RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель , как правило, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. В российской традиции иногда обозначается как КЗС .

Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза. Цветовая модель RGB нашла широкое применение в технике.

Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному. Иначе говоря, если цвет экрана, освещённого цветным прожектором, обозначается в RGB как (r 1 , g 1 , b 1 ), а цвет того же экрана, освещенного другим прожектором, - (r 2 , g 2 , b 2 ), то при освещении двумя прожекторами цвет экрана будет обозначаться как (r 1 + r 2 , g 1 + g 2 , b 1 +b 2 ).

Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий ) - например, синего (B) и красного (R) , мы получаем пурпурный (M magenta) , при смешении зеленого (G) и красного (R) - жёлтый (Y yellow) , при смешении зеленого (G) и синего (B) - циановый (С cyan) . При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W).

В телевизорах и мониторах применяются три электронных пушки (светодиода, светофильтра) для красного, зелёного и синего каналов.

Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK , поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB , значительно тускнеют и гаснут в CMYK .

История

Джеймс Максвелл предложил аддитивный синтез цвета как способ получения цветных изображений в 1861 году.

Определение

Цветовая модель RGB была изначально разработана для описания цвета на цветном мониторе, но поскольку мониторы разных моделей и производителей различаются, были предложены несколько альтернативных цветовых моделей, соответствующих "усредненному" монитору. К таким относятся, например, sRGB и Adobe RGB .

Цветовая модель RGB может использовать разные оттенки основных цветов, разную цветовую температуру (задание "белой точки" ), и разный показатель гамма-коррекции.

Представление базисных цветов RGB согласно рекомендациям ITU , в пространстве XYZ : Температура белого цвета: 6500 кельвинов (дневной свет):

Красный: x = 0,64 y = 0,33
Зелёный: x = 0,29 y = 0,60
Синий: x = 0,15 y = 0,06

Матрицы для перевода цветов между системами RGB и XYZ (величину Y часто ставят в соответствие яркости при преобразовании изображения в чёрно-белое):

X = 0,431 * R + 0,342 * G + 0,178 * B
Y = 0,222 * R + 0,707 * G + 0,071 * B
Z = 0,020 * R + 0,130 * G + 0,939 * B

R = 3,063 * X - 1,393 * Y - 0,476 * Z
G = -0,969 * X + 1,876 * Y + 0,042 * Z
B = 0,068 * X - 0,229 * Y + 1,069 * Z

Числовое представление

Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку , что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1 .

В компьютерах для представления каждой из координат традиционно используется один октет , значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно . Следует учитывать, что чаще всего используется гамма-компенсированое цветовое пространство sRGB , обычно с показателем 1.8 (Mac ) или 2.2 (PC ).

В HTML используется #RrGgBb-запись , называемая также шестнадцатеричной : каждая координата записывается в виде двух шестнадцатеричных цифр, без пробелов (см. цвета HTML) . Например, #RrGgBb-запись белого цвета - #FFFFFF .

COLORREF

COLORREF - стандартный тип для представления цветов в Win32 . Используется для определения цвета в RGB виде. Размер - 4 байта. При определении какого-либо RGB цвета, значение переменной типа COLORREF можно представить в шестнадцатеричном виде так:

0x00bbggrr

rr, gg, bb - значение интенсивности соответственно красной, зеленой и синей составляющих цвета. Максимальное их значение - 0xFF .

Определить переменную типа COLORREF можно следующим образом:

COLORREF C = (r, g, b) ;

b, g и r - интенсивность (в диапазоне от 0 до 255) соответственно синей, зеленой и красной составляющих определяемого цвета C . То есть ярко-синий цвет может быть определён как (0,0,255 ), красный как (255,0,0 ), ярко-фиолетовый - (255,0,255 ), чёрный - (0,0,0 ), а белый - (255,255,255 ).

Поскольку в модели используется три независимых значения, ее можно представить в виде трехмерной системы координат .

Каждая координата отражает вклад одной из составляющех в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения (его численное значение в данный момент не играет роли, обычно это число 255, т. е. на каждой из осей откладывается уровень серого в каждом из цветовых каналов) .

В результате получается некий куб , внутри которого и "находятся" все цвета, образуя цветовое пространство модели RGB . Любой цвет, который можно выразить в цифровом виде, входит в пределы этого пространства.

Объем такого куба (количество цифровых цветов) легко рассчитать: поскольку на каждой оси можно отложить 256 значений, то 256 в кубе (или 2 в двадцать четвертой степени) дает число 16 777 216 .

Это означает, что в цветовой модели RGB можно описать более 16 миллионов цветов , но использование цветовой модели RGB вовсе не гарантирует, что такое количество цветов может быть обеспечено на экране или на оттисках. В определенном смысле это число - скорее предельная (потенциальная) возможность.

Важно отметить особенные точки и линии данной модели:

Начало координат: в этой точке все составляющие равны нулю , излучение отсутствует, что равносильно темноте, т. е. это точка черного цвета.

