سلسلة كاملة

في لون الاستنساخ ، بما في ذلك رسومات الكمبيوتر والتصوير الفوتوغرافي ، سلسلة ، أو التدرج اللوني / ˈɡæmət / ، هو مجموعة فرعية كاملة من الألوان. يشير الاستخدام الأكثر شيوعًا إلى مجموعة فرعية من الألوان التي يمكن تمثيلها بدقة في ظرف معين ، مثل داخل فراغ لون معين أو بواسطة جهاز إخراج معين.

هناك إحساس آخر ، أقل استخدامًا ولكنه لا يزال صحيحًا ، يشير إلى المجموعة الكاملة من الألوان الموجودة داخل الصورة في وقت معين. في هذا السياق ، فإن رقمنة صورة أو تحويل صورة رقمية إلى فراغ لون مختلف أو إخراجها إلى وسيط معين باستخدام جهاز إخراج معين يغير نطاقه عمومًا ، بمعنى أن بعض الألوان في الأصل مفقودة في معالجة.

المقدمة
اعتمد مصطلح السلسلة من مجال الموسيقى ، حيث يعني مجموعة من الألغاز التي تتكون منها الألحان الموسيقية ؛ أحيانًا ما يُنسب استخدام شكسبير للمصطلح في ترويض النمرة إلى المؤلف / الموسيقار توماس مورلي. في 1850s ، تم تطبيق هذا المصطلح على مجموعة من الألوان أو اللون ، على سبيل المثال من قبل توماس دي كوينسي ، الذي كتب: “سمعت بورفري ، من خلال مجموعة كبيرة من الأشكال مثل الرخام”.

في نظرية الألوان ، يكون النطاق اللوني لجهاز أو عملية هو ذلك الجزء من فراغ اللون الذي يمكن تمثيله أو إعادة إنتاجه. بشكل عام ، يتم تحديد التدرج اللوني في مستوى تدرج اللون ، حيث أن النظام يمكن عادةً أن ينتج ألوانًا فوق نطاق شدة واسع ضمن نطاق ألوانه ؛ بالنسبة لنظام الألوان الانهزامي (مثل استخدامه في الطباعة) ، فإن نطاق الكثافة المتاحة في النظام لا معنى له في الغالب دون مراعاة الخصائص الخاصة بالنظام (مثل إضاءة الحبر).

عندما لا يمكن التعبير عن ألوان معينة في نموذج لون معين ، يُقال أن هذه الألوان خارج النطاق اللوني. على سبيل المثال ، في حين يمكن التعبير عن اللون الأحمر النقي في فراغ اللون RGB ، فلا يمكن التعبير عنه في فراغ ألوان CMYK ؛ الأحمر النقي هو خارج النطاق اللوني في فضاء اللون CMYK.

إن الجهاز الذي يمكنه إعادة إنتاج مساحة الألوان المرئية بالكامل هو هدف غير محق في هندسة عمليات عرض الألوان وعمليات الطباعة. التقنيات الحديثة تسمح بتقريب جيد بشكل متزايد ، لكن تعقيد هذه الأنظمة غالباً ما يجعلها غير عملية.

أثناء معالجة الصورة الرقمية ، يكون نموذج الألوان الأكثر ملائمة هو نموذج RGB. تتطلب طباعة الصورة تحويل الصورة من مساحة ألوان RGB الأصلية إلى مساحة ألوان CMYK الخاصة بالطابعة. أثناء هذه العملية ، يجب تحويل الألوان من RGB خارج النطاق اللوني إلى قيم تقريبية داخل النطاق الفضائي CMYK. ببساطة تشذيب فقط الألوان التي تكون خارج النطاق اللوني إلى أقرب الألوان في مساحة الوجهة من شأنه أن يحرق الصورة. هناك العديد من الخوارزميات تقريبًا هذا التحويل ، ولكن لا يمكن لأي منها أن يكون مثاليًا حقًا ، حيث أن هذه الألوان هي ببساطة خارج قدرات الجهاز المستهدف. هذا هو السبب في أن تحديد الألوان في صورة خارج النطاق اللوني الهدف في أقرب وقت ممكن أثناء المعالجة أمر بالغ الأهمية لجودة المنتج النهائي.

تمثيل gamuts
يتم تمثيل الغامقات عادة كمناطق في الرسم البياني اللوني CIE 1931 كما هو موضح على اليمين ، مع الحافة المنحنية التي تمثل أحادية اللون (الطول الموجي المفرد) أو الألوان الطيفية.

