Farbraum

Vergleich einiger RGB- und CMYK -Chromatizitätsspiele auf a CIE 1931 xy Chromatizitätsdiagramm
Ein Vergleich der Chromatitäten, die durch einige Farbräume eingeschlossen sind.

A Farbraum ist eine bestimmte Organisation von Farben. In Kombination mit Farbprofilen, die von verschiedenen physikalischen Geräten unterstützt werden, unterstützt es reproduzierbare Darstellungen von Farben - ob eine solche Darstellung eine beinhaltet Analog oder ein Digital Darstellung. Ein Farbraum kann willkürlich sein, d. H. Mit physikalisch realisierten Farben, die einem Satz physisch zugeordnet sind Farbmuster mit entsprechend zugewiesenen Farbnamen (einschließlich diskreter Zahlen in - zum Beispiel - die Pantone Sammlung) oder mit mathematischer Strenge strukturiert (wie mit dem NCS -System, Adobe RGB und SRGB). Ein "Farbraum" ist ein nützliches konzeptionelles Tool zum Verständnis der Farbfunktionen eines bestimmten Geräts oder einer bestimmten digitalen Datei. Beim Versuch, Farbe auf einem anderen Gerät zu reproduzieren, können Farbräume zeigen, ob Schatten-/Highlight -Details und Farbsättigung erhalten werden können und wie viel beide beeinträchtigt werden.

EIN "Farbmodell"ist ein abstraktes mathematisches Modell, das beschreibt, wie Farben als dargestellt werden können Tupel von Zahlen (z. B. Dreifach in RGB oder Vierrupel in CMYK); Ein Farbmodell ohne zugeordnete Mapping -Funktion zu einer jedoch absoluter Farbraum ist ein mehr oder weniger willkürliches Farbsystem ohne Verbindung zu einem global verstandenen System der Farbinterpretation. Hinzufügen einer spezifischen Zuordnungsfunktion zwischen einem Farbmodell und einem Referenzfarbe legt im Referenzfarbe einen bestimmten "Fußabdruck" fest, der als a bekannt ist Bandbreiteund für ein bestimmtes Farbmodell definiert dies einen Farbraum. Beispielsweise sind Adobe RGB und SRGB zwei verschiedene absolute Farbräume, beide basierend auf dem RGB -Farbmodell. Bei der Definition eines Farbraums ist der übliche Referenzstandard der Standard Cielab oder Ciexyz Farbräume, die speziell so konzipiert wurden, dass sie alle Farben umfassen, die der durchschnittliche Mensch sehen kann.

Da "Color Space" eine bestimmte Kombination des Farbmodells und der Mapping -Funktion identifiziert, wird das Wort häufig informell verwendet, um ein Farbmodell zu identifizieren. Obwohl die Identifizierung eines Farbraums das zugehörige Farbmodell automatisch identifiziert, ist diese Verwendung in striktem Sinne falsch. Zum Beispiel, obwohl mehrere spezifische Farbräume auf dem basieren RGB -FarbmodellEs gibt keine Singular RGB -Farbraum.

Geschichte

Thomas Young und Hermann Helmholtz nahm an, dass das Auge ist Retina besteht aus drei verschiedenen Arten von Lichtrezeptoren für Rot, Grün und Blau

Im Jahr 1802, Thomas Young postulierte die Existenz von drei Arten von Photorezeptoren (heute bekannt als Kegelzellen) im Auge, von denen jeder gegenüber einem bestimmten Bereich von sichtbarem Licht empfindlich war.[1] Hermann von Helmholtz entwickelte die Young -Helmholtz -Theorie weiter im Jahr 1850: dass die drei Arten von Kegelphotorezeptoren als kurzfristig klassifiziert werden konnten (blau), mittlerer Präferenz (grün) und langfreudig (rot) nach ihrer Reaktion auf die Wellenlängen des Lichts Retina. Die relativen Stärken der von den drei Arten von Zapfen festgestellten Signalen werden von der interpretiert Gehirn als sichtbare Farbe. Aber es ist nicht klar, dass sie Farben als Punkte im Farbraum betrachteten.

