Mengapa ruang warna tidak menggunakan seluruh spektrum warna?

Lihatlah diagram kromatisitas CIE 1931 yang ditunjukkan dengan gamut ruang warna sRGB. Mengapa warna tertentu sengaja ditinggalkan di luar ruang warna, seperti yang Anda lihat di bawah? Mengapa tidak menyertakan semua warna saja?

sRGB adalah ruang warna yang dikembangkan oleh HP dan Microsoft pada tahun 1996. Monitor CRT adalah umum dan oleh karena itu sRGB didasarkan pada karakteristik kemampuan monitor ini. Tulisan sejarah yang bagus dan alasannya dapat ditemukan di sini .

Koordinat kromatisitas dan warna yang tersedia dipilih berdasarkan apa yang dapat diproduksi oleh fosfor dalam CRT saat itu. Pertimbangkan bahwa baik cetakan maupun monitor TFT atau CRT tidak dapat mereplikasi spektrum cahaya tampak penuh.

Program pada PC atau kamera yang ingin mengontrol monitor akan menggunakan nilai diskrit. Jika Anda menggunakan ruang warna yang lebih besar, langkah-langkah antara warna yang berbeda menjadi kasar kecuali jika Anda menggunakan tipe data yang lebih besar (Contoh: Adobe RGB dengan 8 bit). Sedangkan informasi gambar dalam ruang warna yang lebih besar dengan tipe data yang lebih besar menggunakan lebih banyak memori dan membutuhkan daya pemrosesan yang lebih besar (Contoh: Adobe RGB dengan 16 bit). Nilai digital ini akan ditransformasikan menjadi sinyal analog (biasanya tegangan) pada tahap tertentu dan kemudian menjadi sesuatu yang terlihat (untuk CRT: layar fosfor yang tereksitasi oleh elektron yang dipercepat).

Resolusi untuk mengubah input digital ke sinyal analog adalah batas lebih lanjut karena biaya, ukuran dan teknologi.

Oleh karena itu pemasangan sRGB ke monitor CRT saat itu memungkinkan resolusi yang baik antar warna sambil meminimalkan persyaratan perangkat keras.

Diagram kromatisitas CIE 1931 mewakili semua warna yang bisa dilihat mata rata-rata manusia. Tetapi hanya karena warna-warna itu dapat dirasakan oleh rata-rata mata manusia, tidak berarti bahwa semua teknologi dapat menghasilkan semua warna yang mungkin dapat dilihat oleh mata rata-rata. Meskipun tidak ada model tristimulus yang dapat menciptakan keseluruhan persepsi warna manusia, berbagai model warna RGB mencakup rentang yang sangat luas dari sebagian besar persepsi warna manusia.

Sadarilah bahwa dalam diagram yang Anda posting, dan memang diagram CIE apa pun yang Anda miliki di komputer, itu hanyalah sebuah model. Warna aktual dalam diagram di luar diagram sRGB sebenarnya diwakili oleh nilai RGB dalam file gambar. Tetapi "hijau murni" di bagian atas diagram sRGB berlabel sebenarnya bukan sRGB "hijau murni" (yaitu, itu bukan nilai [R, G, B] dari [0,0, 1,0, 0,0]). Diagram hanyalah sebuah model yang menunjukkan, dalam batas teknologi, apa yang termasuk / tidak termasuk dalam ruang warna CIE dan sRGB.

Khususnya untuk sRGB, ia dirancang dan distandarisasi untuk mengakomodasi monitor CRT pada pertengahan tahun 90-an. CRT menghasilkan warna dengan memancarkan dan menggabungkan cahaya dari tiga senjata fosfor yang berbeda (khususnya spektrum merah, hijau, dan biru). Karena tidak memiliki senjata fosfor tambahan dari panjang gelombang yang berbeda, CRT seperti itu tidak mungkin memancarkan semua warna yang dapat dilihat manusia.

Kami biasanya menggambarkan warna dengan mengatakan itu oranye atau ceri atau merah muda. Pergi ke toko cat dan ambil contoh sampel. Anda akan melihat musim dingin-putih dan api merah dan mungkin permen-apel-merah. Nama-nama seperti ini gagal diklasifikasi dengan memuaskan. Salah satu sistem yang paling awal dan mungkin yang terbaik adalah Sistem Munsell. Dikembangkan oleh Albert H. Munsell, ia mengatur padatan tiga dimensi dari semua warna yang dapat diwakili oleh sampel aktual yang dibuat menggunakan pigmen stabil. Saya pikir adalah metode terbaik.

