Wie viele verschiedene Farben, Schattierungen, Farbtöne und Farbtöne kann eine durchschnittliche Person in einer einzelnen Szene unterscheiden? Mit anderen Worten, welche theoretische Bittiefe ist erforderlich, um ein Foto mit allen visuellen Informationen aufzunehmen, die ein Mensch wahrnehmen würde?
Ich habe Antworten in einem Bereich von 200.000 bis 20.000.000 gesehen, und es ist schwierig, die Autorität herauszufinden. Und der Begriff "Farbe" ist mehrdeutig - ist nur Farbton gemeint oder sind auch Unterschiede in Sättigung und Helligkeit enthalten?
Antworten:
Bei der Erörterung der für das menschliche Auge wahrnehmbaren Farbanzahl beziehe ich mich tendenziell auf die 2,4 Millionen Farben des CIE 1931 XYZ-Farbraums. Es ist eine ziemlich solide, wissenschaftlich fundierte Zahl, obwohl ich zugeben kann, dass sie im Kontext begrenzt ist. Ich denke, es kann möglich sein, dass das menschliche Auge auf 10-100 Millionen verschiedene "Farben" empfindlich reagiert, wenn es sowohl auf die Chromatizität als auch auf die Leuchtkraft Bezug nimmt.
Ich werde meine Antwort auf die Arbeit des CIE stützen, die in den 1930er Jahren begann und in den 1960er Jahren erneut vorangetrieben wurde, wobei die Formel in den letzten Jahrzehnten hinsichtlich Algorithmus und Genauigkeit verbessert wurde. In Bezug auf die Kunst, einschließlich Fotografie und Druck, halte ich die Arbeit des CIE für besonders relevant, da sie die Grundlage für die Farbkorrektur und moderne mathematische Farbmodelle und die Farbraumkonvertierung darstellt.
Die CIE ( Commission internationale de l'éclairage) richtete 1931 den " CIE 1931 XYZ-Farbraum" einBei diesem Farbraum handelte es sich um eine Auftragung von Farbe in voller Reinheit, die von 700 nm (nahes Infrarot) bis 380 nm (nahes UV) abgebildet und durch alle Wellenlängen des "sichtbaren" Lichts weitergeleitet wurde. Dieser Farbraum basiert auf dem menschlichen Sehen Dies ist ein Tri-Stimulus, der durch die drei Arten von Zapfen in unseren Augen erzeugt wird: kurz-, mittel- und langwellige Zapfen, die auf Wellenlängen von 420-440 nm, 530-540 nm und 560-580 nm abgebildet werden. Diese Wellenlängen entsprechen blau, grün und gelb-rote (oder orangerote) Primärfarben. (Die roten Kegel sind etwas einzigartig, da ihre Empfindlichkeit zwei Peaks aufweist, den primären im Bereich von 560-580 nm und den zweiten im Bereich von 410-580 nm.) 440 nm. Diese Doppelspitzenempfindlichkeit zeigt an, dass unsere "roten" Kegel tatsächlich "magentafarbene" Kegel in Bezug auf die tatsächliche Empfindlichkeit sind.) Die Tristimulus-Antwortkurven wurden aus einem 2 ° -Sichtfeld der Fovea abgeleitet, in dem unsere Zapfen am konzentriertesten sind und unser Farbsehen bei mittlerer bis hoher Beleuchtungsstärke am größten ist.
Der tatsächliche CIE 1931-Farbraum wird aus XYZ-Tristimuluswerten abgebildet, die aus roten, grünen und blauen Ableitungen generiert werden, die auf tatsächlichen roten, grünen und blauen Farbwerten basieren (additives Modell). Die XYZ-Tristimuluswerte werden angepasst ein "Standard-Leuchtmittel", das normalerweise ein sonnenlichtausgeglichenes Weiß von 6500 K ist (obwohl der ursprüngliche CIE 1931-Farbraum für drei standardisierte Leuchtmittel A 2856 K, B 4874 K und C 6774 K erstellt wurde) und nach einem "Standard-Beobachter" (basierend) gewichtet ist Auf diesem 2 ° fovealen Sichtfeld.) Das standardmäßige CIE 1931 XYZ-Farbdiagramm ist hufeisenförmig und mit einem "Chromatizitätsdiagramm" aus reinen "Farben" gefüllt, das den Farbtonbereich von 700 nm bis 380 nm abdeckt und in der Sättigung von 0 reicht % zentriert am Weißpunkt bis 100% entlang der Peripherie. Das ist ein "2,38 Millionen Farben , die das menschliche Auge bei mäßig intensiver Beleuchtung erkennen kann, ungefähr die gleiche Farbtemperatur und Helligkeit des Tageslichts (nicht Sonnenlicht, das näher an 5000 k liegt, sondern Sonnenlicht + blaues Himmelslicht, ungefähr 6500 k).
