Почему цветовая модель называется rgb. Классификация и характеристика цветовых моделей. Рождение современной колориметрии

В этой статье рассказывается о цветовых моделях, используемых программе Adobe Photoshop.

Мир, окружающий нас, полон всевозможных цветов и цветовых оттенков. С физической точки зрения цвет — это набор определённых длин волн, отражённых от предмета или пропущенных сквозь прозрачный предмет. Однако сейчас нас интересует вопрос не о том, что такое цвет, какова его физическая природа, а то, как вообще на практике можно получить тот или иной цвет. С развитием многих отраслей производства, в том числе, полиграфии, компьютерных технологий, появилась необходимость объективных способов описания и обработки цвета.

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветов получаются смешением каких-либо других. Например, сочетание красного и синего даёт пурпурный цвет, синего и зелёного — голубой. Таким образом, путём смешения из небольшого количества простых цветов, можно получить множество (и при чём довольно большое) сложных (составных). Поэтому для описания цвета вводится понятие цветовой модели — как способа представления большого количества цветов посредством разложения его на простые составляющие.

Цветовой круг

Одной из таких моделей — является цветовой круг, о котором уже неоднократно упоминалось ранее. Он представлен на рисунке и называется большим кругом Освальда .

Наряду с кругом Освальда есть еще и круг Гете , в котором основные цвета расположены в углах равностороннего треугольника, а дополнительные — в углах перевернутого треугольника. Схема такого круга представлена ниже. Друг напротив друга расположены контрастные цвета.

Цветовой охват

Перед тем как перейти к рассмотрению цветовых моделей в отдельности, рассмотрим сначала понятие цветового охвата, который даст нам представление о том, насколько та или иная цветовая модель хорошо представляет цвета. Цветовым охватом называется максимальный диапазон цветов, который способно воспроизвести или зафиксировать устройство, или человеческий глаз.

Определённым цветовым охватом обладают электронно-лучевая трубка монитора или телевизора, цветовые модели, полиграфические краски и, конечно же, глаз человека. На рисунке 3 схематически показано сравнение цветовых охватов человеческого глаза, монитора и печатающей машины. Цветовой охват монитора примерно соответствует модели RGB в различных вариациях, печатающей машины — CMYK.

Итак, цвет в компьютерных технологиях, в типографии, во многих других отраслях производства, связанных с обработкой изображения, представляется в виде комбинации небольшого количества трёх составных. Такое представление называется цветовой моделью. Различные виды моделей имеют различные цветовые охваты. В этом и заключается их основные преимущества или недостатки. Отражённый и поглощаемый цвет описывается по-разному. Существует довольно большое количество цветовых моделей, но мы остановимся лишь на тех, которые наиболее часто используются в графических пакетах.

Цветовая модель RGB

Это одна из наиболее распространенных и часто используемых моделей. Она применяется в приборах, излучающих свет, таких, например, как мониторы, проекторы, телевизоры. Данная цветовая модель базируется на трех основных цветах: Red — красном, Green — зеленом и Blue — синем. Каждая из вышеперечисленных составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, образовывая разные цвета и обеспечивая, таким образом, доступ ко всем 16 миллионам. При работе с графическим редактором Adobe Photoshop можно выбирать цвет, полагаясь не только на тот, что мы видим, но при необходимости, указывать и цифровое значение, тем самым иногда, особенно при цветокоррекции, контролируя процесс работы.

Данная цветовая модель является аддитивной, то есть при увеличении яркости отдельных составляющих будет увеличиваться и яркость результирующего цвета: если смешать все три цвета с максимальной интенсивностью, то результатом будет белый цвет; напротив, при отсутствии всех цветов получается черный.

Важно знать : числовые значения каналов в фотошоп означают яркость данного цвета. То есть, чем больше число, тем светлее выглядит канал. Чтобы лучше понять этот фундаментальный принцип, поэкспериментируйте с диалоговым окном выбора цвета, вводя в него разные значения одного канала при нулевых других.

Достоинствами данного режима является то, что он позволяет работать с 16 миллионами цветов при 8 битах на канал (224 цветов), а недостаток состоит в том, что при выводе изображения на печать часть из этих цветов теряется, в основном самые яркие и насыщенные, также возникает проблема с синими цветами.

