CIE Lab: куб? шар? гексагон? "голова лошади"? "подкова"?

теоретические и практические аспекты колориметрии, системы управления цветом
Ответить
Аватара пользователя
mihas
Администратор
Сообщения: 1366
Зарегистрирован: 18 авг 2004, 16:58
Откуда: Москва
Контактная информация:

CIE Lab: куб? шар? гексагон? "голова лошади"? "подкова"?

Сообщение mihas »

  • Имеются ли устройства отображения, которые могут показать весь куб Lab Фотошопа? И разве CIE Lab - это куб? На логотипе вашего сайта Lab вообще шестигранный...
Изображение
HVS или охват видимых цветов в проекции ab координат CIE Lab, "голова лошади". Светло-серым на схеме - границы куба ICC
Human Visual Space (HVS) или границы CIE Lab в трех проекциях
Human Visual Space (HVS) или границы CIE Lab в трех проекциях
• 690.23 КБ • 369 просмотров
Нет, таких устройств отображения цвета не существует, устройств, которые могли бы показать весь фотошоповский (и ICC в том числе) куб со сторонами 0-100 по светлоте и -128-127, -128-127 по цветностям (весь диапазон 255 от отрицательных до положительных). Мало того, часть координат этого куба вообще не могут быть визуализированы (левый нижний угол первого графика, a=-128, b=-128), потому что просто не существуют в нашем восприятии и не могут быть созданы физически. А часть видимых цветов при этом не умещается в куб ICC. Почему так - давайте разбираться.

Первое. Cчитается, что CIE Lab - безразмерный. То есть формулы расчета координат цвета CIE Lab из координат зрительных стимулов CIE XYZ предполагают, что если XYZ и спектры в их основе не будут отнормированы на максимальную светлоту 100 - мы можем получить координату светлоты намного выше 100 и странные координаты цветности ab. Надо быть к таким особенностям формул готовыми и понимать, что нормировка светлоты на максимальное значение 100 - важное условие в колориметрии. Это условие может не выполняться в люксметрах, но оно обычно выполняется в спектрофотометрах и софту к нему. То есть сами формулы Lab подразумевают возможную безразмерность, но обычно мы подаем на вход формул отнормированные данные на светлоту 100. Нормировку спектров можно провести здесь при необходимости.

Приблизительное сравнение охватов видимых цветов HVS и популярного стандарта sRGB
Приблизительное сравнение охватов видимых цветов HVS и популярного стандарта sRGB
• 1.08 МБ • 369 просмотров
Изображение
"Подкова" или locus CIE xy 1931 границ воспринимаемых цветов (проекция на плоскость трехмерных координат зрительных стимулов CIE XYZ). Треугольником - большой охват устройства отображения Rec. 2020 строго в границах "подковы" (100% эффективность кодирования)
Локус xy цветового охвата ProPhoto RGB выходит за границы "подковы" HVS, профиль содержит примерно 13% несуществующих цветов
Локус xy цветового охвата ProPhoto RGB выходит за границы "подковы" HVS, профиль содержит примерно 13% несуществующих цветов
• 311.91 КБ • 369 просмотров
Второе. При программировании, при создании графиков модели, удобно оперировать кубом, шаром, кругом, но границы видимых воспринимаемых человеком цветов не вписываются ни в круг, ни в квадрат. Эти границы - сложная фигура, напоминающая в проекции ab цветности голову лошади. В свою очередь эту "голову лошади" определяет формат "подковы" в координатах CIE xy 1931 - проекции на плоскость координат зрительных стимулов CIE XYZ. XYZ и xy - нелинейные, неортогональные координаты. Посчитанные из них координаты цвета CIE Lab - более менее линейные и ортогональные.

