Pourquoi les espaces colorimétriques n'utilisent-ils pas tout le spectre chromatique?

Jetez un œil au diagramme de chromaticité CIE 1931 illustré avec la gamme d'espace colorimétrique sRGB. Pourquoi certaines couleurs sont-elles intentionnellement laissées en dehors des espaces colorimétriques, comme vous le voyez ci-dessous? Pourquoi ne pas simplement inclure toutes les couleurs?

sRGB est un espace colorimétrique développé par HP et Microsoft en 1996. Les moniteurs CRT étaient courants et, par conséquent, sRGB était basé sur les caractéristiques des capacités de ces moniteurs. Un bon compte rendu de l'histoire et des raisons peut être trouvé ici .

Les coordonnées chromatiques et les couleurs disponibles ont été choisies sur ce que les phosphores utilisés dans les CRT pouvaient produire à l'époque. Considérez que ni les tirages ni les moniteurs TFT ou CRT ne peuvent reproduire le spectre de lumière visible complet.

Un programme sur un PC ou une caméra qui veut contrôler un moniteur utilisera des valeurs discrètes. Si vous utilisez un espace colorimétrique plus grand, les étapes entre les différentes couleurs deviennent grossières à moins que vous n'utilisiez un type de données plus grand (exemple: Adobe RGB avec 8 bits). Alors que les informations d'image dans un espace colorimétrique plus grand avec un type de données plus grand utilisent plus de mémoire et nécessitent plus de puissance de traitement (exemple: Adobe RGB avec 16 bits). Cette valeur numérique sera transformée en un signal analogique (généralement une tension) à un certain stade puis en quelque chose de visible (pour les CRT: un écran phosphorescent excité par des électrons accélérés).

La résolution pour convertir une entrée numérique en un signal analogique est une autre limite en raison du coût, de la taille et de la technologie.

Par conséquent, l'adaptation de sRGB aux moniteurs CRT à l'époque permettait une bonne résolution entre les couleurs tout en minimisant les exigences matérielles.

Le diagramme de chromaticité CIE 1931 représente toutes les couleurs que l'œil humain moyen peut voir. Mais ce n'est pas parce que ces couleurs peuvent être perçues par l'œil humain moyen que toutes les technologies peuvent produire toutes les couleurs possibles que l'œil moyen peut éventuellement voir. Alors qu'aucun modèle tristimulus ne peut créer toute la gamme de la perception des couleurs humaines, les différents modèles de couleurs RVB couvrent une très large gamme de la plupart des perceptions des couleurs humaines.

Sachez que dans le diagramme que vous avez publié, et en fait dans n'importe quel diagramme CIE que vous avez sur un ordinateur, ce n'est qu'un modèle. Les couleurs réelles dans le diagramme en dehors du diagramme sRGB sont en fait représentées par une valeur RVB dans le fichier image. Mais le "vert pur" en haut du diagramme sRGB étiqueté n'est pas réellement un "vert pur" sRGB (c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas d'une valeur [R, G, B] de [0,0, 1,0, 0,0]). Le diagramme est juste un modèle montrant, dans les limites de la technologie, ce qui est inclus / exclu dans les espaces colorimétriques CIE et sRGB.

Pour sRGB en particulier, il a été conçu et normalisé pour accueillir les moniteurs CRT au milieu des années 90. Les CRT produisent de la couleur en émettant et en combinant la lumière de trois pistolets au phosphore différents (de spectres rouges, verts et bleus particuliers). En l'absence de canons au phosphore supplémentaires de différentes longueurs d'onde, ces CRT ne peuvent pas émettre toutes les couleurs que les humains peuvent voir.

Nous décrivons normalement une couleur en disant qu'elle est orange ou cerise ou rose. Allez dans un magasin de peinture et prenez des échantillons. Vous verrez du blanc d'hiver et du rouge flamme et peut-être du rouge pomme-bonbon. Des noms comme ceux-ci ne parviennent pas à classer de manière satisfaisante. L'un des systèmes les plus anciens et peut-être les meilleurs est le système Munsell. Développé par Albert H. Munsell, il a arrangé un solide tridimensionnel de toutes les couleurs qui peut être représenté par des échantillons réels fabriqués à l'aide de pigments stables. Je pense que c'est la meilleure méthode.

