Почему мы используем RGB вместо длин волн для представления цветов?

47

Как мы знаем, цвет конкретного луча света зависит от его частоты (или длины волны ). Кроме того, разве это не та информация, которая сначала захватывается цифровыми камерами? Тогда, почему мы используем такие форматы, как RGB (или CMYK , HSV и т. Д.) Для цифрового представления цветов?

Каран Каран
источник
23
Вы когда-нибудь сравнивали цену спектрометра, который может измерять каждую длину волны видимого света независимо от цены колориметра, который измеряет общий свет, отфильтрованный тремя разными цветами?
Майкл C
6
Упоминание об этом, потому что это не было упомянуто в других ответах: мы не просто используем RGB для представления цвета в компьютерных системах. Это самый обычный вариант, поскольку он соответствует «нативному» поведению большинства систем захвата и формирования изображений, но обычно используются два других представления: HSV и YUV. Также стоит взглянуть на детали CIE: воспринимаемый человеком цвет и спектральный цвет не совпадают!
pjc50
4
@ pjc50 Это хорошая информация, которая должна быть в ответе. Похоже, у вас есть ответ, просто умоляющий быть созданным. Хотите создать это?
scottbb
19
Ваш вопрос предполагает, что любой цвет может быть описан одной частотой / длиной волны. Однако это не так: все серые (включая белый) и многие цвета, такие как розовый или коричневый, не могут быть описаны одной частотой, они обязательно являются комбинацией нескольких.
Jcaron
14
Так что это будет набор (длина волны, интенсивность) кортежей. Учитывая, что мы, бедные люди, «видим» только три из этих длин волн (грубое приближение), мы можем затем отфильтровать этот набор только для совпадающих длин волн. О, черт, у нас получается три кортежа (красный, интенсивность), (зеленый, интенсивность), (синий, интенсивность). Обычно известный как RGB :-)
jcaron

Ответы:

11

Я думаю, что в предыдущих ответах есть некоторые заблуждения, поэтому вот то, что я считаю верным. Ссылка: Нобору Охта и Алан Р. Робертсон, Колориметрия: основы и приложения (2005).

Источник света не должен иметь единую частоту. Отраженный свет, который является большей частью того, что мы видим в мире, не должен иметь единую частоту. Вместо этого он имеет энергетический спектр, т. Е. Его энергетическое содержание в зависимости от частоты. Спектр может быть измерен приборами, называемыми спектрофотометрами.

Как было обнаружено в девятнадцатом веке, люди видят много разных спектров как имеющие один и тот же цвет. Проводятся эксперименты, в которых свет двух разных спектров генерируется с помощью ламп и фильтров, и людей спрашивают, один ли это цвет? В таких экспериментах проверяется, что люди не видят спектр, а только его интегралы с определенными весовыми функциями.

Цифровые камеры фиксируют отклик на свет наборов фотодиодов, покрытых различными фильтрами, а не на более полный спектр, который вы могли бы увидеть на спектрофотометре. Используются три или четыре разных типа фильтров. Результат сохраняется в виде необработанного файла, выводимого камерой, хотя многие люди подозревают, что необработанные файлы в большей или меньшей степени «готовятся» производителями камеры (датчики камеры, разумеется, являются запатентованными). Физиологические ответы могут быть аппроксимированы путем применения матричного преобразования к необработанным данным.

Для удобства вместо того, чтобы использовать приближения к физиологическим реакциям, для обозначения цветов используются другие типы троек чисел, например Lab, описанный в https://en.wikipedia.org/wiki/Lab_color_space (но обратите внимание на предупреждение на странице). Нужно различать тройки, которые могут выражать полный спектр оценочных физиологических реакций от других, как RGB, который не может. Последние используются потому, что они отображают цвета, которые могут отображать экраны компьютеров. Они являются результатом преобразований из троек, таких как Lab, или из необработанных данных. CMYK для принтеров.