Berikut adalah Sistem CIE (Komisi Internasional untuk Penerangan). Eksperimen untuk memetakan respons warna mata manusia dimulai pada awal 1920-an. Siswa mencocokkan warna yang merupakan perpaduan dari tiga warna dasar cahaya yang merah, hijau, dan biru. Sel-sel di mata manusia yang bertanggung jawab untuk penglihatan warna ditemukan sebagai triad - satu berpigmen untuk menerima merah, satu hijau dan satu biru. Ditemukan bahwa seseorang dapat mencampurkan ketiga pemilihan pendahuluan ini dan membuat semua warna yang dapat dilihat manusia.

Namun, sains tidak dapat membuat filter sempurna atau pigmen yang sempurna. Dalam setiap kasus kita sedikit meleset dari sasaran. Sistem CIE menggunakan primary imajiner. Ini dapat dicampur untuk membuat semua warna yang kita lihat. Fakta bahwa penggunaan primer imajiner tidak mengurangi nilai sistem. Mungkin Anda akan menjadi orang yang membuat filter warna sempurna dan mengulang tugas.

Sistem CIE menentukan warna dalam hal jumlah masing-masing dari tiga pendahuluan. Campuran warna ini untuk pengamat standar karena ribuan telah diuji dan hasilnya dirata-rata. Grafik hasil adalah batas berbentuk tapal kuda yang mewakili posisi warna yang memiliki saturasi tertinggi. Ini adalah warna spektrum. Area berwarna pada grafik adalah batas saturasi yang dapat diperoleh dengan tinta cetak modern. Dekat pusat adalah titik penerangan yang untuk kondisi siang hari.

Perhatikan bahwa warna yang dirasakan menggunakan sistem Munsell memiliki identifikasi tiga dimensi: yaitu rona, kecerahan, dan saturasi. Sistem CIE bersifat dua dimensi. Garis lurus di bagian bawah mewakili magenta dan ungu saturasi maksimum. Warna-warna ini tidak muncul dalam spektrum atau pelangi; rona mereka diekspresikan sebagai panjang gelombang. Saya bisa terus dan terus, tetapi mungkin kita harus tetap dengan Munsell.

Setiap ruang warna berdasarkan primer RGB akan menggambarkan segitiga. Karena diagram CIE bukan segitiga sempurna, tidak mungkin untuk memasukkan semuanya ke dalam segitiga tanpa membuat warna imajiner yang tidak dapat secara fisik ada. Secara khusus nilai R, G, B yang digunakan dalam sensor atau layar apa pun harus berada dalam warna fisik. Perhatikan bahwa ini hanya berlaku untuk perangkat fisik, ada ruang warna yang menggunakan warna imajiner untuk titik RGB tetapi mereka hanya untuk manipulasi matematis.

Ada kendala lain pada titik RGB juga. Pertama, lebih baik jika dapat dicapai dengan teknologi saat ini yang hemat biaya. Poin untuk sRGB diambil dari Rec. 709 yang menentukan kisaran yang harus didukung oleh HDTV pada tahun 1990. Kedua, jarak titik yang terlalu jauh menyebabkan masalah membedakan antara warna yang sama ketika representasi Anda terbatas, misalnya untuk 24 bit. Lebih baik memiliki representasi warna umum yang baik daripada memiliki representasi warna yang hampir tidak pernah terlihat.

Dengan lebih dari 3 warna primer, dimungkinkan untuk menentukan ruang warna yang bukan segitiga, yang akan mencakup lebih banyak ruang CIE. Sony menghasilkan sensor RGBE yang termasuk primer "Emerald" di suatu tempat antara biru dan hijau, tetapi mereka hanya menggunakannya dalam satu kamera sebelum meninggalkannya. Saya belum dapat menemukan informasi apa pun tentang koordinat CIE dari filter yang digunakannya, tetapi inilah tebakan yang mungkin terjadi:

Anda dapat melihat bahwa itu mencakup area yang jauh lebih besar daripada sRGB, meskipun saya menggunakan pendahuluan 3 sRGB sebagai titik awal. Sulit untuk mengatakan dengan pasti mengapa itu tidak berhasil, tetapi kita dapat menebaknya. Karena seluruh dunia perangkat lunak dan pencetakan didasarkan pada ruang warna 3-primer, gamut harus diperas menjadi salah satu dari itu dan semua keuntungan RGBE hilang dalam terjemahan.

