Как воспроизводится цвет в цветовой модели. Цветовая модель rgb. Цветовая модель Grayscale

RGB модель описывает излучаемые цвета. Она основана на трёх основных (базовых) цветах: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). RGB-модель можно назвать "родной" для дисплея. Остальные цвета получаются сочетанием базовых. Цвета такого типа называются аддитивными.

Из рисунка видно, что сочетание зелёного и красного дают жёлтый цвет, сочетание зелёного и синего - голубой, а сочетание всех трёх цветов - белый. Из этого можно сделать вывод о том, что цвета в RGB складываются субтрактивно.

Основные цвета взяты из биологии человека. То есть, эти цвета основаны на физиологической реакции человеческого глаза на свет. Человеческий глаз имеет фоторецептор клеток, реагирующих на наиболее зеленый (М), желто-зеленый (L) и сине-фиолетовый (S) света (максимальная длин волн от 534 нм, 564 нм и 420 нм соответственно). Человеческий мозг может легко отличить широкий спектр различных цветов на основе различий в сигналах, полученных от трех волн.

Наиболее широко RGB цветовая модель используется в ЖК или плазменных дисплеях, таких как телевизор или монитор компьютера. Каждый пиксель на дисплее может быть представлен в интерфейсе аппаратных средств (например, графические карты) в качестве значений красного, зеленого и синего. RGB значения изменяются в интенсивности, которые используются для наглядности. Камеры и сканеры также работают в том же порядке, они захватывают цвет с датчиками, которые регистрируют различную интенсивность RGB на каждый пиксель.

В режиме 16 бит на пиксель, также известном как Highcolor, есть либо 5 бит на цвет (часто упоминается как 555 режим) или с дополнительным битом для зеленого цвета (известен как 565 режим). Дополнен зеленый цвет из-за того, что человеческий глаз имеет способность выявлять больше оттенков зеленого, чем любого другого цвета.

RGB значения, представленные в режиме 24 бит на пиксель (bpp), известном также под именем Truecolor, обычно выделяется три целых значения между 0 и 255. Каждое из этих трех чисел представляет собой интенсивность красного, зеленого и синего соответственно.

В RGB - три канала: красный, синий и зелёный, т.е. RGB - трёхканальная цветовая модель. Каждый канал может принимать значения от 0 до 255 в десятичной или, что ближе к реальности, от 0 до FF в шестнадцатеричной системах счисления. Это объясняется тем, что байт, которым кодируется канал, да и вообще любой байт состоит из восьми битов, а бит может принимать 2 значения 0 или 1, итого 28=256. В RGB, например, красный цвет может принимать 256 градаций: от чисто красного (FF) до чёрного (00). Таким образом несложно подсчитать, что в модели RGB содержится всего 2563 или 16777216 цветов.

В RGB три канала, и каждый кодируется 8-ю битами. Максимальное, FF (или 255) значение даёт чистый цвет. Белый цвет получается путём сочетания всех цветов, точнее, их предельных градаций. Код белого цвета = FF(красный) + FF(зелёный) + FF(синий). Соответственно код чёрного = 000000. Код жёлтого = FFFF00, пурпурного = FF00FF, голубого = 00FFFF.

Также есть еще 32 и 48 битные режимы отображения цветов.

RGB не используется для печати на бумаге, вместо нее существует CMYK-цветовое пространство.

CMYK - это цветовая модель используемая в цветной печати. Цветовая модель является математической моделью для описания цветов целыми числами. CMYK модель построена на голубом, пурпурном, желтом и черном цветах.

Зачем нужны разные цветовые модели и почему один и тот же цвет может выглядеть по-разному

Предоставляя услуги дизайна как в области веб, так и в сфере полиграфии, мы нередко сталкиваемся с вопросом Клиента: почему одни и те же фирменные цвета в дизайн-макете сайта и в дизайн-макете полиграфической продукции выглядят по-разному? Ответ на этот вопрос заключается в различиях цветовых моделей: цифровой и полиграфической.

Цвет компьютерного экрана изменяется от черного (отсутствие цвета) до белого (максимальная яркость всех составляющих цвета: красного, зеленого и синего). На бумаге, напротив, отсутствию цвета соответствует белый, а смешению максимального количества красок - темно-бурый, который воспринимается как черный.

Поэтому при подготовке к печати изображение должно быть переведено из аддитивной ("складывающей") модели цветов RGB в субтрактивную ("вычитающую") модель CMYK . Модель CMYK использует противоположные исходным цвета - противоположный красному голубой, противоположный зеленому пурпурный и противоположный синему желтый.

