Кольори і відтінки

Технології отримання кольорових зображень увійшли до повсякденного життя порівняно недавно. Напівтонові зображення широко використовуються там, де колір не обов'язковий, для досягнення художнього ефекту.

Для передачі зображення інколи достатньо відтінків одного кольору. Якщо йдеться про кольори випромінювання, відтінком кольору вважаємо той же колір, який відрізняється по яскравості. У чорно-білому телевізорі зображення формується точками люмінофора, які можуть світитися з різною яскравістю. Чорно-біле зображення будується з відтінків сірого кольору від чорного (мінімальна яскравість) до білого (максимальна яскравість).

Кольори на відбитку не випромінюють світло, тому їх відтінки відрізняються оптичною щільністю. Оптична щільність є мірою поглинання світла. Чим вища оптична щільність, тим відтінок темніше. Якщо зображення віддруковане не у відтінках сірого, а у відтінках якого-небудь іншого кольору, говорять, що воно тоноване.

У комп'ютерній графіці такі зображення називаються напівтоновими, оскільки складаються з відтінків одного колірного тону. У графічних програмах, у тому числі і в Photoshop, кожен колір може мати 256 відтінків: від чорного (нульова яскравість) до білого (яскравість рівна 255). Дані про яскравість пікселів зображення зберігаються в каналі. Для напівтонового зображення достатньо одного каналу.

Моделі кольорів

Кольори утворюються в природі двома протилежними шляхами.

По-перше, джерела світла (сонце, лампочки, екрани комп'ютерів і телевізорів) випромінюють світло різних довжин хвиль, що сприймається оком як кольорове.

По-друге, потрапляючи на поверхню предметів, що не світяться, світло частково поглинається, а частково відбивається і відбите випромінювання сприймається оком як забарвлення предметів. Таким чином, колір об'єкту виникає в результаті випромінювання або видбивання. Для опису випромінюваного і відбитого кольору використовуються різні математичні моделі.

Модель RGB

Це основна модель представлення кольору на екрані монітора. Модель RGB описує кольори випромінювання і заснована на трьох базових кольорах — Red (Червоний), Green (Зелений), Blue (Синій). Решта кольорів утворюється при змішуванні цих трьох основних. При складанні двох променів основних кольорів результат світліший за складові. Кольори цього типа називаються адитивними

Будь-який колір із понад 16 мільйонів кольорів отримується змішуванням трьох основних кольорів кожен з яких має 256 рівнів насиченості і яскравості і кодується цілими числами від 0 до 255.

П ри змішуванні червоного і зеленого виходить жовтий, зеленого і синього — блакитний, синій і червоний, дають пурпуровий. Якщо змішуються всі три кольори, утворюється білий. Змішавши три базові кольори в різних пропорціях (з різною яскравістю), можна одержати все різноманіття відтінків. Якщо говорити про растрове зображення в моделі RGB, кожен його піксел представляється яскравостями трьох базових кольорів: червоного, зеленого і синього.

Яскравість пікселів зберігаються в каналах. Для RGB- зображення потрібно три канали (по каналу на кожен колір).

Канал кольору - це напівтонове зображення, що відображає розподіл яскравостей відповідного базового кольору.

Якщо представити модель RGB в графічному вигляді, вийде тривимірна система координат. Будь-яка координата відображає внесок кожної складової в результуючий колір в діапазоні від нуля до максимального значення.

Модель CMYK

Забарвлені об'єкти, що не світяться, поглинають частину спектру білого світла, падаючого на них, і відбивають випромінювання, що залишилося. Залежно від того, в якій області спектру відбувається поглинання, об'єкти відбивають різні кольори, що визначають забарвлення цих об'єктів. Кольори, які використовують біле світло, вилучаючи з нього певні ділянки спектру, називаються субтрактивними.

Для їх опису використовується модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow). У цій моделі основні кольори утворюються шляхом вилучення з білого кольору основних аддитивних кольорів моделі RGB. Зрозуміло, що у такому разі і основних субтрактивних кольорів теж буде три, тим більше що вони вже згадувалися: блакитний (білий мінус червоний), пурпуровий (білий мінус зелений), жовтий (білий мінус синій).

