sRGB

sRGB , sau RGB standard ( „ Red Green Blue ” , în franceză „ Rouge Vert Bleu normal”), este spațiul de culoare implicit propus pentru dispozitivele digitale , în special ecranele computerului, de Hewlett-Packard și Microsoft în 1996.

Standardul IEC 61966-2-1 (1999) definește spațiul de culoare sRGB ca un „spațiu de culoare comun pentru stocare” , astfel încât echipamentul original și sistemul de operare diferă pentru a comunica simplu. Se bazează pe corpul de standarde și metode colorimetrice definite din 1931 și folosește tehnologia de televiziune dovedită descrisă în recomandarea ITU-R BT.709 privind imagistica video.

Prezentare

În ultimii ani ai XX - lea PC - uri ale secolului au început să folosească ecrane color și a comunica între ele prin intermediul internetului, în timp ce creșterea de calcul circuitele de alimentare permite circulația imaginilor fotografice. Pentru a facilita aceste schimburi, un producător de hardware, Hewlett-Packard și un distribuitor de sisteme de operare, Microsoft, oferă un sistem implicit de descriere a culorilor, adică utilizat atunci când programul nu indică un anumit profil de culoare . Comisia Internațională pentru Iluminare a publicat standardul în 1999.

În acel moment, mai multe spații de culoare roșu-verde-albastru coexistau, cele mai multe dintre ele dependente de un industrial sau adaptate la o anumită utilizare: ISO RGB, sRGB, Adobe RGB , Apple RGB etc. plus spații video. Comunicarea imaginilor duce uneori la redări dezamăgitoare. sRGB este destinat imaginilor multimedia și ia în considerare ceața pe care o provoacă iluminarea ambientală pe ecran.

Ecranele computerului reproduc culorile prin sinteză aditivă din trei elemente primare . Unitatea centrală trimite pe ecran, pentru fiecare punct ( pixel ), trei valori numerice corespunzătoare luminozității fiecărui primar din acea locație.

Primele ecrane ale computerului au funcționat cu un tub catodic , ca cele de la televizor . Standardul sRGB preia, adaptându-l la IT, ceea ce guvernează video . Codarea luminozității este neliniară în raport cu luminozitatea , cu o corecție gamma . Ecranele plate mai noi funcționează cu același semnal ca și predecesorii lor. Terminalul primește valorile date în spațiul sRGB. Utilizatorii care au nevoie de acesta introduc software care le corectează din profilul ICC al dispozitivului.

Spațiul de culoare sRGB a devenit modul implicit pentru majoritatea zonelor de imagistică digitală, cum ar fi fotografia . De asemenea, producătorii oferă formate mai potrivite pentru utilizarea lor, adesea proprietare .

caracteristici principale

Gamă de culori

Sistemul reproduce aproximativ 40% din culorile pe care viziunea umană le poate distinge. Primarele sunt ușor desaturate, ceea ce le permite să fie mai luminoase. sRGB abandonează regiunea verde-galben până la verde-albastru, în care discriminarea culorii este mai slabă, în favoarea în special a zonei puțin cromatizate, unde distingem cele mai multe nuanțe. Acest avantaj se pierde dacă ne îndepărtăm, ca în Adobe RGB , primarul verde, fără a crește adâncimea culorii dincolo de 8 biți.

Valori

Valorile componentelor din spațiul sRGB sunt cuprinse între 0 și 1. Standardul sRGB nu fixează adâncimea culorii . Când aceste valori sunt codificate pe un singur octet , așa cum se întâmplă adesea în aplicații, valoarea sRGB este exprimată în 1/255; de exemplu, codul de culoare #FF8040este împărțit în trei valori codate pe un octet între 0x00și 0xFF, corespunzător, pentru o componentă roșie codificată 0xFF, dând o valoare de 255/255 = 1 și, în mod similar, o componentă verde codificată care 0x80dă o valoarea de 128/255 (≈ 0,5) și o componentă albastră codificată care 0x40dă o valoare de 64/255 (≈ 0,25).

