Цветовые модели. Закон Грассмана. Модели RGB, CMYK, Lab, HSB. Глубина цвета. Черно-белый и полутоновой режим. Плашечные цвета. Кодирование цвета, палитры. Проблема цветового охвата. Цветовые профили. Управление цветами. Цветоделение.
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 .
Cуществует 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) – 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:
CMY (Cyan Magenta Yellow);
CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет);
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 разбить 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 (R ed), зеленый (G reen) и синий (В lue) цвета. При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (С yan), пурпурный (M agenta) и желтый (Y ellow). 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.
Наверняка многие слышали о таких цветовых моделях как RGB и CMYK, но на самом деле таких схем не 2 и не 5, а больше.
Цветовые модели бывают разные и о них пойдет сегодня речь.
RGB - R ed G reen B lue, как известно, что почти любой цвет можно задать комбинацией трех цветов - красный+зеленый+синий.
Вот из википедии пример такой модельки:
Данная модель называется аддитивной, так как для указания любого из цветов, используется добавление одного из цветовых каналов к черному. Что прекрасно видно на рисунке
Принцип RGB основан на восприятии цвета сетчаткой глаза человека:
Как видно из рисунка и описания, если ни один из цветовых каналов не задан - изображение будет черным. Если же задать все цветовые каналы по-максимуму, то получится белый цвет.
В отличии от CMYK, RGB-модель охватывает гораздо большое число цветовых тонов и нашла свое широкое применение в телевизорах и мониторах. В телевизорах (ЭЛТ) как раз стоят 3 "пушки", которые бомбардируют пучки цвета на экран. В LCD экранах жидкие-кристаллы также состоят из RGB составляющих.
В компьютерах RGB модель так и задается в виде чисел от 0 до 255 для каждого цвета. Если брать html, то черный цвет будет #000000 , красный #FF0000 , зеленый #00FF00 , синий #0000FF , а белый как #FFFFFF . Серый цвет буде что-то вроде #d3d3d3 .
Те, кто знаком с полиграфией, знают, что там используется другая цветовая модель - CMYK. C - Cyan, M - magenta, Y - yellow, K - blacK (насчет K много споров, многие считают его производным от k ey plate - ключевая поверхность, кто-то от k ontur - контурная пленка, а кто-то от k obalt - темно-серый цвет). По-русски это Голубой, Пурпурный, Желтый и Черный цвета.
Так же, как и в RGB, используется задание цвета путем указания процентного содержания одного из цветовых каналов.
Причем г+п+ж = черный цвет, но эстетам полиграфии этого мало. Они имеют дело с различным оборудованием и с различным материалом, на котором печатается изображение. Для полиграфии важно насколько изображение итоговое копирует оригинал. Ведь при использовании RGB модели, печать на черном и на белом фоне (а также, например, на кремовом) - будет отличаться. А вот CMYK модель позволяет нивелировать (свести к минимуму) подобные косяки. Причем для конкретного оборудования и конкретного материала рекомендуется создавать свою схему CMYK, что приводит к расходам на настройщика. Прям пианино, а не принтер =)
В разных странах свои стандарты CMYK также. В Америке одни, в Европе другие и тд.
Черный цвет (а в CMYK-принтера, например, лазерных цветных, 4 картриджа), который задается смешиванием 100%-но насыщенных г+п+ж приводит также к излишнему намоканию бумаги (поверхности), что приводит к ее деформации от влаги. Поэтому и стоит отдельный картридж. Ну и отдельный черный цвет дешевле других (поэтому и в обычных принтерах есть цветной отдельный и отдельный черный картридж).
Раз мы уже говорили выше о восприятии глазом RGB-модели, то для CMYK она такая же:
Если очень близко друг к друг разместить 3 (или 4, в случае с CMYK) разноцветных точки, то сетчатка сольет их в одну точку с определенным цветом. Вот для примера увеличенное изображение курсора мышки на БЕЛОМ фоне обычного LCD монитора:
Макросьемка курсора на белом фоне для TN+film матрице монитора:
Точно также и для остальных цветовых моделей. Глаз сам дорисовывает цвет.
CIE XYZ - линейная трехкомпонентная цветовая модель, основана на изучении человеческого глаза организацией CIE (Commission Internationale de l"Eclairage ). Ученые создали модель стандартного человеческого глаза и уже на ее основе цветовую модель. Грубо говоря, CIE XYZ это то, как видет трехкомпонентное изображение стандарный человек .
