Was ist der Unterschied zwischen Farbraum und Bittiefe?

Im Grunde genommen sind Lebensfarbeninformationen wie eine Schachtel Pralinenstifte ...

Farbinformationen werden in ganzen Zahlen gespeichert, nicht in analogen Werten – es gibt eine diskrete, zählbare Anzahl von Farben, die mit einer bestimmten Bittiefe beschrieben werden können.

Stellen Sie sich den Farbraum wie eine Schachtel mit Buntstiften in verschiedenen Farben vor. Ein Farbraum beschreibt die Arten von Buntstiften, die verfügbar sind. Denken Sie an „kräftige Farben“, „Pastelle“ oder ähnliches. Die Bittiefe beschreibt die Anzahl der Buntstifte.

Hier ist ein Beispiel für zwei verschiedene Schachteln mit Buntstiften:

Beide haben 16 Buntstifte, aber sie haben eine unterschiedliche Farbpalette – insbesondere reicht der untere Satz nicht so weit in Rot hinein. Da es 16 Farben gibt, sind das 4 Bit Farbtiefe (2⁴ = 16).

Ein "echter" Farbraum ist dreidimensional, und dieser hat nur eine Dimension. (Das heißt, der Farbton.) Aber es macht ein Modell, von dem ich hoffe, dass es hilft. Die obere „Box“ hat einen Farbraum, der an den äußersten Rändern eine sehr rote „Primär“-Farbe hat, während der untere nur bis zu einem rötlichen Orange reicht.

Der obere Farbraum scheint zunächst offensichtlich überlegen zu sein (mit dem unteren kann man nicht einmal etwas Rotes zeichnen!), aber bedenken Sie die Situation, in der Sie eine Landschaft mit Himmel, Wasser und Bäumen zeichnen. Der untere Satz Buntstifte ist möglicherweise viel besser, da er mehr seiner "Bits" verwendet, um subtile Grün- und Blautöne darzustellen.

Wenn stattdessen. Wenn Sie die gleichen Farbreihen in Sets mit 64 Buntstiften gekauft haben, würden zwischen jedem vorhandenen drei neue Buntstifte liegen. Das untere Set hätte immer noch mehr Optionen für Blau und Grün, aber aufgrund der neuen Buntstifte hätte das obere Set auch viel mehr Auswahlmöglichkeiten in diesem Bereich als das 16-Buntstift-Set. Da das obere Set auch Rot abdeckt, wäre es mit genügend Buntstiften objektiv besser.

Allerdings kann man sich eine Auswahl vorstellen, bei der beiden Boxen etwas fehlt. Es ist etwas einfacher zu sehen, wie das sein könnte, wenn wir zu einer etwas komplizierteren Visualisierung übergehen, hier von echtem sRGB (als Fernseher oder Computermonitor auf Verbraucherebene) und Standard-„SWOP“-CMYK-Tinten:

Hier sehen Sie, dass sich der CMYK-SWOP-Farbraum¹ weiter in die Cyan-, Magenta-/Lila- und Gelbtöne hinein erstreckt, als in sRGB darstellbar sind. Selbst wenn wir weitere Bits hinzufügen, um zwischen den verfügbaren unterscheidbaren Schritten zu unterscheiden, bestimmt der Farbraum die Grenze . Ebenso trägt das Hinzufügen weiterer Bits zur CMYK-Darstellung nicht dazu bei, die entfernten Ecken von Rot, Grün und Blau darzustellen, die von sRGB abgedeckt werden. (Und natürlich sind sie alle eine schlechte Darstellung der Bandbreite des menschlichen Sehvermögens, dargestellt durch die äußere Form – wenn Sie sich jemals gefragt haben, warum es so schwierig ist, digitale Fotos von Grünpflanzen natürlich aussehen zu lassen, ist dies ein Teil der Geschichte !)

