Какие цветовые модели приняты в среде web. История цветовой модели RGB
Цветовая модель
Цветовая модель - термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами . Вместе с методом интерпретации этих данных (например, определение условий воспроизведения и/или просмотра - то есть задание способа реализации), множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство .
Трёхкомпонентное цветовое пространство стимулов
Человек является трихроматом - сетчатка глаза имеет 3 вида рецепторов света, ответственных за цветное зрение (см.: колбочки). Каждый вид колбочек реагирует на определённый диапазон видимого спектра . Отклик, вызываемый в колбочках светом определённого спектра, называется цветовым стимулом , при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул и, таким образом, восприниматься человеком одинаково. Это явление называется метамерией - два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами, будут неразличимы для человека.
Трёхмерное представление цветового пространства человека
Можно определить цветовое пространство стимулов как линейное пространство , если задать координаты x, y, z в качестве значений стимулов, соответствующих отклику колбочек длинноволнового (L), средневолнового (M) и коротковолнового (S) диапазона оптического спектра. Начало координат (S, M, L) = (0, 0, 0) будет представлять чёрный цвет. Белый цвет не будет иметь чёткой позиции в данном определении диаграммы всевозможных цветов, а будет определяться, например, через цветовую температуру , определённый баланс белого или каким-либо иным способом. Полное цветовое пространство человека имеет вид конуса в форме подковы (см. рисунок справа). Принципиально данное представление позволяет моделировать цвета любой интенсивности - начиная с нуля (чёрного цвета) до бесконечности. Однако, на практике, человеческие рецепторы могут перенасытиться или даже быть повреждены излучением с экстремальной интенсивностью, поэтому данная модель не применима для описания цвета в условиях чрезвычайно высоких интенсивностей излучений и также не рассматривает описание цвета в условиях очень низких интенсивностей (поскольку у человека задействуется иной механизм восприятия через палочки).
Являясь линейным пространством, пространство цветовых стимулов имеет свойство аддитивного смешивания - сумма двух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этих двух цветов (см. также: Закон Грассмана). Таким образом, можно описывать любые цвета (вектора цветового пространства) через линейную комбинацию цветов, выбранных в качестве базиса . Такие цвета называют основными (англ. primary colors ). Чаще всего в качестве основных цветов выбирают красный, зелёный и синий (модель RGB), однако возможны другие варианты базиса основых цветов. Выбор красного, зелёного и синего оптимален по ряду причин, например потому что при этом минимизируется количество точек цветового пространства, для представления которых используются отрицательные координаты, что имеет практическое значения для цветовоспроизведения (нельзя воспроизводить цвет излучением с отрицательной интенсивностью). Этот факт следует из того что пики чувствительностей L,M и S колбочек приходятся на красный, зелёный и синий части видимого спектра.
Некоторые цветовые модели используются для цветовоспроизведения , например воспроизведения цвета на экранах телевизоров и компьютеров, или цветной печати на принтерах. Используя явление метамерии, устройства цветовоспроизведения не воспроизводят оригинальный спектр изображения, а лишь имитируют стимульную составляющую этого спектра, что в идеале позволяет получить картину неотличимую человеком от оригинальной сцены.
Цветовое пространство CIE XYZ
Цветовое пространство XYZ - это эталонная цветовая модель, заданная в строгом математическом смысле организацией CIE (International Commission on Illumination - Международная комиссия по освещению) в 1931 году. Модель XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.
Функции цветового соответствия
Являясь трихроматом, человек имеет три типа светочувствительных детекторов или, другими словами, зрение человека трёхкомпонентно . Каждый тип детекторов (колбочек) имеет различающуюся чувствительность к разным длинам волн спектра, что описывается функцией спектральной чувствительности (которая напрямую определяется видом конкретных молекул фотопсинов , используемых данным типом колбочек). Можно сказать, что глаз, как детектор, выдает три вида сигнала (нервные импульсы). С математической точки зрения, из спектра (описываемого бесконечномерным вектором) путём умножения на функции спектральной чувствительности колбочек получается трёхкомпонентный вектор, описывающий детектируемый глазом цвет. В колориметрии данные функции принято называть функциями цветового соответствия (англ. color matching functions ).