Точка, ближайшая к зрителю: в этой точке все составляющие имеют максимальное значение , что обеспечивает белый цвет.

На линии, соединяющей эти точки (по диагонали) , располагаются серые оттенки : от черного до белого. Это происходит потому, что значения всех трех составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Такой диапазон иначе называют серой шкалой (grayscale) . В компьютерных технологиях сейчас чаще всего используются 256 градаций (оттенков) серого. Хотя некоторые сканеры имеют возможность кодировать и 1024 оттенка серого .

Три вершины куба дают чистые исходные цвета , остальные три отражают двойные (бинарные) смешения исходных цветов: из красного и зеленого получается желтый, из зеленого и синего - голубой, а из красного и синего - пурпурный.

Следует отметить, что у аддитивной модели синтеза цвета существуют ограничения . В частности, не удается с помощью физически реализуемых источников основных цветов получить голубой цвет (как в теории - путем смешения синей и зеленой составляющих) , на экране монитора он создается с некоторыми техническими ухищрениями. Кроме того, любой получаемый цвет находится в сильной зависимости от вида и состояния применяемых источников. Одинаковые числовые параметры цвета на различных экранах будут выглядеть по-разному. И, по сути дела, модель RGB - это цветовое пространство какого-то конкретного устройства, например сканера или монитора.

Эта модель, конечно, совсем не очевидна для художника или дизайнера, но ее необходимо принять и разобраться в ней вследствие того, что она является теоретической основой процессов сканирования и визуализации изображений на экране монитора.

Видео на рутубе, мастер-класс "Практическое использование цветовых моделей RGB и CMYK в графическом дизайне". Автор нам уже известен (давала ссылки на его видео в теме о контрастах) - Боб Поташник. В первых 10 минутах видео идёт обзор всего того, о чём уже упоминалось в лекциях о цветовых системах, вторые 12 минут - основы работы с цветом в графических редакторах. Доходчиво и понятным языком для начинающих.

Продолжительность видео 22 минуты.

Коды цветов будут даны в цикле лекций о цветовых стандартах и каталогах, там выложу списки цветов с кодами. Здесь рассматриваем принципы работы систем.

Некоторые специальные термины

В современных специальных журналах часто используются такие понятия, как треу-гольник цветности, диаграмма цветности, локус, цветовой охват . В этом разделе мы попытаемся разобраться в сущности и назначении этих терминов на примере RGB -модели (хотя это можно было бы сделать и на базе любой другой цветовой модели) .

Начнем рассмотрение этих понятий с принципа образования плоскости единич-ных цветов . Плоскость единичных цветов (Q ) (рис. 3.5) проходит через отложен-ные на осях координат яркости единичные значения выбранных основных цветов.

Единичным цветом в колориметрии называют цвет, сумма координат которого (или, по-другому, модуль цвета т) равна 1.

Поэтому можно считать, что плоскость Q , пересекающая оси координат в точках B r (R=1,G=0,В=0), B g (R=0,G=1,В=0) и B b (R=0,G=0,В=1) , является единичным местом точек в пространстве RGB (рис. 3.5) .

Рис. 3,5. Плоскость единичных цветов и образование треугольника цветности

Каждой точке плоскости единичных цветов (Q) соответствует след цветового век-тора , пронизывающего плоскость в соответствующей точке на расстоянии от цен-тра координат :

m = (R 2 +G 2 +B 2) 0.5 = 1.

Следовательно, цветность любого излучения может быть представлена на плоско-сти единственной точкой . Можно себе представить и точку, соответствующую бе-лому цвету (Б) . Она образуется путем пересечения ахроматической оси с плоско-стью Q (рис. 3.5).

В вершинах треугольника находятся точки основных цветов. Определение точек цветов, получаемых смешением любых трех основных, производится по правилу графического сложения. Поэтому данный треугольник называется треугольником цветности, или диаграммой цветности. Часто в литературе встречается другое название - локус , которое можно интерпретировать как геометрическое место всех цветов, воспроизводимых данным устройством .

В колориметрии для описания цветности нет необходимости прибегать к простран-ственным представлениям. Достаточно использовать плоскость треугольника цвет-ности (рис. 3.5) . В нем положение точки любого цвета может быть задано только дву-мя координатами. Третью легко найти по двум другим, так как сумма координат цветности (или модуль) всегда равна 1. Поэтому любая пара координат цветности может служить координатами точки в прямоугольной системе координат на плоскости.

Итак, мы выяснили, что цвет графически можно выразить в виде вектора в про-странстве или в виде точки, лежащей внутри треугольника цветности.

Почему RGB-модель нравится компьютеру?