يعتمد النطاق القابل للوصول على السطوع ؛ ولذلك يجب تمثيل النطاق الكامل في مساحة ثلاثية الأبعاد ، على النحو التالي:

تظهر الصور الموجودة على اليسار التدرجات اللونية لمساحة ألوان RGB (أعلى) ، مثل على شاشات الكمبيوتر ، والألوان العاكسة في الطبيعة. يتوافق المخروط المسحوب باللون الرمادي تقريبًا مع الرسم البياني CIE على اليمين ، مع البعد الإضافي للسطوع.

المحاور في هذه المخططات هي استجابات الطول الموجي القصير (S) ، الطول الموجي المتوسط ​​(M) ، والأقماع الطويلة الموجة (L) في العين البشرية. تشير الأحرف الأخرى إلى الأسود (Blk) والأحمر (R) والأخضر (G) والأزرق (B) والأزرق (C) والأرجواني (M) والأصفر (Y) والألوان البيضاء (W).

يوضح الرسم البياني الأيسر العلوي أن شكل سلسلة RGB عبارة عن مثلث بين الأحمر والأخضر والأزرق عند سطوع أقل ؛ مثلث بين السماوي والأرجواني والأصفر عند لمعان أعلى ونقطة بيضاء واحدة في أقصى لمعان. تعتمد المواضع الدقيقة للقمم على أطياف الانبعاثات من الفوسفورات في شاشة الكمبيوتر ، وعلى النسبة بين أقصى لمعان من الفوسفور الثلاثة (أي توازن اللون).

إن نطاق فضاء ألوان CMYK ، بشكل مثالي ، هو نفسه تقريباً بالنسبة لـ RGB ، مع قمم مختلفة قليلاً ، اعتماداً على الخواص الدقيقة للأصباغ ومصدر الضوء. من الناحية العملية ، نظرًا للطريقة التي تتفاعل بها الألوان النقطية المطبوعة مع بعضها البعض ومع الورق وبسبب أطياف الامتصاص غير المثالية ، تكون السلسلة صغيرة الحجم ولها زوايا دائرية.

سلسلة الألوان العاكسة في الطبيعة لها شكل مشابه ، على الرغم من أنه أكثر دائرية. الكائن الذي يعكس فقط نطاق ضيق من الأطوال الموجية سيكون له لون قريب من حافة الرسم التخطيطي CIE ، ولكن سيكون له لمعان منخفض جداً في نفس الوقت. في حالة لمعان أعلى ، تصبح المنطقة التي يمكن الوصول إليها في مخطط CIE أصغر وأصغر ، إلى نقطة بيضاء واحدة ، حيث تنعكس جميع الأطوال الموجية بالضبط بنسبة 100٪ ؛ يتم تحديد الإحداثيات الدقيقة للون الأبيض بواسطة لون مصدر الضوء.

حدود تمثيل اللون

السطوح
في بداية القرن العشرين ، بدأت المطالب الصناعية لطريقة يمكن السيطرة عليها لوصف الألوان وإمكانية جديدة لقياس أطياف الضوء بحثا مكثفا على الوصف الرياضي للألوان.

