Когда дело доходит до цветокоррекции, понимание разницы между цветовой моделью и цветовым пространством имеет решающее значение. Хотя эти термины часто используются взаимозаменяемо, на самом деле это два разных понятия, которые необходимы для работы с цифровыми изображениями и видео.
Ключевые понятия
Как уже было сказано ранее. Восприятие цвета субъективно, тогда возникает вопрос, а как же нескольким людям сообщать информацию о цвете. Как нам описать сам цвет? Не просто абстрактно изложить «этот цвет яркий» или «этот цвет блёклый». Так, для комфортной работы с цветом существуют так называемые цветовые модели.
Цветовая модель — это способ описания и представления цвета с помощью числовых значений или координат. Она задаёт структуру и формат цвета, описывает, как цвет можно представить в цифровом виде.
Цветовое пространство — это конкретная реализация цветовой модели с определённым набором цветов (гаммой), белой точкой и функцией передачи. Оно определяет, какие конкретно цвета и в каких границах возможны для данной модели на определённом устройстве или в стандарте.
Цветовые модели
Важно понимать, что нет ни одной модели, которая лучше других. Они разные и предназначены для разных целей. Каждая цветовая модель имеет свой цветовой круг, основанный на первичных, вторичных и третичных цветах.
Помимо этого важно знать несколько терминов. У людого цветового пространства есть определенное количество цветов, которые он охватывает. Этот диапазон называется гамут (gamut)
RGB — это аддитивная цветовая модель, в которой свет красного, зелёного и синего цветов смешивается в разных пропорциях для воспроизведения широкого диапазона цветов, используемого в компьютерной графике.
RGB (красный, зеленый, синий): это популярный способ определения цветов для цифровых дисплеев. Он делает это, представляя цвета с помощью трех чисел, каждое из которых представляет определенный компонент цвета.
Каждый цвет кодируется тремя числами, по одному для каждого канала, которые обычно принимают значения в диапазоне от 0 до 255. Например: если значение цвета составляет (0,0,0), то это будет чисто чёрный цвет, а (255,0,0) будет равняться чистому красному.
CMY — субтрактивные модели, которые используются в печати.
CMY (голубой, пурпурный, жёлтый). В цифровой форме цвета задаются тремя числами, каждое из которых обычно выражается в процентах от 0 до 100 и означает интенсивность окраски в соответствующем канале.
HSV, HSL/HSB — это цилиндрические цветовые модели на основе RGB, в которой RGB-куб преобразуется цилиндрические координаты, состоящие из трёх компонентов
Итак мы имеем модель RGB, которая уже может описывать цвета посредством трёх чисел. Тогда зачем же нам другие модели HSL/HSB, HSV для описания тех же цветов?
Сравнение моделей HSL и HSV
Хоть RGB был и остается основой аппаратного отображения цвета (мониторы, телевизоры), но имел серьезные недостатки для пользовательского взаимодействия. Во-первых, это неинтуитивность в использовании. Во-вторых, это его кубическая геометрия, ведь rgb представлен в виде куба, что затрудняет программное создание цветового круга без сложных условий и граничных случаев. В-третьих, отсутствие соответствия восприятию, так как изменение одного RGB-компонента непредсказуемо влияет на воспринимаемый (оттенок, насыщенность и яркость).
Проще говоря, условно у вас есть оттенок зелёного, значение которого в RGB будет равняться следующим цифрам (71, 184, 49), а в HSB (110, 73, 72). Однако если вы захотите понизить яркость цвета, сделав его менее насыщенным, то в модели HSВ мы просто понизим значение S, в то время как в координатах модели RGB для такого же результата необходимо менять все три числовых значения.
Скриншот из фотошопа с сравнением изменения чисел в HSB и RGB
Ещё один важный момент: HSB и HSV — это фактически одна и та же модель (эти термины взаимозаменяемы), отличающаяся только названием третьего параметра: brightness (яркость) или value (величина). Такое двойное название одной модели произошло из-за исторического контекста.
С тем что HSB и HSV — это взаимозаменяемые термины стало понятно, однако что насчёт модели HSL?
У этих двух моделей разное представление «яркости» и смешивание цветов. HSV/HSB позволяет интуитивно изменять яркость цвета (Value/Brightness). HSL же моделирует осветление и затемнение как смешивание цвета с чёрным и с белым. Проще говоря, HSV удобен для управления яркости, так как проще затемнять или высветлять цвет, а HSL удобен, когда хочется контролировать «разбавление белым» и обрабатывать полутона (особенно в UI и web).
Цилиндрическая модель сравнения HSL и HSV
На данный момент HSL, HSB/HSV стали стандартом для пользовательского интерфейса в выборе цвета. Важно! Они не изменили модель RGB, а дополнили его для конкретных задач.