Im wirklichen Leben haben Sie mit 24-Bit-Farbräumen (8 Bit pro Kanal) 16,8 Millionen Farben, mit denen Sie arbeiten können. Das ist im Allgemeinen in Ordnung und wird allgemein als mehr Farben angesehen, als das menschliche Auge unterscheiden kann . Wenn Ihr Farbraum jedoch sehr groß ist, können Sie tatsächlich denselben Effekt haben, bei dem der Sprung zwischen einzelnen Farben in der Mitte größer als ideal ist, und es ist möglich dass es sich in bestimmten Situationen bemerkbar machen würde.

Tatsächlich haben einige "breite" Farbräume wie ProPhoto RGB Farben am Rand des Raums, die mit nichts in der menschlichen Wahrnehmung übereinstimmen . Sie sind theoretische, "imaginäre" Farben, die den Farbraum funktionieren lassen, aber effektiv verschwendet werden. Wenn Sie einen solchen Farbraum mit einer kleinen Anzahl von Buntstiften (geringe Bittiefe) verwenden, haben Sie weniger Optionen für tatsächlich nützliche Farben, wodurch die Möglichkeit, Schritte zu verpassen, zu einem größeren Problem wird. So etwas wie sRGB kann weit entfernte Cyan- und Grüntöne nicht abdecken (genau wie das fehlende Rot im obigen Satz), aber im Gegenzug erhalten Sie eine feinere Unterscheidung zwischen Blau und Violett und Rot (und den dort vorhandenen Grüns).

Wenn wir auf 16 Bit pro Kanal (insgesamt 48 Bit) gehen, befinden sich 16,8 Millionen zusätzliche "Buntstifte" zwischen jeder Schattierung in der Box. Das ist völliger Overkill (sowohl in Bezug auf das, was Menschen möglicherweise unterscheiden könnten, als auch in der praktischen Realität, diesen subtilen Unterschied auf dem Bildschirm oder im Druck darzustellen), aber dieser Overkill garantiert, dass immer glatte Übergänge verfügbar sind. Und da im wirklichen Leben alle Farbräume grob so gestaltet sind, dass sie das menschliche Sehvermögen abdecken (auch wenn sie nicht genau übereinstimmen), geraten Sie nicht wirklich in die Situation, in der Ihr Farbraum überhaupt kein Rot enthält – es könnte nur sein nicht ganz so tief oder subtil sein.

Die andere zu berücksichtigende Sache ist, dass sRGB nicht nur so konzipiert ist, dass es dem menschlichen Sehvermögen gut entspricht, sondern auch auf den meisten Verbrauchergeräten darstellbar ist , und dies die Standardannahme für nicht farbverwaltete Displays ist. Das bedeutet, dass Sie bei Verwendung von sRGB die besten Chancen haben, dass die von Ihnen verwendeten „Buntstifte“ den „Buntstiften“ entsprechen, die die Geräte Ihrer Zuschauer verwenden. Aus diesem Grund empfehle ich, für die Anzeige und Freigabe im Internet in sRGB zu speichern– Höhere Bittiefen sind keine weit verbreitete Option, und die meisten Menschen haben nicht die Möglichkeit, sie gegen einen Satz Buntstifte Ihrer Wahl auszutauschen. (Hoffentlich wird dies in Zukunft besser, aber es scheint nicht wirklich eine Priorität für Hersteller von Verbrauchergeräten zu sein. Vielleicht können wir, wenn sich der 3D- und 4K-Rummel beruhigt, mehr Wert auf „tiefe Farbe“ legen – höhere Bittiefen für Verbraucherdisplays.

(Einige davon stammen aus meiner früheren Antwort auf Wie überlappen sich Farbräume wie sRGB und Adobe RGB? )

Fußnote

_{1. Dieses spezielle Beispiel ist eine zu starke Vereinfachung und beschönigt die tatsächliche Darstellung von CMYK-Bildern und einige andere Details; Es ist jedoch ein gutes Beispiel, da die meisten echten Farbräume so konzipiert sind, dass sie sich so weit wie möglich überlappen, und dies zeigt etwas an, das nicht übereinstimmt.}

Bittiefe und Farbraum sind nicht dasselbe und schließen sich auch nicht gegenseitig aus. Sie sind verschiedene Dinge, die gleichzeitig existieren. Zur besonders einfachen Erklärung:

• Die Bit-Tiefe bestimmt die Feinheit , mit der jede einzelne Farbe abgestuft wird .

