Разбиране на цветовите пространства в изображенията: Пълно ръководство за RGB, CMYK, LAB, HSL и други

Разбиране на цветовите пространства в цифровите изображения

Разгледайте пълното ръководство за цветови модели, цветови пространства и техните приложения във фотографията, дизайна и цифровите изображения. Овладейте управлението на цветовете за перфектни резултати на всички устройства.

RGB и CMYK

HSL и HSV

ЛАБОРАТОРИЯ & XYZ

YCbCr & YUV

Сравнете цветовите пространства Практически ръководства

Пълното ръководство за цветовите пространства

Цветните пространства са математически модели, които ни позволяват да представяме и прецизно описваме цветовете по систематичен начин. Разбирането на цветовите пространства е от съществено значение за фотографи, дизайнери, видео редактори и всеки, който работи с цифрови изображения. Това изчерпателно ръководство обхваща всичко – от основни концепции до усъвършенствани техники за управление на цветовете.

Защо цветните пространства имат значение

Цветовите пространства определят как цветовете се възпроизвеждат на различни устройства и медии. Те определят диапазона от цветове (гама), които могат да бъдат показани или отпечатани, влияейки върху точността и живостта на вашите изображения. Без правилно управление на цветовото пространство вашите внимателно изработени визуални елементи може да изглеждат различно от предвиденото, когато се гледат на различни екрани или печатни материали.

Дигиталният свят разчита на прецизна цветова комуникация. Когато правите снимка, редактирате изображение или проектирате уебсайт, вие работите в специфични цветови пространства, които определят какви цветове са достъпни за вас и как са математически представени. Тези цветови пространства действат като универсален език, който гарантира, че вашето червено е същото червено на екрана на някой друг или в печат.

Гарантира последователно възпроизвеждане на цветовете на всички устройства
Увеличава максимално наличния цветови диапазон за вашия носител
Предотвратява промени в цветовете по време на конвертиране на формат
От съществено значение за печат с професионално качество
От решаващо значение за последователността на марката в цифрови и печатни медии

Разбиране на цветови модели и пространства

Цветови модели срещу цветови пространства

Въпреки че често се използват взаимозаменяемо, цветовите модели и цветовите пространства са различни понятия. Цветовият модел е теоретична рамка за представяне на цветове (като RGB или CMYK), докато цветовото пространство е конкретно изпълнение на цветен модел с дефинирани параметри (като sRGB или Adobe RGB).

Мислете за цветовия модел като за общ подход за описване на цветовете, като да кажете „смесете червена, зелена и синя светлина, за да създадете цветове“. Цветовото пространство предоставя специфичните правила: какъв точно нюанс на червеното, зеленото и синьото да използвате и как точно да ги смесвате, за да получите постоянни резултати.

Цветовите модели определят рамката за представяне на цветовете
Цветните пространства определят точните параметри в рамките на модела
В един модел могат да съществуват множество цветови пространства
Цветните пространства имат дефинирани граници и трансформационни уравнения

Адитивен срещу субтрактивен цвят

Цветните модели се категоризират като адитивни или субтрактивни в зависимост от това как създават цветове. Адитивните модели (като RGB) комбинират светлина, за да създадат цветове, докато субтрактивните модели (като CMYK) работят чрез абсорбиране на дължини на вълните на светлината.

Фундаменталната разлика е в техните отправни точки: адитивният цвят започва с тъмнина (без светлина) и добавя цветна светлина, за да създаде яркост, достигайки до бяло, когато всички цветове се комбинират с пълна интензивност. Субтрактивният цвят започва с бяло (като празна страница) и добавя мастила, които изваждат (поглъщат) определени дължини на вълната, достигайки черно, когато всички цветове се комбинират с пълна интензивност.

Добавка: RGB (екрани, цифрови дисплеи)
Субтрактивен: CMYK (печат, физически носител)
Различните приложения изискват различни подходи
Конверсиите на цветовете между адитивни и субтрактивни системи изискват сложни трансформации

Цветова гама и битова дълбочина

Гамата на цветовото пространство се отнася до диапазона от цветове, които то може да представи. Дълбочината на битовете определя колко различни цвята могат да бъдат представени в тази гама. Заедно тези фактори определят възможностите на цветовото пространство.

Мислете за гамата като за палитра от налични цветове, а за битовата дълбочина като за това колко фино тези цветове могат да бъдат смесени. В ограничена гама може изцяло да липсват определени живи цветове, докато недостатъчната битова дълбочина създава видими ивици в градиентите вместо плавни преходи. Професионалната работа често изисква както широка гама, така и голяма битова дълбочина за улавяне и показване на пълния набор от визуална информация.

По-широките гами могат да представят по-живи цветове
По-високите битови дълбочини позволяват по-плавни градиенти
8 бита = 256 нива на канал (16,7 милиона цвята)
16 бита = 65 536 нива на канал (милиарди цветове)
Професионалната работа често изисква пространства с широка гама с голяма битова дълбочина

Обяснение на RGB цветовите пространства

Цветовият модел RGB

RGB (червено, зелено, синьо) е допълнителен цветови модел, при който червената, зелената и синята светлина се комбинират по различни начини, за да се получи широк набор от цветове. Това е основата на цифровите дисплеи, от смартфони до компютърни монитори и телевизори.

В RGB модела всеки цветен канал обикновено използва 8 бита, което позволява 256 нива на канал. Това създава стандартната 24-битова дълбочина на цвета (8 бита × 3 канала), способна да представи приблизително 16,7 милиона цвята. Професионалните приложения често използват 10 бита (над 1 милиард цвята) или 16 бита (над 281 трилиона цвята) за по-прецизни цветови градации.

RGB се основава на реакцията на човешката визуална система към светлина, като трите основни цвята приблизително съответстват на трите типа цветни рецептори (конуси) в нашите очи. Това го прави естествено подходящ за показване на цифрово съдържание, но също така означава, че различните RGB цветови пространства могат да варират значително в своя диапазон и характеристики.

sRGB (стандартен RGB)

Разработено от HP и Microsoft през 1996 г., sRGB е най-разпространеното цветово пространство, използвано в цифровите изображения, мониторите и мрежата. Той покрива около 35% от видимия цветови спектър и е проектиран да съответства на типичните домашни и офис устройства с дисплей.

