Наименование
цвета световых потоков
|
Длина
волны, нм
|
Относительная
спектральная Световая эффективность
|
Синевато-пурпурный
(фиолетовый) (bP)
|
380
|
0,0001
|
Пурпурно-синий
(сине-фиолетовый) (bP)
|
480
|
0,0116
|
Синий
(B)
|
465
|
0,075
|
Зеленовато-синий
(gB)
|
482
|
0,15
|
Сине-зелёный
(BG)
|
487
|
0,18
|
Синевато-зелёный
(bG)
|
493
|
0,24
|
Зелёный
(G)
|
498
|
0,29
|
Желтовато-зелёный
(yG)
|
530
|
0,862
|
Желто-зелёный
(YG)
|
555
|
1,00
|
Зеленовато-желтый
(gY)
|
570
|
0,952
|
Желтый
(Y)
|
575
|
0,91
|
Желтовато-оранжевый
(y0)
|
580
|
0,87
|
Оранжевый
(O)
|
586
|
0.80
|
Красновато-оранжевый
(r0)
|
596
|
0.68
|
Красный
(R)
|
620
|
0.381
|
2.4
Субъективные характеристики цвета
Характер цветового ощущения зависит как от
суммарной реакции цветочувствительных рецепторов, так и от соотношения реакций
каждого из трёх типов рецепторов. Суммарная реакция определяет светлоту, а
соотношение ее долей - цветность. Когда излучение раздражает все рецепторы
одинаково (единица интенсивности раздражения - «доля участия в белом»), его
цвет воспринимается как белый, серый или как черный. Белый, серый и черный
цвета называются ахроматическими. Эти цвета не различаются качественно.
Разница в зрительных ощущениях при действии на
глаз ахроматических излучений зависит только от уровня раздражения рецепторов.
Поэтому ахроматические цвета могут быть заданы одной психологической величиной
- светлотой.
Если рецепторы разных типов раздражены
неодинаково, возникает ощущение хроматическое цвета. Для его описания нужны уже
две величины светлота и цветность. Качественная характеристика зрительного
ощущения, определяемая как цветность, двумерна: складывается из насыщенности и
цветового тона. В тех случаях, когда, когда все рецепторы раздражены почти
одинаково, цвет близок к ахроматическому: качество цвета едва выражено. Это, в
частности, белый с синим оттенком, синевато-серый и т.д. Чем больше перевес в
раздражении рецепторов одного из двух типов, тем сильнее ощущается качество
цвета, его хроматичность. Когда, например, возбуждены только
красночувствительные рецепторы, мы видим чисто красный цвет. Весьма далекий от
ахроматического.
Степень отличия хроматического цвета от
ахроматического называется насыщенностью. Светлота и насыщенность -
характеристики, недостаточные для полного определения цвета. Когда говорят
«насыщенный красный» или «малонасыщенный зелёный», то кроме насыщенности,
упоминается цветовой тон цвета. Это, то его свойство, которое подразумевают в
обыденной жизни, когда называют цвет предмета. Несмотря на очевидность понятия,
общепризнанного определения термина «цветовой тон» нет. Одно из них дается в
такой форме: цветовой тон - это характеристика цвета, определяющая его сходство
с известным цветом (неба, зелени, песка и т. д.) и выражаемая словами «синий,
зеленый. Желтый и т. д.».
Цветовой тон определяется рецепторами, дающими
наибольшую реакцию. Если цветовое ощущение формируется в результате одинакового
раздражения рецепторов двух типов при меньшем вкладе третьего, то возникает
цвет промежуточного тона. Так, голубой цвет ощущается при одинаковых реакциях
зеленочувствительных и синечувствительных оболочек. Реакция рецепторов,
получивших наименьшее раздражение, определяет насыщенность.
Ощущение желтого возникает при равных реакциях
красночувствительных и зеленочувствительных колбочек. Если усиливать
возбуждение красночувствительных, цветовой тон смещается в сторону оранжевого.
Если вызывать раздражение и у синечувствительных, насыщенность упадет. Цветовой
тон, насыщенность и светлота данного цвета зависят не только от спектрального
состава излучения, но и от условий наблюдения, состояния наблюдателя, цвета
фона и т.д. Поэтому рассмотренные здесь характеристики называются
субъективными.
3.
Модели цвета
3.1
Цветовые модели и их виды
Наука о цвете - это довольно сложная и широкомасштабная
наука, поэтому в ней время от времени создаются различные цветовые модели,
применяемые в той либо иной области. Одной из таких моделей и является цветовой
круг.
Многим известно о том, что существует 3 первичные
цвета, которые невозможно получить и которые образуют все остальные. Основные
цвета - это желтый, красный и синий. При смешивании желтого с красным
получается оранжевый, синего с желтым - зеленый, а красного с синим -
фиолетовый. Таким образом, можно составить круг, который будет содержать все
цвета. Он представлен на рис. 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.
Друг напротив друга расположены контрастные
цвета.
Для описания излучаемого и отраженного цвета
используются разные математические модели - цветовые модели (цветовое
пространство), т.е. - это способ описания цвета с помощью количественных
характеристик. Цветовые модели могут быть аппаратно-зависимыми (их пока
большинство, RGB и CMYK в их числе) и аппаратно-независимыми (модель Lab). В
большинстве «современных» визуализационных пакетов (например, в Photoshop)
можно преобразовывать изображение из одной цветовой модели в другую.
В цветовой модели (пространстве) каждому цвету
можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае
цветовая модель - это просто упрощенное геометрическое представление,
основанное на системе координатных осей и принятого масштаба.
Основные цветовые модели:
· RGB;
· CMY (Cyan Magenta Yellow);
· CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key
означает черный цвет);
· Lab;
· HSV (Hue, Saturation, Value);
· HLS (Hue, Lightness, Saturation);
· и другие.
В цифровых технологиях используются, как минимум
четыре, основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах и Lab. В
полиграфии используются также многочисленные библиотеки плашечных цветов.
Цвета одной модели являются дополнительными к
цветам другой модели. Дополнительный цвет - цвет, дополняющий данный до белого.
Дополнительный для красного - голубой (зеленый+синий), дополнительный для
зеленого - пурпурный (красный+синий), дополнительный для синего - желтый
(красный+зеленый) и т.д.
По принципу действия перечисленные цветовые
модели можно условно разить на три класса:
· аддитивные (RGB),
основанные на сложении цветов;
· субтрактивные (CMY,
CMYK), основу которых
составляет операция вычитания цветов (субтрактивный синтез);
· перцепционные (HSB,
HLS, LAB,
YCC), базирующиеся на
восприятии.
Аддитивный цвет получается на основе законов
Грассмана путем соединения лучей света разных цветов. В основе этого явления
лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра могут быть получены
путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими
компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами,
являются красный (Red),
зеленый (Green) и синий (Вlue) цвета. При попарном смешивании пер-
вичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (Сyan),
пурпурный (Magenta)
и желтый (Yellow). Следует
отметить, что первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.
Базовыми цветами называют цвета, с помощью
которых можно получить практически весь спектр видимых цветов.
Для получения новых цветов с помощью аддитивного
синтеза можно использовать и различные комбинации из двух основных цветов,
варьирование состава которых приводит к изменению результирующего цвета.
Таким образом, цветовые модели (цветовое
пространство) представляют средства для концептуального и количественного
описания цвета. Цветовой режим - это способ реализации определенной цветовой
модели в рамках конкретной графической программы.
3.2.
Модель цвета XYZ
Рис. 3.2. Три функции подбора цветов для
основных МКО.