Setiap piksel pada layar monitor memiliki posisi horizontal dan vertikal pada layar. Dalam posisi itu ada tiga "warna" dalam monitor warna yang bervariasi dari intensitas 0% hingga 100%.

Jika Anda melihat tepi luar wilayah gambar, maka Anda melihat warna yang dapat dibentuk menggunakan semua fosfor yang memancarkan cahaya pada panjang gelombang murni yang diberikan persepsi intensitas visual yang sama. Di dalam wilayah tersebut terdapat representasi intensitas cahaya "100%" yang dirasakan oleh kromofor (merah, biru, dan hijau) mata manusia pada tingkat intensitas visual yang sama. Pikirkan menggambar garis antara dua panjang gelombang murni dan intensitas yang bervariasi dari 0-100% warna pertama dan 100% -0% untuk yang kedua.

Manusia dengan penglihatan warna yang baik memiliki 3 reseptor "warna" yang berbeda. Jadi Anda bisa membodohi mata dengan berpikir bahwa campuran dari tiga panjang gelombang "murni" membentuk banyak "warna" yang berbeda. Dalam kasus seperti itu intensitas cahaya akan bervariasi antara 0 dan 100% untuk masing-masing dari tiga warna.

Sekarang segitiga bagian dalam memiliki tiga titik yang menandai "warna efektif" (campuran warna) dari fosfor tertentu yang dipilih untuk monitor. (Fosfor tidak memancarkan panjang gelombang cahaya murni, tetapi campuran warna). Jadi fosfor merah yang dipilih membatasi seberapa "merah" "warna merah murni" pada monitor. Begitu seterusnya untuk hijau dan biru. Anda bisa mendapatkan kesan campuran warna yang dapat diperoleh dengan daya 100% dengan menggunakan koordinat trilinear.

Untuk mendapatkan koordinat trilinear, pertama-tama gambarlah garis di antara tiga fosfor yang dipilih. Kemudian gambarlah garis tegak lurus dari setiap puncak segitiga bagian dalam ke sisi yang berlawanan. Puncak segitiga adalah intensitas 100% dan garis berpotongan dengan basis membentuk intensitas 0%. Melakukan ini untuk ketiga puncak akan menghasilkan pertemuan tiga garis di setiap titik interior dalam segitiga. Jika setiap baris memiliki 100 divisi, maka akan ada 10.000 poin dalam kisi. Selanjutnya, intensitas Merah / Hijau / Biru di setiap titik akan berjumlah 100%.

Perhatikan bahwa sudut-sudut segitiga mendekati warna "murni" dari puncak. Di sepanjang sisi segitiga ada transisi yang berbeda ketika menyeberang dari luar segitiga ke dalam. karena pencampuran warna yang berbeda.

mattdm telah menunjukkan bahwa Anda juga perlu mempertimbangkan "kekuatan" keseluruhan untuk piksel. Jika ketiga fosfor memiliki intensitas 0% maka warnanya akan menjadi hitam. Jika ketiga intensitas warna adalah 100% maka warnanya harus mendekati putih. Untuk menjadi putih tentu saja ketiga fosfor harus dipilih secara bijaksana.

Ada ruang perangkat dan ruang warna independen perangkat. sRGB adalah ruang warna independen perangkat yang dibuat oleh seorang wanita di HP sebagai ruang untuk menstandarkan kembali CRT pada hari itu. Chris Cox di Adobe menciptakan Adobe 1998. dan Kevin Spaulding di Eastman Kodak menciptakan ruang warna RIMM dan ROMM yang RIMM digunakan sebagai ProPhoto RGB. Ruang itu sebenarnya mencakup diagram XYZ tetapi hanya bermanfaat bagi kita photogs jika gamut printer kita dekat volumenya. (Kebanyakan Epson kelas atas dengan kertas mengkilap yang bagus mendekati Pro Photo RGB)

Masalah sebenarnya adalah penggunaan akhir dari gambar. Profil ruang warna di atas adalah model matematika untuk perangkat dan bukan perangkat yang sebenarnya. Manfaat bagi mereka adalah mereka memiliki primer yang sama dan mengubah gambar yang terkandung dalam ruang ini relatif berperilaku baik.

