorescente más común utiliza vapor de mercurio como sustancia emisora de luz. El espectro de átomos de mercurio se muestra en la figura siguiente.

Visión humana

El sistema visual humano (HVS) tiene tres tipos de conos, que detectan longitudes de onda largas, medianas y cortas de luz visible. Las respuestas de frecuencia de los tres tipos de conos a estímulos de luz de energía igual se muestran en la figura a continuación.

Dado que el HVS solo tiene tres detectores de color físicos, la percepción humana del color es en realidad extrapolada por el sistema nervioso a través de la interpolación. Para cualquier percepción de color, hay formas espectrales infinitas que pueden estimular la misma percepción. Por ejemplo, los cuatro casos mostrados en la figura a continuación, de arriba a abajo son (a) espectro continuo de luz diurna, (b) espectro discreto de rojo, verde y azul, (c) espectro discreto de amarillo y azul, y (d) espectro de fluorescencia.

Los experimentos han demostrado que los cuatro tipos de luz parecen blancos para el ojo humano, por lo que parece que HVS no está particularmente preocupado por la composición espectral específica de la fuente de luz.

Un cuerpo negro ideal (como el sol) emite un espectro continuo, y la distribución de potencia del espectro depende de la temperatura del cuerpo negro, es decir, la temperatura del color. En los ejemplos (b) a (d) de la figura anterior, las líneas de espectro son discretas y no cumplen con la definición de temperatura de color. Por lo tanto, se introduce el concepto de temperatura de color correlacionada (CCT). Si cualquier fuente de luz estimula la misma percepción de color que un cuerpo negro con una temperatura de color de T, la temperatura de color correlacionada de la fuente de luz se define como T.

El concepto de temperatura de color correlacionada fue propuesto por DB Judd en 1936 y se define en base a la temperatura de color e isotermas. Todos los colores a lo largo de una isotermia dada tienen la misma temperatura de color correlacionada. Los siguientes son DB Judd' Recomendaciones para isotermas, que se incorporaron en la norma de espacio de color uniforme CIE 1960 UCS, que se describirá en detalle a continuación.

Para el ojo humano, la frecuencia de la luz determina el color de la luz, y la energía de la luz determina la intensidad de la estimulación visual. Para dos haces de luz con la misma frecuencia pero diferentes energías, el ojo humano percibe el mismo color, pero el brillo del color es diferente.

La curva blanca en la figura a continuación es la respuesta espectral del cono S que detecta ondas cortas en el ojo humano, la curva de puntos sólidos negros es la incomodidad de los jóvenes de alrededor de 20 años para el resplandor de potencia igual, y la curva de puntos huecos negros es la incomodidad de los ancianos de alrededor de 60 años para el resplandor de potencia igual. Los experimentos muestran que todo tipo de personas son más sensibles a la estimulación del resplandor azul. Creo que muchas personas han tenido la dolorosa experiencia de ser cegadas temporalmente por faros de alto brillo, y la causa principal es el componente de luz azul.

Fuente de luz LED

LED significa diodo emisor de luz. El popular led de alta potencia emite luz azul con una longitud de onda máxima de 460nm. Para obtener una fuente de luz blanca, las personas añaden compuestos de fósforo al LED, que pueden absorber luz azul y emitir luz amarillo-verde, cambiando así el tono de color de la fuente de luz LED y modulando los productos de la fuente de luz con varias temperaturas de color como el blanco frío y el blanco cálido.

A partir del ejemplo siguiente, podemos ver que los diferentes componentes espectrales (temperatura de color) tienen un gran impacto en la calidad de la fotografía.

Naturaleza de la fuente de luz

La intensidad luminosa es una cantidad física que describe la potencia radiante de una fuente de luz en una dirección específica. La unidad es candela. El nombre de Candela proviene de las velas. Inicialmente, los británicos definieron la unidad de potencia de la vela como la luz emitida por una vela de un pie de largo hecha de una libra de cera blanca. Hoy en día, la definición de candela ha cambiado.

De acuerdo con la decisión establecida por la 16ª Conferencia Internacional de Pesos y Medidas en 1979: Si la intensidad de radiación de una fuente de luz monocromática con una frecuencia de 540 x 10^12 Hz en una dirección dada es de 1/683 vatios/s, entonces la intensidad luminosa de la fuente de luz en esa dirección es de 1 cd.

Nota 1: 1Watt/sr significa que la energía de radiación que pasa a través de 1 unidad de ángulo sólido en 1 segundo es de 1 joule.

Nota 2: La unidad SI del ángulo sólido es el esteradiano (sr). El ángulo sólido de una esfera completa a cualquier punto de la esfera es 4π.sr.

Cuando se usa una fuente de luz para fines de iluminación, no es suficiente medir la energía de luz emitida por la fuente de luz por unidad de tiempo por la potencia radiante sola. También es necesario considerar la respuesta espectral del ojo humano a la luz de diferentes longitudes de onda. La introducción de flujo luminoso resuelve este problema.

La Comisión Internacional de Iluminación (CIE) seleccionó 555 nm, la longitud de onda a la que el ojo humano es más sensible bajo la visión fotopica, como la longitud de onda de referencia para convertir de "potencia" a "flujo luminoso", y definió el flujo luminoso de luz monocromática de 555 nm con una potencia de 1 W como 683 lúmenes.

El lúmen es la unidad de flujo luminoso, abreviada como lúmen o lm en inglés. En cuanto a por qué es "683", está relacionado con la historia del uso de la luz de las velas para describir la luz en los primeros días.

Según la definición de intensidad luminosa, podemos saber que para una fuente de luz isotrópica con una intensidad luminosa de 1cd, el flujo luminoso total en un ángulo sólido de 4π es de 12,57lm.

La energía transportada por un fotón con una longitud de onda de 555 nm es,

A una iluminación de 1 lux (1 lm/m2), el número de fotones que pasan a través de un área de 1 m2 en 1 segundo es,

La iluminación es una cantidad física que describe la cantidad total de luz que cae sobre una superficie. Se define como el flujo luminoso por unidad de área y se mide en lúmenes por metro cúbico (lm/m2), también llamado lux (lx). 1 lux es equivalente a 1 lúmen por metro cuadrado, es decir, el flujo luminoso por metro cuadrado del objeto iluminado, que está iluminado verticalmente por una fuente de luz con una intensidad luminosa de 1 potencia de vela a una distancia de un metro.

La luminancia es una cantidad física que describe el brillo de una superficie luminosa. Se define como el flujo luminoso por unidad de área luminosa en la dirección normal y por unidad de ángulo sólido. La unidad es nit, que es 1 lúmen por metro cuadrado por esteradiano, o candela por metro cuadrado (cd / m2).

Nota 1: El m2 en candela por metro cuadrado (cd/m2) describe el área de la propia superficie luminosa.

Nota 2: El brillo a veces se denomina "brillo".

Nota 3: "Intensidad de luz" es un término informal, y es difícil decir a qué concepto fotométrico corresponde. En algunos casos, "intensidad de luz" puede referirse a la intensidad luminosa, a veces a la iluminación y a veces al brillo.

Lambert, la unidad de luminancia en la
Sistema centímetro-gramo-segundo, equivalente a la luminancia de una superficie perfectamente difusa que emite o refleja un lúmen por centímetro cuadrado.

La pureza de una fuente de luz es una medida de la pureza espectral de la luz. La luz monocromática tiene la pureza más alta, y la luz blanca tiene la pureza más baja.

Tres colores principales

Cuando las personas realizan experimentos de mezcla de colores, encuentran que la mayoría de los colores en la naturaleza se pueden obtener seleccionando tres colores diferentes de luz monocromática y mezclándolos en una cierta proporción. Las tres luces monocromáticas con esta característica se denominan colores primarios, y los tres colores correspondientes se denominan colores primarios, tales como rojo, verde y azul.

Los fundamentos de la mezcla de colores

El principio de los tres colores principales es

• Los tres colores primarios deben ser independientes entre sí, y ninguno de ellos puede obtenerse mezclando los otros dos.