Въпреки сравнително ограничената си гама, sRGB остава стандартът за уеб съдържание и потребителска фотография поради своята универсална съвместимост. Повечето устройства са калибрирани да показват правилно sRGB по подразбиране, което го прави най-безопасният избор, когато искате последователни цветове на различни екрани без управление на цветовете.

Цветовото пространство sRGB е съзнателно проектирано със сравнително малка гама, за да съответства на възможностите на CRT мониторите от 90-те години. Това ограничение се запази в съвременната уеб екосистема, въпреки че заедно с него постепенно се приемат по-нови стандарти.

Цветово пространство по подразбиране за повечето цифрово съдържание
Осигурява последователен външен вид на повечето устройства
Идеален за уеб базирано съдържание и обща фотография
Използва се по подразбиране в повечето потребителски камери и смартфони
Има гама стойност приблизително 2,2

Adobe RGB (1998)

Разработен от Adobe Systems, Adobe RGB предлага по-широка гама от sRGB, покривайки приблизително 50% от видимия цветови спектър. Той е проектиран специално, за да обхване повечето цветове, постижими на CMYK цветни принтери, което го прави ценен за работните потоци на печатното производство.

Разширената гама на Adobe RGB е особено забележима в циан-зелените нюанси, които често са съкратени в sRGB. Това го прави популярен сред професионалните фотографи и дизайнери, които трябва да запазят живи цветове, особено за печатна продукция.

Едно от ключовите предимства на Adobe RGB е способността му да представя по-широка гама от наситени цветове в зелено-циан региона, което е важно за пейзажна фотография и природни обекти. Това предимство обаче се реализира само когато целият работен процес (заснемане, редактиране и извеждане) поддържа цветовото пространство на Adobe RGB.

По-широка гама от sRGB, особено в зелено и циан
По-добро за работни процеси за печатна продукция
Предпочитан от много професионални фотографи
Предлага се като опция за заснемане в камери от висок клас
Изисква управление на цветовете за правилно показване

ProPhoto RGB

Разработен от Kodak, ProPhoto RGB (известен също като ROMM RGB) е едно от най-големите RGB цветови пространства, обхващащо приблизително 90% от видимите цветове. Той се простира извън обхвата на човешкото зрение в някои области, което му позволява да запази почти всички цветове, които камерата може да улови.

Поради огромната си гама, ProPhoto RGB изисква по-високи битови дълбочини (16 бита на канал вместо 8 бита), за да се избегне ивицата в градиентите. Използва се предимно в професионални фотографски работни процеси, особено за архивни цели и печат от висок клас.

ProPhoto RGB е стандартното работно пространство в Adobe Lightroom и често се препоръчва за запазване на максимална цветова информация по време на процеса на разработка в необработен вид. Толкова е голямо, че някои от цветовете му са „въображаеми“ (извън човешкото зрение), но това гарантира, че няма изрязани цветове, заснети от камерата по време на редактиране.

Изключително широка гама, покриваща повечето видими цветове
Запазва цветовете, заснети от камери от висок клас
Изисква 16-битов работен процес за предотвратяване на ленти
Работно пространство по подразбиране в Adobe Lightroom
Не е подходящ за окончателни формати за доставка без конвертиране

Дисплей P3

Разработен от Apple, Display P3 е базиран на цветовото пространство DCI-P3, използвано в цифровото кино. Той предлага около 25% повече цветово покритие от sRGB, особено в червените и зелените тонове, което прави изображенията да изглеждат по-живи и реалистични.

Display P3 придоби значителна популярност, тъй като се поддържа от устройства на Apple, включително iPhone, iPad и Mac с дисплеи с широка гама. Той представлява средата между sRGB и по-широките пространства като Adobe RGB, като предлага подобрени цветове, като същевременно поддържа разумна съвместимост.

Цветовото пространство P3 първоначално е разработено за проекция на цифрово кино (DCI-P3), но Apple го адаптира за технологията на дисплея, като използва бялата точка D65 (същата като sRGB) вместо бялата точка DCI. Това го прави по-подходящ за среда със смесени медии, като същевременно осигурява значително по-живи цветове от sRGB.

Широка гама с отлично покритие на червени и зелени тонове
Роден за Retina дисплеите и мобилните устройства на Apple
Нарастваща поддръжка в дигиталните платформи
Използва същата бяла точка (D65) като sRGB
Стават все по-важни за съвременния дизайн на уеб и приложения

Rec.2020 (BT.2020)

Разработен за телевизия с ултрависока разделителна способност (UHDTV), Rec.2020 обхваща над 75% от видимите цветове. Той е значително по-голям от sRGB и Adobe RGB, осигурявайки изключително възпроизвеждане на цветовете за 4K и 8K съдържание.

Докато малко дисплеи в момента могат да възпроизвеждат пълната гама Rec.2020, той служи като ориентиран към бъдещето стандарт за висококачествено видео производство и мастериране. С напредването на технологията на дисплея все повече устройства се доближават до това обширно цветово пространство.

Rec.2020 е част от международния стандарт за Ultra HDTV и се използва заедно с технологии с висок динамичен обхват (HDR) като HDR10 и Dolby Vision. Неговата изключително широка гама използва монохроматични основни цветове (467 nm синьо, 532 nm зелено и 630 nm червено), които са близо до границата на видимия спектър, което му позволява да обхване почти всички цветове, които хората могат да възприемат.

Много широка гама за съдържание с ултрависока разделителна способност
Подготвен за бъдещето стандарт за нововъзникващи дисплейни технологии
Използва се в професионални работни процеси за видео продукция
Част от HDR екосистемата за следващо поколение видео
Понастоящем нито един дисплей не може да възпроизведе пълната гама Rec.2020

CMYK цветни пространства и печатна продукция

Цветовият модел CMYK

CMYK (циан, магента, жълто, ключ/черно) е субтрактивен цветен модел, използван предимно в печата. За разлика от RGB, който добавя светлина за създаване на цветове, CMYK работи чрез абсорбиране (изваждане) на определени дължини на вълните от бялата светлина, като използва мастила върху хартия или други субстрати.