Das Farbraumkonzept war wahrscheinlich auf Hermann Grassmann, der es in zwei Phasen entwickelt hat. Erstens entwickelte er die Idee von Vektorraum, was die algebraische Darstellung geometrischer Konzepte in ermöglichte n-Dimensionaler Raum.[2] Fearnley-Sander (1979) beschreibt Grassmanns Fundament der linearen Algebra wie folgt:[2]

Die Definition von a linearer Raum (Vector Space) ... wurde um 1920 weithin bekannt, wann Hermann Weyl und andere veröffentlichten formale Definitionen. In der Tat wurde eine solche Definition vor dreißig Jahren von gegeben Peano, der mit Grassmanns mathematischer Arbeit gründlich vertraut war. Grassmann hat keine formale Definition festgelegt - die Sprache war nicht verfügbar -, aber es besteht kein Zweifel, dass er das Konzept hatte.

Mit diesem konzeptionellen Hintergrund veröffentlichte Grassmann im Jahr 1853 eine Theorie darüber, wie Farben sich mischen. Es und seine drei Farbgesetze werden immer noch unterrichtet wie Grassmanns Gesetz.[3]

Wie zuerst von Grassmann erwähnt, hat das Licht die Struktur eines Kegels im unendlich-dimensionalen linearen Raum. Infolgedessen erbt ein Quotientensatz (in Bezug auf Metamerismus) des Lichtkegels die konische Struktur, mit der Farbe als konvexer Kegel im 3-D-linearen Raum dargestellt werden kann, der als Farbkegel bezeichnet wird.[4]

Beispiele

Ein Vergleich von CMYK und RGB -Farbmodelle. Dieses Bild zeigt den Unterschied zwischen den Farben, die auf einem Computermonitor (RGB) aussehen, im Vergleich dazu, wie sie sich in einem CMYK -Druckprozess reproduzieren.

Farben können in erstellt werden in Drucken mit Farbe Räume basierend auf dem CMYK -Farbmodellmit der subtraktiven Verwendung Grundfarben von Pigment (cYan, mAgenta, yEllb, und Black). Um eine dreidimensionale Darstellung eines bestimmten Farbtonraums zu erstellen, können wir der X der Magenta-Farbe der X zuweisen Achse, die Menge an Cyan zu seiner y -Achse und die Gelbmenge zu seiner Zachse. Der resultierende 3D-Raum bietet eine einzigartige Position für jede mögliche Farbe, die durch Kombinieren dieser drei Pigmente erzeugt werden kann.

Farben können auf erstellt werden Computermonitore mit Farbräumen basierend auf dem RGB -Farbmodellmit den additiven Primärfarben (rot, grün, und blau). Eine dreidimensionale Darstellung würde jeder der drei Farben den Achsen x, y und z zuweisen. Beachten Sie, dass die auf gegebenen Monitor erzeugten Farben durch das Reproduktionsmedium wie das Phosphor (in a) begrenzt werden CRT -Monitor) oder Filter und Hintergrundbeleuchtung (LCD Monitor).

Eine andere Möglichkeit, Farben auf einem Monitor zu erstellen, ist mit einem HSL oder HSV Farbraum basierend auf Farbton, Sättigung, Helligkeit (Wert/Helligkeit). Mit einem solchen Raum werden die Variablen zugewiesen Zylindrische Koordinaten.

Viele Farbräume können auf diese Weise als dreidimensionale Werte dargestellt werden, aber einige haben mehr oder weniger Dimensionen und einige wie Pantone, kann auf diese Weise überhaupt nicht dargestellt werden.

Wandlung

Die Umwandlung von Farbraum ist die Übersetzung der Darstellung einer Farbe von einer Basis zur anderen. Dies tritt typischerweise im Kontext der Konvertierung eines Bildes auf, das in einem Farbraum in einen anderen Farbton dargestellt wird.