• Der Farbraum bestimmt das Ausmaß , in dem diese Farben verteilt sind .

Nehmen wir sRGB und AdobeRGB als Farbräume und 8-Bit- und 16-Bit-Farbe als Bittiefen. sRGB ist ein kleiner Farbraum, während AdobeRGB ein größerer Farbraum ist. Farbräume oder Gamuts definieren das Ausmaß, in dem Farben aus dem gesamten für das menschliche Auge sichtbaren Farbbereich ausgewählt werden können (oder sogar über diesen Bereich hinaus, wie dies bei ProPhotoRGB oder einigen der neuen 10-bpc TV-Spektren). Wenn Sie die Farbe "Reines Grün" in sRGB abbilden, ist diese Farbe tatsächlich ein numerisch reines Grün ... es ist jedoch möglicherweise nicht das wahrnehmungsgenaueste reine Grün. Ordnen Sie die gleiche Farbe „Reines Grün“ ist AdobeRGB zu, und obwohl es numerisch dasselbe Grün ist, ist es bei der Zuordnung in AdobeRGB gesättigter und lebendiger. (Ordnen Sie außerdem dieselbe Farbe in ProPhotoRGB zu, und sie wird wieder noch gesättigter als in AdobeRGB ... vorausgesetzt natürlich,

Jetzt kommt die Bit-Tiefe. Der Unterschied zwischen Pure Green in 8-Bit und 16-Bit beträgt 0,255,0 vs. 0,65535,0. Eine viel größere Zahl wird verwendet, um den grünen Kanal in reinem Grün in 16-Bit-Farbe zu beschreiben als in 8-Bit-Farbe. Wenn wir ein Medium Green einbringen, könnte der Wert in 8-Bit 0,128,0 sein, während er in 16-Bit 0,32768,0 wäre. Gleiche Farbe, aber die Anzahl unterschiedlicher Farben auf der Stufe zwischen Pure Green und Medium Green ist bei 16-Bit-Farben viel höher. Sie haben insgesamt 32768 verschiedene Grünstufen zwischen diesen beiden Stufen in 16-Bit, gegenüber nur 128 verschiedenen Stufen in 8-Bit. Nehmen wir an, wir wählen ein helleres Grün, sagen wir 0,192,0 in 8-Bit. Dieselbe Farbe wäre 0,49152,0 in 16-Bit. Diese Zunahme möglicher unterschiedlicher Farben bedeutet, dass Farbverläufe erheblich glatter und feiner abgegrenzt werden, wenn eine höhere Bittiefe verwendet wird.

Und schließlich, wie arbeiten Bittiefen und Farbräume zusammen? Bei einem schmalen Farbraum wie sRGB haben Sie einen eingeschränkten Farbraum, in dem Sie verschiedene Farben abbilden können. Mit sRGB und 8-Bit-Farbe wird jede Farbe wirklich unterschiedlich sein, wenn Sie alle Grüns von 0,1,0 über 0,128,0 bis 0,255,0 durchlaufen. Was passiert, wenn Sie ein 16-Bit-Bild im sRGB-Raum haben? Numerisch kann Ihr Bild über 280 Billionen verschiedene Farben darstellen (16+16+16 Bit sind insgesamt 48 Bit, 2^48 sind 281,5 Billionen). Wahrnehmbar ... wenn numerische RGB-Werte auf Farben mit eingeschränktem Farbumfang abgebildet werden, wird eine erhebliche Menge dieser 280 Billionen Farben letztendlich auf genau dieselbe "Farbkoordinate" innerhalb des Farbraums abgebildet. Ihre Bilddatei enthält immer noch Farbdaten mit voller Genauigkeit, aber wenn sie auf dem Bildschirm gerendert (oder zum Drucken gerendert) wird,

