Способы описания цвета описание

Способы описания цвета описание

В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название — глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 65 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе кодирования возможно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют True Color ).

С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и прочие).

В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании).

Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как из законов Гроссмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве.

Первый закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой, из этих трех цветов сложением двух остальных.

Второй закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.

Третий закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от ихцвета, но не спектрального состава. То есть цвет (C) смеси выражается суммой цветовых уравнений излучений:

Таким образом, прямоугольная трехмерная координатная система цветового пространства для аддитивного способа формирования изображения имеет точку начала координат, соответствующую абсолютно черному цвету (цветовое излучение отсутствует), и три оси координат, соответствующих основным цветам. Любой цвет (С) может быть выражен в цветовом пространстве вектором, который описывается уравнением:

которое практически идентично уравнению свободного вектора в пространстве, рассматриваемому в векторной алгебре. Направление вектора характеризует цветность, а его модуль выражает яркость.

Так как величина излучения основных цветов является основой цветовой модели, ее максимальное значение принято считать за единицу. Тогда в трехмерном цветовом пространстве можно построить плоскость единичных цветов, образованную треугольником цветности. Каждой тоже плоскости единичных цветов соответствует след цветового вектора, пронизывающего ее в этой точке. Следовательно, цветность любого излучения может быть представлена единственной точкой внутри треугольника цветности, в вершинах которого находятся точки основных цветов. То есть положение точки любого цвета можно задать двумя координатами, а третья легко находится по двум другим.

Рис.11. Плоскость единичных цветов

Если на плоскости единичных цветов указать значения координат, соответствующих реальным спектральным излучениям оптического диапазона (от 380 до 700 нм), и соединить их кривой, то мы получим линию, являющуюся геометрическим местом точек цветности монохроматических излучений, называемую локусом. Внутри локуса находятся все реальные цвета.

Рис. 12. Цветовой локус

Чтобы избежать отрицательных значений координат, была выбрана колориметрическая система X, полученная путем пересчета из RGB. В этой системе точке белого соответствуют координаты (0,33; 0,33). Колориметрическая система XYZ является универсальной, в ней можно выразить цветовой охват как аддитивных, так и субтрактивных источников цвета. Для аддитивных источников цветовой охват выражается треугольником с координатами вершин, соответствующими излучению основных цветов R, G, B.

Для субтрактивных источников (полученных в процессе печати красками, чернилами, красителями) используется модель CMYK, поэтому цветовой охват описывается шестиугольником, когда помимо точек синтеза основной триады (желтая, пурпурная, голубая) добавляются точки попарных наложений, соответствующие основным цветам; желтая + голубая = зеленая, желтая + пурпурная = красная, голубая + пурпурная = синяя.

Источник

Понятие цвета, способы описания цвета

Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике. Он усиливает зрительное впечатление и повышает информационную насыщенность изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или отражающих объектов. Световой поток формируется излучениями, представляющими собой комбинации трех «чистых» спектральных цветов: красного, зеленого, синего. Для излучающих объектов характерно аддитивное цветовоспроизведение (световые излучения суммируются), для отражающих объектов — субтрактивное цветовоспроизведение (световые излучения вычитаются). Примером объекта первого типа является экран монитора компьютера, второго типа — полиграфический отпечаток на бумаге. Объектом второго типа можно также считать ваше красочное произведение, выполненное традиционным способом на бумаге или холсте.

В компьютерной графике применяют понятие глубина цвета(другое название — цветовое разрешение). Она определяется в битах и зависит от метода кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмибитовое кодирование позволяет отобразить 256 градаций цвета, например, серого. 16 бит (2 байта) определяют 65536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-битововом способе кодирования можно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют True Color). Такое количество цветов даже невозможно себе представить, а в настоящее время некоторые компьютеры поддерживают уже 32-битовый цветовой режим, т.е. 4295 миллионов цветов!

В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты. Эти способы называют цветовыми моделями. Из большого числа цветовых моделей наиболее известными являются модели RGB и CMYK.

2.3.1. Цветовая модель RGB

Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет слагается из трех основных цветов — красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue) при изменении степени насыщенности (яркости) того или иного цвета. Степень насыщенности определяется числами от 0 до 256. Таким образом в модели RGB черный цвет определяется как (0,0,0), белый – как (255,255,255).

Модель RGB служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для воспроизведения на мониторе компьютера или в телевизоре. При наложении одного компонента основного цвета на другой, яркость суммарного излучения увеличивается.

Источник

2.3. Способы описания цвета и цветовые модели

В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название — глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 65536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе кодирования возможно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют True Color).

С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и пр.).

В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или суб-трактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании).

Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как из законов Грассмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве.

