为什么色彩空间不会用尽整个色谱？

看看sRGB颜色空间色域显示的CIE 1931色度图。为何您会故意将某些颜色排除在颜色空间之外，如下所示？为什么不只包括所有颜色？

sRGB是HP和Microsoft在1996年开发的一种色彩空间。CRT显示器很常见，因此sRGB基于这些显示器功能的特性。您可以在此处找到有关历史和原因的出色文章。

色度坐标和可用的颜色是根据当时用于CRT的荧光粉选择的。考虑到印刷品和TFT或CRT显示器都不能复制整个可见光谱。

要控制显示器的PC或照相机上的程序将使用离散值。如果使用较大的色彩空间，除非使用较大的数据类型（例如：8位的Adobe RGB），否则不同颜色之间的色阶将变得粗糙。而具有较大数据类型的较大色彩空间中的图像信息将使用更多的内存，并且需要更多的处理能力（例如：16位的Adobe RGB）。该数字值将在特定阶段转换为模拟信号（通常为电压），然后转换为可见的信号（对于CRT：受加速电子激发的磷光屏）。

由于成本，尺寸和技术的原因，用于将数字输入转换为模拟信号的分辨率是进一步的限制。

因此，将sRGB安装到CRT显示器上，然后可以在颜色之间实现良好的分辨率，同时将硬件要求降至最低。

CIE 1931色度图表示普通人眼可以看到的所有颜色。但是，仅仅因为这些颜色可以被普通的人眼所感知，并不意味着所有技术都可以产生普通眼睛可能看到的所有可能的颜色。尽管没有三刺激模型可以创建人类色彩感知的整个色域，但各种RGB颜色模型涵盖了大多数人类色彩感知的非常广泛的范围。

在您发布的图中以及计算机上的任何CIE图中都意识到这一点，它只是一个模型。sRGB图之外的图中的实际颜色实际上由图像文件中的RGB值表示。但是标记的sRGB图顶部的“纯绿色”实际上不是sRGB的“纯绿色”（即，它不是[R，G，B]值为[0.0，1.0，0.0]）。该图只是一个模型，显示了在技术范围内CIE和sRGB色彩空间中包含/排除的内容。

特别是对于sRGB，它经过了设计和标准化，以适应90年代中期的CRT显示器。CRT通过发射和组合来自三种不同荧光粉枪（特别是红色，绿色和蓝色光谱）的光来产生颜色。由于缺少其他不同波长的磷光枪，因此这种CRT不可能发出人类可以看到的所有颜色。

通常，我们用橙色，樱桃色或粉红色来描述颜色。去油漆店拿起样品色板。您会看到冬天的白色和火焰红色，也许还有苹果糖红色。这些名称无法令人满意地分类。最早的，也许也是最好的系统之一是孟塞尔系统。由阿尔伯特·H·芒塞尔（Albert H. Munsell）开发，他安排了所有颜色的三维立体，这些立体可以由使用稳定颜料制成的实际样品表示。我认为是最好的方法。

接下来是CIE系统（国际照明委员会）。绘制人眼颜色响应的实验始于1920年代初期。学生们将红色，绿色和蓝色这三种浅色原色的混合色相匹配。发现人眼中负责色觉的细胞是三联体-一种色素接受红色，一种绿色和一种蓝色。人们发现，可以将这三种原色混合在一起，制成人类可以看到的所有颜色。

但是，科学无法制造出完美的滤光片或颜料。在每种情况下，我们都会稍稍怀念商标。CIE系统使用虚构的原色。可以将它们混合在一起，制成我们看到的所有颜色。使用虚构的原色的事实不会降低系统的价值。也许您将成为制作完美的彩色滤光片并重做任务的人。

CIE系统根据三种原色中每种原色的量指定颜色。这种颜色混合适合标准观察者使用，因为已经测试了数千种，并且将结果取平均值。结果的图表是马蹄形的边界，代表了具有最高饱和度的颜色的位置。这些是光谱颜色。图形的彩色区域是现代印刷油墨可获得的饱和度极限。中心附近是日光条件下的照明点。

请注意，使用Munsell系统感知到的颜色具有三维识别：色相，亮度和饱和度。CIE系统是二维的。底部的直线代表最大饱和度的洋红色和紫色。这些颜色不会出现在光谱或彩虹中。它们的色调表示为波长。我可以继续下去，但也许我们应该坚持孟塞尔。

任何基于RGB原色的色彩空间都将描述一个三角形。由于CIE图不是完美的三角形，因此不可能在不创建物理上不存在的虚构颜色的情况下将它们全部包含在三角形中。特别是，任何传感器或显示器中使用的R，G，B值必须位于物理颜色内。请注意，这仅适用于物理设备，有些色彩空间将虚构的颜色用于RGB点，但它们仅用于数学处理。