гость
источник
Правильный и краткий ответ! Источник света не должен иметь единую частоту.
Каран Каран
1
Кроме того, не каждый оттенок цвета может быть воспроизведен одним источником света! Отправьте своих учеников в магазин электроники, чтобы получить коричневый светодиод при следующей возможности :) И дешевый настраиваемый источник света, чтобы воспроизвести ваше закодированное по длине волны изображение тоже :)
rackandboneman
RGB - это не единственный термин, который может или не может описать весь спектр цветов. sRGB является стандартом де-факто и не может описать все воспринимаемые человеком значения трехцветного сигнала - цвета - но scRGB - это тривиальное расширение sRGB, которое охватывает весь набор, допуская отрицательные значения для трех основных цветов. # ffff00 не чистый цвет, но вы можете получить один вычитающий синий.
Джон Дворжак
@rack если мы опускаем «дешевые» требование, электрически управляемый тонкая пленка может быть в состоянии осуществить трюк. Я не думаю, что технология еще существует, но я бы хотел, чтобы это было сделано.
Джон Дворак
sRGB - намного меньшее цветовое пространство, чем то, что может быть выражено значениями RGB без определенных ограничений sRGB. Другие цветовые пространства также являются формами RGB, но могут выражать гораздо большее цветовое пространство, потому что определенные пределы (на которые транслируются минимальное и максимальное значения для каждого канала) больше.
Майкл С.
45

Задача инженера по визуализации всегда заключалась в том, чтобы запечатлеть на камеру достоверное изображение внешнего мира и представить это изображение таким образом, чтобы наблюдатель увидел реалистичную картину жизни. Эта цель никогда не была достигнута. На самом деле лучшие снимки, сделанные сегодня, хилы. Если бы эта цель была достигнута, вам понадобятся солнцезащитные очки для комфортного просмотра изображения освещенной солнцем перспективы.

Вы спрашиваете, почему камеры не фиксируют весь диапазон лучистой энергии, которая создала визуальный отклик человека. Почему современная камера улавливает только три узких сегмента, которые мы называем основными цветами света: красный, зеленый и синий?

Ответ относится к категории того, как мы видим, а именно к человеческому визуальному ответу. За эти годы было предложено много теорий о том, как люди видят цвет. До сих пор все не смогли дать удовлетворительное объяснение каждого аспекта того, как мы видим цвета. Длина волны, к которой чувствительны наши глаза, охватывает диапазон от 400 до 700 миллимикрон. Не случайно атмосфера Земли прозрачна для этого диапазона.

Когда мы смотрим на источник света, мы не можем различить какую-либо конкретную длину волны, если она не представлена ​​одна. Когда мы смотрим на источник белого света, мы не можем выделить и идентифицировать какой-либо конкретный цвет. Наша комбинация глаз / мозг интерпретирует цвет света без анализа того, что составляет сочетание частот. Основываясь на этом, ученые экспериментально доказали, что, смешивая только три цвета в разных пропорциях, можно получить почти все цвета. Другими словами, представляя человеческому глазу, с различной интенсивностью, смесь красного, зеленого и синего, большинство цветов спектра можно воспроизвести, не совсем, но в близком приближении. Это была работа Томаса Янга (англ. 1773 - 1829) под названием «Молодая теория цветового зрения».

Опираясь на теорию Янга, Джеймс Клерк Максвелл (британцы 1831 - 1879) показал миру первую цветную фотографию, созданную. В 1855 году он использовал три проектора и наложил три изображения, спроецированные на один экран. Каждый проектор был оснащен цветным фильтром. Каждое из трех изображений представляло собой один из трех основных цветов: красный, зеленый и синий. Проецируемые пленочные изображения были сделаны с помощью трех отдельных снимков на трех кусочках черно-белой пленки, каждая из которых экспонировалась через один фильтр из трех световых премьеров.

