Сколько цветов и оттенков может различить человеческий глаз в одной сцене? - Фотопедия
20 голосов
/

Сколько различных цветов, оттенков, оттенков и оттенков может различить средний человек в одной сцене? Другими словами, какая теоретическая глубина в битах требуется для записи фотографии со всей визуальной информацией, которую воспримет человек?

Я видел ответы в диапазоне от 200 000 до 20 000 000, и трудно разобраться в авторитете. И термин «цвет» неоднозначен - подразумевается ли только оттенок, или же включены различия в насыщенности и яркости?

Ответы [ 4 ]

25 голосов
/

При обсуждении количества цветов, воспринимаемых человеческим глазом, Я имею в виду 2,4 миллиона цветов в цветовом пространстве XYZ CIE 1931. Это довольно солидное, научно обоснованное число, хотя я признаю, что это может быть ограничено в контексте. Я думаю, что человеческий глаз может быть чувствительным к 10-100 миллионам различных "цветов" , когда речь идет о цветности и яркости.


Я буду основывать свой ответ на работе, проделанной CIE, которая началась в 1930-х годах и снова прогрессировала в 1960-х годах, с некоторыми улучшениями алгоритмов и точности формул за последние пару десятилетий. Когда дело доходит до искусства, включая фотографию и печать, я думаю, что работа, проделанная CIE, особенно актуальна, поскольку она является основой коррекции цвета и современных математических цветовых моделей и преобразования цветового пространства.

CIE, или Международная комиссия по аккредитации , в 1931 году учредила " CIE 1931 XYZ ". Это цветовое пространство представляло собой график цвета полной чистоты, нанесенный на карту от 700 нм (ближний инфракрасный красный) до 380 нм (ближний ультрафиолетовый), и проходил через все длины волн «видимого» света. Это цветовое пространство основано на человеческом зрении, которое является тристимулом, созданным тремя типами конусов в наших глазах: короткие, средние и длинные волны, которые соответствуют длинам волн 420-440 нм, 530-540 нм и 560-580 нм. , Эти длины волн соответствуют синему, зеленому и желто-красному (или оранжево-красному) основным цветам. (Красные конусы немного уникальны в том смысле, что их чувствительность имеет два пика, основной в диапазоне 560-580 нм, а также второй в диапазоне 410-440 нм. Эта двойная чувствительность указывает на то, что наши "красные" конусы на самом деле это могут быть «пурпурные» колбочки с точки зрения фактической чувствительности.) Кривые отклика на тристимул получены из поля зрения фовеа под углом 2 °, где наши колбочки наиболее сконцентрированы, а наше цветовое зрение при средней и высокой интенсивности освещения в лучшем виде.

Фактическое цветовое пространство CIE 1931 отображается на основе значений трехстимульных значений XYZ, которые сгенерированы из производных красного, зеленого и синего, основанных на фактических значениях красного, зеленого и синего цветов (аддитивная модель). Значения трехстимульных значений XYZ настроены для «стандартного источника света», который обычно представляет собой сбалансированный солнечный свет белого цвета 6500K (хотя исходное цветовое пространство CIE 1931 было создано для трех стандартизованных источников света A 2856K, B 4874K и C 6774K) и взвешено в соответствии со «стандартным наблюдателем» «(на основе этого поля зрения в 2 °). Стандартный цветовой график CIE 1931 XYZ имеет форму« подковы »и заполнен диаграммой« цветности »чистых« цветов », охватывающей диапазон оттенков от 700 нм до 380 нм, и в диапазоне насыщенность от 0% по центру в белой точке до 100% по периферии. Это график «цветности», или цвет без учета интенсивности (или цвет с максимальной интенсивностью, чтобы быть наиболее точным). Этот график, согласно некоторым исследованиям (ожидающие ссылки), представляет около 2,38 миллиона цветов что человеческий глаз может обнаружить при умеренно интенсивном освещении примерно ту же цветовую температуру и яркость дневного света (не солнечный свет, который ближе к 5000k, а солнечный свет + свет голубого неба, около 6500k.)