Первый закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из этих трех цветов сложением двух остальных.

Второй закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.

Третий закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, но не спектрального состава. То есть цвет смеси (С) выражается суммой цветовых уравнений излучений:

Таким образом, прямоугольная трехмерная координатная система цветового пространства для аддитивного способа формирования изображения имеет точку начала координат, соответствующую абсолютно черному цвету (цветовое излучение отсутствует), и три оси координат, соответствующих основным цветам. Любой цвет (С) может быть выражен в цветовом пространстве вектором, который описывается уравнением:

,

которое практически идентично уравнению свободного вектора в пространстве, рассматриваемому в векторной алгебре. Направление вектора характеризует цветность, а его модуль выражает яркость.

Так как величина излучения основных цветов является основой цветовой модели, её максимальное значение принято считать за единицу. Тогда в трехмерном цветовом пространстве можно построить плоскость единичных цветов, образованную треугольником цветности (рис. 13). Каждой точке плоскости единичных цветов соответствует след цветового вектора, пронизывающего ее в этой точке. Следовательно, цветность любого излучения может быть представлена единственной точкой внутри треугольника цветности, в вершинах которого находятся точки основных цветов, т.е. положение точки любого цвета можно задать двумя координатами, а третья легко находится по двум другим.

Е сли на плоскости единичных цветов указать значения координат, соответствующих реальным спектральным излучениям оптического диапазона (от 380 до 700 нм), и соединить их кривой, то получается линия, являющаяся геометрическим местом точек цветности монохроматических излучений, называемая локусом. Внутри локуса находятся все реальные цвета (рис. 14).

Чтобы избежать отрицательных значений координат, была выбрана колориметрическая система XYZ, полученная путем пересчета из RGB (рис. 15). В этой системе точке белого соответствуют координаты (0,33; 0,33). Колориметрическая система XYZ является универсальной, в ней можно выразить цветовой охват как аддитивных, так и субтрактивных источников цвета. Для аддитивных источников цветовой охват выражается треугольником с координатами вершин, соответствующими излучению основных цветов R, G, В.

Для субтрактивных источников (полученных в процессе печати красками, чернилами, красителями) используется модель CMYK, поэтому цветовой охват описывается шестиугольником, когда помимо точек синтеза основной триады (желтая, пурпурная, голубая) добавляются точки попарных наложений, соответствующие основным цветам: желтая + голубая = зеленая, желтая + пурпурная = красная, голубая + пурпурная = синяя.

Цветовая модель CIE Lab

В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de l‘Eclairage — международная комиссия по освещению; L, a, b — обозначения осей координат в этой системе). Система является аппаратно-независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. В модели CIE Lab любой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом для программы Adobe Photoshop.

Цветовая модель RGB

Ц ветовая модель RGB является аддитивной, т.е. любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов — красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB (0, 0, 0), а белому — максимальные, с координатами (255, 255, 255) (рис. 16).

Цветовая модель HSB

Ц ветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности — чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета (рис. 17). На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.

Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши и т.п., материалы красок (акварель, гуашь, масло, тушь, уголь, пастель) и материалы полотна (холст, картон, рисовая бумага и пр.). После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации.

Цветовая модель CMYK

Цветовая модель CMYK относится к субтрактивным, и ее используют при подготовке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого:

Голубой (Сyan) = Белый – Красный = Зеленый + Синий;

Пурпурный (Мagenta) = Белый – Зеленый = Красный + Синий;

Т акой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, поскольку они дополняют основные цвета до белого (рис. 18). Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY — наложение друг на друга дополнительных цветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK).

В типографиях цветные изображения печатают в несколько приемов. Накладывая на бумагу по очереди голубой, пурпурный, желтый и черный отпечатки, получают полноцветную иллюстрацию. Поэтому готовое изображение, полученое на компьютере, перед печатью разделяют на четыре составляющих одноцветных изображения. Этот процесс называется цветоделением. Современные графические редакторы имеют средства для выполнения этой операции.

Цветовая палитра — это таблица данных, в которой хранится информация о том, каким кодом закодирован тот или иной цвет. Эта таблица создается и хранится вместе с графическим файлом.

Электронная цветовая палитра в компьютерной графике по предназначению подобна палитре художника, но включает гораздо большее число цветов. Электронная палитра состоит из определенного числа ячеек, каждая из которых содержит отдельный цветовой тон. Конкретная цветовая палитра соотносится с определенной цветовой моделью, так как ее цвета созданы на основе цветового пространства этой модели. Но если в цветовой модели возможно воспроизвести любой из описываемых ею цветов, то цветовая палитра содержит ограниченный набор цветов, называемых стандартными.