Гамата на CMYK обикновено е по-малка от RGB цветовите пространства, поради което живите цифрови изображения понякога изглеждат по-скучни при отпечатване. Разбирането на връзката между RGB и CMYK е от решаващо значение за дизайнерите и фотографите, които създават съдържание както за цифрови, така и за печатни медии.

На теория, комбинирането на циан, магента и жълто с пълна сила би трябвало да произведе черно, но поради примеси в реалните мастила, това обикновено води до кално тъмно кафяво. Ето защо се добавя отделно черно (K) мастило, което осигурява истинско черно и подобрява детайлите в сенките. „K“ означава „Ключ“, тъй като черната плоча осигурява ключовите детайли и подравняване за другите цветове в традиционния печат.

Различните типове хартия, методи на печат и формули на мастило могат драматично да повлияят на това как CMYK цветовете се появяват в крайния резултат. Ето защо професионалните работни потоци за печат разчитат до голяма степен на управление на цветовете и стандартизирани CMYK спецификации, пригодени за специфични производствени среди.

Стандартни CMYK цветови пространства

За разлика от RGB, който има ясно дефинирани цветови пространства като sRGB и Adobe RGB, цветовите пространства CMYK варират значително в зависимост от условията на печат, видовете хартия и формулите на мастилото. Някои общи CMYK стандарти включват:

U.S. Web Coated (SWOP) v2 – Стандарт за ролен офсетов печат в Северна Америка
FOGRA39 с покритие (ISO 12647-2:2004) – Европейски стандарт за хартия с покритие
Японски цвят 2001 с покритие – Стандарт за офсетов печат в Япония
GRACoL 2006 С покритие – Спецификации за висококачествен търговски печат
FOGRA27 – Стандарт за хартия с покритие в Европа (по-стара версия)
САЩ Sheetfed Coated v2 – За листов офсетов печат върху хартия с покритие
U.S. без покритие v2 – За печат върху хартии без покритие
FOGRA47 – За хартия без покритие в Европа

Преобразуване на RGB в CMYK

Преобразуването от RGB в CMYK включва както математическа цветова трансформация, така и картографиране на гама, тъй като CMYK не може да възпроизведе всички RGB цветове. Този процес, известен като преобразуване на цветовете, е критичен аспект от професионалните работни процеси за печат.

Преобразуването на RGB в CMYK е сложно, защото се трансформира от адитивен в субтрактивен цветови модел, като същевременно картографира цветовете от по-голяма гама към по-малка. Без правилно управление на цветовете, живите синьо и зелено в RGB могат да станат скучни и мътни в CMYK, червените могат да се изместят към оранжево и фините цветови вариации може да се загубят.

Изисква системи за управление на цветовете за точност
Трябва да се извърши с помощта на ICC профили за най-добри резултати
Често променя външния вид на живи цветове
Най-добро изпълнение в края на производствения работен процес
Софт пробната проверка може да визуализира външния вид на CMYK на RGB дисплеи
Различните начини за рендиране създават различни резултати

Точкови цветове и разширена гама

За да се преодолеят ограниченията на CMYK, печатът често включва спот цветове (като Pantone) или системи с разширена гама, които добавят оранжеви, зелени и виолетови мастила (CMYK+OGV), за да разширят диапазона от възпроизводими цветове.

Точковите цветове са специално смесени мастила, използвани за точно съвпадение на цветовете, особено за брандиращи елементи като лога. За разлика от CMYK процесните цветове, които се създават чрез комбиниране на точки от четирите стандартни мастила, спот цветовете са предварително смесени до точна формула, осигуряваща перфектна консистенция във всички печатни материали.

Pantone Matching System осигурява стандартизирани спот цветове
Печатът с разширена гама се доближава до RGB цветовия диапазон
Хексахром и други системи добавят допълнителни първични мастила
От решаващо значение за точността на цветовете на марката при опаковането и маркетинга
Системите CMYK + оранжево, зелено, виолетово (7 цвята) могат да възпроизвеждат до 90% от цветовете на Pantone
Съвременните дигитални преси често поддържат печат с разширена гама

Лабораторни и независими от устройството цветови пространства

Независими от устройството цветови модели

За разлика от RGB и CMYK, които зависят от устройството (видът им варира в зависимост от хардуера), независимите от устройството цветови пространства като CIE L*a*b* (Lab) и CIE XYZ имат за цел да опишат цветовете така, както се възприемат от човешкото око, независимо как се показват или възпроизвеждат.

Тези цветови пространства служат като основа на съвременните системи за управление на цветовете, действайки като “универсален преводач” между различни устройства и цветови модели. Те се основават на научното разбиране за човешкото цветово възприятие, а не на възможностите на устройството.

Независимите от устройството цветови пространства са от съществено значение, защото осигуряват стабилна отправна точка в работните процеси за управление на цветовете. Въпреки че едни и същи RGB стойности може да изглеждат различно на различни монитори, лабораторната цветова стойност представлява един и същ възприеман цвят, независимо от устройството. Ето защо Lab служи като Пространство за свързване на профили (PCS) в управлението на цветовете на ICC, улеснявайки прецизни преобразувания между различни цветови пространства.

CIE XYZ цветово пространство

Създадено през 1931 г. от Международната комисия по осветление (CIE), цветовото пространство XYZ е първото математически дефинирано цветово пространство. Той обхваща всички цветове, видими за средното човешко око и служи като основа за други цветови пространства.

В XYZ Y представлява осветеност, докато X и Z са абстрактни стойности, свързани с хроматичните компоненти на цвета. Това пространство се използва предимно като референтен стандарт и рядко за директно кодиране на изображения. Той остава основополагащ за науката за цвета и основата за цветови трансформации.