Kann das menschliche Auge also nur 2,4 Millionen Farben erkennen? Laut der Arbeit des CIE in den 1930er Jahren scheint es uns tatsächlich möglich zu sein, unter einem bestimmten Leuchtmittel, das der Intensität und Farbtemperatur des Tageslichts entspricht, wenn nur die 2 ° Kegel berücksichtigt werden, die in der Fovea unserer Augen konzentriert sind siehe 2,4 Millionen Farben.
Die CIE-Spezifikationen sind jedoch in ihrem Umfang begrenzt. Sie berücksichtigen weder unterschiedliche Beleuchtungsstärken, Leuchtmittel unterschiedlicher Intensität oder Farbtemperatur noch die Tatsache, dass sich mehr Zapfen auf mindestens 10 ° unserer Netzhaut rund um die Fovea verteilen. Sie berücksichtigen auch nicht die Tatsache, dass periphere Zapfen anscheinend empfindlicher für Blau sind als die Zapfen, die in der Fovea konzentriert sind (bei denen es sich hauptsächlich um rote und grüne Zapfen handelt).
In den 60er Jahren und 1976 wurden die CIE-Chromatizitätsdiagramme verfeinert, wodurch der "Standardbeobachter" so verfeinert wurde, dass er einen vollständigen 10 ° -farbempfindlichen Fleck in unsere Netzhaut einschließt. Diese Verfeinerungen der CIE-Standards wurden nie in großem Umfang eingesetzt, und die umfangreichen Untersuchungen zur Farbempfindlichkeit, die im Zusammenhang mit der Arbeit von CIE durchgeführt wurden, beschränkten sich weitgehend auf den ursprünglichen CIE 1931 XYZ-Farbraum und die Farbart.
Angesichts der Beschränkung der Farbempfindlichkeit auf nur einen 2 ° -Punkt in der Fovea ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass wir mehr als 2,4 Millionen Farben sehen können, insbesondere bis in die Bereiche Blau und Violett. Dies wird durch die Verfeinerung der CIE-Farbräume in den 1960er Jahren bestätigt .
Ein weiterer Aspekt unserer Vision ist der Ton, vielleicht die besser bezeichnete Leuchtkraft (die Helligkeit oder Intensität einer Farbe). Einige Modelle kombinieren Chromatizität und Leuchtkraft, während andere die beiden deutlich voneinander trennen. Das menschliche Auge enthält eine Netzhaut, die sich aus beiden kegelfarbempfindlichen Geräten sowie aus Stäbchen zusammensetzt, die farbunempfindlich, aber empfindlich gegen Änderungen der Leuchtkraft sind. Das menschliche Auge hat ungefähr 20 Mal so viele Stäbchen (94 Millionen) wie Zapfen (4,5 Millionen). Stäbchen sind auch etwa 100-mal lichtempfindlicher als Zapfen und können ein einzelnes Photon nachweisen. Stäbchen scheinen für die bläulich-grünen Wellenlängen des Lichts (um 500 nm) am empfindlichsten zu sein und weisen geringere Empfindlichkeiten für rötliche Wellenlängen und Wellenlängen im nahen UV-Bereich auf. Es ist zu beachten, dass die Empfindlichkeit eines Stabes kumulativ ist. Je länger man eine statische Szene beobachtet, Je klarer die Helligkeitsstufen in dieser Szene sind, desto wahrgenommener wird der Geist. Schnelle Änderungen in einer Szene oder Schwenkbewegungen verringern die Fähigkeit, feine Tonabstufungen zu unterscheiden.
Angesichts der weitaus höheren Lichtempfindlichkeit des Stabes scheint es logisch zu sein, dass der Mensch eine feinere und deutlichere Empfindlichkeit für Änderungen der Lichtintensität hat als für Änderungen des Farbtons und der Sättigung, wenn man eine statische Szene eine Zeitlang beobachtet. Wie genau sich dies auf unsere Farbwahrnehmung auswirkt und wie sich dies auf die Anzahl der Farben auswirkt, die wir sehen können, kann ich nicht genau sagen. Ein einfacher Test der Tonempfindlichkeit kann an einem klaren Abend durchgeführt werden, genau wie die Sonne untergeht. Der blaue Himmel kann von nahezu weißblau bis zu tiefdunklem Mitternachtsblau reichen. Während der Farbton eines solchen Himmels einen sehr kleinen Bereich abdeckt, ist der Tonwert immens und sehr fein. Betrachtet man einen solchen Himmel, kann man einen unendlich sanften Wechsel von hellem Weißblau zu Himmelblau zu dunklem Mitternachtsblau sehen.