В графических пакетах цветовая модель RGB используется для создания цветов изоб-ражения на экране монитора, основными элементами которого являются три элект-ронных прожектора и экран с нанесенными на него тремя разными люминофорами (рис. 3.6,1) . Точно так же, как и зрительные пигменты трех типов колбочек, эти люми-нофоры имеют разные спектральные характеристики. Но в отличие от глаза они не поглощают, а излучают свет . Один люминофор под действием попадающего на него электронного луча излучает красный цвет, другой - зеленый и третий - синий.

Мельчайший элемент изображения, воспроизводимый компьютером, называется пикселом (pixel от pixture element) . При работе с низким разрешением отдельные пикселы не видны. Однако если вы будете рассматривать белый экран включенно-го монитора через лупу, то увидите, что он состоит из множества отдельных точек красного, зеленого и синего цветов (рис. 3.6, 2) , объединенных в RGB -элементы в виде триад основных точек . Цвет каждого из воспроизводимых кинескопом пик-селов (RGB-элементов изображения) получается в результате смешивания крас-ного, синего и зеленого цветов входящих в него трех люминофорных точек. При просмотре изображения на экране с некоторого расстояния эти цветовые состав-ляющие RGB -элементов сливаются, создавая иллюзию результирующего цвета.

Рис. 3.6. В основе работы монитора лежит возбуждение с помощью электронного пучка трех типов фосфоров (1); экран монитора состоит из множества триад маленьких точек красного, зеленого и синего цвета, называемых пикселами (2).

Картинка схема пиксела с сайта

Ещё пиксел:

Для назначения цвета и яркости точек, формирующих изображение монитора, нужно задать значения интенсивностей для каждой из составляющих RGB -элемента (пиксела) . В этом процессе значения интенсивностей используются для уп-равления мощностью трех электронных прожекторов , возбуждающих свечение соответствующего типа люминофора. В то же время число градаций интенсивно-сти определяет цветовое разрешение , или, иначе, глубину цвета, которые характе-ризуют максимальное количество воспроизводимых цветов. На рис. 3.7 приведе-на схема формирования 24-битового цвета , обеспечивающая возможность воспроизведения 256х256х256=16,7 млн цветов.

Последние версии профессиональных графических редакторов (таких, как, напри-мер, CorelDRAW 9, Corel Photo-Paint 9, Photoshop 5.5) наряду со стандартной 8-битовой глубиной цвета поддерживают 16-битовую глубину цвета , которая по-зволяет воспроизводить 65 536 оттенков серого .

Рис. 3.7. Каждый из трех цветовых компонентов RGB-триады может принимать одно из 256 дискретных значений - от максимальной интенсивности (255) до нулевой интенсивности, соответствующей черному цвету.

Картинка получше на эту же тему:

На рис. 3.8 приведена иллюстрация получения с помощью аддитивного синтеза шести (из 16,7 млн) цветов . Как уже упоминалось ранее, в случае, когда все три цветовые компоненты имеют максимальную интенсивность, результирующий цвет кажется белым. Если все компоненты имеют нулевую интенсивность, то резуль-тирующий цвет - чистый черный.

Рис. 3.8. Иллюстрация формирования 6 из 16,7 млн возможных цветов путем вариации интенсивностей каждой из трех компонентов R, G и В цветовой модели RGB.

Другие картинки поярче на эту же тему:

Ограничения RGB-модели

Несмотря на то что цветовая модель RGB достаточно проста и наглядна, при ее практическом применении возникают две серьезные проблемы:

1) аппаратная зависимость;

2) ограничение цветового охвата.

Первая проблема связана с тем, что цвет, возникающий в результате смешения цвето-вых составляющих RGB элемента, зависит от типа люминофора . А поскольку в техно-логии производства современных кинескопов находят применение разные типы лю-минофоров, то установка одних и тех же интенсивностей электронных лучей в случае различных люминофоров приведет к синтезу разного цвета. Например, если на электронный блок монитора подать определенную тройку RGB -значений, скажем R=98, G=127 и В=201 , то нельзя однозначно сказать, каков будет результат смешивания. Эти значения всего лишь задают интенсивности возбуждения трех люминофоров од-ного элемента изображения. Какой получится при этом цвет, зависит от спектрально-го состава излучаемого люминофором света. Поэтому в случае аддитивного синтеза для однозначного определения цвета наряду с установкой триады значений интен-сивностей необходимо знать спектральную характеристику люминофора.

Существуют и другие причины, приводящие к аппаратной зависимости RGB -модели даже для мониторов, выпускаемых одним и тем же производителем. Это свя-зано, в частности, с тем, что в процессе эксплуатации происходит старение люми-нофора и изменение эмиссионных характеристик электронных прожекторов . Для устранения (или по крайней мере минимизации) зависимости RGB -модели от аппа-ратных средств используются различные устройства и программы градуировки .

Цветовой охват (color gamut) - это диапазон цветов, который может различать человек или воспроизводить устройство независимо от механизма получения цве-та (излучения или отражения) .