Набор основных цветов МКО обычно называется
моделью цвета XYZ, где
параметры X, Y и Z
представляют величину каждого основного цвета МКО, требуемую для получения
выбранного цвета. Таким образом, цвет в модели XYZ
описывается так же, как, например, в модели RGB.
В трехмерном пространстве цветов XYZ
любой цвет С(Х) представляется как:
С(А) = (X, Y,
Z) (1.1)
где X,Y,Z
вычисляются из функций подбора цвета (рис. 3.2):
(1.2)
Параметр ‘’k’’
в этих формулах равен 683 люмен/ватт, где "люмен" - единица измерения
излучения в единичный телесный угол для "стандартного" точечного
источника света (когда-то назывался свечой). Функция I()
представляет спектральное излучение (избирательная интенсивность света в
определенном направлении), а функция подбора цветов f
выбирается так, чтобы параметр Y
был равен яркости этого цвета. Значения светимости обычно нормируются в
диапазон 0-100, где 100 представляет светимость белого света.
Любой цвет в пространстве цветов XYZ
можно, используя единичные векторы X, Y,
Z, представить в
виде аддитивной комбинации основных цветов. Следовательно, уравнение (1.2)
можно записать так:
С()
= XX+YX+ZX.
(1.3)
Нормированные значения XYZ
При обсуждении свойства цвета удобно нормировать
величины в уравнении (1.2) на сумму X+Y+Z,
представляющую общую лучистую энергию. Тогда нормированные величины можно
вычислить следующим образом:
(1.4)
Поскольку х + у + z
= 1, любой цвет можно представить, используя только величины х и у. Кроме того,
мы нормировали набор параметров на общую энергию, так что параметры хну зависят
теперь только от опенка и чистоты, поэтому они часто называются координатами
цветности. Однако сами по себе значения х и у не позволяют полностью описать
все свойства цвета, и по ним получить величины X, У и Z
нельзя. Следовательно, полное описание цвета обычно дается с помощью трех значений:
х, у и светимости (яркости) Y.
Оставшиеся величины МКО вычисляются как:
(1.5)
где Z =
1 - х - у. С помощью координат цветности (х, у) на двухмерной диаграмме можно
представить все цвета.
3.3
Диаграмма цветности МКО
Если изобразить нормированные значения x
и у для цветов видимой части спектра, получим языкообразную кривую, показанную
на рис. 3.3. Данная кривая называется диаграммой цветности МКО. Точки вдоль
кривой представляют спектральные цвета (чистые цвета). Линия, соединяющая
красную и фиолетовую точки и именуемая пурпурной линией, не является частью
спектра. Внутренние точки диаграммы представляют все возможные комбинации
цветов. Точка С на диаграмме соответствует положению белого света. В
действительности данная точка изображена для источника белого света, известного
как иллюминат С, который используется в качестве стандартной аппроксимации
дневного света.
Рис. 3.3. Диаграмма цветности МКО для
спектральных цветов от 400 до 700 нм.
3.4
Аддитивная Цветовая Модель RGB
Рис. 3.4.1. Модель цвета RGB. Любой цвет в
пределах единичного куба можно описать в форме аддитивной комбинации трех
основных цветов
Согласно трехцветной теории зрения глаза
человека воспринимают цвет посредством стимуляции трех зрительных пигментов в
колбочках сетчатки. Один из этих пигментов более чувствителен к свету с длиной
порядка 630 нм (красный), другой имеет максимум чувствительности вблизи 530 нм
(зеленый), а третий - на частоте порядка 450 нм (синий). Сравнивая
интенсивности источников света, мы ощущаем цвет света. Данная теория зрения
является основой для отображения цветовых выходов на мониторе с использованием
трех основных цветов - красного (red), зеленого (green) и синего (blue), что
называется моделью цвета RGB.
Данную модель можно представить, используя
единичный куб, построенный по осям R, G и В, как показано на рис. 3.4.1. Начало
координат представляет черный цвет, а противоположная вершина с координатами (1,
1, 1) - белый. Вершины куба, расположенные по осям, представляют основные
цвета, а оставшиеся вершины - дополнительные цвета.
Вкратце история системы RGB
такова. Томас Юнг (1773-1829) взял три фонаря и приспособил к ним красный,
зеленый и синий светофильтры. так были получены источники света соответствующий
цветов. направив на белый экран свет этих трех источников, ученый получил такое
изображение (рис. 3.4.2). На экране свет от источников давал цветные круги. В
местах пересечения кругов наблюдалось смешивание цветов. Желтый цвет получался
путем смешивания красного и зеленого, голубой - смесь зеленого и синего,
пурпурный - синего и красного, белый - всех трех основных цветов. Некоторое
время спустя Джеймс Максвелл (1831-1879) изготовил первый колориметр, с помощью
которого человек мог зрительно сравнить монохроматический цвет и цвет
смешивания в заданной пропорции компонент RGB. Регулируя яркость каждой из
смешиваемых компонент, можно добиться уравнивания цветов смеси и
монохроматического излучения.
Рис. 3.4.2. Модель цвета RGB
Рис. 12.13. Цветовая гамма RGB
для координат цветности NTSC. Иллюминат С находится в точке с координатами
(0,310; 0.316) со значением яркости Y = 100,0
Как и система XYZ, RGB - это аддитивная модель.
Каждую точку (цвет) внутри единичного куба можно представить взвешенной
векторной суммой основных цветов, используя единичные векторы R, G и В:
(3.4)
где параметры R, G и В принимают
значения из диапазона 0-1. Например, пурпурная вершина достигается сложением
максимальных красного и синего значений, в результате чего получается тройка
(1,0,1), а белый цвет (1, 1, 1) представляет собой сумму максимальных значений
красного, зеленого и синего. Оттенки серого представлены вдоль главной
диагонали куба, идущей от начала координат (черный) к белой вершине. Точки
вдоль этой диагонали получают равный вклад от всех основных цветов, а серая
точка на полпути между белым и черным представлена как (0,5; 0,5; 0,5).
К настоящему времени система RGB является
официальным стандартом. Решением Международной Комиссии по Освещению - МКО в
1931г. были стандартизированы основные цвета, которые было рекомендовано
использовать в качестве R, G и B. Это монохроматические цвета светового
излучения с длинами волн соответственно:
· R
- 700 нм
· G
- 546.1 нм
· B
- 435.8 нм
Красный цвет получается с помощью лампы
накаливания с фильтром. Для получения чистых зеленого и синего цветов
используется ртутная лампа. также стандартизировано значение светового потока
для каждого основного цвета.
Система RGB имеет неполный цветовой охват -
некоторые насыщенные цвета не могут быть представлены смесью указанных трех
компонент. В первую очередь, это цвета от зеленого до синего, включая все
оттенки голубого. Речь здесь идет о насыщенных цветах, поскольку, например,
ненасыщенные голубые цвета смешиванием компонентов RGB получить можно. несмотря
на неполный охват, система RGB широко используется в настоящее время - в первую
очередь, в цветных телевизорах и дисплеях компьютеров. отсутствие некоторых
оттенков цвета не слишком заметно.
Еще одним фактором, способствующим популярности
системы RGB, является ее наглядность - основные цвета находятся в трех четко
различимых участках видимого спектра.
Кроме того, одной из гипотез, объясняющих
цветовое зрение человека, является трехкомпонентная теория, которая утверждает,
что в зрительной системе человека есть три типа светочувствительных элементов.
Один тип элементов реагирует на зеленый, другой тип - на красный, а третий тип
- на синий цвет. Такая гипотеза высказывалась еще Ломоносовым, ее обоснованием
занимались многие ученые, начиная с Т.Юнга. Впрочем, трехкомпонентная теория не
является единственной теорией цветового зрения человека.
