Conoscenza del colore e della luce

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La natura della luce

Molto tempo fa, la gente si rese conto che la luce bianca, come la luce solare, si divide in colori separati quando passa attraverso un prisma. Un prisma mostra i sette colori dell'arcobaleno: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indigo e violetta. Ogni colore ha una lunghezza d'onda diversa. La luce rossa ha la lunghezza d'onda più lunga, la luce violetta ha la più breve e i colori tra ciascuno hanno lunghezze d'onda diverse. Puoi vederlo nella figura qui sotto.

Se la luce colorata che viene dalla luce bianca passa attraverso un prisma per una seconda volta, non continuerà a dividersi in molti altri colori. Questo tipo di luce che non può dividersi ulteriormente è chiamata luce monocromatica. Il colore della luce monocromatica può anche cambiare a seconda della frequenza o della lunghezza d'onda. Entrambi possono essere convertiti con la formula c = (lambda) f. La luce fatta di colore monocromatico è chiamata luce composita. Il colore della luce composita è determinato dalla frequenza della luce che contiene la maggior parte dell'energia. Se la luce composita contiene tutta la luce visibile, allora sarà bianca.

Molti tipi di vetro e altri mezzi ottici hanno i loro parametri relativi alla frequenza della luce. Hanno diversi indici di rifrazione per la luce di varie frequenze, e la velocità della luce cambierà anche. Entrambe queste situazioni possono essere chiamate la dispersione della luce.

Lo spettro visibile è formato dalla dispersione della luce attraverso un prisma. La dispersione della luce in un cavo in fibra ottica estende anche il pacchetto di onde, che a sua volta limita la velocità con cui il segnale può essere inviato. Le persone possono vedere i colori perché diversi oggetti rilasciano luce in colori diversi, e i nostri occhi vedono e interpretano quella luce.

Questi diversi colori, o fotoni, entrano nel nostro occhio e vengono assorbiti dalla retina. Una volta assorbiti, questi fotoni vengono trasformati in segnali elettrici. Questi segnali viaggiano attraverso il nervo ottico al cervello in modo che il cervello possa interpretarli. Poi “vediamo” qualcosa.

Sappiamo che la luce è un'onda elettromagnetica. Questa è la stessa radiazione elettromagnetica che i telefoni cellulari, i forni a microonde e le macchine a raggi X emettono, solo a frequenze diverse. La radiazione che vediamo e che scatena i nostri fotorecettori si chiama luce e si trova nella lunghezza d'onda 380-760 nm. Lo spettro della luce visibile è solo una minuscola parte dello spettro elettromagnetico, come mostrato nella figura fornita.

La parte più essenziale del colore di un oggetto è come la luce si riflette e assorbe. Ad esempio, la luce bianca passa attraverso la soluzione di solfato di rame e gli ioni di rame assorbono parte della luce gialla e rimangono con la luce blu ed è per questo che la soluzione sembra blu. Tuttavia, se la soluzione di solfato di rame è brillante luce gialla, la soluzione di solfato di rame non appare blu, ma nero.

Ciò dimostra che il colore della fonte di luce svolge un ruolo chiave nella determinazione del colore. Quando non c'è luce che brilla in una certa area dello spettro, anche il colore visibile diminuirà.

Per l'osservazione dei colori, la fonte di luce più ideale è il sole. Come si vede di seguito, la luce solare è la fonte di luce ideale per l'osservazione dei colori. Lo spettro della luce solare nella gamma visibile è continuo e piatto.

Gli elettroni che orbitano a livelli di energia più alti del resto possono scendere a livelli più bassi. Quando un elettrone lo fa, rilascia luce sotto forma di fotone. Se un elettrone è seduto in un livello di energia più basso e vuole saltare ad un livello più alto, deve assumere energia (calore) pari al divario energetico tra i livelli.

Gli elettroni a livelli di energia più elevati non sono stabili. Alla fine, saltano a livelli più bassi, rilasciando un fotone nel processo.

Nella figura seguente, si può vedere il diagramma del livello energetico dell'atomo di idrogeno e del suo spettro.

Come visto nella figura sopra, nello spettro di emissione (b), quando gli elettroni passano da livelli di energia elevati a livelli di energia bassi, rilasciano energia sotto forma di fotoni nello spettro. Nello spettro di assorbimento (c), una fonte luminosa a spettro continuo passa attraverso il gas idrogeno, dove gli elettroni assorbono fotoni di determinate lunghezze d'onda, producendo lacune nello spettro continuo.

Alcune sostanze, come il gruppo degli elementi alogeni, hanno livelli di energia che vengono eccitati molto più facilmente, quindi sono quelli tipicamente utilizzati per generare luce artificiale. L'energia luminosa che tali sostanze chimiche rilasciano è tipicamente focalizzata su alcune lunghezze d'onda spaziate.

Lo spettro di una lampada ad alogenuri metallici è mostrato nella figura seguente. Dallo spettro, è facile vedere che la lunghezza d'onda alla quale l'energia è più concentrata è di 591 nanometri, che corrisponde a una luce giallo-verde.

Il tipo più comune di lampada fluorescente è quella che utilizza il vapore di mercurio come materiale luminescente. Lo spettro corrispondente agli atomi di mercurio è mostrato nella figura seguente.

Visione umana

Il sistema visivo umano (HVS) possiede tre tipi di coni progettati per rispondere a lunghezze d'onda lunghe, medie e brevi della luce visibile. La figura seguente rappresenta la risposta di frequenza dei tre coni a uno stimolo luminoso identico.

Poiché HVS ha solo tre rilevatori fisici del colore, il sistema nervoso estrapola la percezione del colore per i colori umani attraverso l'interpolazione del colore. Per qualsiasi percezione del colore, ci sono un numero infinito di forme spettrali che potrebbero potenzialmente stimolarlo.

Ad esempio, considerando i quattro casi rappresentati nella figura bassa, dall'alto in basso, sono

a) uno spettro continuo di luce diurna

b) uno spettro discreto di rosso, verde e blu,

c) uno spettro discreto di giallo e blu

d) uno spettro di fluorescenza.

Gli esperimenti hanno indicato che qualsiasi dei quattro tipi di luci, come ipotizzato, all'occhio umano sembrano tutti bianchi. Ciò porta a pensare che l'HVS non sia troppo preoccupato della particolare composizione spettrale effettiva della fonte luminosa.

Un corpo nero ideale (sole) emette uno spettro continuo, e la sua distribuzione spettrale di potenza è una funzione della temperatura, cioè della sua temperatura del colore. Nei casi da (b) a (d) della figura sopra, le linee dello spettro sono discrete e quindi non soddisfano la definizione di temperatura del colore.

È qui che è stata introdotta l'idea di temperatura colore correlata (CCT). Se una fonte di luce stimola la stessa percezione del colore di un corpo nero di temperatura di colore T, la temperatura di colore correlata di quella fonte di luce è T.

La temperatura del colore correlata è un fenomeno che DB Judd ha descritto per la prima volta nel 1936. Si definisce in termini di temperatura del colore e isotermie. Ogni isotermia colore ha un singolo valore di temperatura colore correlata. Di seguito sono riportate le raccomandazioni per le isotermie di DB Judd che sono state incluse nello standard CIE 1960 UCS per lo spazio uniforme dei colori descritto nel testo seguente.

Per l'occhio umano, il colore di un fascio di luce dipende dalla sua frequenza e la sua energia è ciò che determina quanto sia stimolante visivamente la luce. L'occhio umano percepisce lo stesso colore quando guarda due fasci di luce della stessa frequenza, ma se un fascio ha più energia, sarà un colore più brillante.

La curva bianca nell'immagine sottostante mostra la risposta spettrale del Cono S Sensibile alle onde corte nell'occhio umano. La curva di punti solidi neri mostra il disagio dei giovani nei loro venti anni per eguale abbagliamento di potenza. La curva del punto cavo nero mostra il disagio di persone intorno a sessant'anni di abbagliamento di pari potenza.

Le ricerche dimostrano che tutte le persone sono più sensibili al riflesso blu. Le persone tendono a sperimentare dolore a causa della componente di luce blu nei fari luminosi a fascio lungo.

Fonte di luce LED

Fonte di luce a LED significa diodo emettente di luce. Il led ad alta potenza più comune che è praticamente ovunque è quello che emette luce blu ad una lunghezza d'onda di picco di 460nm. Per ottenere una fonte di luce bianca, viene utilizzato un additivo di fosforo che assorbe la luce blu ed emette luce giallo-verde per cambiare il tono del colore e modulare la temperatura del colore in bianco fresco o bianco caldo.

L'esempio seguente mostra che i componenti spettrali (temperatura del colore) influenzano significativamente la qualità della fotografia.

Natura della fonte di luce

Ogni fonte di luce ha una specie di proprietà fisica che descrive quanta luce emette quella fonte e in quale direzione, e questa proprietà fisica è chiamata intensità luminosa. L'intensità luminosa è misurata in candela. Il termine "candela" deriva dalla parola candela. La definizione originale dell'unità insegnata nelle scuole del Regno Unito era quanto luce viene emessa da una candela, in particolare una candela bianca lunga una libbra e un piede, con la fiamma su di essa. Nel corso degli anni, la definizione si è trasformata.

