가무트비전 방정식 — Imatest Documentation

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색차 방정식(ΔE 및 ΔE의 다양한 형태)은 Colorcheck/Color/Tone 부록 에 있습니다.

감마 볼륨 알고리즘

L*a*b* 색역 볼륨은 장치 또는 색 공간 프로파일의 색 응답 특성을 나타내는 가장 적합한 단일 수치입니다. 오른쪽에는 Adobe RGB(1998) 색 공간(와이어프레임)과 Epson R2400 Premium Luster(솔리드)의 L*a*b* 색역 및 볼륨이 표시되어 있으며, 이는 Adobe RGB에서 지각적 렌더링 의도를 고려하여 매핑된 것입니다. L*a*b* 볼륨의 단위는 때때로 ΔE3 (위의 ΔE * _ab 참조) ^으로 표시됩니다.

색역 볼륨은 계산하기 쉽지 않습니다. 프로파일에서 직접 추출할 수 없기 때문입니다. Gamutvision 알고리즘은 고정된 채도 S 값(일반적으로 최대값인 S =1)에 대한 모든 HSL 색조 H 및 명도 L 값을 포함하는 이미지로부터 색역 볼륨을 계산합니다. 이는 오른쪽 그림과 왼쪽 그림의 Gamutvision 구조 에 나타나 있습니다. 이 이미지는 오른쪽의 색역을 생성하는 데 사용됩니다. 알고리즘은 다음과 같습니다.

RGB 이미지 값을 L*a*b*로 변환합니다.
색역의 "질량 중심"을 찾으십시오. 일반적으로 질량 중심은 L* = 55, a* = b* = 0 부근에 있습니다.
질량 중심을 원점으로 하는 원통 좌표계( R , Θ , Φ )로 값을 변환합니다.
균일한 간격으로 배치된 경도 및 위도 각도( Θ 및 Φ , 간격 δΘ 및 δΦ )를 나타내는 "binning" 배열을 생성합니다.
각 이미지 지점에 해당하는 평균 반지름( R )을 적절한 비닝 배열 요소에 배치합니다.
누락된 점을 채우기 위해 보간법을 사용합니다.
각 배열 항목의 부피를 합산하여 총 부피 V = ∑ δV를 구합니다.
δV = R2δhδΘ ^/ 3 ; δh = Rcos (Φ) δΦ ; δV = R ³ cos( Φ ) δΘ δΦ / 3 (Δ E ³ 단위)

이 알고리즘으로 계산된 색 공간 영역은 Bruce Lindbloom 이 보고한 영역보다 약 1% 더 높습니다. 단, Gamutvision의 한계인 ±128보다 큰 a* 및 b* 값을 포함하는 매우 넓은 색 공간(ProPhoto, WideGamut)은 예외입니다.

빛과 색

이 섹션에서는 가산 및 감산 색의 기본 개념을 살펴봅니다. 이미 이러한 개념에 익숙하신 분은 아래의 색 모델 섹션 으로 바로 넘어가셔도 됩니다. 색 이론은 색 관리 시리즈에서 더 자세히 다룹니다.

인간의 눈은 약 380~700나노미터 사이의 파장을 가진 전자기파에 민감합니다. 이 파장을 빛 이라고 합니다. 가시광선 스펙트럼은 오른쪽에 나와 있습니다. 눈에는 원추세포 라고 불리는 세 종류의 색 감지 광 수용체가 있으며, 이들은 대략 빨간색, 파란색, 녹색 빛(각각 약 650, 530, 460나노미터)에 반응합니다. 다양한 색상은 두 가지 상호 보완적인 접근 방식 중 하나를 통해 재현될 수 있습니다.

가산 혼합법: 어둠(검정)에서 시작하여 여러 광원을 결합합니다. 가산 혼합의 기본 색은 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)입니다. R과 G의 빛을 더하면 노랑(Y)이 됩니다. 마찬가지로 G와 B를 더하면 청록색(C)이 되고, R과 B를 더하면 자홍색(M)이 됩니다. 세 가지 가산 기본색을 모두 결합하면 흰색이 됩니다.