Примером стандартных цветовых палитр являются наборы фирмы Pantone, ориентированные на полиграфическую публикацию изображений. Программы создания и обработки компьютерной графики, как правило, предоставляют на выбор несколько цветовых палитр в цветовых моделях RGB, HSB, CIE Lab, CMYK.

Состав цветовых палитр RGB зависит от выбранного цветового разрешения — 24, 16 или 8 бит. В последнем случае цветовая палитра называется индексной, потому что каждый цветовой оттенок кодируется одним числом, которое выражает не цвет пиксела, а индекс (номер) цвета. Таким образом, к файлу цветного изображения, созданного в индексной палитре, должна быть приложена сама палитра, так как программе обработки компьютерной графики неизвестно, какая именно палитра была использована.

В тех случаях, когда цвет изображения закодирован двумя байтами (режим High Color), на экране возможно изображение 65536 цветов. В таком изображении каждый двухбайтный код выражает какой-то цвет из общего спектра. Но в данном случае нельзя приложить к файлу индексную палитру, в которой было бы записано какой код какому цвету соответствует, поскольку в этой таблице было бы 65 тысяч записей, и ее размер составил бы сотни тысяч байтов. Вряд ли есть смысл прикладывать к файлу таблицу, которая может быть по размеру больше самого файла. В этом случае используют понятие фиксированной палитры. Ее не надо прикладывать к файлу, поскольку в любом графическом файле, имеющем 16-разрядное кодирование цвета, один и тот же код всегда выражает один и тот же цвет.

Изображения, подготавливаемые для публикации в Интернете, принято создавать в безопасной палитре цветов. Она является вариантом рассмотренной выше индексной палитры. Но так как файлы изображений в Web-графике должны иметь минимальный размер, необходимо было отказаться от включения в их состав индексной палитры. Для этого была принята единая фиксированная палитра цветов, названная «безопасной», т.е. обеспечивающей правильное отображение цветов на любых устройствах (в программах), поддерживающих единую палитру. Безопасная палитра содержит всего 216 цветов, что связано с ограничениями, накладываемыми требованиями совместимости с компьютерами, не относящимися к классу IBM PC.

Системы управления цветом

При создании и обработке элементов компьютерной графики необходимо добиться, чтобы изображение выглядело практически одинаково на всех стадиях процесса, на любом устройстве отображения, при любом методе визуализации (аддитивном или субтрактивном). Иначе, чем больше переходных этапов будет содержать процесс обработки, тем большие искажения будут вноситься в оригинал, и конечный результат может совершенно не удовлетворять даже минимальным требованиям к качеству. Для согласования цветов на всех стадиях обработки компьютерной графики применяют системы управления цветом (Color Management System — CMS). Такие системы содержат набор объективных параметров, обязательных для всех устройств при обмене цветовыми данными. Универсальность CMS достигается введением трех типов переменных, каждая из которых управляет представлением цвета на своем уровне:

Цветовая гамма. Каждый тип устройства имеет свою цветовую гамму, область которой всегда меньше, чем цветовой охват практически любой цветовой модели. CMS управляет преобразованием цвета между различными цветовыми моделями с учетом цветовой гаммы конкретных устройств;

Профиль. Каждое устройство воспроизводит цвета особенным образом, что зависит от технических и программных решений, принятых изготовителем. Для согласования отображения цветов на различных устройствах они должны иметь собственный профиль, описывающий различия в представлении цвета между устройством и определенной цветовой моделью. Международным консорциумом по цвету (International Color Consortium — ICC) установлен промышленный стандарт на параметры описания характеристик воспроизведения цвета. Устройства, имеющие профиль ICC, напрямую управляются CMS. В противном случае возможна генерация профиля в некоторых системах CMS.

Калибровка. Даже устройства одной модели от одного производителя имеют отличия в реализации профиля ICC, обусловленные допусками при изготовлении компонентов, условиями эксплуатации, внешними помехами. Поэтому CMS, как правило, включает средства калибровки, т.е. настройки конкретного экземпляра в соответствии с требованиями профиля IСС и фиксации неустранимых отклонений (с целью их программной компенсации). Средства калибровки могут быть аппаратно-программными и чисто программными. Сам процесс калибровки выполняется с периодичностью, установленной изготовителем, или автоматически, при выходе параметров ICC за границы допусков.

Не существует идеальной системы управления цветом, одинаково пригодной для всех устройств, одинаково работающей на всех платформах и во всех программных средах. Наиболее близко к идеалу подходят CMS, реализованные на уровне операционной системы. Впервые CMS под названием ColorSync в операционную систему встроила фирма Apple, что предопределило успех компьютеров Macintosh в сфере издательской деятельности, допечатной подготовки и полиграфии. В операционной системе Windows используется модуль CMS фирмы Kodak, названный Color Matching Module. Однако его поддержка со стороны производителей пока явно недостаточна — набор профилей ICC ограничен.