Эксперименты, проведённые Дэвидом Райтом (англ. David Wright ) и Джоном Гилдом (англ. John Guild ) в конце 1920-х и начале 1930-х годов, послужили основой для определения функций цветового соответствия. Изначально функции цветового соответствия были определены для 2-градусного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10-градусного поля зрения.
При этом в определении кривых модели XYZ заложен фактор своевольности - форма каждой кривой может быть измерена с достаточной точностью, однако кривая суммарной интенсивности (или сумма всех трёх кривых) заключает в своём определении субъективный момент, при котором реципиента просят определить, имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если эти источники абсолютно разного цвета. Также, имеется произвольность относительной нормировки кривых X, Y и Z, поскольку можно предложить альтернативную работающую модель, в которой кривая чувствительности X имеет двукратно усиленную амплитуду. При этом цветовое пространство будет иметь иную форму. Кривые X, Y и Z в модели CIE XYZ 1931 и 1964 были выбраны таким образом, чтобы площади поверхности под каждой кривой были равны между собой.
Хроматические координаты Yxy
На рисунке справа представлена классическая хроматическая диаграмма модели XYZ с длинами волн цветов. Значения x и y в ней соответствуют X, Y и Z согласно следующим формулам:
x = X/ (X + Y + Z ), y = Y/ (X + Y + Z ).В математическом смысле данную хроматическую диаграмму можно представить как подобласть действительной проективной плоскости , при этом x и y будут являться проективными координатами цветов. Данное представление позволяет задавать значение цвета через светлоту Y (англ. luminance ) и две координаты x , y . Однако светлота Y в модели XYZ и Yxy - это не то же самое, что яркость Y в модели YUV или YCbCr .
Обычно диаграмма Yxy используется для иллюстрации характеристик гамутов различных устройств воспроизведения цвета - дисплеев и принтеров. Конкретный гамут обычно имеет вид треугольника, углы которого образованы точками основных , или первичных , цветов. Внутренняя область гамута описывает все цвета, которые способно воспроизвести данное устройство.
Особенности цветного зрения
Значения X , Y и Z получаются путём умножения физического спектра излучения на функции цветового соответствия. Синяя и красная часть спектра оказывают меньшее влияние на воспринимаемую яркость, что может быть продемонстрировано на примере:
| red КРАСНЫЙ |
green ЗЕЛЁНЫЙ |
blue СИНИЙ |
yellow КРАСНЫЙ +ЗЕЛЁНЫЙ |
aqua/cyan ЗЕЛЁНЫЙ +СИНИЙ |
fuchsia/magenta КРАСНЫЙ +СИНИЙ |
black ЧЁРНЫЙ |
white КРАСНЫЙ +ЗЕЛЁНЫЙ +СИНИЙ |
Для среднестатистического человека, имеющего нормальное цветовое зрение, зелёный будет восприниматься ярче синего. В то же время, хотя чистый синий цвет воспринимается как очень неяркий (если рассматривать надпись синего цвета с большого расстояния, то её цвет будет трудно отличить от чёрного), в смеси с зелёным или красным воспринимаемая яркость значительно повышается.
При определённых формах дальтонизма зелёный цвет может восприниматься эквивалентно-ярким синему, а красный как очень тёмный, либо вообще как неразличимый. Люди с дихромией - нарушением восприятия красного, например, не способны видеть красный сигнал светофора при ярком солнечном дневном свете. При дейтеранопии - нарушении восприятия зелёного, в ночных условиях зелёный сигнал светофора становится неотличимым от света уличных фонарей.
Классификация
Цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности:
- XYZ - описание восприятия; L*a*b* - то же пространство в других координатах.
- Аддитивные модели - рецепты получения цвета на мониторе (например, RGB).
- Полиграфические модели - получение цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования (например, CMYK).
- Модели, не связанные с физикой оборудования, являющиеся стандартом передачи информации.
- Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSV .
Распространённые цветовые модели
См. также
Примечания
Ссылки
- Алексей Шадрин, Андрей Френкель. Color Management System (CMS) в логике цветовых координатных систем. Часть I , Часть 2 , Часть 3
| Методы сжатия | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Теория | |||||||
| Без потерь |
| ||||||
Я по образованию программист, но по работе мне пришлось столкнуться с обработкой изображений. И тут для меня открылся удивительный и неизведанный мир цветовых пространств. Не думаю, что дизайнеры и фотографы узнают для себя что-то новое, но, возможно, кому-нибудь это знание окажется, как минимум полезно, а в лучшем случае интересно.
