TL: DR
Apakah warna primer benar-benar ada di dunia nyata?
Tidak.
Tidak ada warna primer cahaya, bahkan tidak ada warna intrinsik dalam cahaya sama sekali (atau panjang gelombang radiasi elektromagnetik lainnya). Hanya ada warna dalam persepsi panjang gelombang tertentu dari ESDM oleh sistem mata / otak kita.
Atau apakah kita memilih merah, hijau, dan biru karena itulah warna yang ditanggapi oleh kerucut mata manusia?
Kami menggunakan sistem reproduksi tiga warna karena sistem penglihatan manusia adalah trikromatik , tetapi warna primer yang kami gunakan dalam sistem reproduksi tiga warna kami tidak cocok dengan masing-masing dari tiga warna, masing-masing, di mana masing-masing dari ketiga jenis kerucut di retina manusia paling responsif.
Jawaban singkat
Tidak ada yang namanya "warna" di alam. Cahaya hanya memiliki panjang gelombang. Sumber radiasi elektromagnetik di kedua ujung spektrum terlihat juga memiliki panjang gelombang. Satu-satunya perbedaan antara cahaya tampak dan bentuk lain dari radiasi elektromagnetik, seperti gelombang radio, adalah bahwa mata kita secara kimiawi bereaksi terhadap panjang gelombang tertentu dari radiasi elektromagnetik dan tidak bereaksi terhadap panjang gelombang lainnya . Di luar itu tidak ada yang berbeda secara substansial antara "cahaya" dan "gelombang radio" atau "sinar-X". Tidak ada.
Retina kami terdiri dari tiga jenis kerucut yang masing-masing paling responsif terhadap panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang berbeda. Dalam kasus kerucut "merah" dan "hijau" kami, ada sedikit perbedaan dalam respons terhadap sebagian besar panjang gelombang cahaya. Tetapi dengan membandingkan perbedaan dan mana yang memiliki respons lebih tinggi, kerucut merah atau hijau, otak kita dapat menginterpolasi seberapa jauh dan ke arah mana menuju merah atau ke biru, sumber cahaya adalah yang terkuat.
Warna adalah susunan sistem otak mata kita yang membandingkan respons relatif dari tiga jenis kerucut yang berbeda di retina kita dan menciptakan persepsi "warna" berdasarkan jumlah yang berbeda yang masing-masing set kerucut merespons terhadap cahaya yang sama. Ada banyak warna yang diterima manusia yang tidak dapat diciptakan oleh panjang gelombang cahaya tunggal. "Magenta", misalnya, adalah apa yang otak kita ciptakan ketika kita secara bersamaan terpapar ke lampu merah di satu ujung spektrum yang terlihat dan cahaya biru di ujung lain dari spektrum yang terlihat.
Sistem reproduksi warna memiliki warna yang dipilih untuk berfungsi sebagai warna primer, tetapi warna spesifik bervariasi dari satu sistem ke sistem lainnya, dan warna tersebut tidak selalu sesuai dengan sensitivitas puncak dari tiga jenis kerucut di retina manusia. "Biru" dan "Hijau" cukup dekat dengan respons puncak dari kerucut S dan kerucut manusia, tetapi "Merah" tidak jauh dari respons puncak kerucut L-kerucut kita.
Jawaban yang Diperpanjang
Respons spektral dari filter warna pada sensor bertopeng Bayer sangat mirip dengan respons dari tiga jenis kerucut yang berbeda di retina manusia. Bahkan, mata kita memiliki lebih banyak "tumpang tindih" antara merah dan hijau daripada kebanyakan kamera digital.
'Kurva respons' dari tiga jenis kerucut yang berbeda di mata kita: Catatan: L-line "merah" memuncak sekitar 570nm, yang kita sebut 'kuning-hijau', bukan pada 640-650nm, yang merupakan warna yang kita sebut "Merah."
Kurva respons khas dari kamera digital modern: Catatan: Bagian filter "merah" memuncak pada 600nm, yang kami sebut "oranye", bukan 640nm, yang merupakan warna yang kami sebut "Merah."