XYZ (CIE 1931) и UV (CIE 1976) — это эталонные цветовые системы, разработанные для стандартизации измерения и описания человеческого цветового восприятия.
CIE XYZ 1931 и CIE UV 1976 — это фундамент всего цветоуправления в компьютерной графике, кино и фотографии. Без понимания этих систем невозможно грамотно работать с цветом в профессиональном пайплайне. Обе эти системы описывают все цвета, которые может видеть человеческий глаз, независимо от устройства
Графики моделей CIE 1931 и CIE 1976
CIE XYZ (1931) — первая научная модель цвета
Её основная задача — математически описать все цвета, воспринимаемые человеком, с помощью трёх чисел X, Y и Z. В 3D-пространстве цвета представлены координатами, где все значения неотрицательны, что удобно для математических вычислений и описания цветов физически реализуемых на устройствах.
Так как модель находиться в трёхмерном пространстве, то очевидно, что работать с тремя числами неудобно для графиков. CIE придумала способ показать цвет на плоской диаграмме, отбросив информацию о яркости, поэтому чаще всего мы видим график в формате 2д изображение (рисунок справа).
Получившееся кривая в виде подковы на диаграмме цветности, которая описывает все монохроматические цвета называется «спектральный локус». Каждая точка локуса — это цвет единственного спектрального излучения (например, чистый синий, чистый зелёный, чистый красный)
3д визуализация модели CIE 1931
Хоть CIE XYZ (1931) считается эталонной моделью у неё был недостаток: она была неперцептивно-равномерной. Изменения числовых координат в цветовой модели не соответствовало равномерным визуальным изменениям цвета для человеческого восприятия. Проще говоря, если взять на диаграмме XYZ 1 сантиметр в синей области, то он не будет равен 1 сантиметру в жёлтой области с точки зрения восприятия. В одном месте 1 см едва заметен, в другом — это огромная разница. Чтобы исправить этот недостаток, была разработана модель CIE UV в 1976 году.
Итак, главное отличие — в более точном и равномерном отображении субъективного восприятия цвета в CIE 1976 по сравнению с CIE 1931, что делает CIE 1976 предпочтительным для современных задач цветокоррекции, компьютерной графики и производства цифровых изображений.
Цветовые пространства
Простыми словами цветовая модель — абстрактная модель, которая математически описывает цвета с помощью чисел. Однако внутри цветовой модели есть свои цветовые пространства. Важно! Это разные термины. Цветовое пространство — модель, описывающая диапазон и представление цветов в виде системы координат. Все RGB-пространства определяются тремя составляющими: primaries, whitepoint, transfer functions.
Праймериз — это вершины треугольника, три основных цвета (красный, зелёный, синий), из которых можно получить все остальные цвета. Чем ближе праймериз к краю «подковы», тем шире гамма и тем более насыщенные цвета может показать пространство. Все три вершины образуют гамут (gamut) Гамут — это все цвета, которые входят в треугольник на диаграмме CIE. Образуется за счёт трех праймериз. Это полный набор цветов, которые может воспроизвести данное выбранное вами цветовое пространство. Точка белого — Точка белого определяет, что считается «белым» или «нейтральным серым» в данном цветовом пространстве.
График с иллюстрацией нахождения primaries, white point, gamut
На данный момент существует множество различных цветовых пространств. Но отсюда возникает следующий вопрос: откуда и по каким причинам возникают цветовые пространства?
Цветовые пространства создаются в ответ на конкретные технические потребности и ограничения. Каждое устройство физически может показать только ограниченный набор цветов и чтобы разные устройства показывали цвета примерно одинаково и производители могли координировать свою работу, создаются отраслевые стандарты такие как:
sRGB — стандарт для компьютерных мониторов
В начале 1990-х цифровой мир страдал от серьёзной проблемы несовместимости цветов. Изображения, просматриваемые на разных мониторах, выглядели совершенно по-разному — одна и та же фотография могла казаться ярко-красной на одном экране и блёкло-розовой на другом. Каждый производитель мониторов использовал свои собственные RGB-координаты. Соответственно существовало множество несовместимых RGB-пространств: NTSC RGB, PAL RGB, Apple RGB, SGI RGB и десятки других. Так, в 1999 году стал sRGB стандартом.
sRGB
Охват видимого спектра: 35% Точка белого: D65 Гамма: около 2.2
Adobe RGB (1998)
Adobe RGB (1998)
Был создан как попытка расширить цветовой охват для профессиональной фотографии и печати. Ведущий разработчик фотошопа Томас Нолл создал ICC-профиль на основе спецификаций стандарта SMPTE 240M (предшественник Rec.709), копируя «идеализированные» значения из документации. При копировании Нолл допустил небольшую ошибку в координатах красного праймориза, но это случайно привело к ещё более широкому охвату цветов, чем планировалось.