Цветовая модель RGB считается самой легкой для освоения. Подавляющее большинство уроков для начинающих и пользователей среднего уровня написаны именно для нее. Но высокий уровень владения программой фотошоп предполагает знание основ и умение работать и в других цветовых моделях.

Цветовая модель CMYK

Гораздо ближе к цветовому охвату напечатанного изображения стоит цветовая модель CMYK.

В отличии от предыдущей цветовой модели RGB, данная модель использует так называемый субтрактивный синтез цветов. Она использует параметры отраженного света. То есть, если цвет объекта, к примеру, голубой (Cyan), это означает, что из белого цвета он поглощает красный цвет, иначе говоря, он вычитается из белого. Если цвет объекта пурпурный (Magenta), значит он поглощает зеленый цвет. И наконец, если цвет объекта желтый (Yellow), значит он поглощает голубой цвет. Если объект поглощает все цвета, мы видим его как черный. В модели CMYK черный цвет назван скелетным или ключевым (Key). Аббревиатура CMYK образована первыми буквами субтрактивных цветов.

Важно знать : каналы цветовой модели CMYK в программе фотошоп обозначают количество краски определенного цвета. То есть, чем выше числовое значение канала, тем он темнее. Это кардинальное отличие данной модели от предыдущей. Кроме того, раз CMYK содержит 4 канала, то появляется возможность более тонкой, даже ювелирной, цветокоррекции. Именно поэтому пользователи-профессионалы предпочитают выполнять цветокоррекцию в данной цветовой модели.

Подготовка изображения для печати в типографии или на принтере также требует знания и умения работать в CMYK, так как печатающие машины, в том числе и принтеры, создают изображения именно по такому принципу.

Недостатком СMYK является более узкий цветовой охват, поэтому часть цветов при преобразовании из другой цветовой модели безвозвратно теряется.

Цветовая модель Lab

Если с предыдущими цветовыми моделями сложностей обычно не возникает, то с моделью Lab ситуация совершенно иная. Понять взаимодействие цветовых каналов в ней немного сложнее. Дело в том, что в пространстве Lab цвет отделен от контраста. В одном канале L (яркость) содержится информация о деталях изображения и яркостном контрасте. Это практически черно-белая версия изображения. Канал а охватывает палитру от пурпурного цвета (127) до зеленого (-128). Канал b охватывает палитру от желтого цвета (127) до синего (-128). Нулевые значения a и b соответствуют нейтральным тонам, то есть всем оттенкам серого.

Lab называют также аппаратно-независимой моделью. Фактически, вся работа программы фотошоп основана именно на алгоритмах этой цветовой модели (хотя большинство об этом и не подозревает). Цветовой охват Lab соответствует всем видимым нами цветам, поэтому почти половина из них не воспроизводится при печати, а пятая часть не воспроизводится монитором.

Освоить работу в Lab непросто, но владение даже несколькими приемами работы в этом пространстве позволяет выполнять такую коррекцию, которую либо невозможно произвести в других моделях, либо результат, полученный в Lab за несколько секунд, достигается с большими затратами усилий и времени.

В заключении хочу добавить, что какое бы цветовое пространство вы не выбрали для работы, это само по себе ничего не значит. Чтобы добиться хорошего результата, нужно четко знать принципы образования цветов каждой модели, и, разумеется, основы работы со всеми инструментами программы фотошоп.

Желаю творческих успехов!
Евгений Карташов

Загадочные RGB и CMYK относятся к базовым знаниям графического дизайна. Мы поговорим о различиях цветопередачи для того, чтобы стало понятно, почему один и тот же цвет в макете на экране компьютера и на бумаге будет выглядеть по-разному. Возможно, вы уже сталкивались с чем-то подобным при заказе полиграфии.

Цветовая модель - это способ описания цвета с помощью количественных характеристик. Под цветовой моделью обычно подразумевают термин, который обозначает абстрактную модель описания представления цветов в виде трех- или четырехзначных чисел, называемых цветовыми компонентами (иногда - цветовыми координатами). Цветовая модель используется для описания излучаемого и отраженного цветов. Вместе с методом интерпретации этих данных множество цветов цветовой модели и определяет цветовое пространство.