Цветовото пространство CIE XYZ е получено от серия от експерименти върху човешкото цветоусещане. Изследователите картографираха как обикновеният човек възприема различните дължини на вълната на светлината, създавайки това, което е известно като цветовото пространство CIE 1931, което включва известната диаграма на цветността с формата на подкова, която картографира всички възможни цветове, видими за хората.

Основа на научното измерване на цвета
Обхваща всички видими от човека цветове
Използва се като еталон за цветови трансформации
Въз основа на измервания на човешкото цветоусещане
Разработен с помощта на стандартния модел на наблюдател

CIE Lab* (Lab) Цветово пространство

Разработен през 1976 г., CIE L*a*b* (често наричан просто „Лаборатория“) е проектиран да бъде еднакъв за възприемане, което означава, че еднаквите разстояния в цветовото пространство съответстват на приблизително еднакви възприемани разлики в цвета. Това го прави идеален за измерване на цветови разлики и извършване на цветови корекции.

В Lab L* представлява лекота (0-100), a* представлява зелено-червената ос, а b* представлява синьо-жълтата ос. Това отделяне на светлотата от информацията за цвета прави Lab особено полезен за задачи за редактиране на изображения като регулиране на контраста, без да се засягат цветовете.

Възприемащата еднородност на Lab я прави безценна за корекция на цветовете и контрол на качеството. Ако два цвята имат малка числена разлика в лабораторните стойности, те ще изглеждат само малко по-различни за човешките наблюдатели. Това свойство не е вярно за RGB или CMYK, където една и съща цифрова разлика може да доведе до драматично различни възприемани промени в зависимост от това къде в цветовото пространство са разположени цветовете.

Униформа за възприемане за точно измерване на цветовете
Разделя светлотата от информацията за цвета
Използва се при разширено редактиране на изображения и корекция на цветовете
Основен компонент на ICC работни процеси за управление на цветовете
Може да изразява цветове извън гамата на RGB и CMYK
Използва се за изчисления на цветовата разлика Delta-E

CIE Luv* Цветово пространство

CIE L*u*v* е разработен заедно с L*a*b* като алтернативно еднородно за възприемане цветово пространство. Той е особено полезен за приложения, включващи смесване на допълнителни цветове и дисплеи, докато L*a*b* често се предпочита за субтрактивни цветови системи като печат.

Подобно на Lab, L*u*v* използва L* за лекота, докато u* и v* са координати на цветност. Това цветово пространство обикновено се използва в системи за телевизионно излъчване и изчисления на цветови разлики за дисплейни технологии.

Една ключова разлика между L*a*b* и L*u*v* е, че L*u*v* е специално проектиран да се справя по-добре с излъчващи цветове и осветление. Той включва способността да се представят цветовете по отношение на координатите на цветността, които могат лесно да бъдат съпоставени с диаграмите на цветността, използвани в колориметрията и дизайна на осветлението.

Подходящ за приложения с адитивни цветове
Използва се в телевизионната и телевизионната индустрия
Осигурява равномерни измервания на цветовата разлика
По-добро за емисионни цветове и дизайн на осветлението
Включва корелирано картографиране на цветовата температура

HSL, HSV и перцептивни цветови пространства

Интуитивно представяне на цветовете

Докато RGB и CMYK описват цветовете по отношение на смесването на основните цветове, HSL (Hue, Saturation, Lightness) и HSV/HSB (Hue, Saturation, Value/Brightness) представят цветовете по начин, който е по-интуитивен за начина, по който хората мислят за цвета.

Тези пространства разделят цветовите компоненти (оттенък) от атрибутите на интензивност (наситеност и лекота/яркост), което ги прави особено полезни за избор на цвят, дизайн на потребителския интерфейс и артистични приложения, където интуитивните настройки на цвета са важни.

Основното предимство на HSL и HSV е, че те са по-близки до начина, по който хората естествено мислят и описват цветовете. Когато някой иска да създаде „по-тъмно синьо“ или „по-ярко червено“, той мисли от гледна точка на нюанс, наситеност и яркост, а не от гледна точка на RGB стойности. Ето защо инструментите за избор на цвят в дизайнерския софтуер често представят както RGB плъзгачи, така и HSL/HSV опции.

HSL цветово пространство

HSL представлява цветовете в цилиндрична координатна система, като Hue като ъгъл (0-360°) представлява типа цвят, Saturation (0-100%) показва интензитета на цвета, а Lightness (0-100%) описва колко светъл или тъмен е цветът.

HSL е особено полезен за дизайнерски приложения, тъй като неговите параметри се съпоставят интуитивно с начина, по който описваме цветовете. Той се използва широко в уеб разработката чрез CSS, където цветовете могат да бъдат определени с помощта на функцията hsl(). Това прави много по-интуитивно създаването на цветови схеми и регулирането на цветовете за различни състояния на интерфейса (задържане на мишката, активен и т.н.).

Нюанс: основният цвят (червен, жълт, зелен и т.н.)
Наситеност: интензивност на цвета от сиво (0%) до чист цвят (100%)
Лекота: Яркост от черно (0%) през цветно до бяло (100%)
Често срещан в уеб дизайна и цветовите спецификации на CSS
Максималната лекота (100%) винаги произвежда бяло, независимо от нюанса
Симетричен модел със средна лекота (50%) за чисти цветове

HSV/HSB цветово пространство

HSV (наричан още HSB) е подобен на HSL, но използва стойност/яркост вместо лекота. При HSV максималната яркост (100%) дава пълен цвят, независимо от наситеността, докато при HSL максималната лекота винаги произвежда бяло.

Моделът HSV често е предпочитан в интерфейсите за избор на цвят, тъй като картографира по-интуитивно начина, по който художниците смесват цветове с боя – започвайки с черно (без светлина/стойност) и добавяйки пигмент за създаване на цветове с нарастваща яркост. Той е особено интуитивен за създаване на нюанси и тонове на цвят, като същевременно поддържа възприемания му нюанс.