RGB点也有其他限制。首先，最好是使用具有成本效益的最新技术来实现。sRGB的点取自Rec。709定义了1990年HDTV支持的范围。第二，如果将显示限制为例如24位，则将点间隔太远会导致区分相似颜色的问题。较好地表示常见的颜色要好于表示很少见的颜色。

如果使用超过3种原色，则可以定义非三角形的颜色空间，其中包括更多的CIE空间。索尼生产了RGBE传感器，其中包括一个介于蓝色和绿色之间的“ Emerald”主传感器，但在放弃之前，他们只在一个摄像机中使用过。我还无法找到有关它使用的过滤器的CIE坐标的任何信息，但这是对色域可能是什么样的猜测：

您可以看到它覆盖了比sRGB大得多的区域，即使我以3 sRGB原色为起点。很难确定为什么它从未流行，但是我们可以猜测。由于软件和打印的整个世界都基于3基色空间，因此色域必须压缩为其中的一种，并且RGBE的任何优势都将在翻译中丢失。

监视器显示中的每个像素在屏幕上都具有水平和垂直位置。在该位置中，彩色监视器中的三种“颜色”在0％到100％的强度之间变化。

如果您查看图形区域的外边缘，则会看到使用所有发出相同光强度感知的纯波长光的磷光体可形成的颜色。在该区域内，是在相同的视觉强度水平下，人眼（红色，蓝色和绿色生色团）感知到的“ 100％”光强度。考虑在任意两个纯波长之间绘制一条线，并在第一种颜色的0-100％和第二种颜色的100％-0％之间改变强度。

具有良好色觉的人类具有3种不同的“颜色”受体。因此，您可能会误以为三种“纯”波长的混合会形成许多不同的“颜色”。在这种情况下，对于三种颜色中的每一种，光的强度将在0和100％之间变化。

现在，内部三角形具有三个点，这些点标记了为监视器选择的特定磷光体的“有效颜色”（颜色混合）。（磷光体发出的不是纯波长的光，而是多种颜色的光）。因此，选择的红色荧光粉限制了显示器上“纯红色”的“红色”。依次为绿色和蓝色。您可以通过使用三线性坐标获得以100％放大倍数可获得的颜色混合的印象。

要获得三线性坐标，请先在三个选定的磷光体之间画一个三角形。然后从内部三角形的每个顶点到相对的一侧绘制一条垂直线。三角形的顶点为100％强度，直线与底线的相交为0％强度。对所有三个顶点执行此操作将导致三条线在三角形内的每个内部点相交。如果每行有100个划分，则网格中将有10,000个点。此外，每个点的红色/绿色/蓝色强度总计为100％。

请注意，三角形的角接近顶点的“纯”颜色。从三角形外部到内部相交时，沿着三角形的边存在明显的过渡。由于混色不同。

mattdm指出，您还需要考虑像素的整体“功率”。如果所有三个磷光体的强度均为0％，则颜色为黑色。如果所有三个颜色强度均为100％，则颜色应接近白色。为了获得白色，当然必须明智地选择三种荧光粉。

有设备空间和设备独立的色彩空间。sRGB是惠普女士创建的设备独立色彩空间，用于标准化CRT背面。Adobe的Chris Cox创建了Adobe1998。EastmanKodak的Kevin Spaulding创建了RIMM和ROMM色彩空间，其中RIMM用作ProPhoto RGB。该空间实际上确实覆盖了XYZ图，但是仅当我们的打印机色域数量接近时才对我们的照片有益。（大多数具有良好光面纸的高端爱普生产品都接近Pro Photo RGB）

真正的问题是图像的最终用途。上面的色彩空间配置文件是设备而非实际设备的数学模型。这样做的好处是它们具有等距的原色，并且对这些空间中包含的图像进行的变换相对表现良好。

颜色空间不是设备空间，并且不包含设备色域所具有的噪点。这样就可以转换到实际的设备空间，例如计算机或打印机上的显示器，这些转换在每个设备之间都是可预测的，并且更加准确。因此，容器空间是提高质量的途径。

现在回答您的问题“为什么不只包括所有颜色？” 好吧，如果我们使用ProPhoto RGB可以，但是我们得到的是分配给Lab值的RGB值（0-255）比sRGB（互联网的色彩空间）大很多，因此如果您将ProPhoto RGB文件发布到网络上。因此，必须将实际上需要看起来像我们希望它们看起来的图像转换为输出参考空间。在浏览器中发生的互联网上。如果您有高端显示器，是因为您的计算机具有已知的显示器配置文件，则可以将颜色渲染到新的Lab空间中。