Итак, может ли человеческий глаз обнаружить только 2,4 миллиона цветов? Согласно работе, проделанной CIE в 1930-х годах, под определенным источником света, который соответствует интенсивности и цветовой температуре дневного света, при учете только 2 ° колбочек, сконцентрированных в ямке наших глаз, тогда кажется, что мы действительно можем увидеть 2,4 миллиона цветов.

Однако спецификации CIE ограничены по объему. Они не учитывают разные уровни освещенности, освещенности различной интенсивности или цветовой температуры или тот факт, что у нас больше колбочек, распределенных по крайней мере на 10 ° в области наших сетчатки вокруг фовеа. Они также не учитывают тот факт, что периферические колбочки кажутся более чувствительными к синему, чем колбочки, сконцентрированные в фовеа (в основном это красные и зеленые колбочки).

Уточнения к диаграммам цветности CIE были сделаны в 60-х и снова в 1976 году, что уточнило «стандартного наблюдателя», чтобы включить в наши сетчатки полное чувствительное к цвету пятно на 10 °. Эти усовершенствования стандартов CIE никогда не находили широкого применения, и обширные исследования чувствительности цвета, которые были проведены в связи с работой CIE, были в значительной степени ограничены исходным графиком цветового пространства и цветности CIE 1931 XYZ.

Учитывая ограничение цветовой чувствительности всего лишь в 2 ° пятна в фовеа, существует высокая вероятность того, что мы сможем увидеть более 2,4 миллиона цветов, особенно простирающихся на блюз и фиалку. Это подтверждается уточнениями 1960-х к цветовым пространствам CIE .


Тон, возможно, лучше обозначенный светимостью (яркость или интенсивность цвета), является еще одним аспектом нашего видения. Некоторые модели сочетают в себе цветность и яркость, тогда как другие четко разделяют их. Человеческий глаз содержит сетчатку, состоящую из обоих колбочек ... чувствительных к «цвету» устройств, а также палочек, которые не зависят от цвета, но чувствительны к изменениям светимости. Человеческий глаз имеет в 20 раз больше палочек (94 миллиона), чем колбочек (4,5 миллиона). Стержни также примерно в 100 раз более чувствительны к свету, чем колбочки, способные обнаруживать один фотон. Кажется, что стержни наиболее чувствительны к сине-зеленым длинам волн света (около 500 нм) и имеют более низкую чувствительность к красноватым и ближним ультрафиолетовым длинам волн. Следует отметить, что чувствительность стержней является кумулятивной, поэтому, чем дольше наблюдается статическая сцена, тем яснее будет восприниматься разумом уровень яркости в этой сцене. Быстрые изменения в сцене или панорамирование уменьшат способность различать тонкую градацию тонов.

Учитывая гораздо большую чувствительность стержня к свету, логично заключить, что люди имеют более тонкую и четкую чувствительность к изменениям интенсивности света, чем к изменениям оттенка и насыщенности, когда человек наблюдает статическую сцену в течение некоторого времени. , Как именно это влияет на наше восприятие цвета и как оно влияет на количество цветов, которые мы можем видеть, я не могу точно сказать. Простой тест тональной чувствительности может быть выполнен вечером ясного дня, как солнце садится. Голубое небо может варьироваться от почти бело-голубого до темно-темно-синего. В то время как оттенок такого неба охватывает очень маленький диапазон, градация тонов огромна и очень хороша. Наблюдая за таким небом, можно увидеть бесконечно плавное изменение цвета от ярко-бело-голубого до небесно-голубого и темно-синего до полуночи.