Memiliki ruang warna yang bukan ruang perangkat dan tidak mengandung noise yang dimiliki perangkat gamuts. Itu menyediakan transformasi ke ruang perangkat aktual seperti monitor di komputer atau printer Anda yang dapat diprediksi dan lebih akurat dari perangkat ke perangkat. Jadi ruang kontainer adalah cara untuk mencari kualitas.

Sekarang untuk menjawab pertanyaan Anda, "Mengapa tidak menyertakan semua warna saja?" Yah kita bisa jika kita menggunakan ProPhoto RGB, tetapi yang kita miliki adalah nilai RGB (0-255) yang ditetapkan untuk nilai Lab yang sedikit lebih besar dari sRGB (ruang warna internet) sehingga gambar tidak akan terlihat benar jika Anda memposting file ProPhoto RGB ke web. Jadi gambar yang harus benar-benar terlihat seperti yang kita inginkan harus terlihat harus dikonversi ke ruang rujukan. Di internet yang terjadi di browser Anda. Jika Anda memiliki monitor kelas atas yang terjadi karena komputer Anda memiliki profil monitor yang dikenal untuk membuat warna ke ruang Lab baru.

Ini sebagian berkaitan dengan efisiensi pengkodean data (tidak membuang bit / presisi), sebagian alasan historis, dan beberapa pertimbangan praktis.

Ada beberapa ruang warna yang melakukan mencakup semua "terlihat" warna, tapi kami tidak akan biasanya menggunakannya untuk gambar / video. Misalnya, bagan dalam pertanyaan Anda menunjukkan warna dalam ruang CIE 1931 XYZ, yang merupakan ruang warna yang mencakup semua warna yang terlihat oleh manusia (sesuai dengan model psikologisnya).

Namun, CIE XYZ bukan ruang warna yang biasanya digunakan untuk benar-benar mewakili data warna , katakan dalam gambar atau video. Konversi kembali ke ruang RGB relatif kompleks, itu akan membuang banyak kepresisian pada ruang di luar rentang warna yang dapat dihasilkan oleh kebanyakan monitor atau sensor, bahkan warna di luar ruang yang dapat dilihat manusia. Operasi matematika yang sederhana untuk dihitung dalam ruang RGB akan sangat kompleks dalam sesuatu seperti CIE XYZ dan dalam semua hal praktis akan memerlukan konversi menengah.

Ruang warna RGB membuat operasi tertentu jauh lebih mudah. Monitor dan layar menggunakan ruang warna RGB secara asli. Jika Anda menggunakan ruang warna RGB karena media keluaran Anda secara inheren berbasis RGB, awalnya masuk akal untuk menggunakan ruang warna yang sama atau cocok dengan primer merah, hijau dan biru yang dapat dilakukan oleh media keluaran Anda. Di masa lalu, monitor warna menggunakan fosfor yang menghasilkan primer merah, hijau dan biru yang serupa, sehingga ruang RGB hanya karena ruang warna "standar". Monitor tidak semuanya sama, semakin begitu, dan karenanya menciptakan ruang warna yang tidak tergantung pada perangkat adalah ide yang bagus: sRGB adalah ruang yang tidak tergantung pada perangkat yang paling umum dan sangat cocok dengan pemilihan primer merah, hijau dan biru dari era monitor CRT. sRGB telah menjadi standar de facto untuk monitor, televisi (rec 601 dan rec 709,