Cromaticitate

Punctul alb , obținut cu cele trei componente egale, corespunde iluminantului D65 . Coordonatele de culoare primare ale spațiului de culoare sRGB - preluate din standardul de televiziune HD - în spațiul CIE xyY sunt:

	X	y	λ	puritatea excitării
Alb (D65)	0,3127	0,3290	-	0
roșu	0,64	0,33	612 nm	92%
Verde	0,30	0,60	547 nm	74%
Albastru	0,15	0,06	464,5 nm	93%

Luminozitate

Calculul luminanței relative a unui pixel implică mai întâi parcurgerea unui spațiu de culoare liniar. Dacă C reprezintă valoarea unui canal r, g (verde) sau b și C lin reprezintă valoarea liniară care poate fi utilizată pentru calcularea luminanței:

C_ \ mathrm {lin} = \ begin {cases} \ frac {C} {12.92}, și \ text {si} C \ le0.04045 \\ \ left (\ frac {C + a} {1 + a} \ dreapta) ^ {2,4}, & \ text {si} C> 0,04045 \ end {cases}

unde .

a = 0,055

Luminanța relativă este apoi obținută din valorile sale r lin , g lin , b lin prin formula:

Y = 0,2126 \ cdot r_ {lin} + 0,7152 \ cdot g_ {lin} + 0,0722 \ cdot b_ {lin}.

Pentru a obține o valoare percepută , neliniară a luminozității , se poate aplica formula CIE; sau, dacă se dorește, aplicați o corecție gamma inversă. Într-adevăr, dacă cele trei canale roșu, verde și albastru au aceeași valoare, acesta este o estimare destul de bună a luminozității, fără niciun calcul. Prin urmare, putem căuta o valoare compatibilă în celelalte cazuri.

Conversii între CIE și sRGB

Conversiile din spațiul sRGB în spațiile de culoare CIE reprezintă în cele din urmă o schimbare a coordonatelor într-un spațiu. Există matrici de conversie între toate spațiile liniare.

Înainte de a aplica aceste matrice, este necesar să se efectueze transformarea neliniară.

Transformarea de la CIE XYZ la sRGB

Convertiți CIE xyY în CIE XYZ

Dacă pornim de la valori ale CIE XYY spațiul de culoare (cu x , y coordonatele cromatice și Y luminanța ), trebuie să le transforme mai întâi în CIE XYZ valori :

X = Yx / y, \,

Z = Y (1-xy) / y \,

Conversie CIE XYZ în sRGB (liniar)

Primul pas în calcularea valorilor tripletului sRGB din cele ale tripletului CIE XYZ este o transformare liniară, care este rezumată prin multiplicarea matricii .

Aceste valori liniare RGB nu sunt rezultatul final.

{\ begin {bmatrix} R _ {{\ mathrm {linear}}} \\ G _ {{\ mathrm {linear}}} \\ B _ {{\ mathrm {linear}}} \ end {bmatrix}} = {\ begin {bmatrix} 3.2406 & -1.5372 & -0.4986 \\ - 0.9689 & 1.8758 & 0.0415 \\ 0.0557 & -0.2040 & 1.0570 \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} X \\ Y \\ Z \ end {bmatrix}}

Valorile inițiale X , Y și Z trebuie exprimate în intervalul [0.1].

Dacă setările intermediare , și sunt în afara intervalului [0,1], culoarea este în afara sRGB gama și display - uri compatibile nu le pot reproduce. Dacă da, se pot utiliza diverse metode pentru a găsi cea mai bună aproximare. Dacă valorile sunt cele ale unei imagini, considerăm întregul. Dacă este o valoare izolată, putem căuta valoarea care are o diferență minimă de culoare conform CIE LUV ; în general, cineva este mulțumit să trunchieze la 1 valorile superioare. Un triplet (1,1,1) reprezintă un afișaj alb. Acest alb corespunde, pentru ecrane compatibile, cu un iluminant D65 și cu un triplet ( X , Y , Z ) = (0.9505, 1.0000, 1.0890). $R _ {{\ mathrm {linear}}}$ $G _ {{\ mathrm {linear}}}$ $B _ {{\ mathrm {linear}}}$

Următoarea formulă transformă valorile liniare în sRGB. Dacă reprezintă , sau , și reprezintă , sau : $C _ {{\ mathrm {linear}}}$ $R _ {{\ mathrm {linear}}}$ $G _ {{\ mathrm {linear}}}$ $B _ {{\ mathrm {linear}}}$ $C _ {{\ mathrm {srgb}}}$ $R _ {{\ mathrm {srgb}}}$ $G _ {{\ mathrm {srgb}}}$ $B _ {{\ mathrm {srgb}}}$

C _ {{\ mathrm {srgb}}} = {\ begin {cases} 12.92C _ {{\ mathrm {linear}}} și C _ {{\ mathrm {linear}}} \ leq 0.0031308 \\ (1 + a) C_ {{\ mathrm {linear}}} ^ {{1 / 2.4}} - a, & C _ {{\ mathrm {linear}}}> 0,0031308 \ end {cases}}

sau $a = 0,055$

Aceste valori convertite sunt cuprinse între 0 și 1. Dacă sunt necesare valori cuprinse între 0 și 255, de exemplu pentru afișarea pe un dispozitiv video pe 8 biți, înmulțiți cu 255 și trunchiați sau rotunjiți la l. 'Întreg .

