Spații color digitale: o analogie simplă ajută la înțelegere

Conţinut

• sMPH
• aMPH
• ProMPH
• Analogie cu spațiile de culoare sRGB, aRGB și ProPhotoRGB
• Date sRGB decodate folosind profilul aRGB
• Date aRGB decodate folosind profilul sRGB
• Profiluri lipsă, conversia profilului și atribuirea profilului
• Profiluri lipsă
• Atribuiți profilul
• Convertiți în profil
• Concluzie
• Mulțumiri

Consultant in inginerie si fotograf profesionist cu 40 de ani de experienta in imagistica digitala.

Meritele sRGB, AdobeRGB (aRGB) și ProPhotoRGBspațiile de culoare sunt frecvent subiectul dezbaterii și unele confuzii. Încercările novicilor de a înțelege principiile din spatele acestor spații de culoare sunt adesea împiedicate de transformările matematice complexe, tridimensionale, utilizate pentru a le descrie.

Această dificultate poate fi depășită referindu-se la o analogie liniară unidimensională simplă care descrie trei metode fictive de codificare a vitezei vehiculului, denumite în mod corespunzător (prin analogie) sMPH, aMPH și ProMPH. Această analogie ilustrează modul în care datele de imagine sunt codificate și convertite între spațiile de culoare și ce se întâmplă atunci când imaginile sunt convertite sau redate incorect. Acest articol se încheie cu exemple de imagini reale și sintetizate redate în diferite spații de culoare.

sMPH

Să presupunem că inginerii au dorit să înregistreze variația vitezei înainte a unui autovehicul la intervale de o secundă pe durata fiecărei călătorii. Vehiculul are un senzor care asigură citiri de viteză de la 0,0 la 100,0 mph cu 1 zecimală la intervale de 1 secundă. Dându-și seama că nu aveau nevoie de precizie de 0,1 mph și că aveau nevoie să minimizeze cerințele de stocare a memoriei pentru călătorii lungi, inginerii au decis să stocheze fiecare citire a vitezei într-un singur octet de 8 biți (care poate stoca doar valori între 0-255). Au conceput o metodă simplă de codificare care a înmulțit citirile senzorilor cu 2,5 și apoi a fost rotunjită la cel mai apropiat număr întreg. Ei au numit acest proces „codificare MPH standard” sau sMPH pe scurt.

sMPH citire codificată = ROUND (2,5 x citire senzor)

Prin urmare, o viteză de 100,0 mph poate fi codificată într-un singur octet de 8 biți cu o valoare de 250. Pentru a recupera datele originale, procesul este pur și simplu inversat. Ei au numit acest proces decodare SMPH.

Lectură decodificată = sMPH citire codificată / 2.5

sMPH codificarea a permis ca citirile de viteză de la 0,0 - 100,0 mph să fie stocate ca octeți unici de 8 biți cu valori cuprinse între 0 - 250. Precizia a fost totuși redusă de la 0,1 mph la 1 / 2,5 = 0,4 mph. Această reducere a preciziei ajută la comprimarea datelor pentru stocare.

Realizând că cerințele s-ar putea schimba în viitor, inginerii au decis că fișierele de sMPH datele ar trebui să conțină detalii despre procesul de codificare / decodare sMPH („profilul sMPH”) încorporat în fișier. Acest lucru ar asigura că viitorii utilizatori ai fișierelor de date ar ști că datele din interior sunt codificate sMPH și că ar cunoaște modul corect de recuperare (decodare) a datelor.

Procesul de codificare și decodare sMPH este prezentat schematic în Figura 1.

aMPH

Pe măsură ce inginerii avansați în tehnologie au decis că trebuie să înregistreze viteze ale vehiculelor care pot călători mai repede (până la 125 mph) folosind un format de fișier similar (1 octet / citire). Pentru a realiza acest lucru, au conceput o nouă metodă de codificare și decodare pe care au numit-o „Advanced MPH” sau aMPH pe scurt. Pentru a acoperi intervalul de viteză extins, au schimbat factorul de codificare și decodare de la 2,5 la 2,0

aMPH citire codificată = ROUND (2,0 x citire senzor)

Prin urmare, o viteză de 125,0 mph poate fi codificată într-un byte de 8 biți cu o valoare de 250. Pentru a recupera datele originale, procesul este pur și simplu inversat. Ei au numit acest proces este o decodare a MPH.

Lectură decodificată = aMPH citire codificată / 2.0

Codificarea aMPH permite ca citirile de viteză de la 0,0 - 125,0 mph să fie stocate ca octeți de 8 biți cu valori cuprinse între 0 - 250. Precizia a fost totuși redusă prin compresia suplimentară a datelor de la 0,4 mph (sub codificare sMPH) la 0,5 mph ( sub codificare aMPH). Deci, deși aMPH fișierele pot conține date pentru un interval de viteză cu 25% mai mare decât sMPH, precizia la care sunt înregistrate aceste viteze a fost redusă cu 20%.