Третье. Фотошоп вслед за ICC для удобства программирования оперирует кубом с известными сторонами 0-100 и -128-127, -128-127. Это не значит, что CIE Lab является кубом, к видимым границам восприятия этот куб не имеет ни малейшего отношения. Просто трехмерным кубом удобно оперировать при создании упорядоченных таблиц цветового профиля ICC. Границы Lab четко очерчены монохроматами - узкоспектральными пиками, чище и насыщеннее которых просто не существует в физике света и цвета, а окружающий нас мир вообще не состоит из монохроматов, спектральные характеристики освещенных и самосветящихся предметов состоят суммарно из разных длин волн, получить монохромат или узкий спектральный пик у матушки-природы особо не получается, тут нужно техногенное вмешательство - лабораторное устройство под названием монохроматор (используется, например, для достоверного описания края охвата сенсора фотографической камеры). Я лишь объясняю сам принцип, чем физически ограничены края видимого цветового охвата или Human Visual Space (HVS), края "подковы" в CIE xy и края "головы лошади" в CIE Lab. Создать зрительный стимул за этими краями невозможно физически, тем не менее надо понимать, что в тех же цветовых профилях могут запросто присутствовать координаты за границами HVS, возникающие просто из-за сложности кодирования линейными упорядоченными таблицами такой непростой фигуры края видимого охвата, как "голова лошади".

Например, известный цветовой охват ProPhoto RGB содержит около 13% таких "несуществующих" цветов за границами охвата HVS: координаты есть, а цвета такого в природе нет. В таких случая пишут, что эффективность кодирования профиля - 87%. Остальные 13% таблиц такого профиля, объективно, физически бесполезны, и только занимают место. Но очевидно отсылают нас к первому абзацу темы о безразмерности CIE Lab. Таблицы края трехмерного охвата HVS и посчитанный объем этой сложной фигуры вы найдете у меня по ссылке. Эти трехмерные таблицы края видимого охвата задействуются у меня, например, в этом практичном цветовом конвертере для полиграфистов и веб-разработчиков, и слайдерами (ползунками) конвертера, благодаря этим контрольным таблицам, невозможно задать координаты несуществующего цвета (несуществующие цвета - обычная беда Фотошопа и иже с ним без контроля края охвата HVS).

Изображение
Эллипсы Мак Адама, иллюстрирующие нелинейность и неортогональность моделей CIE xy и CIE XYZ в ее основе. В ортогональном CIE Lab эти эллипсы - круги. Любопытно, что в трехмерном CIE XYZ края "подковы" CIE xy представляют собой спираль по оси Y энергетической яркости
Изображение
Гексагон красок CMY и их бинаров европейской триады в проекции ab цветности координат CIE Lab
Изображение
Гексагональная бипирамида (здесь на картинке с усеченным конусом в глубоких нейтральных тенях чисто для некоторых моих расчетов упорядоченных координат поверхности) образует край цветового охвата триадной печати CMYK в координатах CIE Lab
Четвертое. Диапазон 0-255 (от -128 до 127) значений цветности куба ICC был выбран не случайно, типичные 8 бит, и в большинстве случаев работы с отражёнкой этого куба хватает за глаза. Но существуют огромные охваты, вроде самосветящихся медийных Rec. 2020, которые по некоторым координатам превосходят границы куба от -128 до 127 типичного ICC профиля второй версии с PCS Lab (Profile Connection Space - цветовое пространство общения между профилями). Преодолевается это ограничение красиво: PCS может быть по спецификации ICC описан как в CIE Lab, так и в CIE XYZ. И в CIE XYZ восьмибитное ограничение стороны куба 0-255 ICC-профиля позволяет прописать более насыщенные координаты. Тот же профиль беспрецедентно огромного охвата ProPhoto RGB создан с PCS XYZ - так изящно обходится 8-битное табличное ограничение координат цветности ab от -128 до 127.

В подавляющем большинстве случаев таблицы цветового профиля ICC прописаны в файлах очень точными 16-битными числами (в целочисленных десятичных это диапазон 0-65535, в 8-битном диапазоне это в десятичных точность до 3 знака после запятой), однако диапазон крайних значений спецификации ICC 2 версии исторически 8-битный (диапазон 0-255). И надо понимать, что многомерность таблиц профиля, так называемые CLUT, не позволяет существенно расширить этот диапазон без существенного увеличения размера профиля. Размер таблиц цветового ICC профиля определяется тремя метриками: числом каналов или столбцов таблицы (3 у Lab и RGB, 4 у CMYK, 5 и больше - у многоканальных), диапазоном крайних значений и гранулярностью. Диапазон 0-255 от -128 до 127 по каждой размерности - разумный компромисс между мейнстримными цветовыми охватами, между эффективностью кодирования и между вменяемым размером таблиц файла ICC. Очевидно, создай мы диапазон ab выше -128-127, в таблицах профиля будет зашкаливать кол-во бесполезных неэффективных ячеек таблицы, описывающих слишком много несуществующих цветов. Их и так не мало, бесполезных значений CLUT, простая (и не простая) арифметика как бы показывает, что объем HVS = 2 482 961 ΔE³, а объем куба Lab в ICC = 6 502 500 ΔE³ (100×255×255). И вся разница в этих объемах - совершенно бесполезные данные в таблицах профиля, которые тем не менее должны быть обязательно прописаны, кубическая структура таблиц или CLUT профиля обязывает прописать и несуществующий цвет Lab 100 -128 -128 и иже с ним за охватом HVS.