3.5
Цветовые модели CMY
и CMYK
На мониторе отображение цветовых растров
происходит путем объединения света, испускаемого люминофорами экрана, что
является процессом аддитивным. В то же время, устройства выдачи документальных
копий, такие как принтеры и плоттеры, дают цветное изображение, проливая на
бумагу цветные пигменты. Цветное изображение на бумаге видно потому, что мы
видим отраженный свет, т.е. благодаря процессу вычитания.
Субтрактивную (основанная на вычитании) модель
цвета можно сформировать, используя три основных цвета - голубой (cyan),
пурпурный (magenla) и желтый (yellow). Как отмечалось выше, голубой цвет можно
описать как сумму зеленого и синего. Следовательно, свет, отраженный от голубых
чернил, содержит только зеленый и синий компоненты, а красный компонент
поглощается, или вычитается, чернилами. Подобным образом пурпурные чернила
вычитают зеленый компонент из падающего света, а желтые чернила - синий.
Представление модели CMY в форме единичного куба иллюстрируется на рис. 3.5.2.
Рис. 3.5.1. Модель цвета CMY
В модели CMY точка (1,1,1) представляет черный
цвет, поскольку из падающего света вычтены вес компоненты. Начало координат
представляет белый свет. Равные доли всех основных цветов дают оттенки серого и
располагаются вдоль главной диагонали куба. Комбинация голубых и пурпурных
чернил даст синий цвет, поскольку из падающего света поглощены красный и
зеленый компоненты. Подобным образом, комбинация голубых и желтых чернил дает
зеленый свет, а комбинация пурпурных и желтых - красный.
Рис. 3.5.2. Модель цвета CMY.
Точки внутри единичного куба описываются вычитанием из белого цвета заданных
доз основных цветов
В процессе печати CMY часто используется набор
капель четырех чернил, которые располагаются очень близко, подобно тому, как в
RGB-мониторе используются три люминофорные точки. Таким образом, на практике
модель цвета CMY называется моделью CMYK, где К - это параметр черного цвета.
Для каждого из основных цветов (cyan, magenta и yellow) используется своя
чернильница, и еще в одной содержатся черные чернила. Последняя чернильница
нужна потому, что отраженный свет от смеси голубого, пурпурного и желтого
чернил обычно дает только оттенки серого. Некоторые плоттеры позволяют получать
различные комбинации цветов, разбрызгивая чернила трех основных цветов. Для
черно-белой, или полутоновой (gray-scale), печати используется только черная
чернильница.
Данная модель - основная модель полиграфии.
Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую
триаду, и при печати этими красками большая часть видимого цветового спектра
может быть воспроизведена на бумаге. Однако реальные краски имеют примеси, их
цвет может быть не идеальным, и смешение трех основных красок, которое должно
давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый. Кроме
того, для получения интенсивного черного необходимо положить на бумагу большое
количество краски каждого цвета. Это приведет к переувлажнению бумаги, качество
печати при этом снизится. К тому же использование большого количества краски
неэкономно.
Достоинством модели является:
независимость каналов (изменение процента любого
из цветов не влияет на остальные),
Недостатками этой модели являются:
узкий цветовой охват, обусловлен несовершенством
пигментов и отражающими свойствами бумаги,
не совсем точное отображение цветов CMYK на
мониторе.
многие фильтры растровых программ в этой модели
не работают,
на 30% требуется больший объем памяти по
сравнению с моделью RGB.
Рис. 3.5.3. Получение модели CMY из RGB
Переход от RGB-представления
в систему CMY можно
описать следующим матричным преобразованием:
(3.5.1)
где белая точка в пространстве RGB
представлена единичным вектором-столбцом. При переходе от CMY-представления
в систему RGB
используется матричное преобразование:
(3.5.2)
В этом преобразовании единичный вектор-столбец
представляет черную точку в пространстве цветов CMY.
Для преобразования из RGB в CMYK вначале нужно
положить К = max(R, G, В).
Далее К вычитается из С, М и У в уравнении (3.5.1). Подобным образом для
преобразования из CMYK в RGB выбирается К = min(R, G, В), затем К вычитается из
R, G и В согласно уравнению (3.5.2). На практике данные уравнения часто
модифицируются с целью улучшения качества печати в конкретной системе.
Рис. 3.5.4. Куб цветов RGB, наблюдаемый вдоль
диагонали, идущей от белого к черному (а), контур куба имеет форму
шестиугольника (б).
3.6
Цветовая модель HSV
В интерфейсах выбора цвета часто используется
модель цвета, основанная на интуитивных концепциях, а не на наборе основных
цветов. Отметим, что спецификацию цвета в интуитивной модели можно дать,
выбирая спектральный цвет и долю белого и черного, которую нужно добавить к
этому цвету, чтобы получить различные тени, оттенки и тона.
Параметрами цвета в этой модели являются оттенок
(hue - H), насыщенность
(saturation - S) и значение (value - V). Чтобы ввести это трехмерное
пространство цветов, параметры HSV связываются с направлениями RGB-куба. Если
представить, что мы смотрим на куб вдоль диагонали от белой вершины к черной
(началу координат), контур куба будет иметь форму шестиугольника (рис. 3.5.4).
Границы шестиугольника представляют различные оттенки, а сам он используется в
качестве основания шестиугольного конуса (рис. 3.6.1). В пространстве HSV
насыщенность S измеряется вдоль горизонтальной оси, а значения параметра V -
вдоль вертикальной оси, проходящей через центр шестиугольника.
Оттенок представляется как угол, отсчитываемый
от вертикальной оси и меняющийся от 0е (красный) до 360°. Вершины
шестиугольника разделены интервалами по 60°. Желтому цвету соответствует 60°,
зеленому - 120°, голубому (противоположность красного) - Н = 180°. Вообще, вес
дополнительные цвета отличаются на 180°.
Рис. 3.6.1. Шестиугольный конус HSV
Параметр насыщения S используется для
обозначения чистоты цвета. Чистый (спектральный) цвет имеет значение 5 = 1,0, и
значения S уменьшаются к шкале полутонов (S = 0) в центре шестиугольного
конуса.
Значение V меняется от 0 в вершине конуса
(черная точка) до 1,0 в плоскости основания, где цвета имеют максимальную
интенсивность. При V = 1,0 и. S
=1,0 имеем чистые оттенки. Белой точке соответствуют значения параметров V =
1,0 и S = 0.
Отметим, что для большинства пользователей эта
модель выбора цветов является более удобной. Начав с выбора чистого оттенка,
который задаст угол оттенка Н, и положив V = S = 1,0, мы описываем искомый
цвет, добавляя к имеющемуся оттенку белый либо черный цвет. Прибавление черного
уменьшает значение V при постоянном S. Чтобы получить темно-синий цвет,
например, V, нужно положить равным 0,4 при S = 1,0 и H
= 240°. Подобным образом, если к выбранному оттенку нужно добавить белый цвет,
при постоянном V уменьшается параметр S. Светло-синий цвет можно получить при 5
= 0,3 и V = 1,0, Я = 240°. Если к цвету прибавить немного белого и немного
черного, это приводит к уменьшению V и S. В интерфейсе к описанной модели
параметр HSV обычно можно выбирать с помощью палитры цветов, содержащей
ползунки и цветовой круг.
Выбор теней, оттенков, тонов.
В плоскости сечения пирамиды HSV, показанной на
рис. 3.6.2, представляются области цвета для выбора теней, оттенков и тонов.