RGB -Dichte

Das RGB -Farbmodell wird je nach Funktionen des verwendeten Systems auf unterschiedliche Weise implementiert. Die häufigste allgemeine Inkarnation ab 2021 ist die 24-bisschen Implementierung mit 8 Bits oder 256 diskreten Farbebenen pro Kanal.[5] Jeder Farbraum, der auf einem solchen 24-Bit-RGB-Modell basiert, ist daher auf einen Bereich von 256 × 256 × 256 ≈ 16,7 Millionen Farben beschränkt. Einige Implementierungen verwenden 16 Bit pro Komponente für insgesamt 48 Bits, was dazu führt Bandbreite mit einer größeren Anzahl verschiedener Farben. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie mit breiten Gamut-Farbräumen arbeiten (wo sich die meisten der häufigsten Farben relativ nahe beieinander befinden) oder wenn eine große Anzahl digitaler Filteralgorithmen nacheinander verwendet wird. Das gleiche Prinzip gilt für jeden Farbraum, der auf demselben Farbmodell basiert, jedoch in verschiedenen implementierten Farben implementiert wird Bitstiefen.

Listen

CIE 1931 XYZ Farbraum war einer der ersten Versuche, einen Farbraum zu erstellen, der auf Messungen der menschlichen Farbwahrnehmung basiert (frühere Bemühungen waren von James Clerk Maxwell, König & Diätikal und Abney bei führendes College)[6] Und es ist die Grundlage für fast alle anderen Farbräume. Das Ciergb Der Farbraum ist ein linearbezogener Begleiter von CIE XYZ. Weitere Derivate von CIE XYZ sind die Cieluv, Cieuvw, und Cielab.

Generisch

Additive Farbmischung: Drei überlappende Glühbirnen in einem Vakuum, die dazu führen, dass sie Weiß erzeugen.
Subtraktive Farbmischung: Drei Farbflecken auf weißem Papier, subtrahieren zusammen, um das Papier schwarz zu drehen.

RGB Verwendet Additive Farbe Mischen, weil es beschreibt, was für eine Art hell muss sein ausgesendet eine bestimmte Farbe erzeugen. RGB speichert individuelle Werte für Rot, Grün und Blau. RGBA ist RGB mit einem zusätzlichen Kanal, Alpha, um Transparenz anzuzeigen. Gemeinsame Farbräume basieren auf dem RGB -Modell, umfassen SRGB, Adobe RGB, Prophoto RGB, SCRGB, und Cie RGB.

CMYK Verwendet Subtraktive Farbe Mischen im Druckprozess, weil es beschreibt, welche Art von Art von Tinten muss angewendet werden, damit das Licht reflektiert von dem Substrat und durch die Tinten erzeugt eine bestimmte Farbe. Man beginnt mit einem weißen Substrat (Leinwand, Seite usw.) und subtrahiert Farbe von Weiß, um ein Bild zu erstellen. CMYK speichert Tintenwerte für Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Es gibt viele CMYK -Farbräume für verschiedene Sätze von Tinten, Substraten und Drücken von Eigenschaften (die die Punktverstärkung oder die Übertragungsfunktion für jede Tinte ändern und somit das Erscheinungsbild ändern).

Yiq wurde früher in verwendet Ntsc (Nordamerika, Japan und anderswo) Fernsehsendungen aus historischen Gründen. Dieses System speichert a Luma Wert ungefähr analog zu (und manchmal falsch identifiziert als)[7][8] Luminanzzusammen mit zwei Chroma Werte als ungefähre Darstellungen der relativen Mengen Blau und Rot in der Farbe. Es ähnelt dem Yuv Schema, das in den meisten Video -Capture -Systemen verwendet wird[9] und in KUMPEL (Australien, Europa, außer Frankreich, das verwendet Secam) Fernsehen, außer dass der YIQ -Farbraum 33 ° in Bezug auf den YUV -Farbraum gedreht wird und die Farbachsen ausgetauscht werden. Das Ydbdr Das von Secam Television verwendete Schema wird auf andere Weise gedreht.

Ypbpr ist eine skalierte Version von YUV. Es wird am häufigsten in seiner digitalen Form gesehen, YCBCR, weit verbreitet in Video und Bildkompression Pläne wie MPEG und JPEG.

xvycc ist ein neuer internationaler digitaler Video -Farbton -Standard -Standard, der von der veröffentlicht wurde IEC (IEC 61966-2-4). Es basiert auf der ITU BT.601 und Bt.709 Standards erweitert aber die Bandbreite über die in diesen Standards angegebenen R/G/B -Vorwahlen.

