Методы описания цветов в компьютерной графике

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

Понятие цветовой модели, определение трехмерного цветового пространства, внутри которого цвет представляется точкой. Основные виды цветовых моделей: аддитивная (RGB), субтрактивная (CMY, CMYK). Полноцветные и индексированные палитры. Цветовая модель Lab.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	31.05.2014
Размер файла	71,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Факультет физико-математического и естественнонаучного образования

Выполнил: студент 1 курса, 2 группы

Проверил: Волков В.В.

1. Цветовые модели

2. Цветовая модель RGB

3. Цветовые модели CMY и CMYK

4. Полноцветные и индексированные изображения

5. Цветовая модель LAD

1. Цветовые модели

Описание цвета может опираться на составление любого цвета на основе основных цветов или на такие понятия, как светлота, насыщенность, цветовой тон. Применительно к компьютерной графике описание цвета также должно учитывать специфику аппаратуры для ввода/вывода изображений. В связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения цвета были разработаны различные цветовые модели. Цветовые модели позволяют с помощью математического аппарата описать определенные цветовые области спектра. Цветовые модели описывают цветовые оттенки с помощью смешивания нескольких основных цветов.

Основные цвета разбиваются на оттенки по яркости (от темного к светлому), и каждой градации яркости присваивается цифровое значение (например, самой темной - 0, самой светлой - 255). Считается, что в среднем человек способен воспринимать около 256 оттенков одного цвета. Таким образом, любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и обозначить его набором цифр - цветовых координат.

Таким образом, при выборе цветовой модели можно определять трехмерное цветовое координатное пространство, внутри которого каждый цвет представляется точкой. Такое пространство называется пространством цветовой модели.

Профессиональные графические программы обычно позволяют оперировать с несколькими цветовыми моделями, большинство из которых создано для специальных целей или особых типов красок: CMY, CMYK, CMYK256, RGB, Lab. Некоторые из них используются редко, диапазоны других перекрываются.

2. Цветовая модель RGB

В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

Каждый канал - R, G или B имеет свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующего компонента в конечном цвете. Например: (255, 64, 23) - цвет, содержащий сильный красный компонент, немного зелёного и совсем немного синего. Естественно, что этот режим наиболее подходит для передачи богатства красок окружающей природы. Но он требует и больших расходов, так как глубина цвета тут наибольшая - 3 канала по 8 бит на каждый, что дает в общей сложности 24 бита.

Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами.

Цветовым пространством RGB модели является единичный куб.

Рис. 1. Цветовое пространство RGB модели

3. Цветовые модели CMY и CMYK

Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный, или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Поэтому можно описать соотношения между RGB и CMY моделями следующим образом:

Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью. Как уже говорилось, в CMY-модели описываются цвета на белом носителе, т. е. краситель, нанесенный на белую бумагу, вычитает часть спектра из падающего белого света. Например, на поверхность бумаги нанесли голубой (Cyan) краситель. Теперь красный свет, падающий на бумагу, полностью поглощается. Таким образом, голубой носитель вычитает красный свет из падающего белого.

Такая модель наиболее точно описывает цвета при выводе изображения на печать, т. е. в полиграфии.

Поскольку для воспроизведения черного цвета требуется нанесение трех красителей, а расходные материалы дороги, использование CMY-модели является не эффективным. Дополнительный фактор, не добавляющий привлекательности CMY-модели, - это появление нежелательных визуальных эффектов, возникающих за счет того, что при выводе точки три базовых цвета могут ложиться с небольшими отклонениями. Поэтому к базовым трем цветам CMY-модели добавляют черный (blacK) и получают новую цветовую модель CMYK.

Для перехода из модели CMY в модель CMYK иногда используют следующее соотношение:

K = min(C, M, Y);

C = C - K;

M = M - K;

Y = Y - K.

Соотношения преобразования RGB в CMY и CMY в CMYK-модель верны лишь в том случае, когда спектральные кривые отражения для базовых цветов не пересекаются. Поэтому в общем случае можно сказать, что существуют цвета, описываемые в RGB-модели, но не описываемые в CMYK-модели.

Существует также модель CMYK256, которая используется для более точной передачи оттенков при качественной печати изображений.

4. Полноцветные и индексированные изображения

Как мы увидели, цвета пикселов можно определять, явно задавая несколько параметров цвета. Например, в RGB-модели конечный цвет определяется тремя слагаемыми для трех основных цветов. Такой подход позволяет формировать так называемые полноцветные изображения.

