www.avmentor.gr - Technology: Video Basics - A Few Things Tha you Need To Know...

Τεχνολογίες Εικόνας:
Καλύτερα να Μασάς, παρά να Μιλάς...

Εισαγωγή
Το Φως, τα Χρώματα και το Μάτι
Ο Δείκτης Αντίθεσης και η Οξύτητα σε μια προβαλλόμενη εικόνα
Τί είναι τελικώς η διόρθωση Gamma;
Εγχρωμη εικόνα: Πειράματα, Μοντέλα, Το Διάγραμμα CIE και το Gamut
Βίντεο: Περί Χρονικού και Χωρικού Δειγματισμού
Η Σαρωση και ο Συγχρονισμός των σημάτων Βίντεο
Ti είναι η Ανάλυση; Σήματα Χρωματοδιαφορών και το Ψηφιακό Βίντεο
Φωτεινότητα, Αντίθεση και άλλες ιστορίες... (δηλαδή, πάλι Φωτεινότητα και Αντίθεση!)
Για περισσότερο διάβασμα...

ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ

ΕΠΟΜΕΝΗ...

ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ...►

Εγχρωμη εικόνα: Πειράματα, Μοντέλα, Το Διάγραμμα CIE και το Gamut

Ενώ το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται τα χρώματα του φωτός άμεσα, μέσω των διαφορετικών υποδοχέων του, έχοντας τρία διαφορετικά είδη κωνίων το κάθε ένα από τα οποία έχει ευαισθησία σε διαφορετική περιοχή συχνοτήτων, πολύ χονδρικά με κέντρα το μπλέ, το πράσινο και το κόκκινο, τα συστήματα λήψης και προβολής εικόνων έχουν ανάγκη από ένα σαφές μοντέλο περιγραφής των χρωμάτων μιας σκηνής. Ενα από τα παλαιότερα μοντέλα είναι το τρίγωνο του Maxwell. Πρόκειται για ένα ισόπλευρο τρίγωνο στις κορυφές του οποίου υπάρχουν τα τρία -λεγόμενα- βασικά χρώματα (κόκκινο, πράσινο μπλέ) η μείξη των οποιων μπορεί να δημιουργήσει ένα μεγάλο αριθμό χρωμάτων τα οποία περικλείονται στο τρίγωνο. Το λευκό βρίσκεται στο σημείο τομής των υψών/διχοτόμων του τριγώνου και παράγεται από μείξη σε ίσες ποσότητες και των τριών χρωμάτων. Στα σημεία τομής των υψών με τις απέναντι πλευρές υπάρχουν τρία διαφορετικά βασικά χρώματα, το κυανό, το ιώδες (ματζέντα) και το κίτρινο. Τα χρώματα αυτά μπορούν να παραχθούν από μείξη σε ίσες ποσότητες των βασικών χρωμάτων που βρίσκονται στις αντίστοιχες κορυφές της πλευράς δίνοντας έτσι μια κομψότητα στο μοντέλο. Στην πράξη, από το τρίγωνο του Maxwell προκύπτουν δύο διαφορετικά μοντέλα, το αθροιστικό (additive), στο οποίο το άθροισμα των βασικών χρωμάτων δίνει το λευκό, και το αφαιρετικό (subtractive) στο οποίο η απουσία των βασικών χρωμάτων αντιστοιχεί στο λευκό. Το αθροιστικό μοντέλο είναι το γνωστό στο βίντεο RGB ενώ το CMY αποτελεί την θεωρητική βάση των χρωμάτων στην τυπογραφία.


Το τρίγωνο του Maxwell αποτελεί ένα κομψό, αν και όχι επαρκές, μοντέλο των χρωμάτων, περιγράφοντας μάλιστα δύο τρόπους μείξης βασικών χρωματικών συνιστωσών: Τον Προσθετικό (RGB) και τον Αφαιρετικό (CMY).

