Измерение цвета
Зачем в 1931 году понадобились standard observer и CIE XYZ, что означают X/Y/Z и x/y, как читать chromaticity diagram и почему именно на ней рисуют gamut-треугольники Rec.709, P3 и Rec.2020.
CIE XYZ — общий измерительный язык цвета. Он позволяет описывать разные RGB-системы через одну reference coordinate system и сравнивать их независимо от конкретного монитора или камеры.
Ключевые факты
Основа XYZ и 2° standard observer.
Device-independent reference system для измерения и transforms.
Σ = X + Y + Z; normalization убирает общий luminance scale.
Не путать с Y′ luma в YCbCr.
Координаты primaries нанесены по масштабу; внешняя форма spectral locus показана схематично и не предназначена для точных измерений.
Удобно для primaries и white point, но одна пара xy не сохраняет абсолютную luminance.
Если каждая камера и каждый дисплей используют собственные primaries, одних RGB-чисел недостаточно для универсального обмена. Нужна device-independent reference system, через которую можно описать primaries, white points и результаты измерения. Именно эту роль в современной колориметрии выполняют CIE tristimulus systems.
В основе CIE 1931 лежат эксперименты цветового совпадения: наблюдатели подбирали количества трёх reference stimuli так, чтобы визуально совпасть с test stimulus. Результаты были сведены в standard colour-matching functions. Это позволило превратить субъективное matching-задание в воспроизводимую систему чисел.
CIE 1931 standard observer представляет усреднённые colour-matching properties для небольшого поля зрения. Современный стандарт указывает применение примерно для углового размера от 1° до 4° при photopic adaptation. Для более крупных полей существует supplementary 10° observer 1964 года. Это стандартизированные функции, а не реальная спектральная чувствительность конкретного человека.
XYZ — тристимульные координаты, получаемые интегрированием спектрального стимула с CIE colour-matching functions. Система была выбрана так, чтобы охватить видимые цветовые стимулы удобными положительными координатами. Y специально связан с photopic luminous efficiency, поэтому при стандартных условиях Y несёт информацию о luminance, а X и Z дополняют chromatic description.
Chromaticity убирает общий масштаб яркости и оставляет относительные пропорции: x = X / (X + Y + Z), y = Y / (X + Y + Z), z = Z / (X + Y + Z). Так как x + y + z = 1, для 2D-diagram достаточно x и y. Но после нормализации теряется абсолютная luminance — поэтому xy diagram не описывает весь цвет в одиночку.
Внешняя изогнутая граница — spectral locus: chromaticities monochроматических stimuli по длинам волн. Нижняя прямая соединяет крайние красно-фиолетовые области и называется line of purples: эти chromaticities не соответствуют одной длине волны. Внутренние точки представляют смеси chromaticities, но не показывают яркость.
Positive смеси трёх RGB primaries лежат внутри треугольника, вершины которого находятся в координатах primaries. Поэтому на одной диаграмме удобно сравнить Rec.709, P3 и Rec.2020. Но площадь треугольника в xy не является линейной мерой perceptual colourfulness: CIE xy геометрически не perceptually uniform.
D65, D50 или ACES reference white можно отметить обычной точкой x,y на той же диаграмме. White point определяет, какая смесь primaries считается neutral white. Именно поэтому смена white point не сводится к повороту Hue — меняется reference neutral всей системы.
CIE xy не показывает luminance, не является perceptually uniform и визуально преувеличивает некоторые области gamut. Для perceptual distance существуют другие пространства и uniform chromaticity diagrams, но xy остаётся фундаментальным языком для определения video primaries и white points, поэтому его постоянно встречают в specifications.
В Resolve xy coordinates всплывают при custom color spaces, chromatic adaptation и технических настройках. Когда вы видите D65 или pair x/y, речь идёт о chromaticity, а не о gamma, saturation или RGB code value. CST при этом использует готовые стандартизированные наборы primaries/white points, чтобы вам не приходилось вводить координаты вручную.
Самый полезный навык после этой статьи — посмотреть на любой стандарт и уметь прочитать его primaries и white point как геометрию на CIE xy, а transfer function — как отдельный слой описания сигнала.
Технические определения привязаны к организациям стандартов и первичным спецификациям там, где это действительно важно.