Частным случаем индексированного изображения является черно-белое изображение. В подобном изображении могут быть только 2 цвета - чёрный и белый, кодируемые соответственно 0 и 1. Глубина изображения составляет в данном случае 1 бит. Эта глубина очень плохо подходит к представлению фотореалистичных образов и применяется лишь для специализированных изображений.

Достоинством палитры является возможность существенно сократить размер файла с изображением. Недостатком является возможность потери цветов при ограниченном размере палитры. Обычно размер палитры составляет до 256-ти цветов.

5. Цветовая модель Lab

Итак, цветовая модель Lab, была специально разработана для получения предсказуемых цветов, т.е. она является аппаратно-независимой и соответствующей особенностям восприятия цвета глазом человека.

Рис. 2. Графическое представление Lab

Lab является трёхканальной моделью. Цвет в ней определяется светлотой (яркостью) и двумя хроматическими компонентами: параметром a, изменяющимся в диапазоне от зелёного до красного и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до жёлтого. Т.к. яркость в этой модели полностью отделена от цвета, это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик. Цветовой охват Lab, очень широк: он включает в себя RGB и CMYK, и другие цвета, непредставимые в двух предыдущих моделях. Очевидно, что при конвертации в Lab все цвета сохраняются. Цветовая модель Lab очень важна для полиграфии. Именно она используется при переводе изображения из одной цветовой модели в другую, между устройствами и даже между различными платформами. Кроме того именно в этой модели удобнее всего проводить некоторые операции по улучшению качества изображения.

аддитивный субтрактивный полноцветный палитра

Заключение

Модели цвета используются также для объяснения эффектов объединения источников света. Чтобы определить модель цвета, можно задать набор нескольких основных цветов, комбинации которых дают другие цвета. В то же время, ни один конечный набор основных цветов не позволяет получить все цвета или описать вес характеристики цвета. Набор цветов, который можно получить с помощью основных цветов, называется цветовой гаммой.

Цвета, объединение которых дает белый свет, называются дополнительными. При разработке эффективных изображений выбор цвета является важным фактором. Чтобы избежать дисгармонирующих комбинаций цветов, можно выбрать соседствующие цвета, не сильно отличающиеся по преобладающей частоте. Кроме того, комбинации цветов можно выбирать из небольшого подпространства модели цвета. Общее правило - небольшое число комбинаций цветов, сформированных с помощью оттенков и теней, дает более гармоничное изображение, чем чистые тона.

Список литературы

Подобные документы

История происхождения цветовой модели RGB. Технология HiFi Color и использование планшетных цветов. Возникновение, механизмы формирования цветов, возможности расширения цветового охвата цветовой модели CMYK. Стандартные цветовые пространства RGB.

курсовая работа [374,2 K], добавлен 20.09.2012

История происхождения цветовой модели RGB, ее достоинства и ограничения. Стандартные цветовые пространства RGB. Возникновение цветовой модели CMY. Возможности расширения цветового охвата CMYK. Технология HiFi Color. Использование плашечных цветов.

курсовая работа [298,6 K], добавлен 07.11.2014

Компьютерная графика. Пиксели, разрешение, размер изображения. Типы изображений. Черно-белые штриховые и полутоновые изображения. Индексированные цвета. Полноцветные изображения. Форматы файлов. Цвет и его модели. Цветовые модели: RGB, CMYK, HSB.

реферат [18,1 K], добавлен 20.02.2009

Понятие цвета с точки зрения ЭВМ, принципы хранения в памяти ЭВМ графической информации. Индексированный цвет, работа с палитрой. Цветовая модель CMYK. Особые взаимоотношения двух цветовых моделей. Основные области применения компьютерной графики.

курсовая работа [1,0 M], добавлен 06.12.2010

Основные законы смешения цветов. Волновые свойства света. Основные характеристики цвета (атрибуты). Аддитивная цветовая модель RGB. Цветовые модели CMY и HSV. Кодировка цветов в моделях. Формат BMP для хранения растровых изображений, структура файла.

презентация [198,0 K], добавлен 28.08.2013

Представление графических данных. Растровая, векторная и фрактальная виды компьютерной графики. Цвет и цветовые модели: метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Основные программы для обработки растровой графики.

