Open main menu

XYZ (версия Миг)

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Функция светимости ‎
Рис.1 Спектр смешения цветов: красного, зелёного, синего

CIE 1931 цветовое пространство RGB и CIE 1931 XYZцветовые пространства были созданы Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году.[1][2]

CIE XYZ — цветовое пространство образовано от серии экспериментов, проведенных в конце 1920-х годов Уильям Дэвид Райт[3] и Джон гильдии.[4] Их экспериментальные результаты были объединены в спецификации CIE RGB цветовое пространство, из которого CIE XYZ — цветовое пространство было получено.

Все цветовые прастранства, в том числе и эта, взаимосвязаны и созданы для практического выражения цветовых пространств — это всего лишь удобное средством для представления цвета, и не имеет прямой зависимости от типа колбочек в глазу человека. С точки зрения математической они основаны на базе теории Гильбертовых пространств.

Основные положенияEdit

Трёхкомпонентная теория XYZ была предложена Международной комиссией по освещению (CIE) (франц. Commission Internationale de l'Eclairage) на основе исследований и сравнений результатов зрительных возможностей «стандартного наблюдателя», то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе длительных исследований человеческого зрения, проведённых комиссией на больших группах людей, из различных мест нашей планеты. Человеческий глаз содержит фоторецепторы называемые колбочками для среднего — высоко-яркостного цветового зрения с учетом пиков с длинами волн (коротких длин волн, синих-S 420-440 нм), (средних — зелёных-М, 530-540 нм), и (длинных- красных-L, 560-700 нм) диапазонах (см. рис. 2a). Есть также лучи низкой яркости или имеют низкий яркостный контраст — соотношение яркости зрительных стимулов, находящихся в одном поле восприятия c колбочками. При это следует отличать понятия яркость света от яркости цвета. Яркость цвета связана с нашим личным восприятием лучей S,M,L (синих, зелёных, красных) с пиком длиной волны более 500 нм, которые нашим глазом воспринимаются как очень яркие, хотя они по энергетике менее слабые. У них частота колебаний волн менее высокая. (Понятно, почему мы не видим Уф лучи, рентгеновские лучи и т.д. Природа выбрала свой вариант приспособления, выживаемости). Хотя они более мощные, с более высокой частотой колебаний волн. Например, синие, УФ волны с длинами волн менее 498 нм для глаза являются не яркими, и даже не цветными! Поэтому при решении задачи на различение этих монохромных лучей ночного видения служат экстерорецепторы, называемые палочками, которые имеют пик чувствительности вокруг 490-495 нм.[5]. Таким образом, три параметра S,M,L, связанных с уровнем стимула для трех типов колбочек сетчатки глаза — биологических клеток, которые в принципе могут создать ощущения любого цвета. Оценка светового спектра по мощности происходит на трёх кривых чувствительности, которые дают три эффективных стимула значений тремя "шишками" — колбочками; эти три значения составляют трехстимульную спецификацию цветового светового спектра, цветового пространства в LMS (длинная -, средняя и короткая), что соответствует синему, жёлто-зелёному и жёлто-красному (оранжевому) цветам. При этом эти цвета являются базовыми, а все остальные тона воспринимаются как их смешение в определённой пропорции. Например, чтобы получить ощущение «спектрального цвета» при исследовании воздействия его на сетчатку глаза, совсем необязательно воспроизводить его точную длину волны, — достаточно создать такой спектр излучения, который возбуждает рецепторы глаза сходным образом. Это явление неоднозначности соответствия спектрального состав света — ощущение цвета человеком называется метамерией. Т.е. метамерия — способность глаза реагировать на сходный спектр с оригиналом.

 
Функции чувствительности XYZ для стандартного наблюдателя согласно CIE 1931, в диапазоне от 380 до 780 нм (с шагом 5 нм)
 
Рис. 2a. В Диаграмме CIE rg цветность пространства показывает построенный треугольник, определяющий цветовое пространство CIE XYZ (См. XYZ (цветовая модель)).
Треугольник Cb-Cg-Cr это только xy=(0,0),(0,1),(1,0), треугольник CIE xy— цветность пространства. Линия, соединяющая Cb и Cr это линия нулевой яркости на цветовом графике (alychne).
Обратите внимание, что спектральный локус проходит через rg=(0,0) на 435.8 нм, через rg=(0,1) в 546.1 нм и через rg=(1,0) при 700 нм. (По старой системе применялось цветовое пространство RGB и рассчитывалось без учёта линейной функции, а область полученной цветовой палитры была внутри треугольника с углами в точках 430 нм, 540 нм и 570 нм).
Значение же энергии точки (E) при rg=xy=(1/3,1/3) равное. (См. также XYZ (цветовая модель), Цветовые координаты)

Комитет CIE провёл множество экспериментов с огромным количеством людей, предлагая им сравнивать различные цвета, а затем с помощью совокупных данных этих экспериментов построил так называемые функции соответствия цветов (color-matching functions) и универсальное цветовое пространство (universal color space), в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для среднестатистического человека.

Функции соответствия цветов — это значения каждой первичной базовой составляющей света — красной, зелёной и синей, которые должны присутствовать, чтобы человек (и животный мир) со средним зрением мог воспринимать все цвета видимого спектра. Этим трём первичным составляющим были поставлены в соответствие координаты X, Y, Z.