С того дня, в 1855 году, были исследованы неисчислимые методы создания и отображения цветных изображений. Ранние цветные движущиеся изображения проецировали слабые цветные изображения, используя только два цвета. Эдвин Лэнд (американский 1909 - 1991) основатель Polaroid Corp. экспериментировал с созданием цветных картин, используя только два основных цвета. Это осталось любопытством лаборатории. Пока что самые точные цветные изображения сделаны с использованием трех основных цветов. Однако один человек, Габриэль Липпманн (франц. 1845 - 1921), сделал красивые цветные изображения, которые захватили весь спектр визуального света. Он разработал метод, который использовал черно-белую пленку с зеркальной подложкой. Облучающий свет проникал в пленку, ударялся о зеркало и отражался обратно в пленку. Таким образом, экспонирование осуществлялось через два прохода экспонирующего света. Изображение состоит из серебра, расположенного с интервалом, равным длине волны экспонирующего света. При просмотре фильм пропускал только свет, соответствующий длине волны экспонирующего света. Можно было видеть полноцветную картину, не содержащую пигмента. Уникальный и красивый процесс Липпмана остается непрактичным. Наши пленочные и цифровые камеры используют метод Максвелла. Возможно, если вы будете изучать человеческое зрение и теорию цвета, возможно, вы будете тем, кто продвигает нашу науку и получит первое по-настоящему верное изображение. Наши пленочные и цифровые камеры используют метод Максвелла. Возможно, если вы будете изучать человеческое зрение и теорию цвета, возможно, вы будете тем, кто продвигает нашу науку и получит первое по-настоящему верное изображение. Наши пленочные и цифровые камеры используют метод Максвелла. Возможно, если вы будете изучать человеческое зрение и теорию цвета, возможно, вы будете тем, кто продвигает нашу науку и получит первое по-настоящему верное изображение.

Алан Маркус
источник
5
Системы R, G, B не являются тремя узкими или определенными цветами, каждая из них имеет относительно широкий спектральный диапазон, и их относительные пропорции допускают аддитивное смешение цветов.
Брэндон Дубе
5
@ BlueRaja - Дэнни Пфлюгофт - Медицинская наука только что определила небольшие группы людей с четырьмя конусными клетками. Цветные изображения можно визуализировать на черно-белом телевизоре с помощью специального быстрого мигания изображения. Дальтоники могут восстановить цветовое зрение, используя специальные цветные очки. Наука прогрессирует день ото дня.
Алан Маркус
3
@AlanMarcus даже зеленый фильтр имеет полосу пропускания 125 нм, когда мы определяем видимое как 400-700, включая ОДНУ ТРЕТЬЮ часть спектра для вашего "узкого, определенного цвета", это неправильно. Одна треть свободного диапазона не является узко определенным, специфическим цветом.
Брэндон Дубе
6
@BrandonDube: это зависит от того, снимаете ли вы или отображаете изображение. Когда вы снимаете изображение, каждый компонент R, G, B должен иметь широкий диапазон для отражения человеческого восприятия. При отображении изображения лучше, чтобы каждый компонент находился в узком диапазоне, чтобы обеспечить более широкую гамму.
Дитрих Эпп
2
«Уникальный и красивый процесс Липпмана остается непрактичным». - Объяснить, почему. Или это только потому, что серебро дорого стоит?
Аромат
35

Вы сказали,

это информация, которая сначала захватывается цифровыми камерами.

Это не правильно. Сами по себе датчики на большинстве цифровых камер реагируют на широкий диапазон частот света, выходящий за пределы того, что люди видят в инфракрасном и ультрафиолетовом спектре. Поскольку датчики захватывают такой широкий спектр света, они являются ужасными различителями длин волн света. То есть, грубо говоря, цифровые датчики видят в черном и белом .

Для большинства датчиков камеры¹, для захвата цветов, перед датчиком размещены цветные фильтры, называемые массивом цветных фильтров (CFA). КФА превращает каждый пиксель датчика (иногда называемый sensel ) в первую очередь красного, зеленого или синего света датчика. Если бы вы рассматривали необработанные данные датчика как черно-белое изображение, оно выглядело бы размытым, как полутонированное черно-белое изображение газетной бумаги. При увеличении при большом увеличении отдельные пиксели изображения будут иметь вид шахматной доски.

Интерпретируя отдельные квадраты необработанных данных изображения как красный, зеленый или синий, в зависимости от ситуации, вы увидите цветную версию изображения, похожую на полутонную газетную бумагу.

Массив цветных фильтров Bayer, от Wikimedia Commons
Массив цветовых фильтров Bayer, пользователь Cburnett , Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0

Посредством процесса, называемого демозаицированием, либо при сохранении данных изображения в камере, либо при последующей обработке на компьютере, массив цветовых данных вычислительным образом комбинируется для создания цветного изображения RGB с полным разрешением. В процессе демозаписи значение RGB каждого пикселя вычисляется с помощью алгоритма, который учитывает не только значение пикселя, но и данные в соседних пикселях, окружающих его.

Тогда почему мы используем формат RGB для цифрового представления цветов?