• La mayoría de los colores en la naturaleza se pueden obtener mezclando los tres colores primarios en una cierta proporción, o en otras palabras, la mayoría de los colores se pueden descomponer en los tres colores primarios.

• La relación de mezcla de los tres colores primarios determina el tono y la saturación del color mixto.

• El brillo de un color mixto es igual a la suma del brillo de los colores primarios que componen el color mixto.

Como personas' La comprensión de los tres colores primarios se profundiza, sus aplicaciones se vuelven cada vez más extensas. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes de tres colores primarios proporcionan a los seres humanos un sistema de fuente de luz más rico, y la gente está usando cada vez más productos basados en el principio de tres colores primarios en los campos de la pintura y la fotografía. Diferentes aplicaciones tienen diferentes definiciones de los tres colores primarios. Actualmente, existen principalmente las siguientes categorías:

Los tres colores principales de la luz

En 1931, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) definió los componentes del espectro de mercurio con longitudes de onda de 700 nm, 546.1 nm y 435.8 nm como los tres colores primarios de rojo, verde y azul. CIE estipula que una luz roja con un flujo luminoso de 1 vatio es una unidad de color primario rojo; una luz verde con un flujo luminoso de 4,5907 vatios es una unidad de color primario verde; una luz azul con un flujo luminoso de 0,0601 vatios es una unidad de color primario azul, que se registran como [R], [G] y [B] respectivamente. Los tres colores primarios pueden mezclarse en una cierta proporción para presentar varios colores.

Cuando los tres colores primarios se mezclan en cantidades unitarias, se debe obtener luz blanca E. La luz blanca E se refiere al punto de luz blanca de igual energía E en el espectro de color CIE 1931 xyY, y la temperatura de color equivalente es 5400 K.

F(E blanco) = 1 + 4.5907 + 0.0601 = 5.6508 (lm)

Los tres colores principales de la televisión a color

La pantalla fluorescente de un televisor a color está recubierta con tres fósforos diferentes. Cuando el haz de electrones lo golpea, uno puede emitir luz roja, uno puede emitir luz verde y uno puede emitir luz azul. Mezclando estos tres colores primarios en diferentes proporciones y fuerzas, se pueden producir varios cambios de color en la naturaleza.

Pigmento tres colores primarios

Los tres colores primarios de los pigmentos y otros objetos no luminosos son magenta (equivalente al rojo rosa, rosa), cian magenta (equivalente al azul del cielo más oscuro, azul del lago) y amarillo claro (equivalente al amarillo limón). Los tres colores primarios seleccionados por el químico británico Fulbright (1781-1868) se pueden mezclar para producir una variedad de colores, pero no pueden producir negro, solo gris oscuro. Por lo tanto, en la impresión a color, además de los tres colores primarios utilizados, debe añadirse una versión negra para producir un color profundo.

La práctica artística ha demostrado que la magenta más una pequeña cantidad de amarillo puede producir rojo brillante (rojo = M100 + Y100), pero el rojo brillante no puede producir magenta; El cian más una pequeña cantidad de magenta puede producir azul (azul = C100 + M100), pero el azul más el blanco produce un cian opaco.

Imprimir tres colores principales

Los colores de los materiales impresos son en realidad la luz reflejada por el papel que vemos. Por ejemplo, cuando mezclamos colores en la pintura, también usamos esta combinación. El principio de los pigmentos es absorber la luz en lugar de sobreponerla. Por lo tanto, los tres colores primarios de los pigmentos son los colores que pueden absorber las tres longitudes de onda de la luz RGB. Después de la investigación, se determina que son cian, magenta y amarillo (CMY), que son los colores complementarios de RGB.

Cuando el pigmento amarillo y el pigmento cian se mezclan juntos, el pigmento amarillo absorbe la luz azul y el pigmento cian absorbe la luz roja, por lo que solo se refleja la luz verde. Es por eso que el pigmento amarillo más el pigmento cian se forma verde.

Modelo de color

Un modelo de color es un modelo matemático abstracto, un método de representación de colores para facilitar la codificación y almacenamiento de colores. Un modelo de color típico generalmente contiene de tres a cuatro componentes. Si las restricciones se definen adicionalmente sobre la base del modelo de color de manera que los valores codificados de color del modelo se pueden mapear con precisión a los colores reales, entonces todos los colores que el modelo de color puede representar se determinan completamente, formando un espacio de color.

En la práctica, las personas tienden a usar el término "modelo de color" con menos frecuencia, y en su lugar usan "espacio de color" con más frecuencia para referirse al modelo de color. Por ejemplo, sRGB es un espacio de color que utiliza el modelo de color RGB para representar los colores, define los valores específicos de cromaticidad de los tres colores primarios R, G, B y blanco, y define restricciones como el entorno (intervalo de brillo) requerido para observar los colores. Estas restricciones aseguran que la codificación del modelo de color RGB puede ser mapeada con precisión y repetiblemente a estímulos visuales específicos. Las imágenes codificadas en sRGB pueden reproducir el mismo efecto en todas las pantallas que admiten sRGB.

Modelos de color comunes

Para un sistema de visualización de color, el espacio de color que el sistema puede representar también se llama gama de colores. Debe observarse que el concepto de gama de colores generalmente solo es aplicable a sistemas de representación de colores, tales como monitores, impresoras, etc. Para un sistema de medición de color, tal como una cámara, espectrómetro, etc., solo existe el concepto de respuesta de color, no el concepto de gama de color. A pesar de esto, muchos fabricantes de cámaras todavía asocian el valor de salida RGB de la cámara / sensor con una gama de colores específica. En este momento, el código RGB de salida de la cámara debe mapearse directamente a un punto de color en la gama de colores. Si se interpreta de acuerdo con otras gamas de colores, el color restaurado en el sistema de visualización será bastante diferente del color real. Si el sistema de visualización objetivo no soporta la gama de colores definida por el fabricante de la cámara, para mostrar correctamente el color, es necesario mapear primero el RGB de la cámara a un modelo de color estándar (como XYZ), y luego mostrarlo a través del valor XYZ, o convertir el XYZ al valor RGB de la pantalla antes de mostrarlo. Seleccionar una gama de color objetivo más grande durante la grabación puede reducir la pérdida de información de color original y reservar amplio espacio para la edición y procesamiento de vídeo posteriores.

Espacio de color RGB

El espacio de color más utilizado en la tecnología informática es el espacio de color RGB, como se muestra en la figura a continuación.

Para las imágenes digitales de color de tres canales de 24 bits más comunes, cada píxel Pixel (x, y) necesita describirse usando tres componentes R, G y B. Cada componente está representado por un byte y el intervalo es [0, 255].

El espacio de color RGB es un modelo estrechamente relacionado con la estructura del sistema visual humano, porque la estructura fisiológica del ojo humano determina que todos los colores que las personas pueden percibir pueden verse como diferentes combinaciones de los tres colores primarios R, G y B. La mayoría de las pantallas usan este modelo de color. Los tubos de rayos catódicos de color y las pantallas gráficas raster de color utilizan valores R, G y B para impulsar las pistolas de electrones R, G y B para emitir electrones, y respectivamente estimular los fósforos R, G y B en la pantalla para emitir luz de diferente brillo, y producir varios colores mediante la adición y mezcla. El principio de trabajo del escáner es también muestrear los componentes R, G y B de la luz reflejada del original, y usarlos para representar el color del original.

El espacio de color RGB se llama espacio de color dependiente del dispositivo, porque diferentes escáneres obtendrán datos de imagen de diferentes colores al escanear la misma imagen; diferentes modelos de monitores mostrarán la misma imagen con diferentes resultados de pantalla de color. El espacio RGB utilizado por los monitores y escáneres es diferente del espacio del sistema de color real de tres principales RGB CIE 1931, que es un espacio de color independiente del dispositivo.