Что такое RGB

Начнём с цифр. 16,7 миллионов оттенков отображает современный монитор компьютера или хорошее печатающее устройство. Такая большая палитра получается смешением всего трёх цветов в разных пропорциях - красного, синего и зелёного. В графических редакторах каждый из них представлен 256 оттенками (256х256х256=16,7 миллионов).

RGB - цветовая модель, названная так по трём заглавным буквам названий цветов, лежащих в ее основе: Red, Green, Blue , или красный, зелёный, синий. Эти же цвета образуют и все промежуточные. Научное название - аддитивная модель (от англ.слова add - «добавлять»). Служит для вывода изображения на экраны мониторов и другие электронные устройства. Обладает большим цветовым охватом.

Цветовая модель RGB предполагает, что вся палитра складывается из светящихся точек. Это значит, что на бумаге невозможно изобразить цвет в цветовой модели RGB, так как бумага поглощает цвет, а не светится. Исходный цвет можно получить, если прибавить к несветящейся - или изначально чёрной -поверхности проценты от каждого из ключевых цветов.

RGB-цвет получается в результате смешения красного, синего и зелёного в разных пропорциях: каждый оттенок можно описать тремя числами, обозначающими яркость трёх основных цветов.

Как выглядит цветовая модель RGB?

Представьте, что мы направили лучи красного, зелёного и синего цветов в одну точку на белой стене. В центре получится белое пятно, интенсивность цветов в этой точке достигает 100 %. В местах, где лучи соприкасаются, вы увидите новые оттенки:

• зелёный+синий - голубой (Cian)
• синий+ красный - пурпурный (Magenta)
• красный+зелёный - жёлтый (Yellow)

Что такое CMY(K)

Эти три цвета лежат в основе цветовой модели CMYK - субстрактивная модель (от англ. слова subtraсt - «вычитать»), которая основана на вычитании из белого первичных цветов: голубой цвет вычитает из белого цвета красный, желтый - синий, а пурпурный - зелёный. Модель CMY(K) используется в полиграфии для стандартной триадной печати и в сравнении с RGB-моделью обладает меньшим цветовым охватом. Бумага и другие печатные материалы - это поверхности, которые отражают свет. Согласитесь, гораздо удобнее считать, какое количество света отразилось от той или иной поверхности, чем считать, сколько поглотилось.

Если вычесть из белого три первичных цвета - RGB, получаются три дополнительных цвета CMY.

В модель CMYK добавлен дополнительный черный цвет, и на это есть веские причины. В теории при смешении трёх основных цветов должен получиться чёрный цвет. В реальности же в красках есть примеси, и вместо чистого черного получается неопределенный грязно-коричневый. Тем более при печати смешение сразу трёх цветов ради получения черного очень сильно увлажняет бумагу, возрастает риск ее переувлажнения при не всегда идеальных внешних условиях и в силу особенностей самих красителей. Именно поэтому в модель введён чёрный цвет для получения тёмных оттенков и непосредственно самого чёрного. Буква К в названии модели CMYK взята у слова Black, и она обозначает ключевой цвет - Key Color.

Что такое HSB?

Перед тем, как подвести итог, подчеркнём: модели RGB и CMYK не так хорошо соответствуют понятию собственно цвета, как цветовая модель HSB. Это аббревиатура с английских слов: Hue, Saturation, Brightness - тон, насыщенность, яркость. HSB основана на модели RGB, но у неё другая система координат: каждый цвет в этой модели получается путем добавления к основному спектру черной или белой краски. При этом тон - это собственно цвет и есть, насыщенность - процент добавленной к цвету белой краски, а яркость - процент добавленной чёрной краски.

Описание цветов в этой модели не соответствует цветам, воспринимаемых человеческим глазом. Эта модель используется в графических редакторах при настройке палитры цвета. Художники используют её для тщательного подбора оттенков.

В чем отличие RGB от CMYK?

Итак, подведем краткий итог:

• RGB - цветовая модель, по которой строятся цвета на экране. Основана на сложении цветов.
• CMYK - цветовая модель, по которой формируется изображение для печати. Основана на вычитании цветов.

