Фотопейзаж и компьютер

Зависимость цветового охвата сенсора от времени экспозиции устранить просто. Будем считать, что сенсор воспринимает конкретное излучение, если сенсор реагирует на это излучение хотя бы при одной выдержке. Поскольку мы всегда подбираем правильную выдержку при фотографировании любого кадра, то логично считать, что выдержка подбирается и при построении гамута.

Теперь определим, что означает, что сенсор почувствовал (воспринял) конкретный цвет. Поместим сенсор в полную темноту. Ответ каждого из трех rgb-каналов фотопикселя (электрический заряд, накопленный в потенциальной яме) будет равен нулю (точнее, темновому току, но ради простоты будем считать, что шумов нет).

Равномерно осветим сенсор светом, имеющим определенный спектр (поскольку ответы всех фотопикселей в этом случае одинаковы, то рассматривать будем только один из них). Если ответы всех трех rgb-каналов фотопикселя при любой выдержке по-прежнему равны нулю, то, очевидно, сенсор такое излучение не воспринимает. А если ответ одного канала равен нулю, а ответы остальных двух – больше нуля? А если все или некоторые из трех каналов насыщены? Воспринимает сенсор такое излучение или нет?

Воспринимает, но с другой точностью. Если канал насыщен, то известно только то, что измеряемая яркость канала больше определенной величины. Если ответ канала равен нулю, то известно только то, что измеряемая яркость канала меньше другой определенной величины.

Если ответы всех трех каналов больше нуля и меньше величины насыщения, а при изменении входного излучения какой-либо канал перешел в состояние насыщения или «обнулился», то можно считать, что сенсор перешел в другой режим измерения, дающий другую точность.

Гамут сенсора имеет смысл определять только для конкретного режима измерения, то есть, нельзя допускать переключения режима в процессе измерения. При этом для каждого режима цветовой охват может получиться свой.

Для фотографа наиболее интересный режим, конечно, такой, когда нет ни насыщенных каналов, ни каналов с нулевым ответом. Поэтому для определения гамута в этом режиме нужно полагать, что сенсор не воспринимает цвет (точнее сказать, не обеспечивает заданную точность измерения), если хотя бы один из rgb-каналов имеет нулевое значение или насыщен. Несмотря на то, что вообще-то воспринимает, но в другом режиме измерения, с другой точностью. Такое соглашение устраняет вторую проблему.

Перейдем к третьей проблеме. Напомню, что явление метамеризма состоит в том, что один и тот же цвет, видимый человеком, может быть вызван бесконечным количеством излучений с различными спектрами. Сенсор камеры тоже имеет метамеризм: один и тот же ответ сенсора вызывается бесконечным количеством входных излучений с различными спектрами. Но вся проблема в том, что эти два метамеризма различны, поскольку различны функции спектральной чувствительности колбочек сетчатки и rgb-фотопикселей сенсора. И, следовательно, если человек видит плоскую поверхность одного определенного цвета, то сенсор может увидеть текстуру поверхности, образованную близкими цветами. И наоборот.

А множества цветов, соответствующие двум различным ответам сенсора, могут пересекаться. Один и тот же цвет, содержащийся в пересечении, порождается двумя разными спектрами, но человек разницы между ними в цвете не видит, а сенсор – видит.

Снова равномерно осветим сенсор светом, имеющим спектр S, и обозначим ответ сенсора через O. Можно ли считать, что если ответ сенсора равен O, то сенсор освещен излучением спектра S? Нельзя, мешает метамеризм сенсора. Если ответ сенсора равен O, то из этого факта следует только то, что сенсор освещен излучением, которое является одним из множества метамеров (сенсора) излучения спектра S. Если среди этих излучений человек видит разные цвета, то все такие цвета и нужно ставить в соответствие ответу O сенсора. Эти цвета камера не различает, а человек – различает.

Еще одна причина, приводящая к тому, что одному ответу сенсора соответствует некоторый диапазон близких цветов, – это дискретность заряда фотопикселя, которая измеряется с точностью до заряда одного электрона. Действительно, цвет может измениться настолько мало, что этого изменения будет недостаточно для возникновения еще одного электрона в фотопикселе.

Для каждого ответа сенсора в пространстве CIEXYZ нарисуем множество цветов, которые могли бы вызвать такой ответ. Объединение таких множеств для всех возможных ответов сенсора назовем возможным или предельным гамутом сенсора фотокамеры. Что и требовалось получить!

Возникает интересный вопрос. Как представлены в предельном гамуте невидимые человеком цвета, имеющие физический спектр? Если такие есть (а они есть, в этом можно убедиться, сфотографировав работающий инфракрасный дистанционный пульт управления), то тогда можно постобработкой превратить их в видимые, и на снимке появятся детали, которые человек никогда не видит глазами!

Управление цветом в Windows 10