Точка белого: D65 Применение: профессиональная печать, печать Гамма: 2.2 Гамут: на 35% больше sRGB
ProPhoto RGB — это аддитивное RGB-цветовое пространство
ProPhoto RGB
Существующие до этого момента цветовые пространства (sRGB, Adobe RGB) не покрывали всю палитру, которую могли захватить новые камеры и напечатать принтеры. Так, был разработан ProPhoto RGB компанией Koadak.
ProPhoto RGB — это «золотой стандарт» для профессиональной фотографии, который позволяет сохранить все цвета, которые может захватить камера и напечатать высокоточный принтер, без потерь информации.
Точка белого: D50 (5000K) Применение: профессиональная работа с фотографией, печать, архивирование RAW-файлов Гамма: 1.8 Гамут: 100% реальных цветов и 13% невидимых для человека
Сравнение цветового охвата ProPhoto RGB, Adobe RGB, CMYK, sRGB на одном графике.
Мы рассмотрели три основных RGB-пространства, созданные для фотографии и печати — sRGB для веба и универсального применения, Adobe RGB для профессиональной фотопечати, и ProPhoto RGB для архивирования RAW-файлов максимального качества. Однако революция в цветовом управлении пришла не из фотоиндустрии, а из кинематографии и компьютерной графики, где требования к цветопередаче оказались принципиально иными.
Rec.709 (HDTV) и Rec.2020 (UHD/4K/8K) — стандарты телевидения
Если фотографы работали с display-referred пространствами — финальным результатом, который видит человек на печати или экране — то киношники и VFX-художники нуждались в scene-referred пространствах с линейной гаммой для физически корректных расчётов света[url]. Первой попыткой стандартизировать телевещание стал Rec.709 (ITU-R BT.709), созданный в начале 1990-х для HDTV.
Rec.709 который использовал те же праймериз, что и sRGB, но с иной гамма-кривой для тёмных кинотеатральных условий просмотра.
Rec использует точно такие же праймериз, что и sRGB, соответственно оба эти пространства имеют одинаковый цветовой охват. Тогда возникает вопрос: если sRGB и Rec.709 имеют одинаковых охват и одинаковые праймериз, то тогда зачем вообще их разграничивать и давать разные названия? (сомневаюсь, уточнить у Тимура)
Точка белого: D65 Применение: веб-видео, стандартное отображение на мониторах Гамма: 2.4 Гамут: примерно 35% от видимого спектра. Близок к sRGB по охвату, но используется в видео
Rec.2020 С развитием разрешений и расширением цветовых возможностей телевизоров появился Rec.2020 (он же BT.2020)* в 2012 году — стандарт для UHD, 4K и 8K телевидения, который охватывает ~75% видимого спектра, намного превосходя Adobe RGB.
Точка белого: D65 Применение: UHD и 4K телевидение, кино в формате HDR, профессиональные видеопроизводства, широкие цветовые пространства для кино и телевидения высокого динамического диапазона Гамма: 2.4 Гамут: Охват цветов значительно шире, чем у Rec.709 и sRGB — примерно 75-80%
Сравнение цветового охвата Rec.709 и Rec.2020
DCI-P3 — это пространство, разработанное для цифрового кино
DCI-P3 (Digital Cinema Initiatives) — это профессиональное цветовое пространство, разработанное специально для цифровой кинематографии. Оно создано для воспроизведения широкой палитры цветов в кинотеатрах и профессиональных кинематографических системах
Сравнение DCI-P3 и sRGB
Появление DCI-P3 обусловлено переходом с плёнки на цифровые проекты, однако в кино не существовало единого стандарта. Каждый производитель проекторов использовал свои собственные настройки цвета. Режиссёры и колористы не знали, как их фильмы будут выглядеть в разных кинотеатрах
Точка белого: D65 Применение: для кинопроектов Гамма: 2.6 Гамут: Расширенный охват — примерно 50-55% видимого спектра . Шире sRGB/Rec.709 (~35%), но уже Rec.2020 (~75%)
Сравнение цветового охвата sRGB, Rec.709, DCI-P3, Rec.2020
Иллюстрация с демонстрацией разницы между тремя цветовыми стандартами. Слева направо: Rec. 709, DCI-P3 и Rec. 2020.
Display P3
Display P3 представляет собой адаптированную версию цветового пространства DCI-P3, созданную компанией Apple в 2015 году для использования в потребительских устройствах. В отличие от оригинального DCI-P3, который был разработан голливудскими киностудиями исключительно для цифровых кинопроекторов в тёмных залах кинотеатров, Display P3 был переосмыслен для повседневного использования на компьютерных мониторах, планшетах и смартфонах в условиях офисного и домашнего освещения.