Основная задача цветовых моделей – сделать возможным задание цветов унифицированным образом. По сути цветовые модели задают определённые системы координат, которые позволяют однозначно определить цвет.
Наиболее популярными на сегодняшний день являются следующие цветовые модели: RGB (используется в основном в мониторах и камерах), CMY(K) (используется в полиграфии), HSI (широко используется в машинном зрении и дизайне). Существует множество других моделей. Например, CIE XYZ (стандартные модели), YCbCr и др. Далее дан краткий обзор этих цветовых моделей.
Цветовой куб RGB
Из закона Грассмана возникает идея аддитивной (т.е. основанной на смешении цветов от непосредственно излучающих объектов) модели цветовоспроизведения. Впервые подобная модель была предложена Джеймсом Максвеллом в 1861 году, но наибольшее распространение она получила значительно позже.В модели RGB (от англ. red – красный, green – зелёный, blue – голубой) все цвета получаются путём смешения трёх базовых (красного, зелёного и синего) цветов в различных пропорциях. Доля каждого базового цвета в итоговом может восприниматься, как координата в соответствующем трёхмерном пространстве, поэтому данную модель часто называют цветовым кубом. На Рис. 1 представлена модель цветового куба.
Чаще всего модель строится так, чтобы куб был единичным. Точки, соответствующие базовым цветам, расположены в вершинах куба, лежащих на осях: красный – (1;0;0), зелёный – (0;1;0), синий – (0;0;1). При этом вторичные цвета (полученные смешением двух базовых) расположены в других вершинах куба: голубой - (0;1;1), пурпурный - (1;0;1) и жёлтый – (1;1;0). Чёрный и белые цвета расположены в начале координат (0;0;0) и наиболее удалённой от начала координат точке (1;1;1). Рис. показывает только вершины куба.
Цветные изображения в модели RGB строятся из трёх отдельных изображений-каналов. В Табл. показано разложение исходного изображения на цветовые каналы.
В модели RGB для каждой составляющей цвета отводится определённое количество бит, например, если для кодирования каждой составляющей отводить 1 байт, то с помощью этой модели можно закодировать 2^(3*8)≈16 млн. цветов. На практике такое кодирование избыточно, т.к. большинство людей не способно различить такое количество цветов. Часто ограничиваются т.н. режимом «High Color» в котором на кодирование каждой компоненты отводится 5 бит. В некоторых приложениях используют 16-битный режим в котором на кодирование R и B составляющих отводится по 5 бит, а на кодирование G составляющей 6 бит. Этот режим, во-первых, учитывает более высокую чувствительность человека к зелёному цвету, а во-вторых, позволяет более эффективно использовать особенности архитектуры ЭВМ. Количество бит, отводимых на кодирование одного пиксела называется глубиной цвета. В Табл. приведены примеры кодирования одного и того же изображения с разной глубиной цвета.
Субтрактивные модели CMY и CMYK
Субтрактивная модель CMY (от англ. cyan - голубой, magenta - пурпурный, yellow - жёлтый) используется для получения твёрдых копий (печати) изображений, и в некотором роде является антиподом цветового RGB-куба. Если в RGB модели базовые цвета – это цвета источников света, то модель CMY – это модель поглощения цветов.Например, бумага, покрытая жёлтым красителем не отражает синий свет, т.е. можно сказать, что жёлтый краситель вычитает из отражённого белого света синий. Аналогично голубой краситель вычитает из отражённого света красный, а пурпурный краситель вычитает зелёный. Именно поэтому данную модель принято называть субтрактивной. Алгоритм перевода из модели RGB в модель CMY очень прост:
При этом предполагается, что цвета RGB находятся в интервале . Легко заметить, что для получения чёрного цвета в модели CMY необходимо смешать голубой, пурпурный и жёлтый в равных пропорциях. Этот метод имеет два серьёзных недостатка: во-первых, полученный в результате смешения чёрный цвет будет выглядеть светлее «настоящего» чёрного, во-вторых, это приводит к существенным затратам красителя. Поэтому на практике модель СMY расширяют до модели CMYK, добавляя к трём цветам чёрный (англ. black).