Логотип моего сайта напрямую отсылает к качественной полиграфии. Гексагон или шестиугольник формируют в проекции цветности ab три краски CMY и три их бинара. Три гексагона разного диаметра на логотипе символизируют печать на мелованной, офсетной и газетной бумаге. Смещение желтой вершины на 2-3 градуса против часовой стрелки от вертикали также "говорящее". Не потому, что я такой криворукий тридэшник, а потому что в красках европейской триады по международному стандарту печати холодная желтая краска слегка на 2-3 градуса по hue отклоняется от строгой вертикали. Мне захотелось, чтобы эта особенность наших офсетных красок европейской триады была также отражена в логотипе сайта о колориметрии в полиграфии. В трех проекциях цветовой охват триадной офсетной печати представляет собой гексагональную бипирамиду, где кроме 6 вершин цветности еще 2 вершины - светлой нейтральной бумаги и темного нейтрального суперчерного располагаются по оси светлоты L (не задействована в моем логотипе, гексагональная бипирамида не столь "фотогенична" на мой вкус, как двумерная ab-проекция цветности).

Изображение
Сравнение площади проекций цветности ab охвата Display P3 и охвата Adobe RGB
Пятое. Если устройства не отображают куб Lab от ICC и Фотошопа, то что же они отображают?
Самые распространенные стандарты современных телевизоров и мониторов - это по мере увеличения цветовых охватов: ~60% от sRGB, sRGB, Adobe RGB, Display P3 (он же изредка DCI-P3 со степенной функцией гаммы 2.6), Rec. 2020. По некоторым тестам новые топовые телевизоры SONY по технологии OLED достигают уже около 90% охвата огромного Rec. 2020. Большой охват Display P3 - мейнстримный на сегодня при производстве доступных качественных мониторов, телевизоров, ноутбуков и смартфонов, сильно обогнал в производстве устаревший и почему-то дороговатый, чуть меньший Adobe RGB. Охват P3 стопроцентно достижим множеством IPS и OLED устройств, проверено со спектрофотометром неоднократно при калибровке. Стопроцентный P3 - это вся современная техника Apple, помимо всего прочего. Маленький и самый дешевый, старый охват sRGB также пока во всю используется, и даже явно объявлен в разметке CSS 4 версии охватом по умолчанию, помимо доступных там же в @media - P3 и rec2020. Устройств отображения полного "виртуального" охвата ProPhoto RGB не существовало и не будет существовать по причинам, изложенным выше. Также часть устаревших и новых устройств отображения не похожи ни на один стандартизированный цветовой охват, что делает их использование менее удобным на практике. Всего ~60% от крохотного sRGB может встретиться даже на профессиональных матрицах IPS, пошедших в массы по невысокой цене. Некоторые магазины (например Яндекс-маркет) даже сейчас в 2024 году не умеют ранжировать мониторы, ноутбуки и телевизоры по цветовому охвату, что делает приобретение устройства отображения с нужными цветовыми характеристиками нормальным таким квестом даже для колориста. По ссылке хотя бы можно отранжировать ноутбуки, мониторы и телевизоры по процентному отношению объема охвата к большому DCI-P3.

Большой цветовой охват имеет прямое отношение к моей издательско-полиграфической сфере деятельности. На малом охвате sRGB офисных мониторов нельзя правильно увидеть голубую и желтую краску европейской триады на мелованной бумаге, очень много насыщенных пантонов вылетают за охват sRGB. Ранее я выбирал мониторы в охвате Adobe RGB, теперь выбираю в еще большем охвате Dispaly P3. P3 сейчас популярен у производителей, в этом секторе профессиональных дисплеев высокая конкуренция, отчего цены приятно радуют. И P3 присутствует в обеих топовых технологиях - ips и OLED.
Ответить

Вернуться в «Колориметрия - наука о цвете: теория и практика»