Цветовые стандарты
Цветовые стандарты устанавливают относительно заранее определённые точки белого цвета.
Цветовая температура – это температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Проще говоря, температура 5000К – это цвет, который приобретает абсолютно черное тело при нагревании его до 5000К. Цветовая температура оранжевого цвета – 2000К, это означает, что абсолютно черное тело необходимо нагреть до температуры 2000К, чтобы оно приобрело оранжевый цвет свечения.
Цветовые стандарты:
Все стандарты описываются в система координат XY. На плоскости XY отображаются все цвета, которые видит человек.
Спектральный локус, сложная кривая, которая охватывает и содержит только чистые цвета в фиксированном диапазоне волн (среднестатистический наблюдатель в возрасте 20 лет). С возрастом цветовое восприятие меняется.
Если использовать трихроматическую модель цвета, то три базовых цвета (красный. зеленый, синий) соответствуют модели треугольника, внутри которого расположены все остальные цвета, которые может воспроизвести человек.
Техническое описание стандарта
Для перевода линейных значений из пространства XYZ (CIE 1931 color space) в sRGB используется следующая матрица:
,
здесь Rlinear,Glinear,
Blinear определены в диапазоне 0,1. Координаты
белой точки, таким образом,составляют
X,Y,Z=0.9505, 1.000, 1.0890.Далее, для каждого из
значений Rlinear,Glinear, Blinear используется
формулаCsrgb={12.92Clinear,
Clinear≤0.0031308
1+aClinear12.4-a,
Clinear>0.0031308, где a=0.055
Adobe RGB '98 Тот же sRGB с изменённым зелёным цветом, благодаря чему значительно улучшилась передача оттенков зелёного, а покрытие L*a*b* доведено до 52 %. Кроме того, убран дурацкий линейный участок гаммы в тенях, благодаря чему её показатель везде равен 2,2. В этом пространстве работают дорогие профессиональные мониторы. Тем не менее, и здесь настоящего красного вам не увидеть. Широко применяется в фотографии и, как правило, поддерживается зеркальными фотоаппаратами.
Adobe RGB 1998 было разработано (компанией Adobe Systems, Inc.), чтобы покрыть большинство цветов, достижимых на принтерах CMYK, но с использованием первичных цветов RGB на таком устройстве, как монитор компьютера. Рабочее пространство Adobe RGB 1998 покрывает примерно половину видимых цветов, определённых CIE — имея преимущество над гаммой sRGB прежде всего в голубо-зелёном.
Цветовое пространство yCbCr
YCBCR - семейство цветовых пространств, которые используются для передачи цветных изображений в компонентном видео и цифровой фотографии.
Название этой цветовой модели расшифровывается как: Y - luminance, U или Cb - Chrominance-blue, V или Cr - Chrominance-red, что переводится как "Яркость - Цветность синего - Цветность красного" (формат представления данных цветного видеоизображения)
Характеристика принципа представление цвета в этой цветовой модели совпадает с естественным способом цветовосприятия человеческим глазом. Сетчатая оболочка - это сложное переплетение нервных клеток и нервных волокон, соединяющих нервные клетки между собой и связывающих глаз с корой головного мозга. Основными светочувствительными элементами (рецепторами) являются два вида клеток: одни - в виде стебелька, называемые палочками (высота 30 мкм, толщина 2 мкм), другие - более короткие и более толстые, называемые колбочками (высота 10 мкм, толщина 6-7 мкм).
Человеческий глаз более наиболее чувствителен к яркостной составляющей изображения (Y-компонента) и наименее к цветовым. Причина этого феномена лежит в физиологии. Так как зрачок, представляет собой оптическую линзу, которая фокусирует изображение на глазное дно, покрытое палочками и колбочками. Всего в глазу располагается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Ну, так вот, палочки - это сенсоры, воспринимающие именно яркостную составляющую, а колбочки - цветовую. Причем палочек на порядок больше, чем колбочек, и они гораздо более чувствительны к свету. Достаточно вспомнить поговорку "Ночью все кошки серы". Почему так? Почему вечером все теряет цвет? Именно из-за того, что количества падающего на зрачок света не хватает для того, чтобы вызвать реакцию колбочки. Но и чувствительность человеческого глаза к разным цветам тоже величина не постоянная. Зрачок более чувствителен к нижней части цветового спектра, нежели к верхней. Формат JPEG как раз и учитывает эти особенности восприятия человеком цветовой информации в сжатии цветных фотографий или изображений.
