Сколько цветов и оттенков может различить человеческий глаз в одной сцене?

Сколько различных цветов, оттенков, оттенков и оттенков может различить средний человек в одной сцене? Другими словами, какая теоретическая глубина в битах требуется для записи фотографии со всей визуальной информацией, которую воспримет человек?

Я видел ответы в диапазоне от 200 000 до 20 000 000, и трудно разобраться в авторитете. И термин «цвет» неоднозначен - подразумевается ли только оттенок, или же включены различия в насыщенности и яркости?

Обсуждая количество цветов, воспринимаемых человеческим глазом, я имею в виду 2,4 миллиона цветов в цветовом пространстве CIE 1931 года CIE. Это довольно солидное, научно обоснованное число, хотя я допускаю, что оно может быть ограничено в контексте. Я думаю, что человеческий глаз может быть чувствительным к 10-100 миллионам различных «цветов», когда речь идет как о цветности, так и о яркости.

Я буду основывать свой ответ на работе, проделанной CIE, которая началась в 1930-х годах и снова прогрессировала в 1960-х годах, с некоторыми алгоритмическими улучшениями и точностью в формуле за последние пару десятилетий. Когда дело доходит до искусства, включая фотографию и печать, я думаю, что работа, проделанная CIE, особенно актуальна, поскольку она является основой коррекции цвета и современных математических цветовых моделей и преобразования цветового пространства.

CIE, или Международная комиссия по освещению , в 1931 году установила « цветовое пространство CIE 1931 года CIE».". Это цветовое пространство представляло собой график цвета полной чистоты, нанесенный на карту от 700 нм (ближний инфракрасный свет) до 380 нм (ближний ультрафиолет), и проходил через все длины волн" видимого "света. Это цветовое пространство основано на человеческом зрении. Это три-стимул, созданный тремя типами конусов в наших глазах: короткие, средние и длинные волны, которые соответствуют длинам волн 420-440 нм, 530-540 нм и 560-580 нм. Эти длины волн соответствуют синему, зеленому и желто-красные (или оранжево-красные) основные цвета. (Красные колбочки немного уникальны в том смысле, что их чувствительность имеет два пика: основной в диапазоне 560-580 нм, а также второй в 410- Диапазон 440 нм. Эта двойная пиковая чувствительность указывает на то, что наши «красные» колбочки могут фактически быть «пурпурными» колбочками с точки зрения фактической чувствительности.) Кривые отклика на тристимулус получены из поля зрения фовеа под углом 2 °, где наши колбочки наиболее сконцентрированы, а наше цветовое зрение при средней и высокой интенсивности освещения достигает своего максимума.

Фактическое цветовое пространство CIE 1931 отображается на основе значений трехцветного XYZ, которые генерируются из производных красного, зеленого и синего, основанных на фактических значениях красного, зеленого и синего цветов (аддитивная модель). Значения трехстимульного значения XYZ корректируются с учетом «Стандартный источник света», который обычно представляет собой сбалансированный солнечный свет белого цвета 6500K (хотя исходное цветовое пространство CIE 1931 было создано для трех стандартизированных источников света A 2856K, B 4874K и C 6774K) и взвешено в соответствии со «стандартным наблюдателем» (на основе на этом 2 ° фовеальном поле зрения.) Стандартный цветовой график CIE 1931 XYZ имеет форму подковы и заполнен диаграммой «цветности» чистых «цветов», охватывающей диапазон оттенков от 700 нм до 380 нм и диапазон насыщенности от 0 % с центром в белой точке до 100% по периферии. Это "2,38 миллиона цветов, которые человеческий глаз может обнаружить при умеренно интенсивном освещении, примерно такой же цветовой температуры и яркости дневного света (не солнечный свет, который ближе к 5000k, но солнечный свет + свет голубого неба, около 6500k).

Итак, может ли человеческий глаз обнаружить только 2,4 миллиона цветов? Согласно работе, проделанной CIE в 1930-х годах, под определенным источником света, который соответствует интенсивности и цветовой температуре дневного света, при учете только 2 ° колбочек, сконцентрированных в ямке наших глаз, тогда кажется, что мы действительно можем увидеть 2,4 миллиона цветов.

Однако технические характеристики CIE ограничены. Они не учитывают различные уровни освещенности, освещенности различной интенсивности или цветовой температуры или тот факт, что у нас больше колбочек, распределенных по крайней мере на 10 ° в области наших сетчатки вокруг фовеа. Они также не учитывают тот факт, что периферические колбочки кажутся более чувствительными к синему, чем колбочки, сконцентрированные в ямке (которые в основном представляют собой красные и зеленые колбочки).

Уточнения к диаграммам цветности CIE были сделаны в 60-х и снова в 1976 году, что уточнило «стандартного наблюдателя», чтобы включить в наши сетчатки полное чувствительное к цвету пятно на 10 °. Эти усовершенствования стандартов CIE никогда не находили широкого применения, и обширные исследования чувствительности цвета, которые были проведены в связи с работой CIE, были в значительной степени ограничены исходным графиком цветового пространства и цветности CIE 1931 XYZ.

Учитывая ограничение цветовой чувствительности только к 2 ° пятнам в фовеа, существует высокая вероятность того, что мы сможем увидеть более 2,4 миллиона цветов, особенно распространяющихся в синие и фиолетовые цвета. Это подтверждается уточнениями цветовых пространств CIE 1960-х годов .