реферат [429,7 K], добавлен 01.08.2010

Исследование природы цвета как качественной субъективной характеристики излучения оптического диапазона. Световое и зрительное восприятие цвета человеком. Назначение, описание моделей и структура цветовых профилей и пространств в компьютерной графике.

Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике как средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или отражающих объектов.

Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощности, яркостииосвещенности. Визуальные параметры ощущения цвета характеризуются светлотой, то есть различимостью участков, сильнее или слабее отражающих свет.

Для точного цветовоспроизведения изображения на экране монитора важным является понятие цветовой температуры. В классической физике считается, что любое тело с температурой, отличной от 0 градусов по шкале Кельвина, испускает излучение. С повышением температуры спектр излучения смещается от инфракрасного диапазона до ультрафиолетового, проходя через оптический. Стандартные значения цветовых температур используют в качестве всеобщего эталона, обеспечивающего одинаковое цветовоспроизведение на разных излучающих устройствах.

Способы описания цвета.

Цвета в природе образуются различным образом. С одной стороны, световые источники (Солнце, лампочки, экраны компьютеров и телевизоров) излучают свет различных длин волн, воспринимаемый глазом как цветной, с другой стороны, попадая на поверхность несветящихся предметов, свет частично поглощается, а частично отражается, и это отраженное излучение воспринимается нами как окраска предметов. Таким образом, цвет любого объекта возникает в результате либо излучения им света, либо отражения, что приводит к различным способам его описания.

В компьютерной графике при работе с цветом используются такие понятия как цветове разрешение (другое название — глубина цвета) и цветовая модель. Цветовое разрешение определяет метод кодирования цветовой информации, от которого зависит общее количество цветов, одновременно отображаемых на экране монитора. Цвет каждого пиксела растрового изображения задаётся с помощью комбинации бит определенной разрядности. Чем выше разрядность, тем большее количество цветовых оттенков можно получить. Для черно-белого изображения достаточно двух бит, восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 цветовых градаций. Два байта (16 бит) определяют 65536 цветов (режим High Color), а при 24-разрядном (3 байта) способе кодирования обеспечивается формирование более 16,7 миллионов различных цветовых оттенков (режим True Color). Более эффективным по скорости работы оказывается хранение цветовой информации в 32 разрядах (24 бита — цвет и 8 бит — альфа-канал), так как значения разрядностей современных процессоров, шин и интерфейсов кратны именно 32 (режим также называется True Color). Под альфа-каналом понимается степень прозрачности цвета, часто используемая в трехмерной компьютерной графике.

Практически все цветовые оттенки образуются смешением трёх цветов, называемых основными. Значит, любой оттенок можно разделить на эти составляющие его основные компоненты. В компьютерной графике применяется несколько таких способов разделения, которые и называются цветовыми моделями.

В середине XIX века немецкий ученый Герман Грассман сформулировал три закона цветообразования (аддитивного синтеза цвета):

Первый закон —закон трёхмерности. Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими его основными цветами, если они являются линейно независимыми. Линейная независимость заключается в невозможности получения любого из этих трех цветов путём сложения двух остальных.

Второй закон — закон непрерывности. При непрерывном изменении светового излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий к нему по оттенку другой цвет.

Третий закон — закон аддитивности. Цвет смеси световых излучений зависит только от цвета этих излучений и не зависит от их спектрального состава.

Из законов Грассмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве, которое для геометрического изображения цвета принято называть цветовым пространством. В нем каждому цвету будет соответствовать определенная точка, а каждой точке пространства — соответствующий цвет.

Цветовая палитра.

Электронная цветовая палитра в компьютерной графике по предназначению подобна палитре художника, но включает в себя гораздо большее число цветов. Это своеобразная таблица данных, в ячейках которой содержится информация о кодировке различных цветовых тонов. Конкретная цветовая палитра соотносится с определенной цветовой моделью, так как её цвета создаются на основе цветового пространства этой модели. При этом палитра, в отличие от модели, может содержать лишь ограниченный набор цветов, называемых стандартными. Программы создания и обработки компьютерной графики предоставляют на выбор, как правило, несколько цветовых палитр для различных цветовых моделей.

Системы управления цветом.