Ad esempio, la definizione adottata dalla 16a Conferenza Internazionale sui Pesi e le Misure nel 1979 afferma: "l'intensità luminosa di una fonte luminosa è 1 cd in una particolare direzione, se, in quella direzione, la radiazione è 1/683 watt / steradiano, emessa da una fonte luminosa monocromatica di frequenza 540 x 10 ^ 12 Hz".

• Nota 11 Watt/steradiano significa che in un dato angolo solido, 1 joule di radiazione viene emesso ogni secondo.

• Nota 2Una delle unità SI di angolo solido è lo steradiano che ha l'abbreviazione "sr". L'angolo solido di una sfera completa è 4u03C0 che è sr, intorno a qualsiasi punto specifico su quella sfera.

  
  

Se la luce è necessaria e c'è una fonte di luce, misurare solo la potenza radiante non è sufficiente. Bisogna guardare come l'occhio umano risponde alla luce a diverse lunghezze d'onda.

L’avvento del termine “flusso luminoso” lo ha reso più chiaro.

Negli anni '70, la Commissione Internazionale sull'Illuminazione CiE è giunta alla conclusione che l'occhio umano è più sensibile alla luce monocromatica 555nm nella visione fotopica e ha impostato questo valore come lunghezza d'onda di riferimento per convertire "potenza" in "flusso luminoso" e quindi 1W di luce monocromatica 555nm è stato definito come 683lm di flusso luminoso.

“Lumen” (usato simbolicamente come “lm” in inglese) è l’unità di flusso luminoso. Per quanto riguarda il motivo per cui è 683, ha a che fare con i primi giorni di descrizione della luce con le candele.

Dalla definizione di intensità luminosa, vediamo che per una fonte di luce isotropica con un'intensità radiante di 1cd, il flusso radiante completo in un angolo solido di 4π è 12,57lm.

L'energia si riferisce a un fotone di luce che ha una lunghezza d'onda di 555 nm.

Con un'illuminazione di 1 lux (1 lm/m2), quanti fotoni che passano attraverso un metro quadrato vengono illuminati per un secondo?

L'illuminazione si riferisce alla quantità di luce che brilla direttamente su una superficie. In particolare, la metrica di quanta luce brilla sulla superficie è il flusso luminoso per unità di superficie che è misurato in lumen per metro quadrato (lm / m2) radialmente. Questa misura è chiamata lux (lx) per breve. La misurazione della luce è chiamata 1 lux o 1 lumen per metro quadrato, che è la fonte di luce che emette una candela. Ciò significa che una superficie illuminata è illuminata un metro.

La luminanza si riferisce a quanto è una superficie luminosa. Specificamente questa misura è il flusso radiale per unità di area luminosa in una direzione e per angolo solido. Questa misura è chiamata nit, che è radiano per metro quadrato per steradiano chiamato anche cd/m2 luminoso.

• Nota 1: Il m2 in cd/m2 luminoso significa la superficie della superficie luminosa stessa.

• Nota 2: Il termine luminosità è talvolta indicato come illuminanza.

• Nota 3: "Intensità della luce" è un termine informale e ambiguo. In alcuni casi, "intensità della luce" può significare intensità luminosa, o addirittura, illuminanza o luminosità.

Lambert è un'unità di misura della luminanza

Sistema centimetro-grammo-secondo, si dice che sia la luminanza di una superficie completamente diffusa che emette o riflette un luman per centimetro quadrato.

Il questionario misura la purezza di una fonte luminosa con la purezza spettrale della luce. La luce monocromatica mostra la maggior purezza, mentre la luce incoerente si dice sia bianca e abbia la meno purezza.

Tre colori primari

Le persone eseguono esperimenti di miscelazione dei colori in cui è stato stabilito che la maggior parte dei colori nella natura può essere ottenuta campionando tre colori monocromatici specifici e mescolandoli in una determinata proporzione. Queste tre luci monocromatiche che hanno questo tratto sono conosciute come colori primari, mentre i rispettivi tre colori sono anche indicati come primari, ad esempio rosso, verde e blu.

I fondamenti della miscelazione dei colori

Diversi usi danno significati diversi ai tre colori primari. Per ora, ci sono principalmente i seguenti gruppi: par textbf{Three primary colors of light} Nel 1931, la Commissione Internazionale per l'Illuminazione (CIE) ha definito i componenti dello spettro del mercurio a 700 nm, 546,1 nm e 435,8 nm come i tre colori primari di rosso, verde e blu.

CIE prescrive che la luce rossa con flusso luminoso di 1 watt è un'unità di colore primario rosso, la luce verde con flusso luminoso di 4,5907 è un'unità di colore primario verde, la luce blu con flusso luminoso di 0,0601 è un'unità di colore primario blu e sono registrati come: [R], [G] e [B]. Questi tre possono essere mescolati in determinate quantità per ottenere altri colori.

Quando si mescolano i tre diversi colori primari insieme, si dovrebbe ottenere la luce bianca. La luce bianca E è la luce bianca a pari energia al punto E dello spettro di colori CIE 1931 xyY, e ha una temperatura di colore di 5400 K.

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

Tre colori principali della televisione a colori

Un televisore a colori ha uno schermo fluorescente rivestito con tre diversi fosfori. Quando lo schermo viene colpito dal fascio di elettroni mirato, lo schermo può emettere rosso, verde o blu. Mescolando i tre colori primari in quantità squilibrate e intensità diverse, si possono creare molti colori che esistono nella natura.

Pigmento: tre colori primari

I tre colori primari dei pigmenti e altre fonti non luminose sono il magenta (rosso rosa, rosa), il cyan magenta (blu cielo più scuro, blu lago) e il giallo chiaro (giallo limone). I tre colori primari scelti dal chimico britannico Fulbright (1781-1868) possono essere combinati per generare una vasta gamma di colori, ma non possono rendere nero; Si può creare solo un grigio scuro. Ecco perché nella stampa a colori, oltre ai tre colori primari, è necessario anche un nero per ottenere colori ricchi.

È comunemente noto che aggiungere il giallo al magenta crea un rosso brillante (rosso = M100 + Y100). Ma una volta che viene fatto un rosso brillante, non può essere utilizzato per fare magenta. Ci vuole il ciano e un po 'di magenta per fare un blu (blu = C100 + M100) e questo blu può essere diluito a un ciano opaco usando il bianco.

Stampare i tre colori primari

Il colore ha a che fare con la luce ที่ t si riflette sulla carta. Assomiglia ai colori e alla miscela dei colori nella pittura. L'assorbimento della luce dei pigmenti è diverso. I colori primari dei pigmenti assorbono le tre lunghezze d'onda della luce RGB. Attraverso la ricerca, il ciano, il magenta e il giallo (CMY) sono stati determinati come i colori primari poiché sono il RGB dei colori complementari.

Quando i pigmenti gialli e ciani sono miscelati, il pigmento giallo assorbe la luce blu mentre il pigmento ciano assorbe la luce rossa, riflettendo solo la luce verde. Quindi i pigmenti giallo e ciano insieme producono colore verde.

Modello di colore

Un modello di colore è una rappresentazione astratta dei colori che facilita la registrazione e il recupero di informazioni sui colori. Un modello di colore comune è di tre o quattro dimensioni. Nel caso in cui il modello di colore sia ulteriormente vincolato, in modo che i valori definiti nel modello siano effettivamente mappabili a colori reali, i colori che il modello di colore può rappresentare vengono quindi completamente determinati, creando così uno spazio di colori.

Quando si discute la teoria del colore, il professionista si riferirà naturalmente a essa come a un modello di colore, ma questo non è del tutto accurato. I principali teorici definiranno la differenza da notare. S RGB è uno spazio di colori che utilizza il modello di colori RGB in cui i colori si correlano con dove i tre colori primari R, G e B si trovano su una griglia di colori, e determinate limitazioni sono poste sulle condizioni (gamma di luminosità) per essere in grado di vedere i colori.

Ciò è per garantire che il modello di colore RGB possa essere accuratamente e coerentemente (più e più volte) allineato ai colori. A seconda del dispositivo (DST) con il corretto color surround sRGB, le immagini possono essere riutilizzate e con lo stesso effetto di colore.

Modelli di colore comuni

Ogni sistema di visualizzazione a colori può rendere una certa gamma di colori, nota come gamma di colori. È importante ricordare che il concetto di gamma di colori può essere applicato solo ai sistemi di rendering a colori, come monitor e stampanti. Per i sistemi di misura del colore, come fotocamere e spettrometri, c'è solo la risposta del colore e non la gamma dei colori.

Tuttavia, un sacco di cosiddetti produttori di fotocamere cercano anche di collegare il valore RGB uscito dalla fotocamera / sensore a una certa gamma di colori. In questo caso, il codice RGB dovrebbe essere direttamente correlato a un determinato punto di colore all'interno della gamma di colori. Se viene utilizzato un output colore da una gamma di colori diversa, il colore visualizzato del sistema sarà diverso dal colore previsto.

Quando il sistema di visualizzazione previsto non possiede la gamma di colori definita dal produttore della fotocamera, il colore non verrà visualizzato correttamente. In tal caso, si dovrebbe prima mappare il RGB della fotocamera a uno spazio di colori standard, ad esempio, XYZ, e poi visualizzarlo utilizzando i valori XYZ quando si converte il RGB del display ai valori XYZ.