تم تقديم فكرة الألوان المثلى من قبل الكيميائي الألماني البلطيق فيلهلم أوستوالد. أظهر إيروين شرودنغر في مقالته عام 1919 Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Theory of Pigments with Highest Luminosity) أن الألوان الأكثر تشبعًا التي يمكن إنشاؤها مع انعكاس كلي معين يتم توليدها بواسطة أسطح لها إما انعكاس كامل أو صفري عند أي طول موجي معين ، ويجب أن يكون الطيف الانعكاسية على الأقل اثنين من الانتقالات بين الصفر والكامل. ومن ثم ، يمكن تحقيق نوعين من أطياف “اللون الأمثل”: إما الانتقال من الصفر عند طرفي الطيف إلى واحد في المنتصف ، كما هو موضح في الصورة على اليمين ، أو الانتقال من واحد إلى النهاية إلى الصفر في الوسط. النوع الأول ينتج ألوانًا تشبه الألوان الطيفية وتتبع الجزء الذي على شكل حدوة الحصان تقريبا من الرسم التوضيحي اللوني لـ CIE ، ولكن بشكل عام أقل تشبعًا. أما النوع الثاني فينتج ألوانًا تشبه (ولكنها أقل تشبعًا بشكل عام) من الألوان الموجودة على الخط المستقيم في الرسم التوضيحي اللوني لـ CIE ، مما يؤدي إلى ألوان تشبه الألوان السحرية. تم تطوير عمل شرودنغر من قبل ديفيد ماكدام و سيغفريد روش. كان ماك آدم أول شخص يقوم بحساب الإحداثيات الدقيقة للنقاط المختارة على حدود المادة الصلبة المثالية للون في الفضاء الملون CIE 1931 لمستويات الخفة من Y = 10 إلى 95 في خطوات من 10 وحدات. هذا مكنه من رسم اللون المثالي الصلب بدرجة مقبولة من الدقة. وبسبب إنجازه ، فإن حد الألوان الصلبة المثالية يسمى حد MacAdam. في أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، من الممكن حساب مادة صلبة ملونة مثالية بدقة كبيرة في ثوانٍ أو دقائق. يُظهر الحد MacAdam ، الذي توجد فيه الألوان الأكثر تشبعًا (أو “المثالية”) ، أن الألوان القريبة من الألوان أحادية اللون لا يمكن تحقيقها إلا بمستويات نصوع منخفضة للغاية ، باستثناء الصفار ، وذلك لأن خليط الأطوال الموجية من الطول المستقيم الطويل سيتم الجمع بين جزء الخط من الموقع الطيفي بين الأخضر والأحمر لجعل لون قريب جدا من أصفر أحادي اللون.

مصادر الاضاءة
يجب أن تكون مصادر الضوء المستخدمة في الانتخابات التمهيدية في نظام إعادة إنتاج الألوان المضافي مشروطة ، لذلك فهي ليست قريبة من أحادي اللون. بمعنى ، يمكن فهم السلسلة اللونية لمعظم مصادر الضوء ذات الألوان المتغيرة كنتيجة للصعوبات التي تنتج ضوءًا أحاديًا (أحادي الطول الموجي). أفضل مصدر تكنولوجي للضوء أحادي اللون هو الليزر ، والذي يمكن أن يكون مكلفًا وغير عمليًا للعديد من الأنظمة. ومع ذلك ، مع نضوج التكنولوجيا الضوئية ، أصبحت الليزرات ثنائية الصيغة الطولية أحادية اللون أقل تكلفة ، والعديد من التطبيقات يمكن أن تستفيد بالفعل من ذلك ؛ مثل مطيافية رامان ، والتصوير المجسم ، والبحوث الطبية الحيوية ، والفلورة ، والتصوير الضوئي ، وقياس التداخل ، وفحص أشباه الموصلات ، والكشف عن بعد ، وتخزين البيانات البصرية ، وتسجيل الصور ، والتحليل الطيفي ، والطباعة ، والاتصالات الفضائية الحرة من نقطة إلى نقطة ، والاتصالات بالألياف البصرية.

عادةً ما يكون للأنظمة التي تستخدم عمليات ألوان مضافة تدرج لوني وهو عبارة عن مضلع محدب تقريبًا في مستوى تدرج اللون. تعتبر رؤوس المضلعات هي أكثر الألوان تشبعًا التي يمكن للنظام إنتاجها. في أنظمة الألوان الطفيفة ، تكون سلسلة الألوان في كثير من الأحيان منطقة غير منتظمة.

مقارنة بين مختلف النظم
فيما يلي قائمة بأنظمة الألوان التمثيلية الأكثر أو أقل طلبًا من مجموعة كبيرة إلى ألوان صغيرة:

