色彩空间

    色彩空间

    技术说明

    色彩空间 - BT.709 与 sRGB

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    如果您时间紧迫或对某些背景信息不感兴趣,这里是重点:HDTV (Rec. 709) 和 sRGB 共享相同的主色度,但它们具有不同的传输函数。

    色彩空间定义

    对于有耐心的读者,我们首先定义“色彩空间”一词,以避免混淆。色彩模型和色彩空间这两个术语经常被随意使用。在下文中,色彩模型指一个抽象的数学概念,用于定义坐标系的轴,以表示颜色。例如,RGB 色彩模型指出,颜色可以定义为原色红、绿、蓝的线性组合,而用于彩色打印的减色CMY K模型则定义了由四种原色组成的颜色。没有明确定义的比例尺,仅提及色彩模型,数值表示是毫无意义的。通俗地说,这就像告诉别人你的地址是市场街42号,但没有说明是在英国剑桥、澳大利亚墨尔本还是旧金山。色彩空间是指补充了如何解释数值定义的色彩模型。色彩空间的定义包含了相关色彩模型的信息、其原色的坐标和比例尺信息、白点数据以及任何非线性传输特性的描述。

    基于RGB模型的色彩空间背后的思想是模拟人眼对颜色的检测。生理学研究已经证明,人眼视锥细胞中存在三种不同类型的吸收色素。因此,仅用三个变量来描述颜色,而不是处理它们的光谱,似乎是合理的。

    主色度——红、绿、蓝

    用于Video应用的RGB原色在不同的标准中都有定义。欧洲广播联盟在EBU Tech. 3213-E (1975) 中介绍了工作室监视器的色度。对于标准清晰度television,ITU-R BT.601仅定义了digital television的编码参数。它不涉及任何用于形成分量信号的色彩空间。因此,它隐式允许使用EBU Tech. 3213-E和ITU-R BT.709原色来计算非线性R’G’B’数据。

    对于高清晰度环境,ITU-R Recommendation BT.709定义了编码和色彩转换系数。原色的色度坐标与sRGB标准中定义的相同。白点也是D65。到目前为止,这两个色彩空间似乎是相同的。

    RGB primaries of some video standards and sRGB
    RGB primaries of some video standards and sRGB

    从CIE XYZ三刺激色彩空间到线性 (!) sRGB数据的转换可以通过3x3矩阵计算:

    传输函数(“Gamma”)

    线性RGB数据使用传输函数进行编码。这就是差异所在。sRGB传输函数与Rec. 709非常接近,但并不完全相同。在以下方程中,C表示线性输入Color,可以是R、G或B。输出Color C’是一个编码值,由传输函数转换而来。

    两个传输函数都是分段定义的,开头有一小段线性部分,主体是幂函数部分。虽然sRGB传输函数幂函数中的指数是2.4,但sRGB常被称为具有2.2的解码Gamma。由于函数线性部分的影响,中值接近2.2。

    与sRGB类似,Rec. 709色彩空间的总Gamma约为0.5,这导致解码Gamma为2.0 (1/0.5 = 2.0)。

    ITU -R Rec. BT.709 and sRGB transfer functions
    ITU -R Rec. BT.709 and sRGB transfer functions
    Overall decoding gamma of sRGB is closer to 2.2 than to 2.4
    Overall decoding gamma of sRGB is closer to 2.2 than to 2.4

    背景