YUV, espacio de color YCbCr

YUV es un término general para un tipo de señal. Fue utilizado por primera vez en los sistemas de televisión en color PAL y SECAM desarrollados en Alemania y Francia, y ahora es ampliamente utilizado en sistemas informáticos.

La "Y" en YUV significa brillo (Luminancia, Luma), y "U" y "V" significan crominancia y concentración (Crominancia, Croma).

YCbCr no es un espacio de color absoluto, sino una versión derivada basada en YUV que está comprimida y compensada. Generalmente se utiliza en el procesamiento continuo de imágenes en películas o sistemas de fotografía digital. JPEG, MPEG, DVD, cámaras, televisión digital, etc. todos usan este formato. Por lo tanto, el YUV comúnmente conocido se refiere principalmente al YCbCr.

La Y en YCbCr tiene el mismo significado que en YUV. Cb y Cr se refieren a los colores al igual que UV, con Cb se refiere a la cromaticidad azul y Cr se refiere a la cromaticidad roja.

Espacio de color HSV

HSV es un modelo de color relativamente intuitivo, por lo que se utiliza ampliamente en muchas herramientas de edición de imágenes. Los parámetros de color en este modelo son: tono (H, Hue), saturación (S, Saturación) y valor (V, Valor).

El tono H se mide en grados, que van de 0° a 360°, empezando por el rojo y contando en sentido contrario a las agujas del reloj, el rojo es 0°, el verde es 120°, y el azul es 240°. Sus colores complementarios son: amarillo es 60°, cian es 180°, y magenta es 300°;

La saturación S indica el grado en que un color está cerca de un color espectral. Un color puede verse como el resultado de una mezcla de un cierto color espectral y blanco. Cuanto mayor sea la proporción del color espectral, más cercano será el color al color espectral y mayor será la saturación del color. Cuanto mayor sea la saturación, más profundo y brillante será el color. El componente de luz blanca del color espectral es 0, y la saturación alcanza la más alta. El rango de valores es generalmente del 0% al 100%. Cuanto mayor sea el valor, más saturado será el color.

El brillo V indica el brillo del color. Para el color de la fuente de luz, el valor de brillo está relacionado con el brillo de la fuente de luz; para el color del objeto, este valor está relacionado con la transmitancia o reflectancia del objeto. El rango de valores es generalmente del 0% (negro) al 100% (blanco).

CIE-1931 espacio de color RGB

La Comisión Internacional de Iluminación (CIE) propuso un modelo de color RGB en 1931, pero la gente pronto descubrió que este modelo tenía defectos. La respuesta roja tenía valores negativos en la banda de 435,1 a 546,1, causando grandes inconvenientes en la coincidencia del color, como se muestra en la figura a continuación.

Para resolver este problema, CIE pronto introdujo un modelo mejorado. Dado que ya se tomó el nombre RGB, el nuevo modelo de color se llamó espacio de color XYZ.

Espacio de color CIE-1931 XYZ

La Comisión Internacional de Iluminación (CIE) definió por primera vez un modelo de espacio de color utilizando métodos puramente matemáticos en 1931, a saber, el espacio de color CIE 1931 XYZ, que cubre todos los colores que el ojo humano puede percibir y no se basa en ninguna implementación física específica. Cuando un color se representa en forma XYZ, se representará un color consistente en cualquier pantalla que admita el estándar XYZ, independientemente de las características físicas específicas de la pantalla.

En este modelo, CIE define tres funciones para simular las curvas de respuesta de los tres tipos de células de cono en el ojo humano al espectro visible, como se muestra en la figura a continuación.

CIE define los valores de tres funciones en forma de tabla de datos. Este conjunto de datos se denomina respuesta del observador estándar CIE y es aplicable a situaciones en las que el ángulo de observación es inferior a 2°.

El origen de 2º es que Wright, Guild y otros organizaron un experimento de investigación sobre la función de coincidencia de color (CMF) en la década de 1920. Pidieron a los sujetos que observaran los colores a través de un pequeño agujero que proporcionaba un ángulo de visión de 2°. Más tarde, CIE publicó una respuesta de observador estándar con un ángulo de visión de 10°, llamado CIE 1964 10° RGB CMF.

Suponiendo que el espectro de potencia de una luz de color determinada es S(λ), el valor del tristímulo CIE XYZ se define por la función de respuesta del observador estándar como sigue:

En los cálculos numéricos, dλ generalmente se toma como 5nm o 10nm.

Cuando la luz de color se refleja desde la superficie de un objeto, S(λ) depende de la fuente de iluminación y la reflectividad de la superficie del objeto. La figura siguiente da un ejemplo específico.

Las coordenadas XYZ contienen la información de energía de la fuente de luz, por lo que no hay límite superior en el valor, como se muestra en la figura a continuación.

CIE-1931 espacio de color xyY

Si solo se considera la cromaticidad, la forma normalizada de XYZ es más conveniente. A partir de los valores de CIE tristimulus, se pueden derivar tres cantidades ortogonales x, y y z, a saber:

Los componentes x y y se utilizan para medir la cromaticidad del color, mientras que el brillo (brillo/luminancia) del color está diseñado para ser representado por el componente Y de los valores de tristímulo. Este es el espacio CIE xyY.

La base para definir el espacio de color CIE xyY es que para un color dado, si su brillo aumenta, el flujo luminoso de cada color primario también debe aumentarse proporcionalmente, y la relación de X: Y: Z permanece inalterada, de modo que este color pueda coincidir. Dado que el valor de cromaticidad solo está relacionado con la longitud de onda (tono) y la pureza, pero no con la energía radiante total, al calcular la cromaticidad del color, X, Y y Z pueden normalizarse por la energía radiante total (X + Y + Z), o equivalentemente, solo se considera el caso de la sección X + Y + Z = 1, y la ecuación de coincidencia de color se simplifica a x + y + z = 1. Dado que z puede derivarse de x+y+z=1, el color puede expresarse solo por x y y.

La figura a continuación muestra el famoso diagrama de cromaticidad CIE, comúnmente conocido como el diagrama de herradura de caballo o diagrama de lengua.

La curva en forma de lengua en el borde exterior del diagrama de cromaticidad es el locus espectral, y el número marcado es la longitud de onda del espectro en nanómetros. La línea recta que conecta 380nm y 700nm en la parte inferior se llama línea púrpura. La saturación de color disminuye gradualmente desde el borde exterior hacia el interior, y finalmente converge a un punto especial E en el centro del gráfico. Este punto se llama el punto de luz blanca de energía igual, con coordenadas (0,33, 0,33) y una temperatura de color de 5400K.

En el diagrama de cromaticidad, el rojo se encuentra en áreas con valores x grandes, el verde se encuentra en áreas con valores y grandes, y el azul se encuentra en áreas con valores x y y pequeños (y por lo tanto valores z grandes).

La curva cóncava en el medio del diagrama de cromaticidad se llama locus del cuerpo negro o locus de Planck. Hay algunos puntos especiales en la curva, a saber:

• Punto A (2856K), representa lámpara incandescente

• El punto B (4874K) fue una vez recomendado como el estándar de luz diurna, pero más tarde fue abolido y reemplazado por el punto D.

• Punto C (6774K) representa el horizonte en un día nublado

• Punto D (6500K), representa la luz del día

• El punto E, el punto de luz blanca de igual energía, es un estándar ideal que no existe en la realidad.

Vale la pena señalar que la escala en la trayectoria de temperatura de color es desigual, con un factor de cambio de diez en cada extremo de la curva.

Los espectros correspondientes a cada punto especial se muestran en la figura siguiente.

La siguiente figura es la proyección del espacio RGB en el espacio XYZ. Como se puede ver en la figura, muchos colores que el ojo humano puede percibir no están en el espacio RGB. En otras palabras, el espacio RGB no contiene todos los colores visibles al ojo humano.