Transformarea de la sRGB la CIE XYZ

Valorile sRGB , , sunt în intervalul de la 0 la 1. $R _ {{\ mathrm {srgb}}}$ $V _ {{\ mathrm {srgb}}}$ $B _ {{\ mathrm {srgb}}}$

C _ {{\ mathrm {linear}}} = {\ begin {cases} {\ frac {C _ {{\ mathrm {srgb}}}} {12.92}} și C _ {{\ mathrm {srgb}} } \ leq 0.04045 \\\ left ({\ frac {C _ {{\ mathrm {srgb}}} + a} {1 + a}} \ right) ^ {{2.4}} și C _ {{\ mathrm {srgb}}}> 0,04045 \ end {cases}}

unde C este R , V sau B ). urmată de o multiplicare matricială a valorilor liniare pentru a obține XYZ:

{\ begin {bmatrix} X \\ Y \\ Z \ end {bmatrix}} = {\ begin {bmatrix} 0.4124 & 0.3576 & 0.1805 \\ 0.2126 & 0.7152 & 0.0722 \\ 0.0193 & 0.1192 & 0.9505 \ end {bmatrix} } {\ begin {bmatrix} R _ {{\ mathrm {linear}}} \\ G _ {{\ mathrm {linear}}} \\ B _ {{\ mathrm {linear}}} \ end {bmatrix}}

Principii

Legea puterii

Semnalul canalelor roșii, verzi și albastre ale semnalului sRGB nu este proporțional cu luminanța . Încă din 1939, primii designeri de televiziune au observat că neliniaritatea tuburilor de televiziune cu privire la magnitudinile fizice era similară cu cea a viziunii umane. Conform legii lui Stevens , percepția stimulilor luminii urmează o lege a puterii , de același fel cu cea observată în tuburile cu raze catodice. Pe această scală neliniară, două luminozități la limita pragului de discriminare sunt reprezentate de două niveluri distanțate de aceeași valoare.

Această coincidență între percepția și răspunsul tubului cu raze catodice a simplificat foarte mult prelucrarea semnalului . Procesarea neliniară este mult mai complexă decât un simplu amplificator electronic . O corecție gamma a rămas necesară, deoarece tuburile cu raze catodice ale camerelor au dat un semnal legat de luminanță printr-o lege a puterii diferită de cele ale televizoarelor. Tot ce a fost nevoie a fost un element neliniar de la studiouri pentru a oferi un semnal adecvat pentru mii sau milioane de televizoare din audiență.

Fundal zgomot electronic adăugat în mod uniform la semnal. Dacă acest lucru ar fi liniar, ar putea fi sensibil numai atunci când nivelul este scăzut, în zonele întunecate. Cu o lege a puterii, tinde să fie distribuită pe întreaga imagine, indiferent de luminozitate.

Ecranele plate au înlocuit tuburile cu raze catodice, dar percepția umană rămâne, justificând legea puterii pentru codificarea culorilor în ecrane. Acesta face posibilă obținerea unui maxim de nuanțe distincte, în timp ce o lege liniară, cu opt biți, ar duce la posterizare în lumină slabă și la coduri care să dea culori nedistinguibile în lumini puternice.

Rampa liniară cu lumină slabă

Lumina difuză în mediul ecranului joacă, de asemenea, un rol. Iluminează suprafața ecranului, care transmite o parte a acestuia către privitor. Această lumină formează un voal , vizibil atunci când ecranul este foarte întunecat. Nivelul cel mai scăzut al semnalului nu corespunde deci întunericului (luminanță zero), ci acestei nebulizări.

Când puterea care radiază de pe ecran este aproape de această ceață, culoarea este mai palidă decât ar trebui să fie. Pentru a se apropia de culoarea potrivită, funcția de putere este extinsă, de la un punct puțin deasupra nivelului voalului calculat pentru mediul prevăzut în standard, printr-un segment drept până la zero.

Realizarea software-ului

Creșterea la o putere cu o zecimală este o operațiune relativ costisitoare în ceea ce privește puterea de calcul. Pentru a evita repetarea acestuia pentru fiecare pixel. Computerele folosesc adesea un tabel de corespondență (numit LUT pentru Look Up Table ).

Observații

Corecție gamma

Sistemul sRGB a fost conceput pentru a reflecta un monitor tipic al timpului cu o valoare gamma de 2,2 (în video analog și o pagină alb-negru care codifică componentele color de la 10 la 235 pe o scară de la 0 la 255); cu monitoarele digitale sRGB de astăzi, acest lucru a fost ajustat pentru a se potrivi în cazul în care gama alb-negru codifică perfect componentele culorilor de la 0 la 255 cu o gamă de 2,4, dar reglarea negru necesită corectarea liniară a luminozității liniare a componentelor colorimetrice codate de la 0 la 10 , și extindeți curba dincolo de componentele codate de la 235 la 255: această extensie a intervalului de redare mărește gama de culori afișabilă pentru grafică digitală stabilă și documente, chiar dacă aceste valori foarte întunecate și foarte luminoase sunt destul de ușor saturate și, în general, nu sunt potrivite pentru video cu imagini naturale, unde provoacă artefacte vizibile care sunt uneori deranjante, cum ar fi solide saturate în fotografii sau scene cu puțină animație sau moare instabil, creând obiecte fantomă în videoclipuri în mișcare (de exemplu pentru redarea reliefului fețelor într-o scenă luminată) sau reducând gama discernabilă de Culorile și stabilitatea la umbrire.

În zonele slab iluminate (cele în care transformarea sRGB este liniară și nu respectă regula gamma, aceste fantome devin foarte vizibile și ascund toate restul detaliilor: texturi și linii de contrast ale obiectelor reale care sunt, prin urmare, complet mascate de fantome și moiré produs de aceste texturi, care sunt tratate în același mod ca „zgomotul” cuantizării intrinseci a imaginilor digitale, în aceste intervale limitative de luminozitate scăzută și mare și colorimetrie foarte aproximativă dacă nu este. Nu există un tratament special pentru a șterge sistemul „zgomot” de cuantificare prin înlocuirea acestuia cu un zgomot alb aleatoriu, așa cum a fost cazul în televiziunea analogică, chiar dacă moiré a existat în zone foarte luminoase sau cu contrast ridicat). O altă soluție pentru ștergerea acestui efect constă, de asemenea, în codecuri video digitale în creșterea ratei de cadre, luând în considerare imaginile interpolate intermediare pentru a netezi aceste fantome în cadrele finale și în utilizarea cuantificărilor mai puțin sistematice care cuprind praguri mai aleatorii. suprafața unui cadru și în dimensiunea de timp dintre cadre în mișcare video), dar acest lucru necesită o procesare digitală mai complexă (și mai multă memorie pentru a procesa un videoclip).

Fără această procesare complexă, spațiul sRGB nu ar trebui, prin urmare, să utilizeze valorile colorimetrice foarte scăzute și foarte ridicate pentru fotografii digitale și video, ci să rămână în spațiul restrâns de la 10 la 235 (în loc de la 0 la 255 pe „scala completă) pentru a evita saturația și efectele nocive ale sistemelor simple de cuantificare (fără postprocesare digitală cu accelerare hardware, multă memorie). În acest spațiu, atunci valoarea gamma a sRGB este stabilă și este egală cu 2,4, nu există „negru adevărat” sau „alb adevărat”, care poate fi folosit doar pentru tăiere sau subtitrare (cu posibil un contrast care poate fi accentuat pentru aceste elemente fixe ale imaginii, dacă ecranul o permite, dar nu în VGA, nici pe un ecran cu raze catodice sau valorile scăzute sunt rezervate pentru dispariția scanării electronice și a alimentării liniei sau a modificărilor cadrului), dar cel puțin colorimetria este suficientă peste tot (chiar și atunci când se trece la așa-numita redare HDR, care adaugă doar biți de precizie componentelor colorimetrice fără a schimba intervalul de valori, nici funcțiile de transfer și ajustarea gamma, dar, de asemenea, o face este posibil să se renunțe la procesarea spațială a imaginii pentru a șterge zonele moiré și de saturație care sunt puternic atenuate de această creștere a preciziei, în special în zonele de umbră dacă componentele colorimetrice sunt codate în virgulă mobilă e t fie pur și simplu cu numere întregi).

În cele din urmă sRGB este doar un model idealizat pentru ecranele tristimulus (sau monocrome), nu este potrivit pentru imprimare sau pentru ecrane mai moderne care pot utiliza mai multe componente, cu funcții de transfer mai complexe (și valori gamma diferite în funcție de componentă, precizie și rezoluția sa spațială sau temporală), acest model rămâne idealizat pe ecrane catodice vechi, rămânând în același timp compatibil cu redarea textelor și graficelor fixe; nu a fost destinat pentru ceea ce permite postprocesarea digitală cu acceleratoarele grafice de astăzi, dar din moment ce acesta din urmă poate șterge cu ușurință defectele modelului sRGB, nu este nevoie să schimbăm modelul de referință (atâta timp cât rămânem limitați la tricromatic sau imagini monocrome).

Cuantificare și rotunjire

Spațiul de culoare sRGB face posibilă rotunjirea valorilor exprimate pe 8 biți, de la 0 la 255, la unitate, tranziția dintre două nuanțe fiind mai mică decât diferența doar perceptibilă. Acest lucru nu este cazul cu codarea video analogică din vechiul standard ITU-R 709.BT care se aplica monitoarelor analogice VGA și televizoarelor, pentru a evita distorsiunile de gamă atunci când se reproduc pe un monitor digital sau se redă. web; pentru codificarea formatelor video digitale, alte modele colorimetrice permit extinderea directă a gamei fără această ajustare și cu o valoare gamma mai mică; pentru aceasta, monitoarele și ecranele digitale au o setare pentru a regla videoclipurile convertite în sRGB pe aceeași gamă redusă ca și sistemele analogice cu așa-numitul mod cinema, sau pentru a utiliza întreaga gamă sRGB pentru aplicații de calculator, web și web. fotografie.

Vezi și tu

Articole similare

Bibliografie

Comisia internațională pentru iluminare , Standardul 61966-2-1 (1999) ,1999( prezentare online )
(ro) Michael Stokes , Matthew Anderson , Srinivasan Chandrasekar și Ricardo Motta , A Standard Default Color Space for the Internet - sRGB ,5 noiembrie 1996( citește online )
(ro) „ Propunere pentru un spațiu de culoare implicit standard pentru Internet - sRGB ” (accesat la 15 septembrie 2014 ) .
(ro) Sabine Süsstrunk , Robert Buckley și Steve Swen , „ Standard RGB Color Spaces ” , a 7-a conferință de culoare și imagistică Programul final și proceduri , Society for Imaging Science and Technology,1999, p. 127-134 (8) ( citiți online ).

linkuri externe

(ro) International Color Consortium, „ sRGB ” , pe www.color.org (accesat la 12 septembrie 2014 ) (vezi șipdf)
Daniel Metz, „ Ce este sRGB? » , Pe www.blog-couleur.com ,Iulie 2007(accesat la 16 iulie 2013 )

Referințe

Valorile numerice date aici sunt cele ale specificației sRGB IEC 61966-2-1: 1999 .
Calculele presupun un observator de referință CIE 2 °.
Cea mai mică abatere de culoare pe un ecran compatibil este mai mare decât unitatea.
„Televiziunea difuzată digital utilizând o valoare codificată 16 pentru negru și 235 pentru alb, pentru a permite redarea unei game mai largi de culori” ( „ Televiziunea de difuzare digitală utilizează un număr negru digital de 16 și un număr digital alb de 235 pentru a oferă o gamă de culori codificată mai mare ” ).

IEC 61966 , p. 10.
IEC 61966 , p. 14 se referă la Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor , UIT-R BT.709-5 ,2011( citește online ).
IEC 61966 , p. 10, 12.
" ISO 16760: 2014 Tehnologie grafică - pre-tipărire schimb de date - Pregătirea și vizualizarea imaginilor RGB pentru utilizare în fluxurile de lucru RGB-based Graphic Arts " ,2014(accesat la 26 aprilie 2021 ) .
Süsstrunk, Buckley și Swen 1999 .
Henri Maître , Du photon au pixel: Camera digitală , ISTE,2016, p. 167.
Master 2016 , p. 167-169 „5.2.6 Spațiul sRGB”.
(în) Charles Poynton , „Reabilitarea gama” în viziunea umană și imagistica electronică III ,1998( citește online ) [PDF] .
(în) Charles Poynton , Redare imagine, imagine de stat și BT.709 ,2010( citiți online ) , p. 3citează (în) IG Maloff , " Gamma and Range in Television " , RCA Review , Vol. 3, n o 4,Aprilie 1939, p. 409–417.
Prezentare sRGB, 1996 .