Прибавление черного к спектральному
Рис. 3.6.2. Сечения конуса HSV, демонстрирующие
тени, оттенки и тона
Цвету уменьшает V вдоль стороны конуса в
направлении черной точки. Следовательно, различные тени представлены значениями
S= 1,0 и 0,0 ≤ V ≤ 1,0. Прибавление белого к спектральным цветам
даст оттенки вдоль плоскости основания конуса, где значения параметров равны V
= 1,0 и 0 < S < 1,0. Для получения различных тонов к спектральным цветам
прибавляется и черный, и белый цвет, что даст точки, лежащие в треугольном
сечении конуса.
Человеческий глаз способен различить около 128
тонов и 130 оттенков (уровней насыщения). Для каждого из них можно определить
несколько теней (значений), в Зависимости от выбранного оттенка. Для желтого
цвета можно различить порядка 23 теней, для синего цвета это число составляет
16. Это означает, что всего человеческий глаз может различить 128х 130x23 = 382
720 цветов. Для большинства графических приложений достаточно 128 оттенков. 8
уровней насыщенности и 16 значений. При таких диапазонах параметров модель HSV
предлагает пользователю 16 384 цветов. Для хранения этих цветов можно
использовать 14 (или меньше) бит на пиксель и таблицы кодов цвета.
3.7
Цветовая модель HSB/ HLS
Здесь заглавные буквы не соответствуют никаким
цветам, а символизируют тон (цвет), насыщенность и яркость (Hue Saturation
Brightness). Предложена в 1978 году. Все цвета располагаются по кругу, и
каждому соответствует свой градус, то есть всего насчитывается 360 вариантов -
H определяет частоту света и принимает значение от 0 до 360 градусов (красный -
0, желтый - 60, зеленый - 120 градусов и так далее), т.е. любой цвет в ней
определяется своим цветом (тоном), насыщенностью (то есть добавлением к нему
белой краски) и яркостью.
Насыщенность определяет, насколько ярко
выраженным будет выбранный цвет. 0 - серый, 100 - самый яркий и чистый из
возможных вариантов.
Параметр яркости соответствует общепризнанному,
то есть 0 - это черный цвет.
Такая цветовая модель намного беднее
рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 миллионами
цветов.
Эта модель аппаратно-зависимая и не соответствует
восприятию человеческого глаза, так как глаз воспринимает спектральные цвета
как цвета с разной яркостью (синий кажется более темным, чем красный), а в
модели HSB им всем приписывается яркость 100%.
Насыщенность (Saturation) - это параметр цвета,
определяющий его чистоту. Отсутствие (серых) примесей (чистота кривой)
соответствует данному параметру. Уменьшение насыщенности цвета означает его
разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым,
размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на
концентрических окружностях, т. е. можно говорить об одинаковой насыщенности,
например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все
более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально
разбеливается, проще говоря, становится белым цветом.
Работу с насыщенностью можно характеризовать как
добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски. Чем больше
в цвете содержание белого, тем ниже значение насыщенности, тем более блеклым он
становится.
Яркость (Brightness) - это параметр цвета,
определяющий освещенность или затемненность цвета. Амплитуда (высота) световой
волны соответствует этому параметру. Уменьшение яркости цвета означает его
зачернение. Работу с яркостью можно характеризовать как добавление в
спектральный цвет определенного процента черной краски. Чем больше в цвете
содержание черного, тем ниже яркость, тем более темным становится цвет.
Другая модель - это система HLS, используемая
Tektronix Corporation. Данное пространство цветов представляется в виде
двойного конуса, изображенного на рис. 3.7. Три параметра этой модели
называются оттенком (hue - H),
яркостью (lightness - L) и насыщенностью (saturation - S).
Оттенок имеет то же значение, что и в модели
HSV. Он задаст угол относительно вертикальной оси, определяющий спектральный
цвет. В этой модели Н = 0е соответствует синему цвету. Оставшиеся цвета
задаются по периметру конуса в том же порядке, что и в модели HSV. Пурпурному
соответствует 60е, красному - 120° и голубому И = 184}°. Как и ранее,
дополнительные цвета разделены углом 180°. Вертикальная ось в этой модели
названа яркостью (lightness - L). При L = 0 получаем черный цвет, белому
соответствует L = 1,0. Полутоновые значения расположены вдоль оси L, а чистые цвета
лежат на плоскости L = 0,5.
Рис. 3.7. Двойной конус HLS
Параметр насыщенности S снова залает чистоту
цвета, и его значения меняются от 0 до 1,0, чистыми являются цвета, для которых
S = 1,0 и L = 0,5. При уменьшении 5 к цвету прибавляется больше белого цвета.
Линии полутонов соответствует S
= 0.
Чтобы задать цвет, вначале выбирается угол
оттенка Н. Далее определенная тень или тон этого оттенка получается выбором
параметров L и S. Чтобы получить более светлый цвет, увеличивается L,
а для получения более темного L
уменьшается. При уменьшении S пространственная точка, описывающая цвет,
движется к линии полутонов.
Для того чтобы понять разницу между яркостью и
светимостью - а в остальном модель HLS
не отличается от модели HSB, - мы должны просто знать, что в основной модели
HSB имеется в виду собственная яркость объекта (как бы принимаем его за
источник света), а в разновидности первой модели по имени HLS учитывается
светимость объекта (яркость отраженного от него света). Иными словами, в HSB
«источник» - Солнце, а в HLS - Луна...
3.8
Цветовая модель CIE Luv / CIE
Lab
Один из существенных минусов цветового
пространства XYZ - это то, что оно не является перцептивно (визуально)
равномерным и не может использоваться для вычисления цветовых расстояний.
Поэтому CIE (МКО) продолжила разработку перцептивно равномерного пространства.
Целью комитета CIE было создание повторяемой системы стандартов цветопередачи
для производителей красок, чернил, пигментов и других красителей. Самая важная
функция этих стандартов - предоставить универсальную схему, в рамках которой
можно было бы устанавливать соответствие цветов.
В результате было создано цветовое пространство
CIE Luv, позволяющее определить различение цветов для человека с "усредненным"
зрением, (т.е. различные люди неодинаково воспринимают разницу между цветами).
Свое название пространство получило благодаря его компонентам L, u и v.
Параметр L соответствует яркости цвета, u отвечает за переход от зеленого к
красному (при увеличении), а при увеличении параметра v происходит переход от
синего к фиолетовому. Если u и v равны 0, то, меняя L, получаем цвета,
являющиеся градациями серого.
Это цветовое пространство было разработано для
количественного измерения различия двух цветов. CIE были проведены исследования
с участием большого числа людей, результатом чего явилось создание пространства
Luv. Измерения проводились в "хороших" условиях (достаточное
освещение и неяркий монотонный фон); перед испытуемым находились два листа
бумаги, окрашенных соответственно двумя цветами, и он должен был дать ответ,
насколько, по его мнению, различаются эти цвета. В случае реальных изображений
мы должны находить различия между цветами на более сложном фоне, при этом не
всегда при хорошем освещении (например, слишком ярком). Но освещение зависит и
от помещения, и от времени суток, и от того, под каким углом находится
поверхность к источнику света.
Переход из RGB в Luv осуществляется следующим
образом. Сначала нормируем R, G, B:
Далее совершаем преобразование пространства RGB
в XYZ:
Цветовое пространство CIE Luv - непрерывное
однородное преобразование пространства CIE XYZ, описываемое следующими
формулами:
Для определения параметров ,
и
,
вводится понятие белой точки (white point). Белая точка - это пара параметров
цветности (x, y), определяющая эталон белого цвета для различных источников
света. CIE составила таблицу белых точек для источников света разной яркости.