I produttori di fotocamere scelgono questo metodo perché i sensori catturano una gamma più ampia di colori rispetto al sRGB, che i display regolari mostrano. Avere una gamma di colori di destinazione più ampia durante la registrazione riduce al minimo la perdita di informazioni sul colore originale e mantiene abbastanza per una possibile regolazione del colore in seguito nel processo di modifica del video.

Spazio colore RGB

Il RGB è lo spazio di colori più popolare nell'informatica, come mostrato nell'immagine qui sotto.

Per la maggior parte delle immagini digitali a colori a 3 canali a 24 bit, ogni pixel (x, y) può essere rappresentato da 3 elementi: R, G e B. Ognuno è un byte, che è 0,255.

RGB è il nome della modalità di colore che quasi ogni schermo emette. Questo perché la rappresentazione del colore dell'output dello schermo era molto più strettamente correlata a come gli esseri umani effettivamente vedono il colore rispetto a qualsiasi altra modalità di colore. Si tratta di tubi a raggi catodici compositi a colori e schermi grafici raster a colori che utilizzano RGB per guidare le pistole a elettroni R, G e B. Essi sparano elettroni per accendere i fosfori R, G e B sullo schermo in modo che lo schermo possa produrre colori diversi.

Quando uno scanner scansiona un colore originale, riflette e campiona i componenti R, G e B della luce e sono le porte R, G e B dello scanner che accertano e registrano il colore originale.

Poiché diversi scanner producono dati a colori diversi dalla stessa immagine e diversi modelli di monitor visualizzano la stessa immagine in modi di colori diversi, lo spazio a colori RGB è chiamato uno spazio a colori dipendente dal dispositivo. Inoltre, lo spazio RGB nei monitor e negli scanner non si allinea con il CIE 1931 RGB che è un vero sistema di colori primari 3. Questo è il motivo per cui viene chiamato uno spazio di colori indipendente dal dispositivo.

YUV, spazio colore YCbCr

YUV si riferisce a un certo tipo di segnale. Inizialmente è stato applicato nei sistemi televisivi a colori PAL e SECAM che sono stati progettati in Germania e Francia, e ora è applicato anche nei sistemi informatici.

Luma (Luminanza) significa luminosità, e U e V rappresentano il colore e la concentrazione del colore (Crominanza e Croma). YCbCr è uno spazio di colori a perdita. È una variante di YUV ed è utilizzata più frequentemente di YUV in alcune aree.

Viene utilizzato nell'elaborazione video in tempo reale in film o sistemi per la fotografia digitalizzata. Questo formato è utilizzato per JPEG, MPEG, DVD, e anche televisione digitale e fotocamere. Ecco perché la maggior parte delle persone si riferisce a YCbCr come YUV.

Y in YCbCr significa la stessa cosa che fa in YUV. Cb e Cr sono colori che corrispondono a U e V, e Cb significa cromaticità blu e Cr significa rosso.

Spazio colore HSV

Poiché lo spazio dei colori è semplice da usare, si trova in molti programmi diversi che le persone usano per modificare le immagini. Lo spazio dei colori in questi programmi utilizza i tre parametri, tonalità, saturazione e valore.

La tonalità H è uno dei tre valori principali del modello di colore HSV, indicando le tonalità del colore, la componente va da 0 a 359 gradi, dove 0 è rosso, 120 è verde e 240 è blu. Per differenziare ogni colore primario l'uno dall'altro, ogni colore primario ha il proprio colore complementare, che è H = 60 per il giallo, H = 180 per il ciano, H = 300 per il magenta.

La seconda S più importante è la Saturazione, un indicatore di quanto lontano da una tonalità il colore diventa dall'aggiunta della componente illuminata H al colore spettrale. Più estrazione H, più blu è il colore. I limiti dei valori di saturazione principali sono di solito da 0, per un colore con la componente spettrale assente, a 100 per un colore completamente saturo. Un colore dove la saturazione è più alta è una tonalità che è l'aggiunta della tonalità indicata a una componente più chiara, di solito bianca.

Il terzo valore più importante per il colore è la luminosità, che di solito è nella gamma percentuale di. 0 per il nero puro e 100% per il bianco puro. Questo componente è di solito il più difficile da modellare. La luce di qualsiasi oggetto dovrebbe cambiare a seconda del colore della luce per la quale l'oggetto è una fonte di luce. Anche questo oggetto ha un colore.

CIE-1931 spazio colore RGB

Nel 1931, la Commissione Internazionale per l'Illuminazione (CIE) ha proposto il modello di colore RGB. Quasi immediatamente, tuttavia, si è scoperto che il modello CIE conteneva difetti di progettazione. In particolare, il modello includeva valori negativi nella risposta rossa della banda 435,1 ~ 546,1, portando a difficoltà nella corrispondenza dei colori, come mostrato nella figura seguente.

CIE ha tentato tempestivamente di correggere il problema con una versione modificata del loro modello di colore. Ma poiché il nome iniziale RGB era inutilizzato, la loro versione modificata è stata chiamata lo spazio dei colori XYZ.

Spazio colore CIE-1931 XYZ

Nel 1931, la Commissione Internazionale per l'Illuminazione (CIE) fu la prima a definire, in modo puramente matematico, un modello di spazio di colori (spazio di colori CIE 1931 XYZ) che contiene tutti i colori che l'occhio umano può vedere, senza ancoraggio a alcuna implementazione di colori. Quindi, ogni volta che un colore viene visualizzato nel formato standard XYZ, può essere riprodotto da qualsiasi display compatibile e indipendentemente dalle caratteristiche sottostanti del display, il colore mostrato sarà lo stesso.

Nel modello, CIE ha proposto tre funzioni che replicherebbero le curve di risposta delle 3 classi di cellule coniche nell'occhio umano allo spettro visibile, come mostrato di seguito.

CIE imposta alcune funzioni in base a una tabella di dati. Questo sottoinsieme di dati è considerato la funzione di risposta dell'osservatore standard CIE. Questi dati vengono utilizzati per angoli di osservazione inferiori a 2 gradi.

I due gradi si basano su Wright, Guild e altri che condussero uno studio sulla funzione di abbinamento del colore (CMF) durante gli anni '20. I soggetti sono stati invitati a visualizzare i colori attraverso un piccolo buco di sguardo che forniva un campo visivo di 2 gradi. Molto più tardi, CIE pubblicò un'altra risposta standard dell'osservatore, ma con una vista a 10 gradi, chiamata CIE 1964 10 gradi RGB CMF.

Supponiamo che lo spettro di potenza di qualche luce a colori sia S(λ), quindi il valore del tristimulo CIE XYZ è determinato dalla funzione di risposta standard dell'osservatore come segue:

Quando si tratta di calcoli numerici, il dλ è generalmente preso per essere 5 o 10 nanometri.

Quando la luce colore viene riflessa dalla superficie di un oggetto, S(λ) è determinato dalla fonte di illuminazione e dalla superficie della riflessività dell'oggetto. Di seguito un esempio più dettagliato.

Le coordinate XYZ contengono le informazioni energetiche della fonte luminosa, il che significa che non c'è alcun limite al valore, come mostrato nell'immagine sottostante.

CIE-1931 spazio colore xyY

Un approccio leggermente diverso, e forse più utile, può essere adottato quando viene esaminata la cromaticità. Dal CIE tristimulus values_normalized, i valori possono essere classificati in tre tipi ortogonali - x, y e z.

Di questi, x e y mostrano la cromaticità del colore, e il valore Y dei valori tristimulo mostra la luminosità del colore (luminanza). Questo spazio è chiamato CIE xyY.

La definizione dello spazio colore CIE xyY si basa sul fatto che per qualsiasi colore, quando la luminosità è regolata, il flusso luminoso per tutti i colori primari deve essere aumentato uniformemente. Così, la proporzione di X a Y a Z può essere mantenuta costante e il colore può essere abbinato.

Questo valore di cromaticità dipende solo dalla lunghezza d'onda (tonalità) e dalla purezza, ed è indipendente dall'energia radiante totale. Pertanto, quando si calcola la cromaticità del colore, X, Y e Z possono essere divise per l'energia radiante totale (X + Y + Z), o, equivalentemente, solo il caso della sezione X + Y + Z = 1 può essere considerato, e l'equazione di corrispondenza del colore può essere accorciata a x + y + z = 1. Pertanto, per mostrare il colore, solo x e y devono essere espressi come z può essere calcolato da x + y + z = 1.

L'immagine seguente mostra il ben noto diagramma di cromaticità CIE, di solito chiamato diagramma di ferro di cavallo o lingua.

Il bordo esterno del diagramma di cromaticità ha una curva a forma di lingua, chiamata locus spettrale, e il numero accanto a esso mostra la lunghezza d'onda dello spettro in nanometri. La linea retta in fondo, che collega i due punti di 380nm e 700nm, è chiamata linea viola. I colori diventano meno saturi mentre si muovono verso l'esterno e finiscono in un punto speciale E al centro del grafico. Questo punto centrale è noto come il punto di luce bianca di pari energia. Questo punto ha coordinate (0,33, 0,33) e una temperatura di colore di 5400K.

