XYZ (версия Миг)

Рис.1 Спектр смешения цветов: красного, зелёного, синего

Рис. 2. Схема аддитивного смешивания цвета

CIE 1931 цветовое пространство RGB и CIE 1931 XYZ — цветовые пространства были созданы Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году.

CIE XYZ — цветовое пространство образовано от серии экспериментов, проведенных в конце 1920-х годов Уильям Дэвид Райт и Джон гильдии. 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 положения

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.. 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 RGB

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". 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 цвета

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. также

• Математика цветного зрения (версия Миг)
• Цвет (версия Миг)
• Свет (версия Миг)
• Электромагнитное излучение