Исследования, не связанные с работой CIE, показали широкий диапазон «максимальных цветов», которые может воспринимать человеческий глаз. Некоторые имеют верхний предел в 1 миллион цветов, в то время как другие имеют верхний предел в 10 миллионов цветов. Более поздние исследования показали, что у некоторых женщин есть уникальный четвертый тип колбочек, «оранжевый» конус, который может увеличить чувствительность до 100 миллионов, однако в этом исследовании учитывались как цветность , так и светимость ». цвет".

В конечном итоге возникает вопрос: можем ли мы отделить цветность от яркости при определении «цвета»? Предпочитаем ли мы определять термин «цвет» для обозначения оттенка, насыщенности, и яркости света, который мы воспринимаем? Или лучше разделить их, сохранить цветность отличной от яркости? Сколько уровней интенсивности может реально видеть глаз, и сколько различий в цветности? Я не уверен, что на эти вопросы действительно был дан научный ответ.


Другой аспект восприятия цвета связан с контрастом. Легко почувствовать разницу в двух вещах, когда они хорошо контрастируют друг с другом. При попытке визуально определить, сколько «цветов» можно увидеть, глядя на различные оттенки красного цвета, может быть довольно сложно определить, являются ли два одинаковых оттенка разными или нет. Тем не менее, сравните оттенок красного с оттенком зеленого, и разница очень очевидна. Сравните этот оттенок зеленого по очереди с каждым оттенком красного, и глазу будет легче заметить различия в оттенках красного по периферийному отношению друг к другу, а также в отличие от зеленого. Все эти факторы являются аспектами зрения нашего разума, который является гораздо более субъективным средством, чем сам глаз (что затрудняет научную оценку цветового восприятия вне области действия самого глаза). может быть в состоянии обнаружить гораздо более четкие цвета в контексте , чем настройки без какого-либо контраста вообще.

3 голосов
/

150: количество оттенков, которые глаз может различить в спектре.

1 000 000: количество цветов (комбинаций оттенка, насыщенности и яркости), которые глаз может различать при оптимальных лабораторных условиях.

С visualexpert.com

Однако, похоже, это спорный вопрос.

2 голосов
/

Пара баллов.

  1. Один миллион различимых цветов, даже если они истинны, в лучшем случае относится к идеальным лабораторным условиям. В реальном мире число, несомненно, будет намного, намного меньше. Вы можете смело игнорировать все эти разговоры о миллионах цветов.

  2. В фотографии динамический диапазон - это небольшая часть динамического диапазона сцены, поэтому вы все равно не сможете воспроизвести многие цвета. Все технологии значительно расширяют диапазон производства цветов. Особенно принты.

  3. Количество необходимых битов зависит не только от количества цветов. Цветовое пространство не является линейным (см. Закон Вебера, закон Фехнера, эллипсы Мак-Адама и т. Д.), Поэтому вы не можете просто разбить цветовое пространство на серию шагов одинакового размера на основе количества бит. Вам всегда понадобится намного больше битов, чем предполагает количество цветов. 24 бита дают 16 миллионов цветов, но все равно не дают хороших изображений. Вам нужно не менее 10 или 12 бит на цвет для создания плавных градиентов без полос.

1 голос
/

Чтобы дать вам представление: большинство мониторов утверждают, что способны отображать примерно 16 миллионов цветов. Дешевле панели на самом деле только 6 бит / канал, и использовать смешивание, чтобы смешать 16 миллионов. Это на самом деле заметно! (некоторые используют анимированное сглаживание, там вы можете увидеть это как слабый мерцающий эффект) На мой взгляд, действительно 24 бит (8 / канал) действительно необходимы для хороших плавных переходов цвета.

«Что, в свою очередь, поднимает вопрос: действительно ли форматы, которые используют 48 бит, 16 на канал, на самом деле больше, чем необходимо?»

  • Это зависит от того, для чего вы хотите его использовать. Просто для отображения на экране, да. Но если вы хотите работать с изображением или в качестве входного формата, нет.
...