Capacidad amplia de color

Cada punto en el diagrama de cromaticidad xy representa un cierto color, pero si dos puntos están demasiado cerca, el ojo humano no puede distinguir la diferencia. El rango en el que el ojo humano no puede percibir los cambios de color se llama ancho de banda de color. La investigación de Mac Adam et al. muestra que el ancho de banda de color en diferentes posiciones del diagrama de cromaticidad no es el mismo, y su patrón de distribución se muestra en la figura a continuación (el tamaño de la elipse se amplia a 10 veces el valor real para resaltar el efecto de visualización).

Una conclusión importante que se puede sacar del experimento de Mac Adam es que la distancia entre cualquier dos puntos de color en el diagrama de cromaticidad no está linealmente relacionada con la diferencia de cromaticidad que puede distinguirse por la visión humana.

Espacio uniforme percibido

Un espacio de color se define como perceptivamente uniforme si una diferencia de valor en cualquier lugar del espacio de color corresponde a la misma diferencia de percepción.

Si un espacio de color satisface el requisito de que un cambio unitario en el valor de color en cualquier posición siempre corresponda al mismo cambio perceptual, entonces el espacio de color se llama perceptualmente uniforme. La característica de un espacio perceptivamente uniforme es que el ancho de banda de color es igual en todas partes, independientemente del valor de color específico, como se muestra en la figura a continuación.

Por esta definición, el espacio xyY CIE-1931 es perceptualmente no uniforme. Una pregunta natural es, ¿existe una métrica que esté linealmente relacionada con la respuesta visual humana? La respuesta es sí, y esa es la representación micro-recíproca.

Micro-recíproco

El ancho de banda del color también se llama diferencia sólo observable (JND), que se sabe que es una función de la temperatura del color y se representa por E(T). Los resultados de la investigación de Judd et al. muestran que JND y temperatura de color satisfacen la siguiente fórmula empírica

La fórmula se puede organizar en la siguiente forma

Deja que la función M(T) = 1E6/T, entonces dM/dT=-1E6/T^2. Sustituyendo en la fórmula anterior, podemos obtener la función lineal de M y E.

Por lo tanto, M se define como el Micro Grado Reciproco (MRD) de la temperatura del color, y su unidad está envuelta, o MK^-1, lo que significa que la diferencia mínima discernible del ojo humano es de 5,5 envueltas.

Por ejemplo, la micro-recíproca de temperatura de color T=5000K es M=200mireds, y el siguiente punto de temperatura de color distinguible es M=205,5, correspondiente a T=4866K, y el intervalo de temperatura de color es 134K. La micro-recíproca de T = 2000K es M = 500mireds, y la siguiente temperatura de color distinguible es

El punto es M=505,5, correspondiente a T=1978K, y el intervalo de temperatura de color es 22K. Esto muestra que el ojo humano tiene una capacidad más fuerte para distinguir áreas de baja temperatura de color.

El siguiente diagrama muestra el ancho de banda de color en un rango de temperaturas de color. El ojo humano no puede distinguir las diferencias de color dentro de la elipse. Para fines de ilustración, el radio de la elipse es 24 veces la escala real.

En la siguiente tabla se enumeran los puntos de temperatura de color y los correspondientes micro-recíprocos en la figura. Se puede ver que si se utilizan las coordenadas micro-recíprocas, los puntos en la figura están igualmente espaciados en las coordenadas micro-recíprocas.

Espacio de color CIE-1960 UCS

El espacio de color CIE-1931 XYZ tiene un defecto importante. Al calcular la diferencia de color, el error permitido para cada intervalo de color es diferente. Con el fin de unificar el cálculo y la comparación de colores, CIE introdujo un espacio de color uniforme. En 1937, Mac Adam convirtió (x, y) en un sistema de coordenadas de color (u, v), que fue adoptado por CIE en 1960:

u=4x/(-2x+12y+3);

v=6y/(-2x+12y+3)

O equivalentemente,

Locus de Planck, isotermas y puntos especiales de temperatura de color en el diagrama de cromaticidad UV CIE-1960.

En el locus de Planck, la pendiente a la temperatura de color T se puede calcular de acuerdo con la siguiente fórmula:

en

Dado que la isotermia se define como una línea tangente perpendicular al locus de Planck, su pendiente puede expresarse como la inversa negativa de la pendiente de la línea tangente,

Dado un punto arbitrario S(u,v) en el diagrama de cromaticidad, hay muchas maneras de calcular la temperatura de color correlacionada (CCT) correspondiente al punto, tal como el método de interpolación, el método de pie perpendicular, etc.

El proceso específico de implementación se puede encontrar en el siguiente documento.

Espacio de color CIE-1976 UCS

El sistema de coordenadas de color (u,v) todavía no podía sincronizarse con el color visual, por lo que Mac Adam continuó profundizando su investigación y finalmente decidió en 1973 agregar el 50% a la coordenada v. Este sistema fue adoptado como el sistema de coordenadas de color CIE 1976 UCS (Escala de Cromaticidad Uniforme):

u' =u=4x/(-2x+12y+3);

v' = 1.5v = 9y/(-2x + 12y + 3)

CIE 1976 UCS convierte las coordenadas de cromaticidad CIE 1931 para que la gama de color que forma esté cerca de un espacio de cromaticidad uniforme, lo que permite cuantificar las diferencias de color. También se llama espacio de color CIE LUV en varios documentos.

La diferencia ̧u' v' entre dos colores en el sistema de coordenadas (u',v') es proporcional a la diferencia de color percibida por los seres humanos.

Usando las versiones CIE 1964 y 1976 para marcar la secuencia de color Munsell, se puede encontrar que la versión de 1976 tiene una mejor uniformidad de color.

CIE-1976 L * a * b * espacio de color

CIE L*a*b*, también conocido como espacio de color CIELAB, es uno de los espacios de color más utilizados. Su principal ventaja es que la distancia entre los colores se ajusta mejor a la relación lineal con la percepción humana, especialmente la precisión de describir colores más oscuros es mayor. La ligera desventaja es que la relación lineal cambiará cuando se describe el área amarilla, es decir, el diámetro del círculo de tolerancia de color cambiará cerca del amarillo.

El espacio de color CIELAB es similar al CIE 1976 UCS en términos de uniformidad perceptiva. Ninguno de los estándares es perfecto, pero ambos han sido ampliamente utilizados. La comunidad académica aún no ha llegado a una conclusión clara sobre cuál de los dos espacios de color es más uniforme. En la actualidad, parece que CIELAB es más ampliamente utilizado. La figura a continuación utiliza CIELAB para marcar la secuencia de color Munsell. Se puede ver que la distribución de algunos tonos no es realmente uniforme, especialmente el problema azul.

El espacio de color CIELAB no resuelve muy bien el problema de la constancia del tono, y no puede explicar los fenómenos de aparición del color como Hunt y Stevens. En 1997, CIE propuso un estándar provisional para mejorar la constancia del tono, que se llamó CIECAM97. Posteriormente fue mejorado para simplificar la complejidad y mejorar la precisión, y finalmente finalizado como el estándar CIECAM02 en 2002.

Definición matemática del modelo de color CIE L*a*b*

en,

En la fórmula anterior,

• L* representa la luminosidad del color, que varía de 0 a 100;

• a* y b* representan la cromaticidad, que varía de -128 a 128, donde a* representa el eje rojo-verde (rojo + verde -), y b* representa el eje amarillo-azul (amarillo + azul -).

• Xn, Yn, Zn representan los valores XYZ de la fuente de luz

La fórmula anterior utiliza una curva exponencial de 1/3 para simular las características de la curva log de la respuesta visual humana, lo que puede simplificar el cálculo.

La distancia entre dos puntos de color en el espacio L*a*b* se define como

en,

Basándose en a* y b*, la saturación C (también llamada croma) y el tono h se pueden definir:

La fórmula para transformar de L* un espacio *b* al espacio XYZ es la siguiente:

en,

Si ignoramos la luminosidad L del color y solo consideramos el croma C, podemos definir la diferencia de color

Se cree generalmente que si la diferencia de color está en el rango de 4 a 5, la calidad de color es muy buena, si la diferencia de color está en el rango de 5 a 6, la calidad de color es relativamente buena, y si la diferencia de color es mayor que 10, está en un nivel pobre.