При этом значение компоненты Y белой точки в XYZ нормализовано до 100 (в
приведенных выше формулах как раз
соответствует нормализованной Y компоненте). Параметры и
вычисляются
по тем же формулам, что и ,
в которых используются значения x и y для белой точки.
Как уже упоминалось выше, компонента L
соответствует яркости цвета, а из формул видно, что L пропорциональна
кубическому корню из компоненты Y пространства XYZ. Однако существует мнение,
что человеческому восприятию больше соответствует корень второй степени из
освещенности. Так, например, в цветовом пространстве Lab параметр L вычисляется
с использованием квадратного корня.
Немного о свойствах величин L, u, v:
· L меняется от 0 до 100;
· u, v лежат в пределах -200, 200;
· u отвечает за переход от зеленого к
красному (при увеличении u);
· v отвечает за переход от синего к фиолетовому
(при увеличении v);
· если u и v равны 0, меняя L,
получаем изображение, содержащее градации серого (grayscale).
Наконец, самое важное, к чему мы стремились,
переходя в это пространство. Нам заданы два цвета - и
.
Как определить расстояние между цветами, то есть насколько человек заметил бы
различие между ними? Оказывается, оно задается евклидовой нормой
При расстоянии между двумя цветами большинство
людей уже замечают различие, при оно
заметно всем. В этом и состоит главное достоинство этого пространства. Оно
учитывает восприятие цветов человеком, и различие между цветами определяется
очень простой формулой. Необходимо заметить, что эта формула применима в
определенных условиях: освещение, фон не должны мешать и отвлекать.
Одновременно с разработкой CIE Luv было также
разработано перцептивно равномерное цветовое пространство CIE Lab. Из этих двух
моделей более широко применяется модель CIE Lab. Структура цветового
пространства Lab основана на той теории, что цвет не может быть одновременно
зеленым и красным или желтым и синим (рис. 3.8.1). Следовательно, для описания
атрибутов "красный/зеленый" и "желтый/синий" можно
воспользоваться одними и теми же значениями. Формулы перехода от пространства
XYZ к пространству Lab осуществляется следующим образом:
Рис. 3.8.1. Представление цвета в пространстве
CIE Lab
Рис. 3.8.2. Видимое стандартным наблюдателем
пространство Lab
Авторы программ и интерпретаторы программ,
рассказывая о цветовой модели Lab любят повторять, что она является
аппаратно-независимой, Любая модель зависит от того, на каком аппарате она
воспроизводится. Даже на принтерах одной и той же модели (номера серии, даты и
часа выпуска) изображение с одного и того же файла может воспроизвестись с
таким большим разбросом параметров, что это явно сказывается на цветовом
решении. Поэтому расхождения столь велики, поэтому в цветной (особенно
полноцветной) печати применяются различные способы калибровки, докалибровки,
подгонки, проб и так далее.
Моделью, как бы исключающей эти неудобства,
является модель Lab. Она вбирает в себя модели RGB и CMYK, то есть
соответственно равновнимательно относится и к параметрам источника, и к
параметрам приемника.
3.9
Цветовая модель YUV
Существует несколько тесно связанных цветовых
моделей, которые объединяет то, что в них используется явное разделение
информации о яркости и цвете. Компонента Y соответствует одноименной компоненте
в модели CIE XYZ и отвечает за яркость. Такие модели находят широкое применение
в телевизионных стандартах, так как исторически необходима была совместимость с
черно-белыми телевизорами, которые принимали только сигнал, соответствующий Y.
Также они применяются в некоторых алгоритмах обработки и сжатия изображений и
видео.
Расcмотрим цветовую модель YUV. U и V отвечают
за цветовую информацию и определяются через преобразование из RGB:
Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B;=
0,492(B - Y)
= -0,147R - 0,289G + 0,436B;
V = 0,877(R - Y)
= 0,615R - 0,515G + 0,100B;
Модель YUV применяется в телевизионной системе
PAL.
Рис. 3.9. RGB-куб в пространстве YUV, диаграмма
UV при Y = 0,5.
Цветовые модели YCbCr и YPbPr являются
вариациями YUV с другими весами для U и V (им соответствуют Cb/Pb и Cr/Pr).
YPbPr применяется для описания аналоговых сигналов (преимущественно в
телевидении), а YCbCr - для цифровых. Для их определения используются два
коэффициента: Kb и Kr. Тогда преобразование из RGB в YPbPr описывается так:
Переход от RGB к YPbPr
Выбор Kb и Kr зависит от того, какая RGB-модель
используется (это в свою очередь зависит от воспроизводящего оборудования).
Обычно берется, как и выше, Kb = 0, 114; Kr = 0, 299. В последнее время также
используют Kb = 0, 0722; Kr = 0, 2126, что лучше отражает характеристики
современных устройств отображения. Из приведенных выше формул следует что при имеем
следующие диапазоны ; .
Для цифрового представления эти формулы видоизменяют для получения только
положительных дискретных коэффициентов в диапазонах
Переход от RGB к YCbCr
В телевидении обычно берут minY = 16, maxY =
235, minC = 16, maxC = 240. В стандарте сжатия изображений JPEG используется
полный 8-битный диапазон: minY = 0, maxY = 255, minC = 0, maxC = 255.
3.10
Цветовая модель YCbCr
Название этой цветовой модели расшифровывается
как: Y - luminance, U или Cb - Chrominance-blue, V или Cr - Chrominance-red,
что переводится как "Яркость - Цветность синего - Цветность красного"
(формат представления данных цветного видеоизображения)
Характеристика принципа представление цвета в
этой цветовой модели совпадает с естественным способом цветовосприятия
человеческим глазом. Сетчатая оболочка - это сложное переплетение нервных
клеток и нервных волокон, соединяющих нервные клетки между собой и связывающих
глаз с корой головного мозга. Основными светочувствительными элементами
(рецепторами) являются два вида клеток: одни - в виде стебелька, называемые палочками
(высота 30 мкм, толщина 2 мкм), другие - более короткие и более толстые,
называемые колбочками (высота 10 мкм, толщина 6-7 мкм).
Человеческий глаз более наиболее чувствителен к
яркостной составляющей изображения (Y-компонента) и наименее к цветовым. Причина
этого феномена лежит в физиологии. Так как зрачок, представляет собой
оптическую линзу, которая фокусирует изображение на глазное дно, покрытое
палочками и колбочками. Всего в глазу располагается около 130 миллионов палочек
и 7 миллионов колбочек. Ну, так вот, палочки - это сенсоры, воспринимающие
именно яркостную составляющую, а колбочки - цветовую. Причем палочек на порядок
больше, чем колбочек, и они гораздо более чувствительны к свету. Достаточно
вспомнить поговорку "Ночью все кошки серы". Почему так? Почему
вечером все теряет цвет? Именно из-за того, что количества падающего на зрачок
света не хватает для того, чтобы вызвать реакцию колбочки. Но и
чувствительность человеческого глаза к разным цветам тоже величина не
постоянная. Зрачок более чувствителен к нижней части цветового спектра, нежели
к верхней. Формат JPEG как раз и учитывает эти особенности восприятия человеком
цветовой информации в сжатии цветных фотографий или изображений.
Поэтому в этой цветовой модели выделяется
компонент яркости и два компонента характеризующих оттенок воспринимаемого
цвета, в отличие от цветовой модели RGB, где используются только компоненты
интенсивности цвета - Красный, Зеленый, Синий.