Nel diagramma, il segmento dello spettro è colorato rosso se si trova nell'area in cui la coordinata x è grande. Nell'area in cui la coordinata y è grande, è colorato verde, e nell'area in cui entrambe le coordinate sono piccole (quindi, la coordinata z è grande), è colorato blu.

Il diagramma di cromaticità include anche una caratteristica chiamata locus del corpo nero (o locus di Planck), che ha una forma concava. Questa curva non ha endpoint, ma contiene alcuni punti "speciali". Questi punti speciali includono:

• Punto A (una lampada a incandescenza, o a 2856K) e Punto B (precedentemente raccomandato come standard di luce diurna, a 4874K, ma ora sostituito dal punto D.

• Il punto C (6774K) mostra il lucernario in una giornata nuvolosa.

• Il punto D (6500K) mostra la luce diurna.

• Il punto E mostra il punto di luce bianca di pari energia, un standard ideale che non esiste.

Solo per notare: la scala della traiettoria della temperatura del colore è irregolare, a causa della quale c'è stato un cambiamento di fattore di dieci a entrambe le estremità della curva.

Gli spettri che corrispondono ai punti speciali, ognuno con il proprio punto, sono illustrati nella figura seguente.

La figura seguente mostra la proiezione dello spazio RGB in relazione allo spazio XYZ. Qui, come mostra la figura, ci sono molti colori che l'occhio umano è in grado di vedere, ma non sono nello spazio di colori RGB. Di conseguenza, non tutti i colori che l'occhio umano può vedere sono contenuti nello spazio RGB.

Colore Ampia capacità

Ogni punto sul diagramma di cromaticità xy rappresenta un certo colore, ma l'occhio umano non può distinguere due punti quando sono troppo vicini. La gamma di lunghezze d'onda che le persone non possono vedere è chiamata larghezza di banda del colore. La ricerca di Mac Adam et al. dimostra che la larghezza di banda del colore è diversa in diverse posizioni nel diagramma di cromaticità, che è illustrato nella figura qui sotto (l'ellisse è ingrandita di un fattore di 10 per migliorare il display).

Una conclusione importante dell'esperimento di Mac Adam è che la distanza tra due punti di colore sul diagramma di cromaticità non è linearmente correlata alla differenza di cromaticità che l'occhio umano può vedere.

Spazio omogeneo percepito

Uno spazio di colori è detto di essere percettivamente uniforme se una differenza di una certa quantità in qualsiasi punto dello spazio di colori corrisponde a una differenza di quella stessa quantità in qualsiasi altro punto dello spazio.

Supponiamo che ci sia uno spazio di colore che ha un cambiamento unitario nel valore del colore, non importa dove nello spazio si trova, lo stesso cambiamento unitario porta allo stesso cambiamento percettivo. Questo spazio di colori è chiamato percettivamente uniforme. Uno spazio così percettivamente uniforme ha la stessa larghezza di banda del colore in tutto, indipendentemente dal valore del colore. Questo può essere visto nell'immagine qui sotto.

Per lo spazio Z= PerPer Per lo spazio Z= PerPer Per Per lo spazio Z= PerPer Per Per Per lo spazio Z= PerPer Per Per Per Per Per Per Per lo spazio Z= PerPer Per Per Per Per Per Per lo spazio Z= PerPer Per Per Per Per Questo ci porta a chiederci, esiste una metrica che è linearmente correlata alla risposta visiva percettiva umana? Sì, è probabile con il micro reciproco.

Micro-reciproco

La larghezza di banda del colore, indicata anche come uniformità percettiva E, è determinata da come la temperatura del colore, T, risponde alle funzioni empiriche che Judd ha quantificato come JND, T. Questa temperatura del colore mitigata è stata concordantemente integrata con una formula che può essere espressa come empirica con i vincoli dati.

Ciò produce la seguente metrica.

Lasciate che la funzione del componente M(T)= 1E6/T in modo che dM/dT=−1E6/T^2. Completando la formula si otterrà l'espressione lineare M, E.

• Ciò ci porta a concludere che M è il Micro Grado Reciproco della temperatura del colore. Questa particolare unità è la temperatura del colore espressa in fango, MK^-1. Ciò può essere interpretato nel senso che la più piccola differenza percepibile dell'occhio umano è di 5,5 mireds.

• Ad esempio, guardando una temperatura di 5000 Kelvin (K), il valore semiinverso è 200 mireds (M), mentre la temperatura distintiva successiva è 4866K (M = 205,5), quindi l'intervallo di temperatura è 134K. Guardando una temperatura di 2000K, il valore semi-inverso è 500M, mentre la prossima temperatura di colore distinta è 1978K (M = 505,5), quindi l'intervallo di temperatura di colore è 22K.

• Questo esempio dimostra che l'occhio umano è più capace di distinguere basse temperature di colore.

Nel diagramma successivo viene mostrata la larghezza di banda del colore umano a temperature di colore variabili. Le differenze di colore che si trovano all'interno dell'ellisse non possono essere distinte dall'occhio umano. Per esempio, il raggio dell'ellisse è mostrato a 24 volte la scala.

Nella tabella che segue sono rappresentati i punti di colore della temperatura ottenuti e il micro-reciproco nella figura precedente. Si può notare che con le coordinate micro-reciproche, i punti nella figura sono distribuiti in modo equo.

Spazio colore CIE-1960 UCS

Uno spazio di colore che può essere migliorato è CIE-1931 XYZ. Un difetto è che l'errore in alcuni intervalli di colore è positivo mentre in altri intervalli l'errore è negativo. Nel 1960, CIE ha proposto un modo per rappresentare le differenze di colore in modo più uniforme. In trasformazioni dimensionali, Mac Adam ha convertito le coordinate del 1937 (x, y) in coordinate (u, v):

• u = 4x/(-2x + 12y + 3)

• v = 6y/(-2x + 12y+ 3)

rappresentato più in generale come,

Locus di Planck, isotermi e coordinate di temperatura del colore primario sul diagramma di cromaticità UV CIE-1960.

Alla temperatura di colore denotata T, la pendenza del segmento di linea sul locus di Planck è:

in

L'pendenza della linea che è parallela all'isotermia è espressa matematicamente in termini di pendenza della linea tangente, come il negativo della reciproca dell'pendenza della linea tangente.

Il calcolo della temperatura di colore correlata, nota come CCT, di un punto S (u, v) all'interno del diagramma di cromaticità può essere fatto in una varietà di modi tra cui l'interpolazione, il piede della perpendicolare e molti altri metodi.

Questo specifico processo di attuazione è stato documentato.

Spazio colore CIE-1976 UCS

All'interno del sistema di coordinate del colore (u, v), la sincronizzazione del colore visivo è rimasta elusiva. Mac Adam continuò la sua ricerca per portare la percezione visiva attesa alla realtà. Nel 1973 decise di aggiungere il 50% alla coordinata v. Questo sistema divenne il sistema di coordinate del colore CIE 1976 UCS (Uniform Chromaticity Scale):

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

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

Il CIE 1976 UCS fece una conversione delle coordinate di cromaticità CIE 1931 in modo che la gamma di colori che formò fosse vicina a uno spazio di cromaticità uniforme, consentendo così di quantificare le differenze di colori. Questo è stato documentato come lo spazio di colori CIE LUV.

La distanza Delta u'v'} nel sistema di coordinate (u',v') che rappresenta il colore è direttamente proporzionale alla distanza alla cromaticità che si percepisce di avere.

Utilizzando le versioni CIE 1964 e 1976 per individuare la sequenza dei colori di Munsell, è stato scoperto che nella versione del 1976, l'uniformità dei colori è migliore.

CIE-1976 L * a * b * spazio di colore

CIE L*a*b* è uno degli spazi di colore più utilizzati e versatili. Le distanze tra i colori sono più lineari di altri spazi di colore che allineano le relazioni di colore più strettamente alle relazioni lineari trovate e sono più precise alla percezione umana del colore, specialmente nell'oscurità del colore descritto. Uno svantaggio molto leggero è che più vicino alla descrizione del colore giallo, le relazioni lineari si spostano, il che significa che il diametro del cerchio di tolleranza del colore è più piccolo quando si descrive il giallo.

Una grande area di uniformità è distribuita uniformemente negli spazi di colore che è simile alla CIE 1976 UCS. Sebbene l'uniformità di queste norme non sia perfezionata, vi è un grande margine di utilizzo di queste norme e un margine ancora maggiore di non fornire esempi. Detto questo, la figura fornita di seguito è CIELAB che mostra il sequenziamento del sistema di colori di Munsell in cui la distribuzione di alcune varianti nei sistemi di colori diventa evidente, in particolare il problematico blu.

Lo spazio di colore CIELAB non affronta molto bene il problema della costanza della tonalità e non può spiegare i fenomeni dell'aspetto del colore conosciuti come gli effetti Hunt e Stevens. Per risolvere il problema della costanza della tonalità, CIE ha proposto uno standard interino nel 1997 noto come CIECAM97s, che è stato successivamente semplificato e finalmente rilasciato nel 2002 come lo standard CIECAM02 per semplificare la complessità del modello e migliorare l'accuratezza dello standard.

