Ile kolorów i odcieni może odróżnić ludzkie oko w jednej scenie?

Ile różnych kolorów, odcieni, odcieni i odcieni może wyróżnić przeciętny człowiek w jednej scenie? Innymi słowy, jaka jest teoretyczna głębokość bitów wymagana do zapisania zdjęcia z wszystkimi informacjami wizualnymi, które człowiek dostrzegłby?

Widziałem odpowiedzi w przedziale od 200 000 do 20 000 000 i ciężko jest ustalić autorytet. A termin „kolor” jest niejednoznaczny - czy chodzi tylko o odcień, czy też uwzględniono różnice w nasyceniu i jasności?

Omawiając liczbę kolorów dostrzegalnych przez ludzkie oko, mam na myśli 2,4 miliona kolorów przestrzeni kolorów CIE 1931 XYZ. Jest to dość solidna, naukowo uzasadniona liczba, chociaż przyznaję, że może być ograniczona w kontekście. Myślę, że ludzkie oko może być wrażliwe na 10-100 milionów różnych „kolorów” zarówno w odniesieniu do chromatyczności, jak i jasności.

Swoją odpowiedź oprę na pracy wykonanej przez CIE, która rozpoczęła się w latach 30. XX wieku, a następnie w latach 60. XX wieku, z pewnymi poprawkami algorytmu i dokładności formuły w ciągu ostatnich kilku dekad. Jeśli chodzi o sztukę, w tym fotografię i druk, uważam, że praca wykonana przez CIE jest szczególnie istotna, ponieważ stanowi ona podstawę korekcji kolorów i nowoczesnych matematycznych modeli kolorów oraz konwersji przestrzeni kolorów.

Międzynarodowa Organizacja ds. CIE lub Komisji Międzynarodowej CIE , w 1931 r. Ustanowiła przestrzeń kolorów CIE 1931 XYZTa przestrzeń kolorów była wykresem o pełnej czystości koloru, zmapowanym od 700 nm (czerwony w bliskiej podczerwieni) do 380 nm (bliski UV) i przebiegała przez wszystkie długości fali „światła widzialnego”. Ta przestrzeń barw jest oparta na wizji człowieka , który jest trójstymulatorem utworzonym przez trzy typy stożków w naszych oczach: stożki krótkie, średnie i długie o długości fali, które są mapowane na 420-440 nm, 530–540 nm i 560–580 nm. Te długości fali odpowiadają niebieskiemu, zielonemu , i żółto-czerwone (lub pomarańczowo-czerwone) kolory podstawowe. (Czerwone stożki są nieco unikalne, ponieważ ich czułość ma dwa piki, pierwszy w zakresie 560-580 nm, a także drugi w 410- Zakres 440 nm. Ta podwójna szczytowa czułość wskazuje, że nasze „czerwone” stożki mogą faktycznie być stożkami „magenta” pod względem rzeczywistej czułości.) Krzywe odpowiedzi na trójbodziec pochodzą z 2 ° pola widzenia fovei, gdzie nasze stożki są najbardziej skoncentrowane, a nasze widzenie kolorów, przy średnim lub wysokim natężeniu oświetlenia, jest największe.

Rzeczywista przestrzeń kolorów CIE 1931 jest odwzorowana na podstawie wartości trójbodźca XYZ, które są generowane z pochodnych czerwonej, zielonej i niebieskiej, które są oparte na rzeczywistych wartościach koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego (model addytywny). Wartości trójbodźca XYZ są dostosowywane do „standardowy iluminator”, którym zwykle jest zrównoważona światłem słonecznym biel o wartości 6500 K (chociaż oryginalna przestrzeń kolorów CIE 1931 została stworzona dla trzech znormalizowanych iluminatorów A 2856K, B 4874K i C 6774K) i ważona według „standardowego obserwatora” (na podstawie na tym polu widzenia w zakresie 2 °.) Standardowa karta kolorów CIE 1931 XYZ ma kształt podkowy i jest wypełniona schematem „chromatyczności” czystych „kolorów”, obejmującym zakres odcieni od 700 nm do 380 nm i nasycenie od 0 % wyśrodkowany w białym punkcie do 100% wzdłuż obwodu. To jest "2,38 miliona kolorów, które ludzkie oko może wykryć przy oświetleniu o umiarkowanie wysokiej intensywności, w przybliżeniu tej samej temperaturze barwowej i jasności światła dziennego (nie światło słoneczne, które jest bliżej 5000k, ale światło słoneczne + światło niebieskiego nieba, około 6500k.)