Suit le système CIE (Commission internationale de l'éclairage). Des expériences pour cartographier la réponse chromatique de l'œil humain ont commencé au début des années 1920. Les élèves ont assorti des couleurs qui étaient des mélanges des trois primaires claires qui sont le rouge, le vert et le bleu. Les cellules de l'œil humain responsables de la vision des couleurs se sont révélées être une triade - une pigmentée pour recevoir le rouge, une verte et une bleue. Il a été constaté que l'on pouvait mélanger ces trois primaires et faire toutes les couleurs que les humains peuvent voir.

Cependant, la science est incapable de fabriquer des filtres parfaits ou des pigments parfaits. Dans tous les cas, nous manquons légèrement la marque. Le système CIE utilise des primaires imaginaires. Ceux-ci peuvent être mélangés pour créer toutes les couleurs que nous voyons. Le fait que des primaires imaginaires soient utilisées ne diminue en rien la valeur du système. Peut-être serez-vous le seul à faire des filtres de couleur parfaits et à refaire la tâche.

Le système CIE spécifie les couleurs en fonction de la quantité de chacune des trois primaires. Ce mélange de couleurs est destiné à un observateur standard car des milliers ont été testés et les résultats sont moyennés. Un graphique des résultats est une frontière en forme de fer à cheval qui représente la position des couleurs qui ont la saturation la plus élevée. Ce sont les couleurs du spectre. Les zones colorées du graphique sont les limites de saturation pouvant être obtenues avec des encres d'impression modernes. Près du centre se trouve le point d'éclairage qui est destiné aux conditions de lumière du jour.

Notez que la couleur telle qu'elle est perçue à l'aide d'un système Munsell a une identification en trois dimensions: la teinte, la luminosité et la saturation. Le système CIE est bidimensionnel. La ligne droite en bas représente le magenta et le violet de saturation maximale. Ces couleurs n'apparaissent pas dans le spectre ou l'arc-en-ciel; leurs teintes sont exprimées en longueur d'onde. Je peux continuer encore et encore, mais nous devrions peut-être rester avec Munsell.

Tout espace colorimétrique basé sur des primaires RVB décrira un triangle. Le diagramme CIE n'étant pas parfaitement triangulaire, il est impossible de les inclure tous dans un triangle sans créer des couleurs imaginaires qui ne peuvent pas exister physiquement. En particulier, les valeurs R, G, B utilisées dans tout capteur ou écran doivent se situer dans les couleurs physiques. Notez que cela ne s'applique qu'aux périphériques physiques, il existe des espaces colorimétriques qui utilisent des couleurs imaginaires pour les points RVB, mais ils sont réservés à la manipulation mathématique.

Il existe également d'autres contraintes sur les points RVB. Tout d'abord, il est préférable qu'ils soient réalisables avec la technologie actuelle rentable. Les points pour sRGB sont tirés de la Rec. 709 qui a défini la plage à prendre en charge par les téléviseurs HD en 1990. Deuxièmement, l'espacement trop éloigné des points entraîne des problèmes de différenciation entre des couleurs similaires lorsque votre représentation est limitée, par exemple à 24 bits. Il vaut mieux avoir une bonne représentation des couleurs communes que d'avoir une représentation des couleurs qui ne sont presque jamais vues.

Avec plus de 3 couleurs primaires, il serait possible de définir un espace colorimétrique non triangulaire, qui inclurait davantage d'espace CIE. Sony a produit un capteur RGBE qui comprenait un primaire "Emerald" quelque part entre le bleu et le vert, mais ils ne l'ont utilisé que dans un seul appareil photo avant de l'abandonner. Je n'ai pas pu trouver d'informations sur les coordonnées CIE des filtres qu'il utilise, mais voici une estimation de ce que pourrait être la gamme:

Vous pouvez voir qu'il couvre une zone beaucoup plus grande que sRGB, même si j'ai utilisé les 3 primaires sRGB comme point de départ. Il est difficile de dire avec certitude pourquoi cela n'a jamais pris, mais nous pouvons deviner. Étant donné que le monde entier du logiciel et de l'impression est basé sur des espaces colorimétriques à 3 primaires, la gamme doit être comprimée dans l'un de ceux-ci et tous les avantages de RGBE sont perdus lors de la traduction.