Цветовое пространство тон, насыщенность, интенсивность (HSI)
Рассмотренные ранее цветовые модели RGB и CMY(K) весьма просты в плане аппаратной реализации, но у них есть один существенный недостаток. Человеку очень тяжело оперировать цветами, заданными в этих моделях, т.к. человек, описывая цвета, пользуется не содержанием в описываемом цвете базовых составляющих, а несколько иными категориями.Чаще всего люди оперируют следующими понятиями: цветовой тон, насыщенность и светлота. При этом, говоря о цветовом тоне, обычно имеют в виду именно цвет. Насыщенность показывает насколько описываемый цвет разбавлен белым (розовый, например, это смесь красного и белого). Понятие светлоты наиболее сложно для описания, и с некоторыми допущениями под светлотой можно понимать интенсивность света.
Если рассмотреть проекцию RGB-куба в направлении диагонали белый-чёрный, то получится шестиугольник:
Все серые цвета (лежащие на диагонали куба) при этом проецируются в центральную точку. Чтобы с помощью этой модели можно было закодировать все цвета, доступные в RGB-модели, необходимо добавить вертикальную ось светлоты (или интенсивности) (I). В итоге получается шестигранный конус:
При этом тон (H) задаётся углом относительно оси красного цвета, насыщенность (S) характеризует чистоту цвета (1 означает совершенно чистый цвет, а 0 соответствует оттенку серого). Важно понимать, что тон и насыщенность не определены при нулевой интенсивности.
Алгоритм перевода из RGB в HSI можно выполнить, воспользовавшись следующими формулами:
Цветовая модель HSI очень популярна среди дизайнеров и художников, т.к. в этой системе обеспечивается непосредственный контроль тона, насыщенности и яркости. Эти же свойства делают эту модель очень популярной в системах машинного зрения. В Табл. показано изменение изображения при увеличении и уменьшении интенсивности, тона (выполняется поворот на ±50°) и насыщенности.
Модель CIE XYZ
С целью унификации была разработана международная стандартная цветовая модель. В результате серии экспериментов международная комиссия по освещению (CIE) определила кривые сложения основных (красного, зелёного и синего) цветов. В этой системе каждому видимому цвету соответствует определённое соотношение основных цветов. При этом, для того, чтобы разработанная модель могла отражать все видимые человеком цвета пришлось ввести отрицательное количество базовых цветов. Чтобы уйти от отрицательных значений CIE, ввела т.н. нереальные или мнимые основные цвета: X (мнимый красный), Y (мнимый зелёный), Z (мнимый синий).При описании цвета значения X,Y,Z называют стандартными основными возбуждениями, а полученные на их основе координаты – стандартными цветовыми координатами. Стандартные кривые сложения X(λ),Y(λ),Z(λ) (см. Рис.) описывают чувствительность среднестатистического наблюдателя к стандартным возбуждениям:
Помимо стандартных цветовых координат часто используют понятие относительных цветовых координат, которые можно вычислить по следующим формулам:
Легко заметить, что x+y+z=1, а это значит, что для однозначного задания относительных координат достаточно любой пары значений, а соответствующее цветовое пространство может быть представлено в виде двумерного графика:
Множество цветов, задаваемое таким способом, называют треугольником CIE.
Легко заметить, что треугольник CIE описывает только цветовой тон, но никак не описывает яркость. Для описания яркости вводят дополнительную ось, проходящую через точку с координатами (1/3;1/3) (т.н. точку белого). В результате получают цветовое тело CIE (см. Рис.):
Это тело содержит все цвета, видимые среднестатистическим наблюдателем. Основным недостатком этой системы является то, что используя её, мы можем констатировать только совпадение или различие двух цветов, но расстояние между двумя точками этого цветового пространства не соответствует зрительному восприятию различия цветов.
