En teoretisk redogörelse om olika RGB-arbetsrymder/färgrymder

Anpassad för inställning av skärmfönster 1024x768 eller större. Tyvärr innebär detta att texten vid skärminställningar på 800x600 pixels eller lägre, att du får lite för långa textrader och måste skrolla även horisontellt!

Detta är en översättning av RGB Working Space Information av Bruce Lindbloom som gjordes under sommaren 2003 och är, även för mig, ett svårt ämne då det kräver rätt mycket bakgrundskunskap i färghantering innan man greppar alla de detaljer som han håller på med. Min avsikt är ändå att försöka förklara vad en färgrymd är och vad den representerar, speciellt för er som är teoretiskt intresserade och verkligen vill förstå, varför en färg ser olika ut i olika färgrymder, trots att RGB-värdet är detsamma.

Principen att kolorimetriskt definiera RGB-rymder har funnits länge, åtminstone sedan tiden för TVs utveckling. Ändå tog intresset för digital bildteknik först fart efter det att Adobe introducerat "RGB-arbetsrymd" för Photoshop 5.0. Sedan dess har många olika definitioner av arbetsrymder adderats till originalet som en gång sattes av arbetsrymden för färg-TV.

Denna sida summerar en del av faktisk/teknisk information om några av de mest populära RGB arbetsrymderna. Den kan kanske också tjäna som en praktisk referenskälla för de som närmare vill undersöka de olika färgomfångens relativa förtjänster. Det hela är uppställt enligt följande:

(Anm.: Orden arbetsrymd/kulörrymd/färgrymd får i Sverige lite slarvigt ofta beskriva egenskaperna hos såväl filformat som egenskaperna för digitala och analoga system. Typ skrivare och bildskärmar. Detta medför problem för oss, eftersom vi måste kunna skilja mellan olika tekniska enheters färgbeskrivningsförmåga och egenskaperna hos olika matematiska baserade färgsystem.
På engelska är det lättare att hålla isär begreppen. Där använder man working space för att beskriva olika filformats färgbeskrivningsstandarder (vilket förstås inbegriper gränserna för färgåtergivning) , medan olika analoga och digitala systems kulöromfång betecknas med ordet gamut . Alltså översätter jag Workingspace till Arbetsrymd medan Gamut översättes till kulörrymd/färgrymd

Specifikationer	•	Komplett kolorimetrisk specifikation för arbetsrymderna tillsammans med några effektivitetsmätningar.
Sido noteringar	•	Några intressanta observationer angående några av kulörrymderna.
Färgrymdsprojektioner	•	Betraktelser av alla färgrymderna på a/b planet.
Anpassade primärfärger/primärkulörer (Primaries)	•	En tabell innehållande alla arbetsrymdernas grundfärger anpassade till D50.
3D Gamut Viewer	•	An interactive, 3D viewer for comparing working space gamuts in different color spaces. ( Tills vidare hamnar du på Bruce Lindblooms originalsida för detta avsnitt). Du får backa din webbläsaren för att komma tillbaka hit igen
Utvärdering av färgprover	•	Var och en av arbetsrymderna utvärderas mot utvalda färgprover.