Разница между CMYK и RGB заключается в том, что RGB-цвет по сути лишь излучаемый цвет (или свет), а CMYK-цвет - цвет отражаемый (краска). Первый образуется за счёт интенсивности свечения, а второй получается как результат наложения красок в полиграфии. Соответственно, любые изображения в электронном виде - рисунки на мониторе компьютера, фотографии на экране телефона - основываются на RGB-модели. Модель CMYK применяется для полноцветной печати. А чтобы цвета не потерялись, изображение перед печатью выводят из аддитивной модели в субстрактивную. Говоря на языке дизайнеров и специалистов подготовки макетов, модель CMYK - рабочий инструмент офсетной типографии, который выводит цвета на бумагу.

CMYK и RGB: применение на практике

Обычно при печати используют четыре краски: голубую, пурпурную, желтую и черную, что и составляет палитру CMYK. Макеты для печати обязательно должны быть подготовлены в цветовой модели CMYK, так как в процессе вывода форм растровый процессор однозначно трактует любой цвет как составляющую CMYK. Важно помнить, что цветовой охват CMYK меньше, чем RGB, поэтому все изображения, при подготовке макета на печать, требуют цветокоррекции и правильной конвертации в цветовой пространство CMYK.

Наука о цвете - ϶ᴛᴏ довольно сложная и широкомасштабная наука, в связи с этим в ней время от времени создаются различные цветовые модели, применяемые в той либо иной области. Одной из таких моделœей и является цветовой круг .

Многим известно о том, что существует 3 первичные цвета͵ которые невозможно получить и которые образуют всœе остальные. Основные цвета - ϶ᴛᴏ желтый, красный и синий. При

смешивании желтого с красным получается оранжевый, синœего с желтым – зелœеный, а красного с синим – фиолетовый. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, можно составить круг, который будет содержать всœе цвета. Он представлен на рис. и принято называть 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), ᴛ.ᴇ. - ϶ᴛᴏ способ описания цвета с помощью количественных характеристик. Цветовые модели бывают аппаратно–зависимыми (их пока большинство, RGB и CMYK в их числе) и аппаратно–независимыми (модель Lab). В большинстве ʼʼсовременныхʼʼ визуализационных пакетов (к примеру, в Photoshop) можно преобразовывать изображение из одной цветовой модели в другую.

В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определœенную точку. В этом случае цветовая модель - ϶ᴛᴏ просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осœей 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, базовых 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 (зелœеный+синий), дополнительный для зелœеного – пурпурный (красный+синий), дополнительный для синœего – желтый (красный+зелœеный) 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 базе законов Грассмана путем соединœения лучей света разных цветов. В корне этого явления лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра бывают получены путем смешивания в различных пропорциях трех базовых цветовых компонент. Этими компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами, являются красный (R ed), зелœеный (G reen) и синий (В lue) цвета. При попарном смешивании пер– вичных 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 базовых цветов, варьирование состава которых приводит к изменению результирующего цвета.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, цветовые модели (цветовое пространство) представляют средства для концептуального и количественного описания цвета. Цветовой режим - ϶ᴛᴏ способ реализации определœенной цветовой модели в рамках конкретной графической программы.

Закон Грассмана (законы смешивания цветов)

В большинстве цветовых моделœей для описания цвета используется трехмерная система координат. Она образует цветовое пространство, в котором цвет можно представить в виде точки с тремя координатами. Для оперирования цветом в трехмерном пространстве Т. Грассман вывел три закона (1853г):

1. Цвет трехмерен – для его описания необходимы три компоненты. Лю­бые четыре цвета находятся в линœейной зависимости, хотя существует неограниченное число линœейно независимых совокупностей из трех цветов.

Иными словами, для любого заданного цвета можно записать такое цве­товое уравнение, выражающее линœейную зависимость цветов.

Первый закон можно трактовать и в более широком смысле, а именно, в смысле трехмерности цвета. Необязательно для описания цвета применять смесь других цветов, можно использовать и другие величины – но их обяза­тельно должно быть три.

2. В случае если в смеси трех цветовых компонент одна меняется непрерывно, в то время, как две другие остаются постоянными, цвет смеси также изме­няется непрерывно.

3. Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонент и не за­висит от их спектральных составов.

