Цветовые модели изображений

Цвета образуются в природе различным образом. С одной стороны, источники света (солнце, лампочки, экраны компьютеров и телевизоров) излучают свет различных длин волн, воспринимаемый глазом как цветной свет. Попадая на поверхности несветящихся предметов, свет частично поглощается, а частично отражается. Отраженное излучение воспринимается глазом как окраска предметов. Таким образом, цвет объекта возникает в результате излучения или отражения. Описание цвета объекта в первом случае отличается от второго, т. е. применяются разные модели цвета.

Модель RGB

Модель RGB описывает излучаемые цвета и основана на трех базовых цветах — Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий). Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. При сложении (смешении) двух лучей основных цветов результат светлее составляющих. Цвета этого типа называются аддитивными (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Аддитивная цветовая модель RGB

Из смешения красного и зеленого получается желтый, зеленого и синего — голубой, синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Смешав три базовых цвета в разных пропорциях (с разными яркостями), можно получить все многообразие оттенков. Если говорить о растровом изображении в модели RGB, то каждый его пиксел представляется яркостями трех базовых цветов: красного, зеленого и синего.

Как уже говорилось выше, яркости пикселов хранятся в каналах. Таким образом, для RGB-изображения требуется три канала (рис. 2.5).

Цветовой канал — это полутоновое изображение, отражающее распределение яркостей соответствующего базового цвета. Если документ имеет модель Grayscale, то содержимое единственного канала и образует изображение. Редактирование канала и редактирование изображения в этих случаях одно и то же.

Если модель документа — RGB, то изображения в красном, зеленом и синем канале, накладываясь друг на друга, образуют цветную картинку. При этом, заметьте, цвета смешиваются аддитивно, как лучи света. Это значит, что при наложении результат осветляется. Чем светлее канал, тем больше базового цвета содержится в изображении.

Если представить модель RGB в графическом виде, то получится трехмерная система координат. Любая координата отражает вклад каждой составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения. Внутри полученного куба и "находятся" все цвета, образуя цветовое пространство.

Важно отметить особенные точки и линии этой модели.

Начало координат, где все составляющие равны нулю. Излучение отсутствует (черный цвет). Точка, ближайшая к зрителю, где все составляющие имеют максимальное значение (белый цвет). Линия, соединяющая первые две точки (по диагонали), где располагаются серые оттенки: от черного до белого (серая шкала, обычно — 256 градаций). Здесь все три составляющих одинаковы и находятся в диапазоне от нуля до максимального значения. Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.

Несомненным достоинством данного режима является то, что он позволяет работать со всеми 16 миллионами цветов, а недостаток состоит в том, при выводе изображения на печать часть этих цветов теряется, в основно самые яркие и насыщенные.

Модель HSB

HSB — очень простая в понимании модель, в которой часто работают компьютерные художники. Она основана на цветах модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели HSB определяется своим цветовым тоном (собственно цветом), насыщенностью (т. е. процентом добавленной к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавленной черной краски). Данная модель получила название по первым буквам английских слов Hue, Saturation, Brightness, — HSB. Таким образом, модель имеет три цветовых канала.

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

Яркость (Brightness) — параметр, определяющий освещенность или затемненность. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) вне зависимости от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Чтобы отобразить это на модели, вам потребуется новая координата. Направьте ее, например, вниз, на ней вы будете откладывать значения яркости от 100% до 0%. В результате получается цилиндр (или конус, если отсекать черные цвета), который образуется из серии кругов с уменьшающейся яркостью, нижний слой — черный.

В модели HSB любой цвет получается из спектрального добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски.

Модель HSB не является строгой с точки зрения человеческого восприятия. Описание яркости в ней не соответствует восприятию человеческим глазом. Дело в том, что глаз видит спектральные цвета как имеющие различную яркость. Так, спектральный зеленый представляется наиболее ярким, красный — менее ярким, и синий — наиболее темным. В модели HSB все спектральные цвета считаются обладающими 100%-ной яркостью, что не соответствует действительности. Добавим, что она аппаратно-зависимая, так как на самом деле в ее основе лежит модель RGB. Поэтому, если вы собираетесь работать с точными значениями цвета, данной цветовой модели следует избегать. В Photoshop нельзя работать непосредственно с изображениями в этой модели. В то же время с ее помощью удобно визуально подбирать цвета, и Photoshop предоставляет такую возможность.

Такая модель позволяет работать всего лишь с 3 миллионами цветов.

Модель CMYK

Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, падающего на них, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета, определяющие окраску этих объектов. Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными ("вычитательными").

Для их описания используется модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB. Понятно, что в таком случае и основных субтрактивных цветов тоже будет три, тем более, что они уже упоминались: голубой (белый минус красный), пурпурный (белый минус зеленый), желтый (белый минус синий).