Из википедии:
Как известно, цветовое зрение человека обусловлено наличием трёх видов световосприимчивых рецепторов на сетчатке глаза, максимумы спектральной чувствительности которых локализованы в области 420, 534 и 564 нм, что соответствует синему, зелёному и жёлтому (хотя в литературе обычно пишут «красному») цветам. Они являются базовыми, все остальные тона воспринимаются как их смешение в определённой пропорции. Например, чтобы получить жёлтый спектральный цвет, совсем необязательно воспроизводить его точную длину волны 570—590 нм, достаточно создать такой спектр излучения, который возбуждает рецепторы глаза сходным образом. Это явление называется .
Комитет CIE провёл множество экспериментов с огромным количеством людей, предлагая им сравнивать различные цвета, а затем с помощью совокупных данных этих экспериментов построил так называемые функции соответствия цветов (color-matching functions) и универсальное цветовое пространство (universal color space), в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для среднестатистического человека.
Функции соответствия цветов — это значения каждой первичной составляющей света — красной, зелёной и синей, которые должны присутствовать, чтобы человек со средним зрением мог воспринимать все цвета видимого спектра. Этим трём первичным составляющим были поставлены в соответствие координаты X, Y и Z.
YUV - линейная трехкомпонентная цветовая модель, в основе которой стоит яркость и две цветоразностных компоненты. Подобную модель мы уже рассматривали в .
Кратко модель можно описать так:
Для любого пикселя (если речь идет о компьютерном изображении) создается слой яркости (в оттенках серого), а также 2 слоя, необходимых для восстановления оригинала. Модель использовалась для перехода от ч/б ТВ к цветному, так как старые телевизоры могли использовать лишь один слой, а новые цветные все 3 компонента. Думаю технология аналогичная используется и в окрашивании старых советских кино в цвет.
Модель YUV:
HSV (Hue, Saturation, Value — тон, насыщенность, значение) или HSB (Hue, Saturation, Brightness — оттенок, насыщенность, яркость) - цветовая модель, тоже трехкомпанентная.
Как видно из рисунка, данные модели представляются в трехмерном формате (цилиндр и конус). Из-за трехмерности не совсем удобно их использовать в качестве цветовой модели внутри ПО и изображений, но зато в качестве визуализации они подходят очень кстати.
Думаю подобные палитры в графических редакторах видели многие из вас:
Для выбора цвета из палитры, действительно, такой формат представления удобен и часто используется в прикладном ПО.
RYB - модель на основе 3х компонентов - Красного, Желтого и Синего цветов. Раньше считалась правильной, но не все цвета можно такой моделью задать, особенно оттенки зеленого. Основана на палитре художников, которые смешивают краски для получения нужного цвета, но художники используют не 3 цвета, а большее количество, поэтому модель не используется сейчас уже.
Lab — аббревиатура названия двух разных (хотя и похожих) . Более известным и распространенным является CIELAB (точнее, CIE 1976 L*a*b*), другим — Hunter Lab (точнее, Hunter L, a, b). Таким образом, Lab — это неформальная аббревиатура, не определяющая цветовое пространство однозначно. Чаще всего, говоря о пространстве Lab, подразумевают CIELAB.
При разработке Lab преследовалась цель создания цветового пространства, изменения цвета в котором будет более линейным с точки зрения человеческого восприятия (по сравнению с ), то есть с тем, чтобы одинаковое изменение значений координат цвета в разных областях цветового пространства производило одинаковое ощущение изменения цвета. Таким образом математически корректировалась бы нелинейность восприятия цвета человеком. Оба цветовых пространства рассчитываются относительно определенного значения . Если значение точки белого дополнительно не указывается, подразумевается, что значения Lab рассчитаны для стандартного осветителя D50. (c) Wikipedia
Для простых смертных, RGB и CMYK это то, как мы будем кодировать цвета для машин, причем не учитывая итог (CMYK учитывает итог путем калибровки инструмента и цветовой модели). А вот LAB обеспечивает отображение именно того цвета, который увидит человек. Часто используется как промежуточная цветовая модель при переводе из одной модели к другой.
NCS (Natural Color System , естественная система цвета) — цветовая модель, предложенная Скандинавским институтом цвета (Skandinaviska Färginstitutet AB), Стокгольм, Швеция. Она основана на системе противоположных цветов и нашла широкое применение в промышленности для описания цвета продукции.
За основу взяты 6 цветов: Белый, черный, голубой, желтый, зеленый и красный.
Остальные цвета получаются путем задания темноты, насыщенности и двух основных цветов.
Вроде (беру из головы):
Оранжевый: 5% темноты, 80% насыщенности, 50% желтого, 50% красного.