Цифровая цветовая модель RGB

Что такое RGB?

Аббревиатура RGB означает названия трех цветов, использующихся для вывода на экран цветного изображения: Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий).

Как формируется цвет RGB?

Цвет на экране монитора формируется при объединении лучей трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трех цветов дает черный цвет.

Таким образом, любой цвет, который мы видим на экране, можно описать тремя числами, обозначающими яркость красной, зеленой и синей цветовых составляющих в цифровом диапазоне от 0 до 255. Графические программы позволяют комбинировать требуемый RGB-цвет из 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего. Итого получается 256 х 256 х 256 = 16,7 миллионов цветов.

Где используются изображения в режиме RGB?

Изображения в RGB используются для показа на экране монитора. При создании цветов, предназначенных для просмотра в браузерах, как основа используется та же цветовая модель RGB.

Полиграфическая цветовая модель CMYK

Что такое CMYK?

Система CMYK создана и используется для типографической печати. Аббревиатура CMYK означает названия основных красок, использующихся для четырехцветной печати: голубой (Сyan), пурпурный (Мagenta) и желтый (Yellow). Буквой К обозначают черную краску (BlacK), позволяющую добиться насыщенного черного цвета при печати. Используется последняя, а не первая буква слова, чтобы не путать Black и Blue.

Как формируется цвет CMYK?

Каждое из чисел, определяющее цвет в CMYK, представляет собой процент краски данного цвета, составляющей цветовую комбинацию. Например, для получения тёмно-оранжевого цвета следует смешать 30 % голубой краски, 45 % пурпурной краски, 80 % жёлтой краски и 5 % чёрной. Это можно обозначить следующим образом: (30/45/80/5).

Где используются изображения в режиме CMYK?

Область применения цветовой модели CMYK - полноцветная печать. Именно с этой моделью работает большинство устройств печати. Из-за несоответствия цветовых моделей часто возникает ситуация, когда цвет, который нужно напечатать, не может быть воспроизведен с помощью модели CMYK (например, золотой или серебряный).

В этом случае применяются краски Pantone (готовые смешанные краски множества цветов и оттенков), их также называют плашечными (поскольку эти краски не смешиваются при печати, а являются кроющими).

Все файлы, предназначенные для вывода в типографии, должны быть конвертированы в CMYK. Этот процесс называется цветоделением. RGB охватывает больший цветовой диапазон, чем CMYK, и это необходимо учитывать при создании изображений, которые впоследствии планируется печатать на принтере или в типографии.

При просмотре CMYK-изображения на экране монитора одни и те же цвета могут восприниматься немного иначе, чем при просмотре RGB-изображения. В модели CMYK невозможно отобразить очень яркие цвета модели RGB, модель RGB, в свою очередь, не способна передать темные густые оттенки модели CMYK, поскольку природа цвета разная.

Отображение цвета на экране монитора часто меняется и зависит от особенностей освещения, температуры монитора и цвета окружающих предметов. Кроме того, многие цвета, видимые в реальной жизни, не могут быть выведены при печати, не все цвета, отображаемые на экране, могут быть напечатаны, а некоторые цвета печати не видны на экране монитора.

Так, подготавливая логотип компании для публикации на сайте, мы используем RGB-модель. Подготавливая тот же логотип для печати в типографии (например, на визитках или фирменных бланках), мы используем CMYK-модель, и цвета этой модели на экране визуально могут немного отличаться от тех, которые мы видим в RGB. Не стоит этого опасаться: ведь на бумаге цвета логотипа будут максимально соответствовать тем цветам, которые мы видим на экране.

Цвет и его модели

Софья Скрылина, преподаватель учебного центра «Арт», г.Санкт-Петербург

В КомпьюАрт № 7"2012 была представлена статья о гармоничных цветовых сочетаниях и закономерностях влияния цвета на восприятие человека, что, несомненно, учитывают в своих проектах современные дизайнеры. Но при работе за компьютером и смешивании цветов на экране монитора возникают специфические проблемы. Дизайнер должен получить на экране монитора или на твердой копии именно те цвет, тон, оттенок и светлоту, которые требуются. Цвета на мониторе не всегда совпадают с природными красками. Очень непросто получить один и тот же цвет на экране, на распечатке цветного принтера и на типографском оттиске. Дело в том, что цвета в природе, на мониторе и на печатном листе создаются абсолютно разными способами.
Для однозначного определения цветов в различных цветовых средах существуют цветовые модели, о которых мы и поговорим в настоящей статье.