Studien, die nichts mit der CIE zu tun haben, haben gezeigt, dass das menschliche Auge eine breite Palette von "Maximalfarben" wahrnehmen kann. Einige haben eine Obergrenze von 1 Million Farben, während andere eine Obergrenze von 10 Millionen Farben haben. Neuere Studien haben gezeigt, dass einige Frauen einen einzigartigen vierten Kegeltyp haben, einen "orangefarbenen" Kegel, der möglicherweise ihre Empfindlichkeit auf 100 Millionen erhöhen könnte. In dieser Studie wurden jedoch sowohl Farbart als auch Leuchtkraft bei der Berechnung der "Farbe" berücksichtigt.
Das wirft letztendlich die Frage auf, ob wir bei der Bestimmung der "Farbe" die Farbart von der Leuchtkraft trennen können. Ziehen wir es vor, den Begriff "Farbe" so zu definieren, dass er den Farbton, die Sättigung und die Leuchtkraft des von uns wahrgenommenen Lichts bezeichnet? Oder ist es besser, die beiden zu trennen, die Farbart von der Leuchtkraft zu unterscheiden? Wie viele Intensitätsstufen kann das Auge wirklich sehen, verglichen mit wie vielen deutlichen Unterschieden in der Farbart? Ich bin mir nicht sicher, ob diese Fragen tatsächlich wissenschaftlich beantwortet wurden.
Ein weiterer Aspekt der Farbwahrnehmung betrifft den Kontrast. Es ist leicht, einen Unterschied in zwei Dingen wahrzunehmen, wenn sie sich gut unterscheiden. Wenn Sie versuchen, visuell zu bestimmen, wie viele "Farben" Sie sehen, wenn Sie unterschiedliche Rottöne betrachten, kann es schwierig sein, festzustellen, ob zwei ähnliche Töne unterschiedlich sind oder nicht. Vergleichen Sie jedoch einen Rotton mit einem Grünton, und der Unterschied ist sehr deutlich. Vergleichen Sie diesen Grünton der Reihe nach mit jedem Rotton, und das Auge kann die Unterschiede in den Rottönen in peripherer Beziehung zueinander und im Kontrast zum Grün leichter erkennen. Diese Faktoren sind alle Facetten des Sehens unseres Geistes, das weitaus subjektiver ist als das Auge selbst (was es schwierig macht, die Farbwahrnehmung über den Bereich des Auges hinaus wissenschaftlich zu beurteilen).im Kontext als eine Einstellung ohne Kontrast überhaupt.
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Von visualexpert.com
Dies scheint jedoch ein kontroverses Thema zu sein.
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Ein paar Punkte.
Die eine Million unterscheidbaren Farben, auch wenn sie wahr sind, gelten bestenfalls für ideale Laborbedingungen. In der realen Welt wird die Zahl zweifellos viel, viel kleiner sein. Sie können dieses Gerede über Millionen von Farben ignorieren.
In der Fotografie ist der Dynamikumfang ein winziger Bruchteil des Dynamikumfangs der Szene, sodass Sie ohnehin nicht viele Farben erzeugen können. Alle Technologien listen den Bereich der Farbproduktion drastisch auf. Besonders Drucke.
Die Anzahl der benötigten Bits hängt wesentlich von der Anzahl der Farben ab. Der Farbraum ist nicht linear (siehe Weber-Gesetz, Fechner-Gesetz, McAdam-Ellipsen usw.), sodass Sie den Farbraum nicht einfach in eine Reihe von Schritten gleicher Größe auf der Grundlage der Anzahl der Bits aufteilen können. Sie werden immer viel mehr Bits benötigen, als die Anzahl der Farben vermuten lässt. 24 Bit erzeugt 16 Millionen Farben, aber es werden immer noch keine guten Bilder erzeugt. Sie benötigen mindestens 10 oder 12 Bit pro Farbe, um weiche Farbverläufe ohne Streifenbildung zu erzielen.
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Um Ihnen eine Idee zu geben: Die meisten Monitore geben an, ungefähr 16 Millionen Farben darstellen zu können. Billigere Panels sind eigentlich nur 6 Bit / Kanal und verwenden Dithering, um die 16 Millionen auszumischen. Das macht sich tatsächlich bemerkbar! (einige verwenden animiertes Dithering, da könnte man es als leichten Flackereffekt sehen) Echte 24 Bit (8 / Kanal) sind meiner Meinung nach wirklich notwendig für schöne glatte Farbübergänge.
"Was wiederum die Frage aufwirft: Sind Formate, die 48 Bit, 16 Bit pro Kanal, verwenden, tatsächlich viel größer als nötig?"
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