Panjang gelombang IR dan UV difilter oleh elemen-elemen dalam tumpukan di depan sensor pada kebanyakan kamera digital. Hampir semua cahaya itu telah dihapus sebelum cahaya mencapai topeng Bayer. Secara umum, filter-filter lain dalam tumpukan di depan sensor tidak ada dan cahaya IR dan UV tidak dilepas ketika sensor diuji untuk respons spektral. Kecuali jika filter tersebut dihapus dari kamera ketika digunakan untuk mengambil foto, respons piksel di bawah setiap filter warna untuk, katakanlah, 870nm tidak relevan karena hampir tidak ada sinyal panjang gelombang 800nm atau lebih panjang yang diizinkan mencapai topeng Bayer.
- Tanpa 'tumpang tindih' antara merah, hijau dan biru (atau lebih tepatnya, tanpa cara tumpang tindih kurva sensitivitas dari tiga jenis kerucut yang berbeda di retina kami berbentuk cahaya dengan sensitivitas puncak berpusat pada 565nm, 540nm, dan 445nm) tidak mungkin untuk mereproduksi warna dengan cara yang kita rasakan banyak dari mereka.
- Sistem penglihatan mata / otak kami menciptakan warna dari kombinasi dan campuran dari panjang gelombang cahaya yang berbeda serta dari panjang gelombang cahaya tunggal.
- Tidak ada warna yang intrinsik dengan panjang gelombang cahaya tampak tertentu. Hanya ada warna yang diberikan mata / otak kita untuk panjang gelombang tertentu atau kombinasi panjang gelombang cahaya.
- Banyak warna berbeda yang kita rasakan tidak dapat diciptakan oleh panjang gelombang cahaya tunggal.
- Di sisi lain, respons penglihatan manusia terhadap cahaya dengan panjang gelombang tunggal tertentu yang menghasilkan persepsi warna tertentu juga dapat direproduksi dengan menggabungkan rasio yang tepat dari panjang gelombang cahaya lain untuk menghasilkan respons biologis yang sama di retina kita.
- Alasan kami menggunakan RGB untuk mereproduksi warna bukan karena warna 'Merah', 'Hijau', dan 'Biru' entah bagaimana intrinsik dengan sifat cahaya. Mereka bukan. Kami menggunakan RGB karena trichromatism¹ adalah intrinsik terhadap cara sistem mata / otak kita merespons cahaya.
Mitos kerucut "Merah" kami dan Mitos "Merah" menyaring topeng Bayer kami.
Di mana banyak orang memahami 'RGB' sebagai intrinsik untuk sistem penglihatan manusia berjalan dari rel adalah dalam gagasan bahwa L-cone paling sensitif terhadap lampu merah di suatu tempat di sekitar 640nm. Mereka tidak. (Juga tidak ada filter di depan piksel "merah" pada sebagian besar topeng Bayer kami. Kami akan kembali ke yang di bawah ini.)
S-cone kami ('S' menunjukkan paling sensitif terhadap 'panjang gelombang pendek', bukan 'lebih kecil dalam ukuran') paling sensitif terhadap sekitar 445nm, yang merupakan panjang gelombang cahaya yang sebagian besar dari kita anggap sedikit lebih biru daripada versi merah ungu .
Kerucut M ('panjang gelombang menengah') kami paling sensitif terhadap sekitar 540nm, yang merupakan panjang gelombang cahaya yang sebagian besar dari kita anggap sebagai warna hijau agak biru.
L-cone kami ('panjang gelombang panjang') paling sensitif terhadap sekitar 565nm, yang merupakan panjang gelombang cahaya yang sebagian besar dari kita anggap sebagai kuning-hijau dengan sedikit lebih hijau daripada kuning. L-cone kami sama sekali tidak sensitif terhadap cahaya "Merah" 640nm daripada cahaya "Kuning-Hijau" 565nm!
Seperti yang digambarkan oleh grafik pertama di atas, tidak ada banyak perbedaan antara M-cone dan L-cone kami. Tetapi otak kita menggunakan perbedaan itu untuk memahami "warna".
Dari komentar oleh pengguna lain ke jawaban yang berbeda:
Bayangkan alien asing yang memiliki warna kuning sebagai warna primer. Dia akan menemukan cetakan warna dan layar kita kurang. Dia akan berpikir kita akan buta warna sebagian karena tidak melihat perbedaan antara dunia yang dia rasakan dan cetakan dan layar warna kita.