Модель RGB

Цветовая модель RGB — самый популярный способ представления графики, который подходит для описания цветов, видимых на мониторе, телевизоре, видеопроекторе, а также создаваемых при сканировании изображений.

Модель RGB используется при описании цветов, получаемых смешиванием трех лучей: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Из первых букв английских названий этих цветов составлено название модели. Остальные цвета получаются сочетанием базовых. Цвета такого типа называются аддитивными, поскольку при сложении (смешивании) двух лучей основных цветов результат становится светлее. На рис. 1 показано, какие цвета получаются при сложении основных.

В модели RGB каждый базовый цвет характеризуется яркостью, которая может принимать 256 значений — от 0 до 255. Поэтому можно смешивать цвета в различных пропорциях, изменяя яркость каждой составляющей. Таким образом, можно получить 256x256x256 = 16 777 216 цветов.

Каждому цвету можно сопоставить код, используя десятичное и шестнадцатеричное представление кода. Десятичное представление — это тройка десятичных чисел, разделенных запятыми. Первое число соответствует яркости красной составляющей, второе — зеленой, а третье — синей. Шестнадцатеричное представление — это три двузначных шестнадцатеричных числа, каждое из которых соответствует яркости базового цвета. Первое число (первая пара цифр) соответствует яркости красного цвета, второе число (вторая пара цифр) — зеленого, а третье (третья пара) — синего.

Для проверки данного факта откройте палитру цветов в CorelDRAW или Photoshop. В поле R введите максимальное значение яркости красного цвета 255, а в поля G и B — нулевое значение. В результате поле образца будет содержать красный цвет, шестнадцатеричный код будет таким: FF0000 (рис. 2).

Рис. 2. Представление красного цвета в модели RGB: слева — в окне палитры Photoshop, справа — CorelDRAW

Если к красному цвету добавить зеленый с максимальной яркостью, введя в поле G значение 255, получится желтый цвет, шестнадцатеричное представление которого — FFFF00.

Максимальная яркость всех трех базовых составляющих соответствует белому цвету, минимальная — черному. Поэтому белый цвет имеет в десятичном представлении код (255, 255, 255), а в шестнадцатеричном — FFFFFF16. Черный цвет кодируется соответственно (0, 0, 0) или 00000016.

Все оттенки серого цвета образуются смешиванием трех составляющих одинаковой яркости. Например, при значениях R = 200, G = 200, B = 200 или C8C8C816 получается светло-серый цвет, а при значениях R = 100, G = 100, B = 100 или 64646416 — темно-серый. Чем более темный оттенок серого цвета вы хотите получить, тем меньшее число нужно вводить в каждое текстовое поле.

Что же происходит при выводе изображения на печать, как передаются цвета? Ведь бумага не излучает, а поглощает или отражает цветовые волны! При переносе цветного изображения на бумагу используется совершенно другая цветовая модель.

Модель CMYK

При печати на бумагу наносится краска — материал, который поглощает и отражает цветовые волны различной длины. Таким образом, краска выступает в роли фильтра, пропускающего строго определенные лучи отраженного цвета, вычитая все остальные.

Цветовую модель CMYK используют для смешения красок печатающие устройства — принтеры и типографские станки. Цвета этой модели получаются в результате вычитания из белого базовых цветов модели RGB. Поэтому их называют субтрактивными.

Базовыми для CMYK являются следующие цвета:

• голубой (Cyan) — белый минус красный (Red);
• пурпурный (Magenta) — белый минус зеленый (Green);
• желтый (Yellow) — белый минус синий (Blue).

Помимо этих, используется еще и черный цвет, который является ключевым (Key) в процессе цветной печати. Дело в том, что реальные краски имеют примеси, поэтому их цвет не соответствует в точности теоретически рассчитанным голубому, пурпурному и желтому. Смешение трех основных красок, которые должны давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый. Поэтому в число основных полиграфических красок и внесена черная.

На рис. 3 представлена схема, из которой видно, какие цвета получаются при смешении базовых в CMYK.