Модель CIELAB
Основной целью при разработке CIELAB было устранение нелинейности системы CIE XYZ с точки зрения человеческого восприятия. Под аббревиатурой LAB обычно понимается цветовое пространство CIE L*a*b*, которое на данный момент является международным стандартом.В системе CIE L*a*b координата L означает светлоту (в диапазоне от 0 до 100), а координаты a,b – означают позицию между зелёным-пурпурным, и синим-жёлтым цветами. Формулы для перевода координат из CIE XYZ в CIE L*a*b* приведены ниже:
где (Xn,Yn,Zn) – координаты точки белого в пространстве CIE XYZ, а
На Рис. представлены срезы цветового тела CIE L*a*b* для двух значений светлоты:
По сравнению с системой CIE XYZ Евклидово расстояние (√((L1-L2)^2+(a1^*-a2^*)^2+(b1^*-b2^*)^2)) в системе CIE L*a*b* значительно лучше соответствует цветовому различию, воспринимаемому человеком, тем не менее, стандартной формулой цветового различия является чрезвычайно сложная CIEDE2000.
Телевизионные цветоразностные цветовые системы
В цветовых системах YIQ и YUV информация о цвете представляется в виде сигнала яркости (Y) и двух цветоразностных сигналов (IQ и UV соответственно).Популярность этих цветовых систем обусловлена в первую очередь появлением цветного телевидения. Т.к. компонента Y по сути содержит исходное изображение в градациях серого, сигнал в системе YIQ мог быть принят и корректно отображён как на старых чёрно-белых телевизорах, так и на новых цветных.
Вторым, возможно более важным плюсом, этих пространств является разделение информации о цвете и яркости изображения. Дело в том, что человеческий глаз весьма чувствителен к изменению яркости, и значительно менее чувствителен к изменению цветности. Это позволяет передавать и хранить информацию о цветности с пониженной глубиной. Именно на этой особенности человеческого глаза построены самые популярные на сегодняшний день алгоритмы сжатия изображений (в т.ч. jpeg). Для перевода из пространства RGB в YIQ можно воспользоваться следующими формулами:
Цветовая модель RGB (от англ. Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. В российской традиции иногда обозначается как КЗС.
История
В 1861 г. английский физик Джеймс Кларк Максвелл выступил с предложением использовать способ получения цветного изображения, который известен как - аддитивное слияние цветов. Аддитивная (суммирующая) система цветопередачи означает, что цвета в этой модели добавляются к черному (Black) цвету. Аддитивное смещение цветов можно трактовать как, - процесс объединения световых потоков различных цветов до того, как они достигнут глаза.
Аддитивными моделями цвета (от англ. add - складывать) называются цветовые модели, в которых световой поток со спектральным распределением, визуально воспринимающимся как нужный цвет, создается на основе операции пропорционального смешивания света, излучаемого тремя источниками. Схемы смешивания могут быть различными, одна из них представлена на
Аддитивная модель цвета предполагает, что каждый из источников света имеет свое постоянное спектральное распределение, а его интенсивность регулируется.
Существуют две разновидности аддитивной модели цвета: аппаратно зависимая и перцептивная. В аппаратно-зависимой модели цветовое пространство зависит от характеристик устройства вывода изображения (монитора, проектора). Из-за этого одно и то же изображение, представленное на основе такой модели, при воспроизведении на различных устройствах будет восприниматься визуально немного по-разному.
Перцептивная модель построена с учетом особенностей зрения наблюдателя, а не технических характеристик устройства.
В 1931 г. Международная комиссия по освещению (CIE) стандартизовала цветовую систему, а также завершила работу, позволившую создать математическую модель человеческого зрения. Было принято цветовое пространство CIE 1931 XYZ, являющееся базовой моделью по сей день.
Механизм формирования цветов
При восприятии цвета человеком именно они непосредственно воспринимаются глазом. Остальные цвета представляют собой смешение трех базовых цветов в разных соотношениях.На представлена цветовая модель .
R+G=Y (Yellow - желтый); G+B=C (Cyan - голубой); B+R=M (Magenta - пурпурный).Сумма всех трех основных цветов в равных долях дает белый (White) цвет R+G+B=W (White - белый). Например, на экране монитора с электронно-лучевой трубкой, а также аналогичного телевизора изображение строится при помощи засветки люминофора пучком электронов. При таком воздействии люминофор начинает излучать свет. В зависимости от состава люминофора, этот свет имеет ту или иную окраску.