Wenn wir zu AdobeRGB aufsteigen, wächst der Farbraum, es ist ein größerer Farbraum und kann daher eine größere Anzahl unterschiedlicher Farbzuordnungen umfassen. Mit einer 8-Bit-Farbtiefe werden Sie diese größere Farbskala effektiv spärlich abbilden. Technisch gesehen ist der Farbumfang in der Lage, mehr Farben zu beschreiben, als Sie mit Ihrer Bittiefe referenzieren können. Ihre begrenzenden Faktoren haben sich jetzt vertauscht ... anstatt dass der Farbumfang restriktiv ist, ist die Bittiefe restriktiv. Wenn wir uns für 16-Bit-Farben im AdobeRGB-Farbraum entscheiden, gibt es mehr Platz für unsere 280 Billionen potenziellen Farben, um unterschiedliche Farben zu referenzieren. Es ist wahrscheinlich, dass mehrere Farben immer noch denselben tatsächlichen Koordinaten im AdobeRGB-Raum zugeordnet werden, jedoch wird es in diesem größeren Raum weitaus weniger Kollisionen geben als bei sRGB.

Farbraum/Gamut und Bittiefe sind zwar unterschiedliche Dinge, sie hängen jedoch zusammen. Sie müssen keinen größeren Farbraum verwenden, wenn Sie zum Speichern Ihrer Bilddaten eine höhere Bittiefe verwenden, es ist jedoch ratsam, das Beste aus dieser höheren Bittiefe herauszuholen. Umgekehrt, wenn Sie Bilder mit einer geringeren Bittiefe speichern, ist es oft weniger sinnvoll, diese Bilder mit mehr als sRGB zu rendern.

Um die Farbinformationen mit hoher Bittiefe in einer Bilddatei voll auszunutzen, werden größere Farbskalen und gleichzeitig bessere Bildschirme, die diese Farbskalen tatsächlich anzeigen können, wertvoll. Um 10-, 12- und 16-Bit-Farben auf Fernsehern oder Computerbildschirmen wiederzugeben, sind oft Farbskalen erforderlich, die größer als AdobeRGB und sogar größer als ProPhotoRGB sind, um die menschliche visuelle Wahrnehmung voll auszuschöpfen. Unsere Augen sind erstaunliche Geräte und in der Lage, einen unglaublichen Dynamikbereich und eine extrem breite Farbempfindlichkeit zu bieten. Moderne 10-Bit-Bildschirme mit 12-, 14- und 16-Bit-Hardware-LUTs (3D Color Look Up Tables) können 1,07 Milliarden gleichzeitige Farben anzeigen, ausgewählt aus insgesamt 68,7 Milliarden (12-Bit), 4,4 Billionen (14-Bit) oder 281,5 Billionen (16-Bit) Farben, die von der LUT sehr genau beschrieben werden.

Das sind unabhängige Dinge. Der Farbraum repräsentiert alle möglichen Farben und ist ein kontinuierlicher Raum. Digitale Geräte erfordern eine Diskretisierung des Raums. Das bedeutet, dass die Stufen jeweils Farben darstellen können, die innerhalb des Farbraums liegen.

Hier ist eine einfache Analogie: Die Sache mit der Höhe zwischen zwei Stockwerken als Farbraum. Das ist der Raum zwischen den Stockwerken. Wie viele Stufen braucht man nun, um eine Treppe vom Untergeschoss ins Obergeschoß zu bauen? Die Antwort hängt von der Größe der Stufe ab. Das ist die Bittiefe.

Wenn Sie nun über Bittiefen sprechen, die in Dateiformaten verwendet werden, ist die Situation komplexer, da nicht alle Schritte die Größe haben, die daran liegt, dass die Bittiefe nicht gleichmäßig im linearen Sinne verteilt ist. Manchmal folgen die Schritte einer auf Vorurteilen basierenden Kurve, einer Gammakurve oder einer logarithmischen Kurve.

Wenn Sie die Bittiefe erhöhen, erhalten Sie im Allgemeinen mehr Abstufung innerhalb eines Farbraums, aber seine Grenzen bleiben gleich. Es gibt jedoch HDR-Dateiformate, die Fließkomma- oder Festkommawerte verwenden, die sogar negativ sein können, um Farben außerhalb des speziellen Farbraums darzustellen.