Следует отметить, что краски модели CMYK не являются столь чистыми, как цвета модели RGB. Этим объясняется небольшое несоответствие базовых цветов. Согласно схеме, представленной на рис. 3, при максимальной яркости должны получаться следующие комбинации цветов:

• смешение пурпурного (M) и желтого (Y) должно давать красный цвет (R) (255, 0, 0);
• смешение желтого (Y) и голубого (C) должно давать зеленый цвет (G) (0, 255, 0);
• смешение пурпурного (M) и голубого (C) должно давать синий цвет (B) (0, 0, 255).

На практике получается несколько иначе, что мы далее и проверим. Откройте диалоговое окно палитры цветов в программе Photoshop. В текстовые поля M и Y введите значение 100%. Вместо базового красного цвета (255, 0, 0) мы имеем красно-оранжевую смесь (рис. 4).

Теперь в текстовые поля Y и C введите значение 100%. Вместо базового зеленого цвета (0, 255, 0) получается зеленый цвет с небольшим оттенком синего. При задании яркости 100% в полях M и C вместо синего цвета (0, 0, 255) мы имеем синий цвет с фиолетовым оттенком. Более того, не все цвета модели RGB могут быть представлены в модели CMYK. Цветовой охват RGB шире, чем у CMYK.

Основные цвета моделей RGB и CMYK находятся в зависимости, представленной на схеме цветового круга (рис. 5). Эта схема применяется для цветовой коррекции изображений; примеры ее использования рассматривались в КомпьюАрт № 12"2011.

Модели RGB и CMYK являются аппаратно зависимыми. Для модели RGB значения базовых цветов определяются качеством люминофора у ЭЛТ или характеристиками ламп подсветки и цветовых фильтров панели у ЖК-мониторов. Если обратиться к модели CMYK, то значения базовых цветов определяются реальными типографскими красками, особенностями печатного процесса и носителя. Таким образом, одинаковое изображение может на различной аппаратуре выглядеть по-разному.

Как отмечалось ранее, RGB является наиболее популярной и часто применяемой моделью для представления цветных изображений. В большинстве случаев изображения подготавливаются для демонстрации через монитор или проектор и для печати на цветных настольных принтерах. Во всех этих случаях необходимо использовать модель RGB.

Замечание

Несмотря на то что в цветных принтерах используются чернила цветовой модели CMYK, чаще всего изображения, подготавливаемые для печати, необходимо преобразовать в модель RGB. Но распечатанное изображение будет выглядеть немного темнее, чем на мониторе, поэтому перед печатью его необходимо осветлить. Величина осветления для каждого принтера определяется опытным путем.

Модель CMYK необходимо применять в одном случае — если изображение готовится к печати на типографском станке. Более того, следует учесть, что модель CMYK не содержит столь же большого числа цветов, как модель RGB, поэтому в результате преобразования из RGB в CMYK изображение может утратить ряд оттенков, которые вряд ли получится восстановить обратным преобразованием. Поэтому старайтесь выполнять преобразование изображения в модель CMYK на конечном этапе работы с ним.

Модель HSB

Модель HSB упрощает работу с цветами, так как в ее основе лежит принцип восприятия цвета человеческим глазом. Любой цвет определяется своим цветовым тоном (Hue) — собственно цветом, насыщенностью (Saturation) — процентом добавления к цвету белой краски и яркостью (Brightness) — процентом добавления черной краски. На рис. 6 показано графическое представление модели HSB.

Спектральные цвета, или цветовые тона, располагаются по краю цветового круга и характеризуются положением на нем, которое определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360°. Эти цвета обладают максимальной (100%) насыщенностью (S) и яркостью (B). Насыщенность изменяется по радиусу круга от 0 (в центре) до 100% (на краях). При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.

Яркость — параметр, определяющий освещенность или затемненность. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) независимо от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Для отображения этого процесса на модели добавляется новая координата, направленная вниз, на которой откладываются значения яркости от 100 до 0%. В результате получается цилиндр, образованный из серии кругов с уменьшающейся яркостью, нижний слой — черный.

С целью проверки данного утверждения откройте диалоговое окно выбора цвета в программе Photoshop. В поля S и B введите максимальное значение 100%, а в поле H — минимальное значение 0°. В результате мы получим чистый красный цвет солнечного спектра. Этому же цвету соответствует красный цвет модели RGB, его код (255, 0, 0), что указывает на взаимосвязь этих моделей (рис. 7).

В поле H изменяйте значение угла с шагом 20°. Вы будете получать цвета в том порядке, в каком они расположены в спектре: красный сменится оранжевым, оранжевый желтым, желтый зеленым и т. д. Угол 60° дает желтый цвет (255, 255, 0), 120°— зеленый (0, 255, 0), 180°— голубой (255, 0, 255), 240° — синий (0, 0, 255) и т.д.

