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Il blog di Mauro Boscarol sulla gestione digitale del colore dal 1998

Nella serie Spazi RGB celebri

Confronto tra spazi colore RGB

Questo è un tema che provoca infinite discussioni, interventi su mailing list, domande ed equivoci.


Tutti i colori che il sistema visivo umano può vedere

Partiamo dall’insieme di tutti colori che il sistema visivo umano può vedere. La sua rappresentazione più comune è mediante questo diagramma delle cromaticità:

Diagramma delle cromaticità

Questo è un diagramma a due dimensioni, ma lo spazio di tutti i colori che il sistema visivo umano può vedere ha tre dimensioni. La dimensione che manca nel diagramma qui sopra è la dimensione della luminanza.

In altre parole, nel diagramma sono rappresentate tutte le cromaticità e ogni cromaticità può avere una diversa luminanza. Quindi colore = cromaticità + luminanza. Lo spazio dei colori che il sistema visivo umano vede è un cilindro, con il diagramma qui sopra come base.


Spazio colore RGB

Uno spazio colore RGB è un sottoinsieme dello spazio di tutti i colori. Per esempio lo spazio sRGB ha questa “impronta” o gamut:

sRGB

Ancora, qui si vedono solo due dimensioni, ma lo spazio RGB, come tutti gli spazi colore, ha tre dimensioni, e qui vediamo come “cresce” nella terza dimensione, quella della luminanza, cioè qual è il suo vero gamut:

sRGB


Volume di uno spazio RGB

Uno spazio RGB ha un volume, che si esprime in ΔE3. Per motivi che qui sarebbe lungo approfondire, 1 ΔE3 rappresenta circa (molto circa) un colore.

Il volume di uno spazio suggerisce dunque il numero di colori che in quello spazio si possono rappresentare. sRGB ha un volume di circa 860.000  ΔE3, dunque in sRGB si possono rappresentare circa 860.000 colori.


Confronto tra due spazi RGB: il volume

Quando si confrontano due spazi tra di loro, si può dire che uno spazio consente di rappresentare più colori di un altro se il suo volume è maggiore del volume dell’altro.

Per esempio lo spazio Adobe RGB ha un volume 1.250.000 ΔE3 e dunque è possibile rappresentare in Adobe RGB molti più colori rispetto a sRGB che ha solo un volume di 860.000.

Questo lo si intuisce anche guardando il diagramma delle cromaticità (che dà solo un’idea, perché manca la terza dimensione, quella della luminanza). Il gamut piccolo è sRGB, quello grande è Adobe RGB:

c04

Attenzione però che il grafico qui sopra, “suggerisce” che uno degli spazi abbia volume maggiore dell’altro, ma la parola definitiva si ha valutando il volume anche nella terza dimensione, la luminanza.


Confronto tra due spazi RGB: la copertura

Il fatto che uno spazio abbia volume maggiore di un altro, implica che il primo può rappresentare più colori del secondo. Questo non implica però che lo spazio con volume maggiore contenga (in senso insiemistico) tutti i colori dell’altro. In alcuni casi è così, ma in altri casi può non essere così.

Per esempio nel caso di Adobe RGB e sRGB (qui sopra) è proprio così: Adobe RGB contiene completamente sRGB, cioè i colori rappresentabili in sRGB sono un sottoinsieme dei colori rappresentabili in Adobe RGB.

Diverso è invece il caso dei due spazi NTSC e sRGB:

NTSC e sRGB

NTSC ha un volume maggiore di sRGB, e quindi rappresenta più colori, tuttavia non copre completamente sRGB (cioè sRGB non è un sottoinsieme di NTSC).

(Anche qui, la vera valutazione della copertura si dovrebbe fare nelle tre dimensioni, non solo in due.)

Nel confrontare due spazi bisogna dunque distinguere la dimensione (cioè il volume, uno maggiore l’altro minore) dalla copertura (può essere che uno comprenda completamente l’altro oppure no).

La dimensione (cioè il volume) permette di dire che uno spazio A consente di rappresentare più colori di uno spazio B, ma non è detto che i colori rappresentabili da B siano tutti anche rappresentabili da A, cioè non è detto che A copra completamente B.


Rappresentazione digitale

A questo punto interviene un ulteriore fatto, cioè che un colore RGB viene rappresentato, in digitale, con 8 o 16 bit per canale. Con 8 bit si rappresentano 256 livelli per canale, dunque in tutto 256 x 256 x 256 = 16.777.216 colori e con 16 bit molti di più.