Czy ludzkie oko może wykryć tylko 2,4 miliona kolorów? Zgodnie z pracą wykonaną przez CIE w latach 30. XX wieku, przy specyficznym oświetleniu, które równa się intensywności i temperaturze barwowej światła dziennego, biorąc pod uwagę tylko 2 ° szyszek skoncentrowanych w dołku naszych oczu, wydaje się, że rzeczywiście możemy zobacz 2,4 miliona kolorów.

Specyfikacje CIE mają jednak ograniczony zakres. Nie uwzględniają one różnych poziomów oświetlenia, źródeł światła o różnym natężeniu lub temperaturze barwowej ani faktu, że mamy więcej stożków rozmieszczonych na co najmniej 10 ° obszarze naszych siatkówki wokół dołka. Nie uwzględniają również faktu, że stożki peryferyjne wydają się być bardziej wrażliwe na blues niż stożki skoncentrowane w fovea (które są przede wszystkim stożkami czerwonymi i zielonymi).

Udoskonalenia wykresów chromatyczności CIE dokonano w latach 60. i ponownie w 1976 r., Co dopracowało „standardowego obserwatora”, tak aby zawierał w naszych siatkówkach plamę wrażliwą na pełne 10 °. Te udoskonalenia w standardach CIE nigdy nie znalazły większego zastosowania, a szeroko zakrojone badania czułości kolorów, które przeprowadzono w związku z pracą CIE, zostały w dużej mierze ograniczone do oryginalnej przestrzeni kolorów i wykresu chromatyczności CIE 1931 XYZ.

Biorąc pod uwagę ograniczenie wrażliwości kolorów tylko na plamkę 2 ° w fovei, istnieje duże prawdopodobieństwo, że zobaczymy ponad 2,4 miliona kolorów, szczególnie w odcieniach błękitu i fiołków. Potwierdzają to udoskonalenia przestrzeni kolorów CIE z lat 60 .

Ton, być może lepiej oznaczona jasność (jasność lub intensywność koloru), to kolejny aspekt naszej wizji. Niektóre modele łączą ze sobą chromatyczność i jasność, podczas gdy inne wyraźnie je rozdzielają. Ludzkie oko zawiera siatkówkę złożoną z obu stożków ... urządzeń wrażliwych na kolory, a także pręcików, które są agnostyczne, ale wrażliwe na zmiany jasności. Oko ludzkie ma około 20 razy więcej prętów (94 miliony) niż szyszki (4,5 miliona). Pręty są również około 100 razy bardziej wrażliwe na światło niż stożki, zdolne do wykrywania pojedynczego fotonu. Pręty wydają się być najbardziej wrażliwe na niebiesko-zielone długości fali światła (około 500 nm) i mają mniejszą wrażliwość na fale czerwonawe i bliskie UV. Należy zauważyć, że wrażliwość prętów jest kumulatywna, więc im dłużej obserwujemy scenę statyczną, tym wyraźniejszy będzie poziom jasności tej sceny. Szybkie zmiany w scenie lub ruch panoramowania zmniejszą zdolność do różnicowania drobnej gradacji tonalnej.

Biorąc pod uwagę znacznie większą wrażliwość pręta na światło, logiczne wydaje się stwierdzenie, że ludzie mają subtelniejszą i wyraźniejszą wrażliwość na zmiany natężenia światła niż na zmiany odcienia i nasycenia, gdy obserwuje się statyczną scenę przez pewien czas. Dokładnie, jak to wpływa na nasze postrzeganie kolorów i jak wpływa na liczbę kolorów, które widzimy, nie mogę dokładnie powiedzieć. Prosty test wrażliwości tonalnej można wykonać w pogodny dzień wieczorem, gdy zachodzi słońce. Błękitne niebo może wahać się od prawie biało-niebieskiego do ciemnoniebieskiego ciemnoniebieskiego. Podczas gdy odcień takiego nieba obejmuje bardzo mały zakres, tonalna tonacja jest ogromna i bardzo dobra. Obserwując takie niebo, widać nieskończenie płynną zmianę z jasnego biało-niebieskiego na jasnoniebieski na ciemnoniebieski.