Itu sebenarnya deskripsi yang lebih akurat tentang sensitivitas kerucut kami yang paling sensitif sekitar 565nm daripada menggambarkan sensitivitas puncak kerucut L-sebagai "merah" ketika 565nm berada di sisi 'hijau' dari 'kuning'. Warna yang kita sebut "Merah" berpusat pada sekitar 640nm, yang di sisi lain "oranye" dari "kuning."
Mengapa kami menggunakan tiga warna dalam sistem reproduksi warna kami
Untuk meringkas apa yang telah kita bahas sampai titik ini:
Tidak ada warna utama cahaya .
Ini adalah sifat trichromatic dari visi manusia yang memungkinkan sistem reproduksi tri-warna untuk lebih atau kurang akurat meniru cara kita melihat dunia dengan mata kita sendiri. Kami merasakan sejumlah besar warna.
Apa yang kita sebut warna "primer" bukanlah tiga warna yang kita rasakan untuk tiga panjang gelombang cahaya yang paling sensitif terhadap setiap jenis kerucut.
Sistem reproduksi warna memiliki warna yang dipilih untuk berfungsi sebagai warna primer, tetapi warna spesifik bervariasi dari satu sistem ke sistem lainnya, dan warna tersebut tidak secara langsung sesuai dengan sensitivitas puncak dari tiga jenis kerucut di retina manusia.
Tiga warna, apa pun bentuknya, yang digunakan oleh sistem reproduksi tidak cocok dengan tiga panjang gelombang cahaya yang paling sensitif terhadap setiap jenis kerucut dalam retina manusia.
Jika, misalnya, kami ingin membuat sistem kamera yang akan memberikan gambar 'akurat warna' untuk anjing, kami perlu membuat sensor yang disamarkan untuk meniru respons kerucut di retina anjing , daripada yang meniru kerucut di retina manusia. Karena hanya dua jenis kerucut di retina anjing, mereka melihat "spektrum yang terlihat" berbeda dari yang kita lakukan dan dapat membedakan jauh lebih sedikit antara panjang gelombang cahaya yang sama dari yang kita bisa. Sistem reproduksi warna kami untuk anjing hanya perlu didasarkan pada dua, bukan tiga, filter yang berbeda pada topeng sensor kami.
Bagan di atas menjelaskan mengapa kita berpikir anjing kita bodoh karena berlari melewati mainan merah terang mengkilap yang baru saja kita buang di halaman: dia hampir tidak bisa melihat panjang gelombang cahaya yang kita sebut "merah." Itu terlihat seperti seekor anjing seperti cokelat yang sangat redup bagi manusia. Itu, dikombinasikan dengan fakta anjing tidak memiliki kemampuan untuk fokus pada jarak dekat seperti manusia - mereka menggunakan indra penciuman yang kuat untuk itu - membuat dia pada kerugian yang berbeda karena dia tidak pernah mencium mainan baru yang baru saja kamu tarik keluar dari kemasan itu masuk
Kembali ke manusia.
Mitos "hanya" merah, "hanya" hijau, dan "hanya" biru
Jika kita dapat membuat sensor sehingga piksel yang disaring "biru" peka terhadap hanya cahaya 445nm, piksel yang disaring "hijau" peka terhadap hanya cahaya 540nm, dan piksel yang disaring "merah" peka terhadap hanyaCahaya 565nm itu tidak akan menghasilkan gambar yang mata kita akan mengenali sebagai sesuatu yang menyerupai dunia saat kita melihatnya. Untuk mulai dengan, hampir semua energi "cahaya putih" akan diblokir dari yang pernah mencapai sensor, jadi itu akan jauh kurang sensitif terhadap cahaya daripada kamera kita saat ini. Sumber cahaya apa pun yang tidak memancarkan atau memantulkan cahaya pada salah satu panjang gelombang tepat yang tercantum di atas tidak akan bisa diukur sama sekali. Jadi sebagian besar pemandangan akan sangat gelap atau hitam. Juga tidak mungkin untuk membedakan antara objek yang memantulkan BANYAK cahaya pada, katakanlah, 490nm dan tidak ada pada 615nm dari objek yang memantulkan BANYAK cahaya 615nm tetapi tidak ada pada 490nm jika keduanya mencerminkan jumlah cahaya yang sama pada 540nm dan 565nm . Mustahil untuk membedakan banyak warna berbeda yang kita rasakan.