Pentru a permite distingerea fișierelor aMPH de fișierele sMPH, acestea au încorporat detaliile procesului „codificare / decodare aMPH” („profilul aMPH”) în fișier. Acest lucru ar asigura că viitorii utilizatori ai fișierelor de date ar ști automat că datele din interior sunt codificate aMPH și că este modul corect de a recupera (decoda) datele și nu ar trebui să utilizeze în mod greșit procesul sMPH.

Procesul de codificare și decodificare aMPH este prezentat schematic în Figura 2.

ProMPH

Pe măsură ce tehnologia a avansat din nou, s-a decis că sistemul trebuie adaptat în continuare pentru a permite codificarea și decodarea vitezei de până la 150 mph. Acest lucru a fost realizat prin schimbarea factorului de codificare și decodare la 5/3 și au numit acest proces codare MPH profesională (ProMPH pe scurt).

ProMPH citire codificată = ROUND (5 x citire senzor / 3)

Prin urmare, o viteză de 150,0 mph poate fi codificată într-un octet de 8 biți cu o valoare de 250. Pentru a recupera datele originale, procesul este pur și simplu inversat. Ei au numit acest proces este decodarea ProMPH.

Citire decodificată = 3 x ProMPH citire codificată / 5

Rețineți că utilizarea codificării ProMPH a mărit intervalul de viteze care poate fi stocat cu 50% (față de sMPH). Dar aceasta reduce precizia la care viteza este înregistrată cu 33% la 0,6 mph. Realizarea acestei reduceri devenea semnificativă, inginerii au recomandat acest lucru pentru aplicații de înaltă precizie ProMPH datele ar trebui stocate în doi octeți (modul pe 16 biți).

Analogie cu spațiile de culoare sRGB, aRGB și ProPhotoRGB

Dacă sMPH, aMPH și ProMPH sunt înlocuite conceptual cu sRGB, aRGB și ProPhotoRGB și viteza vehiculului este înlocuită cu bogăția de culoare (viteză mai mare = culoare mai bogată), este posibil să se stabilească paralele între procesul descris mai sus și cele utilizate pentru stocarea datelor de imagine.

Când se creează un fișier imagine sRGB, datele senzorului de imagine sunt codificate utilizând standardul sRGB și informațiile profilului sRGB sunt (de obicei) încorporate în fișier, astfel încât datele să poată fi decodate corect automat.

Standardele aRGB și ProPhotoRGB au fost dezvoltate pentru a permite stocarea culorilor din ce în ce mai bogate în fișier, într-un mod similar cu care aMPH și ProMPH permit codificarea unor viteze din ce în ce mai mari.

Puterea analogiei devine clară atunci când analizăm ce se întâmplă atunci când fișierele sunt decodificate folosind un standard diferit de cel folosit pentru codificarea datelor. De exemplu, ce se întâmplă dacă datele de imagine sRGB sunt decodate folosind un profil RGB sau invers? Aceste două exemple sunt luate în considerare mai jos.

Date sRGB decodate folosind profilul aRGB

Acest lucru este analog cu utilizarea aMPH proces de decodare a datelor de viteză care au fost codificate cu sMPH. Efectele acestui lucru sunt prezentate în Figura 3 de mai jos. Rețineți că o viteză reală a vehiculului de 100 mph a fost decodificată incorect la 125 mph. Datele decodate indică faptul că vehiculul merge mai repede decât era cu adevărat. Prin urmare, prin analogie, când sRGB datele sunt decodate (redate) folosind un aRGB profil, culorile vor fi afișate incorect și vor apărea mai bogate decât ar trebui. Situația se agravează dacă sRGB fișierele sunt redate folosind un ProPhotoRGB profil, deoarece culorile vor apărea încă mai bogate.

Date aRGB decodate folosind profilul sRGB

Acest lucru este analog cu utilizarea sMPH proces de decodare a datelor de viteză care au fost codificate cu aMPH. Efectele acestui lucru sunt prezentate în Figura 4 de mai jos. Rețineți că o viteză reală a vehiculului de 125 mph a fost decodificată incorect la 100 mph. Datele decodificate indică faptul că vehiculul merge mai lent decât era cu adevărat. Prin urmare, prin analogie, când aRGB datele sunt decodate (redate) folosind un sRGB profil, culorile vor fi afișate incorect și vor apărea mai dezactivate decât ar trebui. Situația se agravează dacă a ProPhotoRGB fișierul este redat folosind un fișier sRGB profil, deoarece culorile vor apărea și mai dezactivate.