Ограниченность цветового охвата объясняется тем, что с помощью аддитивного синтеза принципиально невозможно получить все цвета видимого спектра (это доказано теоретически!) . В частности, некоторые цвета, такие как чистый голубой или чистый желтый , не могут быть точно воссозданы на экране . Но несмотря на то, что человеческий глаз способен различать цветов больше, чем монитор, RGB -мо-дели вполне достаточно для создания цветов и оттенков, необходимых для вос-производства фотореалистических изображений на экране вашего компьютера.

На принципе такого деления света основан цветной телевизор или монитор Вашего компьютера. Если говорить очень грубо, то монитор, в который Вы сейчас смотрите состоит из огромного количества точек (их количество по вертикали и горизонтали определяет разрешение монитора) и в каждую эту точку светят по три "лампочки": красная, зеленая и синяя. Каждая "лампочка" может светить с разной яркостью, а может не светить вовсе. Если светит только синяя "лампочка" - мы видим синюю точку. Если только красная - мы видим красную точку. Аналогично и с зеленой. Если все лампочки светят с полной яркостью в одну точку, то эта точка получается белой, так как все градации этого белого опять собираются вместе. Если ни одна лампочка не светит, то точка кажется нам черной. Так как черный цвет - это отсутствие света. Сочетая цвета этих "лампочек", светящихся с различной яркостью можно получать различные цвета и оттенки.

Яркость каждой такой лампочки определяется интенсивностью (делением) от 0 (выключенная "лампочка") до 255 ("лампочка", светящая с полной "силой"). Такое деление цветов называется цветовой моделью RGB от первых букв слов "RED" "GREEN" "BLUE" (красный, зеленый, синий).

Таким образом белый цвет нашей точки в цветовой модели RGB можно записать в следующем виде:

R (от слова "red", красный) - 255

G (от слова "green", зеленый) - 255

B (от слова "blue", синий) - 255

"Насыщенный" красный будет выглядеть так:

Желтый цвет будет иметь следующий вид:

Так же, для записи цвета в rgb, используют шестнадцатеричную систему. Показали интенсивности запмсывают по порядку #RGB:

Белый - #ffffff

Красный - #ff0000

Черный - #00000

Желтый - #ffff00

Цветовая модель CMYK

Итак, теперь мы знаем, каким хитрым способом наш компьютер передает нам цвет той или иной точки. Давайте теперь воспользуемся приобретенными знаниями и попробуем получить белый цвет с помощью красок. Для этого купим в магазине гуашь, возьмем баночки с красной, синей и зеленой краской, и смешаем их. Получилось? И у меня нет.

Проблема в том, что наш монитор излучает свет, то есть светится, но в природе многие объекты не обладают таким свойством. Они попросту отражают белый свет, который на них падает. Причем если предмет отражает весь спектр белого света, то мы видим его белым, а если же часть этого света им поглощается - то не совсем.

Примерно так: мы светим на красный предмет белым светом. Белый свет можно представить как R-255 G-255 B-255. Но предмет не хочет отражать весь свет, который мы на него направили, и нагло ворует у нас все оттенки зеленого и синего. В итоге отражает только R-255 G-0 B-0. Именно поэтому он нам и кажется красным.

Так что для печати на бумаге весьма проблематично пользоваться цветовой моделью RGB. Для этого, как правило, используется цветовую модель CMY (цми) или CMYK (цмик). Цветовая модель CMY основана на том, что сам по себе лист бумаги белый, то есть отражает практически весь спектр RGB, а краски, наносимые на нее, выступают в качестве фильтров, каждый из которых "ворует" свой цвет (либо red, либо green, либо blue). Таким образом цвета этих красок определяются вычитанием из белого по одному цветов RGB. Получаются цвета Cyan (что-то вроде голубого), Magenta (можно сказать, розовый), Yellow (желтый).

И если в цветовой модели RGB градация каждого цвета происходила по яркости от 0 до 255, то в цветовой модели CMYK у каждого цвета основным значением является "непрозрачность" (количество краски) и определяется процентами от 0% до 100%.

Таким образом, белый цвет можно описать так:

C (cyan) - 0%; M (magenta) - 0%; Y (yellow) - 0%.

Красный - C-0%; M-100%; Y-100%.

Зеленый - C-100%; M-0%; Y-100%.

Синий - C-100%; M-100%; Y-0%.

Черный - C-100%; M-100%; Y-100%.

Однако, это возможно только в теории. А на практике же обойтись цветами CMY не получается. И черный цвет при печати получается скорее грязно-коричневым, серый не похож сам на себя, а темные оттенки цветов создать проблематично. Для урегулирования конечного цвета используется еще одна краска. Отсюда и последняя буква в названии CMYK (ЦМИК). Расшифровка этой буквы может быть разной:

Это может быть сокращение от blacK (черный). И в сокращении используется именно последняя буква, чтобы не спутать этот цвет с цветом Blue в модели RGB;

Печатники очень часто употребляют слово "Контур" относительно этого цвета. Так что возможно, что буква K в абревиатуре CMYK (ЦМИК) - это сокращение от немецкого слова "Kontur";

Так же это может быть сокращение от Key-color (ключевой цвет).