Specifikationer

Namn	Gamma	Referens Vitt	Röd grundfärg			Grön grundfärg			Blå grundfärg			Volym (ΔE³)	Lab-Färgrymdens effektivitet i %	Kodnings Effektivitet i %
Namn	Gamma	Referens Vitt	x	y	Y	x	y	Y	x	y	Y	Volym (ΔE³)	Lab-Färgrymdens effektivitet i %	Kodnings Effektivitet i %
Lab-Färgrymd	-	D50	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2,381,085	97.0	35.1
Adobe RGB (1998)	2.2	D65	0.6400	0.3300	0.297361	0.2100	0.7100	0.627355	0.1500	0.0600	0.075285	1,208,631	50.6	100.0
Apple RGB	1.8	D65	0.6250	0.3400	0.244634	0.2800	0.5950	0.672034	0.1550	0.0700	0.083332	798,403	33.5	100.0
Best RGB	2.2	D50	0.7347	0.2653	0.228457	0.2150	0.7750	0.737352	0.1300	0.0350	0.034191	2,050,725	77.6	96.5
Beta RGB	2.2	D50	0.6888	0.3112	0.303273	0.1986	0.7551	0.663786	0.1265	0.0352	0.032941	1,717,450	69.3	99.0
Bruce RGB	2.2	D65	0.6400	0.3300	0.240995	0.2800	0.6500	0.683554	0.1500	0.0600	0.075452	988,939	41.5	100.0
CIE RGB	2.2	E	0.7350	0.2650	0.176204	0.2740	0.7170	0.812985	0.1670	0.0090	0.010811	1,725,261	64.3	96.1
ColorMatch RGB	1.8	D50	0.6300	0.3400	0.274884	0.2950	0.6050	0.658132	0.1500	0.0750	0.066985	836,975	35.2	100.0
Don RGB 4	2.2	D50	0.6960	0.3000	0.278350	0.2150	0.7650	0.687970	0.1300	0.0350	0.033680	1,802,358	72.1	98.8
ECI RGB	1.8	D50	0.6700	0.3300	0.320250	0.2100	0.7100	0.602071	0.1400	0.0800	0.077679	1,331,362	55.3	99.7
Ekta Space PS5	2.2	D50	0.6950	0.3050	0.260629	0.2600	0.7000	0.734946	0.1100	0.0050	0.004425	1,623,899	65.7	99.5
NTSC RGB	2.2	C	0.6700	0.3300	0.298839	0.2100	0.7100	0.586811	0.1400	0.0800	0.114350	1,300,252	54.2	99.9
PAL/SECAM RGB	2.2	D65	0.6400	0.3300	0.222021	0.2900	0.6000	0.706645	0.1500	0.0600	0.071334	849,831	35.7	100.0
ProPhoto RGB	1.8	D50	0.7347	0.2653	0.288040	0.1596	0.8404	0.711874	0.0366	0.0001	0.000086	2,879,568	91.2	87.3
SMPTE-C RGB	2.2	D65	0.6300	0.3400	0.212395	0.3100	0.5950	0.701049	0.1550	0.0700	0.086556	758,857	31.9	100.0
sRGB	≈2.2	D65	0.6400	0.3300	0.212656	0.3000	0.6000	0.715158	0.1500	0.0600	0.072186	832,870	35.0	100.0
Wide Gamut RGB	2.2	D50	0.7350	0.2650	0.258187	0.1150	0.8260	0.724938	0.1570	0.0180	0.016875	2,164,221	77.6	91.9

Om du är intresserad av RGB-till-XYZ och XYZ-till-RGB matriser för dessa arbetsrymder, hittar du dom summerade här. (Dock ej översatt)

Lägg märke till att gammavärdet för sRGB inte är exakt 2.2, utan är snarare en sammanfogning av två olika funktioner, som när dom betraktas tillsammans, kan approximeras till en 2.2 gammakurva. Om man använder en enkel gammafunktion kallas detta i Photoshop för "Förenklad sRGB." Alla beräkningar och referenstabeller som finns på www.brucelindbloom.com använder sig dock av den riktiga funktionen och inte den förenklade.

Första raden i tabellen är Lab-Färgrymd. Detta är den uppsättning av färgkoordinater för vilka det möjligtvis kan finnas ett fysiskt prov, dvs. färgerna existerar i verkligheten. Dessa är de "äkta färgerna". Labfärgs-koordinater som ligger utanför denna arbetsrymd kan aldrig existera i verkligheten. Det är därför inte av någon vikt att dessa koordinater finns representerade i en definition av en arbetsrymd. Mer information om Lab-arbetsrymd kan du hitta här och 3D bilder kan kanske finnas här.