Поэтому в этой цветовой модели выделяется компонент яркости и два компонента характеризующих оттенок воспринимаемого цвета, в отличие от цветовой модели RGB, где используются только компоненты интенсивности цвета - Красный, Зеленый, Синий.
В цветовом пространстве RGB все три компонента считаются одинаково важными, и они обычно сохраняются с одинаковым разрешением. Однако можно отобразить цветовое изображение более эффективно, отделив светимость от цветовой информации и представив ее с большим разрешением, чем цвет. Поэтому цветовое пространство ycbcr и его вариации является популярным методом эффективного представления цветных изображений.
Буква Y в таких цветовых пространствах обозначает компоненту светимость, которая вычисляется как взвешенное усреднение компонент R, G и B по следующей формуле:
,
Где 
обозначает
соответствующий весовой множитель.
Остальные цветовые компоненты по
существу определяются в виде разностей
между светимостью Y и компонентами R, G
и B:
Cb=B-Y,
Cr =R-Y,
Cg=G-Y.
При этом получаются четыре компоненты нового пространства вместо трех RGB. Однако число Cb+Cr+Cg является постоянным, поэтому только две из трех хроматических компонент необходимо хранить, а третью вычислять на основе них. Чаще всего в качестве две искомых цветовых компонент используют Cb и Cr. Преимущество пространства ycbcr по сравнению с RGB заключается в том, что Cb и Cr можно представлять с меньшим разрешением, чем Y, т.к. Глаз человека менее чувствителен к цвету предметов, чем к их яркости. Это позволяет сократить объем информации, требуемый для представления хроматических компонент, без заметного ухудшения качества передачи цветовых оттенков изображения. Такой подход к преобразованию цветового пространства дает дополнительный эффект при сжатии цветных изображений. При этом алгоритмы сжатия сначала преобразуют исходное цветовое пространство из RGB в ycbcr, сжимают, а затем при восстановлении обратно преобразуют изображение в цветовое пространство RGB, т.к. Оно используется в ЭВМ. При этом формулы для прямого и обратного преобразований выглядят следующим образом:
Рисунок 1 - Прямое преобразование
Рисунок 2 - Обратное преобразование
Отметим, что множитель kg получается из соотношения, а величина компоненты G получается вычитанием суммы Cb и Cr из Y.
Рекомендация ITU-T предлагает следующие коэффициенты: и Используя эти значения в данных уравнениях, получаем широко распространенные формулы:
Как отмечалось выше хроматические компоненты Cb и Cr могут быть представлены с меньшим разрешением, чем световая компонента Y.
При этом на практике используют следующие форматы их взаимного представления.
Самый очевидный формат — это так называемый формат 4:4:4, который означает полную точность в передаче хроматических компонент, т.е. На каждые 4 световые отсчеты Y передаются по 4 отсчета компонент Cb и Cr (рис. 3, а).
А) б)
Рисунок 3 - Расположение хроматических компонент
Другой формат 4:2:2 (YUY2) предполагает, что на каждые 4 отсчета компоненты Y приходится по два отсчета хроматических компонент, расположение которых представлено на рис.3, б. Данный формат используется для высококачественного цветного видео и используется в стандартах MPEG-4 и H.264.
Наиболее популярный формат сэмплирования 4:2:0 (YV12) каждая компонента Cb и Cr имеет один отсчет на 4 отсчета Y (рис. 4, а, б).
Причем отсчеты компонент Cb и Cr, как правило, вычисляются двумя способами. В первом случае выполняется интерполяция по 4 ближайшим отсчетам компонент Cb и Cr для формирования одного отсчета для них (рис. 4, а). Такой подход применяется в стандартах MPEG-1 и H.261, H.263. В другом случае выполняется интерполяция по двум вертикальным отсчетам (рис. 4, б) и применяется в стандарте MPEG-2.
А) б)
Рисунок 4 - Представление формата 4:2:0
Благодаря экономичному представлению цветных сцен, формат 4:2:0 широко используется во многих потребительских приложениях, таких как видеоконференции, цифровое телевидение, DVD. Поскольку хроматические компоненты отбираются в 4 раза реже компонент яркости, то пространство 4:2:0 ycbcr занимает в 2 раза меньше отсчетов по сравнению с форматом видео 4:4:4 RGB.