La siguiente figura es un informe generado por el software Imatest al evaluar el efecto de reproducción de color de la matriz CCM. La figura marca las posiciones teóricas y reales de cada punto de color en la tarjeta de 24 colores en el espacio L*a*b*, y calcula la media de error de color. Es obvio que los 6 bloques grises de la tarjeta de 24 colores están situados en la posición de a*=b*=0.

Código de referencia de Matlab para transformar el espacio XYZ a CIE LAB,

CLC

La figura a continuación muestra el sistema de marcado de color Munsell. En un espacio de color ideal, un grupo de puntos de color del mismo tono debe estar en la misma línea recta.

Sin embargo, la situación no es ideal en el espacio CIELAB. Cuando la luz o el croma cambian, el tono de color cambiará.

Herramienta en línea para la conversión entre varios espacios de coloresSelector y convertidor de colores (RGB HSL HSB/HSV CMYK HEX LAB)colorizer.org/

Espacio de color IPT

La constancia del tono es una propiedad importante del espacio de color. En comparación con la ligereza y la cromaticidad, la ley cambiante del tono es más difícil de describir con fórmulas matemáticas.

En 1998, Fritz Ebner, un estudiante de doctorado en el Instituto de Tecnología de la Universidad de Rochester (RIT) en los Estados Unidos, y su mentor Mark D. Fairchild propusieron el espacio de color IPT en Ebner. tesis doctoral, donde IPT significa Intensidad, Protan y Tritan.

Los rangos numéricos de IP y T son:Yoes {0 a 1},PyEl TAmbos están entre {-1 a 1}. Por lo tanto, para convertir con CIELAB, es necesario convertirYo×100,P×150yEl Tx 150 respectivamente.

Estudios independientes han demostrado que el espacio IPT se desempeña de manera similar al espacio CIELAB en términos de uniformidad de brillo y uniformidad de cromaticidad, pero en términos de uniformidad de tono, la relación lineal del tono azul es mejor que la del espacio CIELAB.

La comunidad académica ha estado investigando y desarrollando continuamente el espacio de color IPT. Un tema reciente en la investigación académica es la línea de tono constante, lo que significa que cuando un rayo se dibuja desde el punto blanco del espacio de color en cualquier dirección, los puntos en el espacio a través del cual el rayo pasa tienen el mismo tono, pero solo una saturación diferente. Esto condujo al espacio ICaCb.

Gama de colores Rec.709

La Recomendación BT.709 de la UIT-R, a menudo abreviada como Rec. 709, BT.709, ITU709, es la norma de gama de colores HDTV establecida por la organización de la UIT en 1990. Las pantallas que cumplan con el estándar HDTV deben admitir todos los colores en este espacio.

Rec.709 Gamma Fórmula

Espacio de color AdobeRGB

Este es un resultado inesperado. Según los empleados de Adobe, en 1998, Photoshop 5 estaba a punto de ser lanzado. Para mejorar la función de gestión de color incorporada del software, el ingeniero Thomas Knoll quiso referirse a la fuente de BT.709, el estándar SMPTE 240M, para determinar el rango de gama de colores. Sin embargo, como no hay una versión en línea del estándar y Photoshop 5 está a punto de ser lanzado, no pueden esperar a que se envíe la versión en papel, por lo que Thomas encontró un conjunto de datos SMPTE 240M de un sitio web que parece más oficial y lo usó en Photoshop. Después de que el software fue lanzado, recibió comentarios muy positivos. Los usuarios generalmente creen que la nueva configuración SMPTE 240M funciona bien en el rango de color y la conversión entre sistemas de color CMYK, lo que es exactamente la desventaja de sRGB. Muchos libros y revistas recomiendan el uso de Adobe' s SMPTE 240M gama de colores estándar.

Sin embargo, fue' t mucho antes de que un usuario familiarizado con el estándar SMPTE 240M señalara a Adobe que el SMPTE 240M proporcionado en Photoshop estaba equivocado. No era el valor de la gama de colores especificado en el SMPTE 240M real, sino un "valor ideal" en el anexo estándar. ¿Qué' Peor aún, Thomas cometió un error de tipografía al establecer la coordenada roja, y el valor de la coordenada roja ni siquiera era el mismo que el "valor ideal" en el anexo. Adobe intentó varias maneras de corregir este error después de conocerlo, pero no importa lo duro que intentaran, no pudieron superar el rendimiento estándar de la gama de colores provocado por este accidente. Finalmente, Adobe renunció a corregir este "error" y lo llamó Adobe RGB para evitar problemas legales y de marca registrada.

Adobe RGB resuelve principalmente el problema de los diferentes colores que se muestran en monitores de impresión y computadoras, y mejora el rendimiento en cian y verde. La tasa de cobertura de la gama de colores CIE alcanza el 50%. Actualmente, solo algunos monitores de gama alta pueden soportar el 99% de la gama de colores Adobe RGB, que se usan básicamente en campos de diseño profesional.

Espacio de color sRGB

El estándar sRGB fue desarrollado conjuntamente por Microsoft y HP en 1996 y ha sido ampliamente apoyado por la industria informática. Los monitores, software gráfico, videojuegos, imágenes, vídeos, etc. que las personas usan en la vida diaria son compatibles con el estándar sRGB por defecto. Los monitores de computadora admiten más del 95% del espacio de color sRGB. El espacio de color sRGB sigue la definición de Rec.709 y por lo tanto es completamente consistente con Rec.709.

Dado que este estándar de color se estableció demasiado pronto, muchas tecnologías y conceptos no están maduros, por lo que solo cubre el 30% del estándar de gama de color CIE, y la reproducción de color no es alta, y la cobertura verde es extremadamente baja. Debido a esto, no tiene altos requisitos para los monitores, por lo que la mayoría de los monitores en el mercado pueden alcanzar el sRGB100%.

AdobeRGB fue propuesto en 1998. Tiene una cobertura de color más amplia que sRGB y puede soportar mejor impresoras CMYK. Se utiliza ampliamente en la edición profesional. El efecto de salida de un monitor que admite el estándar AdobeRGB es muy cercano al de una impresora CMYK, y se puede obtener un efecto "lo que ves es lo que obtienes". Cuando las imágenes tomadas de acuerdo con el estándar AdobeRGB se muestran en un monitor sRGB, el efecto de color generalmente aparece plano.

Como se muestra en la figura anterior, la única diferencia entre AdobeRGB y sRGB es las coordenadas de cromaticidad del color primario verde. Los otros parámetros son los mismos, pero el impacto de esta diferencia en la imagen es muy obvio.

Conversión de espacio sRGB y XYZ

Fórmula Gamma sRGB

Espacio de color ACES2065-1

El Sistema de Codificación de Color de la Academia (ACES) es un estándar global para intercambiar archivos de imágenes digitales, administrar flujos de trabajo de color y crear maestros para la entrega y el archivo.

El Sistema de Codificación de Color de la Academia (ACES) es un estándar global para el intercambio de archivos de imágenes digitales, la gestión de flujos de trabajo de color y la creación de maestros para la entrega y el archivo.

Es una combinación de estándares SMPTE, mejores prácticas y sofisticada ciencia del color desarrollada por cientos de cineastas profesionales y científicos del color bajo los auspicios del Consejo de Ciencia y Tecnología de la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas. Su objetivo es ser el estándar de la industria cinematográfica para la gestión del color.

Es una combinación de estándares SMPTE, mejores prácticas y sofisticada ciencia del color, desarrollada por cientos de cineastas profesionales y científicos del color bajo los auspicios de la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas. Comité Científico y Técnico. Su objetivo es convertirse en el estándar de gestión de color para la industria de producción de películas.

ACES se puede usar en cualquier tipo de producción, desde características a televisión, comerciales, AR / VR y más.