Bahkan jika kami membuat sensor sehingga piksel yang disaring "biru" hanya sensitif terhadap cahaya di bawah sekitar 480nm, piksel yang disaring "hijau" hanya sensitif terhadap cahaya antara 480nm dan 550nm, dan piksel yang disaring "merah" hanya sensitif terhadap cahaya di atas 550nm kita tidak akan dapat menangkap dan mereproduksi gambar yang menyerupai apa yang kita lihat dengan mata kita. Meskipun akan lebih efisien daripada sensor yang dijelaskan di atas sebagai sensitif terhadap hanya 445nm, hanya 540nm, dan hanya 565nm cahaya, itu masih jauh lebih sensitif daripada sensitivitas yang tumpang tindih yang disediakan oleh sensor bertopeng Bayer.Sifat yang tumpang tindih dari kepekaan kerucut di retina manusia adalah apa yang memberi otak kemampuan untuk merasakan warna dari perbedaan respons setiap jenis kerucut terhadap cahaya yang sama. Tanpa sensitivitas yang tumpang tindih dalam sensor kamera, kita tidak akan bisa meniru respons otak terhadap sinyal dari retina kita. Kami tidak akan dapat, misalnya, membedakan sama sekali antara sesuatu yang memantulkan cahaya 490nm dari sesuatu yang memantulkan cahaya 540nm. Dalam banyak cara yang sama bahwa kamera monokromatik tidak dapat membedakan antara panjang gelombang cahaya apa pun, tetapi hanya antara intensitas cahaya, kita tidak akan dapat membedakan warna dari apa pun yang dipancarkan atau memantulkan hanya panjang gelombang yang semuanya jatuh hanya dalam satu tiga saluran warna.
Pikirkan bagaimana keadaannya ketika kita melihat di bawah pencahayaan merah spektrum yang sangat terbatas. Tidak mungkin untuk membedakan antara kemeja merah dan kemeja putih. Keduanya muncul warna yang sama di mata kita. Demikian pula, di bawah spektrum cahaya merah terbatas apa pun yang berwarna biru akan terlihat sangat seperti hitam karena tidak memantulkan cahaya merah yang menyinari dan tidak ada cahaya biru yang menyinari untuk dipantulkan.
Seluruh gagasan bahwa merah, hijau, dan biru akan diukur secara diam-diam oleh sensor warna "sempurna" didasarkan pada kesalahpahaman yang sering diulang tentang bagaimana kamera bertopeng Bayer mereproduksi warna (Filter hijau hanya memungkinkan lampu hijau untuk lewat, filter merah hanya memungkinkan lampu merah untuk lewat, dll.). Ini juga didasarkan pada kesalahpahaman tentang apa 'warna' itu.
Bagaimana Bayer Masked Cameras mereproduksi warna
File mentah tidak benar-benar menyimpan setiap warna per pixel. Mereka hanya menyimpan nilai kecerahan tunggal per piksel.
Memang benar bahwa dengan masker Bayer pada setiap piksel cahaya disaring dengan filter "Merah", "Hijau", atau "Biru" pada setiap piksel dengan baik. Tapi tidak ada cutoff keras di mana hanya lampu hijau yang melewati piksel yang disaring hijau atau hanya lampu merah yang menembus ke piksel yang disaring merah. Ada banyakof overlap.² Banyak lampu merah dan beberapa lampu biru menembus filter hijau. Banyak cahaya hijau dan bahkan sedikit cahaya biru membuatnya melalui filter merah, dan beberapa lampu merah dan hijau direkam oleh piksel yang difilter dengan warna biru. Karena file mentah adalah satu set nilai luminance tunggal untuk setiap piksel pada sensor, tidak ada informasi warna aktual untuk file mentah. Warna diperoleh dengan membandingkan piksel yang berdekatan yang difilter untuk satu dari tiga warna dengan masker Bayer.
Setiap foton bergetar pada frekuensi yang sesuai untuk panjang gelombang 'merah' yang membuatnya melewati filter hijau dihitung sama seperti setiap foton yang bergetar pada frekuensi untuk panjang gelombang 'hijau' yang membuatnya menjadi sumur pixel yang sama .³
Ini seperti menempatkan filter merah di depan lensa saat merekam film hitam putih. Itu tidak menghasilkan foto merah monokromatik. Itu juga tidak menghasilkan foto B&W di mana hanya objek merah yang memiliki kecerahan sama sekali. Sebaliknya, ketika difoto dalam B&W melalui filter merah, objek merah muncul warna abu-abu yang lebih terang daripada objek hijau atau biru yang memiliki kecerahan yang sama dalam adegan dengan objek merah.