Il modello di colore CIE L* a *b* della distribuzione regionale è matematicamente definito come segue:

in,

Nella formula sopra,

• L* è la chiarezza del colore (0-100),

• a* e b* è la cromaticità (-128 a 128), a* è l'asse rosso-verde (rosso, + / verde, - ) e b* è l'asse giallo-blu (giallo, + / blu, - ).

• Xn, Yn, Zn sono i valori XYZ per la sorgente luminosa.

La formula di cui sopra, utilizza una curva esponenziale di 1/3 per replicare la natura logaritmica della risposta visiva umana, che a sua volta semplifica i calcoli.

Per misurare la distanza euclidea nello spazio L*a*b*:

in,

Da a* e b* possiamo determinare la saturazione C, chiamata anche croma, e una tonalità h:

Per convertire da spazio L* a * b* a spazio XYZ utilizzare il seguente:

in,

Trascurando la leggerezza L del colore e considerando solo il croma C possiamo definire la differenza di colore come □C:

È comunemente accettato che una differenza di colore da 4 a 5 si traduca in una qualità del colore molto buona, una differenza da 5 a 6 si traduce in una qualità del colore relativamente buona e una differenza superiore a 10 si traduce in una qualità del colore scarsa.

La figura seguente è un rapporto del software Imatest che valuta la riproduzione dei colori della matrice CCM. La figura mostra le posizioni teoriche e effettive di ciascun punto di colore sulla scheda a 24 colori nello spazio L * a * b * e calcola l'errore medio di colore. Tutti i 6 blocchi grigi sulla carta a 24 colori si trovano nel punto dove a = b = 0.

Il seguente codice converte i valori XYZ nello spazio CIE LAB. In una parola, ecco il codice.

• X = 19.4100; Y = 28.4100; Z = 11.5766;

• Xn = 94.811; Yn = 100; Zn = 107.304;

• if X/Xn > (6/29)^3

• fx = (X/Xn)^(1/3);

• altro

• fx = (841/108) * (X/Xn) + 4/29;

• fine

• if Y/Yn > (6/29)^3

• fy = (Y/Yn)^(1/3);

• altro

• fy = (841/108) * (Y/Yn) + 4/29;

• fine

• if Z/Zn > (6/29)^3

• fz = (Z/Zn)^(1/3);

• altro

• fz = (841/108) * (Z/Zn) + 4/29;

• fine

• L = 116 * fy - 16;

• a = 500 * (fx - fy);

• b = 200 * (fy - fz);

La figura seguente mostra il sistema di marcatura a colori Munsell. In uno spazio di colore ideale, un insieme di punti di colore della stessa tonalità dovrebbe essere sulla linea retta.

Tuttavia, la situazione non è ideale nello spazio CIELAB. Quando la leggerezza o il croma cambiano, la tonalità del colore si sposterà.

Strumento online per la conversione tra diversi spazi di colore.

Selezionatore e convertitore di colori (RGB, HS, L HSB/HSV, CMY, K, HEX, LAB)

Spazio colore IPT

La costanza della tonalità è una proprietà importante dello spazio colore. Rispetto alla leggerezza e alla cromaticità, la legge della tonalità è più difficile da descrivere matematicamente.

Negli Stati Uniti nel 1988, mentre faceva un dottorato di ricerca presso l'Istituto di Tecnologia dell'Università di Rochester con il suo consulente Mark Fairchild, lo studente Ebner suggerì il modello di colore IPT (? per Intensità, Protan e Tritan).

Se si vuole convertire IPT in CIELAB, i valori di I, P e T devono essere scalati. I deve essere moltiplicato per 100 e P e T devono essere moltiplicati per 150 quindi convertiti in intervalli che sono I {-1 to 1}P e T {-1 to 1}.

L'indipendenza del modello IPT da CIELAB funzionerà in termini di discriminazione dei colori acromatici e cromatici nonché in ordine di luminosità. D'altra parte, nell'uniformità della tonalità, la relazione lineare del modello IPT con la tonalità blu è più forte rispetto al modello CIELAB.

Anche il modello di colore IPT è stato al centro di molto più dibattito. Nell'insegnamento della ricerca, la linea di Hue è stata preferita. Parla della linea tracciata dall'origine dello spazio di colori in qualsiasi direzione e suggerisce ai punti in tonalità variando la loro saturazione che ha portato alla creazione dello spazio di colori ICaCb.

Gamma di colori Rec.709

709, BT 709, 709 e ITU 709, è lo standard per la gamma di colori HDTV ed è stato stabilito dall'ITU nel 1990. Gli schermi che soddisfano lo standard HDTV devono essere in grado di riprodurre tutti i colori di questa gamma. Rec. 709 Equazione gamma

Rec.709 Formula gamma

Spazio colore AdobeRGB

Questo è un risultato sorprendente. In base alle dichiarazioni fatte dai dipendenti di Adobe, Photoshop 5 stava per essere rilasciato nel 1998. Per ottimizzare il meccanismo integrato di gestione del colore del software, l'ingegnere Thomas Knoll è stato interessato allo standard di colore BT. 709, lo standard SMPTE 240M, per scoprire la gamma di colori. Ma poiché lo standard non era disponibile online e Photoshop 5 stava per essere rilasciato, non potevano aspettare che una versione cartacea arrivasse per posta, quindi Thomas trovò un set di dati SMPTE 240M su un sito web che sembrava ufficiale e lo usò per Photoshop.

Dopo il lancio del programma, ha ricevuto molte recensioni positive. L'opinione generale degli utenti è stata che la nuova configurazione di SMPTE 240M è abbastanza soddisfacente in termini di gamma di colori e la facilità di transizione da un sistema di colori ad un altro nel sistema di colori CMYK, che è il forte svantaggio di sRGB. Di conseguenza, molte pubblicazioni hanno iniziato a raccomandare lo standard SMPTE 240M che viene utilizzato da Adobe.

Ma poi, un individuo che conosce lo standard SMPTE 240M ha notato anche errori nella versione che Adobe ha incluso in Photoshop; non era nemmeno il valore della gamma di colori specificato in SMPTE 240M, ma piuttosto un "valore ideale" nell'allegato della norma. Per aggiungere insulto alla lesione, Thomas ha avuto un errore di tipografia quando ha impostato la coordinata rossa, e questo valore non era nemmeno lo stesso del "valore ideale" nell'allegato.

Quando Adobe ha appreso degli errori, Adobe ha impiegato una serie di strategie per risolvere il problema, e anche se hanno messo in un sacco di sforzo, il limite superiore dello standard della gamma di colori che è stato impostato a seguito di questo incidente era inalterabile. Infine, per evitare complicazioni legali e di marchio, Adobe ha smesso di cercare di correggere l'"errore" e ha proceduto a chiamarlo Adobe RGB.

Adobe RGB risolve principalmente il problema della discrepanza di colore tra stampa e display e migliora il ciano e il verde. La copertura della gamma di colori CIE aumenta fino al 50%. Fino ad oggi, solo un piccolo numero di monitor costosi mostrerà il 99% della gamma di colori Adobe RGB, e sono principalmente utilizzati nei campi del design professionale.

Spazio colore sRGB sRGB sono Microsoft e HP 1996 ha iniziato la colorazione ed è anche la colorazione ampiamente colorazione da industrie di colorazione. Monitori e colorizzazione software grafici per computer e videogiochi e anche immagini e videogiochi sono colorizzazione sRGB sono standard di colorizzazione. Computer sRGB sono monitor di colorazione sono in grado di supportare il 95% ed essere spazio di colorazione sRGB.

Spazio di colorizzazione sRGB manca di standard di colorizzazione e molto colorizzazione delle tecnologie e anche concetti di colorizzazione sono di colorizzazione dei computer. sRGB copre il 30% dello standard CIE box e una colorizzazione molto bassa. Il colore standard sRGB è sRGB low lacks. I monitor 100% dello standard sRGB sono applicabili anche ai computer.

AdobeRGB è stato proposto nel 1998. Ha una maggiore gamma di copertura dei colori rispetto allo spazio di colori rgb e ha un maggiore supporto per le stampanti cmky. È comune nei pro pub. Un monitor che supporta AdobeRGB avrà un effetto di output molto simile a quello di una stampante cmky e avrai un effetto "quello che vedi è quello che ottieni". Le immagini scattate secondo lo standard AdobeRGB e visualizzate su un monitor sRGB spesso perdono colore.

Spazio colore sRGB

Come si può vedere nella figura sopra, l'unica cosa che differenzia AdobeRGB da sRGB sono le coordinate di cromaticità del colore primario verde. Gli altri parametri sono gli stessi, ma l'effetto di questa differenza sull'immagine è chiaramente non trascurabile.

• Conversione dello spazio sRGB e XYZ

• ITU-R BT.709 Valori di tristimulo XYZ

• Formula gamma sRGB

• Spazio colore ACES2065-1

Poiché questo standard di colore è stato stabilito troppo presto, molte tecnologie e concetti non sono maturi, quindi copre solo il 30% dello standard di gamma di colori CIE, e la riproduzione del colore non è alta e la copertura verde è estremamente bassa. A causa di questo, non ha elevati requisiti per i monitor, quindi la maggior parte dei monitor sul mercato può raggiungere sRGB100%.