Метод преобразования аналогового видеосигнала в
цифровой, определенный в стандарте CCIR-601 и является частным случаем метода
YUV. Согласно данному методу величины компонентных аналоговых сигналов
преобразуются в 8-битные цифровые значения. Y-компонента, или яркость, тесно
связана с качеством картинки. Точнее сказать Y - это и есть картинка, только
черно-белая. Компоненты Cb и Cr содержат информацию о цвете и позволяют
раскрашивать Y-картинку. Обобщенно преобразование можно представить следующими
формулами:
Новая величина Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B
назвается яркостью. Эта величина, использованная монохромными мониторами, чтобы
представить цвет RGB. Физиологически, передает интенсивность цвета RGB
воспринятого глазом. Из формулы видно, что полученная величина яркости(Y)
подобна средневзвешенному значению с разным весом для каждого спектрального
компонента: глаз наиболее чувствителен на Зеленый цвет, затем следует Красный
компонент и в последнюю очередь - Синий.
Формулы вычисления цветоразности: = -0.1687*R -
0.3313*G + 0.5*B + 128 = 0.5*R - 0.4187*G - 0.0813*B + 128
Эти величины представляют 2 координаты в
системе, которая измеряет оттенок и насыщение цвета (грубо говоря, эти величины
указывают количество синего и красного в цвете).
Формулы обратного преобразования цветовой модели
YCbCr в RGB:
R = Y + 1.402*(Cr-128) = Y - 0.34414*(Cb-128)
- 0.71414*(Cr-128)
B = Y + 1.772 *(Cb-128)
Для наглядного представления цветовой модели
YCbCr можно рассмотреть следующие рисунки:
Рис. 3.10.1.Цветное
изображение YCbCr
Рис. 3.10.2. Y - изображение YCbCr
Рис. 3.10.3.Cb - изображение
Рис. 3.10.4. Cr - изображение
На Рисунке 3.10.1 изображена рыбка с
использованием всех компонент изображения, т. е. цветное изображение. На
Рисунке 3.10.2 изображена та же рыбка, только в черно-белых тонах.
Обычно по формуле вычисления компонента Y изображение преобразуется в оттенки
серого и по прежнему на рисунке отчетливо, хоть и в серых тонах но, изображена
рыбка, а вот следующие два изображения 3.10.3 и 3.10.4 - изображения компонент
цветоразности Cb и Cr несут малое количество деталей, поэтому видны только
очертания рыбки и по этому эти два компонента подвергаются наибольшему сжатию.
3.11
Цветовая модель YIQ
Цветовая модель YIQ применялась в телевизионной
системе NTSC (I - от англ. in-phase, Q - от англ. quadrature; происходят от
особенностей систем декодирования). Она тесно связана с моделью YUV, так как
переход от YUV к YIQ является поворотом в плоскости UV = IQ на .
Переход от RGB к YIQ:
Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B=
0,735(R - Y) - 0,268(B - Y) = 0,596R - 0,274G + 0,321B
= 0,478(R - Y)
+ 0,413(B - Y)
= 0,211R - 0, 523G
+ 0,311B
Обратные преобразования для всех моделей получаются
в результате применения обратной матрицы преобразования.
3.12
Перцепционные цветовые модели
Для дизайнеров, художников и фотографов основным
инструментом индикации и воспроизведения цвета служит глаз. Этот естественный
«инструмент» обладает цветовым охватом, намного превышающим возможности любого
технического устройства, будь то сканер, принтер или фотоэкспонирующее
устройство вывода на пленку.
Как было показано ранее, используемые для
описания технических устройств цветовые системы RGВ и СМYК являются
аппаратнозависимыми. Это значит, что воспроизводимый или создаваемый с помощью
них цвет определяется не только составляющими модели, но и зависит от
характеристик устройства вывода.
Для устранения аппаратной зависимости был
разработан ряд так называемых перцепционных (иначе - интуитивных) цветовых
моделей. В их основу заложено раздельное определение яркости и цветности. Такой
подход обеспечивает ряд преимуществ:
позволяет обращаться с цветом на интуитивно
понятном уровне;
значительно упрощает проблему согласования
цветов, поскольку после установки значения яркости можно заняться настройкой
цвета.
Прототипом всех цветовых моделей, использующих
концепцию разделения яркости и цветности, является НSV-модель. К другим
подобным системам относятся НSI, НSB, НSL и YUV. Общим для них является то, что
цвет задается не в виде смеси трех основных цветов - красного, синего и
зеленого, а определяется путем указания двух компонентов: цветности (цветового
тона и насыщенности) и яркости.
4.
Цветовые профили и пространства. Кодирование и калибровка цвета
4.1
Кодирование Цвета. Палитра
Для того чтобы компьютер имел возможность
работать с цветными изображениями, необходимо представлять цвета в виде чисел -
кодировать цвет. Способ кодирования зависит от цветовой модели и формата
числовых данных в компьютере.
Для модели RGB
каждая из компонент может представляться числами, ограниченными некоторым
диапазоном - например, дробными числами от 0 до 1 либо целыми числами от 0 до
некоторого максимального значения. В настоящее время достаточно
распространенным является формат True
Color, в котором каждая
компонента представлена в виде байта, что дает 256 градаций для каждой
компоненты: R = 0...255, G
= 0...255, B = 0...255.
Количество цветов составляет 256х256х256 = 16.7 млн (224).
Такой способ кодирования цветов можно назвать
компонентным. В компьютере коды изображений True
Color представляются в
виде троек байтов, либо упаковываются в длинное целое (четырехбайтное) - 32
бита.
При работе с изображениями в системах
компьютерной графики часто приходится искать компромисс между качеством
изображения (требуется как можно больше цветов) и ресурсами, необходимыми для
хранения и воспроизведения изображения, исчисляемыми, например, объемом памяти
(надо уменьшать количество бит на пиксел).
Компьютерные видеосистемы обычно предоставляют
возможность программисту установить собственную палитру.
Каждый цвет изображения, использующего палитру,
кодируется индексом, который будет определять номер строки в таблице палитры.
Поэтому такой способ кодирования цвета называют индексным.
4.2
Цветовые пространства
Цветовое пространство - графическое
представление размерностей цвета.
Цветовое пространство соотносит числа с
актуальными цветами и по сути является трёхмерным объектом, который содержит
все реализуемые комбинации цветов. При попытке воспроизвести цвет на другом
устройстве цветовые пространства могут показать, сможете ли вы сохранить детали
в тенях и ярких областях, насыщенность цвета, и в какой мере этими детялами
придётся пожертвовать.
Цветовые пространства могут быть либо
зависимыми, либо независимыми от данного устройства. Пространства, привязанные
к устройствам, описывают цвет, соотносимый с некоторым другим цветовым
пространством, тогда как независимые от устройства пространства цветов
описывают цвет в абсолютных терминах.
Цветовые пространства устройств могут снабдить
вас важной информацией, описывая подмножество цветов, которые могут быть
показаны на мониторе, или напечатаны на принтере, или могут быть получены
камерой или сканером. Устройства с большим цветовым пространством или «широкой
гаммой» могут воспроизвести больше различных оттенков, чем устройства с узкой
гаммой.
4.3
Визуализация цветового пространства
Каждое измерение в «цветовом пространстве»
отражает какой-то из аспектов цветности, таких как яркость, насыщенность или
тон, в зависимости от типа пространства. Две диаграммы, приведенные ниже,
показывают внешнюю границу некоего цветового пространства с двух разных углов
зрения; его граница показывает предельные возможные цвета в пространстве. По
вертикали отложены яркости, тогда как по горизонталям отложены красно-зелёное и
жёлто-синее смещения. Эти измерения могут быть также описаны, используя другие
свойства цвета.
