Способы формирования цветного изображения

Принципы создания цветного изображения.

В статье об истории возникновения цветной фотографии, говорилось, что физические принципы передачи цветов были заложены в работах Исаака Ньютона и Джеймса Максвелла и базировались они на трехкомпонентности цветового зрения человека.
Подобно тому, как любой цвет, воспринимаемый глазом человека определяется соотношением возникающих в глазу уровней нервного возбуждения всего лишь трех типов рецепторов, так и в цветной фотографии, для того , чтобы воспроизвести разнообразные цвета, оказывается достаточным использовать только три приемника лучистой энергии, различающихся по своей спектральной чувствительности.
Принципы создания цветного изображения в фотографии предусматривают на первом этапе разделение оптического изображения на три составляющие, соответствующие зонам чувствительности трех приемников световой энергии. Этот процесс называется цветоделением, или анализом цвета, а соответствующие этим зонам изображения объекта называются цветоделенными, т. е. разделенными по цвету. Следующим этапом является переходный или градационный. При этом регистрируются оптические плотности каждого из цветоделенных изображений. При этом создаются три в принципе черно-белых изображения. Заключительным этапом является синтез цвета. В этом процессе оптические плотности цветоделенных изображений управляют в трех цветовых зонах интенсивностью света, т. е. Для каждой из них строится свое монохромное (одного спектрального цвета) изображение. Затем совмещение этих трех изображений создает полноцветное воспроизведение объекта съемки.
Здесь начинаются некоторые особенности построения цветного изображения. Способов синтеза или смешивания отдельных цветов, полученных при цветоделении, существуют несколько. Самые распространенные — это аддитивный и субтрактивный.

Способы синтеза цветного изображения в фотографии.

Аддитивный метод ( по английски Add – добавлять, суммировать ) цветной фотографии.

При аддитивном методе образование цветного изображения происходит путем оптического смешения трех цветовых составляющих светового излучения, каждая из которых получена за аддитивным светофильтром, пропускающим свет только в одной трети видимого спектра, соответствующей одному из трех основных цветов: красному, зеленому и синему.
По английскому написанию этих цветов такая цветовая модель получила название: RGB.
R ( Red ) — красный;
G ( Green ) — зеленый;
B ( Blue ) — синий, голубой.
По системе RGB происходит смешение цветов в источниках, излучающих свет — в осветительных приборах, в телевизорах, мониторах.

Цветовая модель RGB.

При оптическом смешении цветов, излучаемых цветными источниками света возникают такие цвета:
зеленый + красный — желтый;
зеленый + синий — голубой;
красный + синий — пурпурный.
Смешение всех цветов в этой модели дает белый свет, а отсутствие всех трех цветов — черный.
При аддитивном методе цветной фотографии совмещение цветоделенных изображений происходит на общем экране, куда каждое из них проецируется отдельно.
Но существуют методы, когда цветоделенные изображения располагаются в одной плоскости. Такими являются растровые и линзорастровые процессы. Растровый слой состоит из красных, зеленых и синих элементов размером от 0,01 до 0,1 мм, действующих как элементарные светофильтры. В контакте с растром находится светочувствительный слой. Светофильтры растра избирательно пропускают экспонирующий свет в каждой точке изображения, построенного объективом на поверхности растрового слоя. Световой поток , достигающий светочувствительной фотографической эмульсии, зависит от цвета оптического изображения в каждой точке.
Так, например, если какая-либо малая деталь оптического изображения является синей, то эмульсия будет засвечена только под синим светофильтром растра.
Растровый фотографический материал после экспонирования проявляется в черно-белом проявителе по способу обращения. В результате в фотографическом слое образуется позитивное изображение.
Если далее рассматривать растровую пластинку в проходящем белос свете, то позитивное серебряное изображение будет экранировать цветовые элементы растра избирательно. В участках изображения, соответствующих красному, синему и зеленому цветам объекта, мы увидим соответственно красный, синий и зеленый цвета, т. к. для каждого из участков остальные элементы растра экранируются позитивным изображением объекта.
В этом случае цветосмешение происходит потому, что размеры отдельных светофильтров растра меньше величины, разрешаемой глазом и сливаются воедино.
Однако, не все цвета можно получить по аддитивной модели.
В статье о создании цветной фотографии говорилось о том казусе, который произошел с физиком Форбсом, в лаборатории которого работал Джеймс Максвелл (который считается автором первого в истории цветного фотоснимка). Форбс использовал цветовой круг, вращая его с большой скоростью для изучения процессов смешения цветов. Он пытался на основе синего и желтого цветов получить зеленый цвет, но получил розовый! Выяснилось, что цвета красящих пигментов глаз человека воспринимает по другому, чем цвет светящихся объектов. Дело в том, что мы видим не только падающий свет, но и отраженный от поверхностей объектов.

Субтрактивный (от англ. subtract – вычитать ) метод цветной фотографии.