감산 채색: 가시광선 스펙트럼의 일부를 제거하는 염료나 안료가 포함된 물체에 빛을 비춥니다. 물체는 빛을 투과하거나(투명 필름) 반사할 수 있습니다(예: 종이). 감산 원색은 C, M, Y입니다. 시안은 빨간색을 흡수하므로 C는 때때로 "마이너스 빨간색"(-R)이라고 불립니다. 마찬가지로 M은 -G이고 Y는 -B입니다. 두 가지 접근 방식은 오른쪽에 그림으로 나타나 있으며 아래 표에 설명되어 있습니다.

안타깝게도 이상적인 C, Y, M 잉크는 존재하지 않습니다. 감산 혼합 방식에서 원색(C, Y, M)은 보색(R, B, G)을 완전히 제거하지 못하기 때문입니다. 필름 인쇄에서는 빛이 세 개의 서로 다른 염료층을 통과하기 때문에 문제가 되지 않지만, 반사 재질(예: 종이)에 잉크를 사용하여 인쇄할 때는 중요한 영향을 미칩니다. C, Y, M을 혼합하면 일반적으로 탁한 갈색이 됩니다. 진한 검정색을 얻으려면 검정 잉크(K)를 추가해야 합니다. CMYK 색상은 장치에 따라 크게 달라지며, RGB를 CMYK로 변환하는 알고리즘도 다양합니다. 사진 편집은 RGB 색 공간에서 수행해야 합니다. CMYK로의 변환(일반적으로 프린터 색 영역을 확장하기 위해 색상이 추가됨)은 프린터 드라이버 소프트웨어에 맡기는 것이 좋습니다.

첨가형 색소	감산색
광원: 빛줄기 또는 모니터 화면 의 빛 점	빛을 투과하거나 반사하는 물체: 필름이나 인쇄물. 일반적으로 백색광으로 조명됨.
기본색: 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)	기본색: 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y)
독립적인 광원에서 나오는 빛이 더해집니다.	잉크에는 염료나 안료가 포함되어 있기 때문에, 또는 사진 필름이나 종이의 염료층에 의해 가시광선 스펙트럼의 일부가 흡수됩니다.
빨간색과 초록색을 더하면 노란색이 됩니다(R + G = Y). 마찬가지로 초록색과 초록색을 더하면 C가 되고, 빨간색과 초록색을 더하면 M이 됩니다. 세 가지 기본색을 거의 같은 비율로 더하면 회색 또는 흰색 빛이 만들어집니다.	감산 원색은 반사되거나 투과된 이미지에서 가산 원색 중 하나를 제거합니다. 시안(C)은 빨간색을 제거하므로 마이너스 레드(-R)라고도 합니다. 마찬가지로, M은 -G이고 Y는 -B입니다. 물체는 일반적으로 백색광으로 조명됩니다. 두 개의 감산 원색을 결합하면 가산 원색이 됩니다(그림 참조). 세 가지 감산 원색을 거의 같은 비율로 결합하면 회색 또는 검정색이 됩니다.

RGB 광을 조합하면 다양한 색상을 구현할 수 있지만, 사람이 볼 수 있는 모든 색상을 재현할 수는 없습니다. 기기가 재현할 수 있는 색 영역 은 기본색의 스펙트럼에 따라 달라지는데, 이는 이상적인 색 영역과는 거리가 멀 수 있습니다. 더욱 복잡한 점은 사람의 시각 반응이 일반적으로 정의되는 R, G, B 색상과 정확히 일치하지 않는다는 것입니다(위 설명은 지나치게 단순화된 것입니다). 기기의 색 영역과 사람의 시각 반응에 대한 자세한 내용은 색상 관리 페이지에서 확인할 수 있습니다.

