Почему камеры не снимают с использованием цветовой модели CIE XYZ?

Question

Если цветовая модель CIE XYZ - лучшее представление того, что видят люди, то почему массивы CCD в камерах не собирают данные способом, который сопоставляется с ними, а не с моделью RGB?

Это кажется мне особенно странным, поскольку пространство RGB является подходящим подмножеством CIE XYZ, что означает, что есть цвета, которые могут видеть люди, которые не могут быть представлены с помощью RGB, верно?

Если причина в дисплеях, то тот же вопрос относится и к дисплеям. Почему они не отображаются с использованием модели CIE XYZ?

Answer 1

В настоящее время фильтры XYZ производятся с использованием технологии тонких пленок. Это не очень дешево и не очень подходит для мультимегапиксельных датчиков. Это также приводит к несколько острым кривым спектрального отклика, особенно проблематичным, когда источник света имеет остроконечный спектр, такой как флуоресцентные трубки и некоторые вспышки. Еще одной причиной могут быть более высокие уровни шума, поскольку фильтры XYZ допускают очень низкий коэффициент пропускания в определенных областях спектра.

Для дисплеев проблема также в источнике света. Чтобы эффективно применять XYZ-фильтры, источник света должен иметь очень плавное спектральное распределение мощности и быть близким к таковому для черного тела при температуре около 5500K, что в настоящее время недоступно.

Answer 2

Посмотрите на копию диаграммы цветности. Обратите внимание, что вдоль оси X или Y нет цветов. XYZ представляет воображаемые цвета, а не реальные цвета. Невозможно сделать датчик XYZ.

Происхождение пространства XYZ происходит из стандартных экспериментов с наблюдателями. При комбинировании красного, зеленого и синего тестовых цветов для получения цветов спектра было много случаев, когда совпадение не могло быть выполнено. Чтобы получить соответствие, один из тестовых цветов был добавлен к спектральному цвету, а два других тестовых цвета были отрегулированы для соответствия. Это то же самое, что добавить отрицательное значение этого тестового цвета. Для целей CIE отрицательные значения не были проблемой, но это было до компьютеров, когда все вычисления выполнялись вручную. Отрицательные значения привели к человеческим ошибкам. Решение состояло в том, чтобы преобразовать значения RGB в другое цветовое пространство, которое не содержало отрицательных значений. Это цветовое пространство XYZ. Чисто математическая конструкция для уменьшения человеческих ошибок в математических задачах.

XYZ используется сегодня, так как это и цветовая модель, и цветовое пространство. Заданный набор чисел представляет определенный цвет, если он соответствует границам, установленным на диаграмме цветности. RGB - это цветовая модель, а не цветовое пространство. ARGB и sRGB - это цветовые пространства.

Answer 3

В захвате используются фактические кривые пропускания пигментов, используемых для изготовления фильтров.

Необработанный файл , что , с неявным устройством «входное цветовое пространство». Превращение в значимые значения в некоторых стандартных spqce - это то, что делают необработанные конвертеры. Вы можете выполнить калибровку с помощью средства проверки цвета и программного обеспечения от X-rite, либо довериться, что профили производителя или профили Adobe достаточно близки.

См. Этот ответ , где я спрашивал об этом: не предполагая, что они RGB, но что являются ими?

Я поражен сходством между сенсорными фильтрами и человеческим глазом. Это реальный ответ: реагировать таким же образом при разных условиях освещения, как и мы, чтобы не получать смешных цветовых сдвигов при разных типах освещения.

Answer 4

На самом деле, для получения точных цветов камеры должны фильтровать по кривым веса XYZ или LMS. Любая другая линейная комбинация фильтров LMS с неотрицательными весами приемлема, если они дают вам лучшее отношение сигнал / шум, чем LMS.

Это фильтры RGB, которые невозможно реализовать, потому что они имеют некоторые отрицательные веса вдоль кривых (длина волны). Если вы попытаетесь реализовать некоторое цветовое пространство RGB непосредственно на датчике (то есть с фильтрами Байера), то вы гарантированно допустите колориметрические ошибки. Вы не можете сделать оптические фильтры с отрицательным усилением.

Наши глаза имеют фильтры LMS (длинные-средние-короткие, примерно эквивалентные красно-зелено-голубым). CIE XYZ являются производными от того, что они просто неотрицательны, и поэтому яркость определяется только Y. Это более удобно для науки о цвете. ACES RGB - еще одно идеальное преобразование, удобное для цифрового кинопроизводства.

Данные в любом другом цветовом пространстве RGB (например, sRGB = Rec.709, Adobe, DCI P3, UHD = Rec.2020) могут быть получены вычислительным путем из XYZ или ACES с помощью матрицы 3x3 в линейном свете. Такая матрица будет иметь до 6 отрицательных коэффициентов, поэтому любые цвета вне гаммы будут давать некоторые отрицательные значения RGB. Они не могут быть обработаны OECF (гамма-функцией), поэтому, если вы не сохраните значения линейного освещения со знаком, их придется устранить с помощью отображения гаммы (или просто отсечения до 0). Цвета в гамме все еще могут быть точными, потому что математика точна.

Чем больше цветовое пространство по отношению к цветовой гамме вашей сцены (большая часть мира не настолько широка), тем меньше у вас проблем с отсечкой гаммы. Для научных целей существуют камеры XYZ, они могут воспроизводить именно то, что видят глаза. Мультиспектральные камеры с более чем 3 основными цветами могут даже видеть больше, чем человеческие глаза могут различить. Они буквально раскрывают невидимое.

Вкратце: датчик XYZ - отличная идея. Я подозреваю, что в режиме RAW это то, что вы должны получить. Преобразование в ограниченное цветовое пространство RGB выполняется во время необработанной обработки, и тогда вы можете потерять некоторую цветовую гамму.

PS: не путайте дизайн камеры с дизайном цветного дисплея. Дисплей XYZ невозможен, для очень широкой гаммы требуется много основных цветов (например, 2 зеленых). Камера с широкой гаммой тривиально проста, но она выдает слабосигнальные сигналы, поэтому могут возникнуть некоторые проблемы с шумом.