Чтобы получить розовый цвет, на языке модели HSB — блеклый красный, необходимо в поле H ввести значение 0°, а насыщенность (S) понизить, например, до 50%, задав максимальное значение яркости (B).

Серый цвет для модели HSB — это сведенные к нулю цветовой тон (H) и насыщенность (S) с яркостью (B) меньше 100%. Вот примеры светло-серого: H = 0, S = 0, B = 80% и темно-серого цветов: H = 0, S = 0, B = 40%.

Белый цвет задается так: H = 0, S = 0, B = 100%, а чтобы получить черный цвет, достаточно снизить до нуля значение яркости при любых значениях тона и насыщенности.

В модели HSB любой цвет получается из спектрального добавлением определенного процента белой и черной красок. Поэтому HSB — очень простая в понимании модель, которую используют маляры и профессиональные художники. У них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним черной или белой. Однако при смешивании художниками красок, полученных на основе базовых, цвет выходит за рамки модели HSB.

Модель Lab

Модель Lab основана на следующих трех параметрах: L — яркость (Lightness) и два хроматических компонента — a и b . Параметр a изменяется от темно-зеленого через серый до пурпурного цвета. Параметр b содержит цвета от синего через серый до желтого (рис. 8). Оба компонента меняются от -128 до 127, а параметр L — от 0 до 100. Нулевое значение цветовых компонентов при яркости 50 соответствует серому цвету. При значении яркости 100 получается белый цвет, при 0 — черный.

Понятия яркости в моделях Lab и HSB нетождественны. Как и в RGB, смешение цветов из шкал a и b позволяет получить более яркие цвета. Уменьшить яркость результирующего цвета можно за счет параметра L .

Откройте окно выбора цвета в программе Photoshop, в поле яркости L введите значение 50, для параметра a введите наименьшее значение -128, а параметр b обнулите. В результате вы получите сине-зеленый цвет (рис. 9). Теперь попробуйте увеличить значение параметра a на единицу. Обратите внимание: ни в одной модели числовые значения не изменились. Попробуйте, увеличивая значение данного параметра, добиться изменения в других моделях. Скорее всего, у вас получится это сделать при значении 121 (зеленая составляющая RGB уменьшится на 1). Это обстоятельство подтверждает факт того, что модель Lab имеет бо льший цветовой охват по сравнению с моделями RGB, HSB и CMYK.

В модели Lab яркость полностью отделена от изображения, поэтому в некоторых случаях эту модель удобно использовать для перекраски фрагментов и повышения насыщенности изображения, влияя только на цветовые составляющие a и b . Также возможна регулировка контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения за счет изменения параметра яркости L . Примеры коррекции изображения в модели Lab приводились в КомпьюАрт № 3"2012.

Цветовой охват модели Lab шире, чем у RGB, поэтому каждое повторное преобразование из одной модели в другую практически безопасно. Более того, можно перевести изображение в режим Lab, выполнить коррекцию в нем, а затем безболезненно перевести результат обратно в модель RGB.

Модель Lab аппаратно независима, служит ядром системы управления цвета в графическом редакторе Photoshop и применяется в скрытом виде при каждом преобразовании цветовых моделей как промежуточная. Ее цветовой диапазон покрывает диапазоны RGB и CMYK.

Индексированные цвета

Для публикации изображения в Интернете используется не вся цветовая палитра, состоящая из 16 млн цветов, как в режиме RGB, а только 256 цветов. Этот режим называется «Индексированные цвета» (Indexed Color). На работу с такими изображениями налагается ряд ограничений. К ним не могут быть применены фильтры, некоторые команды тоновой и цветовой коррекции, недоступны все операции со слоями.

С изображением, скачанным из Интернета (как правило в формате GIF) очень часто возникает следующая ситуация. Нарисовать в нем что-либо получится только цветом, отличным от выбранного. Это объясняется тем, что выбранный цвет выходит за рамки цветовой палитры индексированного изображения, то есть этого цвета нет в файле. В результате происходит замена выбранного в палитре цвета на ближайший похожий цвет из цветовой таблицы. Поэтому перед редактированием такого изображения необходимо перевести его в модель RGB. 

Статья подготовлена по материалам книги Софьи Скрылиной «Photoshop CS6. Самое необходимое»: http://www.bhv.ru/books/book.php?id=190413.

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:

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.