Нюанс: основният цвят (червен, жълт, зелен и т.н.)
Наситеност: Интензивност на цвета от бяло/сиво (0%) до чист цвят (100%)
Стойност/Яркост: Интензитет от черно (0%) до пълен цвят (100%)
Често използвани в инструментите за избор на цвят на софтуер за графичен дизайн
Максималната стойност (100%) произвежда пълния цвят в най-интензивния му вид
По-интуитивен за създаване на нюанси и тонове

Цветна система Munsell

Системата Munsell е историческо възприемащо цветово пространство, което организира цветовете в три измерения: нюанс, стойност (светлота) и наситеност (чистота на цвета). Създаден е, за да осигури организиран метод за описване на цветове въз основа на човешкото възприятие.

Разработена в началото на 20-ти век от професор Албърт Х. Мънсел, тази система е революционна, защото е една от първите, които организират цветовете въз основа на еднаквост на възприятието, а не на физически свойства. За разлика от съвременните цифрови цветови пространства, това беше физическа система, използваща боядисани цветни чипове, подредени в триизмерно пространство.

Предшества цифровите цветни модели, но все още се използва в някои области
Влиятелен в развитието на съвременната теория на цветовете
Все още се използва в класификацията на почвата, художественото образование и анализа на цветовете
Въз основа на перцептивно разстояние, а не на математически формули
Организира цветовете в дървовидна структура с нюанс, излъчващ се от централната ос

HCL цветово пространство

HCL (Hue, Chroma, Luminance) е перцептуално еднородно цветово пространство, което съчетава интуитивната природа на HSL с перцептивната еднородност на Lab. Това е особено полезно за създаване на цветови палитри и градиенти, които изглеждат последователни във възприеманата яркост и наситеност.

Въпреки че не е толкова широко внедрен в софтуера като HSL или HSV, HCL (наричан още LCh, когато параметрите са подредени по различен начин) набира популярност за визуализация и дизайн на данни, тъй като създава по-последователни цветови скали за възприятие. Това е особено важно за визуализация на данни, където цветът се използва за представяне на стойности.

Перцептивно еднакъв за разлика от HSL/HSV
Отличен за създаване на последователни цветови гами
Въз основа на цветовото пространство на Lab, но с полярни координати
Все по-често се използва при визуализация на данни и информационен дизайн
Създава по-хармонични и балансирани цветови схеми

YCbCr и видео цветови пространства

Разделяне на яркостта и цветността

Системите за компресиране на видео и изображения често използват цветови пространства, които разделят яркостта (яркостта) от информацията за цветността (цвета). Този подход се възползва от по-високата чувствителност на човешката визуална система към детайлите на яркостта, отколкото към цветовите вариации.

Чрез кодиране на яркостта с по-висока разделителна способност от компонентите на цветността, тези пространства позволяват значително компресиране на данни, като същевременно поддържат възприеманото качество на изображението. Това е основата на повечето цифрови видео формати и технологии за компресиране.

Човешката зрителна система е много по-чувствителна към промените в яркостта, отколкото към промените в цвета. Този биологичен факт се използва при компресиране на видео, като се отделя повече честотна лента за информация за яркостта, отколкото за цвета. Този подход, наречен chroma subsampling, може да намали размера на файла с 50% или повече, като същевременно поддържа визуално качество, което изглежда почти идентично с некомпресирания източник.

Цветово пространство YCbCr

YCbCr е най-разпространеното цветово пространство, използвано при цифрово видео и компресиране на изображения. Y представлява осветеност, докато Cb и Cr са компоненти на цветността на синьо и червено. Това пространство е тясно свързано с YUV, но адаптирано за цифрови системи.

JPEG изображения, MPEG видеоклипове и повечето цифрови видео формати използват YCbCr кодиране. Стандартната практика на “подсемплиране на цветност” (намаляване на разделителната способност на Cb и Cr каналите) в тези формати е възможна поради разделянето на яркостта и цветността.

Подсемплирането на наситеност обикновено се изразява като съотношение на три числа, като 4:2:0 или 4:2:2. При субсемплиране 4:2:0 (често срещано при поточно видео), за всеки четири проби за яркост има само две проби за цветност хоризонтално и нито една вертикално. Това намалява разделителната способност на цветовете до една четвърт от разделителната способност на яркостта, като значително намалява размера на файла, като същевременно поддържа отлично възприемано качество.

Използва се в почти всички цифрови видео формати
Основа на компресията на JPEG изображения
Позволява ефективно субсемплиране на наситеност (4:2:0, 4:2:2, 4:4:4)
Съществуват различни варианти за различни видео стандарти
Използва се в кодеци H.264, H.265, VP9 и AV1

Цветово пространство YUV

YUV е разработен за аналогови телевизионни системи, за да осигури обратна съвместимост между цветни и черно-бели предавания. Подобно на YCbCr, той разделя яркостта (Y) от компонентите на цветността (U и V).

Докато YUV често се използва разговорно за обозначаване на всеки формат на яркост-цветност, истинският YUV е специфичен за аналоговите телевизионни стандарти. Съвременните цифрови системи обикновено използват YCbCr, въпреки че термините често се бъркат или се използват взаимозаменяемо.

Първоначалната разработка на YUV беше забележително инженерно постижение, което реши предизвикателството за излъчване на цветни телевизионни сигнали, като същевременно поддържаше съвместимост със съществуващите черно-бели телевизори. Чрез кодиране на цветна информация по начин, който черно-белите телевизори биха игнорирали, инженерите създадоха система, при която едно излъчване може да се гледа и на двата вида телевизори.

Историческо значение в развитието на телевизионното излъчване
Често се използва неправилно като общ термин за YCbCr
Съществуват различни варианти за различните аналогови телевизионни стандарти
Системите PAL, NTSC и SECAM използват различни YUV реализации
Активирана обратна съвместимост с черно-бял телевизор

Rec.709 и HD видео

Rec.709 (ITU-R Препоръка BT.709) определя цветовото пространство и параметрите на кодиране за телевизия с висока разделителна способност. Той определя както основни RGB, така и YCbCr кодиране за HD съдържание, с гама, подобна на sRGB.

Този стандарт гарантира последователност в HD видео продукцията и показването на различни устройства и системи за излъчване. Той включва спецификации за основни цветове, трансферни функции (гама) и матрични коефициенти за преобразуване на RGB към YCbCr.