При создании и обработке элементов компьютерной графики необходимо стремиться к тому, чтобы изображение выглядело практически одинаково на всех стадиях этого процесса, на любом устройстве отображения и при любом методе визуализация (аддитивном или субтрактивном). Для такого согласования на всех стадиях обработки в компьютерной графике применяют системы управления цветом (Color Management System — CMS). Такие системы содержат набор объективных параметров, обязательных для всех устройств, участвующих в обмене цветовыми данными. К таким параметрам относятся:

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

§ Профиль. Для согласования отображения цветов различные устройства должны иметь свой собственный профиль, описывающий различия в представлении цвета между конкретным устройством и определенной цветовой моделью;

§ Калибровка. Даже устройства одной модели от одного производителя могут иметь отличия в реализации своего профиля, обусловленные допусками при изготовлении компонентов, условиями эксплуатации, внешними помехами и т.д. Поэтому CMS, как правило, включает в себя средства калибровки, т.е. настройки конкретного экземпляра в соответствии с требованиями профиля. Средства калибровки могут быть аппаратно-программными или чисто программными. Сам процесс калибровки может выполняться автоматически при выходе параметров за допустимые пределы.

Не существует идеальной системы управления цветом, одинаково пригодной для всех устройств и одинаково работающей на всех аппаратных платформах и во всех программных средах. Наиболее эффективными являются CMS, реализуемые на уровне операционных систем.

8.8.Модели цветообразования.[10] )

В компьютерной графике применяются цветовые модели RGB, CMYK, HSBиCIE Lab. Рассмотрим их более подробно.

Цветовая модель RGB.

Цветовая модель RGB (Рис. 8.3.) является аддитивной, т.е. в ней любой цвет представляет собой сочетание в различных пропорциях трех основных цветов — красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). Модель является основной при создании и обработке графических изображений, предназначенных для их воспроизведения в проходящем свете, например в проекторах, на экранах мониторов или телевизоров.

Если представить модель RGB в трехмерной системе координат в виде куба, у которого любая координата отражает вклад каждой основной составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения, то внутри этого куба и будут располагаться все оттенки, образующие цветовое пространство модели.

Начало координатной системы, где все составляющие равны нулю, соответствует черному цвету (излучение отсутствует). Вершина куба, где все составляющие имеют максимальное значение, образует белый цвет. На диагонали между черным и белым цветами, где все три составляющих одинаковы и находятся в диапазоне от нуля до максимального значения, располагаются все серые оттенки (обычно 256 градаций). Три вершины куба дают чистые исходные цвета, а остальные три отражают их парные смешения.

Цветовая модель CMYK.

Несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, отражая цвета, определяющие окраску этих объектов. Цвета, которые образуются из белого света путем вычитания из него определенных участков спектра, называются субтрактивными. Для их описания используется модель CMY (Cyan—голубой, Magenta — пурпурный (малиновый), Yellow— желтый) (рис. 8.4.). Основные цвета этой модели образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB:

§ голубой = белый – красный = = зеленый + синий;

§ пурпурный = белый – зеленый = = красный + синий;

§ желтый = белый – синий = = красный + зеленый.

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 даёт оттенки серого цвета. Модель CMY является основной в полиграфической деятельности. При печати красками основных цветов этой модели большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.

Однако реальные цвета красок из-за наличия в них примесей не полностью соответствуют теоретическим, что осложняет задачу получения чистого черного цвета. Поэтому в число основных полиграфических красок (и в модель CMY) была внесена черная краска, что привело к появлению в название модели буквы К — CMYK (от англ. blacK — черный). Как и для модели RGBколичество каждого основного компонента в цветовом оттенке модели CMYK может быть выражено в процентном соотношении или в градациях от 0 до 255.

Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение предварительно разделяется на составляющие его части, содержащие основные компоненты модели CMYK. Этот процесс называют цветоделением. В итоге получается четыре отдельных цветоделённых изображения оригинала, с которых затем в типографии методом наложения и печатается результирующее многоцветное изображение.

Цветовая модель HSB.

Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. В ней цвет описывается тремя компонентами: тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness).

Тон— это конкретный оттенок цвета. Насыщенность характеризует его интенсивность (чистоту). Яркость же зависит от доли черной составляющей в данном цвете. Встречается и другое обозначение системы HSB — HSL (Hue, Saturation, Light — тон, насыщенность, освещённость).

Модель HSB основана на цветах модели RGB, но имеет другую систему координат (рис. 8.5.). Любой цвет в ней задаётся вектором(А), выходящим из центрацветового круга, при этом сам центр соответствует белому цвету, а точки на окружности (В) — чистым цветам. Направление вектора определяет тон (цветовой оттенок) и задается в угловых градусах (от 0 до 360). Длина вектора определяет насыщенность цвета.

Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) вне зависимости от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Чтобы отобразить это на модели, требуется новая координата. В результате получается цилиндр, который образуется из серии кругов с уменьшающейся яркостью, при этом самый нижний круг (С) будет соответствовать черному цвету.

Модель HSB ориентирована не на обработку готовых, а на создание новых компьютерных изображений, причем, как правило, с использованием элементов имитации инструментария и приемов работы художника. Модель поддерживается многими современными графическими редакторами, её цветовой охват перекрывает все известные значения реальных цветов. После создания изображения его рекомендуется преобразовывать в другую цветовую модель в зависимости от дальнейшего способа использования, например, в RGB — при выводе на экран монитора, в CMYK — для печати на полиграфическом оборудовании.

Цветовая модель CIE Lab.

Модели RGB и CMYK являются аппаратно-зависимыми (в RGB значения базовых цветов определяются, как правило, качеством мониторов, в CMYK — особенностями печатного процесса и качеством реальных красок). При этом актуальной является задача описания цветов, не зависящего от аппаратуры, на которой эти цвета получены.

Цвет — это воспринимаемая характеристика, зависящая от наблюдателя и окружающих условий, поэтому дать полностью объективное его определение не представляется возможным.

Модель Labдовольно сложна для практического освоения, зато её ценность как аппаратно-независимой модели нашла свое практическое применение в графическом пакете Adobe Photoshop. Она служит ядром систем управления цветом и применяется как промежуточная (скрыто от пользователя) при каждом преобразовании других цветовых моделей.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Графический дизайн, являясь достаточно сложной структурой, проникает во все сферы деятельности современного общества, помогает ему расти и развиваться не только в культурном, но также и в техническом аспекте.

Зарождение дизайна тесно связано с возникновением письменности и созданием рукописных книг. Начало эпохи книгопечатания способствовало его широкому распространению по всему миру. Тем не менее, история графического дизайна насчитывает всего около ста с небольшим лет, так как его рождение как науки произошло во время промышленной революции конца XIX века, и отражает весь ход научно-технического прогресса.

Графический дизайн связывает искусство и технологии в едином творческом процессе. В XX веке был придуман компьютер, который в последствие стал одним из важнейших инструментов художника и открыл новые горизонты для творчества, тем самым переведя деятельность дизайнера на новый уровень.

Ни одно уважающее себя издание (будь то статья или книга) по графике не обходит стороной обсуждение особенностей представления графической информации в компьютере. И это не традиция такая, это фундаментальные знания, которыми не стоит пренебрегать.

Растр и вектор

Существуют два принципиально разных способа представления графической информации в компьютере: растровая и векторная графика.

В векторной графике изображение представляется в виде набора объектов (примитивов), геометрия которых описывается математическими формулами. В этот набор входят простые геометрические фигуры: точки, прямые, дуги, полигоны, овалы и некоторые другие формы. Таким образом, появляется возможность хранить только координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т. д.).

Вот некоторые области применения векторной графики: логотипы, эмблемы, фирменные знаки, рекламные надписи, схемы, чертежи, эскизы одежды и многое другое.

Основные преимущества векторной графики:

Хорошая масштабируемость.
Небольшие размеры графических файлов.
Высокая скорость обработки.
Невысокие требования к вычислительным ресурсам.

И всего лишь два принципиальных недостатка:

Невозможность создания реалистичных изображений.
Сложность описания геометрии.

Растровое представление обычно используют для изображений с большим количеством деталей или оттенков. В виде совокупности точек можно представить пейзажный снимок, фотопортрет, оцифрованный рисунок и многое другое.

При редактировании растровой графики, ее качество может измениться. Изменение размеров таких картинок в любую сторону обычно ухудшает качество: при уменьшении теряются мелкие детали, при увеличении происходит ухудшение резкости и яркости изображения. Также возможна потеря качества при повороте и наклоне.

Свойства вектора и растра дополняют друг друга: сильные стороны одного способа описания — это слабости другого и наоборот.

Цветовые модели

Описание точек растрового изображения представляет собой информацию о цвете и яркости точек в двоичном виде. Цветовая модель – это определенный алгоритм (или набор правил) интерпретации и обработки кодов точек.

Для излучающих объектов (телевизоры, компьютерные мониторы, видеопроекторы и многие другие устройства графического вывода) используется аддитивный принцип синтеза, когда требуемый цвет формируется за счет смешения основных цветовых оттенков.