Основное свойство, присущее этой системе — положительная определённость — любой физически существующий (ощутимый человеком) цвет представляется в цветовой системе XYZ (версия Миг) только положительными величинами. С другой стороны, не всем точкам в пространстве XYZ соответствуют реальные цвета в силу неортогональности функций соответствия цветов.

Говоря об «эталонных» оттенках, часто говорят только о паре x, y, считая z = 1-x-y.

Говоря о «яркости» цвета (например, для перевода изображения в чёрно-белое), часто имеют в виду величину Y.

XYZ (цветовая модель) на базе цветовой модели RGBEdit

  Основная статья: XYZ (цветовая модель)

Разработав RGB-модель человеческого зрения с помощью CIE RGB соответствующие функции, члены специальной комиссии, пожелали, чтобы развивать другое цветовое пространство, которое будет касаться CIE цветовое пространство RGB. Предполагалось, что закон Грассманна en:Grassmann's_law_(optics) провели, и новое пространство будет связано с CIE RGB пространства линейного преобразования. Новое пространство будет определяться в терминах трех новых функций подбора цветов \( \overline{x}(\lambda), \overline{y}(\lambda)\) и \( \overline{z}(\lambda)\), как описано выше (cм. рис.2a). Новое цветовое пространство будет выбрано со следующими полезнымы свойствами:

  1. Новые функции подбора цветов должны были быть везде, большими или равными нулю. В 1931 году расчеты были сделаны вручную или логарифмической линейкой, а спецификация положительных значений является полезным вычислительным упрощением.
  2. \(\overline{y}(\lambda)\) Функция подбора цветов будет в точности равна фотопической световой функции эффективности en:Luminosity_function V(λ) для "CIE стандартного фотопического наблюдателя".[6] Функция яркости описывает изменение воспринимаемой яркости с длиной волны. Тот факт, что функция яркости может быть построена с помощью линейной комбинации подбора цветов RGB функций, что не гарантируется с помощью любых средств, но и можно было ожидать, что будет почти верно в связи с почти линейным характером человеческого зрения. Опять же, основной причиной этого требования было вычислительное упрощение.
  3. Для постоянной энергии белой точки en:wiki/White_point требовалось, что бы х = у = z = 1/3. (Cм. Цветовые координаты (версия Миг)).
  4. В силу определения цветности и требованием положительных значений х и у , можно увидеть, что охват всех цветов будет лежать внутри треугольника [1,0], [0,0], [0,1] . Это требовалось, чтобы это пространство заполнить гаммой практически полностью.
  5. Было обнаружено, что \(\overline{z}(\lambda)\)функция подбора цветов может быть установлена в ноль выше 650 нм, оставаясь при этом в пределах экспериментальной ошибки. Для вычислительной простоты, было указано, что это будет так.

В геометрических терминах, выбирая новый космический цвет (space) составил выбор нового треугольника в rg цветности пространства. На рисунке выше-справо, rg цветность координаты отображаются на двух осях в чёрный цвет вместе с гаммой 1931 стандартного наблюдателя. Красным цветом показано, что координаты являются CIE xy цветности осей, которые были определены требованиями выше. Требование о том, что XYZ координаты быть неотрицательным, означает, что треугольник, образованный CrCgCb должен охватить всю гамму стандартного наблюдателя. Линии, соединяющей Cr и Cb устанавливают требование о том, что функция \(\overline{y}(\lambda)\) равна функции яркости. Эта линия является линией нулевой яркости, так и называется alychne. Требование о том, что \(\overline{z}(\lambda)\) функция нуля выше 650 нм означает, что линия, соединяющая Cg и Cr, должна быть касательной к гамме в регионе Kr. Это определяет положения точки Cr. Требование о том, что равная величина энергетических точек определяется x = y = 1/3, ставит ограничение на линии, соединяющей Cb и Cg и , наконец, требование о том, что гамма заполнения пространства ставит второе ограничение на эту строку, которое должно быть очень близкой к гамме в зелёной области, которое определяет местоположение Cg и Cb.

Описанные выше преобразования — линейное преобразование CIE RGB пространства в XYZ пространстве.

Измерение цветаEdit

 
Рис.1 Колориметрический метод. Цветовые части света: красный, зелёный, синий регистрируются тремя фотосенсорами
 
Рис.2 Спектральный денситометр

Измерение цвета — раздел колориметрии, объективный способ определения характеристик светового потока исходящего от источника видимого света (объекта) с применением оптических устройств (приборов) с целью исключения субъективного фактора — зрительного ощущения от действия света.

В настоящее время при измерении цвета, после оцифровки его характеристик, информация о цвете обрабатывается, передаётся без образца с помощью цифр. Другое важное применение (полиграфия) — измерение цветовых различий между образцом и пробным печатным оттиском для обеспечения качества печати. Измерение цвета является основой для составления нормативных материалов, подбора красок (очень важно при ремонте автомобилей при покраске отдельных мест).

См. такжеEdit

ПримечанияEdit

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/International_Commission_on_Illumination
  2. (1931–32) "The C.I.E. colorimetric standards and their use". Transactions of the Optical Society 33 (3): 73–134. DOI:10.1088/1475-4878/33/3/301.
  3. (1928) "A re-determination of the trichromatic coefficients of the spectral colours". Transactions of the Optical Society 30 (4): 141–164. DOI:10.1088/1475-4878/30/4/301.
  4. http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-17-17-15239
  5. http://en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space
  6. http://www.cvrl.org/database/text/cmfs/ciexyz31.htm