ACES se puede utilizar para cualquier tipo de producción, desde largometrajes hasta televisión, comerciales, AR/VR y más.

ACES2065-1 define una gama de colores particularmente amplia que incluye todos los colores visibles, con los tres puntos de color primarios definidos fuera de la región visible. El punto blanco utiliza CIE D60, con coordenadas x = 0,32168, y = 0,33767. ACES2065-1 se denomina a menudo AP0, o "ACES Primaries 0", y se utiliza principalmente para el almacenamiento de datos de vídeo, utilizando gamma lineal.

La diferencia entre la gama de colores de la serie ACES

Espacio de color DCI P3

DCI-P3 es un estándar de gama de colores amplia introducido por la industria cinematográfica estadounidense y es uno de los estándares de color actuales para equipos de reproducción de películas digitales. Tiene una gama de colores más grande y una gama más amplia de verde y rojo en comparación con sRGB. DCI-P3 puede satisfacer mejor la experiencia visual humana y es adecuado para películas digitales, postproducción de series de televisión, clasificación de color, etc.

En el espacio de color xy CIE 1931, el espacio de color DCI-P3 cubre el 45,5% de la gama completa de colores y el 86,9% de la gama común de colores, y en el espacio v' En el diagrama de cromaticidad, la cobertura es del 41,7% y del 85,5% respectivamente. El color primario azul es el mismo que sRGB y Adobe RGB; El color primario rojo es una fuente de luz monocromática con una longitud de onda de 615 nanómetros.

En comparación con AdobeRGB, no cubre demasiado de la gama de colores CIE, pero puede satisfacer mejor la experiencia visual humana y puede satisfacer todos los requisitos de color en las películas. En otras palabras, DCI-P3 es una gama de colores que se centra más en el impacto visual que en la integridad del color. Y en comparación con otros estándares de color, tiene una gama de colores rojo / verde más amplia.

DCI-P3 es definido por la organización Digital Cinema Initiatives (DCI) y publicado por la Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) en SMPTE EG 432-1 y SMPTE RP 431-2. Se espera que se adopte más ampliamente en los sistemas de televisión y los cines en casa en 2020 como un paso hacia la implementación de la Iniciativa 2020.

Definición: SMPTE-EG-0432-1:2010 Procesamiento de fuente digital – Procesamiento de color para D-Cinema

Organización responsable: Sociedad de Ingenieros de Cine y Televisión

Espacio de color

Tipo: Espacio de color RGB colorimétrico

Primarias RGB:

Función de transferencia de componentes de color: 2,6 gamma

Luminancia del punto blanco: 48 cd/m^2

Cromaticidad del punto blanco:
D65: x = 0,3127, y = 0,3290
DCI: x = 0,3140, y = 0,3510

DCI tiene requisitos claros para el brillo de la imagen. El brillo calibrado de la pantalla blanca en el centro de la imagen necesita alcanzar 48nit o 14fL, que es también el requisito de brillo de la imagen en los cines comerciales bien conocidos. Curiosamente, en la situación real de la proyección de cine, DCI permite un error de ±3fL, lo que significa que el brillo del centro de la imagen en algunos cines puede ser de solo 11fL.

En cuanto al contraste, DCI también tiene requisitos relevantes. Teóricamente, el contraste entre fotogramas necesita alcanzar 2000:1, y el contraste intrafotograma necesita alcanzar 150:1. Sin embargo, en el entorno real de un cine, los requisitos relevantes se reducen a un mínimo de 1200:1 y 100:1.

La gama de colores DCI-P3 requerida en el campo de consumo necesita tener un punto blanco que sea consistente con BT.2020 y BT.709, ambos de los cuales deben ser D65, con un punto de coordenadas de x=0,313, y=0,329 en el espacio de color CIE1931. Sin embargo, el punto blanco de la gama de colores DCI-P3 en los cines comerciales es x0,314, y = 0,351, que es más verde y amarillo que D65. Cuando calibramos la gama de colores DCI-P3 para el sistema de proyección de cine en casa, debemos prestar atención a la posición del punto blanco, de lo contrario afectará a la precisión del equilibrio de blancos de toda la imagen. Además, el valor Gamma requerido por DCI también es diferente del estándar BT.1886 que conocemos, y adopta la curva Gamma 2.6.

Mostrar la gama de colores P3

Dado que DCI tiene como objetivo establecer estándares técnicos de la industria para las películas digitales, las cámaras más avanzadas como las SLR y los micro-singles proporcionan dos espacios de color de grabación: sRGB y Adobe RGB (abreviado como ARGB). La capacidad de gama de colores ARGB también es un estándar de identificación importante para monitores profesionales, pero la reproducción de películas y vídeo también es una de las principales aplicaciones de teléfonos móviles, tabletas, monitores de computadoras y televisores de panel plano. Por lo tanto, los productos de empresas como Apple, Sony y Samsung están utilizando gradualmente DCI-P3 como estándar para una amplia gama de colores, y Apple es la más completa. El espacio de color tanto para la cámara como para la pantalla del iPhone 7 utiliza la gama de colores P3. A partir de la versión 2015 del iMac, muchos teléfonos móviles, tabletas y monitores profesionales también han admitido gradualmente la gama de colores P3.

Como el sRGB sigue siendo la corriente principal absoluta del contenido de Internet, para tener en cuenta el efecto de visualización de las imágenes sRGB, muchos dispositivos de visualización P3 también han hecho algunos compromisos, estableciendo Gamma a 2,2, mientras que la temperatura de color estándar sigue siendo D65. Apple generalmente llama a esta pantalla P3, y Microsoft Surface Studio, que vende un monitor y un host de forma gratuita, proporciona tres espacios de color. Además de los estándares sRGB y DCI-P3, también hay un modo Vivid. De hecho, este modo Vivid es la gama de colores P3 del punto blanco Gamma 2.2+D65.

El gamma de DCI-P3 es 2.6, mientras que el gamma de Display P3, sRGB y AdobeRGB es el mismo, todos ellos son 2.2. La razón principal de esta diferencia es que el DCI-P3 está diseñado para cine sin otras fuentes de luz, mientras que el Display P3 está diseñado para monitores modernos.

Espacio de color del puntero

En 1980, Michael R. Pointer definió la gama máxima posible de colores de superficie de objetos comunes, que incluyó 4089 muestras. Esta gama de colores se ha convertido en una poderosa herramienta para estudiar la reproducción del color y ha sido muy elogiada. Visualmente, la gama de punteros representa la mayoría de los colores que la gente puede ver en la naturaleza. Los colores fuera de la gama de punteros son generalmente fuentes de luz artificiales, incluyendo luces de neón y colores generados por animación por computadora.

La gama de colores del puntero cubre el 47,9% del rango de colores del espacio xy CIE1931. Por su forma irregular, no es difícil imaginar que no sea fácil hacer una pantalla que admita la gama de colores Pointer. De hecho, es el caso. La investigación ha encontrado que es teóricamente imposible usar tres colores primarios para realizar un sistema de visualización que admita la gama de colores Pointer. De hecho, se requieren al menos cuatro colores primarios.

Espacio de color ProPhoto RGB

ProPhoto RGB también se conoce como el espacio de color ROMM RGB (Reference Output Medium Metric RGB Color Space), que fue diseñado por Kodak para fines de salida fotográfica.

En comparación con el espacio de color RGB general, la gama de colores proporcionada por este espacio de color es muy generosa, incluyendo más del 90% de los colores de superficie en el espacio de color CIE Lab y el 100% de los colores de superficie en el espacio de color Pointer. Una de las desventajas del espacio de color ProPhoto RGB es que incluye alrededor del 13% de los colores que normalmente no están presentes.

Sistema de color Munsell Sistema de color Munsell

Un espacio de color definido en 1905 por el artista y profesor Albert H. Munsell.