컬러 모델

컬러 이미지를 밝게 하거나 어둡게 하려면 색상이 어떻게 표현되는지 이해해야 합니다. 안타깝게도 색상을 표현하는 모델은 여러 가지가 있습니다. 처음 두 가지는 익숙할 것이고, 나머지 두 가지는 생소할 수 있습니다.

RGB 는 빨강, 초록, 파랑의 세 가지 기본 색상을 나타냅니다. 모니터 화면과 대부분의 이미지 파일 형식에 사용됩니다. RGB 색 공간 에는 sRGB, Adobe RGB 1998, Bruce RGB, Chrome 2000 등 여러 종류가 있으며, 각 색 공간은 기본 색상의 순도에 따라 서로 다릅니다. 이는 색 영역 (표현하는 색상 범위)에 영향을 미칩니다. 이러한 색 공간에 대한 자세한 내용은 색상 관리 에서 다룹니다.
CMY(K) - 시안, 마젠타, 옐로우; 감산 원색: 가산 원색의 보색 관계입니다(시안은 빨강의 보색, 마젠타는 초록의 보색, 옐로우는 파랑의 보색). 시안, 마젠타, 옐로우 안료와 잉크는 단독으로는 깊고 풍부한 검정색을 표현하기 어렵기 때문에(탁한 갈색을 띠는 경향이 있음) 검정( K )을 추가하여 인쇄용 잉크에 널리 사용됩니다. CMYK는 프리프레스 업계에서 중요하지만 대부분의 사진 작가는 신경 쓸 필요가 없습니다. 대부분의 고품질 사진 프린터는 기본 4색 외에 추가 잉크(밝은 마젠타, 밝은 시안, 회색 등)를 사용하기 때문에 엄밀히 말하면 CMYK 방식이 아닙니다. 프린터 드라이버 소프트웨어가 RGB 파일을 잉크 농도로 변환해 주기 때문입니다.
HSV 는 색상(Hue), 채도(Saturation), 명도(Value)를 나타냅니다. 색상은 우리가 색으로 인식하는 요소입니다. 채도는 100%가 순수한 색이고, 0%가 회색입니다. 명도는 밝기와 관련이 있습니다. HSV와 HSL(아래 참조)은 RGB를 수학적으로 변환하여 얻습니다. HSV는 HSB와 동일합니다.
HSL 은 색조(Hue), 채도(Saturation), 명도(Lightness)를 나타냅니다. H 는 HSV와 같지만 L 과 V는 다르게 정의됩니다. S 는 어두운 색에서는 유사하지만 밝은 색에서는 상당히 다릅니다. HLS라고도 합니다.

RGB나 CMY(K)를 사용하여 밝기나 채도를 조정하는 것은 실용적이지 않습니다. 세 가지 색상 채널(V, L, S) 각각을 변경해야 하는데, 밝기를 조정하기 위해 같은 양만큼 변경하면 색상(색조)이 변하는 경우가 많기 때문입니다. HSV와 HSL은 편집에 실용적인데, 소프트웨어에서 V, L, S 세 가지 채널만 변경하면 되기 때문입니다. 이미지 편집 소프트웨어는 일반적으로 RGB 데이터를 이러한 표현 방식 중 하나로 변환한 후 조정을 수행하고 다시 RGB로 변환합니다. 채도에 미치는 영향이 매우 다르기 때문에 어떤 색상 모델이 사용되는지 아는 것이 중요합니다.