Chaque pixel d'un écran d'affichage a une position horizontale et verticale sur l'écran. Dans cette position se trouvent trois "couleurs" dans un moniteur couleur qui varient de 0% à 100% d'intensité.

Si vous regardez le bord extérieur de la région de la figure, vous voyez les couleurs qui pourraient être formées en utilisant tous les luminophores qui émettaient de la lumière à des longueurs d'onde pures avec la même perception d'intensité visuelle. Dans la région se trouvent des représentations d'une intensité de lumière "100%" perçue par les (chromophores rouge, bleu et vert) de l'œil humain au même niveau d'intensité visuelle. Pensez à tracer une ligne entre deux longueurs d'onde pures et une intensité variable de 0 à 100% de la première couleur et de 100% à 0% pour la seconde.

Les humains ayant une bonne vision des couleurs ont 3 récepteurs différents de "couleur". Vous pouvez donc tromper un œil en pensant que des mélanges de trois longueurs d'onde "pures" forment de nombreuses "couleurs" différentes. Dans un tel cas, l'intensité de la lumière varierait entre 0 et 100% pour chacune des trois couleurs.

Maintenant, le triangle intérieur a trois points qui marquent la "couleur effective" (mélange de couleurs) du phosphore particulier choisi pour le moniteur. (Les luminophores n'émettent pas une pure longueur d'onde de lumière, mais un mélange de couleurs). Ainsi, le phosphore rouge choisi limite le degré de "rouge" de la "couleur rouge pure" sur le moniteur. Et ainsi de suite pour le vert et le bleu. Vous pouvez vous faire une idée des mélanges de couleurs qui peuvent être obtenus avec 100% de puissance en utilisant des coordonnées trilinéaires.

Pour obtenir des coordonnées trilinéaires, dessinez d'abord un trait entre les trois luminophores choisis. Ensuite, tracez une ligne perpendiculaire de chaque sommet du triangle intérieur vers le côté opposé. Le sommet du triangle a une intensité de 100% et l'intersection de la ligne avec la base forme une intensité de 0%. Faire cela pour les trois sommets se traduira par trois lignes se rencontrant à chaque point intérieur du triangle. Si chaque ligne a 100 divisions, alors il y aura 10 000 points dans la grille. De plus, les intensités Rouge / Vert / Bleu à chaque point totaliseront 100%.

Notez que les coins du triangle se rapprochent de la couleur "pure" de l'apex. Le long des côtés des triangles, il y a une transition distincte lors du passage de l'extérieur du triangle vers l'intérieur. en raison du mélange de couleurs différent.

mattdm a souligné que vous devez également prendre en compte la "puissance" globale du pixel. Si les trois luminophores ont une intensité de 0%, la couleur serait noire. Si les trois intensités de couleur sont à 100%, la couleur doit être proche du blanc. Pour obtenir du blanc bien sûr, les trois luminophores doivent être judicieusement sélectionnés.

Il existe des espaces de périphérique et des espaces de couleur indépendants du périphérique. sRGB est un espace colorimétrique indépendant du périphérique créé par une dame de HP comme un espace pour standardiser le dos des CRT dans la journée. Chris Cox chez Adobe a créé Adobe 1998. et Kevin Spaulding chez Eastman Kodak a créé les espaces colorimétriques RIMM et ROMM dont RIMM est utilisé comme ProPhoto RGB. Cet espace couvre en fait le diagramme XYZ, mais ne nous est bénéfique pour les photographes que si notre gamme d'imprimantes est proche du volume. (La plupart des Epson haut de gamme avec un bon papier glacé se rapprochent de Pro Photo RGB)

Le vrai problème est l'utilisation finale de l'image. Les profils d'espace colorimétrique ci-dessus sont des modèles mathématiques pour les périphériques et non des périphériques réels. Les avantages pour ceux-ci sont qu'ils ont des primaires équidistants et les transformations sur les images contenues dans ces espaces sont relativement bien comportées.