Sedan tillkomsten av Lab-TIFF specifikationen, använder också ICC profilspecifikationen och Adobe Photoshop en D50, 2° standard observer basis för Lab, så har alla ovanstående arbetsrymder som inte är definierade på detta sätt anpassats från sina ursprungliga referensvitt till D50 genom att använda Bradford transformering vid beräkning av volymen och effektiviteten . Denna speciella omvandling är vanligtvis accepterad som överlägsen andra bearbetningsalgoritmer, såsom von Kries (see related article evaluating chromatic adaptation methods här).

Lab-Färgrymds-effektiviteten i % % anger procenten av hela LAB-Färgrymden (d v s alla färger som är synliga för ögat) som arbetsrymden omsluter. Som en allmän regel är ett högre värde överlägset ett mindre värde, då det skjuter upp eventuell färgrymdskompression och "color clipping decisions" till ett senare tillfälle. "The higher the efficiency, the less likely it is that a color may be clipped in the capture/encoding process."

Kodningseffektiviteten i % anger den relativa delen av den kodade rymden (d.v.s. RGB) som representerar verkliga färger. Några av de större volym-arbetsrymderna innehåller många RGB "trillingar" för vilka det inte finns någon fysisk motsvarighet, och därför kan anses vara ovidkommande.

Dessa två effektivitetsmått kanske man bäst förstår genom att titta på ett exempel där man jämför ProPhoto med sRGB. ProPhoto fångar en relativt stor del av Lab-färgrymden (91%), men för att kunna göra detta måste den kasta mycket av sin kodningsrymd (coding space) i slasken. I motsatts till detta så fångar sRGB en mindre del av Lab färgrymden (35%), men varje enskild RGB "triplet" representerar en verklig färg så inget försakas. Som du kan se, dessa två these two (verkningsgrader efficiencies are at odds with each other — as you strive for higher Lab Efficiency, you generally lose in Coding Efficiency.

En annan intressant observation från tabellen hänför sig till den ursprungliga Lab kodningen. De vedertagna metoderna av heltal av Lab färger (of integer encoding of Lab color ) (Lab,TIFF, ICC, Photoshop) kommer att skala bort en del av Lab-Färgrymden. But even more devastating than that is the grosscoding inefficiency (only 35%). Detta betyder att närmare två tredjedelar Lab-kodningsrymden slösas på färger som inte ens existerar Detta kan du se här. Denna effektivitet "klämmer ihop" de verkliga färgerna tätt tillsamman vilket kan resultera i kvantifieringsförluster. Så att konvertera en bild till Lab, med avsikt att göra eventuella färgkorrektioner i Photoshop kan allvarligt reducera antalet unika färger i din bild. Detta diskuteras vidare här. Huruvida detta är en betydande förlust beror på den speciella situationen, men du skall åtminstone vara medveten om detta .

Side Notes

Kanske du fått lära dig att du kan beräkna kulörens intensitet (luminance) för en RGB färg, genom att ta 30% av dess röda komponent plus 59% av dess gröna komponent plus 11% av dess blå. Dessa "viktningar" skrivs ofta ut med en precision med 3 siffror, såsom 29.9% röd, 58.7% grön and 11.4% blå. Har du någon gång undrat varifrån dessa viktningar kommit ifrån?

Du hittar dom faktiskt i ovanstående tabell som relativa y-värdet för rött, grönt och blått för färgmodellen NTSC. De mer exakta viktningarna (weightings) är således 29.8839% rött, 58.6811% grönt och 11.4350% blått. Men det bör också vara helt klart att den verkliga viktningen för RGB beror på vilket färgsystem som användes. Så "standard"-viktningen är inte fullt korrekt för andra RGB-system såsom sRGB eller Adobe RGB (1998).