Rec.709 е установен през 90-те години на миналия век като стандарт за HDTV, определящ не само цветовото пространство, но и скоростта на кадрите, разделителната способност и съотношенията на страните. Неговата гама крива е малко по-различна от sRGB, въпреки че споделят едни и същи основни цветове. Докато Rec.709 беше революционен за времето си, по-новите стандарти като Rec.2020 и HDR форматите осигуряват значително по-широки цветови гами и динамичен диапазон.

Стандартно цветово пространство за HD телевизия
Гама, подобна на sRGB, но с различно кодиране
Използва се в Blu-ray дискове и HD предавания
Дефинира специфична нелинейна трансферна функция (гама)
Допълнен от HDR стандарти като PQ и HLG

Видео с висок динамичен обхват

Видеото с висок динамичен обхват (HDR) разширява както цветовата гама, така и диапазона на яркост на традиционното видео. Стандарти като HDR10, Dolby Vision и HLG (Hybrid Log-Gamma) определят как този разширен диапазон се кодира и показва.

HDR видеото обикновено използва нови трансферни функции (EOTF) като PQ (Perceptual Quantizer, стандартизиран като SMPTE ST 2084), които могат да представят много по-широк диапазон от нива на яркост от традиционните гама криви. В комбинация с широки цветови гами като P3 или Rec.2020, това създава много по-реалистично и завладяващо изживяване при гледане.

Разликата между SDR и HDR съдържанието е драматична – HDR може да представя всичко от дълбоки сенки до ярки акценти в един кадър, подобно на начина, по който човешкото око възприема реални сцени. Това елиминира необходимостта от компромиси в експозицията и динамичния диапазон, които са били необходими през цялата история на филма и видеото.

Разширява както цветовия диапазон, така и диапазона на яркост
Използва нови функции за прехвърляне като PQ и HLG
HDR10 осигурява 10-битов цвят със статични метаданни
Dolby Vision предлага 12-битов цвят с метаданни сцена по сцена
HLG е проектиран за съвместимост с излъчване

Сравняване на общи цветови пространства

Цветните пространства с един поглед

Това сравнение подчертава ключовите характеристики и случаите на употреба за най-често срещаните цветови пространства. Разбирането на тези разлики е от съществено значение за избора на правилното цветово пространство за вашите специфични нужди.

Сравнение на RGB цветови пространства

sRGB: Най-малката гама, стандартна за уеб, универсална съвместимост
Adobe RGB: По-широка гама, по-добра за печат, особено в зелено-циан области
Дисплей P3: Подобрени червени и зелени, използвани от устройства на Apple
ProPhoto RGB: Изключително широка гама, изисква 16-битова дълбочина, идеална за фотография
Rec.2020: Свръхширока гама за 4K/8K видео, ориентиран към бъдещето стандарт

Характеристики на цветовото пространство

CMYK: Субтрактивен, ориентиран към печат, по-малък обхват от RGB
лаборатория: Независима от устройството, перцептивно еднаква, най-голяма гама
HSL/HSV: Интуитивен избор на цвят, който не е еднакъв за възприемане
YCbCr: Разделя яркостта от цвета, оптимизиран за компресиране
XYZ: Референтно пространство за наука за цветовете, което не се използва директно за изображения

Препоръки за случаи на използване

Уеб и цифрово съдържание: sRGB или Display P3 (с резервен sRGB)
Професионална фотография: Adobe RGB или ProPhoto RGB в 16 бита
Печатна продукция: Adobe RGB за работно пространство, CMYK профил за изход
Видео продукция: Rec.709 за HD, Rec.2020 за UHD/HDR
Дигитално изкуство и дизайн: Adobe RGB или Display P3
Корекция на цвета: Лаборатория за независими от устройството настройки
UI/UX дизайн: HSL/HSV за интуитивен избор на цвят
Видео компресия: YCbCr с подходяща субдискретизация на наситеността

Практическо управление на цветовото пространство

Системи за управление на цветовете

Системите за управление на цветовете (CMS) осигуряват последователно възпроизвеждане на цветовете на различни устройства чрез използване на профили на устройства и трансформации на цветовото пространство. Те са от съществено значение за професионалните работни процеси във фотографията, дизайна и печата.

Основата на съвременното управление на цветовете е профилната система ICC (Международен консорциум за цветове). Тези профили описват цветовите характеристики на конкретни устройства или цветови пространства, което позволява точни преводи между тях. Без правилно управление на цветовете едни и същи RGB стойности могат да изглеждат драстично различни на различни устройства.

Въз основа на ICC профили, които характеризират цветовото поведение на устройството
Използва независими от устройството профили (като Lab) като пространство за обмен
Управлява картографиране на гама за различни дестинационни пространства
Осигурява намерения за изобразяване за различни цели на реализация
Поддържа както връзка към устройство, така и многоетапни трансформации

Калибриране на дисплея

Калибрирането на монитора е в основата на управлението на цветовете, което гарантира, че вашият дисплей точно представя цветовете. Без калибриран монитор всички други усилия за управление на цветовете могат да бъдат подкопани.

Калибрирането включва коригиране на настройките на вашия монитор и създаване на ICC профил, който коригира всякакви отклонения от стандартното цветово поведение. Този процес обикновено изисква хардуерен колориметър или спектрофотометър за точни резултати, въпреки че основното софтуерно калибриране е по-добро от никакво.

Устройствата за хардуерно калибриране осигуряват най-точни резултати
Регулира бялата точка, гама и цветовата реакция
Създава ICC профил, който използват системите за управление на цветовете
Трябва да се извършва редовно, тъй като дисплеите се променят с времето
Професионалните дисплеи често имат функции за хардуерно калибриране

Работа с цветовите пространства на камерата

Цифровите фотоапарати заснемат изображения в свои собствени цветови пространства, които след това се преобразуват в стандартни пространства като sRGB или Adobe RGB. Разбирането на този процес е от решаващо значение за прецизните работни процеси на фотографията.