Самой известной моделью аддитивного типа является модель RGB. Ее название образовано по первым буквам базовых цветовых координат Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Смешивая эти три основных цвета в определенном соотношении, можно воспроизвести большинство воспринимаемых человеком цветов.

Получение цветов в результате аддитивного смешивания:

Зелёный + Красный = Жёлтый
Зелёный + Синий = Голубой
Синий + Красный = Пурпурный
Синий + Красный + Зелёный = Белый
Нет света = Черный

Цвет несамосветящихся объектов (бумажные оттиски) формируется по субтрактивному принципу синтеза, то есть за счет вычитания различных цветовых компонентов из света, отраженного белой бумагой. При удалении всех компонентов получается черный цвет.

Самая распространенная модель субтрактивного синтеза — CMY, широко применяющаяся в полиграфии. Ее название образовано по первым буквам цветовых координат Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый). К этой модели добавляется черный при печати для экономии цветных красителей, и тогда система приобретает вид CMYK.

Часто объясняется, что буква k в этой аббревиатуре — последняя буква слова black, и взята, чтобы не путать с blue от модели RGB. На самом деле она обозначает key color. В англоязычных странах термином key plate обозначается печатная форма для чёрной краски.

Получение цветов при субстрактивном воспроизведении цвета:

Голубой + Желтый = Зеленый
Желтый + Пурпурный = Красный
Пурпурный + Голубой = Синий
Голубой + Пурпурный + Желтый = Черный
Нет цвета = Белый

Цвета одной модели являются дополнительными к цветам другой модели.

Дополнительными (комплиментарными) называется цвета, которые в своей сумме дают чистый белый цвет, чистый черный или оттенок серого. Дополнительным для красного служит голубой, поскольку голубой получается смешением зеленого и синего. Дополнительным для зеленого является пурпурный (пурпурный = красный + синий), для синего — желтый (желтый = красный + зеленый).

Модель Bitmap

На каждую точку изображения модели Bitmap отводится только по одному двоичному разряду. То есть возможно представить только два состояния пиксела. Обычно такими состояниями являются черный и белый цвет, поэтому изображения, представленные в этой модели, называются черно-белыми или монохромными. Модель не дает возможности представить плавные тоновые градации. Иногда ее называют Black and White, LineArt.

Модель Grayscale

Модель Grayscale обычно используется для хранения информации о полутоновых изображениях (представленных различными градациями серого). В ней на каждую точку картинки выделяется восемь двоичных разрядов (один байт), таким образом, получаем 2 8 =256 возможных градаций серого. Нулевое значение соответствует черному цвету; максимальная величина кодового слова (255) представляет белый цвет. Промежуточные значения кодируют различные оттенки серого.

Модель Indexed Color

Как и в модели Grayscale, каждую точку изображения в модели Indexed Color представляет кодовое слово длиной восемь битов. Но в нее записывается не информация о градациях серого, а данные о цвете. Набор всех доступных цветов образует палитру из 256 элементов. Эта модель может именоваться Paletted, 256 Colors, Web Colors.

Модель RGB

Модель RGB — это самый популярный способ представления графики. В этой системе любой цвет формируется путем объединения красного (Red) зеленого (Green) и синего (Blue) цветов различной интенсивности.

Нулевое значение всех составляющих соответствует черному цвету (отсутствию светимости), а белый цвет дает смешение значений предельной интенсивности.

Поскольку в системе RGB три цветовых координаты (на описание кодов каждой отводится по 8 бит), то на один пиксел приходится 24 двоичных разряда. Иногда говорят, что глубина цвета в этой системе составляет 24 бита. Это позволяет представить более 16 миллионов цветов.

Модель HSB

В модели HSB все цвета определяются тремя координатами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation), и яркостью (Brightness). Название модели образовано по первым буквам английских названий цветовых координат. Несомненным достоинством системы HSB является ее независимость от аппаратуры.

Цветовым тоном или оттенком (Hue) называется спектрально-чистый цвет определенной длины волны, например, чистый красный или чистый зеленый.

Яркость (Brightness) характеризует интенсивность, энергию цвета. Изменение яркости можно представить как смешение чистого тона и черного цвета. Большое содержание черного делает цвет затененным, неинтенсивным. С уменьшением процента черного освещенность увеличивается. Солнечный луч — это пример яркого света, свечение, исходящее от светлячка, имеет очень низкую яркость. Черный цвет имеет нулевую яркость, а белый — абсолютную.