Промежуточные оттенки получаются за счет того, что разноцветные зерна расположены близко друг к другу. При этом их изображения в глазу сливаются, а цвета образуют некоторый смешанный оттенок. Если же зерна одного цвета засветить не так, как остальные, то смешанный цвет не будет оттенком серого, а приобретет окраску. Такой способ формирования цвета напоминает освещение белого экрана в полной темноте разноцветными прожекторами. Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами, каждый из которых будет являться признаком присутствия (1) или отсутствия (0) соответствующей компоненты системы, RGB 1 бит на каждый компонент RGB то мы получим все восемь различных цветов
. На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (т.е. 24 бита) по 1 байту (т.е. по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 2 в 8 степени = 256 значений). Поэтому можно смешивать цвета в различных пропорциях, изменяя яркость каждой составляющей. Таким образом, можно получить 256 х 256 х 256 = 16 777 216 цветов. Изменяющиеся в диапазоне от 0 до 255 координаты RGB образуют цветовой куб. . Любой цвет расположен внутри этого куба и описывается своим набором координат, показывающем в каких долях смешаны в нем красная, зеленая и синяя составляющие. Возможность отобразить не менее 16,7 миллиона оттенков это полно цветные типы изображения которые иногда называют True Color (истинные или правдивые цвета). потому что человеческий глаз все равно не в силах различить большего разнообразия. Максимальная яркость всех трех базовых составляющих соответствует белому цвету, минимальная - черному цвету. Поэтому белый цвет имеет в десятеричном представлении код (255,255,255), а в шестнадцатеричном - FFFFFF. Черный цвет кодирует соответственно (0,0,0) или 000000. Все оттенки серого цвета образуются смешиванием трех составляющих одинаковой яркости. Например, при значениях (200,200,200) или C8C8C8 получается светло-серый цвет, а при значениях (100,100,100) или 646464 - темно-серый. Чем более темный оттенок серого нужно получить, тем меньшее число нужно вводить в каждое текстовое поле. Черный цвет образуется, когда интенсивность всех трех составляющих равна нулю, а белый - когда их интенсивность максимальна.
Ограничения
У модели цвета RGB есть три принципиальных недостатка: Первый - недостаточность цветового охвата. Независимо от размера цветового пространства модели цвета RGB, в ней невозможно воспроизвести много воспринимаемых глазом цветов (например, спектрально чистые голубой и оранжевый). У таких цветов в формуле цвета RGB имеются отрицательные значения интенсивностей базового цвета, а реализовать не сложение, а вычитание базовых цветов при технической реализации аддитивной модели очень сложно. Этот недостаток устранен в перцептивной аддитивной модели.
Второй недостаток модели цвета RGB состоит в невозможности единообразного воспроизведения цвета на различных устройствах (аппаратная зависимость) из-за того, что базовые цвета этой модели зависят от технических параметров устройств вывода изображений. Поэтому, строго говоря, единого цветового пространства RGB не существует, области воспроизводимых цветов различны для каждого устройства вывода. Более того, даже сравнивать эти пространства численно можно только с помощью других моделей цвета. Третий недостаток коррелированность цветовых каналов (при увеличении яркости одного канала другие уменьшают ее).
Достоинства
Множество компьютерного оборудования работает с использованием модели RGB, кроме того, эта модель очень проста, ее "генетическое" родство с аппаратурой (сканером и монитором), широкий цветовой охват (возможность отображать многообразие цветов, близкое к возможностям человеческого зрения) этим объясняется ее широкое распространение.
Главные достоинства модели цвета RGB состоят в ее простоте, наглядности и в том, что любой точке ее цветового пространства соответствует визуально воспринимаемый цвет.
Благодаря простоте этой модели она легко реализуется аппаратно. В частности, в мониторах управляемыми источниками света с различным спектральным распределением служат микроскопические частицы люминофора трех видов. Они хорошо заметны через увеличительное стекло, но при рассматривании монитора невооруженным глазом из-за явления визуального смыкания видно непрерывное изображение.
Интенсивность светового излучения в мониторах на основе электроннолучевых трубок регулируется с помощью трех электронных пушек, возбуждающих свечение люминофоров. Доступность многих процедур обработки изображения (фильтров) в программах растровой графики, небольшой (по сравнению с моделью CMYK) объем, занимаемый изображением в оперативной памяти компьютера и на диске.