AdobeRGB è stato proposto nel 1998. Ha una copertura colore più ampia di sRGB e può supportare meglio le stampanti CMYK. È ampiamente utilizzato nell'editoria professionale. L'effetto di uscita di un monitor che supporta lo standard AdobeRGB è molto vicino a quello di una stampante CMYK e puoi ottenere un effetto "quello che vedi è quello che ottieni". Quando le immagini scattate secondo lo standard AdobeRGB vengono visualizzate su un monitor sRGB, l'effetto colore di solito appare piatto.

Come mostrato nella figura sopra, l'unica differenza tra AdobeRGB e sRGB è le coordinate di cromaticità del colore primario verde. Gli altri parametri sono gli stessi, ma l'impatto di questa differenza sull'immagine è molto ovvio.

Conversione dello spazio sRGB e XYZ

Formula gamma sRGB

Spazio colore ACES2065-1

Academy Color Encoding System (ACES) è uno standard globale per lo scambio di file di immagini digitali, la gestione dei flussi di lavoro dei colori e la finalizzazione di file per la consegna e l'archiviazione.

L'Academy Color Encoding System (ACES) è uno standard globale per lo scambio di file di immagini digitali, la gestione dei flussi di lavoro dei colori e la finalizzazione di file per la consegna e l'archiviazione.

È un'amalgamazione di standard SMPTE, pratiche raffinate e scienza del colore avanzata progettata da centinaia di registi e scienziati del colore che lavorano con il Comitato Scientifico e Tecnico dell'Accademia delle Arti e delle Scienze del Cinema. È nel tentativo di raggiungere il punto di riferimento del settore nella gestione del colore per l'artigianato del cinema.

È una miscela di standard SMPTE, pratiche raffinate e scienza del colore avanzata progettata da centinaia di registi e scienziati del colore che lavorano con l'Accademia scientifica e tecnica delle arti e delle scienze del cinema. Si propone di diventare il punto di riferimento per la gestione del colore nel settore cinematografico.

È possibile utilizzare ACES per qualsiasi produzione, sia che si tratti di un feature, televisione, pubblicità, AR / VR, ecc.

È possibile utilizzare ACES in qualsiasi tipo di produzione, sia che si tratti di lungometraggi, televisione, spot pubblicitari, AR / VR, ecc.

ACES2065-1 specifica una gamma di colori più ampia di tutti i colori visibili, con specifiche di punti di colore primari fuori dalla regione visibile. Il punto bianco è pianare con coordinate CIE D60 di x = 0,32168 e y = 0,33767. ACES2065-1 è conosciuto colloquialmente come AP0, ACES Primaries 0, ed è principalmente per la registrazione di dati video nella gamma lineare.

La differenza tra la gamma di colori della serie ACES

Spazio colore DCI P3

Lo spazio colore DCI-P3 è uno dei nuovi standard di spazio colore introdotti dall'industria cinematografica americana come uno degli attuali standard di colore per la proiezione del cinema digitale in quanto ha una gamma di colori più ampia insieme a una gamma più ampia di verde e rosso rispetto a sRGB. Cinema digitale, post-produzioni di serie TV, grading dei colori e simili si adattano meglio allo spazio DCI-P3 perché lo spazio dei colori DCI-P3 si allinea meglio con il sistema visivo umano poiché è più ottimale per tali compiti.

Lo spazio di colori DCI-P3 nello spazio di colori xy CIE 1931 copre il 45,5 % della gamma di colori completa e il 86,9 % della gamma di colori utilizzabile mentre nel diagramma di cromaticità u'v' CIE 1976 è rispettivamente il 41,7 % e l'85,5 %. Il colore primario blu dominato in sRGB e Adobe RGB e il colore primario rosso è la fonte di luce monocromatica con lunghezza d'onda 615 nm.

Lo spazio colore DCI-P3 copre meno della gamma di colori CIE rispetto ad AdobeRGB, tuttavia, si allinea più alla percezione visiva umana e soddisfa i requisiti di colore nei film. In sintesi, DCI-P3 è una gamma di colori con più enfasi sull'impatto visivo, rispetto ad altri standard di colori. Ha una gamma di colori più ampia dal rosso al verde, quindi ha meno comprensione dei colori.

DCI-P3 è uno standard creato da Digital Cinema Initiatives e pubblicato dalla Society of Motion Picture and Television Engineers. Probabilmente sarà adottato nei sistemi TV e nei home theater nel 2020.

Definizione: SMPTE-EG-0432-1:2010 Digital Source Processing - Color Processing per D-Cinema

Organizzazione responsabile: Società di ingegneri cinematografici e televisivi

Spazio colori

Tipo: Spazio colore RGB colorimetrico

Primarie RGB:

Funzione di trasferimento del componente colore: 2,6 gamma

Luminanza del punto bianco: 48 cd/m^2

Cromaticità del punto bianco:
D65: x = 0.3127, y = 0.3290
DCI: x = 0.3140, y = 0.3510

DCI ha standard rigorosi per la luminosità di visualizzazione. La luminosità specificata di uno schermo bianco calibrato al centro dell'immagine deve essere di 48 nit (14 fL). Questo è anche lo standard di luminosità per i cinema commerciali di fascia alta. È anche interessante che DCI permette un errore di 3 fL nella proiezione reale del teatro. Ciò significa che in alcuni cinema, la luminosità centrale dell'immagine può essere bassa fino a 11 fL.

Per quanto riguarda il contrasto, DCI ha anche alcuni requisiti aggiuntivi. In teoria, il contrasto tra fotogrammi dovrebbe essere a 2000: 1, mentre il contrasto intra-fotogramma dovrebbe essere a 150: 1. Tuttavia, in un cinema, questi requisiti pertinenti sono ridotti a un minimo di 1200: 1 e 100: 1.

Per i consumatori, la gamma di colori DCI-P3 dovrebbe avere un punto bianco che si allinea con sia BT.2020 che BT.709 D65 con le coordinate dello spazio dei colori CIE1931 come x = 0,313, y = 0,329. Tuttavia, la gamma di colori DCI-P3 nei cinema commerciali ha un punto bianco di x0,314, y0,351 che è più verdastra e più giallastra del D65. La calibrazione della gamma di colori DCI-P3 per i sistemi di proiezione home theater richiede la considerazione del punto bianco poiché influisce notevolmente sul bilanciamento del bianco dell'intera immagine. Inoltre, il gamma richiesto di DCI differisce dalla curva gamma 2,4 che è familiare e canalizza una curva gamma 2,6.

Visualizza gamma di colori P3

DCI vuole stabilire standard tecnici nel settore del cinema digitale, e a causa di questo, le fotocamere più sofisticate, come SLR e micro-obiettivo singolo, supportano due colori di registrazione di immagini, che sono sRGB e Adobe RGB, o ARGB per breve. ARGB è una delle gamma di colori che rappresentano gli standard neri per schermi professionali, ma lo scopo primario della visualizzazione di film e video è destinato principalmente a smartphone, tablet, monitor di computer e TV a schermo piatto.

Quindi, prodotti come quelli di Apple, Sony e Samsung stanno lentamente adottando il DCI-P3 per gli standard di colore dell'ampia gamma di colori, e di tutti Apple è il più completo. Sia la fotocamera che lo schermo della serie iPhone 7 utilizzano la gamma di colori P3. Dalla versione iMac 2015, ci sono stati molti smartphone, tablet e monitor professionali che supportano la gamma di colori P3.

Considerando che le immagini sRGB sono il mainstream assoluto di Internet, compensano le caratteristiche di visualizzazione delle immagini sRGB in dispositivi di visualizzazione che sono in grado di P3 impostando Gamma a 2,2 a una temperatura di colore di D65. Apple in genere si riferisce a questi come Display P3, mentre Microsoft Surface Studio, che regala un monitor e un computer, offre tre gamma di colori. Oltre agli standard sRGB e DCI-P3, c'è un'opzione Vivid. In un certo senso, questa opzione Vivid è in realtà la gamma di colori P3 di Gamma 2.2 con un punto bianco D65.

Per DCI-P3, un gamma di 2,6 è standard mentre per Display P3, sRGB e AdobeRGB il gamma è di 2,2. Ciò è dovuto principalmente al fatto che DCI-P3 è destinato all'uso in un cinema senza altre fonti di luce, mentre Display P3 è destinato all'uso in schermi moderni.

Spazio colore puntatore

Michael R. Pointer è stato il primo a misurare la gamma di colori più grande possibile per il colore della superficie degli oggetti di tutti i giorni con un set di dati di 4089 campioni di colori. Questa gamma di colori è uno strumento di riproduzione dei colori molto importante e utile. È molto apprezzato all'interno della comunità di riproduzione del colore. Il Pointer Gamut è visivamente il colore della maggior parte della natura. Pointer Gamut non copre il colore di cose come le luci al neon e le animazioni per computer, che sono semplicemente i colori degli artefatti.

La gamma di colori Pointer è del 47,9% dello spazio di colori xy CIE 1931. Considerando la sua forma strana, si può immaginare che produrre un display che supporti la gamma di colori Pointer non sia facile. In realtà è così. La maggior parte degli studi ha scoperto che non è realistico raggiungere un sistema di visualizzazione che supporti la gamma di colori Pointer con soli 3 colori primari. Questo è vero, perché richiede più di 4 colori primari.