HSV (hue, sAusbildung, vAlue), auch als HSB bekannt (Farbton, Sättigung, bRichtigkeit) wird oft von Künstlern verwendet, da es oft natürlicher ist, in Bezug auf Farbton und Sättigung über eine Farbe nachzudenken als in additiven oder subtraktiven Farbkomponenten. HSV ist eine Transformation eines RGB -Farbraums, und seine Komponenten und Farbkolorimetrie sind relativ zum RGB -Farbraum, aus dem er abgeleitet wurde.

HSL (hue, sAusbildung, lIGHTNESS/lUmInance), auch als HLS oder HSI bekannt (Farbton, Sättigung, Sättigung, intensity) ist ziemlich ähnlich wie HSV, mit "Leichtigkeit", die "Helligkeit" ersetzt. Der Unterschied ist, dass die Helligkeit einer reinen Farbe ist gleich der Helligkeit von Weiß, während die Leichtigkeit einer reinen Farbe entspricht der Leichtigkeit eines mittelgroßen Graues.

Kommerziell

Spezialzweck

Obsolet

Frühe Farbräume hatten zwei Komponenten. Sie ignorierten weitgehend blaues Licht, da die zusätzliche Komplexität eines 3-Komponenten-Prozesses im Vergleich zum Sprung vom Monochrom zu einer 2-Komponenten-Farbe nur eine marginale Zunahme der Treue lieferte.

Absoluter Farbraum

Im FarbwissenschaftEs gibt zwei Bedeutungen des Begriffs absoluter Farbraum:

  • Ein Farbraum, in dem der Wahrnehmungsunterschied zwischen Farben in direktem Zusammenhang mit dem Zusammenhang steht Entfernungen zwischen Farben wie durch Punkte im Farbraum dargestellt, d. H. a einheitlicher Farbraum.[10][11]
  • Ein Farbraum, in dem die Farben eindeutig sind, dh, wo die Interpretationen von Farben im Raum kolorimetrisch definiert sind, ohne auf externe Faktoren zu verwirklichen.[12][13]

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die zweite Definition.

Ciexyz, SRGB, und ICTCP sind Beispiele für absolute Farbräume im Gegensatz zu einem generischen RGB -Farbraum.

Ein nicht nachhalter Farbraum kann absolut gemacht werden, indem seine Beziehung zu absoluten kolorimetrischen Mengen definiert wird. Wenn beispielsweise die rot, grün und blauen Farben in einem Monitor genau zusammen mit anderen Eigenschaften des Monitors gemessen werden, können RGB -Werte auf diesem Monitor als absolut angesehen werden. Das CIE 1976 L*, A*, B*Farbraum wird manchmal als absolut bezeichnet, obwohl es auch a braucht Weißer Punkt Spezifikation, um es so zu machen.[14]

Eine beliebte Möglichkeit, einen Farbton wie RGB in eine absolute Farbe zu machen, besteht darin, eine zu definieren ICC Profil, das die Attribute der RGB enthält. Dies ist nicht der einzige Weg, um eine absolute Farbe auszudrücken, aber in vielen Branchen ist es der Standard. RGB -Farben, die durch weit verbreitete Profile definiert sind, umfassen SRGB und Adobe RGB. Der Prozess des Hinzufügens eines ICC -Profil zu einer Grafik oder einem Dokument wird manchmal genannt Tagging oder Einbettung; Das Markieren markiert daher die absolute Bedeutung von Farben in dieser Grafik oder Dokument.

Konvertierungsfehler

Eine Farbe in einem absoluten Farbraum kann in einen anderen absoluten Farbraum umgewandelt werden, und wieder zurück im Allgemeinen zurück; Einige Farbräume können jedoch möglicherweise haben Bandbreite Einschränkungen und Konvertieren von Farben, die außerhalb dieser Bandbreite liegen, erzeugen keine korrekten Ergebnisse. Es gibt wahrscheinlich auch Rundfehler, insbesondere wenn der beliebte Bereich von nur 256 unterschiedlichen Werten pro Komponente (8-Bit-Farbe) wird genutzt.