Avoir des espaces colorimétriques qui ne sont pas des espaces de périphérique et ne contiennent pas le bruit des gammes de périphériques. Cela permet des transformations vers l'espace réel du périphérique, tel que le moniteur de votre ordinateur ou imprimante, qui sont à la fois prévisibles et plus précises d'un périphérique à l'autre. Les espaces conteneurs sont donc la voie à suivre pour la qualité.

Maintenant, pour répondre à votre question "Pourquoi ne pas simplement inclure toutes les couleurs?" Eh bien, nous pouvons le faire si nous utilisons ProPhoto RGB, mais nous avons alors des valeurs RVB (0-255) attribuées à des valeurs Lab qui sont un peu plus grandes que sRGB (l'espace colorimétrique d'Internet), de sorte que l'image ne semblera pas correcte si vous publiez des fichiers ProPhoto RGB sur le Web. Les images qui doivent réellement ressembler à ce que nous voulons qu'elles soient doivent être converties en un espace référencé. Sur Internet, cela se passe dans votre navigateur. Si vous avez un moniteur haut de gamme, cela se produit car votre ordinateur a un profil de moniteur connu pour restituer les couleurs dans le nouvel espace Lab.

Cela serait dû en partie à l'efficacité du codage des données (pas de gaspillage de bits / précision), en partie à des raisons historiques et à certaines considérations pratiques.

Il y a des espaces de couleurs qui font couvrir toutes les couleurs « visibles », mais nous ne normalement les utiliser pour des images / vidéos. Par exemple, ce graphique dans votre question montre les couleurs dans l'espace CIE 1931 XYZ, qui est un espace colorimétrique qui couvre toutes les couleurs visibles pour les humains (selon son modèle psychologique).

Cependant, CIE XYZ n'est pas un espace colorimétrique qui serait normalement utilisé pour représenter réellement des données de couleur , par exemple dans une image ou une vidéo. La reconversion en espace RVB est relativement complexe, cela gaspillerait beaucoup de bits de précision dans l'espace en dehors de la gamme de couleurs que la plupart des moniteurs peuvent produire ou que les capteurs peuvent voir, même des couleurs en dehors de l'espace que les humains peuvent voir. Les opérations mathématiques simples à calculer dans un espace RVB seraient très complexes dans quelque chose comme CIE XYZ et nécessiteraient de toute façon une conversion intermédiaire.

Un espace colorimétrique RVB facilite certaines opérations. Les moniteurs et les écrans utilisent nativement les espaces colorimétriques RVB. Si vous utilisez un espace colorimétrique RVB parce que votre support de sortie est intrinsèquement basé sur le RVB, il est initialement judicieux d'utiliser un espace colorimétrique égal ou proche des primaires rouges, vertes et bleues que votre support de sortie peut faire. Dans le passé, les moniteurs couleur utilisaient des luminophores qui produisaient des primaires rouges, vertes et bleues similaires, de sorte que l'espace RVB était simplement dû à l'espace colorimétrique "standard". Les moniteurs ne sont pas tous égaux, de plus en plus, et donc inventer un espace colorimétrique indépendant du périphérique est une bonne idée: sRGB est l'espace indépendant du périphérique le plus courant et il correspond étroitement aux primaires rouges, vertes et bleues typiques de l'ère des moniteurs CRT. sRGB est devenu une norme de facto pour les moniteurs, les téléviseurs (cons 601 et 709,