Однако ключевым его назвать сложно, так как он является скорее дополнительным. И на черный этот цвет не совсем похож. Если печатать только этой краской изображение получается скорее серое. Поэтому некоторые придерживаются мнение, что буква K в обревиатуре CMYK означает "Kobalt" (темно-серый, нем.).

Как правило, используется для обозначения этого цвета термин "black" или "черный".

Печать с использованием цветов CMYK называют "полноцветной" или "триадной".

*Стоит, наверное, сказать, что при печати CMYK (ЦМИК) краски не смешиваются. Они ложатся на бумагу "пятнами" (растром) одна рядом с другой и смешиваются уже в воображении человека, потому что эти "пятна" очень малы. То есть изображение растрируется, так как иначе краска, попадая одна на другую, расплывается и образуется муар или грязь. Существует несколько разных способов растрирования.

Цветовая модель grayscale

Изображение в цветовой модели grayscale многие ошибочно называют черно-белым. Но это не так. Черно-белое изображение состоит только из черных и белых тонов. В то время, как grayscale (оттенки серого) имеет 101 оттенок. Это градация цвета Kobalt от 0% до 100%.

Аппаратно-зависимые и аппаратно-независимые цветовые модели

Цветовые модели CMYK и RGB являются аппаратно-зависимыми, то есть они зависят от способа передачи нам цвета. Они указывают конкретному устройству, как использовать соответствующие им красители, но не имеют сведений о восприятии конечного цвета человеком. В зависимости от настроек яркости, контрастности и резкости монитора компьютера, освещенности помещения, угла, под которым мы смотрим на монитор, цвет с одними и теми же параметрами RGB воспринимается нами по-разному. А восприятие человеком цвета в цветовой модели "CMYK" зависит от еще большего ряда условий, таких как свойства запечатываемого материала (например, глянцевая бумага впитывает меньше краски, чем матовая, соответственно цвета на ней получаются более яркие и насыщенные), особенности краски, влажности воздуха, при котором сохла бумага, характеристик печатного станка…

Чтобы передать человеку более достоверную информацию о цвете, к аппаратно-зависимым цветовым моделям прикрепляют так называемые цветовые профили. Каждый из такого профиля содержит информацию о конкретном способе передачи человеку цвета и регулирует конечный цвет с помощью добавления или изъятия из какого-либо составляющего первоначального цвета параметров. Например, для печати на глянцевой пленке используется цветовой профиль, убирающий 10% Cyan и добавляющий 5% Yellow к первоначальному цвету, из-за особенностей конкретной печатной машины, самой пленки и прочих условий. Однако даже прикрепленные профили не решают всех проблем передачи нам цвета.

Аппаратно-независимые цветовые модели не несут в себе сведений для передачи цвета человеку. Они математически описывают цвет, воспринимаемый человеком с нормальным цветным зрением.

Цветовые модели HSB и HLS

В основе этого цветового пространства лежит уже знакомое нам радужное кольцо RGB. Цвет управляется изменением таких параметров, как:

Hue - оттенок или тон;

Saturation - насыщенность цвета;

Brightness - яркость.

Параметр hue - это цвет. Определяется градусами от 0 до 360 исходя из цветов радужного кольца.

Параметр saturation - процент добавления к этому цвету белой краски имеет значение от 0% до 100%.

Параметр Brightness - процент добавления черной краски так же изменяется от 0% до 100%.

Принцип похож на одно из представлений света с точки зрения изобразительного искусства. Когда в уже имеющиеся цвета добавляют белую или черную краску.

Это самая простая для понимания цветовая модель, поэтому ее очень любят многие web-дизайнеры. Однако она имеет ряд недостатков:

Глаз человека воспринимает цвета радужного кольца, как цвета, имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В цветовой модели HSB все цвета этого круга считаются обладающими яркостью в 100%, что, к сожалению, не соответствует действительности.

Так как в её основе лежит цветовая модель RGB, она, все же является аппаратно-зависимой.

Эта цветовая модель конвертируется для печати в CMYK и конвертируется в RGB для отображения на мониторе. Так что догадаться, каким у вас в конечном счете получится цвет бывает весьма проблематично.

Аналогична этой модели цветовая модель HLS (расшифровка: hue, lightness, saturation).

Иногда используются для коррекции света и цвета в изображении.

Цветовая модель LAB

В этой цветовой модели цвет состоит из:

Luminance - освещенность. Это совокупность понятий яркость (lightness) и интенсивность (chrome)

A - это цветовая гамма от зеленного до пурпурного

B - цветовая гамма от голубого до желтого

То есть двумя показателями в совокупности определяется цвет и одним показателем определяется его освещенность.