Versuchen wir es mit einem einfachen Beispiel. Nehmen wir an, wir haben einen Farbraum namens "Regenbogen". Es enthält die Farben eines Regenbogens, also besteht es aus Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Der Farbraum beschreibt eine Reihe von Farben, die von der Farbskala abgedeckt werden.

Die Bittiefe hingegen definiert, wie viele verschiedene Farben wir in diesem Raum erzeugen können. Wenn wir nur ein paar Bits hätten, könnten wir nur die Grundfarben des Regenbogens darstellen, aber wenn wir ein paar Bits hätten, könnten wir dunkle Rottöne und helle Rottöne und mittlere Rottöne usw. erzeugen. Mit mehr Bits könnten wir wir können eindeutigere Werte definieren und haben so mehr Farben, aber sie sind immer noch alle Schattierungen von Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett.

Aus diesem Grund ist es tatsächlich möglich, dass eine höhere Bittiefe einen kleineren Farbbereich darstellt, Sie erhalten lediglich eine weitaus höhere Präzision innerhalb der abgedeckten Farben.

Technisch gesehen definiert die Bitrate die Körnigkeit der Farben innerhalb des Farbraums und der Farbraum definiert die Mindest- und Höchstwerte der Farbe (und möglicherweise auch einige andere Dinge, je nach Raum), aber Sie könnten eine beliebige Anzahl davon haben Schritte zwischen diesen Werten.

Die zusätzlichen Bits, um den von Ihnen abgedeckten Farbraum zu erweitern, ermöglichen eine feinere Kontrolle der Farben innerhalb des Farbraums oder eine Kombination aus beidem.

Eine einfache Art, über solche Dinge nachzudenken, ist, dass Farbräume Container sind. Sie enthalten die Farbwerte des Farbraums, für den sie erstellt wurden. Wenn es sich um RGB-Farbräume handelt, sind die Werte RGB-0-255 in jedem Kanal. Wenn CMYK 0-100 Werte.

Diese Werte ändern sich nicht, wenn sich die Lautstärke des Farbraums ändert. Was das Volumen eines Farbraums ändert, sind die CIEXYZ-Werte, die diesen Raum definieren. Ein größervolumiger Farbraum kann im Allgemeinen gesättigtere Farben enthalten. Ein Beispiel dafür ist sRGB, ein kleiner Farbraum nach Volumen, und ProPhoto, ein großer Farbraum nach Volumen. Das Öffnen eines sRGB-Bildes in Photoshop führt zu einem erwarteten Ergebnis, aber das Zuweisen des ProPhoto ICC-Profils ändert die Bildfarbe drastisch und macht es gesättigter, aber die RGB-Werte haben sich nicht geändert. Nur ihre Beziehung zu CIELab. Die CIEXYZ-Werte, die das Volumen des Farbraums definieren, werden in CIELab und dann in den Zielfarbraum konvertiert.

Die Bittiefe ist die Menge an Farbinformationen, die in einem Pixel verfügbar sind. Das ist hier sehr gut erklärtEine höhere Bittiefe, die auf Fotografie und digitale Bilder angewendet wird, ermöglicht mehr Bildinformationen in jedem Pixel. Diese höhere Bittiefe bietet eine bessere Einstellbarkeit beim Öffnen von Schatten oder beim Zurückbringen von Glanzlichtdetails. Denken Sie daran, dass die gerenderte Pixel-Bittiefe nicht die erfasste Bittiefe ist. Denken Sie daran, dass einmal reduzierte Bits oder Farbräume nicht mehr erweitert werden können. Ein 8-Bit-Bild auf 16 Bit zu bringen, erzeugt nicht mehr Bits pro Pixel, sondern verdoppelt einfach die Bits im 8-Bit-Pixel. Dasselbe gilt für Farbräume. Wenn das Bild in sRGB gerendert wurde und Sie nun all diese leuchtenden Farben aus dem Originalbild auf Ihrem Drucker mit großer Farbskala drucken möchten, sind diese Farben in diesem sRGB-Bild leider nicht mehr vorhanden. Beginnen Sie von vorne und rendern Sie diese Pixel in den größeren Farbraum.