Смысл третьего закона становится более понятным, в случае если учесть, что один и тот же цвет (в том числе и цвет смешиваемых компонент) должна быть полу­чен различными способами. К примеру, смешиваемая компонента должна быть получена, в свою очередь, смешиванием других компонент.

Цветовая модель RGB

Это одна из наиболее распространенных и часто используемых моделœей. Она применяется в приборах, излучающих свет, таких, к примеру, как мониторы, прожекторы, фильтры и другие подобные устройства.

Данная цветовая модель базируется на трех базовых цветах: Red – красном, Green – зелœеном и Blue – синœем. Каждая из вышеперечисленных составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, образовывая разные цвета и обеспечивая, таким образом, доступ ко всœем 16 миллионам (полное количество цветов, представляемых этой моделью равно 256*256*256 = 16 777 216.).

Эта модель аддитивная. 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 256 3 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 определœенного цвета. Чем ярче цветная точка (красная, зелœеная, синяя), тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.

При работе с графическим редактором Adobe PhotoShop можно выбирать цвет, полагаясь не только на тот, что мы видим, но при крайне важно сти указывать и цифровое значение, тем самым иногда, особенно при цветокоррекции, контролируя процесс работы.

У цвета есть три основные характеристики: цветовой тон , яркость и насыщенность .

Цветовой тон – позволяет идентифицировать цвета как красный, желтый, зеленый, синий или промежуточный между двумя соседними парами этих цветов. Разница в цветовых тонах зависит от длины волны света.

Яркость – характеризует относительную светлость цвета. Она определяется степенью отражения поверхности, на которую падает свет. Чем выше яркость, тем светлее цвет.

Насыщенность – характеризует отличия данного цвета от бесцветного (серого цвета) с той же степенью яркости. Чем ниже насыщенность, тем более «серым» выглядит цвет. При нулевой насыщенности цвет становится серым.

Хроматические цвета и ахроматические цвета:

К ахроматическим цветам относятся: белый, серый и черный. У них нет характеристик цветовой тон и насыщенность.

К хроматическим цветам относятся все которые мы воспринимаем, как имеющее «цвет» (отличное от белого, серого или черного).

Для описания излучаемого и отраженного цвета используются различные математические модели. Их называют цветовыми моделями . Цветовые модели являются средствами количественного описания цвета и различия его оттенков. В каждой модели определенный диапазон цветов представляют в виде трехмерного пространства. В этом пространстве каждый цвет существует в виде набора числовых координат, где каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. Этот метод дает возможность обмена цветовой информацией между цифровой техникой и программным обеспечением.

Существует множество цветовых моделей, но все они принадлежат к одному из трех типов:

- аддитивные (основанные на сложении цветов);

- субтрактивные (основанные на вычитании цветов);

- психологические (основанные на восприятии человеком).

При регистрации, обработке и подготовке к печати изображений используются три цветовые модели RGB , CMYK и CIE Lab .

Цветовая модель RGB (R – от англ. red – красный, G – от англ. green – зеленый, B – от англ. blue – синий) – аддитивная цветовая модель описывает излучаемые цвета и образована на основе трех первичных цветов: красном, зеленом и синем (рис. 39), другие цвета образуются смешиванием трех первичных цветов в разных пропорциях (т.е. с разными яркостями). При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета : голубой, пурпурный и желтый. Первичные и вторичные цвета относятся к основным цветам. Базовыми цветами называют цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимого света. Модель RGB используется в устройствах, работающих со световыми потоками: фото- и видеокамеры, сканеры, мониторы компьютеров, телевизоры и др. Она является аппаратно-зависимой, так как значения основных цветов, а также точка белого, определяются технологическими особенностями конкретного оборудования. Например, на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково.