Une partie de la popularité de sRGB réside donc dans son ancrage dans tous ces domaines. En ce qui concerne les espaces colorimétriques, et même en ce qui concerne les espaces RVB, c'est très limité, et vous obtenez donc Adobe RVB, ProPhoto et les autres espaces RVB avec des gammes étendues. Leur encodage devient un peu moins efficace, nécessitant dans certains cas l'utilisation de plus de 8 bits par canal, mais ils couvrent une gamme plus large que les nouveaux moniteurs et technologies d'affichage peuvent faire, et répondent au besoin d'un "espace colorimétrique de travail" , où votre espace colorimétrique d'entrée et de sortie peut varier en fonction de l'appareil, vous pouvez donc également utiliser un espace intermédiaire avec une gamme très large afin qu'il puisse convertir entre eux avec une perte minimale. ProPhoto RGB, souvent utilisé comme espace colorimétrique "fonctionnel" car il est "assez large" pour dépasser à peu près n'importe quel espace colorimétrique de l'appareil que vous pouvez pratiquement imaginer, peut couvrir presque toutes les couleurs visibles (selon la CIE 1931) à l'exception de certains verts et violettes super profonds (encore une fois, ils sont bien en dehors de ce que les moniteurs ou autres appareils peuvent affichage), mais en conséquence, il est assez inefficace à coder, avec de nombreuses coordonnées simplement non utilisées car elles se situent en dehors de la plage de couleurs visibles. Fait intéressant, ses primaires (c'est-à-dire ses rouges, verts et bleus) sont "imaginaires" - il est impossible de produire un émetteur ou un capteur avec les primaires de ProPhoto RGB car ses couleurs primaires sont impossibles - elles n'existent que mathématiquement, comme moyen de transférer les couleurs vers ou depuis d'autres espaces. peut couvrir presque toutes les couleurs visibles (selon CIE 1931) à l'exception de certains verts et violettes super profonds (encore une fois, ils sont bien en dehors de ce que les moniteurs ou autres appareils peuvent afficher), mais en conséquence, il est assez inefficace de coder, avec de nombreuses coordonnées simplement non utilisées car elles ne relèvent pas de la gamme de couleurs visibles. Fait intéressant, ses primaires (c'est-à-dire ses rouges, verts et bleus) sont "imaginaires" - il est impossible de produire un émetteur ou un capteur avec les primaires de ProPhoto RGB car ses couleurs primaires sont impossibles - elles n'existent que mathématiquement, comme moyen de transférer les couleurs vers ou depuis d'autres espaces. peut couvrir presque toutes les couleurs visibles (selon CIE 1931) à l'exception de certains verts et violettes super profonds (encore une fois, ils sont bien en dehors de ce que les moniteurs ou autres appareils peuvent afficher), mais en conséquence, il est assez inefficace de coder, avec de nombreuses coordonnées simplement non utilisées car elles ne relèvent pas de la gamme de couleurs visibles. Fait intéressant, ses primaires (c'est-à-dire ses rouges, verts et bleus) sont "imaginaires" - il est impossible de produire un émetteur ou un capteur avec les primaires de ProPhoto RGB car ses couleurs primaires sont impossibles - elles n'existent que mathématiquement, comme moyen de transférer les couleurs vers ou depuis d'autres espaces. avec de nombreuses coordonnées simplement non utilisées car elles ne relèvent pas de la gamme de couleurs visibles. Fait intéressant, ses primaires (c'est-à-dire ses rouges, verts et bleus) sont "imaginaires" - il est impossible de produire un émetteur ou un capteur avec les primaires de ProPhoto RGB car ses couleurs primaires sont impossibles - elles n'existent que mathématiquement, comme moyen de transférer les couleurs vers ou depuis d'autres espaces. avec de nombreuses coordonnées simplement non utilisées car elles ne relèvent pas de la gamme de couleurs visibles. Fait intéressant, ses primaires (c'est-à-dire ses rouges, verts et bleus) sont "imaginaires" - il est impossible de produire un émetteur ou un capteur avec les primaires de ProPhoto RGB car ses couleurs primaires sont impossibles - elles n'existent que mathématiquement, comme moyen de transférer les couleurs vers ou depuis d'autres espaces.

Les espaces colorimétriques plus petits sont destinés à:

• transmission d'image limitée. L'utilisation d'un espace colorimétrique plus petit améliorera la précision des couleurs par rapport à un immense espace colorimétrique complet étant donné la même profondeur de couleur pour les deux
• images pré-rendues, prêtes à être visualisées sur le matériel cible qui n'appliquera aucune conversion avant la transmission