En annan sak som är betydelsefull är att dessa viktningar måste utföras i en linjär RGB färgrymd. Betyder att först måste "gamma companding function" avlägsnas. It is very common to see the weightings applied bluntly to the companded RGB values, which is wrong.
Följande fyra RGB-system är identiska, förutom den gröna grundfärgen
- Adobe RGB (1998)
- Bruce RGB
- PAL / SECAM RGB
- sRGB
Eftersom standarden för PAL / SECAM television fanns först, är det logiskt att anta de andra tre härstammar från denna. Jag har hört ryktas att att grundfärgen för grönt för Adobe RGB kom till genom en oavsiktlig användning av grundfärgen för grönt för NTSC. Användes felaktigt eftersom NTSC bestäms mot Illuminant C medan Adobe RGB bestäms relativt mot D50. Efter att misstaget upptäckts, beslöt ändå Adobe att behålla detta, då deras experiment med denna oavsiktliga referensrymd visade sig den var gynnsamt.
Du kan lära dig mera om arbetsrymdernas författare här.

Färgrymdsprojektioner

Nedan hittar du en översikt av arbetsrymderna/kulörrymderna, betraktade uppifrån i Lab-rymd. Den mörkare blå fyrkanten representerar det begränsade området för " Lab encoding offered by normal integer encodingmethods"som beskrivs här ovan. Den röda ytterlinjen är projektionen av Lab färgrymden. Varje kulörrymd återges med endast dess L* värde, så mörkare skuggor representerar mörkare färger. Detta är mest markant i det blåa området (nedre högra delen på varje bild)

Anpassade primärfärger/primärkulörer

Då såväl ICC specifikationen som Adobe Photoshop båda använder sig av D50 referensvitt, måste primärfärgerna för arbetsrymderna, som är specificerade relativt någon annan referensvitt, först anpassas till D50 innan de kan användas i en D50 miljö. Annars kan dom ju inte jämföras med varandra på ett meningsfullt sätt. Du kan lära dig mattematiken bakom kromatisk beräkning här, och du hittar en online kalkylator för kromatisk kalkylering här. För er som vill undvika detta tråkiga arbete har jag redan anpassat ovanstående färgrymders primärfärger från sina ursprungliga referensvitt till D50 referensvitt genom att använda Bradford transformering (den transformering som Photoshop använder sig av). Resultatet hittar du summerat här nedanför. De arbetsrymder som behövde räknas om är gulmarkerade medan övriga redan var specificerade i D50 och får oförändrade värden från de värden som visas i tabellen längst upp på denna sida.

Working Space Primaries Adapted to D50
Name	Red Primary			Green Primary			Blue Primary
Name	x	y	Y	x	y	Y	x	y	Y
Adobe RGB (1998)	0.648431	0.330856	0.311114	0.230154	0.701572	0.625662	0.155886	0.066044	0.063224
Apple RGB	0.634756	0.340596	0.255166	0.301775	0.597511	0.672578	0.162897	0.079001	0.072256
Best RGB	0.734700	0.265300	0.228457	0.215000	0.775000	0.737352	0.130000	0.035000	0.034191
Beta RGB	0.688800	0.311200	0.303273	0.198600	0.755100	0.663786	0.126500	0.035200	0.032941
Bruce RGB	0.648431	0.330856	0.252141	0.300115	0.640960	0.684495	0.155886	0.066044	0.063364
CIE RGB	0.737385	0.264518	0.174658	0.266802	0.718404	0.824754	0.174329	0.000599	0.000588
ColorMatch RGB	0.630000	0.340000	0.274884	0.295000	0.605000	0.658132	0.150000	0.075000	0.066985
Don RGB 4	0.696000	0.300000	0.278350	0.215000	0.765000	0.687970	0.130000	0.035000	0.033680
ECI RGB	0.670000	0.330000	0.320250	0.210000	0.710000	0.602071	0.140000	0.080000	0.077679
Ekta Space PS5	0.695000	0.305000	0.260629	0.260000	0.700000	0.734946	0.110000	0.005000	0.004425
NTSC RGB	0.671910	0.329340	0.310889	0.222591	0.710647	0.591737	0.142783	0.096145	0.097374
PAL/SECAM RGB	0.648431	0.330856	0.232289	0.311424	0.599693	0.707805	0.155886	0.066044	0.059906
ProPhoto RGB	0.734700	0.265300	0.288040	0.159600	0.840400	0.711874	0.036600	0.000100	0.000086
SMPTE-C RGB	0.638852	0.340194	0.221685	0.331007	0.592082	0.703264	0.162897	0.079001	0.075052
sRGB	0.648431	0.330856	0.222491	0.321152	0.597871	0.716888	0.155886	0.066044	0.060621
Wide Gamut RGB	0.735000	0.265000	0.258187	0.115000	0.826000	0.724938	0.157000	0.018000	0.016875