При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски).

Рис. 2.8. Цветовая модель CMY

Таким образом, при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) образуется белый цвет (белая бумага). Смешение равных значений трех компонентов даст оттенки серого. Модель CMY (рис. 2.8) аналогична модели RGB, в которой перемещено начало координат.

Данная модель — основная модель для полиграфии. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду, и при печати этими красками большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.

Однако реальные краски имеют примеси, их цвет не соответствует в точности теоретически рассчитанным голубому, пурпурному и желтому. Особенно "плох" голубой пигмент типографской краски, и смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый. Кроме того, для получения интенсивного черного необходимо положить на бумагу большое количество краски каждого цвета. Это приведет к переувлажнению бумаги, да и неэкономно.

По упомянутым причинам в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная. Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно: С — это Cyan (Голубой), М — Magenta (Пурпурный), Y — Yellow (Желтый). Черный компонент сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (Key) в процессе цветной печати. Число компонентов (каналов) увеличилось до четырех. То есть CMYK —четырехканальная цветовая модель. Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255. На рис. 2.9 представлена палитра Channels(Каналы) для изображения в цветовой модели CMYK. Как видите, количество цветовых каналов действительно равно четырем.

Рис. 2.9. Каналы в цветовой модели CMYK

Таким образом, модель CMYK, в отличие от CMY, можно назвать "эмпирической" моделью. Она описывает реальные цвета красок, а не теоретические.

Следует помнить, что для печати изображения нужно готовить только в модели CMYK.

Модель Lab

Модель RGB и модель CMYK являются аппаратно-зависимыми. Если речь идет об RGB, то значения базовых цветов (а также точка белого) определяются качеством примененного в вашем мониторе люминофора. В результате на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково. Если обратиться к CMYK, то здесь различие еще более очевидно, поскольку речь идет о реальных красках, особенностях печатного процесса и носителя.

Поэтому не удивительно, что в конце концов встала задача описания цветов, не зависящего от аппаратуры, на которой эти цвета получены. К сожалению, дать полностью объективное определение цвета не представляется возможным. Цвет — это воспринимаемая характеристика, зависящая от наблюдателя и окружающих условий. Разные люди видят цвета по-разному (например, художник — иначе, чем непрофессионал. Даже у одного человека зрительная реакция на цвет меняется с возрастом.

Если восприятие цвета зависит от наблюдателя и условий наблюдения, то, по крайней мере, можно стандартизировать эти условия. Именно таким путем пошли ученые из Международной Комиссии по Освещению (CIE). В 1931 г. они стандартизировали условия наблюдения цветов и исследовали восприятие цвета у большой группы людей. В результате были экспериментально определены базовые компоненты новой цветовой модели XYZ. Эта модель аппаратно независима, поскольку описывает цвета так, как они воспринимаются человеком, точнее "стандартным наблюдателем CIE".

Цветовая модель Lab, использующаяся в компьютерной графике, является производной от цветовой модели XYZ. Название она получила от своих базовых компонентов L, a и b.Компонент L несет информацию о яркостях изображения, а компоненты а и b — о его цветах (т. е. а и b — хроматические компоненты). Компонент а изменяется от зеленого до красного, а b — от синего до желтого (рис. 2.10). Как видите, в приведенном примере хроматический канал b (рис. 2.10, в) имеет довольно высокий контраст потому, что пирамида имеет желтый цвет, а небо — синий. В канале а (рис. 2.10, б) контраст, напротив, очень низкий потому, т. к. в изображении нет ни зеленого, ни красного цвета.

a б в

Рис. 2.10. Изображение (а) и его каналы (б—в) в цветовой модели Lab

Яркость в модели Lab полностью отделена от цвета. Это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения. Очевидно, что модель Lab трехканальная (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Палитра Channels для изображения в модели Lab

Модель Lab довольно сложна для практического освоения. Нам трудно думать о цвете в ее категориях: "Этот цвет более желтый или синий?". Поэтому цветовая коррекция в Lab не распространена достаточно широко. Зато ценность Lab как аппаратно-независимой модели имеет свое практическое применение и в Photoshop. Она служит ядром систем управления цветом и применяется (скрыто от пользователя) при каждом преобразовании цветовых моделей как промежуточная.

Режим Grayscale (градация серого)

Наиболее простой случай — монохромное, или черно-белое изображение (bitmap). Этот самый экономный тип изображений прекрасно подходит для штриховых иллюстраций, чертежей, гравюр, простых логотипов и т. д. Такие изображения можно получить, непосредственно сканируя их в режиме Black and White или Line Art (в программном обеспечении различных сканеров этот режим назван по-разному).

Черно-белое изображение является одноканальным. Любое изображение можно превратить в полутоновое или черно-белое.