Spazio colore ProPhoto RGB

ProPhoto RGB è uno spazio di colori progettato da Kodak per l'output fotografico, noto anche come spazio di colori ROMM RGB (Reference Output Medium Metric RGB Color Space).

La gamma di colori era molto migliore del normale RGB, essendo poco più del 90% dello spazio di colori CIE Lab RGB e coprendo il 100% dello spazio di colori Pointer. L’unico svantaggio di avere lo spazio colore ProPhoto RGB è che copre circa il 13% dei colori che di solito non ci sono.

Sistema di colori Munsell Sistema di colori Munsell

Credo sia importante menzionare che il sistema di colori Munsell è anche tecnicamente un sistema che copre anche uno spazio di colori, e fu definito sia da un professore che da un artista di nome Albert H. Munsell nel 1905.

Munsell dissecò il colore in tre parti separate e distinte. Queste parti erano etichettate tonalità, valore e croma. Il più grande vantaggio dello spazio colore Munsell, e la ragione per cui è ancora ampiamente utilizzato, è a causa della sua uniformità percettiva.

esempio piano tonalità costante

Negli anni '40 gli scienziati della colorimetria notarono che il sistema di Munsell era difettoso e necessitava di correzioni. Quindi, hanno creato un massiccio esperimento di discriminazione del colore che coinvolge soggetti di test provenienti da più continenti. Nel digest è stato compilato un insieme di dati corretti e Sistema di rinnotazione Munsell.

Ecco un link a un forum Stack Overflow su come entrare nello spazio dei colori di Munsell: Teoria dei colori: Come convertire Munsell HVC in RGB/HSB/HSL stackoverflow.com/questions/3620663/color-theory-how-to-convert-munsell-hvc-to-rgb-hsb-hsl

Matrice di trasformazione RGB2XYZ

Profilo ICC: Profilo della Camera di Commercio Internazionale

Quando si tratta di gestione del colore, l'input e l'output di dispositivi come i monitor vengono gestiti tramite ICC Profiles, che descrive la matrice di trasformazione utilizzata tramite un punto bianco di riferimento D50. Se il punto bianco di riferimento del segnale di ingresso non è D50, allora è necessario una matrice Bradford o un metodo equivalente per regolare l'ingresso a uno spazio che ha D50 come punto bianco. Si chiama trasformazione di adattamento cromatico.

Nella gestione dei colori, un profilo ICC è un insieme di dati che caratterizza un dispositivo di ingresso o uscita di colori o uno spazio di colori, come definito dal International Color Consortium (ICC). I profili descrivono gli attributi di colore di un particolare dispositivo o requisito di visualizzazione definindo una mappatura tra lo spazio di colore di origine o di destinazione del dispositivo e uno spazio di connessione del profilo (PCS). Questo PCS è CIELAB (L*a*b*) o CIEXYZ. Le mappature possono essere specificate utilizzando tabelle alle quali viene applicata l'interpolazione o tramite una serie di parametri di trasformazione.

Un profilo ICC è un dato di gestione del colore e uno standard definito dal International Color Consortium (ICC). Quando viene definito un profilo, indica gli attributi di colore per un determinato dispositivo, veicolo, dispositivo o requisiti di osservazione creando una matrice come associazione tra lo spazio di colore di origine o di destinazione di un dispositivo e lo spazio di connessione del profilo (PCS). Questo PCS potrebbe essere CIELAB (L a b*) o CIEXYZ. Ci sono diversi metodi in cui una tabella, interpolazione o una sequenza di variabili potrebbe utilizzare la mappatura.

Matrici D50 adattate a Bradford: Matrici D50 adattate a Bradford

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

Precisione del colore

Al fine di determinare la capacità di un dispositivo di riprodurre il colore, ci sono una serie di metodi di valutazione che sono stati sviluppati e documentati da diversi individui. dE76 e dE2000 sono i metodi più popolari. Delta-E può anche essere indicato come dE. Entrambi utilizzano lo stesso spazio di colore CIE-1976, tuttavia dE2000 ha una luminosità diversa e rende il risultato più accurato percettivamente.

Nello spazio cromatico CIELAB ci sono due punti (L1*, a1*, b1*) e (L2*, a2*, b2*). Quando dE è menzionato senza alcun suffisso, è predefinito dE76 e la seguente è la formula.

In seguito, dE00 o dE2000.

Nella figura precedente, è stata spiegata una tecnica popolare che misura la capacità di un display di riprodurre i colori. Si tratta di utilizzare 6 colori di interesse: rosso, verde, blu, ciano, magenta e giallo. Quindi, per 5 diversi livelli di saturazione (20, 40, 60, 80 e 100%), viene valutata la differenza tra i valori ideali e i valori rappresentati.

In teoria, una coppia di colori per i quali il dE2000 è inferiore a 1, dovrebbe essere indistinguibile, anche per l'occhio umano. Un dE2000 da 3 a 6 è accettabile per molti prodotti ordinari, ma può essere insoddisfacente per display e materiale stampato di qualità professionale. Alcuni valori, sotto, possono mostrare gli intervalli previsti.

• Da 13 a 25 – Questa differenza viene interpretata come colori diversi, o colori distinti, per essere esatti (cioè se una coppia di valori supera questo intervallo, vengono interpretati come colori diversi).

• Da 6,5 a 13 – Questo intervallo mostra colori della stessa tonalità dove la differenza tra i colori è visibile.

• 3.2 a 6.5 - I colori sembrano dare un'impressione di colore diversa (cioè un colore diverso), anche se sono gli stessi.

• Da 1,6 a 3,2 – Questi valori indicano colori indistinguibili, anche a distanza. Nella maggior parte dei casi sono dello stesso colore.

• Nel 2001 è stata introdotta la norma CIE dE2000. La formula utilizzata nello standard è complicata e i passaggi della formula comprendono quanto segue.

Di seguito è riportato l'algoritmo di precisione del colore utilizzato in un particolare software. Puoi vedere nell'algoritmo che vengono utilizzati sia gli standard dE76 che dE2000.

FAQ: Cosa significa la “E” in delta E o E*?

La definizione del dizionario di Delta o Delta E * 'E' è dovuta a Empfindung, che è la parola tedesca per 'sensazione'. Per qualsiasi metrica di tipo delta E, CIE o Hunter, Delta E è un'indicazione di una differenza nella sensazione. Delta E - Stampa Wikiprintwiki.org/Delta_E

Quando si tratta di colori e come sembrano

Nel 1902, Von Kries, un fisiologo tedesco, aveva una teoria. Ha teorizzato che "le cellule coniche che percepiscono il colore nell'occhio umano e la percezione psicologica del colore umano in se stesse sono entità separate che non interagiscono affatto tra loro".

Quando due colori sono uguali nei valori tristimulus (XYZ) CIE (Comission International de l’clairage), le cellule del cono dell’occhio devono ricevere la stessa intensità di stimolo. Quindi, è possibile assumere che questi due colori debbano essere uguali nella percezione? La risposta è no.

Dal risultato degli esperimenti, si dimostra che la stessa percezione in vista si ottiene solo nei casi in cui tutti questi fattori dello spazio esterno sono nelle stesse condizioni: sfondo, dimensione del campione, forma del campione, caratteristiche della superficie del campione e illuminazione. Se due colori identici vengono collocati in condizioni diverse per l'osservazione, la percezione dell'occhio umano sarà alterata, anche se i valori di tristimulo per i colori sono gli stessi.

Questo è il cosiddetto fenomeno dell'aspetto del colore.

Il fenomeno dell'aspetto del colore può essere riassunto da questi punti.

Ciò suggerisce che la stimolazione fisica del colore e la percezione del colore dall'occhio umano non possono essere in perfetto allineamento, e l'ambiente fisico esterno dovrebbe essere tenuto conto. Inoltre, se viene utilizzata una formula di differenza di colore, la differenza tra due punti di colore non può essere utilizzata per stimare la differenza visiva soggettiva tra due blocchi di colore. Quindi, il sistema dell'occhio umano deve essere preso in considerazione, oltre alla differenza fisica.

Si può trarre un'altra conclusione: se due colori hanno gli stessi valori di tristimulo, ma il loro aspetto del colore è diverso, il valore di ricerca deve essere dovuto a condizioni di osservazione diverse.

I vari fenomeni dell'aspetto del colore rappresentano l'impatto delle condizioni di osservazione sull'aspetto di un colore.

Ecco un riassunto di alcune specifiche proprietà di relazione e fenomeni legati all'aspetto del colore.

La tonalità si riferisce al modo in cui le persone vedono e comprendono la visualizzazione di ogni colore dopo che il colore ha avuto una certa quantità di stimolazione.

La leggerezza si riferisce al modo in cui le persone vedono la quantità di luminosità in un colore rispetto alle aree bianche circostanti, come uno sfondo bianco, e c'è un colore.

La luminosità si riferisce alla particolare quantità di luce che le persone vedono che un determinato colore è e poi le persone percepiscono quel colore.

Colorato si riferisce alla quantità in cui le persone vedono la luminosità di un determinato colore uno stimolo, che contiene un particolare colore primario di una specifica quantità di stimolazione, e che il colore è vibrante.