Мы используем трихромную цветовую модель, потому что именно так люди воспринимают цвета. Из статьи Wikipedia'a Trichromacy ,

Теория трихроматического цвета началась в 18 веке, когда Томас Янг предположил, что цветовое зрение является результатом трех разных фоторецепторных клеток. Герман фон Гельмгольц позже расширил идеи Юнга, используя эксперименты по подбору цветов, которые показали, что людям с нормальным зрением необходимы три длины волны для создания нормального диапазона цветов.

Таким образом, мы создаем камеры, которые фиксируют то, что мы видим, в некоторой степени аналогично тому, как мы видим . Например, для типичной фотографии, которая стремится захватить и воспроизвести то, что мы видим, не имеет смысла также захватывать инфракрасные и ультрафиолетовые волны.


  1. Не все датчики используют CFA. Х3 Foveon датчик, используемый Sigma зеркалок и беззеркальных камер, основывается на том факте , что различные длины волн света , проникающего кремния на различных глубинах. Каждый пиксель на датчике X3 представляет собой набор фотодиодов, обнаруживающих красный, зеленый и синий цвета. Поскольку каждый пиксель действительно является датчиком RGB, для датчиков Foveon демозаксирование не требуется.

    Leica М Monochrom является дорогостоящей черно-белой только камерой , которая не имеет CFA на датчике. Поскольку нет фильтрации входящего света, камера более чувствительна к свету (согласно Leica, 100%, или 1 ступень, более чувствительна).

scottbb
источник
12

Причина, по которой камеры и дисплеи работают в RGB, заключается в том, что наши сетчатки работают именно так .

Поскольку наши глаза кодируют цвета с помощью этих компонентов (RGB), это очень удобная система (хотя, конечно, не единственная) для кодирования не только чистых длин волн (которые образуют более или менее детерминированную комбинацию ответа сетчатки для каждого хроматического компонента) , но также смешанные цвета.

Обоснованием было бы «если любая цветовая комбинация может быть доставлена ​​в мозг только как комбинация трех компонентов, я могу обмануть зрительную систему, представив только заданную комбинацию этих изолированных, чистых компонентов (через дисплей RGB) и позволив Система расшифровывает их, как будто они настоящие.

Интересно отметить, что, поскольку мы являемся трихроматами, большинство цветовых систем имеют трехмерную природу (Lab, HSV, YCbCr, YUV и т. Д.) Не из-за внутренних физических свойств цвета , а из-за самого способа наша зрительная система работает.

heltonbiker
источник
Добро пожаловать в Photo.SE. Хороший ответ!
scottbb
12

Попытка ответить просто:

  • Мы не можем практически собрать достаточно информации, чтобы сохранить полный разброс по частоте всех различных длин волн присутствующего света, даже в пределах видимого спектра. С помощью RGB мы можем описать цвет пикселя, используя только три числа. Если бы мы захватили весь частотный спектр света, каждый пиксель потребовал бы не 3 числа, а график данных. Передача и хранение данных были бы огромными.

  • Это не обязательно для наших глаз. Наши глаза видят не только три отдельные волны, но вместо этого каждый из наших «красных», «зеленых» и «синих» рецепторов улавливает частично перекрывающиеся диапазоны света:

    Перекрытие позволяет нашему мозгу интерпретировать относительные силы сигналов как различные цвета между основными цветами, поэтому наша система зрения уже достаточно хороша в приближении к реальной длине волны, учитывая только относительную силу сигнала трех основных цветов. Цветовая модель RGB адекватно воспроизводит этот же уровень информации.