HSV 색상은 조나단 삭스의 튜토리얼 " 디지털 이미지의 기초 "에서 발췌한 그림으로 설명됩니다(링크를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 Adobe PDF 형식으로 저장하세요). V = max( R , G , B ). 최대값( V = 1 또는 100%)은 순수한 흰색( R=G=B = 1)과 완전히 포화된 색상(적어도 하나의 RGB 값이 1이고 다른 하나가 0인 색상, 회색 성분이 없는 색상( W = min( R, G, B )))에 해당합니다. V = 0은 H와 S 값에 관계없이 순수한 검은색입니다. HSV 색상 모델은 원뿔 모양 으로 표현할 수 있으며, 위쪽이 가장 넓고( V = 1), 아래쪽이 뾰족합니다( V = 0, 순수한 검은색). (저는 원뿔의 "V"자 모양을 "HSV"를 기억하기 위한 연상 기호로 사용합니다. 색상 모델의 이름은 다소 임의적입니다.) efg 웹 사이트에는 자바 애플릿을 포함하여 HSV 색상 모델에 대한 자세한 설명이 있습니다.

HSL 색상. 최대 색상 포화도는 L = 0.5(50%)에서 나타납니다. L = 0은 순수한 검정색이고 L = 1(100%)은 H 또는 S 값에 관계없이 순수한 흰색입니다. HSL 색상 모델은 중간 부분(L = 0.5)이 가장 넓고 위쪽( L = 1, 순수한 흰색)과 아래쪽( L = 0, 순수한 검정색)이 각각 뾰족한 이중 원뿔 로 나타낼 수 있습니다.

이제 중요한 부분입니다. HSV와 HSL 색상 모델에 대해 기억해야 할 것은 다음과 같습니다.

	*HSV에서 어두워지는 것은 채도를 감소시킵니다* .**		*HSL에서 어두워지는 정도는 L > 0.5일 때 포화도를 증가시킵니다* .**
	*HSV에서 번개가 치면 포화도가 증가합니다* .**		*HSL에서 밝기를 낮추면 L > 0.5일 때 포화도가 감소합니다* .**
	HSV 채도를 가장 잘 표현한 이미지		HSL 가벼움을 가장 잘 표현한 작품

HSV와 HSL은 제한된 동적 범위(24비트 색상의 경우 픽셀 레벨 0-255)를 가진 시스템에서 색상을 표현하기 위해 개발되었습니다. 이러한 제한으로 인해 절충이 불가피합니다. HSV는 밝기보다 채도를 훨씬 잘 표현합니다. V =1은 순수한 원색 또는 순수한 흰색일 수 있으므로 "값(Value)"은 밝기를 제대로 나타내지 못합니다. HSL은 채도보다 밝기를 훨씬 잘 표현합니다. L =1은 항상 순수한 흰색이지만, L > 0.5일 때 S =1인 색상은 흰색을 포함하므로 완전히 포화되지 않습니다. 두 모델 모두에서 L , V 또는 S를 조정해도 색조( H) 는 변하지 않습니다.

위 그림은 빨간색( H =0)에 대한 HSV와 HSL을 보여줍니다. 가로축은 S 가 0에서 1까지 변하고, 세로축은 V 와 L이 0에서 1까지 변합니다. HSV 그림의 오른쪽( S =1)은 항상 최대 채도( G = B =0)를 나타내지만, 위쪽( V =1)은 S =0일 때 순백색에서 S =1일 때 순적색까지 변화합니다. HSL 그림의 위쪽( L =1)은 모든 S 값에 대해 순백색입니다. 밝기와 채도를 하나의 시스템으로 제대로 표현할 수 있다면 좋겠지만, 둘 다 가질 수는 없습니다.

HSV 및 HSL 방정식

색조 H 는 HSV와 HSL에서 동일합니다. 전체 공식은 efg의 HSV 실험 보고서 에 있습니다. 0이 아닌 모든 x 값에 대해 H는 도(0~360°) 단위로 표현되며, 빨간색( x , 0, 0)은 0, 노란색( x , x , 0)은 60°, 녹색(0, x , 0)은 120°(아래 그림 참조), 청록색(0, x , x )은 180°, 파란색(0, 0, x )은 240°, 마젠타색( x , 0, x )은 300°입니다. H는 0에서 1까지의 척도로도 나타낼 수 있습니다.