Ενα πρόβλημα το οποίο υπάρχει είναι το ότι είναι δύσκολο να συμφωνήσουμε για το πώς φαίνεται το κάθε χρώμα επομένως είναι αντιστοίχως δύσκολο να συμφωνήσουμε ποιά σχέση μεταξύ R, G και B είναι η κατάλληλη για να το περιγράψει. Την διετία 1928, 1931 δύο ανεξάρτητα πειράματα από τους Wright και Guild έδωσαν μια λύση. Χρησιμοποιώντας μια διπλή οθόνη στην οποία πρόβαλαν ταυτόχρονα το άγνωστο χρώμα και τα τρια βασικά μπόρεσαν να φτιάξουν ένα διάγραμμα που έδινε τις σχέσεις των βασικών χρωμάτων για κάθε χρώμα. Η σχεδόν... Μια παρενέργεια των πειραμάτων των Wright και Guild ήταν η ανακάλυψη ότι το τρίγωνο Maxwell δεν αρκούσε για να περιγράψει όλα τα χρώματα. Πολύ απλά υπήρχαν χρώματα και έξω από αυτό, γεγονός που σήμαινει ότι, σε ορισμένες περιπτώσεις, υπήρχαν στο μοντέλο "αρνητικές" τιμές για κάποιο από τα βασικά χρώματα. Αν και τα ίδια τα πειράματα αντιπαρήλθαν το πρόβλημα μειξάροντας το "αρνητικό" χρώμα μαζί με το άγνωστο και επιχειρώντας να προσεγγίσουν το νέο χρώμα που προέκυπτε μόνο με τα άλλα δύο βασικά, ήταν προφανές ότι ένα νέο μοντέλο ήταν απαραίτητο.
Το 1931 δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά το "Διάγραμμα Χρωματικότητας CIE" (από την γαλλική φράση Commission Internationale de l' Eclairage, Διεθνής Επιτροπή Φωτισμού). Η δημιουργία του ίδιου του διαγράμματος είναι μια εξαιρετικά κομψή και σύνθετη από μαθηματικής άποψης διαδικασία: Περιλαμβάνει την κατασκευή ενός τρισδιάστατου χρωματικού μοντέλου (ενός κύβου στου οποίου τις πέντε κορυφές -από τις οκτώ- βρίσκονται τα τρία βασικά χρώματα, το μαύρο και το λευκό), την δημιουργία μιας τρισδιάστατης επιφάνειας η οποία περιέχεται στον κύβο και είναι ο γεωμετρικός τόπος των διανυσμάτων που αντιστοιχούν σε όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός και τέλος τον "περιορισμό" του τρισδιάστατου αυτού χώρου σε ένα επίπεδο (που είναι βεβαίως πολύ πιο εύχρηστο) με την προβολή του σε μια επιφάνεια "σταθερής φωτεινότητας". Για να γίνει αυτό κατορθωτό (και να αποκλείσει την πιθανότητα εμφάνισης αρνητικών τιμών), η CIE επέλεξε να απαλείψει από το διάγραμμα τα ίδια τα βασικά χρώματα και να τα αντικαταστήσει με δύο συντεταγμένες x και y οι οποίες προκύπτουν από αυτά. Η λύση αυτή μας προσφέρει την δυνατότητα να επιλέξουμε τα βασικά χρώματα της αρεσκείας μας και όχι μόνο τα R, G και B. Πολλές λεπτομέρειες για την μαθηματική διαδικασία μέσω της οποίας καταλήγουμε στο διάγραμμα CΙΕ μπορείτε να βρείτε στις αναφορές [4] και [7]. Το αποτέλεσμα, στο τέλος, είναι το γνωστό "πεταλοειδές" διάγραμμα χρωματικότητας. Το διάγραμμα αυτό περιλαμβάνει όλα τα ορατά (στον μέσο παρατηρητή) χρώματα, με τα μονοχρωματικά (αυτά δηλαδή που αντιστοιχούν σε μια ακτινοβολία με συγκεκριμένο μήκος κύματος) να βρίσκονται στο καμπύλο τμήμα του (που ονομάζεται Spectral Locus) και μια σειρά αποχρώσεων του ιώδους που δεν αντιστοιχεί σε μονοχρωματικές ακτινοβολίες να βρίσκονται στην βάση (η οποία ονομάζεται Purple Line). Τα χρώματα που βρίσκονται στο εσωτερικό του διαγράμματος είναι χρώματα "λιγότερο κορεσμένα" σε σχέση με αυτά που βρίσκονται στην περιφέρεια. Είναι ενδιαφέρον να παρατηρήσει κανείς ότι το συγκεκριμένο σχήμα δεν επιδέχεται την χάραξη ενός τριγώνου του οποίου οι κορυφές να ανήκουν στο διάγραμμα (επομένως να εκπέμπουν ορατό φως) και ταυτόχρονα να εμπεριέχουν ολόκληρο το διάγραμμα. Αυτό στην πράξη σημαίνει ότι δεν μπορούμε να φτιάξουμε ένα σύστημα βασικών χρωμάτων που να καλύπτει το σύνολο των ορατών χρωμάτων! Η παρατήρηση αυτή μας οδηγεί στο ορισμό του όρου "Gamut".