Задача ACES — стандартизация всех процессов работы с изображением независимо от источника, начиная от съёмки и заканчивая архивным хранением.
История создания цветового пространства ACES (Academy Color Encoding System) начинается в 2004 году, когда Американская киноакадемия (Academy of Motion Picture Arts and Sciences) приступила к разработке стандарта для управления цветом в цифровом кинопроизводстве. Цель была создать единый, независимый от устройств и форматов стандарт, позволяющий эффективно управлять цветом и обмениваться изображениями в процессе производства современных фильмов и видео с высоким динамическим диапазоном и широким цветовым охватом. Основные этапы и причины создания ACES:
До ACES каждый производитель камеры и пост-продакшн имел свои цветовые пространства, что приводило к несоответствиям цветов, потерям деталей и сложностям при интеграции материала из разных источников.
ACES решил эти проблемы, предложив централизованное линейное сцено-ориентированное цветовое пространство с очень широким gamut (ACES2065-1 или AP0), которое стало универсальной «мастер-системой» для всего производственного процесса.
В 2014 году вышла первая официальная версия ACES 1.0.
ACES включает в себя пять различных цветовых пространств, каждое со своим назначением и характеристиками: ACES2065-1, ACEScg, ACEScc, ACESproxy, ACEScct.
ACES2065-1 — архивное пространство с нереализуемыми праймериз
ACES2065-1 представляет собой «центральное пространство всей экосистемы ACES», задуманное как универсальный формат для архивирования цифровых копий кинематографических произведений.
Применение: только для архивирования, не использовать для рендера.
Это пространство использует праймериз AP0, которые являются технически нереализуемыми координатами, выходящими за пределы спектрального локуса на диаграмме CIE 1931. Критически важная особенность этих праймериз заключается в том, что они образуют наименьший возможный треугольник, который содержит все реальные видимые цвета внутри «подковы» CIE. Это означает, что любой цвет, который физически может существовать в природе, может быть закодирован в ACES2065-1. Однако это преимущество имеет обратную сторону: значительная доля кодовых значений в ACES2065-1 тратится впустую на нереальные «невидимые цвета» которые никогда не встречаются в природе и не могут быть захвачены никакой камерой.
«Примерно тринадцать процентов представимых цветов в ACES2065-1 являются воображаемыми цветами, которые физически не существуют. »
Эта особенность делает ACES2065-1 неоптимальным для непосредственной работы художников, поскольку много битовой глубины расходуется на кодирование невозможных значений вместо того, чтобы обеспечить максимальную точность для реальных цветов.
ACEScg — рабочее пространство для CGI/VFX
ACEScg — цветовое пространство с широким гамутом AP1, оптимизированное для работы с компьютерной графикой и визуальными эффектами. Предназначено для удобства CGI, с линейным кодированием.
ACEScg использует первичные цвета AP1 с широкой гаммой, является «фотометрически линейным (гамма-1.0) и использует арифметику с плавающей запятой» (дописать пояснение). Это позволяет художникам визуально обрабатывать любой пиксель изображения, закодированного ACES, во время композитинга, рисования и других процессов, связанных с компьютерной графикой. Он использует меньший набор основных элементов, AP1, потому что инструменты, используемые для синтетического рендеринга изображений (CGI), уже давно используют определенные оптимизации, которые отличаются от типичных сценариев управления цветом и иногда не очень хорошо работают с очень широкой гаммой основных изображений, таких как определенные в ACES2065-1.
Графики с охватом ACES2065-1 (синий) и ACEScg (красный) на CIE 1931 b CIE 1976
Сравнение sRGB и ACEScg
ACEScc/ACEScct — пространство для цветокоррекции
ACEScc представляет собой цветовое пространство, разработанное специально для работы с цветокоррекцией. ACEScc использует те же праймериз AP1, что и ACEScg (это значит, что у них одинаковый цветовой охват). Белая точка ACEScc примерно соответствует D60 (6000К).
Дописать
Кем используется ACEScc и на каком этапе.
ACESproxy
ACESproxy представляет собой логарифмическое цветовое пространство ACES, которое было разработано специально для транспортировки данных между различными системами и приложениями в контексте ACES workflow. Логика создания ACESproxy была прозаична — при передаче данных через сеть или между системами, требуется компактный и эффективный формат, который минимизирует размер файла без значительной потери информации. Однако на данный момент ACESproxy сейчас считается устаревшим и больше не рекомендуется для использования в новых проектах
Сравнение гамута следующих цветовых пространств: ACES AP0 и AP1, Rec.709, DCI-P3, Rec.2020
vrekm