LAB - Это аппаратно-независимая цветовая модель, то есть она не зависит от способа передачи нам цвета. Она содержит в себе цвета как RGB так и CMYK, и grayscale, что позволяет ей с минимальными потерями конвертировать изображение из одной цветовой модели в другую.

Еще одним достоинством является то, что она, в отличие от цветовой модели HSB, соответствует особенностям восприятия цвета глазом человека.

Часто используется для улучшения качества изображения, и конвертирования изображений из одного цветового пространства в другое.



Английских слов r ed, g reen, b lue - красный , зелёный , синий) или КЗС - аддитивная цветовая модель , как правило, описывающая способ кодирования цвета для цветовоспроизведения с помощью трёх цветов, которые принято называть основными .

Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза. Цветовая модель RGB нашла широкое применение в технике.

Цветовая модель RGB может использовать разные базовые цвета (в том числе, цвета не реализуемые физически), разную цветовую температуру для «белой точки», и разный показатель гамма-коррекции .

Числовое представление

Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку , что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1.

В компьютерах для представления каждой из координат представляются в виде одного октета , значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно, где 0 - минимальная, а 255 - максимальная интенсивность. В этом случае чаще используется гамма-компенсированое цветовое пространство sRGB, обычно с показателем 1,8 (Mac) или 2,2 (PC).

Вместе с тем, используются также 16-битный цвет (с диапазонами 0…65535 или 0…32768, в зависимости от конкретной реализации), а для изображений HDR - 32-битный цвет (в целых значения или в

Вы в детстве никогда не развлекались, разглядывая через увеличительное стекло окружающие предметы? Если нет, то попробуйте прямо сейчас — возьмите лупу и посмотрите вот на эту белую страницу. А те, кто были любознательными детьми, и так знают: картинка будет примерно такая.

И это именно белый цвет. Почему же мы видим цветные точки?

Дело в том, что передачи цветов в телевизорах, мониторах компьютеров и телефонов используется цветовая модель RGB . RGB — это аббревиатура английских слов Red, Green, Blue, то есть, «красный», «зеленый», «синий» — это и есть основные цвета в этой модели.

Но почему именно красный-зеленый-синий, кому это пришло в голову и почему при смешении они дают белый? Разберемся по порядку.

История вопроса

В конце 1850-х - начале 1860-х годов Джеймс Максвелл, ныне известный физик, а тогда — молодой выпускник Кембриджа, занимался изучением теории цвета. Теория цвета берет свое начало в работах Исаака Ньютона (мы вспоминали о его опытах с разложением света, когда говорили о цветах). Максвелл проводил эксперименты по смешению цвета, для которых использовал цветовой волчок — прикрепленный к оси диск, сектора которого были раскрашены разные цвета.

В своих работах Максвелл развивал идеи Томаса Юнга, который выдвинул предположение о существовании трех основных цветов: красного, зеленого и синего — в соответствии с тремя типами чувствительных волокон в сетчатке глаза. Как мы помним, в сетчатке есть два вида фоторецепторов: палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовое зрение и, в свою очередь, делятся еще на три вида: одни чувствительны к красно-желтой, другие — к зелено-желтой, а третьи — к сине-фиолетовой части спектра.

Эту картинку вы уже где-то видели:) Обратите внимание на три вида колбочек.

Так вот, Максвелл с помощью своего волчка продемонстрировал, что белый цвет нельзя получить смешением синего, красного и желтого, как считалось ранее, а основными цветами являются красный, зеленый и синий.

Как монитор передает цвета

Хотя Максвелл проводил свои исследования еще в XIX веке, цветовая модель RGB на практике стала использоваться позже — когда появились телевизоры и мониторы, сначала с электронно-лучевой трубкой, а потом жидкокристаллические и плазменные.

В ЭЛТ изображение создается с помощью трех электронных прожекторов, каждый из которых излучает свет своего цвета. На экран нанесен люминофор — вещество, которое светится под воздействием этих прожекторов. Причем люминофор тоже трех видов: один светится от излучения красной пушки, второй — от зеленой, третий — от синей.

1. Электронные пушки
2. Электронные лучи
3. Фокусирующая катушка
4. Отклоняющие катушки
5. Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, зеленый луч — на зеленый люминофор, синий — на синий.
6. Красные, зелёные и синие зёрна люминофора
7. Маска и зёрна люминофора (увеличено)

При всех конструктивных и технологических отличиях от ЭЛТ, жидкокристаллические и плазменные мониторы работают по тому же принципу: под воздействием энергии загорается красный, зеленый или синий люминофор.

Минимальная единица изображения, создаваемого монитором, называется пикселем . Цвет пикселя получается из комбинации входящих в него трех точек люминофора (эти три точки называются триадами).

Вот она, та самая картинка, которую можно увидеть, посмотрев на монитор в лупу. Пиксели не обязательно бывают прямоугольные, но чаще всего они выглядят именно так.

Посмотрите вот этот выпуск детской передачи «Галилео». Ведущий здесь повторяет опыт Максвелла с цветовым волчком и очень наглядно показывает, как различается смешение цветов от излученного и отраженного света.