Применение
Цветовая модель RGB повсеместно используется в компьютерной графике по той причине, что основное устройство вывода информации (монитор) работает именно в этой системе. Изображение на мониторе образуется из отдельных светящихся точек красного, зеленого и синего цветов. Посмотрев на экран работающего монитора через увеличительное стекло, можно разглядеть отдельные цветные точки - а еще проще это увидеть на экране телевизора, поскольку его точки значительно крупнее.
Широко используется при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий.
Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии.
В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете применяют растровые иллюстрации в тех случаях, когда надо передать полную гамму оттенка цветного изображения.
Используемые источники
1. Домасев М. В. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. Санкт-Петербург: Питер 2009 г.
2. Петров М. Н. Компьютерная графика. Учебник для вузов. Санкт-Петербург: Питер 2002 г.
3. ru.wikipedia.org/wiki/Цветовая модель.
4. darkroomphoto.ru
5. bourabai.kz/graphics/0104.htm
6. litpedia.ru
7. youtube.com/watch?v=sA9s8HL-7ZM
В этой статье рассказывается о цветовых моделях, используемых программе Adobe Photoshop.
Мир, окружающий нас, полон всевозможных цветов и цветовых оттенков. С физической точки зрения цвет — это набор определённых длин волн, отражённых от предмета или пропущенных сквозь прозрачный предмет. Однако сейчас нас интересует вопрос не о том, что такое цвет, какова его физическая природа, а то, как вообще на практике можно получить тот или иной цвет. С развитием многих отраслей производства, в том числе, полиграфии, компьютерных технологий, появилась необходимость объективных способов описания и обработки цвета.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветов получаются смешением каких-либо других. Например, сочетание красного и синего даёт пурпурный цвет, синего и зелёного — голубой. Таким образом, путём смешения из небольшого количества простых цветов, можно получить множество (и при чём довольно большое) сложных (составных). Поэтому для описания цвета вводится понятие цветовой модели — как способа представления большого количества цветов посредством разложения его на простые составляющие.
Цветовой круг
Одной из таких моделей — является цветовой круг, о котором уже неоднократно упоминалось ранее. Он представлен на рисунке и называется большим кругом Освальда .
Наряду с кругом Освальда есть еще и круг Гете , в котором основные цвета расположены в углах равностороннего треугольника, а дополнительные — в углах перевернутого треугольника. Схема такого круга представлена ниже. Друг напротив друга расположены контрастные цвета.
Цветовой охват
Перед тем как перейти к рассмотрению цветовых моделей в отдельности, рассмотрим сначала понятие цветового охвата, который даст нам представление о том, насколько та или иная цветовая модель хорошо представляет цвета. Цветовым охватом называется максимальный диапазон цветов, который способно воспроизвести или зафиксировать устройство, или человеческий глаз.
Определённым цветовым охватом обладают электронно-лучевая трубка монитора или телевизора, цветовые модели, полиграфические краски и, конечно же, глаз человека. На рисунке 3 схематически показано сравнение цветовых охватов человеческого глаза, монитора и печатающей машины. Цветовой охват монитора примерно соответствует модели RGB в различных вариациях, печатающей машины — CMYK.
Итак, цвет в компьютерных технологиях, в типографии, во многих других отраслях производства, связанных с обработкой изображения, представляется в виде комбинации небольшого количества трёх составных. Такое представление называется цветовой моделью. Различные виды моделей имеют различные цветовые охваты. В этом и заключается их основные преимущества или недостатки. Отражённый и поглощаемый цвет описывается по-разному. Существует довольно большое количество цветовых моделей, но мы остановимся лишь на тех, которые наиболее часто используются в графических пакетах.
Цветовая модель RGB
Это одна из наиболее распространенных и часто используемых моделей. Она применяется в приборах, излучающих свет, таких, например, как мониторы, проекторы, телевизоры. Данная цветовая модель базируется на трех основных цветах: Red — красном, Green — зеленом и Blue — синем. Каждая из вышеперечисленных составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, образовывая разные цвета и обеспечивая, таким образом, доступ ко всем 16 миллионам. При работе с графическим редактором Adobe Photoshop можно выбирать цвет, полагаясь не только на тот, что мы видим, но при необходимости, указывать и цифровое значение, тем самым иногда, особенно при цветокоррекции, контролируя процесс работы.