Из CMS, являющихся внешними по отношению к операционной системе, наибольшее распространение получили программы фирм, давно работающих в области цветной фотографии, печати, цифровых графических технологий.

Agfa Foto Tune – система управления цветом, работающая на платформах Windows и Apple и включающая множество профилей IСС для мониторов, цветных принтеров, сканеров, цифровых фотокамер, полиграфического оборудования. Имеются средства создания заказных профилей для устройств, не попавших в список. Преобразования между цветовыми профилями устройств (например, сканер — монитор) могут производиться напрямую, без промежуточной конвертации в цветовую модель CIE Lab и обратно.

Kodak DayStar ColorMatch – система предназначена для пользователей пакетов Adobe Photoshop и QuarkXPress. Отличается модульным построением, поэтому базовая поставка содержит ограниченное число профилей, а остальные необходимо приобретать дополнительно. Система имеет средства поддержки формата Kodak PhotoCD с учетом вывода изображений на фотопринтеры. Средства калибровки включают стандартный шаблон IT8 для сканеров и устройство Digital Colorimeter для мониторов.

Основными видами компьютерной графики являются: растровая, векторная и фрактальная графика.

Наименьший элемент растровой графики — это точка (на бумаге) или пиксель (на экране). В файле изображения хранятся данные о координатах и цветах каждой точки изображения.

Наименьшим элементом векторной графики является линия (вектор). Векторная графика объектно ориентирована. Из простейших объектов создают более сложные, которые затем используют как элементы еще более сложных объектов, и т.д.

Фрактальная графика вычисляемая. Изображение строится по формуле. В памяти компьютера хранится не изображение, а только формула, с помощью которой можно получить бесконечное количество различных изображений.

Основными недостатками растровой графики являются большие размеры файлов и невозможность масштабирования изображений (увеличения или уменьшения) без изменения данных. Векторная графика свободна от этих недостатков, но ее слабым местом является сложность создания художественных иллюстраций, поэтому средства векторной графики применяют для оформительских и чертежных работ.

Основными параметрами компьютерного изображения являются его физический размер и разрешение. От них зависят экранные размеры изображения и размеры отпечатка на бумаге, а также качество изображения. Изображения, имеющие более высокое разрешение, оставляют больший диапазон для управления прочими параметрами без заметного снижения качества, но требуют увеличенных затрат ресурсов компьютера.

Основными понятиями, связанными с цветом, являются цветовое разрешение (глубина цвета) и цветовая модель. Цветовое разрешение определяет максимальное количество цветов, которые могут быть воспроизведены одновременно. Оно зависит от количества байтов, использованных на кодирование цвета. Основные режимы: 8-разрядный (256 цветов), 16-разрядный (65 тыс. цветов, High Color) и 24-разрядный (16,5 млн цветов, True Color).

К изображениям, имеющим 256 цветов, прикладывается специальная таблица, называемая индексной цветовой палитрой. В ней записаны данные о том, какому индексу цвета (из 256) какой реальный цвет соответствует.

Если изображение создано в стандартной палитре, то палитра может быть фиксированной и не прикладываться. Характерный пример фиксированной палитры — 216-цветная палитра, принятая для Web-страниц Интернета. Такая палитра называется безопасной палитрой. Термин «безопасная» связан с тем, что иллюстрации, созданные в такой палитре, могут воспроизводиться без искажений цвета на любой модели компьютера, подключенного к Сети.

Цветовая модель определяет способ разделения сложных цветовых оттенков на составляющие компоненты. Теоретически для определения цвета достаточно задать яркости трех компонентов.

В модели RGB в качестве компонентов применяют основные цвета: красный, зеленый и синий. В модели CMYK в качестве элементарных компонентов применяют дополнительные цвета: голубой, пурпурный, желтый. Дополнительно к ним отдельно рассматривают черный компонент (теоретически он не нужен, но удобен для полиграфии). В цветовой модели HSB в качестве компонентов рассматривают цветовой тон, яркость и насыщенность тона.

Операция разложения цветного изображения на три или четыре изображения, соответствующих применяемым цветовым компонентам, называется цветоделением.

Цветовая модель RGB соответствует просмотру иллюстрации в проходящем свете и является аддитивной (яркости компонентов складываются и при максимальных значениях дают белый цвет).

Цветовая модель CMYK соответствует просмотру иллюстрации в отраженном свете и является субтрактивной (яркости компонентов вычитаются из белого цвета и при максимальных значениях дают черный цвет).

Цветовая модель HSB наиболее соответствует обыденному представлению об управлении цветом.

Источник