В этом опыте показаны два метода смешения цветов: аддитивный и субтрактивный . В цветовой модели RGB используется аддитивный, поэтому сейчас нас интересует именно он.

Аддитивный метод основан на сложении цветов (addition означает «сложение»). Называется он так, потому что цвета получаются путем добавления к черному. Этот метод применяется для получения цветов от излученного света, в частности, в компьютерных мониторах.

Как на бумаге отсутствие цвета есть белый цвет, так на мониторе отсутствие цвета — черный. Цвета здесь получаются смешением трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Смешение красного и синего дают пурпурный (Magenta), синего и зеленого — голубой (Cyan), зеленого и красного — желтый (Yellow). А смешение всех трех основных цветов — белый.

Числовое представление модели RGB

Поскольку в модели RGB есть три основные составляющие цвета, ее можно представить в виде куба. Получается, что каждая точка в пространстве этого куба (которую можно задать с помощью трех координат) — определенный цвет.

В компьютерах каждая из координат задается целым числом — от 0 до 255.

В HTML используется шестнадцатеричная запись: каждая координата задается двумя шестнадцатеричными числами. Вот, например, показанный выше цвет с RGB-координатами (240, 103, 162) в шестнадцатеричной записи выглядит так: #f067a2.

А вот как выглядит смешение цветов в числовом представлении:

Ограничения модели RGB

В теории все выглядит довольно просто, но на практике при применении модели RGB не всегда удается точно передать нужный цвет.

Первая проблема связана с технологией изготовления мониторов. Как уже упоминалось, цвет, воспроизводимый монитором, зависит от типа нанесенного на него люминофора. Но разными производителями используются разные типы люминофора. Кроме того, по мере старения монитора меняются качества люминофора и характеристик электронных прожекторов или светодиодов. Другими словами, на разных мониторах цвета могут немного различаться — наверное, все с этим сталкивались.

Вторая проблема имеет уже не технический характер, она проистекает из ограничений самого метода смешения цветов. Дело в том, что с помощью аддитивного синтеза нельзя получить все цвета видимого спектра. Все, что может монитор — это смешивать красный, зеленый и синий. Если обозначить эти цвета на диаграмме точками, то все множество цветов, которые можно получить их смешением, окажутся внутри получившегося треугольника. И площадь его, как мы видим, гораздо меньше, чем диапазон цветов, которые может различать человек.

При выводе цветных компьютерных карт на печать тем или иным способом, неизбежно возникает проблема обеспечения точности при передаче исходных цветов оригинала. Эта проблема возникает по целому ряду причин.

Во-первых, сканеры и мониторы работают в аддитивной цветовой модели RGB , основанной на правилах сложения цветов, а печать осуществляется в субтрактивной модели CMYK , в которой действуют правила вычитания цветов.

Во-вторых , способы передачи изображения на мониторе компьютера и на бумаге различны.

В-третьих , процесс репродуцирования происходит поэтапно и осуществляется на нескольких устройствах, таких как сканер, монитор, фотонаборный автомат, что требует их настройки в целях минимизации искажений цвета на протяжении всего технологического цикла - процесс калибровки.

Модель RGB.

Цветовая модель RGB (рис. 1) (R - Red - красный, G - Green - зеленый, B - Blue - синий) используется для описания цветов, видимых в проходящем или прямом свете. Она адекватна цветовому восприятию человеческого глаза. Поэтому построение изображения на экранах мониторов, в сканерах, цифровых камерах и других оптических приборах соответствует модели RGB. В компьютерной RGB-модели каждый основной цвет может иметь 256 градаций яркости , что соответствует 8-битовому режиму .

Рис. 1. Цветовая модель RGB

Модель CMY (CMYK)

Цветовая модель CMY (рис. 2) C - Cyan - голубой, M - Magenta - пурпурный, Y - Yellow - желтый, используется для описания цветов, видимых в отраженном свете (например, для цвета краски, нанесенной на бумагу). Теоретически сумма цветов CMY максимальной интенсивности должна давать чистый черный цвет. В реальной же практике из-за несовершенства красящих пигментов краски и изначальной неустойчивости к голубому цвету при цветоделении, сумма голубой, пурпурной и желтой красок дают грязно-коричневый цвет. Поэтому в печати используется еще и четвертый краситель - черный - blacK , который дает насыщенный, однородный черный цвет. Его применяют для печати текста и оформления других важных деталей, а также для корректировки общего тонального диапазона изображений. Насыщенность цвета в модели CMYK измеряется в процентах , так что каждый цвет имеет 100 градаций яркости .