Jadi bagian dari popularitas sRGB adalah pengukuhannya di semua area tersebut. Sejauh ruang warna pergi, dan bahkan sejauh ruang RGB saja, sangat terbatas, dan Anda mendapatkan Adobe RGB, ProPhoto, dan ruang RGB lainnya dengan gamut yang diperluas. Pengkodean di dalamnya menjadi sedikit kurang efisien, mengharuskan penggunaan lebih besar dari 8 bit per saluran dalam beberapa kasus, tetapi mereka mencakup keseluruhan yang lebih luas yang dapat dilakukan oleh monitor dan teknologi tampilan baru, dan menjawab kebutuhan akan "ruang warna yang berfungsi". , di mana ruang warna input dan output Anda dapat bervariasi sesuai dengan perangkat sehingga Anda juga dapat menggunakan ruang perantara dengan gamut yang sangat lebar sehingga dapat mengkonversi di antara mereka dengan kerugian minimal. ProPhoto RGB, sering digunakan sebagai ruang warna "berfungsi" karena "cukup lebar" melebihi hampir semua ruang warna perangkat yang dapat Anda bayangkan, dapat mencakup hampir semua warna yang terlihat (menurut CIE 1931) dengan pengecualian beberapa hijau dan violet super mendalam (sekali lagi, ini jauh di luar apa yang monitor atau perangkat lain dapat display), tetapi sebagai hasilnya itu cukup tidak efisien untuk mengkodekan, dengan banyak koordinat tidak digunakan karena mereka berada di luar kisaran warna yang terlihat. Menariknya pendahuluannya (yaitu merah, hijau dan biru) adalah "imajiner" - tidak mungkin untuk menghasilkan emitor atau sensor dengan pendahuluan ProPhoto RGB karena pendahuluannya adalah warna yang tidak mungkin - mereka hanya ada secara matematis, sebagai cara untuk mentransfer warna ke atau dari ruang lain. dapat menutupi hampir semua warna yang terlihat (menurut CIE 1931) dengan pengecualian beberapa hijau dan violet yang sangat dalam (sekali lagi, ini jauh di luar yang dapat ditampilkan oleh monitor atau perangkat lain), tetapi akibatnya cukup tidak efisien untuk menyandikan, dengan banyak koordinat tidak digunakan karena mereka berada di luar kisaran warna yang terlihat. Menariknya pendahuluannya (yaitu merah, hijau dan biru) adalah "imajiner" - tidak mungkin untuk menghasilkan emitor atau sensor dengan pendahuluan ProPhoto RGB karena pendahuluannya adalah warna yang tidak mungkin - mereka hanya ada secara matematis, sebagai cara untuk mentransfer warna ke atau dari ruang lain. dapat menutupi hampir semua warna yang terlihat (menurut CIE 1931) dengan pengecualian beberapa hijau dan violet yang sangat dalam (sekali lagi, ini jauh di luar yang dapat ditampilkan oleh monitor atau perangkat lain), tetapi akibatnya cukup tidak efisien untuk menyandikan, dengan banyak koordinat tidak digunakan karena mereka berada di luar kisaran warna yang terlihat. Menariknya pendahuluannya (yaitu merah, hijau dan biru) adalah "imajiner" - tidak mungkin untuk menghasilkan emitor atau sensor dengan pendahuluan ProPhoto RGB karena pendahuluannya adalah warna yang tidak mungkin - mereka hanya ada secara matematis, sebagai cara untuk mentransfer warna ke atau dari ruang lain. dengan banyak koordinat tidak digunakan karena mereka berada di luar kisaran warna yang terlihat. Menariknya pendahuluannya (yaitu merah, hijau dan biru) adalah "imajiner" - tidak mungkin untuk menghasilkan emitor atau sensor dengan pendahuluan ProPhoto RGB karena pendahuluannya adalah warna yang tidak mungkin - mereka hanya ada secara matematis, sebagai cara untuk mentransfer warna ke atau dari ruang lain. dengan banyak koordinat tidak digunakan karena mereka berada di luar kisaran warna yang terlihat. Menariknya pendahuluannya (yaitu merah, hijau dan biru) adalah "imajiner" - tidak mungkin untuk menghasilkan emitor atau sensor dengan pendahuluan ProPhoto RGB karena pendahuluannya adalah warna yang tidak mungkin - mereka hanya ada secara matematis, sebagai cara untuk mentransfer warna ke atau dari ruang lain.

Ruang warna yang lebih kecil adalah untuk:

• transmisi gambar terbatas. Menggunakan ruang warna yang lebih kecil akan meningkatkan akurasi warna dibandingkan dengan ruang warna lengkap yang besar karena kedalaman warna yang sama untuk keduanya
• gambar pra-render, siap untuk dilihat pada perangkat keras target yang tidak akan menerapkan konversi sebelum mentransmisikan