Данная цветовая модель является аддитивной, то есть при увеличении яркости отдельных составляющих будет увеличиваться и яркость результирующего цвета: если смешать все три цвета с максимальной интенсивностью, то результатом будет белый цвет; напротив, при отсутствии всех цветов получается черный.
Важно знать : числовые значения каналов в фотошоп означают яркость данного цвета. То есть, чем больше число, тем светлее выглядит канал. Чтобы лучше понять этот фундаментальный принцип, поэкспериментируйте с диалоговым окном выбора цвета, вводя в него разные значения одного канала при нулевых других.
Достоинствами данного режима является то, что он позволяет работать с 16 миллионами цветов при 8 битах на канал (224 цветов), а недостаток состоит в том, что при выводе изображения на печать часть из этих цветов теряется, в основном самые яркие и насыщенные, также возникает проблема с синими цветами.
Цветовая модель RGB считается самой легкой для освоения. Подавляющее большинство уроков для начинающих и пользователей среднего уровня написаны именно для нее. Но высокий уровень владения программой фотошоп предполагает знание основ и умение работать и в других цветовых моделях.
Цветовая модель CMYK
Гораздо ближе к цветовому охвату напечатанного изображения стоит цветовая модель CMYK.
В отличии от предыдущей цветовой модели RGB, данная модель использует так называемый субтрактивный синтез цветов. Она использует параметры отраженного света. То есть, если цвет объекта, к примеру, голубой (Cyan), это означает, что из белого цвета он поглощает красный цвет, иначе говоря, он вычитается из белого. Если цвет объекта пурпурный (Magenta), значит он поглощает зеленый цвет. И наконец, если цвет объекта желтый (Yellow), значит он поглощает голубой цвет. Если объект поглощает все цвета, мы видим его как черный. В модели CMYK черный цвет назван скелетным или ключевым (Key). Аббревиатура CMYK образована первыми буквами субтрактивных цветов.
Важно знать : каналы цветовой модели CMYK в программе фотошоп обозначают количество краски определенного цвета. То есть, чем выше числовое значение канала, тем он темнее. Это кардинальное отличие данной модели от предыдущей. Кроме того, раз CMYK содержит 4 канала, то появляется возможность более тонкой, даже ювелирной, цветокоррекции. Именно поэтому пользователи-профессионалы предпочитают выполнять цветокоррекцию в данной цветовой модели.
Подготовка изображения для печати в типографии или на принтере также требует знания и умения работать в CMYK, так как печатающие машины, в том числе и принтеры, создают изображения именно по такому принципу.
Недостатком СMYK является более узкий цветовой охват, поэтому часть цветов при преобразовании из другой цветовой модели безвозвратно теряется.
Цветовая модель Lab
Если с предыдущими цветовыми моделями сложностей обычно не возникает, то с моделью Lab ситуация совершенно иная. Понять взаимодействие цветовых каналов в ней немного сложнее. Дело в том, что в пространстве Lab цвет отделен от контраста. В одном канале L (яркость) содержится информация о деталях изображения и яркостном контрасте. Это практически черно-белая версия изображения. Канал а охватывает палитру от пурпурного цвета (127) до зеленого (-128). Канал b охватывает палитру от желтого цвета (127) до синего (-128). Нулевые значения a и b соответствуют нейтральным тонам, то есть всем оттенкам серого.
Lab называют также аппаратно-независимой моделью. Фактически, вся работа программы фотошоп основана именно на алгоритмах этой цветовой модели (хотя большинство об этом и не подозревает). Цветовой охват Lab соответствует всем видимым нами цветам, поэтому почти половина из них не воспроизводится при печати, а пятая часть не воспроизводится монитором.
Освоить работу в Lab непросто, но владение даже несколькими приемами работы в этом пространстве позволяет выполнять такую коррекцию, которую либо невозможно произвести в других моделях, либо результат, полученный в Lab за несколько секунд, достигается с большими затратами усилий и времени.
В заключении хочу добавить, что какое бы цветовое пространство вы не выбрали для работы, это само по себе ничего не значит. Чтобы добиться хорошего результата, нужно четко знать принципы образования цветов каждой модели, и, разумеется, основы работы со всеми инструментами программы фотошоп.
Желаю творческих успехов!
Евгений Карташов
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.