Рис. 4.3.1
Показанное выше цветовое пространство имеет
целью помочь вам качественно понять и визуализировать цветовое пространство,
однако оно вряд ли оказалось бы особенно полезным для реального управления
цветом. Это потому, что цветовое пространство практически всегда требует
сравнения с другим цветовым пространством. Чтобы визуализировать это сравнение,
цветовые пространства часто представляют двумерными регионами. Они более
полезны для повседневного применения, поскольку позволяют быстро оценить грань
пересечения пространств. Если не указывают иное, двумерные диаграммы обычно
показывают пересечение по уровню 50% яркости (горизонтальнный срез для
вертикальной срединной точки цветового пространства, показанного выше).
Следующая диаграмма показывает три цветовых пространства: sRGB, RGB с широкой
гаммой (Wide Gamut) и эталонное пространство, независимое от устройства.
Пространства sRGB и широкой гаммы RGB являются двумя рабочими пространствами,
которые периодически используются для редактирования изображений.
Рис. 4.3.2. Двумерное сравнение цветовых
пространств (цвета при яркости 50%)
Что мы можем извлечь из двумерного сравнения
цветовых пространств? Как чёрная, так и белая фигуры отображают подмножество
цветов, которые являются воспроизводимыми в каждом из цветовых пространств, как
часть эталонного цветового пространства, которое не зависит от устройства.
Цвета, показанные в эталонном цветовом пространстве, приведены только для
качественной визуализации, поскольку они зависят от того, как ваш монитор их
отображает. Вдобавок, эталонное пространство практически всегда содержит больше
цветов, чем может быть показано на мониторе компьютера.
На примере данной конкретной диаграммы мы видим,
что пространство широкой гаммы RGB содержит больше тонов красного, пурпурного и
зелёного, тогда как пространство sRGB содержит несколько больше синего.
Не забывайте, что этот анализ применим только к
цветности при яркости 50%, которая соответствует полутонам на гистограмме
изображений. Если бы нас интересовала гамма цветов для теней или ярких
областей, мы могли бы исследовать аналогичный двумерный срез цветового
пространства при приблизительно 25% и 75% яркости, соответственно.
4.4
Эталонные пространства
Что такое эталонное, независимое от устройства
пространство, показанное выше? Практически все программы управления цветом
сегодня используют независимое от устройства пространство, определённое
Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931. Это пространство имеет целью
описать все цвета, различимые человеческим глазом, которое основано на средней
оценке, составленной по выборке людей, не имеющих проблем со зрением
(называемых «стандартным колориметрическим наблюдателем»). Практически все
устройства используют подмножество всех видимых цветов, определённых CIE
(включая и ваш монитор), так что любое представление этого пространства на
мониторе должно рассматриваться как качественное и существенно неточное.
Пространство наблюдамеого цвета CIE выражается в
нескольких общепринятых формах: CIE xyz (1931), CIE L*a*b* и CIE L u'v' (1976).
В каждом из них содержатся те же цвета, но они отличаются в распределении цвета
по двумерным пространствам:
. CIE xy 2. CIE a*b* 3.CIE u'v'
Рис. 4.4. (показаны двумерные срезы каждого из
пространств при яркости 50%)
Пространство CIE xyz основано на прямом
отображении исходных функций трёх основных цветов, созданном в 1931 г. Проблема
этого представления состоит в том, что оно выделяет слишком большое
пространство для зелёного. Пространство CIE L u'v' было создано, чтобы
скорректировать этот дисбаланс, распространяя цвет примерно пропорционально их
воспринимаемой разности. Наконец, пространство CIE L*a*b* трансформирует цвета
CIE так, чтобы они распространялись по двум осям эквивалентно - полностью
заполняя квадрат. Далее, каждая ось в пространстве L*a*b* отображает легко распознаваемое
свойство цвета, такое как красно-зелёный или сине-жёлтый сдвиги, использованные
в вышеприведенной трёхмерной визуализации.
4.5
Рабочие пространства
Рабочим является пространство, используемое в
программах редактирования изображений (таких как Adobe Photoshop), и оно
определяет набор цветов, доступных для работы при редактировании изображения.
Два наиболее часто используемых рабочих пространства в цифровой фотографии -
это Adobe RGB 1998 и sRGB IEC61966-2.1.
Почему бы не использовать рабочее пространство с
максимально возможной гаммой? В целом предпочтительно использовать цветовое
пространство, которое может отобразить ваше финальное выходное устройство
(обычно принтер), и не более. Использование цветового пространства с излишне
широкой гаммой может повысить подверженность вашего изображения постеризации.
Происходит это потому, что глубина цветности изображения растягивается на
больший диапазон цвета, так что для кодирования данного перехода цветов
остаётся меньше бит.
4.6
Цветовые профили
Цветовые профили (color profile) - это основа
современных систем управления цветом.Упрощенно говоря, цветовой профиль - это
файл, в котором содержится информация о том, как конкретное устройство передает
цвет. Таким устройством может быть сканер, принтер, монитор и все, что удастся
еще придумать для того, чтобы вводить или выводить цвет из компьютера. В общем,
это самое главное, что нужно знать о цветовых профилях и этого вполне
достаточно для простой работы с цветом. Однако если Вам необходима полная
победа над цветом - не обойтись без более детальных знаний.
Как правило, когда упоминают о цветовом профиле,
имеют в виду профиль, формат которого утвержден Международным Консорциумом по
цвету (International Color Consortium - ICC), учрежденном весьма известными компаниями:
Adobe Systems Inc, Agfa-Gevaert N.V., Apple Computer Inc, Eastmen Kodak
<http://www.fotonovosti.ru/content/tech_one/991>Company, FOGRA
(Honorary), Microsoft Corporation, Silicon Graphics Inc, Sun Microsystems Inc,
Taligent Inc. Основной целью создания консорциума была именно разработка
общепризнанного стандарта описания цветовых параметров устройств. И, нужно
признать, задача стандартизации была решена. В настоящее время в ICC входят
практически все компании, которые так или иначе связаны с устройствами,
предназначенными для работы с цветом: Barco, Canon, DuPont, Fuji, Xerox,
Hewlett Packard, Intel, NEC, Sony, Pantone, Seiko Epson, X-Rite, Gretag и
десятки других.Color Consortium имеет свой WEB сервер (http://www.color.org),
на котором любой желающий может свободно получить полную спецификацию
стандартов, разработанных консорциумом, а также другую информацию, например,
исходные тексты программ на языке C, позволяющих "разбирать" профили
и получать информацию, содержащуюся в них в более или менее читабельном виде.
Стандарт ICC не привязан к какой-либо
определенной платформе. Файл, созданный на Apple, спокойно может быть
использован для Windows. Все, что для этого нужно - это добавить к имени файла
расширение icc или icm. При обратном переносе - с Windows на Apple - проблема
немного сложнее. Как наверняка известно всем пользователям Macintosh,
информация о типе файла хранится отдельно от самого файла (в отличие от
Windows, где тип файла определяется по его расширению). И, если файл переписан
с Windows-компьютера, этой информации просто неоткуда взяться и операционная
система не воспринимает этот файл как ICC-профиль.
4.7
Типы профилей
Существуют три основных типа: профиль вводного
устройства (сканера), профиль монитора и профиль выводного устройства (принтера).
Каждый их этих типов описывает, как данное устройство преобразовывает цвета из
аппаратно-независимого цветового пространства (Lab или XYZ) в свое цветовое
пространство (например, RGB или CMYK) и обратно.
Кроме них, существуют также несколько дополнительных
типов, которые, впрочем, используются очень редко.
Во-первых, это DeviceLink profiles (я так и не
смог найти удачный перевод этому термину) - профили, которые предоставляют
механизм, позволяющий описать несколько последовательных преобразований.