R , G , B는 0과 1 사이의 값을 가질 수 있다고 가정합니다. W = min( R, G, B )는 회색조 성분입니다.

HSV (HSB)	HSL (HLS)
*V = max( R,G,B* )**	L = ( V + W )/2
S _HSV = ( VW ) / V	S _HSL = ( VW ) / ( V + W ) = ( VW ) / ( 2L ); L <= 0.5 *S _HSL = ( VW ) / (2- VW ) = ( VW ) / ( 2-2L* ); 엘 > 0.5**
R , G 또는 B 값이 1인 모든 색상은 V 값이 1입니다. W = 0일 때 최대 포화가 발생합니다.	밝고 완전히 포화된 색상(max( R,G,B ) = V = 1; min( R,G,B ) = W = 0; S _HSV = S _HSL = 1)은 L = 0.5여야 합니다. L = 1은 순수한 흰색에 해당합니다.
H = 0.333(120°; 녹색)일 때 V , L , S 의 관계를 나타낸 그림입니다.
HSV: 포화도를 가장 잘 나타내는 방식	HSL: 밝기를 가장 잘 나타내는 표현
V , L , H는 S = 1(최대 포화)일 때의 값을 나타낸 그림입니다.
HSV: 하단 절반과 동일 오른쪽에 있는 HSL 패턴의	HSL: 3D Lab* 색역 표시에 사용됨 및 색역 부피 계산
Y , C , M 밴드는 R , G , B 밴드보다 훨씬 좁습니다. V 와 L 모두 max (R , G , B )와 관련되어 있기 때문에 유사한 V 및 L 레벨에서 Y , C , M이 R, G, B 보다 더 밝게 나타납니다.

흥미로운 관계들
(1) W = min( R,G,B ) = 0 (회색 없음, 최대 포화), S_HSL = S_HSV = 1 ; L = V / 2 ; L <= 0.5 .
(2) V = max( R,G,B ) = 1 및 S_HSL = 1인 경우, L = 1-( S_HSV / 2) ; S_HSV = (1- L ) / 2; L >= 0.5

이러한 관계는 (1) S = 1에 대한 HSL LH 플롯의 하단 절반(위, 오른쪽)이 S = 1에 대한 HSV VH 플롯(위, 왼쪽)과 동일하고 (2) HSL SH 플롯의 상단 절반이 V = 1에 대한 HSV SH 플롯(표시되지 않음)과 동일하다는 것을 의미합니다. 즉, HSL LH 플롯(위, 오른쪽)은 두 개의 HSV 플롯을 결합합니다.

모든 채도 방정식은 분자에 VW를 포함하며, 분모의 스케일링 방식에서 차이가 있습니다. 두 표현 방식 모두에서 S는 상대적 채도를 나타내는 척도입니다. S 는 W = V ( R = G = B , 즉 중성 회색)일 때 0이고, W 가 주어진 V 또는 L 값에 대해 허용되는 최소값일 때 1입니다. HSV의 경우, S = 1일 때 W = 0입니다.

L 이 0.5 이하인 HSL의 경우, 최대 포화는 W = 0일 때 발생합니다. 즉, S _HSL = ( VW ) / ( V+W ) = 1입니다. L > 0.5인 경우, W는 0보다 커야 합니다. 최대 포화는 W = 2 L-V가 최솟값인 Wmin을 가질 때 발생합니다. 이 경우 V = 1이므로 W _min = 2 L -1입니다. 따라서 S _HSL = ( VW ) / (2- VW ) = (1-2 L +1) / (2-1-2 L +1) = 1입니다.

V 와 L은 인지되는 휘도와 일치하지 않습니다. 예를 들어, V 또는 L 값이 같더라도 파란색, 회색 또는 흰색은 매우 다른 휘도를 가집니다. PAL 휘도 신호 Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B는 인지되는 휘도에 더 가깝습니다.