Profiluri lipsă, conversia profilului și atribuirea profilului

Dacă fișierele sunt codificate corect și includ profilul relevant, nu ar trebui să apară erori incorecte de decodare. Dar există diverse scenarii în care pot apărea probleme sau sunt necesare compromisuri.

Profiluri lipsă

Dacă profilul utilizat pentru codificarea datelor lipsește din fișier, nu este clar cum ar trebui decodate datele. Multe sisteme presupun sRGB ca profil implicit și va aplica acel profil pentru a decoda datele. Acest lucru este în regulă dacă datele au fost codificate folosind sRGB, dar dacă aRGB sau ProPhotoRGB a fost folosit în schimb, culorile decodificate vor fi redate incorect și vor apărea mai dezactivate decât ar trebui (analog scenariului din Figura 4).

Pentru a evita crearea de fișiere cu profiluri lipsă, este recomandabil să încorporați profilul de culoare în fișierul imagine atunci când salvați. Photoshop oferă o casetă de selectare pentru „Încorporați profilul de culoare” atunci când salvați imagini. Photoshop poate fi, de asemenea, setat să dea avertismente atunci când deschideți imagini cu profiluri lipsă și să întrebați ce să faceți. Aceste setări se găsesc în secțiunea Politici de gestionare a culorii din meniul Editare> Setări culoare ... Se sugerează ca toate căsuțele din această secțiune să fie bifate, așa cum se arată în Figura 5.

Atribuiți profilul

Photoshop permite utilizatorului să atribuie un profil (Editare> Alocare profil ...) unei imagini cu un profil lipsă sau să suprascrie profilul existent. Această opțiune trebuie utilizată cu precauție. Culorile din imagine vor fi redate incorect dacă profilul atribuit unei imagini nu este același cu cel folosit pentru a codifica inițial imaginea. Atribuirea unui profil diferit poate fi utilizată în mod creativ pentru a face culorile să pară mai bogate sau mai dezactivate, dar poate fi mai convenabil să reglați glisorii de saturație sau vibrație, deoarece acestea permit un control mai mare. Cu toate acestea, opțiunea „Conversie în profil ...” ar trebui utilizată pentru a schimba o imagine de la un profil la altul fără a modifica semnificativ culorile.

Convertiți în profil

Photoshop permite utilizatorilor să convertească (Editați> Conversie în profil ...) imagini de la un profil la altul. Această operație funcționează după cum urmează. În primul rând, datele imaginii sunt decodificate folosind profilul original, apoi (după o anumită ajustare, dacă este necesar *), datele sunt codificate folosind noul profil. *Deși procesul de conversie poate avea un anumit efect asupra culorilor din imagine, există diverse setări care pot fi utilizate pentru a controla orice ajustări care ar putea fi necesare, așa cum se arată în secțiunea Opțiuni de conversie din meniul prezentat în Figura 5. O descriere detaliată dintre diferitele opțiuni depășește în prezent domeniul de aplicare al acestui document, dar există unele potențiale compromisuri de care trebuie să fii conștient.

• În cazul în care un ProPhotoRGB imaginea conține o gamă foarte largă de culori, apoi convertirea într-un spațiu de culoare cu o gamă mai mică (de ex. sRGB) va provoca unele modificări ale culorii. Culorile pot fi decupate sau nesaturate ușor, în încercarea de a „stoarce” gama de culori mai mare în spațiul de culoare mai mic. Acest proces nu este reversibil. Conversia a ProPhotoRGB imagine pentru sRGB pierde informații de culoare care nu poate fi recuperat prin conversia din sRGB înapoi ProPhotoRGB.
• Un compromis similar are loc, dar într-o măsură mai mică la conversia din ProPhotoRGB la aRGB, sau din aRGB la sRGB. Din nou procesul nu este reversibil.

Deși aceste compromisuri pot părea descurajante, trebuie amintite câteva puncte cheie.

• Diferențele vizuale dintre s redate corectRGB, aRGB și ProPhotoRGB imaginile sunt relativ mici. Într-adevăr, pe monitoarele și imprimantele de calitate pentru consumatori, acestea pot fi dificil de observat. Chiar și pe monitoarele și imprimantele de calitate profesională, diferența vizuală este adesea mult mai puțin vizibilă decât ar putea sugera dimensiunile relative ale spațiilor de culoare.
  