Badania niezwiązane z pracą CIE wykazały szeroki zakres „maksymalnych kolorów”, które ludzkie oko może dostrzec. Niektóre mają górny limit 1 miliona kolorów, podczas gdy inne mają górny limit 10 milionów kolorów. Nowsze badania wykazały, że niektóre kobiety mają unikalny czwarty typ stożka, stożek „pomarańczowy”, który może potencjalnie zwiększyć ich czułość do 100 milionów, jednak w badaniach tych uwzględniono zarówno chromatyczność, jak i jasność w ich obliczeniach „koloru”.

To ostatecznie nasuwa pytanie, czy możemy oddzielić chromatyczność od jasności przy określaniu „koloru”? Czy wolimy zdefiniować termin „kolor”, który oznacza odcień, nasycenie i jasność postrzeganego światła? A może lepiej oddzielić te dwa elementy, utrzymując chromatyczność odrębną od jasności? Ile poziomów intensywności może naprawdę zobaczyć oko, a ile wyraźnych różnic w chromatyczności? Nie jestem pewien, czy na te pytania faktycznie udzielono odpowiedzi w sposób naukowy.

Kolejny aspekt postrzegania kolorów obejmuje kontrast. Łatwo dostrzec różnicę w dwóch rzeczach, gdy dobrze się ze sobą kontrastują. Próbując wizualnie określić, ile „kolorów” widzimy, patrząc na różne odcienie czerwieni, trudno jest stwierdzić, czy dwa podobne odcienie są różne, czy nie. Jednak porównaj odcień czerwieni z odcieniem zieleni, a różnica jest bardzo wyraźna. Porównaj ten odcień zieleni kolejno z każdym odcieniem czerwieni, a oko łatwiej dostrzeże różnice w odcieniach czerwieni w stosunku do siebie nawzajem, a także w przeciwieństwie do zieleni. Czynniki te są wszystkimi aspektami widzenia naszego umysłu, który jest znacznie bardziej subiektywnym urządzeniem niż samo oko (co utrudnia naukową ocenę postrzegania kolorów poza zasięg samego oka.w kontekście niż ustawienie bez żadnego kontrastu.

150: liczba odcieni, które oko może odróżnić w spektrum.

1 000 000: liczba kolorów (kombinacje odcienia, nasycenia i jasności), które oko może rozróżnić w optymalnych warunkach laboratoryjnych.

Od visualexpert.com

Wydaje się to jednak przedmiotem kontrowersji.

Kilka punktów.

1. Milion rozróżnialnych kolorów, nawet jeśli jest prawdziwy, w najlepszym przypadku dotyczy idealnych warunków laboratoryjnych. W prawdziwym świecie liczba ta bez wątpienia będzie znacznie, dużo mniejsza. Możesz bezpiecznie zignorować całą tę rozmowę o milionach kolorów.

2. W fotografii zakres dynamiczny stanowi niewielki ułamek zakresu dynamicznego sceny, więc i tak nie można wytworzyć wielu kolorów. Wszystkie technologie drastycznie wymieniają zakres produkcji kolorów. Zwłaszcza odbitki.

3. Liczba potrzebnych bitów zależy od znacznie więcej niż liczby kolorów. Przestrzeń kolorów nie jest liniowa (patrz prawo Webera, prawo Fechnera, elipsy McAdama itp.), Więc nie można po prostu podzielić przestrzeni kolorów na serie kroków o równej wielkości w zależności od liczby bitów. Zawsze będziesz potrzebował o wiele więcej bitów niż sugeruje liczba kolorów. 24 bity dają 16 milionów kolorów, ale nadal nie daje dobrych zdjęć. Potrzebujesz co najmniej 10 lub 12 bitów na kolor, aby uzyskać płynne gradienty bez pasm.

Aby dać ci pomysł: większość monitorów twierdzi, że może wyświetlać około 16 milionów kolorów. Tańsze panele mają w rzeczywistości tylko 6 bitów / kanał i wykorzystują dithering, aby wymieszać 16 milionów. To jest rzeczywiście zauważalne! (niektórzy używają animowanego ditheringu, może się to wydawać lekkim migotaniem) Prawda 24 bity (8 / kanał) jest moim zdaniem bardzo potrzebna do ładnych płynnych przejść kolorów.

„Co z kolei rodzi pytanie: czy formaty, które używają 48 bitów, 16 na kanał, są rzeczywiście znacznie większe niż to konieczne?”

• To zależy od tego, do czego chcesz go użyć. Tak, tylko do wyświetlania na ekranie. Ale jeśli chcesz pracować z obrazem lub jako format wejściowy, nie.