Рис. 39. Аддитивная цветовая модель RGB

Основной недостаток RGB-модели заключается в ее аппаратной зависимой. Это обусловлено тем, что на практике RGB-модель характеризует цветовое пространство конкретного устройства, например фотоаппарата или монитора. Тем не менее, любое RGB-пространство можно сделать стандартным, однозначно определив его. Наиболее распространенными стандартными реализациями модели RGB являются (рис. 45):

sRGB (standard RGB) – стандартное цветовое пространство для Интернета соответствует цветовому пространству типичного монитора VGA низшего класса. Сегодня это пространство является альтернативой системам управления цветом, использующим ICC-профили. sRGB-модель используется для создания web-изображений или печати на недорогих струйных принтерах, из-за недостаточно широкого диапазона значений в зеленой и голубой частях спектра она не подходит для фотопечати профессионального качества;

Adobe RGB (стандартизировано Adobe Systems в 1998) – основано на одном из стандартов телевидения высокой четкости (HDTV). Модель имеет больший цветовой охват, по сравнению с sRGB и используется для регистрации изображений, удовлетворяющих требованиям высококачественной фотопечати.

Цветовая модель CMYK (C – от англ. cyan – голубой, M – от англ. magenta – пурпурный, Y – от англ. yellow – желтый, K – черный) – субтрактивная цветовая модель, которая описывает реальные красители, используемые в полиграфическом производстве (офсетная печать, цифровая фотопечать, краски, пластик, ткань и др.). В данной модели основными цветами являются цвета образующиеся вычитанием из белого основных цветов модели RGB (рис. 41). Три первичных цвета RGB при смешивании образуют белый цвет, а три первичных цвета CMY при смешивании образуют черный цвет (определение основано на поглощающих свойствах чернил).

Рис. 41. Получение модели CMY из RGB

Цвета, использующие белый свет (белая бумага), вычитая из него определенные участки спектра называются субтрактивными: когда краситель или пигмент поглощает красный и отражает зеленый и синий свет, мы видим голубой. Когда он поглощает зеленый и отражает синий и красный, мы видим пурпурный. Когда он поглощает синий и отражает красный и зеленый, мы видим желтый.

Голубой, пурпурный и желтый являются тремя первичными цветами (рис. 42), используемыми в субтрактивном смешении. Теоретически, при смешивании 100% каждого из трех первичных субтрактивных цветов: голубого, пурпурного и желтого должен получаться черный цвет. Однако примеси в чернилах не позволяют получить чистый черный цвет. По этой причине в полиграфии к этим трем цветам добавляют черный. В результате получается система их четырех цветов. Данная модель также является аппаратно-зависимой.

Диапазон представления цветов в CMYK уже, чем в RGB (рис. 45), поэтому при преобразовании данных из RGB в CMYK происходит потеря цветовой информации. Многие цвета, которые видны на мониторе, не могут быть воспроизведены красками на фотоотпечатке и наоборот.

Рис. 42. Субтрактивная цветовая модель CMYK

Цветовые модели CIE (от фр. Commission Internationale de l’Eclairage –Международная комиссия по освещению) основаны на восприятии цвета человеком и используются для того, чтобы определять так называемые аппаратно независимые цвета, которые могут правильно воспроизводиться устройствами любого типа: фотоаппаратами, сканерами, мониторами, принтерами и др. Эти модели получили широкое распространение благодаря использованию их на компьютерах и широкому диапазону описываемых цветов. Наиболее распространены следующие модели: CIE XYZ и CIE Lab.

Цветовая модель CIE XYZ (базовая цветовая модель) разработана в 1931 году. Эта система часто представляется в виде двухмерного графика (рис. 43). Красные компоненты цвета вытянуты вдоль оси Х координатной плоскости (горизонтально), а зеленые компоненты цвета вытянуты вдоль оси Y (вертикально). При таком способе представления каждому цвету соответствует определенная точка на координатной плоскости. Спектральная чистота цветов уменьшается по мере того, как вы перемещаетесь по координатной плоскости влево. В этой модели не учитывается яркость.