Основной задачей процесса репродуцирования - является конвертация изображения из модели RGB в модель CMYK . Данное преобразование осуществляется при помощи специальных программных фильтров с учетом всех будущих установок печати: системы триадных красок, коэффициента растискивания растровой точки, способа генерации черного цвета, баланса красок и других. Таким образом, цветоделение является сложным процессом, от которого во многом зависит качество итогового изображения. Но даже при оптимальной конвертации из RGB в CMYK неизбежно происходит потеря некоторых оттенков. Это связано с разной природой данных цветовых моделей. Следует отметить также, что модели RGB и CMYK не могут передать всего спектра цветов, видимых человеческим глазом.

Рис. 2. Цветовая модель СMY

Модель HSB.

Характеризовать цвет можно с использованием других визуальных компонентов. Так, в модели HSB базовое цветовое пространство строится по трем координатам: цветовому тону (Hue) ; насыщенности (Saturation) ; яркости (Brightness) . Эти параметры можно представить в виде трех координат, с помощью которых можно графически определять положение видимого цвета в цветовом пространстве.

Рис. 3. Цветовая модель HSB

На центральной вертикальной оси откладывается яркость (рис. 3), а на горизонтальной - насыщенность . Цветовому тону соответствует угол, под которым ось насыщенности отходит от оси яркости . В районе внешнего радиуса находятся насыщенные, яркие цветовые тона, которые по мере приближения к центру смешиваются и становятся менее насыщенными. При перемещении по вертикальной оси цвета различных тонов и насыщенности становятся либо светлее, либо темнее.

В центре, где все цветовые тона смешиваются, образуется нейтральный серый цвет.

Данная цветовая модель хорошо согласуется с восприятием человека: цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность - интенсивности волны, а яркость характеризует количество света.

Система CIE.

Цветовое пространство можно использовать для описания диапазона тех цветов, которые воспринимаются наблюдателем или воспроизводятся устройством. Этот диапазон называется гаммой . Данный трехмерный формат также очень удобен для сравнения двух или нескольких цветов. Трехмерные цветовые модел и и трехзначные цветовые системы , такие как RGB , CMY и HSB , называются трехкоординатными колориметрическими данными .

Для любой системы измерения требуется повторяемый набор стандартных шкал. Для колориметрических измерений цветовую модель RGB в качестве стандартной использовать нельзя, потому что она неповторяема - это пространство зависит от конкретного устройства. Поэтому возникла необходимость создания универсальной цветовой системы. Такой системой является CIE. Для получения набора стандартных колориметрических шкал, в 1931 году Международная комиссия по освещению - Commission Internationale de l"Eclairage (CIE ) - утвердила несколько стандартных цветовых пространств, описывающих видимый спектр. При помощи этих систем можно сравнивать между собой цветовые пространства отдельных наблюдателей и устройств на основе повторяемых стандартов.

Цветовые системы СIЕ подобны другим трехмерным моделям, рассмотренным выше, поскольку, для того, чтобы определить положение цвета в цветовом пространстве, в них тоже используется три координаты. Однако в отличие от описанных выше пространства CIE - то есть CIE XYZ, CIE L*a*b* и CIE L*u*v* - не зависят от устройства, то есть диапазон цветов, которые можно определить в этих пространствах, не ограничивается изобразительными возможностями того или иного конкретного устройства или визуальным опытом определенного наблюдателя.

CIE XYZ.

Главное цветовое пространство CIE - это пространство CIE XYZ. Оно построено на основе зрительных возможностей так называемого стандартного наблюдателя , то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе проведенных комиссией CIE длительных исследований человеческого зрения. В этой системе три основных цвета (красный, зеленый и синий) стандартизированы по длине волны и имеют фиксированные координаты в координатной плоскости xy.

	0.72	0.28	0.18
	0.27	0.72	0.08
l, mm	700.0	564.1	435.1

По полученным в результате исследований данным была построена диаграмма цветности xyY - хроматическая диаграмма (рис. 11).

Все оттенки, видимые человеческим глазом, расположены внутри замкнутой кривой. Основные цвета модели RGB образуют вершины треугольника. В данном треугольнике заключены цвета, отображаемые на мониторе. Цвета модели CMYK, которые могут быть воспроизведены при печати, заключены в многоугольник. Третья координата Y, перпендикулярна к любой точке кривой и отображает градации яркости того или иного цвета.

Модель CIE Lab

Данная модель создана как усовершенствованная модель CIE и также является аппаратно-независимой. Идея, лежащая в основе модели Lab, состоит в том, что каждый шаг в увеличении числового значения одного канала соответствует одному и тому же визуальному восприятию, что и другие шаги.

В модели Lab:

Величина L характеризует светлоту (Lightness) (от 0 до 100%);

Индекс а определяет диапазон цвета по цветовому колесу от зеленого до красного (- 120 (зеленый) до +120 (красный));

Индекс b определяет диапазон от синего (- 120) до желтого (+120).

В центре колеса насыщенность цветов равна 0.

Цветовой охват Lab полностью включает цветовые охваты всех других цветовых моделей и человеческого глаза. Издательские программы используют модель Lab как промежуточную при конвертации RGB CMYK.