يستخدم جهاز عرض الفيديو بالليزر 3 أجهزة ليزر لإنتاج أوسع نطاق متوفر في معدات العرض العملية اليوم ، مستمدًا من حقيقة أن الليزر ينتج أساسيات أحادية اللون. تعمل الأنظمة إما عن طريق مسح الصورة بالكامل نقطة في وقت واحد وتحويل الليزر مباشرة على تردد عالٍ ، يشبه إلى حد كبير حزم الإلكترون في أنبوب أشعة الكاثود ، أو عن طريق الانتشار البصري ثم تعديل الليزر ومسح خط في كل مرة ، الخط نفسه يتم تعديله بنفس الطريقة كما هو الحال في جهاز عرض DLP. يمكن أيضًا استخدام الليزر كمصدر للضوء لجهاز عرض DLP. يمكن الجمع بين أكثر من 3 ليزر لزيادة نطاق التدرج ، وهو أسلوب يستخدم أحيانًا في التصوير المجسم.
تعد تقنية Digital Light Processing أو DLP تقنية مسجلة كعلامة تجارية من شركة Texas Instruments. تحتوي رقاقة DLP على مجموعة مستطيلة من 2 مليون من المرايا المجهرية المثبتة بالمفصلات. كل من micromirrors يقيس أقل من خمس عرض شعرة الإنسان. يميل micromirror الخاص بشريحة DLP إما نحو مصدر الضوء في نظام إسقاط DLP (ON) أو بعيدًا عنه (OFF). هذا يخلق بكسل فاتح أو داكن على سطح الإسقاط. تستخدم أجهزة العرض DLP الحالية عجلة دوارة بسرعة مع “شرائح دائريّة” ملونة لتقديم كل إطار لوني على التوالي. يظهر تناوب واحد الصورة الكاملة.
يمكن لفيلم الصور الفوتوغرافية إنتاج مجموعة ألوان أكبر من أنظمة الفيديو أو الكمبيوتر أو أنظمة الفيديو المنزلية العادية.
تحتوي شاشات CRT وشاشات الفيديو المشابهة على مجموعة ألوان ثلاثية تقريبًا تغطي جزءًا كبيرًا من مساحة الألوان المرئية. في CRTs ، ترجع القيود إلى الفوسفورات في الشاشة التي تنتج الضوء الأحمر والأخضر والأزرق.
شاشات الكريستال السائل (LCD) تقوم بتصفية الضوء المنبعث من الإضاءة الخلفية. وبالتالي فإن نطاق شاشة LCD يقتصر على الطيف المنبعث من الإضاءة الخلفية. تستخدم شاشات LCD النموذجية لمبات الفلورسنت الكاثودية الباردة (CCFLs) للإضاءة الخلفية. تنتج شاشات LCD مع مصابيح LED CCFL الخلفية أو ذات نطاق واسع نطاقًا أكثر شمولًا من CRTs. ومع ذلك ، فإن بعض تقنيات شاشات الكريستال السائل تختلف عن اللون الذي تقدمه زاوية الرؤية. في شاشات التبديل أو المحاذاة العمودية المحاذاة ، يكون نطاق ألوانها أكبر من ألوان Twisted Nematic.
عادةً ما يستخدم التليفزيون شاشة CRT أو LCD أو شاشة بلازما ، ولكنه لا يستفيد بشكل كامل من خصائص عرض الألوان ، نظرًا لقيود البث. أما التلفزيون عالي الوضوح (HDTV) فهو أقل تقييدًا ، ولكنه أقل إلى حد ما ، على سبيل المثال ، من شاشات الكمبيوتر التي تستخدم تكنولوجيا العرض نفسها.
يحقق خلط الطلاء ، سواء الفني أو للتطبيقات التجارية ، مجموعة ألوان كبيرة بشكل معقول عن طريق البدء بلوحة أكبر من الأحمر والأخضر والأزرق من CRTs أو سماوي وأرجواني وأصفر للطباعة. قد يقوم الطلاء بإعادة إنتاج بعض الألوان شديدة التشبع التي لا يمكن إعادة إنتاجها بشكل جيد بواسطة CRTs (خاصة البنفسجي) ، ولكن بشكل عام يكون نطاق الألوان أصغر.
تستخدم الطباعة عادة مساحة اللون CMYK (السماوي والأرجواني والأصفر والأسود). عدد قليل جدًا من عمليات الطباعة لا يتضمن الأسود؛ ومع ذلك ، هذه العمليات (باستثناء طابعات صبغ التسامي) ضعيفة في تمثيل الألوان منخفضة التشبع منخفضة. تم بذل الجهود لتوسيع نطاق عملية الطباعة بإضافة أحبار الألوان غير الأولية ؛ هذه عادة ما تكون برتقالية وخضراء (انظر Hexachrome) أو سماوي فاتح وأرجواني فاتح (انظر نموذج لون CcMmYK). تستخدم أحبار الألوان الموضعية ذات اللون المحدد في بعض الأحيان.
مجموعة ألوان العرض أحادية اللون هي منحنى أحادي البعد في فراغ اللون.

التدرج اللوني الواسع
يحدد Ultra HD Forum نطاقًا واسعًا من الألوان (WCG) كمجموعة ألوان أوسع من Rec. 709. سيشمل WCG DCI-P3 و Rec. عام 2020.