  Figura 6 oferă un exemplu. Această figură a fost produsă prin crearea ProPhotoRGB, aRGB și sRGB versiuni ale aceleiași imagini RAW ale unui Target Color Checker Target și apoi redarea corectă a tuturor în Photoshop și realizarea unei capturi de ecran. Evident, există limitări în această comparație, deoarece toate imaginile au fost redate pe un monitor cu spațiu color limitat. Prin urmare, pentru a depăși această limitare, fișierele jpeg utilizate pentru a produce figurile 6-10 sunt disponibile on-line aici. Imaginile pot fi descărcate și comparate pe ecran sau ca tipărituri.

• Diferențele vizuale dintre imaginile redate incorect sunt mult mai vizibile și clar vizibile pe ecran, așa cum este ilustrat în Figura 7 de mai jos. Această figură a fost produsă prin crearea ProPhotoRGB, aRGB și sRGB versiuni ale unei imagini RAW ale unui Target Color Checker Target și apoi atribuirea unor profiluri greșite unora dintre ele. Imaginea centrală este o captură de ecran a sRGB imagine redată în Photoshop utilizând corect sRGB profil. Imaginile din jur (redate incorect) sunt capturi de ecran ale sRGB, aRGB și ProPhoto imaginile redate în Photoshop cu un profil greșit sunt atribuite, după cum se indică. Rețineți că diferențele sunt acum mult mai evidente decât cele prezentate în Figura 6.

• Unele dintre imaginile de pe internet, care sunt folosite pentru a demonstra diferențele dintre fiecare spațiu de culoare, sunt produse prin generarea diferiților gradienți de spectru în sRGB, aRGB și ProPhotoRGB spații de lucru folosind Photoshop. Aceste imagini trebuie interpretate cu prudență, deoarece conțin o gamă largă de culori produse matematic. Aceste culori sunt concentrate la marginile fiecărui spațiu de culoare pentru a sublinia în mod deliberat diferențele dintre fiecare spațiu de culoare. Astfel de culori pot fi situate în afara gamei la care sunt sensibile camerele digitale tipice sau pot apărea în scene normale. Datele gradientului de spectru create de instrumentul de completare a gradientului din Photoshop nu sunt, de asemenea, codificate (convertite) pentru a se potrivi unui anumit spațiu de culoare. Aceleași valori numerice RGB sunt pur și simplu inserate în imagine și apoi decodate folosind orice profil de spațiu de culoare este atribuit imaginii. Fiecare pixel generat conține cel puțin o culoare care este complet saturată (valoare = 255). Acest lucru este analog cu completarea fișierului de date despre viteza vehiculului cu valori cuprinse între 0-250 și apoi examinarea modului în care fiecare metodă de decodare (sMPH, aMPH sau ProMPH) interpretează aceste date.
  
  Exemple de gradient de spectru încrucișat cu un gradient de luminozitate (adesea denumit grafic Granger) creat în fiecare spațiu de culoare sunt prezentate în Figura 8. Acest test extrem arată diferențe clare între spațiile de culoare.

• Exemple de gradiente de spectru simple create în fiecare spațiu de culoare sunt prezentate în Figura 9. Din nou, acest test extrem arată diferențe vizibile clare între spațiile de culoare.

• Comparațiile dintre imaginile sintetizate ca acestea sunt adesea folosite pentru a sprijini recomandările de utilizare a AdobeRGB sau ProPhotoRGB în loc de sRGB.
• In orice caz…. diferențele dintre imaginile camerei digitale ale scenelor reale, luate în format RAW, apoi prelucrate în fiecare dintre spațiile de culoare și redate corect, vor fi mai puțin vizibile, mai ales atunci când sunt vizualizate sau tipărite pe monitoare și imprimante de calitate pentru consumatori. Acest lucru este ilustrat de următoarele imagini ale unui spectru real creat de lumina soarelui care trece printr-o prismă și proiectat pe o foaie albă de hârtie pentru a produce o culoare saturată de culori naturale. Imaginea RAW a fost procesată pentru a produce sRGB, AdobeRGB și ProPhotoRGB versiuni. Figura 10 prezintă un montaj al celor trei imagini.

Concluzie

Sperăm că cele de mai sus au oferit o perspectivă utilă asupra unora dintre elementele de bază din spatele spațiilor digitale de culoare. În concluzie, am trei recomandări.

1. Efectuați propriile teste pentru a determina care spațiu de culoare se potrivește cel mai bine nevoilor dvs.
2. Asigurați-vă că imaginile dvs. sunt încorporate / etichetate cu orice profil selectați.
3. Verificați dacă instrumentele de editare sunt setate pentru a verifica spațiul de culoare al oricărei imagini deschise.

Mulțumiri

1. Photoshop este o marcă înregistrată a Adobe Systems Incorporated
2. Reprezentările grafice ale spațiilor de culoare sRGB, AdobeRGB și ProPhotoRGB din figura de deschidere au fost produse folosind aplicația ColorSync Utility - drept de autor Apple Inc.