thomasrutter
источник
3
+1 Но вы могли бы немного подчеркнуть адекватно. Я имею в виду, что вы получаете много цветов с помощью трикроматической системы, но далеко не всех возможных цветов. Стоит также отметить, что камеры с большим диапазоном длин волн существуют, и файлы изображений, которые они производят, огромны. На самом деле нам повезло, что трикроматический стимул работает, если бы не было, поэтому мы могли бы быть в оробкемах с хранилищем медиа
joojaa
Действительно, хотя, если отклик трех основных сенсоров соответствовал диаграмме отклика цветовых рецепторов в наших глазах , то теоретически он все равно достиг бы точности с точки зрения воспроизведения всего, что мы можем видеть.
Томасруттер
Нет, кривые перекрываются таким образом, что определенные комбинации по длине волны посылают уникальный сигнал. Это не может быть воспроизведено ни с чем, кроме этой точной комбинации. Так что, к сожалению, тристимульный ввод никогда не даст вам весь человеческий визуальный диапазон.
Джуджаа
«Это не может быть воспроизведено ни с чем, кроме этой точной комбинации». - это то, что я имел в виду, теоретически, если ваши первичные сенсоры были чувствительны с точно такими же кривыми, то это было бы 1: 1. Скажем, если вы взяли человеческую сетчатку, поместили ее в камеру и уловили сигналы, исходящие от сетчатки.
Томасруттер
2
@ChrisBecke нашел объяснение здесь: «Эритропсин в красных чувствительных шишках чувствителен к двум диапазонам длин волн. Основной диапазон составляет от 500 нм до 760 нм, достигая максимума при 600 нм. Это включает зеленый, желтый, оранжевый и красный свет. Незначительный диапазон составляет от 380 нм до 450 нм, достигая максимума при 420 нм. Это включает в себя фиолетовый и немного синего. Незначительный диапазон - это то, что заставляет оттенки образовывать круг вместо прямой линии ". Источник: midimagic.sgc-hosting.com/huvision.htm
thomasrutter
8

Есть две взаимодействующие причины.

Причина (1) заключается в том, что глаз (обычно) получает световые волны различной длины из любой заданной точки [так сказать]. Белый свет, например, на самом деле [как правило] представляет собой смесь многих различных длин волн; нет «белой» длины волны. Точно так же пурпурный цвет (часто называемый в настоящее время «розовым» (через «ярко-розовый»)) представляет собой смесь красного и синего цветов, но без зеленого (из-за чего он выглядит белым). Точно так же, что-то, что кажется зеленым, может иметь немного извести и некоторые голубые компоненты

Следовательно, причина (2) в том, что RGB - это то, как работает человеческий глаз - он имеет красный, зеленый и синий сенсоры.

Таким образом, объединяя (1) и (2): чтобы заставить человеческий мозг интерпретировать световые сигналы так же, как он будет интерпретировать исходные сигналы, они должны быть закодированы в его терминах.

Например, если (наоборот) оригинал был (как бы воспринимал человек) белым светом, но он был закодирован с помощью, скажем, фиолетового и красного сенсоров - только двух - воспроизведение было бы для человеческого глаза пурпурным. Точно так же, но более тонко или тонко ... белый свет, который представлял собой смесь полного спектра цветов ... если бы он был закодирован с использованием, скажем, фиолетового, желтого и красного датчиков ... это воспроизведение показалось бы человеческому глазу не чисто белым - как (бесцеремонно) желтовато-белый. И наоборот, он казался бы чисто белым для воображаемого инопланетянина (и, возможно, для какого-то реального животного) с такими же сенсорами (то есть фиолетовым, желтым и красным) в глазу.

К тому же ... если бы оригинал был белым, то есть смесью всего спектра цветов, то человеческий глаз, воспринимающий это, закодировал бы это с точки зрения только красного, зеленого и синего ... и воспроизведения, используя только красный, зеленый и синий (в тех же пропорциях) будет казаться человеческому восприятию чистым белым - суть в том, что информация теряется в обоих случаях, но конечный результат кажется идеальным, поскольку потери соответствуют. К сожалению, они будут точно соответствовать , только если датчики [RGB] в камере имеют кривые чувствительности, точно такие же, как датчики [RGB] в человеческом глазу [отмечая, что каждый датчик активируется рядом цветов] - если, например, лаймовый цвет активировал каждый из красного, зеленого и синего сенсоров одинаково во всех двух случаях.