Ein Teil der Definition eines absoluten Farbraums sind die Betrachtungsbedingungen. Die gleiche Farbe, die unter verschiedenen natürlichen oder künstlichen Beleuchtungsbedingungen betrachtet wird, sieht anders aus. Diejenigen, die professionell mit Farbanpassungen beteiligt sind, können Betrachtungsräume verwenden, die durch standardisierte Beleuchtung beleuchtet werden.

Gelegentlich gibt es genaue Regeln für die Umwandlung zwischen nicht nachhaltigen Farbräumen. Zum Beispiel, HSL und HSV Leerzeichen werden als Zuordnungen von RGB definiert. Beide sind nicht absolute, aber die Umwandlung zwischen ihnen sollte die gleiche Farbe beibehalten. Im Allgemeinen wandeln Sie jedoch zwischen zwei nicht nachsoluten Farbräumen (z. B. RGB zu RGB zu CMYK) oder zwischen absoluten und nicht löslichen Farbräumen (z. B. RGB zu L*a*b*) ist fast ein bedeutungsloses Konzept.

Willkürliche Räume

Eine andere Methode zur Definition von absoluten Farbräumen ist vielen Verbrauchern als Swatch -Karte bekannt, die zur Auswahl von Farbe, Stoffen und dergleichen verwendet wird. Dies ist eine Möglichkeit, eine Farbe zwischen zwei Parteien zuzustimmen. Eine standardisiertere Methode zur Definition von absoluten Farben ist die Pantone -Matching -System, ein proprietäres System, das Swatch -Karten und -Rezepte enthält, mit denen kommerzielle Drucker Tinten herstellen können, die eine bestimmte Farbe haben.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Young, T. (1802). "Bakerian Lecture: Über die Theorie des Lichts und der Farben". Phil. Trans. R. Soc. Lond. 92: 12–48. doi:10.1098/rstl.1802.0004.
  2. ^ a b Hermann Grassmann und die Schaffung linearer Algebra
  3. ^ Grassmann H (1853). "Zur Theorie der Farbenmischung". Annalen der Physik und Chemie. 89 (5): 69–84. Bibcode:1853anp ... 165 ... 69g. doi:10.1002/und P.18531650505.
  4. ^ Logvinenko A. D. (2015). "Die geometrische Farbe der Farbe". Journal of Vision. 15 (1): 16. doi:10.1167/15.1.16. PMID 25589300.
  5. ^ Kyrnin, Mark (2021-08-26). "Warum Sie wissen müssen, welche Farbbit -Tiefe Ihr Display unterstützt". Lebenswire. Abgerufen 2022-07-04.
  6. ^ William David Wright, 50 Jahre des CIE -Standardbeobachters von 1931. Sterben, Farbe, 29: 4/6 (1981).
  7. ^ Charles Poynton, "Yuv und 'Luminance' gilt als schädlich: Ein Plädoyer für präzise Terminologie in Video," online, Autoredited Version von Anhang A von Charles Poynton, Digitales Video und HDTV: Algorithmen und Schnittstellen, Morgan -Kaufmann, 2003. online
  8. ^ Charles Poynton, Konstante Luminanz, 2004
  9. ^ Dean Anderson. "Farbräume in Rahmengrabber: RGB gegen YUV". Archiviert von das Original am 2008-07-26. Abgerufen 2008-04-08.
  10. ^ Hans G. Völz (2001). Industrial -Farbtests: Grundlagen und Techniken. Wiley-vch. ISBN 3-527-30436-3.
  11. ^ Gunter Buxbaum; Gerhard Pfaff (2005). Industrielle anorganische Pigmente. Wiley-vch. ISBN 3-527-30363-4.
  12. ^ Jonathan B. Knudsen (1999). Java 2D -Grafik. O'Reilly. p.172. ISBN 1-56592-484-3. absoluter Farbraum.
  13. ^ Bernice Ellen Rogowitz; Thrasyvoulos n Pappas; Scott J Daly (2007). Menschliches Sehen und elektronische Bildgebung xii. Spie. ISBN 978-0-8194-6605-1.
  14. ^ Yud-ren Chen; George E. Meyer; Shu-i. Tu (2005). Optische Sensoren und Erfassungssysteme für natürliche Ressourcen sowie Lebensmittelsicherheit und -qualität. Spie. ISBN 0-8194-6020-6.

Externe Links