Ну и в таком духе.
Цветовая модель Пантон , система PMS (Pantone Matching System) — стандартизованная система подбора цвета, разработанная американской фирмой Pantone Inc в середине XX века. Использует цифровую идентификацию цветов изображения для полиграфии печати как смесевыми, так и красками. Эталонные пронумерованные цвета напечатаны в специальной книге, страницы которой веерообразно раскладываются.
Существуют и другие цветовые модели, я отобрал наиболее приглянувшиеся и интересные. Для наших простых нужд хватает RGB, YUV, LAB моделей, для полиграфии добавляются еще CMYK и другие.
Вообще довольно интересно было узнать о том, как вроде бы простой цвет задают совершенно разными моделями.
Цели урока:
- Образовательные : Дать основополагающие знания о физических моделях восприятия цвета объекта RGB и CMY(K). Объяснить взаимодействие цветовых координат данных моделей.
- Развивающие : развивать умение представлять результаты исследования в заданном формате
- Воспитательные: развивать навыки самостоятельного выполнения задания, развивать эстетический вкус, проявлять творческое отношение к работе
Задачи урока:
- Повторить: назначение и основные функции графического редактора, принципы формирования изображения в растровой и векторной графике
- Научить определять основные цвета при помощи цветовых моделей
- Проверить усвоение материала. Проанализировать выявленные ошибки.
В результате изучения темы учащиеся должны:
знать:
- физические модели восприятия цвета объекта RGB и CMY(K)
- соотношение моделей RGB и CMY
уметь:
- определять цвета по заданной цветовой схеме
Оборудование: ПК, программа PowerPoint, мультимедийный проектор, интерактивная доска, раздаточный материал, презентация «Цветовые модели».
Ход урока
План урока
- Организационный момент (2 мин)
- Фронтальный опрос (3 мин)
- Объяснение нового материала (19 мин)
- Просмотр презентации (8 мин)
- Проверка усвоения материала (10 мин)
- Подведение итогов урока (1 мин).
- Домашнее задание (2 мин)
УРОК 45 мин
1. Организационный момент (2 мин ).
- Проверка присутствующих
- Оформление журнала
- Ознакомление учащихся с темой урока
2. Фронтальный опрос (3 мин ).
Учащиеся с места должны ответить на вопросы:
а) назначение графического редактора
Графический редактор - программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать изображения с помощью компьютера.
б) принципы формирования изображения в растровой и векторной графике
В растровой графике изображение представляется двумерным массивом точек (элементов растра), цвет и яркость каждой из которых задается независимо. Пиксель - основной элемент всех растровых изображений. Векторная графика описывает изображение с помощью математических формул.
в) Объяснение нового материала (19 мин )
Преподаватель: Считается, что наш человеческий глаз способен различать около 16 млн. оттенков цвета. Возникает естественный вопрос, как объяснить компьютеру, что один объект красного цвета, а другой розового? В чем между ними разница, так хорошо различимая нами на глаз. Для формального описания цвета придумано несколько цветовых моделей и соответствующих им способов кодирования.
Запишем в тетрадь определение:
Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью.
Сегодня мы с вами рассмотрим модели RGB и CMY(K).
Перепишите это в тетрадь.
Цветовая модель RGB (аббревиатура английских слов R ed, G reen, B lue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель.
Используется для излучаемого света , т.е. при подготовке экранных документов.
Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза.
Любой цвет можно представить в виде комбинации 3 основных цветов R ed (красный), G reen (зелёный), B lue (синий). Эти цвета называют цветовыми составляющими.
Аддитивной модель называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному.
Запишите в тетрадь основные цвета. (Учащиеся переписывают материал с доски)
Преподаватель: Слово аддитивная (сложение) подчеркивает, что цвет получается при сложении точек трех базовых цветов, каждая своей яркости. Яркость каждого базового цвета может принимать значения от 0 до 255 (256 значений), таким образом, модель позволяет кодировать 2563 или около 16,7 млн цветов. Эти тройки базовых точек (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, так что каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем ярче цветная точка (красная, зеленая, синяя), тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.
Посмотрите на доску и на выданный материал.
На интерактивной доске выводится модель RGB (аналогичная схема в раздаточном материале у каждого учащегося). Преподаватель продолжает объяснять и показывает на схеме.
Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов.