Во-вторых, это ColorSpace Conversion profiles -
профили для преобразований из одного цветового пространства в другое. Могут
использоваться, например, для описания нестандартных цветовых пространств,
созданных пользователем.
Третий тип профилей - абстрактные (Abstract)
профили, которые описывают не параметры какого либо конкретного устройства или
цветового пространства, а способ редактирования цвета. Простейший пример такого
профиля (который, впрочем, не удовлетворяет стандарту ICC) - это файл, который
можно создать в окне Curves программы Adobe Photoshop. Если Вы долго и упорно
редактировали цвет изображения, то весь процесс редактирования может быть
(теоретически) записан в таком профиле. К сожалению, я не знаю почти ни одной
программы, которая позволяла бы это сделать. Единственное исключение -
Heidelberg LinoColor (программа сканирования, которая поставляется со сканерами
Heidelberg), которая позволяет записать в ICC profile параметры редактирования
изображения.
Последний тип - это именованный профиль (Named
profile). Описывает набор цветов, каждый из которых имеет собственное имя.
Например, это может быть описание веера Pantonе, который содержит несколько
сотен цветов, каждый со своим номером. Упрощенно говоря, это таблица, которая
содержит значения каждого из цветов в XYZ или Lab.
Для каждого из этих семи типов стандарт
предусматривает свой набор данных, которые должны содержаться в профиле. Здесь
будут рассмотрены только первые типа - те, которые используются повсюду.
Профили для устройств ввода.
Существуют два вида профилей для устройств
ввода. Первый - более простой. Он содержит следующие данные: параметры
первичных цветов (красный, зеленый, синий) в системе XYZ при их 100% яркости.
Кривые, описывающие, как меняется яркость первичных цветов при изменении
яркости от 0 до 100% точку белого в XYZ (точку белого)
Этот тип профиля позволяет довольно легко
определить, какие значение XYZ или LAB имеют чистые (или первичные) цвета на
изображении (например, R255_G0_B0 или R0_G100_B0). Но в случае с более сложным
цветом, например R100_G50_B30 система управления цветом должна сама рассчитать
его параметры в XYZ. И совсем не факт, что этот расчет будет верным, хотя бы
потому, что первичные цвета могут влиять друг на друга.
4.8
Калибровка цвета
Цветокалибровка - это регулировка параметров
стандартных температур цвета самого монитора (9300К, 6500К, 5000К, и прочие).
Это НЕ создание так называемого профайла для видеокарты вашего компьютера,
который компенсирует искажение стандартной температуры монитора.
По определённым причинам настройки мониторов искажаются. Это может проявляться
в преобладании какого-то из основных тонов (красного, синего, зеленого) или их
смеси, в завышенной или заниженной яркости и/или контрастности, изменении
цветового тона при изменении параметров яркости или контраста.
Нередко через пользовательское меню монитора не
удается полностью скомпенсировать потери в стандартной цветовой температуре. В
этом случае монитор должен быть подвергнут полной процедуре регулировки.
В современных мониторах все регулировки
осуществляются уже не регуляторами внутри монитора, а программно. Т.е. при
помощи специального программного обеспечения и адаптеров для подключения
монитора к регулировочному компьютеру. В процессе регулировки одной только
цветовой температуры в мониторах Sony затрагивается более 20 параметров. Замеры
параметров цвета монитора осуществляется при помощи колориметра - прибора,
который с очень большой точностью выдает данные для настройки.
Заключение
Свет можно описать как электромагнитное излучение
с некоторым распределением энергии, распространяющееся через пространство, и
цветовые компоненты света соответствуют частотам из узкой полосы
электромагнитного спектра. Однако свет имеет и другие свойства, и, чтобы
охарактеризовать различные аспекты света, можно использовать разные параметры.
Физические свойства видимого излучения можно объяснить, опираясь на
корпускулярно-волновой дуализм света. Человеческое восприятие источника света
можно охарактеризовать, используя такие термины, как преобладающая частота
(оттенок), светимость (яркость) и чистота (насыщенность). Цветностью называется
суммарное восприятие оттенка и чистоты цвета.
Модели цвета используются также для объяснения
эффектов объединения источников света. Чтобы определить модель цвета, можно
задать набор нескольких основных цветов, комбинации которых дают другие цвета.
В то же время, ни один конечный набор основных цветов не позволяет получить все
цвета или описать вес характеристики цвета. Набор цветов, который можно
получить с помощью основных цветов, называется цветовой гаммой. Цвета,
объединение которых дает белый свет, называются дополнительными.
В 1931 году Международная комиссия по освещению
(Commission International d'Eclairage
- CIE, MKO) приняла в качестве стандарта набор из трех гипотетических функций
подбора цветов. Этот набор цветов называется моделью XYZ, где X,Y и Z
представляют дозы каждого цвета, необходимые для подбора любого цвета из
электромагнитного спектра. Структура функций подбора цветов такова, что все
функции положительны, и значение У представляет для любого цвета значение
яркости. Нормированные значения X и У, обозначаемые х и у, используются для
отображения всех спектральных цветов на диаграмме цветности МКО. Эту диаграмму
можно использовать для сравнения цветовых гамм различных моделей цветов и
определения дополнительных цветов или преобладающих частот и чистоты данного
цвета.
Другими моделями цвета, основанным на наборе из
трех основных цветов, являются RGB, YIQ и CMY. Модель RGB используется для
описания цветов, отображенных на мониторе. Модель YIQ используется для описания
составного видеосигнала в телевизионном вещании. Наконец, модель CMY
используется для описания цвета на устройствах выдачи документальных копий.
В пользовательских интерфейсах для выбора цветов
часто применяются такие интуитивные модели цвета, как HSV и HLS. При этих
моделях цвет задается как смесь выбранного оттенка с определенным количеством
белого и черного. Прибавление черного дает темные цвета, прибавление белого -
светлые оттенки, а прибавление черного и белого позволяет получить тона.
При разработке эффективных изображений выбор
цвета является важным фактором. Чтобы избежать дисгармонирующих комбинаций
цветов, можно выбрать соседствующие цвета, не сильно отличающиеся по
преобладающей частоте. Кроме того, комбинации цветов можно выбирать из
небольшого подпространства модели цвета. Общее правило - небольшое число
комбинаций цветов, сформированных с помощью оттенков и теней, дает более
гармоничное изображение, чем чистые тона.
Список
литературы
1. Д.Херн, М.П.Бейкер «Компьютерная
графика и стандарт OpenGL»,-Москва, Санкт-Петербург, Киев: «Вильямс», 2005г.
. В.Порев «Компьютерная графика»,
Санкт-Петербург, Москва, Киев, Дюссельдорф: «БХВ-Петербург», 2002г.
. Ж. Агостон «Теория цвета и её
применение в дизайне» М. «Мир» 1982г.
. Б. А. Шашлов «Цвет и
цветовоспроизведение» М. «Книга» 1986 г.
. ДЕН МАРГУЛИС «PHOTOSHOP ДЛЯ
ПРОФЕССИОНАЛОВ. КАССИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО ЦВЕТОКОРРЕКЦИИ»,- ИЗД. РТВ-МЕДИА,
2001Г
. Материалы с сайта:
http://www.cambridgeincolour.com/
. Материалы с сайта:
http://www.remlab.ru/
. Материалы с сайта:
http://www.realcolor.ru/
. Материалы с сайта:
http://www.ukr-print.net/
. Материалы с сайта:
http://www.intuit.ru/
. Материалы с сайта:
http://www.webmascon.com/
. Материалы с сайта:
http://sdb.su/comp-grafika/
. Материалы с сайта:
http://www.sernam.ru/
. Материалы с сайта:
http://www.0x99.ru/