Topeng Bayer di depan piksel monokromatik juga tidak menghasilkan warna. Apa yang dilakukannya adalah mengubah nilai tonal (seberapa terang atau seberapa gelap nilai luminance dari panjang gelombang cahaya tertentu dicatat) dari berbagai panjang gelombang dengan jumlah yang berbeda. Ketika nilai tonal (intensitas abu-abu) dari piksel yang berdekatan difilter dengan tiga filter warna berbeda yang digunakan dalam masker Bayer dibandingkan, maka warna dapat diinterpolasi dari informasi tersebut. Ini adalah proses yang kami sebut sebagai demosaicing .
Apa itu 'Warna'?
Menyamakan panjang gelombang cahaya tertentu dengan "warna" manusia menganggap bahwa panjang gelombang spesifik sedikit anggapan yang keliru. "Warna" adalah konstruksi sistem mata / otak yang merasakannya dan tidak benar-benar ada di bagian rentang radiasi elektromagnetik yang kita sebut "cahaya tampak". Meskipun cahaya yang hanya merupakan panjang gelombang tunggal diskrit dapat kita rasakan sebagai warna tertentu, sama benarnya bahwa beberapa warna yang kita rasakan tidak mungkin dihasilkan oleh cahaya yang hanya mengandung panjang gelombang tunggal.
Satu-satunya perbedaan antara cahaya "terlihat" dan bentuk-bentuk EMR lain yang tidak dilihat mata kita adalah bahwa mata kita secara kimiawi responsif terhadap panjang gelombang tertentu dari EMR sementara tidak secara kimia responsif terhadap panjang gelombang lain. Kamera bertopeng Bayer bekerja karena sensor mereka meniru cara trikromatik retina kita merespon panjang gelombang cahaya yang terlihat dan ketika mereka memproses data mentah dari sensor menjadi gambar yang dapat dilihat, mereka juga meniru cara otak kita memproses informasi yang diperoleh dari retina kita. Tetapi sistem reproduksi warna kami jarang, jika pernah, menggunakan tiga warna primer yang cocok dengan tiga panjang gelombang cahaya masing-masing yang tiga jenis kerucut di retina manusia paling responsif.
¹ Ada beberapa manusia langka , hampir semuanya perempuan, yang tetrachrom dengan jenis kerucut tambahan yang paling sensitif terhadap cahaya pada panjang gelombang antara hijau (540nm) dan merah (565nm). Sebagian besar individu tersebut adalah trikromat fungsional . Hanya satu orang yang telah diidentifikasi secara positif sebagai tetrachromat fungsional . Subjek dapat mengidentifikasi lebih banyak warna (dalam hal perbedaan yang lebih baik antara warna yang sangat mirip - kisaran di kedua ujung 'spektrum tampak' tidak diperpanjang) dibandingkan manusia lain dengan penglihatan trikromatik normal.
² Ingatlah bahwa filter "merah" biasanya sebenarnya merupakan warna kuning-oranye yang lebih dekat ke "merah" daripada filter "hijau" biru kehijauan, tetapi sebenarnya bukan "Merah". Itu sebabnya sensor kamera terlihat biru-hijau ketika kita memeriksanya. Separuh topeng Bayer berwarna hijau agak biru, seperempat berwarna ungu biru, dan seperempat adalah warna kuning-oranye. Tidak ada filter pada topeng Bayer yang sebenarnya adalah warna yang kita sebut "Merah", semua gambar di internet yang menggunakan "Merah" untuk menggambarkannya.
³ Ada perbedaan yang sangat kecil dalam jumlah energi yang dibawa foton berdasarkan panjang gelombang di mana itu bergetar. Tetapi setiap sensel (pixel well) hanya mengukur energi, itu tidak membedakan antara foton yang memiliki energi sedikit lebih atau sedikit lebih sedikit, itu hanya mengakumulasi energi apa pun yang semua foton yang menyerang melepaskannya ketika jatuh pada wafer silikon di dalam sensel itu.