Questo però non è il numero di colori dello spazio (perché allora tutti gli spazi rappresentati con lo stesso numero di bit, 8 o 16, sarebbero uguali) ma è il campionamento che viene fatto dello spazio.

Con 8 bit si campiona lo spazio con una maglia di 256 punti per canale, con 16 bit lo si campiona con un maglia di 65536 punti per canale, cioè più finemente. Otto bit vanno bene per gli spazi di volume piccolo, 16 bit vanno meglio per spazi di volume più grande.


La pubblicità dei monitor

I produttori di monitor sono soliti paragonare lo spazio di colori prodotto dal loro monitor con uno spazio standard, solitamente NTSC. Il confronto però viene fatto non sui volumi e sulla copertura ma semplicemente sulle aree nel diagramma delle cromaticità o meglio nel piano (a,b) di Lab (almeno Eizo fa così e probabilmente anche altri produttori).

Come abbiamo detto, le aree bidimensionali non dicono tutto. È come vedere la pianta di una casa, ma senza sapere come si sviluppa in altezza, chissà se è una casa di due o di tre piani, se ci sono terrazze esterne, un tetto a punta, un giardino pensile o cosa.

Nel caso dei colori, possono esserci aree di uno spazio RGB che non stanno in un altro, ma questo non si può capire guardando un diagramma delle cromaticità bidimensionale.

Per esempio nel grafico qui sotto (fatto in Lab) il grafico bidimensionale non mette in luce quella punta di ciano (di uno spazio di stampante) che esce dallo spazio a filo di ferro (Adobe RGB):

Adobe RGB e uno spazio di stampante

Nella pubblicità di un monitor si legge, per esempio,  che ha il 114% del gamut di NTSC. Questo numero è basato solo sulle aree, non sui volumi. Ma in più non si dice se lo spazio del monitor copre completamente l’area NTSC, cioè se fa gli stessi colori di NTSC (più altri) oppure se ci sono colori di NTSC che il monitor non fa. Un confronto significativo dovrebbe includere i dati dei due volumi e la copertura per indicare effettivamente come si comporta il monitor.


Conclusione

Ogni spazio RGB contiene un certo numero di colori. E quindi si può dire, per esempio, che in sRGB ci sono meno colori di quanti ce ne siano in NTSC. E in Adobe RGB ci sono più colori che in sRGB. Il numero di colori contenuti in uno spazio equivale (più o meno) al concetto di volume dello spazio espresso in deltaE3.

NTSC non contiene tutti i colori di sRGB. Alcuni rimangono fuori. Invece Adobe RGB contiene tutti i colori di sRGB. Questo è il concetto di copertura.

La seguente è una domanda mal posta, ambigua: “qual è lo spazio più ampio tra A e B?”.

Meglio evitare frasi come “lo spazio A è più ampio, più esteso dello spazio B” perché con questa frase si vuole forse dire che il volume di A è maggiore di quello di B (e questo potrebbe essere vero) ma si induce anche il sospetto che tutti i colori di B siano compresi in A, e questo non è per nulla detto. La copertura potrebbe anche essere uguale a 0.

Infine il numero di colori rappresentabili in digitale (o meglio il numero delle terne numeriche) non dipende dallo spazio ma dalla modalità e dalla profondità in bit. È il numero di nodi della maglia di campionamento dello spazio. Nel caso di RGB con 8 bit sono oltre 16 milioni, con 16 bit oltre 281000 miliardi.

 

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Mauro Boscarol

13/8/2008 alle 13:58

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5 commenti

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  1. In fondo all’articolo leggo che i colori rappresentabili in digitale con 16 bit sono oltre 60 miliardi. Ma con 16 bit non sono 281474976710656? Ossia più di 281 bilioni?

    Tony Peluso

    3/5/13 alle 12:16

  2. Hai ragione, ho fatto male il conto, sono più di 281 miliardi. Ora ho corretto, grazie per avermelo fatto notare.

    Mauro Boscarol

    3/5/13 alle 12:21

  3. hai scritto più di 281 miliardi, che è cmq vero, ma sarebbe più corretto: più di 281 bilioni oppure più di 281.000 miliardi.
    Complimenti per gli articoli che scrivi. Molto chiari ed esaurienti.

    Tony Peluso

    3/5/13 alle 12:40

  4. Hai ancora ragione, questa volta spero di avercela fatta. Il termine “bilione” è corretto ma preferisco non usarlo perché in italiano corrisponde a 1000 miliardi ma in inglese “billion” a 1…

    Mauro Boscarol

    3/5/13 alle 13:07

  5. … a 1 miliardo.

    Mauro Boscarol

    3/5/13 alle 13:08

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