Carsogrin
источник
Я полагаю, что смесь света, представляющая каждую длину волны - скажем, с шагом в нанометры - в диапазоне большей чувствительности человека, будет иметь более сильный отклик между красным и зеленым, чем между синим и зеленым из-за большего интегрального суммирования под кривыми вблизи желтые длины волн, чем около голубых: это будет выглядеть желтоватым.
can-ned_food
@ can-ned_food Вы забываете, что наш мозг интерпретирует эти сигналы от колбочек в наших сетчатках на основе того, что он ожидает увидеть. Таким образом, мы можем сказать, что белый объект является белым как при полном солнечном свете с центром около 5500K, так и при достаточно полном спектре (но не такого полного спектра, как у солнечного света) с 2700K, например, вольфрамовой лампой. Только когда пропущена значительная часть спектра, у нас возникают проблемы с выделением светло-голубой рубашки из белой рубашки (в таком случае из-за отсутствия красного или зеленого света).
Майкл С.
@MichaelClark Хм. Что ж, даже если наше зрение распознает профиль отражения черного тела от совершенно белого объекта (а не просто явно белого цвета для данного спектра падающего излучения) и, таким образом, всегда воспринимает этот объект как белый, то такие гипотетические «эгалитарные» спектры будут отличается от ожидаемого профиля черного тела, не так ли?
can-ned_food
@ can-ned_food При очень ограниченном спектральном освещении отклик от колбочек в наших сетчатках может быть одинаковым для двух разных объектов с разными «цветами» при просмотре при освещении с более полным спектром. В этом и заключается проблема с освещением с ограниченным спектром. Чтобы воспринимать «белый», который является не «цветом», а скорее комбинацией всех цветов, должен быть достаточно широкий спектр света, чтобы создать отклик во всех трех размерах колбочек в наших сетчатках. Только в этом случае наш мозг , а не глаза могут интерпретировать объект как «белый».
Майкл С.
@MichaelClark Да, или почти так же, как одна поверхность может быть воспринята как более темная, чем другая. В любом случае, я еще не уверен, что понял ваш первый комментарий; Мне нужно исследовать это.
can-ned_food
4

tl; dr: гораздо легче обнаружить свет в трех широких частях спектра, чем точно анализировать частоту. Кроме того, более простой детектор означает, что он может быть меньше. И третья причина: цветовое пространство RGB имитирует принципы работы человеческого глаза.


Как доказал Макс Планк, каждое горячее тело испускает излучение с различными частотами. Он предложил и доказал, что энергия излучается вспышками, называемыми фотонами, а не непрерывно, как предполагалось ранее. И с того дня физика никогда не была прежней. Единственным исключением является идеальный ЛАЗЕР / МАЗЕР, который испускает излучение только одной частоты и разряжает (неоновые полосы, ...) излучает излучение с несколькими изолированными частотами.

Распределение интенсивностей по частотам называется спектром. Аналогично, детекторы также имеют свои спектры, в этом случае это распределение отклика детектора на излучение нормированной интенсивности.

Как уже отмечалось, белый свет - белый, потому что наши глаза эволюционно настроены, чтобы видеть солнечный свет, от дальнего инфракрасного до ультрафиолетового, белого цвета. Листья, например, зеленые, потому что они поглощают все частоты, кроме той части, которую мы видим зеленым.

Конечно, есть детекторы, которые могут собирать спектры и извлекать информацию. Они используются в методах оптической эмиссионной спектроскопии и рентгеновской дифракции и флуоресценции, где химический состав или микроструктура оцениваются по спектрам. Для фотографии это излишне; за исключением астрофотографии, где мы хотим оценить «химический» состав, но изображения «переведены» в поддельные цвета. Эти детекторы точные и огромные или маленькие, но неточные, и вам нужно гораздо больше вычислительных мощностей для их анализа.

Человеческий глаз, или любой другой глаз, не тот случай. Мы не видим химического состава или состояния связи объекта. В глазу четыре разных «детектора»:

  • бесцветные: они наиболее чувствительны и работают на всех видимых частотах. Без них вы бы ничего не увидели ночью.
  • красные: они наиболее чувствительны в области низких частот. Вот почему горячие вещи сначала светятся красным.
  • зелень: они наиболее чувствительны в высокочастотных регионах. Вот почему горячие вещи превращаются из красного в желтый при дальнейшем нагревании.
  • блюз: они наиболее чувствительны в области высоких частот. Вот почему нагретые вещи светятся белым при нагревании гораздо больше. Если вы сможете нагревать их все больше и больше, они начнут светиться голубым.

Если мы посмотрим на радугу, или на CD, или на DVD, мы увидим, как цвета меняются с красного на фиолетовый. Лучи света для данной части радуги имеют в основном одну перикулярную частоту. Инфракрасные лучи невидимы для наших глаз, и они не возбуждают никаких клеток в сетчатке. Увеличивая частоту, лучи начинают возбуждать только красные «ячейки», а цвет ic рассматривается как красный. Увеличивая частоту, лучи возбуждают «в основном красные клетки», а чуть-чуть «зеленые» и цвет выглядит как оранжевый. Желтые лучи возбуждают "зелень" немного больше ...