Munsell primero descompuso el color en tres componentes independientes, a saber, el tono, el valor y el croma. La mayor ventaja del espacio de color de Munsell es que es perceptualmente uniforme, por lo que todavía es útil hoy en día, especialmente cuando se evalúa la uniformidad perceptual de un espacio.

En la década de 1940, los científicos del colorimetro descubrieron que el sistema de Munsell tenía algunos defectos y necesitaba ser corregido, por lo que organizaron un experimento de discriminación del color a gran escala con participantes de varios continentes. Finalmente, se formó un lote de datos corregidos, llamado sistema de renotación Munsell.

El siguiente enlace es una discusión sobre stackoverflow sobre la conversión del espacio de color Munsell. Teoría del color: Cómo convertir Munsell HVC a RGB/HSB/HSLstackoverflow.com/questions/3620663/color-theory-how-to-convert-munsell-hvc-to-rgb-hsb-hsl

Matriz de transformación RGB2XYZ

Perfil de la CCI: Perfil de la Cámara Internacional de Comercio

En el campo de la gestión del color, las características de entrada y salida de dispositivos (tales como monitores) se describen usando perfiles ICC, que definen la matriz de transformación de entrada a salida, con D50 como punto blanco de referencia. Si el punto blanco de referencia de la señal de entrada no es D50, se necesita la matriz de Bradford o un método equivalente para transformar la entrada en un espacio con D50 como punto blanco. Este proceso se llama transformación de adaptación cromática.

En la gestión del color, un perfil ICC es un conjunto de datos que caracteriza un dispositivo de entrada o salida de color, o un espacio de color, de acuerdo con las normas promulgadas por el International Color Consortium (ICC). Los perfiles describen los atributos de color de un dispositivo o requisito de visualización en particular definiendo una asignación entre el espacio de color fuente o objetivo del dispositivo y un espacio de conexión de perfil (PCS). Este PCS es CIELAB (L*a*b*) o CIEXYZ. Los mapeos pueden especificarse utilizando tablas, a las que se aplica la interpolación, o a través de una serie de parámetros para transformaciones.

En la gestión del color, un perfil ICC es un conjunto de datos que describe las características de un dispositivo de entrada o salida de color o espacio de color de acuerdo con las normas promulgadas por el International Color Consortium (ICC). Un perfil describe las propiedades de color de un dispositivo específico o requisito de visualización definiendo un mapeo entre un espacio de color de origen o destino del dispositivo y un espacio de conexión de perfil (PCS). Este PCS es CIELAB (Lab*) o CIEXYZ. El mapeo puede especificarse utilizando una tabla, interpolarse o convertirse a través de una serie de parámetros.

Matrices D50 adaptadas a Bradford: Matrices D50 adaptadas a Bradford

http://www.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.htmlwww.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.html

Precisión del color

Con el fin de evaluar cuantitativamente la capacidad de reproducción de color de un dispositivo, las personas han desarrollado una variedad de fórmulas de evaluación. Los más utilizados son dE76 y dE2000. dE también se puede escribir como Delta-E. Ambos se basan en el espacio de color CIE-1976, pero dE2000 hace algunos ajustes al brillo, por lo que el resultado está más en línea con la percepción del ojo humano.

Dados dos puntos (L1*, a1*, b1*) y (L2*, a2*, b2*) en el espacio de color CIELAB, si solo se menciona Delta-E sin especificar un sufijo específico, el valor predeterminado es el estándar dE76, y la fórmula es la siguiente:

La definición de símbolo de dE00 o dE2000 es la siguiente:

La figura siguiente muestra un método común para evaluar la capacidad de reproducción de color de una pantalla. En primer lugar, se seleccionan seis colores típicos: rojo, verde, azul, cian, magenta y amarillo. A continuación, la diferencia entre el valor ideal y el valor real se compara a cinco niveles de saturación (20, 40, 60, 80 y 100%).

En teoría, si el dE2000 de dos colores es menor que 1, el ojo humano no puede distinguir entre ellos. Un valor de dE2000 entre 3 y 6 cumple con los requisitos de calidad de los productos comerciales generales, pero puede no ser lo suficientemente bueno para aplicaciones de impresión o vídeo de nivel profesional. A continuación se presentan algunas normas de referencia.

• 13 – 25: Considerados como tonos de color diferentes, si el valor excede este rango los dos colores se consideran dos colores diferentes.

6.5 – 13: La diferencia entre los dos colores es observable, pero los dos colores se consideran el mismo tono de color.

3.2 – 6.5: La diferencia entre los dos colores es observable, pero la impresión dada por ambos es básicamente la misma.

1.6 – 3.2: Desde una distancia dada, la diferencia entre los dos colores es básicamente indistinguible. La mayoría de las veces los dos son considerados del mismo color.

La norma CIE dE2000 fue lanzada en 2001. La fórmula es relativamente compleja y las etapas específicas son las siguientes.

A continuación se muestra el proceso de algoritmo de un determinado software para evaluar la precisión del color de la cámara. Puede ver que se utilizan tanto los estándares dE76 como dE2000.

Preguntas frecuentes: ¿Qué significa la “E” en delta E o E*?

La “E” en delta E o delta E* se deriva de “Empfindung”, la palabra alemana para sensación. Delta E significa una “diferencia en sensación” para cualquier métrica de tipo delta E, CIE o Hunter. Delta E – PrintWikiprintwiki.org/Delta_E

Apariencia del color

En 1902, el fisiólogo alemán Von Kries propuso una hipótesis. Creía que "las células cónicas del ojo humano que perciben el color y la percepción psicológica humana del color son dos entidades independientes que no se afectan".

Cuando los valores CIE tristimulus (XYZ) de dos colores son iguales, la intensidad de estímulo recibida por las células de cono del ojo humano es la misma, ¿por lo que la percepción de estos dos colores debe ser la misma? Según los resultados experimentales, la percepción visual será la misma solo cuando el entorno circundante, el fondo, el tamaño de la muestra, la forma de la muestra, las características de la superficie de la muestra y las condiciones de iluminación sean las mismas. Una vez que se colocan dos colores idénticos bajo condiciones de observación diferentes, aunque los valores del tristímulo siguen siendo los mismos, la percepción visual del ojo humano cambiará. Este es el llamado fenómeno de aparición de color. Los siguientes son algunos ejemplos de fenómeno de aparición de color.

Por lo tanto, la estimulación física del color por sí sola no puede representar absolutamente el color visto por el ojo humano. También hay que tener en cuenta la influencia del entorno externo. Además, simplemente usando la fórmula de diferencia de color para calcular la diferencia entre dos puntos de color no puede acercarse a la diferencia visual entre los dos bloques de color al ojo humano. Además de considerar la diferencia física, también debe considerarse el impacto de la visión humana en el color.

Se puede sacar otra conclusión: cuando los valores de tristímulo de dos colores son iguales, si la apariencia de color de los dos colores es diferente, debe ser porque sus condiciones de observación son diferentes. Los diferentes fenómenos de apariencia del color describen la relación entre los cambios en las condiciones de observación y los cambios en la apariencia del color.

A continuación se enumeran algunas propiedades y fenómenos relacionados con la apariencia del color.

El ojo humano percibe un atributo visual de un color principal basado en una cierta cantidad de estimulación.

El ojo humano percibe la relación de brillo relativo (valor relativo) de un determinado estímulo con los puntos blancos circundantes o el área más brillante.

Brillo: El grado (valor absoluto) de la cantidad de luz que el ojo humano percibe en función de un determinado estímulo.

La intensidad (valor absoluto) del color de un determinado tono primario que el ojo humano percibe en base a una cierta cantidad de estimulación.

Saturación: La relación relativa (valor relativo) del color visual y el brillo visual percibido por el ojo humano en función de una cierta cantidad de estimulación.

Croma: El valor relativo (valor relativo) de la cromaticidad visual y el brillo de los puntos blancos circundantes o el área más brillante basada en un determinado estímulo.