В этом методе используются цвета дополнительные к основным при RGB-модели.
Для получения цвета с помощью красителей на бумажной или иной поверхности используют тройку основных цветов, которая носит название CMYK по английскому написанию основных цветов:
C (Cyan) — голубой;
M (Magenta ) — пурпурный;
Y ( Yellow ) — желтый.
В принципе этих цветов должно хватить для образования любого цвета, но оказывается, что при смешении всех трех основных цветов черный цвет по практическим причинам не получается, а получается грязно-серый коричневатого оттенка. Это объясняется неидеальностью цветов красящих пигментов. Поэтому в данную систему включают еще и черный цвет, который получается специальным пигментом, например, сажей. И этот цвет называют ключевым:
K ( Key, Black ) — черный.

Цветовая модель CMYK.

Смешение основных цветов дает следующие цвета:
пурпурный + голубой — синий, ( с оттенком фиолетового, что зависит от пропорции смешиваемых цветов );
пурпурный + желтый — красный, ( может быть преобразован в оранжевый или розовый путем изменения соотношения входящих составляющих);
желтый + голубой — зеленый, ( может быть преобразован как в салатовый, так и в изумрудный при использовании тех же первичных цветов ).
В этой системе смешение всех цветов дает черный цвет, а их полное отсутствие — белый (цвет бумаги).
Субтрактивная цветовая модель ( от англ. substract- вычитать) заключается в том, что при отражении световых лучей от цветового красителя (пигмента ) из белого света вычитаются цветовые составляющие, которые поглощаются, а не отражаются. При этом образующие цвета имеют длину волны отраженного света, а не поглощенного. При освещении каждый из трех основных цветов поглощает дополняющий его цвет: голубой поглощает красный, пурпурный — зеленый, желтый — синий. Например, если увеличить количество желтой краски, то интенсивность синего цвета в изображении уменьшится. В результате поглощения голубого и пурпурного цветов образуется желтый. Таким образом, можно сказать, что желтый цвет является результатом вычитания из отраженного света голубого и пурпурного. При поглощении красного и отражении синего и зеленого цветов мы видим объект как голубой. Если поглощается зеленый цвет и отражается синий и красный создается пурпурный цвет.

Субтрактивная цветовая модель, применяемая для получения цветных изображений на белой поверхности. Эта модель используется в большинстве устройств вывода, таких как лазерные и струйные принтеры, когда для получения твердых копий краски наносятся на белую бумагу. Также эта модель используется в цветных многослойных фотопленках.

Кроме цветовых моделей RGB и CMYK существуют и другие. Дело в том, что эти модели аппаратно-зависимые, т. е. Они зависят от свойств и настроек использующих их устройств: дисплеев, принтеров и т. д.

Цветовые модели LAB и HSB.

Имеют распространение и другие цветовые модели, среди которых наиболее распространены модели LAB ((L – по-английски luminance, light – светлота, a – величина красной/зеленой составляющей, b – величина желтой/синей составляющей), и HSB (Hue — цветовой тон, Saturation – насыщенность, Brightntss – яркость) которые являются аппаратно-независимыми и могут правильно воспроизводиться всеми устройствами: фотоаппаратами, принтерами, сканерами, мониторами. Эти модели в отличие от RGB и CMYK являются перцепционными, т. е. базирующимися на восприятии цвета человеческим глазом.

Цветовая модель HSB.

Цветовая модель LAB.

Строго говоря разные цветовые модели неодинаково передают одни и те же цвета. Это можно видеть на рис.:

Сравнение светового охвата RGB и CMYK моделей.

Все многообразие цветов, создаваемых той или иной цветовой моделью носит название цветового охвата. Самый широкий цветовой охват включает в себя все воспринимаемые глазом цвета называется натуральным. В сравнении с ним охват цветовой модели RGB несколько меньше, а модели CMYK еще меньше.

Сравнение цветового охвата разных моделей и устройств.

Источник

Цветная лазерная и светодиодная печать

Основные принципы построения изображения и перевода его с «языка цифр» в видимый отпечаток полностью аналогичны тому, как это происходит в чёрно-белых принтерах. Поэтому рассмотрим здесь только создание цветного изображения, используемые для этого элементы и технологические решения. Для создания цветного изображения принтер должен сформировать на бумаге 4 накладывающихся друг на друга изображения, каждое из которых будет окрашено в свой цвет: голубой, пурпурный, жёлтый или чёрный. Это основные полиграфические цвета, участвующие в субтрактивной модели создания цветного изображения. Существуют 2 различных способа создания полноцветного изображения: многопроходная и однопроходная технология.