Рис. 43. Диаграмма цветности CIE XYZ

Цветовая модель CIE L*a*b* представляет собой усовершенствованную цветовую модель CIE XYZ. CIE L*a*b* (L* – от англ. luminance, light – светлота, a* – величина красной/зеленой составляющей, b* – величина желтой/синей составляющей, * означают разработку системы специалистами CIE) – основана на теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов «красный/зеленый» и «желтый/синий» можно воспользоваться одними и теми же осями координат. В этой трехмерной модели воспринимаемые человеком цветовые различия зависят от расстояний, с которых производятся колометрические измерения. Ось а проходит от зеленого (-а ) до красного (+а ), а ось b – от синего (-b ) до желтого (+b ). Яркость (L ) у трехмерной модели возрастает в направлении снизу вверх (рис. 44). Цвета представляются числовыми значениями. По сравнению с цветовой моделью XYZ цвета CIE Lab более совместимы с цветами, воспринимаемыми человеческим глазом. В модели CIE Lab цветовая яркость (L), цветовой тон и насыщенность (a, b ) могут рассматриваться по отдельности. В результате общий цвет изображения можно изменять без изменения самого изображения или его яркости. CIE L*a*b* это универсальная аппаратно-независимая цветовая модель, применяется для математических расчетов, производимых компьютерами при работе с цветом и используется при преобразовании между другими аппаратно зависимыми моделями. Например, при преобразовании из RGB в CMYK или из CMYK в RGB.

Данные RGB и CMYK являются аппаратными данными, не несущими информации о цветовых ощущениях без привязки к конкретному аппарату. При преобразовании мы определяем для значений модели RGB или CMYK, реализованной в данном конкретном аппарате, цветовые координаты в цветовой координатной системе CIE L*a*b*. Преобразование цвета из одного цветового пространства в другое влечет за собой потерю цветовой информации. Необходимо четко различать цветовые модели и цветовые координатные системы: в первом случае речь идет о способе воспроизведения цветовых ощущений, а во втором – об измерении этих ощущений.

Рис. 44. Диаграмма цветности CIE Lab: L – яркость;
a – от зеленого до красного; b – от синего до желтого

Цветовой охват (от англ. color gamut) – это диапазон цветов, который может различать человек или воспроизводить устройство независимо от механизма получения цвета (излучения или отражения). Человеческий глаз, цветная фотопленка, цифровые фотоаппараты, сканеры, компьютерные мониторы, цветные принтеры имеют разный цветовой охват (рис. 45). Ограниченность цветового охвата объясняется тем, что с помощью аддитивного (RGB) или субтрактивного (CMYK) синтеза принципиально невозможно получить все цвета видимого спектра. В частности, некоторые цвета, такие как чистый голубой или чистый желтый, не могут быть точно воспроизведены на экране монитора.

Отображение цветового охвата – это технология коррекции цвета в различных устройствах, при которой изображение, видимое человеком, будет максимально близко к изображению, воспроизводимому на устройствах с другими диапазонами воспроизведения цвета. Например, цветовой охват цветного принтера (CMYK), меньше, чем диапазон цветов, воспроизводимых на мониторе (RGB). Видимый на экране живой зеленый цвет при печати становится менее ярким и насыщенным. Это происходит из-за того, что изображение на экране содержит цвета, которые невозможно воспроизвести в пространстве CMYK (рис. 45).

Рис. 45. Цветовой охват разных устройств (диаграмма цветности CIE)

Задача достоверной передачи цвета сводится к построению профилей устройств. Для профилей устройств был разработан универсальный формат, получивший название ICC. Каждое устройство, задействованное в полиграфическом процессе (фотоаппарат, сканер, монитор, принтер и т.д.) имеет свою таблицу цветовых описаний – ICC-профиль . При профилировании устройств их уникальные цветовые диапазоны сравниваются со стандартным эталонным пространством. Эти профили могут быть интегрированы в файл изображения.

Типы профилей:

Входной (или исходный). Описывает цветовое пространство устройства регистрации изображения (цифровой аппарат, сканер);

Профиль отображения . Описывает цветовое пространство конкретного монитора.

Выходной (или целевой). Описывает цветовое пространство воспроизводящего устройства (принтер, плоттер, печатный станок и др.)

Преобразование цветовых охватов выполняет система управления цветом CMS (от англ. color management systems). Ее основная функция – следить за наилучшей передачей цветов всеми устройствами, используемыми в технологической цепочке. CMS стремится создать аппаратно независимые цвета и использовать для преобразования базовую цветовую модель CIE XYZ.

Заключение

В лекции рассмотрены предмет и задачи курса «Аудиовизуальные технологии обучения», определено его место в педагогической подготовке будущих учителей. Мы познакомились с основными понятиями курса, получили общие представления о истории становления, современном состоянии и тенденциях развития аудиовизуальных технологий обучения.

Следующая лекция будет посвящена современным аудиовизуальным технологиям.

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: