色空間が色スペクトル全体を使い果たしないのはなぜですか？

sRGB色空間の色域で示されるCIE 1931色度図をご覧ください。以下に示すように、特定の色が色空間から意図的に除外されているのはなぜですか？すべての色を含めるだけではどうですか？

sRGBは、1996年にHPとMicrosoftによって開発された色空間です。CRTモニターは一般的であったため、sRGBはこれらのモニターの機能の特性に基づいていました。歴史と理由の良い記事はここにあります。

色度座標と使用可能な色は、CRTで使用されている蛍光体が当時生成できるものに基づいて選択されました。プリントもTFTまたはCRTモニターも、可視光スペクトル全体を複製できないことを考慮してください。

モニターを制御したいPCまたはカメラ上のプログラムは、離散値を使用します。より大きな色空間を使用する場合、より大きなデータ型を使用しない限り、異なる色の間のステップは粗くなります（例：8ビットのAdobe RGB）。一方、より大きなデータ型のより大きな色空間の画像情報は、より多くのメモリを使用し、より多くの処理能力を必要とします（例：16ビットのAdobe RGB）。このデジタル値は、特定の段階でアナログ信号（通常は電圧）に変換され、次に目に見えるもの（CRTの場合：加速された電子によって励起される燐光スクリーン）に変換されます。

デジタル入力をアナログ信号に変換するための解像度は、コスト、サイズ、技術により、さらに制限されます。

したがって、sRGBをCRTモニターにフィットさせると、ハードウェア要件を最小限に抑えながら、色間で良好な解像度を実現できました。

CIE 1931色度図は、平均的な人間の目に見えるすべての色を表します。しかし、それらの色が平均的な人間の目で知覚できるからといって、すべての技術が平均的な目で見られる可能性のあるすべての色を生成できるというわけではありません。三刺激モデルは人間の色知覚の全範囲を作成することはできませんが、さまざまなRGB色モデルは人間の色知覚のほとんどの非常に広い範囲をカバーします。

投稿した図と、実際にコンピューター上にあるすべてのCIE図で、それが単なるモデルであることを認識してください。sRGBダイアグラム以外のダイアグラムの実際の色は、実際には画像ファイルのRGB値によって表されます。ただし、ラベル付きsRGBダイアグラムの上部にある「純粋な緑」は、実際にはsRGBの「純粋な緑」ではありません（つまり、[R、G、B]の値は[0.0、1.0、0.0]ではありません）。この図は、テクノロジーの制限内で、CIEおよびsRGBカラースペースに含まれる/含まれないものを示すモデルにすぎません。

特にsRGBについては、90年代半ばのCRTモニターに対応するように設計および標準化されました。CRTは、3つの異なる蛍光体銃（特に赤、緑、青のスペクトル）からの光を放出および結合することで色を生成します。異なる波長の追加の蛍光体銃がないため、このようなCRTは人間が見ることができるすべての色を放射することはできません。

通常、色はオレンジ、チェリー、またはピンクと言います。塗装店に行って、サンプル見本を拾います。あなたは冬の白と炎の赤、そしておそらくキャンディーアップルレッドを見るでしょう。このような名前は十分に分類できません。最も初期の、そしておそらく最良のシステムの1つは、マンセルシステムです。アルバートH.マンセルによって開発された彼は、安定した顔料を使用して作られた実際のサンプルで表現できるすべての色の立体を配置しました。最善の方法だと思います。

以下はCIEシステム（国際照明委員会）でした。人間の目の色反応をマッピングする実験は、1920年代初頭に始まりました。学生は、赤、緑、青の3つの明るい原色を混ぜた色を一致させました。色覚の原因である人間の目の細胞は、赤、緑、青を受け取るために色素沈着したトライアドであることがわかりました。これら3つの原色を混ぜて、人間が見ることができるすべての色を作ることができることがわかりました。

しかし、科学は完璧なフィルターや完璧な顔料を作ることはできません。いずれの場合も、マークをわずかに見逃しています。CIEシステムは、架空の原色を使用します。これらを混ぜて、すべての色を作ることができます。架空の原色が使用されるという事実は、システムの価値を損なうものではありません。おそらく、あなたは完璧なカラーフィルターを作成し、タスクをやり直します。

CIEシステムは、3つの各原色の量に関して色を指定します。このカラーミックスは、数千人がテストされ、結果が平均化されているため、標準的な観測者向けです。結果のグラフは、彩度が最も高い色の位置を表す馬蹄形の境界です。これらはスペクトルの色です。グラフの色付きの領域は、最新の印刷インクで得られる彩度の限界です。中央付近は、昼光条件用の照明ポイントです。

マンセルシステムを使用して知覚される色には、色相、明度、彩度という3次元の識別情報があります。CIEシステムは2次元です。下部の直線は、最大彩度のマゼンタと紫を表しています。これらの色は、スペクトルまたは虹では発生しません。色相は波長として表されます。続けていくことができますが、多分マンセルに固執すべきでしょう。

任意の RGB原色に基づいた色空間が三角形を説明します。CIEダイアグラムは完全な三角形ではないため、物理的に存在できない架空の色を作成せずにすべてを三角形に含めることはできません。特に、センサーまたはディスプレイで使用されるR、G、Bの値は、物理的な色の範囲内になければなりません。これは物理デバイスにのみ適用されることに注意してください。RGBポイントには想像上の色を使用する色空間がありますが、それらは数学的な操作のみを目的としています。

RGBポイントには他にも制約があります。第一に、費用対効果の高い現在の技術でそれらが達成可能であればより良いことです。sRGBのポイントはRec。709の範囲を定義し、あなたの表現は24ビットに例えば、限定されているとき、あまりにも遠く離れて同系色の区別の問題にリードをポイント間隔、1990年第二にハイビジョンテレビでサポートされています。ほとんど見られない色を表現するよりも、一般的な色を適切に表現する方が適切です。

3つ以上の原色を使用すると、三角形ではない色空間を定義でき、CIE空間をより多く含むことができます。ソニーは、青と緑の間のどこかに「エメラルド」プライマリを含むRGBEセンサーを生産しましたが、放棄する前に1台のカメラでしか使用していませんでした。使用するフィルターのCIE座標に関する情報を見つけることができませんでしたが、色域が何であるかを推測できます。

出発点として3つのsRGBプライマリを使用しているにもかかわらず、sRGBよりもはるかに広い領域をカバーしていることがわかります。なぜそれが流行しなかったのかを確実に言うのは難しいですが、推測できます。ソフトウェアと印刷の世界はすべて3原色の色空間に基づいているため、色域はそれらの1つに絞り込まれなければならず、RGBEの利点は翻訳では失われます。

モニターディスプレイの各ピクセルには、画面上の水平および垂直位置があります。その位置内には、0％から100％の強度で変化するカラーモニターの3つの「色」があります。

図の領域の外側の端を見ると、同じ視覚強度知覚で純粋な波長の光を放射するすべての蛍光体を使用して形成される色がわかります。この領域内には、同じ視覚強度レベルで人間の目の（赤、青、および緑の発色団）が知覚する光の「100％」強度の表現があります。任意の2つの純粋な波長の間に線を引き、最初の色の0〜100％と2番目の色の100％〜0％の強度を変化させることを考えてください。

色覚が良好な人間には、3つの異なる「色」受容体があります。したがって、3つの「純粋な」波長の混合物が多くの異なる「色」を形成すると考えるように目を欺くことができます。このような場合、光の強度は3色のそれぞれについて0〜100％の間で変化します。

内側の三角形には、モニター用に選択された特定の蛍光体の「有効色」（色の混合）を示す3つのポイントがあります。（蛍光体は純粋な波長の光を発するのではなく、色の混合物を発します）。そのため、選択された赤色蛍光体は、モニター上の「純粋な赤色」がどれだけ「赤色」であるかを制限します。緑と青のように。トライリニア座標を使用すると、100％の力で得られる色の混合の印象を得ることができます。

トライリニア座標を取得するには、最初に選択した3つの蛍光体の間にトレーンを描画します。次に、内側の三角形の各頂点から反対側に垂直線を引きます。三角形の頂点は100％の強度であり、線と底辺の交点は0％の強度を形成します。これを3つの頂点すべてに対して行うと、三角形内の各内部点で3本の線が交わることになります。各ラインに100分割がある場合、グリッドには10,000ポイントがあります。さらに、各ポイントの赤/緑/青の強度は合計で100％になります。

三角形の角が頂点の「純粋な」色に近づくことに注意してください。三角形の外側から内側に交差するとき、三角形の側面に沿って明確な移行があります。色の混合が異なるためです。

mattdmは、ピクセルの全体的な「パワー」も考慮する必要があることを指摘しました。3つの蛍光体すべての強度が0％の場合、色は黒になります。3つの色の強度がすべて100％の場合、色は白に近いはずです。もちろん白を得るには、3つの蛍光体を慎重に選択する必要があります。

デバイススペースとデバイスに依存しないカラースペースがあります。sRGBは、1日でCRTを標準化するためのスペースとしてHPの女性によって作成された、デバイスに依存しない色空間です。AdobeのChris CoxがAdobe 1998を作成しました。EastmanKodakのKevin SpauldingがRIMMおよびROMMカラースペースを作成し、RIMMはProPhoto RGBとして使用されています。そのスペースは実際にXYZダイアグラムをカバーしますが、プリンターの色域のボリュームが近い場合にのみフォトグにとって有益です。（光沢のある光沢紙を使用したほとんどのハイエンドエプソンは、Pro Photo RGBに近づきます）

本当の問題は、画像の最終用途です。上記の色空間プロファイルは、実際のデバイスではなく、デバイスの数学モデルです。それらの利点は、それらが等距離の原色を持ち、これらの空間に含まれる画像の変換が比較的うまく動作することです。

デバイス空間ではなく、デバイスの色域が持つノイズを含まない色空間を持っている。これにより、コンピューターやプリンターのモニターなど、デバイス間で予測可能でより正確な実際のデバイス空間への変換が可能になります。したがって、コンテナスペースは品質を向上させる方法です。

ここで、「すべての色を含めるだけではどうですか？」という質問に答えます。ProPhoto RGBを使用すればできますが、sRGB（インターネットの色空間）よりもかなり大きいLab値に割り当てられたRGB値（0-255）であるため、次の場合は画像が正しく表示されません。 ProPhoto RGBファイルをWebに投稿します。したがって、実際に見たいように見える必要がある画像は、出力参照スペースに変換する必要があります。ブラウザで発生するインターネット上。コンピューターに既知のモニタープロファイルがあり、色を新しいLabスペースにレンダリングするために発生するハイエンドモニターがある場合。

一部はデータエンコードの効率（ビット/精度を無駄にしない）、一部は歴史的な理由、およびいくつかの実際的な考慮事項に関係しています。

そこにいくつかの色空間であるか、すべての「目に見える」色をカバーするには、我々は、通常の画像/動画のためにそれらを使用することはありません。たとえば、あなたの質問のそのチャートは、CIE 1931 XYZ空間の色を示しています。これは、人間に見えるすべての色をカバーする色空間です（その心理モデルによる）。

ただし、CIE XYZは、画像やビデオなどで実際に色データを表すために通常使用される色空間ではありません。RGB空間への変換は比較的複雑であり、ほとんどのモニターが生成したりセンサーが見ることができる色の範囲外、さらには人間が見ることができる空間の外の色についても多くの精度を浪費します。RGB空間での計算が簡単な数学演算は、CIE XYZのようなものでは非常に複雑になり、すべての実用性においてとにかく中間変換が必要になります。

RGBカラースペースを使用すると、特定の操作が非常に簡単になります。モニターと画面は、RGBカラースペースをネイティブで使用します。出力メディアが本質的にRGBベースであるためにRGBカラースペースを使用している場合、最初は出力メディアが実行できる赤、緑、青の原色と同等またはほぼ一致するカラースペースを使用するのが理にかなっています。過去には、カラーモニターは同様の赤、緑、青の原色を生成する蛍光体を使用していたため、RGBスペースは「標準」色空間であるためです。モニターはすべて同じではないため、デバイスに依存しない色空間を発明することをお勧めします.sRGBは最も一般的なデバイスに依存しない空間であり、CRTモニター時代の典型的な赤、緑、青の原色にほぼ一致します。sRGBは、モニター、テレビ（rec 601およびrec 709、

そのため、sRGBの人気の一部は、これらすべての分野への定着です。カラースペースに関しては、RGBスペースに関しても非常に限られているため、Adobe RGB、ProPhoto、および拡張された色域を持つ他のRGBスペースを取得できます。それらのエンコードは少し効率が悪くなり、場合によってはチャネルごとに8ビット以上を使用する必要がありますが、新しいモニターおよびディスプレイテクノロジーが実行できるより広い色域をカバーし、「作業色空間」のニーズに対応します。 、入力と出力の色空間はデバイスによって異なるため、非常に広い色域を持つ中間空間を使用して、損失を最小限に抑えて変換することができます。ProPhoto RGB。「十分に広い」ため「作業用」色空間としてよく使用されます 実際に想像できるほぼすべてのデバイスの色空間を超えるため、いくつかの超深緑とスミレを除いて、ほとんどすべての可視色（CIE 1931に準拠）をカバーできます（ここでも、これらはモニターや他のデバイスの範囲をはるかに超えています）表示）、しかし、結果として、エンコードするのはかなり非効率的であり、多くの座標は単に可視色の範囲外にあるため利用されません。興味深いことに、その原色（つまり、赤、緑、青）は「架空」です-原色は不可能な色なので、ProPhoto RGBの原色でエミッターまたはセンサーを作成することは不可能です-色を転送する方法として数学的にのみ存在します他のスペースとの間。いくつかの超深緑とスミレを除き（CIE 1931によると）ほぼすべての可視色をカバーできます（ここでも、これらはモニターや他のデバイスが表示できる範囲をはるかに超えています）が、結果としてエンコードはかなり非効率的です。多くの座標は、表示される色の範囲外にあるため、単に利用されていません。興味深いことに、その原色（つまり、赤、緑、青）は「架空」です-原色は不可能な色なので、ProPhoto RGBの原色でエミッターまたはセンサーを作成することは不可能です-色を転送する方法として数学的にのみ存在します他のスペースとの間。いくつかの超深緑とスミレを除き（CIE 1931によると）ほぼすべての可視色をカバーできます（ここでも、これらはモニターや他のデバイスが表示できる範囲をはるかに超えています）が、結果としてエンコードはかなり非効率的です。多くの座標は、表示される色の範囲外にあるため、単に利用されていません。興味深いことに、その原色（つまり、赤、緑、青）は「架空」です-原色は不可能な色なので、ProPhoto RGBの原色でエミッターまたはセンサーを作成することは不可能です-色を転送する方法として数学的にのみ存在します他のスペースとの間。多くの座標は、表示される色の範囲外にあるため、単に利用されていません。興味深いことに、その原色（つまり、赤、緑、青）は「架空」です-原色は不可能な色なので、ProPhoto RGBの原色でエミッターまたはセンサーを作成することは不可能です-色を転送する方法として数学的にのみ存在します他のスペースとの間。多くの座標は、表示される色の範囲外にあるため、単に利用されていません。興味深いことに、その原色（つまり、赤、緑、青）は「架空」です-原色は不可能な色なので、ProPhoto RGBの原色でエミッターまたはセンサーを作成することは不可能です-色を転送する方法として数学的にのみ存在します他のスペースとの間。

より小さな色空間は以下のためです：

• 制約のある画像伝送。小さい色空間を使用すると、両方に同じ色深度が与えられている巨大な完全な色空間に比べて色の精度が向上します
• 事前にレンダリングされた画像、送信前に変換を適用しないターゲットハードウェアで表示する準備ができている