Всяка камера има уникален сензор със собствени характеристики на цветовата реакция. Производителите на фотоапарати разработват собствени алгоритми за обработка на необработени сензорни данни в стандартизирани цветови пространства. Когато снимате в RAW формат, вие имате повече контрол върху този процес на преобразуване, което позволява по-прецизно управление на цветовете.

RAW файловете съдържат всички цветови данни, уловени от сензора
JPEG файловете се конвертират в sRGB или Adobe RGB във фотоапарата
Профилите на камерата могат да характеризират конкретни цветови реакции на камерата
Работните пространства с широк обхват запазват най-много данни от камерата
DNG цветните профили (DCP) предоставят точни данни за цвета на камерата

Съображения за безопасни за уеб цветове

Докато съвременните уеб браузъри поддържат управление на цветовете, много дисплеи и устройства не го правят. Създаването на уеб съдържание, което изглежда последователно на всички устройства, изисква разбиране на тези ограничения.

Уеб платформата върви към по-добро управление на цветовете, като CSS Color Module Level 4 добавя поддръжка за спецификациите на цветовото пространство. Въпреки това, за максимална съвместимост, все още е важно да се вземат предвид ограниченията на sRGB и да се осигурят подходящи резервни варианти за съдържание с широка гама.

sRGB остава най-безопасният избор за универсална съвместимост
Вградете цветови профили в изображения за браузъри, които го поддържат
CSS цветен модул ниво 4 добавя спецификации на цветовото пространство
Възможно е прогресивно подобрение за дисплеи с широка гама
Обмислете използването на @media заявки за откриване на дисплеи с широка гама

Работен процес за производство на печат

Професионалните работни потоци за печат изискват внимателно управление на цветовото пространство от заснемането до крайния резултат. Преходът от RGB към CMYK е критична стъпка, която трябва да се извърши правилно.

Търговският печат използва стандартизирани CMYK цветови пространства въз основа на специфични условия на печат. Тези стандарти гарантират последователни резултати при различни доставчици на печат и преси. Дизайнерите трябва да разберат кое цветово пространство CMYK използва техният принтер и да включат това знание в своя работен процес.

Меката проверка симулира отпечатан изход на екрана
Профилите на принтера характеризират конкретни комбинации от устройство и хартия
Намеренията за изобразяване определят подхода за картографиране на гамата
Компенсацията на черната точка запазва детайлите в сенките
Пробните отпечатъци потвърждават точността на цветовете преди окончателното производство

Цветово градиране на видео

Видео продукцията включва сложни съображения за цветово пространство, особено с нарастването на HDR и форматите с широка гама. Разбирането на пълния процес от улавянето до доставянето е от съществено значение.

Съвременната видео продукция често използва Академичната система за кодиране на цветовете (ACES) като стандартизирана рамка за управление на цветовете. ACES осигурява общо работно пространство за всички кадри, независимо от използваната камера, опростявайки процеса на съпоставяне на снимки от различни източници и подготвяйки съдържание за множество формати за доставка.

Форматите на регистрационните файлове запазват максимален динамичен обхват от камерите
Работните пространства като ACES осигуряват стандартизирано управление на цветовете
HDR стандартите включват PQ и HLG трансферни функции
Форматите за доставка може да изискват множество версии на цветовото пространство
LUTs (Таблици за справка) помагат за стандартизиране на цветовите трансформации

Често задавани въпроси относно цветовите пространства

Каква е разликата между цветен модел и цветово пространство?

Цветовият модел е теоретична рамка за представяне на цветове с помощта на числови стойности (като RGB или CMYK), докато цветовото пространство е конкретно изпълнение на цветен модел с определени параметри. Например RGB е цветен модел, докато sRGB и Adobe RGB са специфични цветови пространства, базирани на RGB модела, всяко с различни гами и характеристики. Мислете за цветовия модел като общата система (като описване на местоположения с помощта на географска ширина/дължина), а цветовото пространство като специфично картографиране на тази система (като подробна карта на определен регион с точни координати).

Защо моята разпечатана продукция изглежда различно от това, което виждам на екрана?

Няколко фактора причиняват тази разлика: мониторите използват RGB (адитивен) цвят, докато принтерите използват CMYK (субтрактивен) цвят; дисплеите обикновено имат по-широка гама от печатната продукция; екраните излъчват светлина, докато отпечатъците я отразяват; и без правилно управление на цветовете няма превод между тези различни цветови пространства. Освен това типът хартия значително влияе върху начина, по който цветовете се появяват при печат, като хартиите без покритие обикновено произвеждат по-малко наситени цветове от лъскавите хартии. Калибрирането на вашия монитор и използването на ICC профили за вашия специфичен принтер и комбинация от хартия може значително да намали тези несъответствия, въпреки че някои разлики винаги ще останат поради фундаменталните физически разлики между светлоизлъчващите дисплеи и светлоотразяващите разпечатки.

Трябва ли да използвам sRGB, Adobe RGB или ProPhoto RGB за фотография?

Зависи от вашия работен процес и нужди от изход. sRGB е най-подходящ за изображения, предназначени за уеб или общо гледане на екрани. Adobe RGB е отличен за работа с печат, предлагайки по-широка гама, която отговаря по-добре на възможностите за печат. ProPhoto RGB е идеален за професионални работни потоци, където максималното запазване на цветовата информация е критично, особено при работа с RAW файлове в 16-битов режим. Много фотографи използват хибриден подход: редактиране в ProPhoto RGB или Adobe RGB, след което конвертиране в sRGB за уеб споделяне. Ако снимате в JPEG формат във фотоапарата, Adobe RGB обикновено е по-добър избор от sRGB, ако вашият фотоапарат го поддържа, тъй като запазва повече цветова информация за по-късно редактиране. Въпреки това, ако снимате RAW (препоръчва се за максимално качество), настройката на цветовото пространство на фотоапарата засяга само визуализацията на JPEG, а не действителните RAW данни.

Какво се случва, когато цветовете са извън обхвата на цветовото пространство?