- Чистый красный может быть определён как как (255,0,0) - R ed
- Чистый зеленый (0,255,0) - G reen
- Чистый ярко-синий цвет (0,0,255) – B lue
На схеме вы видите, что при смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий) мы получаем
- при смешении синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный или лиловый (M magenta)
- при смешении зеленого (G) и красного (R) - жёлтый (Y yellow)
- при смешении зеленого (G) и синего (B) - циановый (С cyan)
- при смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W)
- Если яркость всех трех базовых цветов минимальна (равна нулю), получается черная точка (Черный - (0,0,0))
- Если яркость всех трех цветов максимальна (255), при их сложении получается белая точка (Белый - (255,255,255)
- Если яркость каждого базового цвета одинакова, получается серая точка (чем больше значение яркостей, тем светлее).
Точка какого-нибудь красивого, сочного цвета получается в том случае, если при смешении одного (или двух) цветов гораздо меньше, чем двух (одного) других. Например, сиреневый цвет получается, если мы возьмем по максимуму красного и синего цветов и не возьмем зеленого , а желтый цвет - достигается смешением красного и зеленого.
Устройства ввода графической информации (сканер, цифровая камера) и устройство вывода (монитор) работают именно в этой модели.
Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK, поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB, значительно тускнеют и гаснут в модели CMYK, которую мы сейчас рассмотрим.
Цветовая модель CMY ( K)
Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, освещающего их, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета (окрашены в них).
На доске уже написано название модели и базовые цвета.
CMY
(
K
)
C
yan M
agenta Y
ellow BlacK
Голубой Пурпурный Желтый Черный
Перепишите это в тетрадь.
Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными ("вычитательными") . Для их описания используется субтрактивная модель CMY (С - это Cyan (Голубой), М - это Magenta (Пурпурный), Y - Yellow (Желтый)). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB.
Если вычесть из белого три первичных цвета RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY.
В этом случае и основных субтрактивных цветов будет три:
- голубой (белый минус красный)
- пурпурный (белый минус зеленый)
- желтый (белый минус синий)
Цветовая модель CMY ( K ) используется при работе с отраженным цветом (при печати) .
При смешениях двух субтрактивных (вычитаемых) составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски). Таким образом:
- при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет
- при полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) получится белый цвет (белая бумага)
- смещение равных значений трех компонентов даст оттенки серого.
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 (посмотрите на выданный материал). 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.
Для улучшения качества отпечатка в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная краска . Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно. Черный компонент сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (K ey) в процессе цветной печати(или blacK ).
Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255.
Печать четырьмя красками, соответствующими CMYK, также называют печатью триадными красками .
Цвет в CMYK зависит не только от спектральных характеристик красителей и от способа их нанесения, но и их количества, характеристик бумаги и других факторов. Фактически, цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата и не определяют цвет однозначно.
Цветовой круг
При обработке изображений необходимо ясно понимать взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK. Без знания этих закономерностей трудно оценить качество цвета, назначить корректирующие операции, да и просто разумно использовать простейшие инструменты, предназначенные для работы с цветом.
Если эти две модели представить в виде единой модели , то получится усеченный вариант цветового круга, в котором цвета располагаются и известном еще со школы порядке (только без производного оранжевого цвета): красный (R), желтый (Y), зеленый (G), голубой (C), синий (В) – пурпурный (лиловый, фиолетовый) М - Magenta
КАЖДЫЙ ОХОТНИК
ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СИДИТ ФАЗАН
или
КАК ОДНАЖДЫ
ЖАН - ЗВОНАРЬ ГОЛОВОЙ СВАЛИЛ ФОНАРЬ
или
КАЖДЫЙ ОФОРМИТЕЛЬ
ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СКАЧАТЬ ФОТОШОП
Рассмотрим самую простую и востребованную модель, называемую цветовым кругом. В нем на одинаковом расстоянии друг от друга размещены координаты основных цветовых систем RGB и CMYK.
Пары цветов, расположенные на концах одного диаметра (под углом 180 градусов), называются
На цветовом круге основные цвета моделей RGB и CMY находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплиментарного) цвета; при этом он находится на равном расстоянии
между цветами, с помощью которых он получен.
Комплиментарными цветами являются:
- зеленый и пурпурный,
- синий и желтый,
- голубой и красный.
Дополнительные цвета являются в некотором смысле взаимоисключающими. Добавление любой краски цветового круга компенсирует дополнительную краску, как бы разбавляет ее в результирующем цвете.
Например, чтобы изменить цветовое соотношение в сторону зеленых тонов, следует понизить содержание пурпурного цвета, который является дополнительным к зеленому.