这将部分与数据编码的效率（不浪费位/精度），部分历史原因以及一些实际考虑有关。

有一些颜色空间可以覆盖所有“可见”颜色，但是我们通常不会在图像/视频中使用它们。例如，您问题中的图表显示了CIE 1931 XYZ空间中的颜色，该颜色空间涵盖了人类可见的所有颜色（根据其心理模型）。

但是，CIE XYZ不是通常用于实际表示颜色数据（例如在图像或视频中）的颜色空间。转换回RGB空间相对复杂，它将在大多数显示器无法产生或传感器可以看到的颜色范围之外的空间上浪费很多精度，即使是人类可以看到的空间之外的颜色也是如此。在CIE XYZ之类的东西中，在RGB空间中易于计算的数学运算将非常复杂，并且在所有实践中，无论如何都需要进行中间转换。

RGB颜色空间使某些操作更加容易。显示器和屏幕本机使用RGB颜色空间。如果您使用RGB颜色空间是因为您的输出介质本质上是基于RGB的，则最初使用与您的输出介质可以执行的红色，绿色和蓝色基色相等或紧密匹配的颜色空间是有意义的。过去，彩色监视器使用的磷光体会产生类似的红色，绿色和蓝色基色，因此RGB空间仅是因为“标准”颜色空间。监视器并不总是相等的，而且越来越多，因此发明一个独立于设备的色彩空间是一个好主意：sRGB是最常见的独立于设备的空间，它与CRT监视器时代的典型红色，绿色和蓝色原色非常匹配。sRGB已成为监视器，电视机（rec 601和rec 709，

因此，sRGB受欢迎的部分原因在于它在所有这些领域中的地位。就色彩空间而言，甚至就RGB空间而言，它都是非常有限的，因此您可以获得具有扩展色域的Adobe RGB，ProPhoto和其他RGB空间。它们的编码效率略有降低，在某些情况下需要每个通道使用8位以上，但是它们涵盖了新显示器和显示技术可以实现的更广泛色域，并满足了对“工作色彩空间”的需求。 ，您的输入和输出颜色空间会根据设备而有所不同，因此您也可以使用色域非常宽的中间空间，以便可以在它们之间进行转换，而损失最小。ProPhoto RGB，通常用于“工作”色彩空间，因为它“足够宽” 超出您几乎可以想象的任何设备颜色空间，可以覆盖几乎所有可见颜色（根据CIE 1931），除了一些超深绿色和紫罗兰色（同样，这些颜色远远超出了显示器或其他设备可以看到的范围）显示），但结果是编码效率相当低，许多坐标根本就没有使用，因为它们不在可见颜色范围内。有趣的是，它的原色（即红色，绿色和蓝色）是“虚构的”-不可能用ProPhoto RGB的原色生产发射器或传感器，因为它的原色是不可能的颜色-它们在数学上仅存在，作为一种传输颜色的方式往返其他空间。可以覆盖几乎所有可见的颜色（根据CIE 1931），除了一些深绿色和紫罗兰色（同样，这些颜色远不在监视器或其他设备可以显示的范围之内），但结果是编码效率相当低，由于坐标不在可见颜色范围内，因此根本没有使用许多坐标。有趣的是，它的原色（即红色，绿色和蓝色）是“虚构的”-不可能用ProPhoto RGB的原色生产发射器或传感器，因为它的原色是不可能的颜色-它们在数学上仅存在，作为一种传输颜色的方式往返其他空间。可以覆盖几乎所有可见的颜色（根据CIE 1931），除了一些深绿色和紫罗兰色（同样，这些颜色远不在监视器或其他设备可以显示的范围之内），但结果是编码效率相当低，由于坐标不在可见颜色范围内，因此根本没有使用许多坐标。有趣的是，它的原色（即红色，绿色和蓝色）是“虚构的”-不可能用ProPhoto RGB的原色生产发射器或传感器，因为它的原色是不可能的颜色-它们在数学上仅存在，作为一种传输颜色的方式往返其他空间。由于坐标不在可见颜色范围内，因此根本没有使用许多坐标。有趣的是，它的原色（即红色，绿色和蓝色）是“虚构的”-由于Proprim RGB的原色是不可能的颜色，因此不可能用ProPhoto RGB的原色生产发射器或传感器-它们仅在数学上存在，作为转移颜色的一种方式往返其他空间。由于坐标不在可见颜色范围内，因此根本没有使用许多坐标。有趣的是，它的原色（即红色，绿色和蓝色）是“虚构的”-由于Proprim RGB的原色是不可能的颜色，因此不可能用ProPhoto RGB的原色生产发射器或传感器-它们仅在数学上存在，作为转移颜色的一种方式往返其他空间。

较小的色彩空间适用于：

• 图像传输受限。在给定两个颜色深度相同的情况下，与巨大的完整颜色空间相比，使用较小的颜色空间将提高颜色精度
• 预渲染的图像，可以在目标硬件上查看，在传输之前不会进行任何转换