Когато преобразувате между цветови пространства, цветовете, които попадат извън гамата на целевото пространство, трябва да бъдат преназначени с помощта на процес, наречен картографиране на гама. Това се контролира от намеренията за изобразяване: Перцептивното изобразяване запазва визуалните връзки между цветовете чрез компресиране на цялата гама; Относителната колориметрия поддържа цветове, които са в двете гами, и изрязва цветовете извън гамата до най-близкия възпроизводим цвят; Абсолютният колориметричен е подобен, но също се коригира за бяла хартия; и Saturation дава приоритет на поддържането на живи цветове пред точността. Изборът на начин на изобразяване зависи от съдържанието и вашите приоритети. За снимки Perceptual често дава най-естествено изглеждащите резултати. За графики със специфични маркови цветове Relative Colorimetric обикновено работи по-добре, за да запази точните цветове, където е възможно. Модерните системи за управление на цветовете могат да ви покажат кои цветове са извън гамата преди преобразуване, което ви позволява да правите корекции на критичните цветове.

Колко важно е калибрирането на монитора за управление на цветовете?

Калибрирането на монитора е в основата на всяка система за управление на цветовете. Без калибриран дисплей, вие вземате решения за редактиране въз основа на неточна цветова информация. Калибрирането настройва вашия монитор към познато, стандартно състояние, като задава бяла точка (обикновено D65/6500K), гама (обикновено 2,2) и яркост (често 80-120 cd/m²) и създава ICC профил, който приложенията за управление на цветовете използват за точно показване на цветовете. За професионална работа устройството за хардуерно калибриране е от съществено значение и повторното калибриране трябва да се извършва ежемесечно. Дори потребителски колориметри могат значително да подобрят точността на цветовете в сравнение с некалибрирани дисплеи. Освен калибрирането, вашата работна среда също има значение – неутралните сиви стени, контролираното осветление и избягването на директна светлина върху екрана допринасят за по-точно възприемане на цветовете. За критична цветна работа помислете за инвестиране в професионален монитор с широко покритие на гамата, възможности за хардуерно калибриране и сенник за блокиране на околната светлина.

Какво цветово пространство трябва да използвам за уеб дизайн и разработка?

sRGB остава стандартът за уеб съдържание, тъй като осигурява най-последователното изживяване на различни устройства и браузъри. Въпреки че съвременните браузъри все повече поддържат управление на цветовете и по-широки гами, много устройства и браузъри все още не го правят. За проекти, насочени към бъдещето, можете да внедрите прогресивно подобрение, като използвате sRGB като базова линия, като същевременно предоставяте активи с широка гама (използвайки функции на CSS Color Module Level 4 или маркирани изображения) за устройства, които ги поддържат. CSS Color Module Level 4 въвежда поддръжка за display-p3, prophoto-rgb и други цветови пространства чрез функции като color(display-p3 1 0.5 0), позволявайки на уеб дизайнерите да се насочват към дисплеи с по-широка гама, без да жертват съвместимостта. За максимална съвместимост с по-стари браузъри поддържайте sRGB версия на всички активи и използвайте откриване на функции, за да предоставяте съдържание с широка гама само на съвместими устройства. Винаги тествайте вашите дизайни на множество устройства и браузъри, за да осигурите приемлив външен вид за всички потребители.

Как цветните пространства влияят върху компресията на изображението и размера на файла?

Цветните пространства значително влияят върху компресията на изображението и размера на файла. Преобразуването от RGB в YCbCr (в JPEG компресия) позволява хроматично субсемплиране, което намалява размера на файла чрез съхраняване на информация за цвета при по-ниска разделителна способност от информацията за яркост, като се използва по-голямата чувствителност на човешкото око към детайлите на яркостта. Пространствата с широка гама, като ProPhoto RGB, изискват по-високи битови дълбочини (16-битови срещу 8-битови), за да се избегне ивицата, което води до по-големи файлове. Когато записвате във формати като PNG, които не използват субсемплиране на наситеност, самото цветово пространство не влияе значително върху размера на файла, но по-голямата битова дълбочина го прави. JPEG файловете, записани в Adobe RGB или ProPhoto RGB, по своята същност не използват повече място за съхранение от sRGB версиите при същата настройка за качество, но трябва да включват вграден цветен профил, за да се показват правилно, добавяйки леко към размера на файла. За максимална ефективност на компресиране във формати за доставка, конвертирането в 8-битов sRGB или YCbCr с подходящо субсемплиране обикновено осигурява най-добрия баланс между размера на файла и видимото качество.

Каква е връзката между цветовите пространства и битовата дълбочина?

Дълбочината на битовете и цветовото пространство са взаимосвързани понятия, които влияят на качеството на изображението. Дълбочината на битовете се отнася до броя битове, използвани за представяне на всеки цветен канал, определяйки колко отделни цветови стойности могат да бъдат представени. Докато цветовото пространство определя диапазона от цветове (гама), битовата дълбочина определя колко фино е разделен този диапазон. Цветните пространства с по-широка гама като ProPhoto RGB обикновено изискват по-високи битови дълбочини, за да се избегне ивицата и постеризацията. Това е така, защото същият брой отделни стойности трябва да се простират в по-голям цветови диапазон, създавайки по-големи “стъпки” между съседни цветове. Например, 8-битовото кодиране осигурява 256 нива на канал, което обикновено е достатъчно за sRGB, но не е достатъчно за ProPhoto RGB. Ето защо професионалните работни процеси често използват 16 бита на канал (65 536 нива), когато работят в пространства с широка гама. По същия начин HDR съдържанието изисква по-високи битови дълбочини (10-битови или 12-битови), за да представи плавно своя разширен диапазон на яркост. Комбинацията от цветово пространство и битова дълбочина заедно определя общия брой отделни цветове, които могат да бъдат представени в едно изображение.

Овладейте управлението на цветовете във вашите проекти

Независимо дали сте фотограф, дизайнер или разработчик, разбирането на цветовите пространства е от съществено значение за създаването на работа с професионално качество. Приложете тези концепции, за да гарантирате, че вашите цветове изглеждат последователни във всички медии.

Сравнете цветовите пространства Вижте Практически ръководства