2.Способы описания цвета. Цветовые модели.

Более 90% всей информации человек получает через зрительные ощущения. На основе зрительного восприятия до нас доходит больше сведений, чем через органы слуха.

Цвет – это один из признаков видимых нами предметов, существующий в нашем сознании как осознанное зрительное ощущение.

На наш глаз воздействуют излучения лишь ограниченной части спектра электромагнитных колебаний. Излучения, которые воздействуют на глаз, вызывая ощущения различных цветов, называются световым излучением или просто светом.

2.1 Основные характеристики цвета.

Цвет состоит из трех характеристик:

• Тон

• Насыщенность

• Светлота (яркость)

Тон – это субъективный признак цвета, который познаётся через ощущения и определяется словами – синий, зелёный, красный, желтый и т.д.. Насыщенность описывает силу, интенсивность ощущения цветового тона. Светлота характеризует ощущения субъективной величины – яркости.

2.2 Старт с xyz

В 1931 г. был спланирован эксперимент: замер цветовой реакции человека на свет различного спектрального состава (красный, зелёный и синий ) Выведены три основных цвета X, Y и Z. Основные цвета определены как некие спектральные распределения энергии. В виде кривых распределения чувствительности глаза. Это распределение представляет собой сумму кривых реакций глаза.

Чувствительность красных колбочек глаза, распределение энергии для основного цвета X имеет два максимума.

Имеем два графика распределения энергии для Y и Z, где Y – соответствуют синему цвету, а Z – зеленому.

ета X, Y и Z выбраны так, чтобы при смешении их в равных пропорциях получается белый цвет. Чтобы уменьшить размерность цветового пространства, введём понятие цветности. Цветность это цвет, нормированный по полному количеству света, т.е. по яркости и характеризуется только доминирующей длиной волны (тоном) и насыщенностью.

Коэффициенты цветности стандартизированной колометрической системы.

x = Х/(Х+Y+Z), y = Y/(Х+Y+Z), z = Z /(Х+Y+Z).

И x+y+z=1.

Внутри и на границе крыловидной диаграммы расположены все видимые цветности, Все воспринимаемые цвета, имеющие одинаковую цветность, но различную яркость, отображаются в одну и ту же точку внутри области. Абсолютно чистые (на 100%) цвета спектра лежат на криволинейной границе. Опорный белый цвет является аппроксимацией солнечного света, изображенного вблизи позиции x=y=z=1/3.

Цветоведение. Синтез цвета. 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. 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 субъективным 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).

Цветовая модель RGB.

Процесс получения различных цветов с помощью нескольких основных излучений или красок называется цветовым синтезом.

Большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных компонентов окрашенного света. Этими компонентами, которые называются первичными цветами, являются красный, зеленый и синий цвета (RGB ). Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработки 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 , а белому – максимальные с координатами(255, 255, 255).

А ддитивная цветовая модель RGB

Цветовая модель CMYK.

При смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой, пурпурный и желтый (CMY).

Первичные цвета называются также аддитивными, поскольку в результате их объединения (сложения) получается белый цвет - это означает, что свет полностью отражается и попадает обратно в глаз человека. Аддитивная система цвета используются широко в системах освещения, видеосистемах, в устройствах записи на фотопленку и мониторах. Комбинация R=G=B=255 соответствует чистому белому цвету, а комбинация R=G=B=0 - черному.

Теоретически комбинация чистых голубого (C), пурпурного (M) и желтого (Y) цветов (которые называются также субтрактивными) должна поглощать весь спектр, образуя в результате черный цвет. Однако из-за того, что ни одна печатная краска не является абсолютно чистой и обязательно содержит те или иные примеси, на практике комбинация всех вторичных цветов дает грязно-коричневый цвет. Чтобы получить настоящий черный цвет, приходится к этим трем краскам добавлять четвертую - черную (K). Буква "K" использована для того, чтобы избежать путаницы, поскольку в английском языке с буквы "B" начинается не только слово black (черный), но и слово blue (синий). Использование этих красок для цветного репродуцирования называется четырех красочной составной печатью.

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

Голубой( cyan) = белый – красный = зеленый + синий;

Пурпурный (magenta) = белый – зеленый = красный + синий;

Желтый (yellow) = белый – синий = красный + зеленый.

Такой метод соответствует физической сущности отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMYK – налажение 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).

CMY(K) является моделью для вывода твердой копии. Количественные характеристики модели зависят от типа чернил и используемой бумаги также и от типа печатного устройства. Следующие равенства являются качественными схемами показывающие связь между пространствами.