При змішуванні двох субтрактивних складових результуючий колір затемнюється (поглинено більше світла, покладено більше фарби).

Т аким чином, при змішуванні максимальних значень всіх трьох компонентів повинен вийти чорний колір. При повній відсутності фарби (нульові значення складових) утворюється білий колір (білий папір). Змішення рівних значень трьох компонентів дасть відтінки сірого. Модель CMY аналогічна моделі RGB, в якій переміщений початок координат.

Дана модель - основна модель для поліграфії. Пурпуровий, блакитний, жовтий кольори складають так звану поліграфічну тріаду, і при друці цими фарбами велика частина видимого колірного спектру може бути репродукована на папері.

Проте реальні фарби мають домішки, їх колір не відповідає в точності теоретично розрахованим блакитному, пурпурному і жовтому. Особливо це стосується блакитного пігменту друкарської фарби, і змішування трьох основних фарб, яке повинне давати чорний колір, дає натомість невизначений брудно-коричневий. Крім того, для отримання інтенсивного чорного необхідно покласти на папір велика кількість фарби кожного кольору. Це приведе до перезволоження паперу, та і не дуже економно.

У число основних поліграфічних фарб (і в модель) внесена чорна. Саме вона додала останню букву в назву моделі CMYK, хоч і не зовсім звичайно: С - це Cyan (Блакитний), М - це Magenta (Пурпурний), Y- це Yellow (Жовтий). Чорний компонент скорочується до букви К, оскільки ця фарба є головною, ключовою (Key) в процесі кольорового друку. Число компонентів (каналів) збільшилося до чотирьох. Тобто CMYK - чотирьохканальна модель кольорів. Як і для моделі RGB, кількість кожного компоненту може бути виражена у відсотках або градаціях від 0 до 255.

Модель Lab

Модель RGB і модель CMYK є апаратно-залежними. Якщо йдеться про RGB, то значення базових кольорів (а також точка білого) визначаються якістю застосованого у вашому моніторі люмінофора. В результаті на різних моніторах одне і те ж зображення виглядає неоднаково.

Якщо звернутися до CMYK, то тут відмінність ще очевидніша, оскільки йдеться про реальні кольорах, особливостях друкарського процесу і носія.

Тому не дивно, що врешті-решт встало завдання опису кольорів, не залежного від апаратури, на якій ці кольори одержані. На жаль, дати повністю об'єктивне визначення кольору не можливо. Колір - це характеристика, що сприймається та залежить від спостерігача і навколишніх умов.

Якщо сприйняття кольору залежить від спостерігача і умов спостереження, то, принаймні, можна стандартизувати ці умови. Саме таким шляхом пішли учені з Міжнародної Комісії по Освітленню (CIE). У 1931 році вони стандартизували умови спостереження кольорів і досліджували сприйняття кольору у великої групи людей. В результаті були експериментально визначені базові компоненти нової моделі кольору XYZ. Ця модель апаратно-незалежна, оскільки описує кольори так, як вони сприймаються людиною, точніше "стандартним спостерігачем CIE".

Модель Lab, що використовується в комп'ютерній графіці, є похідної від колірної моделі XYZ. Назву вона одержала від своїх базових компонентів: компонент L несе інформацію про яскравість зображення, а компоненти а і b - про його кольори (тобто а і b - хроматичні компоненти). Компонент а змінюється від зеленого до червоного, а b - від синього до жовтого.

Яскравість в моделі Lab повністю відокремлена від кольору. Це робить модель зручною для регулювання контрасту, різкості і інших тонових характеристик зображення. Модель Lab трьохканальна та досить складна для практичного освоєння. Цінність Lab як апаратно-незалежної моделі має своє практичне застосування і в Photoshop. Вона служить ядром систем управління кольором і застосовується (приховано від користувача) при кожному перетворенні моделей кольорів як проміжна.