Датчики в камерах, CCD или CMOS, возбуждаются световыми лучами любой частоты, чтобы сделать снимок, который наши глаза увидят как цвет, который мы просто имитируем человеческим глазом - мы используем, например, фильтр Байеса. Он состоит из трех цветовых фильтров с намеренно подобными спектрами пропускания для типов клеток нашей сетчатки.

Свет, отраженный от желтой бумаги, освещенной Солнцем, полностью выходит за «красные» (100%), полностью за «зеленые» (100%) и немного от «синего» (5%), поэтому вы видите его желтым. Если вы сделаете снимок, то, скажем, то же самое, возбуждение собирается камерой. При взгляде на изображение на экране экран посылает 100 красных фотонов, 100 зеленых фотонов и 5 синих фотонов за действительно короткий период времени к вам. Уровни возбуждения вашей сетчатки будут аналогичны уровням возбуждения, вызванным прямым наблюдением, и вы увидите фотографию желтой бумаги.

Есть еще одна проблема, которую нужно решить, если мы хотим воспроизвести цвета. При использовании цветового пространства RGB нам нужно всего три типа источников света на пиксель. У нас может быть три цветовых фильтра (ЖК-дисплеи работают таким образом), у нас может быть три типа светодиодов (используются светодиодные и OLED-панели), у нас может быть три типа люминофоров (используется ЭЛТ). Если вы хотите полностью воспроизвести цвет, вам понадобится бесконечное количество фильтров / источников на пиксель. Если вы хотите использовать симуляцию цвета информации по частоте, это тоже не поможет.

Вы также можете попытаться воспроизвести цвет по его температуре. Полагаю, вы сможете воспроизводить только красно-оранжево-желто-белые цвета, и вам придется нагревать каждый пиксель до температуры около 3000 К.

И во всех этих теоретических случаях ваши глаза по-прежнему будут преобразовывать действительный цвет в сигналы RGB и передавать его в ваш мозг.

Другая проблема, которую нужно решить, - как хранить данные? Обычное изображение 18MPx RGB состоит из трех матриц 5184x3456 ячеек, каждая из которых имеет размер 8 бит. Это означает, что 51 МБ несжатого файла на изображение. Если мы хотим сохранить полный спектр для каждого пикселя, скажем, в 8-битном разрешении, это будет 5184x3456x256 übermatrix, что приведет к несжатому файлу 4 ГиБ. Это означает сохранение интенсивностей 256 различных частот в диапазоне 430–770 ТГц, то есть разрешение с интервалом 1,3 ТГц на канал.

Совершенно не стоит усилий, если я могу сказать ...

Crowley
источник
2
Также вы не можете производить все цвета с температурой, так как в радуге не существует значительной части видимого человеком пространства;)
joojaa
@scottbb Спасибо за исправление. Да, я принял биты за байты и забыл разделить на 8.
Кроули,
2

Краткий ответ: поскольку длина волны - это одно значение, а весь диапазон цветов, который мы можем воспринимать, не может быть представлен одним значением, больше, чем размеры прямоугольного тела могут быть представлены одним измерением.

Чтобы продолжить аналогию, вы можете указать объем твердого тела, но есть много разных твердых тел с одинаковым объемом.

RGB, CMY, HLS и т. Д. - все они используют три «измерения», потому что теперь этого достаточно, чтобы адекватно описывать цвета глазами людей.

Длина волны равна Hue в системе HLS, но она не может сказать вам яркость или насыщенность.

Re "Кроме того, разве это не (длина волны) информация, которая сначала захватывается цифровыми камерами?" Нет, это не так.

Как уже отмечалось, цифровые фотоаппараты фиксируют относительную интенсивность красного, зеленого и синего цветов. (И некоторые использовали по крайней мере один дополнительный цвет, чтобы лучше различать критическую красную область с зеленым.) Прямое измерение частоты входящего света было бы намного сложнее. У нас просто нет дешевых датчиков, которые могут это сделать, и уж точно, нет таких, которые мы можем изготовить в сетке из нескольких миллионов из них. И нам все еще нужен способ для камеры измерять яркость и насыщенность.

Джейми Ханрахан
источник