Rec. 2020: Революция цвета

Передача естественных цветов с Rec. 2020

Яркие, живые цвета создают запоминающиеся визуальные впечатления. Цвет – это один из самых мощных инструментов в деле рассказывания историй, будь то язык кинематографа или создание захватывающих аттракционов в парках развлечений. Он влияет на реакцию аудитории и ее вовлеченность в то, что происходит на экране, а также помогает вызвать у зрителя эмоциональный отклик и вдохнуть жизнь в изображения.

Если вы в поиске верного проекционного решения для кинотеатра, парка развлечений или планетария, то в выборе нужной технологии вам поможет понимание науки цвета:

• Как мы определяем цвет?
• Что такое «естественные» цвета?
• Чем отличаются стандарты цветопередачи?
• Как в технологии проекции RGB pure laser достигается цветовой охват Rec. 2020?

Давайте взглянем на цвета, которые мы видим на экране, с научной точки зрения.

Наука цвета

Как мы определяем цвет?

В 1931 году ученые-оптики Международной комиссии по освещению (англ. International Commission on Illumination, CIE) присвоили числовое значение каждому видимому нами цвету, основываясь на цветочувствительности человеческого глаза. Они построили модель, в которой каждому цвету были присвоены уникальные координаты по осям x и y, а фотометрическая яркость цвета определялась отдельной величинойi. Цветовая модель CIE 1931 (см. рис. 1) – это визуальная репрезентация всех цветов, которые может различать нормальный человеческий глаз. Цветовая модель CIE 1931 легла в основу традиционной науки о цвете – она является стандартом понимания современных репрезентаций цветового пространства и их ограничений, а также выявления цветового охвата конкретных цифровых дисплеев, что, в свою очередь, создает для нас стимул к достижению более ярких изображений с лучшей передачей всей гаммы цветов.

Рис. 1. Цветовое пространство CIE 1931. Данная диаграмма основана на трех ключевых компонентах. Горизонтальная (x) и вертикальная (y) оси используются для присвоения всем точкам диаграммы координат, состоящих из двух чисел. Они называются хроматическими координатами. Заметьте, что центр диаграммы – белый, и по мере приближения к периферии цвета становятся все более насыщенными. Периферия называется спектральным локусом. Числа вокруг поверхности спектральных цветностей показывают длину волны света, создающего соответствующий цвет.

Как осуществляется передача цветов на цифровых дисплеях?

Как правило, на цифровых дисплеях цвет воспроизводится путем смешения основных цветов – красного, зеленого и синего. Наука о цвете позволяет определять общие цветовые возможности дисплея путем построения хроматических координат (x, y) каждого из основных цветов на цветовой модели CIE и построения треугольника через три основных цвета. Этот треугольник определяет цветовой охват дисплея. Пространство внутри треугольника – это и есть цветовые возможности дисплея, а то, что лежит за пределами треугольника, находится, соответственно, за пределами его «цветовой досягаемости». Например, текущий цветовой охват HDTV определяется стандартом Rec. 709 и соответствует охвату, изображенному на рисунке 2.

Рис. 2. Rec. 709, цветовой охват телевидения. Основные цвета (красный, зеленый и синий) текущих телевизионных стандартов (Rec. 709) лежат в вершинах треугольника. Цвета внутри треугольника могут быть переданы с использованием этих основных цветов. Заметьте: множество более насыщенных цветов лежат за пределами треугольника и не могут быть переданы в пределах данного цветового охвата.

Составление диаграммы естественных цветов: какие цвета нужно передавать на самом деле

Когда речь идет о передаче цвета, встает резонный вопрос: можем ли мы передать цвета реального мира? Цветовая модель CIE 1931 отражает все цвета, которые видны глазу, но она не указывает, какие из них обычно встречаются в реальной жизни.

В 1980 году доктор Майкл Пойнтер опубликовал серию цветов реального мира, которая, как принято полагать, соответствует охвату встречающихся в окружающем нас мире отраженных цветов. Результатом его работы стал цветовой охват нерегулярной формы, включающий цвета, которые встречаются в реальном мире. Он называется «цветовым диапазоном Пойнтера» (см. рис. 3). Кроме естественных отражаемых цветов, есть еще и излучаемые цвета, такие как цвета неоновых знаков, LED стоп-сигналов автомобилей и световых мечей; эти цвета отличаются высокой насыщенностью и лежат за пределами диапазона цветов Пойнтера.

Рис. 3. Диапазон естественных цветов Пойнтера Естественные цвета, предложенные Пойнтером, с наложением на диаграмму CIE. Граница проводится вокруг этих цветов, тем самым отмечая охват «цветов реального мира» (естественных цветов).

Знакомьтесь: цветовые стандарты Rec. 709 и DCI-P3

Rec. 709 (Рекомендация ITU-R BT.709)

Стандарт цветового пространства, наиболее часто используемый на сегодняшний день. Параметры изображения в данном стандарте таковы: соотношение сторон 16:9, разрешение 1080 активных линий по 1920 отсчетов в каждой и квадратная дискретизация. Стандарт Rec. 709 был разработан на основе кодировки камер и характеристик сигнала HDTV.

DCI-P3

Данный стандарт имеет более широкий цветовой объем, чем Rec. 709, и является стандартом для кино. Благодаря своей цветовой палитре DCI-P3 обеспечивает несколько более реалистичные и естественные цвета из-за большей насыщенности оттенков зеленого и красного. Цветовое пространство DCI-P3 является стандартом для цифровых кинопроекторов и киноиндустрии с момента его внедрения Обществом инженеров кино и телевидения (англ. Society of Motion Pictures and Television Engineers, SMPTE) в 2007 году.