Utvärdering av färgprover

När man utvärderar en färgrymd är det inte så dumt att veta om färgrymden kan återge färger som man är intresserad av. Man skulle kanske vilja välja den minsta färgrymden som stämmer på detta kriterium. Här nedanför hittar du en tabell som visar procenten av de färgerna, som hittades i var och en av de olika färgproverna från var och en av de olika kategorierna (sample sets of measurements from each of the different categories), som kan tänkas representeras i respektive färgrymd.

Färgprover som valts för de olika fotografiska medierna hämtades från de IT8-referenskartor som tagits fram av respektive filmtillverkare. Färgproverna för ColorChecker-tabellen erhölls från min ColorChecker Calculator. Färgproverna för ColorChecker DC-tabellen togs fram ur en satsvis uppmätt referensfil, som tagits fram av GretagMacbeth. Datan för FOGRA är desamma som publicerats av FOGRA.

Namn	Färgprover (Color Set)											Volym (ΔE³)
Namn	KT	KR	KK	AT	AR	FT	FR	CC	DC	FG	FM	Volym (ΔE³)
Adobe RGB (1998)	97.35	98.48	97.73	98.61	97.92	94.79	100.00	100.00	96.34	98.38	100.00	1,208,631
Apple RGB	87.88	88.64	91.29	90.62	89.93	87.85	93.75	91.67	85.37	85.78	92.78	798,403
Best RGB	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	98.78	100.00	100.00	2,050,725
Beta RGB	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	1,717,450
Bruce RGB	92.80	93.56	96.59	94.44	93.40	90.97	95.14	*95.83	91.46	91.92	96.44	988,939
CIE RGB	94.32	94.70	98.86	95.14	95.14	95.14	96.18	100.00	92.07	93.75	96.98	1,725,261
ColorMatch RGB	89.39	89.77	93.18	90.28	90.62	88.19	94.10	95.83	90.85	86.10	94.50	836,975
Don RGB 4	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	98.78	100.00	100.00	1,802,358
ECI RGB	97.73	100.00	98.48	98.26	98.96	97.22	100.00	100.00	96.34	100.00	100.00	1,331,362
Ekta Space PS5	100.00	99.62	100.00	100.00	99.65	98.26	100.00	100.00	98.78	100.00	100.00	1,623,899
NTSC RGB	96.59	98.86	98.11	97.22	98.61	96.18	99.31	100.00	96.95	100.00	100.00	1,300,252
PAL/SECAM RGB	89.39	90.91	92.05	92.01	91.67	87.85	93.75	95.83	83.54	87.61	93.00	849,831
ProPhoto RGB	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	2,879,568
SMPTE-C RGB	87.12	89.02	88.64	88.89	89.58	85.76	90.62	95.83	80.49	86.64	91.70	758,857
sRGB	89.02	90.15	91.29	91.32	90.62	86.81	93.75	95.83	82.93	88.04	92.56	832,870
Wide Gamut RGB	99.62	100.00	100.00	100.00	100.00	99.65	100.00	100.00	99.39	100.00	100.00	2,164,221

* Anledningen till att denna tabell visar färger( Color set) som inte kan ses eller reproduceras (an out-of-gamut color) för Bruce RGB medan ColorChecker Calculator inte gör det , beror på att ovanstående kalkylerats från primärfärger som anpassats från D65 till D50, medan ColorChecker Kalkylatorn utförde en fullständig D65 spektralkalkylering.