La saturazione si riferisce al modo in cui le persone percepiscono un colore come noioso o luminoso e poi percepiscono la luminosità e poi le persone percepiscono la stimolazione con il colore.

Il croma si riferisce al modo in cui le persone vedono la luminosità che circonda le aree bianche e poi le persone vedono un determinato colore e poi vengono confrontati cromaticamente.

Lo spostamento di tonalità si riferisce a quale luminosità influenzerà la tonalità di un colore in un determinato stimolo. Ad esempio, quando la luminosità che circonda uno stimolo colorato cambia, ciò influenzerà il colore circostante e la luminosità del bianco e del buio.

• Effetto Abney: L'effetto Abney comportava la miscelazione della luce monocromatica con la luce bianca, che cambiava la purezza del colore dello stato illuminato. Con l'effetto hue-shift, anche la tonalità del campione viene alterata. Questo è quello che si chiama effetto Abney.

• Effetto Helmholtz-Kohlrausch: La percezione della luminosità dell'occhio umano è il risultato di ricerche teoriche precedenti, concentrandosi esclusivamente sul valore Y dei tre stimoli. Tuttavia, attraverso esperimenti, Helmholtz scoprì che la cromaticità cambia, così come la luminosità durante la luminosità apparente. La figura seguente dimostra che con livelli di luminosità assoluti uguali, più un colore è saturo, più luminosità percepita ci sarà.

• Effetto di caccia: C'è un cambiamento significativo nel colore di un oggetto come la luminosità complessiva cambia, o in altre parole, la cromaticità cambia con luminosità variabile.

  Hunt notò qualcosa di interessante sulle fonti di luce che usava. Più luminosa è la fonte di luce, più è probabile che una certa tonalità di colore sia. Pensateci in questo modo: in un caldo pomeriggio estivo, vedete il colore di un oggetto più forte, ed è più vivido, ma mentre la sera si raffredda, vedete quel colore più morbido e colore.

Quando viene posto sotto una luce intensa, un oggetto sembra essere più intensamente colorato, e la differenza che si vede tra sfumature chiare e scure diventa più pronunciata. Con l'illuminazione aggiuntiva, la saturazione visiva diventa più evidente. Nell'illuminazione più luminosa, il colore di un oggetto sembra essere più intenso e la differenza che si vede tra luce e buio è più pronunciata.

Il punto (0,35, 0,33) a 1000cd/m2 corrisponde a (0,55, 0,33) a 1cd/m2 come indicato nella figura successiva, il che significa che un maggiore adattamento al buio porta ad una minore capacità dell'occhio umano di differenziare varie tonalità. Pertanto, la luminosità assoluta deve essere presa in considerazione quando si giudica l'aspetto del colore.

• Effetto Stevens: L'effetto Stevens afferma che il contrasto di luminosità o il contrasto di leggerezza aumenta quando si aumenta la gamma di luminosità. L'effetto è più pronunciato quando si aumenta la luminosità, che è in linea con l'effetto Hunt.

• Colori della memoria: Perché le persone trascorrono molto tempo con determinati colori, le specifiche e le diverse abitudini si sviluppano su come vengono percepiti.

Questi colori sono colori della memoria come le mele rosse, le nuvole grigie, il cielo blu, le erbe verdi, gli alberi verdi e i limoni gialli. Le persone tendono a sapere quale di questi colori è corretto e quale è sbagliato. Infatti, la maggior parte di questi colori sono in realtà più vibranti nei ricordi che nella vita reale. Il tono della pelle e il cielo blu sono gli altri colori di memoria più importanti, spesso richiedendo ulteriori processi di correzione finemente sintonizzati.

Conversione di adattamento cromatico CAT

La conversione adattativa cromatica, e più specificamente, l'adattamento cromatico, è più critica dell'adattamento alla luce e al buio nello studio di come percepiamo i colori. Nella modalità di trasformazione dell'aspetto del colore, è più adatto a mettere in trasformazione di adattamento cromatico, popolarmente noto come CAT.

Il modello di conversione di adattamento cromatico è stato lavorato su per più di 100 anni, tutti i moderni modelli di adattamento cromatico si basano su un'ipotesi fatta nel 1902 da Johannes Von Kries. Von Kries ha detto: "I recettori visivi umani e la percezione umana attraverso la vista dovrebbero essere isolati e non interferire l'uno con l'altro.

La ricerca ha scoperto che ci sono tre tipi principali di cellule coniche umane, L, M e S. Tutte si regolano indipendentemente in base alla forza dello stimolo e alla sua corrispondente sensibilità. Quindi, per la stessa forza di stimolo, il segnale di uscita dalle cellule del cono sarà diverso in base all'ambiente.

Quindi, quando si tratta di adattamento del colore, la modalità giusta deve essere selezionata per cambiare i tre stimoli di colore dell'oggetto osservabile ai loro corrispondenti "valori di induzione delle cellule coniche" nella visione umana, per stimare la capacità di espressione della cromaticità in diversi ambienti. L'approccio comporta la determinazione del rapporto tra l'ingresso e l'estremità di uscita, e l'utilizzo della matrice di conversione di altre modalità per determinare il valore di cromaticità del colore dell'oggetto da osservare sotto la luce di fonte di ingresso data e il valore che esprimerà sotto la luce di uscita.

La rilevazione della costanza del colore, in una certa misura, utilizza il modello di adattamento cromatico che determina la previsione dell'aspetto del colore di qualsiasi stimolo verso una fonte di luce / illuminazione diversa, e persino diversi mezzi, e valuta la costanza del colore. Ci sono tanti diversi modelli di conversione di adattamento cromatico. I modelli di adattamento cromatico che sono stati presentati includono, ma non sono limitati a, von Kries, Bartlésion, BFD, CIE (Nayatani et al.), Hunt, CIEL*a*b*, RLAB e così via.

Modello di adattamento cromatico di Von Kries

Se consideriamo che la fonte di luce sia β, il primo passo del primo passo della trasformazione di Von Kries è quello di cambiare il colore del valore del tristimulo del colore XYZ nella quantità di stimolo di ogni cono RGB (o LMS) degli occhi dell'uomo.

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Successivamente, prendi ogni valore di stimolo e normalizzalo alla risposta del campo bianco alla fonte di luce β. Il coefficiente di normalizzazione è,

Ottieni la risposta allo stimolo dopo che l'occhio umano si è regolato.

Dopo di che devi capire la risposta a una fonte di luce diversa (quella δ). Quindi, indovina i valori di stimolo dei tre tipi di cellule coniche che devi sotto la fonte di luce diversa, partendo dalla risposta del campo bianco che hai e dopo che puoi usare la matrice di trasformazione inversa di Von Kries per ottenere i tre valori di stimolo nello spazio XYZ.

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Modello di adattamento cromatico BFD

Nella tesi di dottorato di Lam (1985) una versione estesa della trasformazione di Von Kries, ora denominata modello di Bradford o modello BFD.

Analogamente alla trasformazione di Von Kries, il primo passo della trasformazione BFD è quello di prendere i valori del tristimulo del colore osservati XYZ e convertirli nelle quantità di stimolo che vengono percepite attraverso le cellule del cono RGB (o LMS) dell'occhio umano.

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Gli attributi della trasformazione BFD sono i seguenti:

• La luminosità `Y` è una descrizione dell'immagine all'asse Y di RGB, e i valori di RGB positivo sono definiti come una `risposta nitida`.

• Se `X=Y=Z`, allora `R=G=B`, e il cono percepisce una risposta bianca.

• Poiché `X,Y,Z` è normalizzato dalla luminosità, BFD rimuove l'influenza della luminosità di un campione sui coni.

• Una risposta acuta, la luminosità Y è l'ultima posizione di trasformazione BFD, risposta a uno stimolo alla risposta agli stimoli a un livello mantenuto.

  
  

L'approccio di prevedere la risposta come uscita di una nuova fonte luminosa utilizzando BFD è meglio compreso utilizzando il metodo chiamato matrice di Finlayson.

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Finlayson e altri hanno proposto una matrice migliorata, la matrice di lavoro BFD, nel 2000, e gli esperimenti hanno dimostrato di superare la matrice BFD nella previsione del colore.

Il punto seguente descrive la risposta spettrale, solida, e la risposta BFD, punteggiata, di un'uscita nitida.

È visibile confrontare che la risposta acuta è migliore nella regione a onde lunghe, quantitativamente e qualitativamente ha ottenuto effetti misurati migliori.

Valutazione dell'effetto CAT

Il link fornito spiega i metodi per valutare gli effetti di varie matrici di adattamento cromatico. http://www.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.html www.brucelindbloom.com/index.html? Eqn_RGB_XYZ_Matrix.html Guardando l'immagine sotto, il patch del ColorChecker sotto l'elemento luminoso A è il campione A, mentre il patch sotto l'elemento luminoso C è il campione C.

Il campione A è il colore ottenuto trasformando CAT con diverse matrici come Bradford, Von Kries e XYZ Scaling. I colori mostrati nei tre piccoli quadrati della figura sono quelli ottenuti. Naturalmente, non esiste una matrice che possa produrre risultati completamente accurati, ma in generale, sono nelle vicinanze della figura vera.

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