Цветовая система CIE XYZ и диаграмма цветности CIE

Международный стандарт представления цвета CIE XYZ был принят в 1931 году Международной комиссией по освещению (CIE - фр. Commission Internationale de l'Eclairage), В нем определяются три базисные функции ρX(λ), ρY (λ), ρZ(λ), зависящие от длины волны, линейные комбинации которых с неотрицательными коэффициентами (X, Y и Z) позволяют получить все видимые человеком цвета.

Рис. 1.7. Функции представления цвета для CIE XYZ.

Математически можно записать получение коэффициентов так:

где I(λ) - спектральная функция распределения для представляемого цвета, а k - масштабный коэффициент, выбираемый исходя из того, какой цвет принимается за белый и в каком диапазоне должны лежать значения Y.

где I_бел(λ) - спектральная функция распределения для выбранного эталона белого цвета. Функция ρ_Y(λ) соответствует относительному восприятию интенсивности света палочками.

Если рассмотреть значения X,Y,Z как координаты в трехмерном евклидовом пространстве, то видимые цвета образуют криволинейный конус в первом квадранте.

Рассмотрим значения цветности (англ. chromacity values) x, y, z, которые определяются из X,Y,Z следующим образом:

Они вводятся для описания только цветовых свойств света, безотносительно его энергии, и зависят только от основной длины волны и насыщенности. Таким образом, если опять же поместить эти точки в трехмерное евклидово пространство, то они будут как раз лежать на плоскости X + Y + Z = 1. Проекция этой плоскости на Oxy называется диаграммой цветности CIE.

Эта диаграмма весьма полезна и наглядна и широко используется. Цвета, расположенные на границе проекции, являются монохроматическими. При смешении базисных цветов можно получить все цвета, находящиеся в их выпуклой оболочке на диаграмме цветности. Этим как раз и объясняется, что с помощью трех базовых цветов R,G,B (да и любых других) мы не можем получить все видимые цвета.

Введем понятие точки белого (англ. white point). Это точка на диаграмме цветности, соответствующая измеренным координатам белого цвета. Она может варьироваться в зависимости от того, какой источник цвета принимается за белый. В исходной модели CIE XYZ весовые функции были специально подобраны так, чтобы дневному свету солнца соответствовала точка (x, y, z) = (1/3, 1/3, 1/3). Другие точки белого применяются для компенсации условий съемки, например при освещении флуоресцентными лампами, или свойств оборудования. В фотографии это связано с так называемым нахождением баланса белого.

Рис. 1.8. Конус видимых цветов в трехмерном пространстве в модели CIE XYZ.

Важной характеристикой как цветовых моделей, так и конкретных устройств, отображающих цветную информацию, является Цветовая гамма (англ. Color gamut) - подмножество цветов, воспроизводимое в условиях конкретной цветовой модели или для конкретного устройства цветового отображения.

Рис. 1.9. Диаграмма цветности CIE c приблизительными цветовыми гаммами для разных классов устройств.

Корректно отображать цветовую гамму как некоторое подмножество в конусе видимых цветов. Можно также ограничиться проекцией на диаграмму цветности, но при этом не учитывается диапазон яркости.

ProPhoto RGB "базисные цвета" R, G и B ради этого даже находятся за рамками зоны видимых цветов. Для представления цветов в таком широком диапазоне рекомендуется использовать повышенную точность с 16 или более бит/канал.