RGB к CMY	С = 1 - R	M = 1 - G	Y = 1 - B
CMY к RGB	R = 1 - C	G = 1 – M	B = 1 - Y
CMY к CMYK	K = min (С, M, Y)	С = (С - K) / (1 - K)	M = (M - K) / (1 - K) Y = (Y - K) / (1 - K)
CMYK к CMY	Y = min (1, Y *(1 - K) + K)	С = min (1, С* (1 - K) + K)	M = min (1, M* (1 - K) + K)

Зависимость между RGB и CMY(K) представляет для нас интерес, т.к. преобразования между ними широко используются на практике. RGB является основным и практически единственной цветовой моделью в системе мониторинга, в том числе и при подготовки материалов в печать. В печати, в свою очередь, доминирующей моделью является CMY(K) (но не единственной).

Переходы между пространствами.

Эталонной моделью является XYZ, т.к. она основано на экспериментальных данных. Но она неудобна для работы с точными данными (цифрами). Для этого были созданы и создаются до сих пор новые модели.

Р ассмотрим зависимость пространства RGB и XYZ

X Xr Xg Xb R

Y = Yr Yg Yb * G

Z Zr Zg Zb B

Где X, Y, Z - экспериментальные CIE значения, R, G, B – отображаемые. Элементы матрица - измеряемые CIE значения. Xr, Yr, Zr - измеряемые CIE значения для красного канала, так же задаются зеленый и синий канал.

Обратное преобразования RGB и XYZ.

^-1

R Xr Xg Xb X

G = Yr Yg Yb * Y

B Zr Zg Zb Z

Рассмотрим вспомогательные модели:

CIEYUV

Рассмотрим нормированный вариант XYZ - YUV

Координата w, может быть определена исходя из u + v + w =1,

u = 2x( 6y - x + 1.5)

v = 3y( 6y - x + 1.5) 9

CIE L*u*v*

L*u*v* основан на CIE Yu'v ' (1976). Для подмножества цветов, используемых в телевидении, удовлетворительная равномерность обеспечивает L*u*v*

116 (Y/Yn)^1/3-16, если Y/Y n> 0.008856

L*

903.3 (Y/Yn), если Y/Y n <0.008856

u* = 13 (L) (u - u _n)

v* = 13 (L) (v – v_n )

L изменяется от 0 до 100, (Y/Yn) изменяется от 0 до 1.

где, U = u = 2x/( 6y - x + 1.5)

V= 1. 5v = 4. 5y/( 6y - x + 1.5)

CIELAB

Цветовая модель Lab основана на оригинальной разработке, предложенной Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году в качестве международного стандарта измерения цветов. В 1976 году эта модель была усовершенствована и названа CIE Lab.

В рамках модели Lab любой цвет определяется светлотой (L) и двумя хроматическими компонентами: параметром а, который изменяется в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого.

Ф ормулы для преобразования XYZ к CIELAB основаны на:

116 (Y/Yn)^1/3-16, если Y/Y n> 0.008856

L* = ;

903.3 (Y/Yn), если Y/Y n <0.008856

a = 500 (f(X/Х_n) - f (Y/Y_n))

b = 200 (f(Y/Y_n) – f(Z/Z_n)),

t ^1/3, если t> 0.008856

f (t) =:

7.787 * t + 16/116, если t 0.008856

L* изменяется от 0 до 100.

X, Y и Z, стандартизированным к 1.

С одной стороны, система основана на XYZ первичных цветах, с другой она включает дополнительную цветную модель. Оттенок и насыщенность определен координатами с и h, которые могут иметь, и положительные и отрицательные величины.

К ак к стандартным цветным треугольником эта цветовая система представляет все цвета воспринимаемые человеческим глазом. Имеются полярные параметры, которые соответствуют визуальному опыту цветов насыщенность с, тон h.

Ч исловые ценности для насыщенности и оттенка получены из с и h :

Оттенок: h = arctg(b/a ) (Это передает угол между цветным вектором и + ось)

Насыщенность: c = (a2 + b2) ^1/2 (Это соответствует расстоянию между ахроматической точкой и точкой необходимой насыщенности (вектор))

Третья характеристика, яркость, представлена вертикально посредством масштаба яркости, обозначил L в пределах от 0 (черный) к 100 (белый).

Наилучшее представление модели LAB имеет следующий вид:

Горизонтальная развертка CIELAB модели показывает пространство, которое изображает яркость. Это означает, что каждый цвет может быть, точно определен используя a и b вместе с яркостью L = const.

Глаз предоставляет мозгу информацию о разнице светлого и тёмного, разницу зелёного и красного, разницу синего и желтого. Это и есть Lab.

Модель Lab призвана разрешить проблему множественности подходов к цветному репродуцированию, вызванную использованием различных типов мониторов и выводных устройств. Эта модель задумана как аппаратно-независимая. Иными словами, она воссоздает одни и те же цвета независимо от особенностей устройства (монитора, принтера или компьютера), которое используется для создания или вывода изображений, в то время, как другие имеют применение только лишь к конкретному устройству. Использование с и h дает хороший результат для представления пространства LAB. за счет этого, модель мы видим более наглядно. Наглядность очень важна для творческих людей.