Cambio de tono: Cuando el brillo cambia, el tono del estímulo monocromático se desviará. Es decir, el tono de la muestra no permanece constante cuando el brillo del iluminante cambia. Cuando el valor de brillo de la fuente de luz cambia, el tono cambiará con el cambio de brillo.

Efecto Abney: Cuando una luz monocromática se mezcla con luz blanca, la pureza del color del estado iluminado cambiará. Según el efecto de cambio de tono, el tono de la muestra también cambiará. Este fenómeno se llama efecto Abney.

Efecto Helmholtz-Kohlrausch: Según fundamentos teóricos anteriores, el ojo humano' La percepción del brillo depende solamente del valor Y de los tres estímulos. Sin embargo, Helmoltz descubrió a través de experimentos que los cambios en los valores de brillo y cromaticidad afectarán al valor de brillo aparente. Cuando el brillo absoluto es igual, mayor es la saturación de color, mayor es el brillo percibido, como se muestra en la figura a continuación.

Efecto de caza: El color de un objeto cambia significativamente a medida que cambia el brillo general. Es decir, la cromaticidad cambia a medida que cambia el brillo.

Hunt descubrió que cuanto mayor es el brillo de la fuente de luz, mayor es el tono del color. Por ejemplo, el color de un objeto parece más vívido y brillante en la tarde de verano, pero más suave en la noche. Bajo condiciones de luz más brillantes, el color de un objeto parece más vívido, y el contraste entre la luz y la oscuridad es más intenso. La saturación visual aumenta con el aumento del brillo. Bajo condiciones de luz más brillantes, el color de un objeto parece más vívido, y el contraste entre la luz y la oscuridad es más intenso.

Como se muestra en la figura a continuación, el punto (0,35, 0,33) bajo la condición de 1000cd/m2 coincide con el punto (0,55, 0,33) bajo la condición de 1cd/m2, lo que muestra que a medida que aumenta el grado de adaptación a la oscuridad, el ojo humano La capacidad de distinguir los colores disminuye. Por lo tanto, al evaluar la apariencia del color, se debe tener en cuenta el brillo absoluto.

Efecto Stevens: El contraste de brillo o el contraste de luz aumenta con el aumento del brillo. Cuando el brillo aumenta, el contraste de color también aumentará, lo que es similar a la conclusión del efecto Hunt.

Colores de memoria: La gente ha formado recuerdos profundos de ciertos colores en la práctica a largo plazo, por lo que hay ciertas reglas y hábitos inherentes en la comprensión de estos colores. Estos colores se llaman colores de memoria. Las manzanas rojas, las nubes grises, el cielo azul, la hierba verde, los árboles verdes y los limones amarillos son todos colores comunes de la memoria. La mayoría de las personas saben cuándo estos colores son correctos o equivocados. La mayoría de estos colores son más brillantes en la memoria que los colores reales.

En general, el color de la piel y el cielo azul son colores de memoria muy importantes y a menudo requieren un procesamiento especial de corrección.

Conversión de adaptación cromática CAT

La adaptación cromática es más importante que la adaptación a la luz y la oscuridad en el estudio de la apariencia del color. En el modo de transformación de apariencia del color, es más apropiado agregar la transformación de adaptación cromática, que se llama CAT (Transformación de Adaptación Cromática) en inglés.

El modelo de conversión de adaptación cromática se ha desarrollado durante más de 100 años, y todos los modelos de adaptación cromática actuales se basan principalmente en la hipótesis conceptual propuesta por primera vez por Johannes von Kries en 1902. Von Kries propuso que "los receptores visuales humanos y la percepción ocular humana deben ser independientes entre sí y no afectarse unos a otros".

Los estudios han demostrado que hay tres tipos de células cónicas en el ojo humano: L, M y S. Ajustan su sensibilidad de forma relativamente independiente según la intensidad del estímulo que sienten. Por lo tanto, para la misma intensidad de entrada de estímulo, la salida de señal generada por las células de cono variará con el entorno, como se muestra en la figura a continuación.

Por lo tanto, en el proceso de conversión de adaptación de color experimentado por el ojo humano, el modo apropiado debe usarse para convertir y procesar los tres estímulos de color del objeto observado en "valores de inducción de células de cono" relacionados con la visión humana, con el fin de predecir la capacidad de expresión de color en diferentes entornos de observación; el método es usar la relación entre los extremos de entrada y salida y la matriz de conversión de diferentes modos para convertir el color del objeto observado bajo la fuente de luz de entrada en el valor de cromaticidad expresado bajo la fuente de luz de salida.

La tecnología de detección de constancia de color utiliza el Modelo de Adaptación Cromática para predecir la aparición de color de cualquier estímulo de color bajo diferentes fuentes de luz o iluminaciones, o incluso en diferentes medios, y luego evaluar su constancia de color. Existen muchos tipos de modelos de conversión de adaptación cromática. Los modelos de adaptación cromática que se han publicado incluyen von Kries, Bartl-eson, BFD, CIE (Nayatani et al.), Hunt, CIEL*a*b*, RLAB, etc.

Modelo de adaptación cromática de Von Kries

Suponiendo que la fuente de luz es β, el primer paso de la transformada de Von Kries es convertir el valor del tristímulo de color XYZ en la cantidad de estímulo detectada por cada célula de cono RGB (o LMS) del ojo humano.

en

El segundo paso es normalizar cada valor de estímulo usando la respuesta del campo blanco bajo la fuente de luz β. El coeficiente de normalización es,

Obtener la respuesta al estímulo después de que el ojo humano se adapte.

El tercer paso es predecir la respuesta bajo cualquier nueva fuente de luz (fuente de luz δ), e inferir los valores de estímulo de los tres tipos de células de cono bajo la nueva fuente de luz basándose en la respuesta del campo blanco bajo la nueva fuente de luz, y luego usar la matriz de transformación inversa de Von Kries para obtener los tres valores de estímulo en el espacio XYZ.

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Modelo de adaptación cromática BFD

En su tesis doctoral en 1985, Lam propuso un modelo mejorado basado en la transformada de Von Kries, llamado modelo de Bradford, o modelo BFD para abreviar.

Similar a la transformada de Von Kries, la primera etapa de la transformada de BFD es convertir los valores de tres estímulos de color observados XYZ en las cantidades de estímulo detectadas por las células de cono RGB (o LMS) del ojo humano.

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Las características de la transformación BFD son:

• El brillo Y se utiliza para normalizar XYZ, y la respuesta de tres estímulos RGB resultante se denomina una "respuesta aguda";

• Si X = Y = Z, entonces R = G = B, y el cono percibe una respuesta blanca;

• Dado que XYZ se normaliza usando el brillo, BFD elimina el efecto del brillo de la muestra en los conos;

• La respuesta aguda estrecha el rango de percepción humana y mantiene la saturación del color sin cambios, por lo que es adecuada para cálculos de constancia del color.

El método de usar el modelo BFD para predecir XYZ bajo una nueva fuente de luz es:

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Matriz de Finlayson

Finlayson et al. propusieron una matriz mejorada basada en el modelo BFD en 2000. Los experimentos han demostrado que la matriz mejorada es mejor que la matriz BFD para la predicción del color.

La figura siguiente compara las características espectrales de la respuesta aguda (línea sólida) y la respuesta BFD (línea discontinua). Se puede ver que la respuesta aguda es más estrecha que la BFD en la banda de longitud de onda larga, y el efecto de medición real es mejor.

Evaluación del efecto CAT

El siguiente enlace describe métodos para evaluar los efectos de diversas matrices de adaptación cromática: http://www.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.htmlwww.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.html

Como se muestra en la figura a continuación, el color de un parche de color determinado de ColorChecker bajo la fuente de luz A es la Muestra A, y el color bajo la fuente de luz C es la Muestra C. El color de la Muestra A se transforma CAT usando matrices tales como Bradford, Von Kries y Escala XYZ, y se obtienen los colores mostrados en los tres cuadrados pequeños en la figura. Obviamente, ninguna matriz puede producir resultados completamente correctos, pero generalmente están cerca.