RGB цветовые пространства: основы и применение.

Введение

Любое аддитивное цветовое пространство, основанное на цветовой модели RGB, представляет собой аддитивное колориметрическое цветовое пространство, определяющее часть своего абсолютного цветового охвата с использованием цветовой модели RGB. Цветовые пространства RGB обычно используются для описания соответствия цветовой модели RGB цветам, воспринимаемым человеком, но некоторые цветовые пространства RGB используют воображаемые (не существующие в реальности) основные цвета и, следовательно, не могут быть отображены напрямую. Как и любое другое цветовое пространство, хотя они и используют цветовую модель RGB для описания пространства, не обязательно использовать эту модель для передачи значений цвета пикселей; вещательные цветовые пространства, такие как NTSC, PAL, Rec. 709, Rec. 2020, дополнительно описывают преобразование из RGB в YCbCr, и именно так они обычно передаются.

Определение

В нормальном человеческом глазу содержится три типа цветочувствительных колбочковых клеток. Каждая клетка реагирует на свет с длинной, средней или короткой длиной волны, которые мы обычно классифицируем как красный, зеленый и синий. Совокупность реакций этих колбочковых клеток называется тристимульными значениями, а комбинация их реакций преобразуется в психологический эффект цветового зрения. При использовании RGB в определениях цветового пространства применяются основные цвета (и часто белая точка), основанные на RGB-модели цвета, для отображения реальных цветов. Применяя закон аддитивности света Грассмана, диапазон воспроизводимых цветов определяется треугольником на диаграмме цветности, вершины которого соответствуют основным цветам. Основные цвета обычно отображаются в хроматических координатах xyY, хотя могут использоваться координаты uʹ, vʹ из диаграммы цветности UCS. И xyY, и uʹ, vʹ происходят из цветового пространства CIE 1931 – пространства, независимого от устройств, также известного как XYZ, которое охватывает полный спектр цветов, воспринимаемых человеком, видимых стандартному наблюдателю CIE 2°.

Приложения

Цветовые пространства RGB хорошо подходят для описания электронного отображения цвета, например, на компьютерных мониторах и цветных телевизорах. Эти устройства часто воспроизводят цвета, используя матрицу красных, зеленых и синих люминофоров, возбуждаемых электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), или матрицу красных, зеленых и синих ЖК-элементов, подсвечиваемых подсветкой, и поэтому естественно описываются аддитивной цветовой моделью с RGB-примарами. Первые примеры цветовых пространств RGB появились с внедрением стандарта цветного телевидения NTSC в 1953 году в Северной Америке, за которым последовали PAL и SECAM, охватывающие остальной мир. Эти ранние пространства RGB были частично определены люминофорами, используемыми в ЭЛТ того времени, и характеристикой гаммы электронного луча. Хотя эти цветовые пространства воспроизводили задуманные цвета, используя аддитивные красные, зеленые и синие первичные цвета, сам телевизионный сигнал кодировался из RGB-компонентов в составной сигнал, такой как YIQ, и декодировался обратно приемником в RGB-сигналы для отображения. HDTV использует цветовое пространство BT.709, которое позже было адаптировано для компьютерных мониторов как sRGB. Оба используют одни и те же цветовые примары и белую точку, но различные функции передачи, поскольку HDTV предназначено для использования в затемненной гостиной, а sRGB – для более светлого офисного помещения. Гамма этих пространств ограничена и охватывает лишь 35,9% гаммы CIE 1931. Это позволяет использовать ограниченную разрядность без появления цветовых полос и, следовательно, снижает полосу пропускания передачи, но также препятствует кодированию глубоко насыщенных цветов, которые могут быть доступны в альтернативных цветовых пространствах. Некоторые цветовые пространства RGB, такие как Adobe RGB и ProPhoto, предназначенные для создания, а не передачи изображений, имеют расширенную гамму для решения этой проблемы, однако это не означает, что большее пространство содержит "больше цветов". Количество цветов связано с разрядностью, а не с размером или формой гаммы. Большое пространство с низкой разрядностью может ухудшить плотность гаммы и привести к большим ошибкам. Более современные цветовые пространства, такие как Rec. 2020 для UHD-телевизоров, определяют чрезвычайно широкую гамму, охватывающую 63,3% пространства CIE 1931. В настоящее время этот стандарт не может быть реализован с использованием современных ЖК-технологий, и разрабатываются альтернативные архитектуры, такие как устройства на основе квантовых точек или OLED.

RGB color spaces are well suited to describing the electronic display of color, such as computer monitors and color television. These devices often reproduce colours using an array of red, green, and blue phosphors agitated by a cathode ray tube (CRT), or an array of red, green, and blue LCDs lit by a backlight, and are therefore naturally described by an additive color model with RGB primaries. Early examples of RGB color spaces came with the adoption of the NTSC color television standard in 1953 across North America, followed by PAL and SECAM covering the rest of the world. These early RGB spaces were defined in part by the phosphor used by CRTs in use at the time, and the gamma of the electron beam. While these color spaces reproduced the intended colors using additive red, green, and blue primaries, the broadcast signal itself was encoded from RGB components to a composite signal such as YIQ, and decoded back by the receiver into RGB signals for display. HDTV uses the BT.709 color space, later repurposed for computer monitors as sRGB. Both use the same color primaries and white point, but different transfer functions, as HDTV is intended for a dark living room while sRGB is intended for a brighter office environment. The gamut of these spaces is limited, covering only 35.9% of the CIE 1931 gamut. While this allows the use of a limited bit depth without causing color banding, and therefore reduces transmission bandwidth, it also prevents the encoding of deeply saturated colors that might be available in an alternate color spaces. Some RGB color spaces such as Adobe RGB and ProPhoto intended for the creation, rather than transmission, of images are designed with expanded gamuts to address this issue, however this does not mean the larger space has 'more colors". The numerical quantity of colors is related to bit depth and not the size or shape of the gamut. A large space with a low bit depth can be detrimental to the gamut density and result in high errors. More recent color spaces such as Rec. 2020 for UHD TVs define an extremely large gamut covering 63.3% of the CIE 1931 space. This standard is not currently realisable with current LCD technology, and alternative architectures such as quantum dot or OLED based devices are currently in development.