Ο τρόπος προσδιορισμού των χρωματικών συνιστωσών στα πειράματα των Wright και Guild.

Το Gamut είναι το γνήσιο υποσύνολο των χρωμάτων τα οποία μπορεί να αναπαράγει ένα δεδομένο μοντέλο ή ακόμη και μία συγκεκριμένη συσκευή (το λέμε γνήσιο επειδή δεν μπορεί να γίνει ποτέ ίσο -πλην μίας εξαίρεσης- με το αρχικό σύνολο που καθορίζει το διάγραμμα). Επειδή όλα μας τα μοντέλα είναι τριχρωματικά, τα Gamut είναι συνήθως τριγωνικά σχήματα τα οποία περιλαμβάνουν τα χρώματα που μπορούν να αναπαραχθούν, ενώ το ειδικό υποσύνολο, που περιλαμβάνει όλα τα χρώματα του διαγράμματος (είναι δηλαδή το ίδιο το διάγραμμα) αντιστοιχεί στο gamut του ανθρώπινου συστήματος όρασης. Πολύ συχνά του διαγράμματος χρωματικότητας υπερτίθεται ο γεωμετρικός τόπος εκπομπής του Σώματος του Planck (ο οποίος είναι γνωστός και ως Planckian Locus). Στην περίπτωση αυτή μπορεί κανείς να δει τα χρώματα που αντιστοιχούν σε κάθε θερμοκρασία. Στο χρωματικό διάγραμμα, τέλος, συχνά τοποθετούνται τα σημεία που αντιστοιχούν σε διάφορα "λευκά" με το σημαντικότερο να είναι το λευκό της ημέρας γνωστό και με την ονομασία D65 Daylight του οποίου οι συντεταγμένες έχουν καθοριστεί από το CIE, το 1964, ως x=0.31382 και y=0.33100, συντεταγμένες που αντιστοιχούν στην εκπομπή του σώματος Planck όταν αυτό βρίσκεται σε θερμοκρασία 6500Κ.
Ολη αυτή η θεωρία περί μοντέλων και των τρόπων που έχουμε στη διάθεσή μας να κωδικοποιούμε το χρώμα αποκτά αξία μόνο υπό μια προυπόθεση: Οτι είμαστε σε θέση, με κάποιο τρόπο να μετατρέψουμε μια πραγματική σκηνή σε σήμα.


To διάγραμμα χρωματικότητας που δημοσίευσε η CIE το 1931		Το CIE 1931 μπορεί να προσαρμοστεί σε οποιαδήποτε τριάδα βασικών χρωμάτων. Οι καμπύλες των RGB είναι φυσικά από τις πλέον διαδεδομένες: Προσέξτε ότι σε αυτό το διάγραμμα εμφανίζονται και "αρνητικές" τιμές...

...οι οποίες φυσικά απαλείφονται στο γνωστό πεταλοειδές διάγραμμα. Εδώ φαίνονται τα μήκη κύματος των βασικών χρωμάτων και το Gamut του συστήματος RGB, το οποίο περιλαμβάνεται στο εσωτερικό του τριγώνου. Τα χρώματα έξω από αυτό δεν μπορούν να αναπαραχθούν.		Ο γεωμετρικός τόπος του Planck, όπου φαίνονται τα χρώματα που αντιστοιχούν στις διάφορες θερμοκρασίες του Μαύρου Σώματος.