Насыщенность (Saturation) описывает чистоту цвета. Один и тот же тон может быть тусклым или насыщенным. Изменение насыщенности можно представить как разбавление чистого цвета белым. Чем больше содержание белого, тем более блеклым становится цвет.

Модели CMY и CMYK

Модель CMY описывает способ получения цветов не сложением, как в RGB, а вычитанием базовых цветовых координат из белого цвета. Поэтому модель CMYK называется субтрактивной. В этой модели опорными являются краски голубая (Cyan, C), пурпурная (Magenta, M), желтая (Yellow, Y). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Синтез цветов в системе CMY и объяснение, почему эта модель приобретает вид CMYK, говорилось немного выше.

Во многих графических пакетах цветовые координаты рассматриваются как красители, которые наносятся на поверхность бумаги, поэтому интенсивность каждой координаты измеряется в процентах от 0 (отсутствие краски) до 100 (максимальная интенсивность краски).

Общие рекомендации по выбору цветовой модели следующие: для отображения на экране компьютерного монитора или телевизора лучше подходит система RGB, для передачи в типографию следует предпочесть систему CMYK.

Цветовые модели. Закон Грассмана. Модели RGB, CMYK, Lab, HSB. Глубина цвета. Черно-белый и полутоновой режим. Плашечные цвета. Кодирование цвета, палитры. Проблема цветового охвата. Цветовые профили. Управление цветами. Цветоделение.

Цветовые модели и их виды

Наука о цвете – это довольно сложная и широкомасштабная наука, поэтому в ней время от времени создаются различные цветовые модели, применяемые в той либо иной области. Одной из таких моделей и является цветовой круг.

C уществует 3 первичные цвета, которые невозможно получить и которые образуют все остальные. Основные цвета – это желтый, красный и синий. При смешивании желтого с красным получается оранжевый, синего с желтым – зеленый, а красного с синим – фиолетовый. Таким образом, можно составить круг, который будет содержать все цвета. Он представлен на рис. и называется большим кругом Освальда.

Наряду с кругом Освальда есть еще и круг Гете, в котором основные цвета расположены в углах равностороннего треугольника, а дополнительные – в углах перевернутого треугольника.

Друг напротив друга расположены контрастные цвета.

В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае цветовая модель – это просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осей и принятого масштаба.

Основные цветовые модели:

− CMY (Cyan Magenta Yellow);

− CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет);

− HSV (Hue, Saturation, Value);

− HLS (Hue, Lightness, Saturation);

В цифровых технологиях используются, как минимум, четыре основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах и Lab. В полиграфии используются также многочисленные библиотеки плашечных цветов.

Цвета одной модели являются дополнительными к цветам другой модели. Дополнительный цвет – цвет, дополняющий данный до белого. Дополнительный для красного – голубой (зеленый+синий), дополнительный для зеленого – пурпурный (красный+синий), дополнительный для синего – желтый (красный+зеленый) и т.д.

По принципу действия перечисленные цветовые модели можно условно разбить на три класса:

− аддитивные ( RGB ), основанные на сложении цветов;

− субтрактивные ( CMY , CMYK ), основу которых составляет операция вычитания цветов (субтрактивный синтез);

− перцепционные ( HSB , HLS , LAB , YCC ), базирующиеся на восприятии.

Аддитивный цвет получается на основе законов Грассмана путем соединения лучей света разных цветов. В основе этого явления лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами, являются красный ( R ed ), зеленый (Green) и синий (Вlue) цвета. При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (С yan ), пурпурный ( M agenta ) и желтый ( Y ellow ). Следует отметить, что первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.

Базовыми цветами называют цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимых цветов.

Для получения новых цветов с помощью аддитивного синтеза можно использовать и различные комбинации из двух основных цветов, варьирование состава которых приводит к изменению результирующего цвета.

Таким образом, цветовые модели (цветовое пространство) представляют средства для концептуального и количественного описания цвета. Цветовой режим – это способ реализации определенной цветовой модели в рамках конкретной графической программы.

Закон Грассмана (законы смешивания цветов)

В большинстве цветовых моделей для описания цвета используется трехмерная система координат. Она образует цветовое пространство, в котором цвет можно представить в виде точки с тремя координатами. Для оперирования цветом в трехмерном пространстве Т. Грассман вывел три закона (1853г):

1. Цвет трехмерен – для его описания необходимы три компоненты. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов.