Это утверждение можно выразить в виде следующих кратких формул:
Преподаватель пишет на доске:
А теперь самостоятельно запишите в тетрадь оставшиеся 5 формул:
100%Magenta = 0Green
100%Yellow = 0Blue
0%Magenta = 255Green
0%Yellow = 255Blue.
Прослушайте и запишите в тетрадь предложение:
Голубой цвет противоположен красному, потому что голубые красители поглощают красный цвет и отражают синий и зеленый. Голубой цвет - это отсутствие красного.
Преподаватель спрашивает 5 учащихся с целью изменить формулировку предложения для оставшихся 5 цветов.
Приведем сводку основных и производных правил цветового синтеза по круговой модели (смотрите раздаточный материал):
- Каждый субтрактивный (аддитивный) цвет находится между двумя аддитивными (субтрактивными).
- Сложение любых двух цветов RGB (CMY) дает цвет CMY (RGB), лежащий между ними. Например, смешивая зеленый и синий, получим голубой, а смесь желтого и пурпурного образует красный.
Запишите самостоятельно в тетради все возможные соотношения такого вида (6 формул)
Red + Green = Yellow
Blue + Green = Cyan
Red + Blue = Magenta
Cyan+ Magenta = Blue
Cyan + Yellow = Green
Magenta + Yellow = Red.
- Наложение красного и зеленого с максимальной интенсивностью дает чистый желтый цвет. Уменьшение интенсивности красного смещает результирующий в сторону зеленых оттенков, а снижение вклада зеленого делает цвет оранжевым.
- Смешение синего и красного в максимальной пропорции дает фиолетовый цвет. Уменьшение доли синего влечет за собой сдвиг в область розового цвета, а уменьшение красного сдвигает цвет в сторону пурпурного.
- Зеленый и синий цвета образуют голубой. Существует около 65 тысяч различных оттенков голубого, которые можно синтезировать, смешивая в разных пропорциях данные цветовые координаты.
- Наложение голубой и пурпурной краски максимальной плотности дает глубокий синий цвет.
- Пурпурный и желтый красители порождают красный цвет. Чем выше плотность составляющих, тем выше его яркость. Уменьшение интенсивности пурпурного придает цвету оранжевый оттенок, снижение доли желтой составляющей дает розовый цвет; Желтый и голубой дают ярко-зеленый цвет. Уменьшение доли желтого порождает изумрудный, а снижение вклада голубого - салатовый.
- Осветление или затемнение цвета предельной насыщенности влечет за собой снижение его насыщенности.
Запишем в тетради:
Вложение цвета можно увеличивать и уменьшать, регулируя вклады его комплиментарного цвета или смежных цветов.
4. Просмотр презентации (8 мин )
Сейчас мы просмотрим презентацию, чтобы закрепить пройденный материал и узнать, что нас ждет на следующих уроках.
5. Проверка усвоения материала (10 мин )
Прошу вас ответить на вопросы по новой теме:
1. Перечислите базовые цвета моделей RGB и CMY(К).
- Цветовая модель RGB - Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий
- Цветовая модель CMY - С - это Cyan (Голубой), М - это Magenta (Пурпурный), Y - Yellow (Желтый)
2. Какая цветовая модель используется для излучаемого цвета?
3. Почему ее называют аддитивной?
Аддитивной модель называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному
4. Что означает буква К в цветовой модели CMYК?
Черный компонент, поскольку эта краска является главной, ключевой (K ey) в процессе цветной печати (или blacK ).
5. Для чего используется модель цветовой круг?
Чтобы понимать взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK.
6. Какие цвета называют комплиментарными?
Пары цветов, расположенные на концах одного диаметра на цветовом круге (под углом 180 градусов), называются комплиментарными или дополнительными.
- Перечислить комплиментарные цвета.
- зеленый и пурпурный
- синий и желтый
- голубой и красный.
6. Подведение итогов урока (1 мин ).
Наш урок подходит к концу. Сегодня вы узнали о цветовых моделях RGB и CMY(К), базовые цвета этих моделей, взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK. Знакомство с цветовыми моделями мы продолжим на следующем уроке.
7. Домашнее задание (2 мин )
Запишите домашнее задание:
- По модели Цветовой круг повторить основные формулы получения цвета
- Профильная школа «Технология обработки текстовой информации. Технология обработки графической и мультимедийной информации» А.В.Могилев, Л.В.Листратова СПб.: БХВ-Петербург, 2010 р.8.2.
- Уроки компьютерной графики. CorelDRAW. Учебный курс Л. Левковец СПб.: Питер, 2006 ур.2
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
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 |
| ||||||