Так что же такое Rec. 2020?

В 2012 году Международный телекоммуникационный союз (ITU) опубликовал Рекомендацию ITU-R BT.2020 (Rec. 2020) для телевидения сверхвысокой четкости (UHDTV). В данной рекомендации отражен ряд параметров изображения, включая разрешение, частоту кадра, глубину цвета и цветовое пространство. С тех пор ITU опубликовал еще два издания, а затем в 2016 году ввел расширенный стандарт Rec. 2100, разработанный для телевидения с расширенным динамическим диапазоном (HDR-TV).

Rec. 2020 основан на расширенном цветовом охвате. Дальнейшее развитие данного охвата позволило через систему трех основных цветов добиться передачи «цветов реального мира». Комитет по стандартам Rec. 2020 выбрал координаты основных цветов на краю видимого цветового спектра, которых можно достигнуть, используя технологию лазерной проекции RGB pure laser.

С момента своей публикации и до настоящего времени Rec. 2020 считается стандартом цветового пространства цифровых 4К-дисплеев.

Как лазерная проекция RGB pure laser передает цветовой охват стандарта Rec.2020?

Основные цвета в стандарте Rec. 2020 находятся на спектральном локусе – узкой полоске основных цветов, необходимых для достижения цветности в точке основного цвета. Из практических соображений для получения основного цвета желательно смешивать несколько цветов со схожими длинами волн, и теоретически это выводит цветность основного цвета за пределы спектрального локуса. Тем не менее на практике смешение близких по длине волны цветов позволяет добиться нужной цветности с достаточной степенью точности. Для достижения цветового охвата Rec. 2020 и обеспечения насыщенного цветового диапазона проецируемых изображений лазерные проекторы RGB pure laser имеют длины волн, оптимально настроенные под основные цвета Rec. 2020.

Сравним Rec. 2020 с DCI-P3 и Rec. 709

Цвета в Rec. 2020 гораздо ярче и насыщеннее, чем цвета Rec. 709 и DCI-P3 (см. рис. 4). Причина в том, что, в отличие от Rec. 709 и DCI-P3, Rec. 2020 включает почти весь диапазон естественных цветов Пойнтера.

Хотя пространство Rec. 2020 не отражает абсолютно всех цветов, видимых человеческому глазу, оно имеет гораздо больший цветовой объем, чем другие цветовые пространства, тем самым ближе всего приближаясь к полной гамме всех видимых цветов.

Рис. 4. Цвета, какими вы еще не видели их на экране: так как мы не можем увидеть цвета пространства Rec. 2020 без использования проектора и контента с поддержкой Rec. 2020, мы создали для вас иллюстрацию, на которой показана разница всех трех цветовых стандартов.

Цветовое пространство DCI-P3 лучше отражает цветовой диапазон Пойнтера, чем Rec. 709 (см. рис. 5, 6). Хотя оно в достаточной мере охватывает цвета желтого и зеленого спектра, несколько цветов все же остаются за его пределами, особенно голубой и темные оттенки синего. Как видно из иллюстрации, почти все эти неохваченные оттенки присутствуют в цветовом охвате Rec. 2020.

Рис. 5. Современный цветовой охват HDTV, наложенный на диапазон естественных цветов Пойнтера. Видно, что современный стандарт телевидения высокой четкости недостаточно хорошо отображает желтые, золотистые и зелено-голубые оттенки цветов, встречающиеся в реальном мире.

Рис. 6. Естественные цвета Пойнтера: сравнение с DCI-P3 (киностандарт) и Rec. 2020.

Диаграмма сравнения объемов цветопередачи (см. рис. 7) показывает, что Rec. 2020 включает больше цветов пространства CIE 1931, чем DCI-P3 и Rec. 709. Цветовое пространство Rec. 2020 охватывает 75,8% спектра CIE, в то время как DCI-P3 охватывает 53,6%, а Rec. 709 только 35,9%. Другими словами, количество цветов в цветовом пространстве Rec. 2020 более чем вдвое превышает Rec. 709 и на 41% больше, чем DCI-P3.

Рис. 7. Сравнения цветовых объемов Rec. 2020, DCI-P3 и Rec. 709 и их соотношение с диаграммой CIE 1931. Каждый цветовой охват имеет свои преимущества и может быть достигнут с использованием различных источников света.

Что предлагает стандарт Rec. 2020?

Цветовое пространство Rec. 2020 очень значительно влияет на качество визуальных впечатлений от просмотра. Изображения с более широким цветовым охватом выглядят более ярко и красочно. Живые, естественные цвета погружают зрителя в происходящее на экране, помогая работникам креативной индустрии и кинематографистам рассказывать истории и воплощать свои идеи в жизнь. Другими словами, все выглядит более реалистичным и правдоподобным.

Кроме того, больший цветовой объем позволяет точно передать фирменные цвета логотипов или других визуальных объектов интеллектуальной собственности. То есть супергероев можно увидеть в тех цветах, в которых они были задуманы, и то же касается отображения фирменных логотипов. Цвета изображений на экране будут воспроизводить естественные цвета окружающего мира.

Rec. 2020 и лазерная проекция RGB pure laser: технология проекции RGB pure laser имеет более широкое цветовое пространство и является единственной технологией, способной передавать цветовое пространство Rec. 2020. Некоторые LED дисплеи могут передавать цвета стандарта Rec. 2020, но в случае большого экрана они часто являются гораздо более дорогим решением. Технология проекции RGB pure laser обеспечивает идеальную чистоту цвета, широкую цветовую палитру, несравненную детализацию и контрастность, и максимальную яркость изображения.