Här hittar du nyckeln för ovanstående färgprover (color sets):

Stöd för minnet	Kort beskrivning	Lång beskrivning
KT	Kodak Transparency	Ektachrome product family
KR	Kodak Reflective	Ektacolor product family
KK	Kodak Kodachrome	Kodachrome product family
AT	Agfa Transparency	Agfachrome RS100 Plus
AR	Agfa Reflective	Agfacolor
FT	Fuji Transparency	RDP 2
FR	Fuji Reflective	FA-C
CC	ColorChecker	GretagMacbeth ColorChecker Chart
DC	ColorChecker DC	GretagMacbeth ColorChecker DC Chart
FG	FOGRA Glossy	FOGRA Measurements of IT8.7/3 (gloss-coated paper)
FM	FOGRA Matte	FOGRA Measurements of IT8.7/3 (matte-coated paper)

Översättarens anm.:
ColorMatch RGB bygger på den RGB-färgrymd som en Radius PressView bildskärm kan visa. Radius bildskärmar är vanliga i professionell grafisk produktion och har en stor RGB-färgrymd och som därför lämpar sig väl för grafiska ändamål. Är dock mindre än Adobe RGB men större än sRGB och AppleRGB. En av fördelarna med denna färgrymd är att alla de som arbetat med en PressView bildskärm kan öppna sina gamla otaggade filer i denna färgrymd utan några som helst konverteringar
Adobe RGB har en större färgrymd än ColorMatch RGB. Det innebär också att den har fler färger/kulörer som ligger utanför en CMYK-färgrymd. Så om du använder AdobeRGB är chansen mindre att du kastar bort färgdatan du kan se i de flesta av dagens digitala utskriftsenheter. Fortfarande är rymden inte så stor att du ödslar massa av din färgrymd och riskerar att få färgreduktioner "posterization".
sRGB är en standard som stöds av Hewlett-Packard och Microsoft och bygger på HDTV-standarden. Hewlett-Packard och Microsoft använder sig av sRGB som en standard för icke Postscrip-baserade flöden och webbläsare. Lämplig för alla som jobbar med bilder för Internet. Är också den förvalda färgrymden för Photoshop 6 och 7. Mindre lämplig för tryck. Problemet med sRGB är att den är den minsta av de fyra vanligaste färgrymderna vilket betyder att om du arbetar i denna är möjligheten stor att du kastar bort vissa färger, även för CMYK utskrifter och du kastar med säkerhet bort färger om du planerar en utskrift på en färgfilmssättare eller en typ LightJet 5000 digitalskrivare.
Apple RGB användes tidigare som standard RGB-färgrymd för Adobe Photoshop och Adobe Illustrator. Denna färgrymd baseras på den gamla standarden Apple 13 tum Triniton färgskärm. Den har inte mycket större färgrymd än sRGB och är därför heller inte lämplig för grafisk produktion. Ger då utskrifter med lägre mättnadsgrad
WideGamut RGB är en så stor kulörrymd att de flesta kulörer som finns definierade varken kan visa på en normal bildskärm eller reproduceras i tryck.
BruceRGB är en större färgrymd än Adobe RGB och kan vara ett alternativ om du endast arbetar med utskrift på bläckstråleskrivare, arbetar i 24-bits RGB och dessutom behöver ordentlig stor flexibilitet. Klarar du dig med t.ex. Adobe RGB skall du absolut fortsätta med det.
PAL/SECAM är en standard RGB-färgrymd för TV-sändningar i Europa.

D50 = En CIE-standard som representerar en dagsljuskorrelerad färgtemperatur på 5000 grader Kelvin. Används som standardljus i betraktningsskåp när man betraktar fotografier eller en trycksak

Tillbaka till kursindex