Многопроходная технология подразумевает наличие в принтере промежуточного носителя (т.н. ремня переноса изображения) на который на каждом из проходов попадает изображение своего цвета. После формирования всех четырёх изображений готовая полноцветная картинка переводится с ремня переноса на бумагу точно так же, как в рассмотренном выше чёрно-белом варианте на этапе 5. Такая технология очень хорошо отработана — принтеры и копировальные аппараты, использующие её, были самыми первыми полноцветными устройствами. На сегодня эта технология используется в основном в самых младших моделях цветных лазерных принтеров, что позволяет делать их весьма дешёвыми. Одним из основных недостатков такой технологии считается достаточно низкая скорость цветной печати (для формирования полноцветного изображения, как хорошо видно на анимации слева, механизм принтера вынужден совершить 4 рабочих хода). Кроме того, в силу достаточно большого количества подвижных элементов внутри принтера, при работе такого механизма создаётся много шума (особый вклад в это вносит вращающийся револьвер с тонер-картриджами). Скорость чёрно-белой печати таких принтеров обычно приближается к скорости печати хороших сетевых принтеров, а себестоимость чёрно-белой печати практически равна себестоимости печати на обычном чёрно-белом принтере. Необходимо обратить внимание, что ресурс фотобарабана и ремня переноса изображений для многопроходных принтеров обычно заявляются для чёрно-белых отпечатков. При цветной печати заявленный ресурс надо делить на 4.

Однопроходная печать (в наиболее характерной своей реализации, в том числе используемой и в цветных принтерах Оки) подразумевает наличие в принтере четырёх печатных механизмов, расположенных в ряд (тандемный тип) и создающих полноцветное изображение непосредственно на бумаге за один проход. Бумага движется на транспортном ремне через принтер и проходит последовательно под каждым из четырёх цветных фотобарабанов, с которых на неё переносится тонер, в результате чего за один проход создаётся полностью сформировавшееся цветное изображение. Такой способ формирования изображения позволяет достигать весьма высокой скорости цветной печати, в 3-4 раза превышающей скорость печати многопроходных принтеров (что очевидно).

Скорость чёрно-белой печати при этом также весьма высока. При чёрно-белой печати печатные барабаны цветов C,M и Y поднимаются над поверхностью бумаги и не принимают участия в создании изображения, благодаря чему их ресурс при чёрно-белой печати не расходуется. А чёрный барабан имеет возможность вращаться быстрее, так как отсутствуют дополнительные потребители энергии в виде трёх других фотобарабанов. Благодаря прямому маршруту прохождения бумаги появляется возможность использовать носители достаточно большой плотности, а кроме того, в силу отсутствия промежуточных носителей, можно использовать материалы превышающие стандартную длину: в частности печатать на баннерах длиной до 1.2 метра! Справедливости ради, следует заметить, что однопроходная технология цветной печати, впервые реализованная на бюджетных цветных принтерах именно фирмой OKI (модель OKIPAGE 8c, появившаяся в начале 1998 года). Эта модель стала возможной в основном благодаря тому, что для засветки фотовалов используются компактные светодиодные линейки, а не громоздкие оптико-механические лазерные системы.
Однако, для достижения быстрой цветной печати, сегодня однопроходная технология используется в цветных принтерах многих производителей (хотя далеко не для всех очевидно, что скорость печати вообще является важным фактором для цветных принтеров). Но реализация часто отличается от изложенной выше. Ниже приведён один из примеров (применяется в принтерах Konica-Minolta и Xerox). Для печати используется печатный картридж, в котором содержится 3 вала, два из которых формируют промежуточное двух-цветное изображение, а на третьем изображения с двух валов складываются и формируют полноценное цветное изображение, которое тут же наносится на бумагу и закрепляется в печке. Для засветки фотовалов используется остроумная система разделения лазерных лучей, имеющая фирменное название у каждого из производителей. Очевидным недостатком такой системы является невозможность экономии ресурса неиспользуемых валов при чёрно-белой печати: ведь все 3 вала всегда будут находиться во взаимном соприкосновении и постоянно вращаться вне зависимости от того, цветное изображение создаёт принтер или чёрно-белое. С другой стороны принтеры, использующие такой метод формирования изображения, являются весьма компактными и у них удобно реализован доступ к расходным материалам. Да и печатный картридж всего один вместо четырёх, как в рассмотренном выше варианте. Следует отметить, что расходными материалами для цветных принтеров являются 4 тонера (по цветам CMYK), которые устанавливаются в принтер по отдельности; фотобарабан или фотобарабаны (для однопроходной печати), ремень переноса для многопроходного принтера и транспортный ремень в однопроходных принтерах, а также печка. Часто производители не заявляют печку в качестве расходного материала, но обычно её ресурс заметно ниже ресурса самого принтера и пользователю рано или поздно нужно будет её заменить. Лёгкость замены и отсутствие необходимости производить замену при помощи сервисного инженера может являться заметным преимуществом.

В отличие от чёрно-белых принтеров, в цветных не может быть применена система рециркуляции тонера, потому как в процессе работы тем или иным образом тонер одного цвета может попасть в зону картриджа другого цвета. Если при этом он будет отправлен в систему рециркуляции, то цвет его будет отличаться от чистого и создать нормальное изображение будет невозможно. Поэтому в цветных принтерах всегда используется сброс отработанного тонера в бункер и его последующая утилизация. Бункер при этом может быть организован как в качестве отдельной ёмкости (которую можно либо заменить, как рекомендовано, либо просто опорожнить, как чаще всего и делают), так и в виде заизолированной полости непосредственно в тонер-картридже.

Источник