Тон, возможно, лучше обозначенный светимостью (яркость или интенсивность цвета), является еще одним аспектом нашего видения. Некоторые модели сочетают в себе цветность и яркость, тогда как другие четко разделяют их. Человеческий глаз содержит сетчатку, состоящую из обоих колбочек ... чувствительных к «цвету» устройств, а также палочек, которые не зависят от цвета, но чувствительны к изменениям светимости. Человеческий глаз имеет в 20 раз больше палочек (94 миллиона), чем колбочек (4,5 миллиона). Стержни также примерно в 100 раз более чувствительны к свету, чем колбочки, способные обнаруживать один фотон. Кажется, что стержни наиболее чувствительны к сине-зеленым длинам волн света (около 500 нм) и имеют более низкую чувствительность к красноватым и ближним ультрафиолетовым длинам волн. Следует отметить, что чувствительность стержней является кумулятивной, поэтому чем дольше наблюдается статическая сцена, чем яснее будут восприняты уровни светимости в этой сцене разумом. Быстрые изменения в сцене или панорамирование уменьшат способность различать тонкую градацию тона.

Учитывая гораздо большую чувствительность стержня к свету, кажется логичным заключить, что люди имеют более тонкую и отчетливую чувствительность к изменениям интенсивности света, чем к изменениям оттенка и насыщенности, когда человек наблюдает статическую сцену в течение некоторого времени. Как именно это влияет на наше восприятие цвета и как оно влияет на количество цветов, которые мы можем видеть, я не могу точно сказать. Простой тест тональной чувствительности может быть выполнен вечером ясного дня, как солнце садится. Голубое небо может варьироваться от почти бело-голубого до темно-темно-синего. В то время как оттенок такого неба охватывает очень маленький диапазон, градация тонов огромна и очень хороша. Наблюдая за таким небом, можно увидеть бесконечно плавное изменение от ярко-бело-голубого к небесно-голубому и темно-синему полуночи.

Исследования, не связанные с работой CIE, показали широкий диапазон «максимальных цветов», которые может воспринимать человеческий глаз. Некоторые имеют верхний предел в 1 миллион цветов, в то время как другие имеют верхний предел в 10 миллионов цветов. Более поздние исследования показали, что у некоторых женщин есть уникальный четвертый тип конуса, «оранжевый» конус, который может увеличить чувствительность до 100 миллионов, однако в этом исследовании учитывались как цветность, так и светимость при расчете «цвета».

В конечном счете, возникает вопрос: можем ли мы отделить цветность от яркости при определении «цвета»? Предпочитаем ли мы определять термин «цвет» для обозначения оттенка, насыщенности и яркости света, который мы воспринимаем? Или лучше разделить их, сохранить цветность отличной от яркости? Сколько уровней интенсивности может реально видеть глаз, и сколько различий в цветности? Я не уверен, что на эти вопросы действительно был дан научный ответ.

Другой аспект цветового восприятия связан с контрастом. Легко почувствовать разницу в двух вещах, когда они хорошо контрастируют друг с другом. При попытке визуально определить, сколько «цветов» можно увидеть, глядя на различные оттенки красного цвета, может быть довольно сложно определить, являются ли два одинаковых оттенка разными или нет. Тем не менее, сравните оттенок красного с оттенком зеленого, и разница очень очевидна. Сравните этот оттенок зеленого по очереди с каждым оттенком красного, и глазу будет легче заметить различия в оттенках красного по периферийному отношению друг к другу, а также по сравнению с зеленым. Все эти факторы являются аспектами зрения нашего разума, который является гораздо более субъективным устройством, чем сам глаз (что затрудняет научную оценку восприятия цвета за рамками самого глаза.в контексте, чем установка без какого-либо контраста вообще.

150: количество оттенков, которые глаз может различать в спектре.

1 000 000: количество цветов (комбинаций оттенка, насыщенности и яркости), которые глаз может различать при оптимальных лабораторных условиях.

От visualexpert.com

Тем не менее, это, кажется, спорный вопрос.

Пара моментов.

1. Один миллион различимых цветов, даже если это правда, в лучшем случае относится к идеальным лабораторным условиям. В реальном мире число, несомненно, будет намного, намного меньше. Вы можете смело игнорировать все эти разговоры о миллионах цветов.

2. В фотографии динамический диапазон - это небольшая часть динамического диапазона сцены, так что вы все равно не сможете получить много цветов. Все технологии значительно расширяют диапазон производства цветов. Особенно принты.

3. Количество необходимых битов зависит не только от количества цветов. Цветовое пространство не является линейным (см. Закон Вебера, закон Фехнера, эллипсы Мак-Адама и т. Д.), Поэтому вы не можете просто разбить цветовое пространство на серию шагов одинакового размера, основанных на количестве бит. Вам всегда понадобится намного больше битов, чем предполагает количество цветов. 24 бита дают 16 миллионов цветов, но все равно не дают хороших изображений. Вам нужно как минимум 10 или 12 бит на цвет, чтобы создавать плавные градиенты без полос.

Чтобы дать вам представление: большинство мониторов утверждают, что способны отображать около 16 миллионов цветов. Дешевле панели на самом деле только 6 бит / канал, и использовать смешивание, чтобы смешать 16 миллионов. Это на самом деле заметно! (некоторые используют анимированное сглаживание, там вы можете увидеть это как слабый мерцающий эффект) На мой взгляд, действительно необходимы 24 бита (8 / канал) для хороших плавных цветовых переходов.

«Что, в свою очередь, поднимает вопрос: действительно ли форматы, которые используют 48 бит, 16 на канал, на самом деле больше, чем необходимо?»

• Это зависит от того, для чего вы хотите его использовать. Просто для отображения на экране, да. Но если вы хотите работать с изображением или в качестве входного формата, нет.