tl; dr: Znacznie łatwiej jest wykryć światło w trzech szerokich częściach widm, niż dokładnie analizować częstotliwość. Prostszy detektor oznacza również, że może być mniejszy. I trzeci powód: przestrzeń kolorów RGB naśladuje zasady działania ludzkiego oka.
Jak wykazał Max Planck, każde gorące ciało emituje promieniowanie o różnych częstotliwościach. Zasugerował i udowodnił, że energia jest wypromieniowywana seriami, zwanymi fotonami, niekoniecznie tak jak wcześniej. Od tego dnia fizyka nigdy nie była taka sama. Jedynym wyjątkiem jest idealny LASER / MASER, który emituje promieniowanie tylko jednej częstotliwości i wyładowuje (słupki neonowe, ...) emitując promieniowanie o kilku izolowanych częstotliwościach.
Rozkład intensywności na częstotliwości nazywa się widmem. Podobnie detektory mają również swoje widma, w tym przypadku jest to rozkład odpowiedzi detektora na promieniowanie o znormalizowanej intensywności.
Jak już wspomniano, białe światło jest białe, ponieważ nasze oczy są skalibrowane ewolucyjnie, aby widzieć światło słoneczne, od dalekiej podczerwieni do ultrafioletu, jako białe. Na przykład liście są zielone, ponieważ pochłaniają wszystkie częstotliwości z wyjątkiem części, którą widzimy jako zieloną.
Oczywiście istnieją detektory, które mogą gromadzić widma i wyciągać informacje. Są one stosowane w optycznej spektroskopii emisyjnej oraz w technikach dyfrakcji rentgenowskiej i fluorescencji, w których skład chemiczny lub mikrostruktura jest oceniana na podstawie widm. W przypadku fotografii jest to przesada; z wyjątkiem astrofotografii, w której chcemy ocenić skład „chemiczny”, ale obrazy są „tłumaczone” na fałszywe kolory. Detektory te są dokładne i duże lub małe, ale niedokładne i do ich analizy potrzebujesz znacznie więcej mocy obliczeniowej.
Ludzkie oko lub jakiekolwiek inne oko to nie przypadek. Nie widzimy składu chemicznego ani stanów wiązania obiektu. W oku są cztery różne „detektory”:
- bezbarwny: są najbardziej wrażliwe i działają na wszystkich widocznych częstotliwościach. Bez nich nic nie zobaczysz w nocy.
- czerwone: są najbardziej wrażliwe w regionie niskiej częstotliwości. Właśnie dlatego gorące rzeczy najpierw świecą na czerwono.
- zielenie: Są najbardziej wrażliwe w regionach o wyższej częstotliwości. Właśnie dlatego gorące rzeczy zmieniają kolor z czerwonego na żółty po dalszym podgrzaniu.
- blues: Są najbardziej wrażliwe w obszarze wysokich częstotliwości. Właśnie dlatego podgrzewane rzeczy świecą na biało, gdy są podgrzewane znacznie bardziej. Jeśli możesz je ogrzewać coraz bardziej, zaczną świecić na niebiesko.
Jeśli spojrzymy na tęczę, płytę CD lub DVD, zobaczymy kolory zmieniające się z czerwonego na fioletowe. Wiązki światła dla danej części tęczy mają najczęściej jedną częstotliwość obwodową. Promienie podczerwone są niewidoczne dla naszych oczu i nie pobudzają żadnej komórki w siatkówce. Zwiększając częstotliwość, wiązki zaczynają wzbudzać tylko czerwone „komórki”, a kolor ic widziany jest jako czerwony. Zwiększając częstotliwość, promienie pobudzają „głównie czerwone krwinki”, a nieco „zielenie”, a kolor jest postrzegany jako pomarańczowy. Żółte wiązki pobudzają „zielenie” bardziej…
Czujniki w kamerach, CCD lub CMOS, są podekscytowane wiązkami światła o dowolnej częstotliwości, aby zrobić zdjęcie, które nasze oczy zobaczą jako kolor, który po prostu naśladujemy ludzkie oko - używamy na przykład filtra Bayesa. Składa się z trzech kolorowych filtrów z widmami transmisyjnymi celowo zbliżonymi do typów komórek naszej siatkówki.
Światło odbite od żółtego papieru oświetlonego przez Słońce całkowicie wychodzi z „czerwieni” (100%), „zieleni” również (100%) i nieco „niebieskiego” (5%), więc widać, że jest żółty. Jeśli zrobisz zdjęcie, powiedzmy to samo, podniecenie jest gromadzone przez aparat. Patrząc na obraz na ekranie, ekran wysyła do ciebie 100 czerwonych fotonów, 100 zielonych fotonów i 5 niebieskich fotonów w bardzo krótkim czasie. Poziomy pobudzenia twojej siatkówki będą podobne do pobudzenia spowodowanego bezpośrednią obserwacją i zobaczysz zdjęcie żółtego papieru.
Jest jeszcze jeden problem do rozwiązania, jeśli chcemy odtworzyć kolory. Używając przestrzeni kolorów RGB potrzebujemy tylko trzech rodzajów źródeł światła na piksel. Możemy mieć trzy filtry kolorów (LCD działają w ten sposób), możemy mieć trzy rodzaje diod LED (wykorzystują to panele LED i OLED), możemy mieć trzy rodzaje luminoforów (używał tego CRT). Jeśli chcesz w pełni odtworzyć kolor, potrzebujesz nieskończonej ilości filtrów / źródeł na piksel. Jeśli chcesz użyć uproszczenia informacji od koloru do częstotliwości, to też nie pomoże.
Możesz także spróbować odtworzyć kolor według jego temperamentu. Przypuszczam, że będziesz w stanie odtworzyć tylko kolory czerwono-pomarańczowo-żółto-białe i będziesz musiał ogrzewać każdy piksel do temperatur około 3000 K.
We wszystkich tych teoretycznych przypadkach oczy nadal będą tłumaczyć prawdziwy kolor na sygnały RGB i przekazywać go do mózgu.
Innym problemem do rozwiązania jest sposób przechowywania danych? Konwencjonalny obraz RGB 18MPx składa się z trzech matryc 5184x3456 komórek, każdy punkt o rozmiarze 8 bitów. Oznacza to 51 MiB nieskompresowanego pliku na obraz. Jeśli chcemy przechowywać pełne widma dla każdego piksela, powiedzmy w rozdzielczości 8-bitowej, będzie to 5184x3456x256 übermatrix, co da nieskompresowany plik 4 GiB. Oznacza to przechowywanie intensywności 256 różnych częstotliwości w zakresie 430–770 THz, co oznacza rozdzielczość w odstępie 1,3 THz na kanał.
Całkowicie nie warte wysiłku, jeśli mogę powiedzieć ...