Иными словами, для любого заданного цвета можно записать такое цветовое уравнение, выражающее линейную зависимость цветов.

Первый закон можно трактовать и в более широком смысле, а именно, в смысле трехмерности цвета. Необязательно для описания цвета применять смесь других цветов, можно использовать и другие величины – но их обязательно должно быть три.

2. Если в смеси трех цветовых компонент одна меняется непрерывно, в то время, как две другие остаются постоянными, цвет смеси также изменяется непрерывно.

3. Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонент и не зависит от их спектральных составов.

Смысл третьего закона становится более понятным, если учесть, что один и тот же цвет (в том числе и цвет смешиваемых компонент) может быть получен различными способами. Например, смешиваемая компонента может быть получена, в свою очередь, смешиванием других компонент.

Цветовая модель RGB

Это одна из наиболее распространенных и часто используемых моделей. Она применяется в приборах, излучающих свет, таких, например, как мониторы, прожекторы, фильтры и другие подобные устройства, а также в устройствах ввода графической информации – сканерах, цифровых камерах.

Данная цветовая модель базируется на трех основных цветах: Red – красном, Green – зеленом и Blue – синем. Каждая из вышеперечисленных составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, образовывая разные цвета и обеспечивая, таким образом, доступ ко всем 16 миллионам (полное количество цветов, представляемых этой моделью равно 256*256*256 = 16 777 216.).

Эта модель аддитивная. Слово аддитивная (сложение) подчеркивает, что цвет получается при сложении точек трех базовых цветов, каждая своей яркости. Эти тройки базовых точек (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, так что каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем ярче цветная точка (красная, зеленая, синяя), тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.

При работе с графическим редактором Adobe PhotoShop можно выбирать цвет, полагаясь не только на тот, что мы видим, но при необходимости указывать и цифровое значение, тем самым иногда, особенно при цветокоррекции, контролируя процесс работы.

Таблица

Значения некоторых цветов в модели RGB

Данная цветовая модель считается аддитивной, то есть при увеличении яркости отдельных составляющих будет увеличиваться и яркость результирующего цвета: если смешать все три цвета с максимальной интенсивностью, то результатом будет белый цвет; напротив, при отсутствии всех цветов получается черный.

Модель является аппаратно–зависимой, так как значения базовых цветов (а также точка белого) определяются качеством примененного в мониторе люминофора. В результате на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково.

Система координат RGB – куб с началом отсчета (0,0,0), соответствующим черному цвету. Максимальное значение RGB – (255,255,255) соответствует белому цвету.

Рис. Цветовой куб модели RGB

Несомненными достоинствами данного режима является то, что он позволяет работать со всеми 16 миллионами цветов, а недостаток состоит в том, что при выводе изображения на печать часть из этих цветов теряется, в основном самые яркие и насыщенные, также возникает проблема с синими цветами.

Модель CMY (Cyan Magenta Yellow)

В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цветов основных аддитивных цветов модели RGB.

Рис. Получение модели CMY из RGB

Цвета, использующие белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными. Основные цвета этой модели: голубой (белый минус красный), фуксин (в некоторых книгах его называют пурпурным) (белый минус зеленый) и желтый (белый минус синий). Эти цвета являются полиграфической триадой и могут быть легко воспроизведены полиграфическими машинами. При смешении двух субтрактивных цветов результат затемняется (в модели RGB было наоборот). При нулевом значении всех компонент образуется белый цвет (белая бумага). Эта модель представляет отраженный цвет, и ее называют моделью субтрактивных основных цветов. Данная модель является основной для полиграфии и также является аппаратно–зависимой.

Система координат CMY – тот же куб, что и для RGB, но с началом отсчета в точке с RGB координатами (255,255,255), соответствующей белому цвету. Цветовой куб модели CMY показан на рис.

Цветовая модель CMYK

Это еще одна из наиболее часто используемых цветовых моделей, нашедших широкое применение. Она является субтрактивной моделью.

В отличие от аддитивной модели, где отсутствие цветовых составляющих образует черный цвет, в субтрактивной все наоборот: если нет отдельных компонентов, то цвет белый, если они все присутствуют, то образуется грязно–коричневый, который делается более темным при добавлении черной краски, которая используется для затемнения и других получаемых цветов.

Ясно, что цвет в CMYK зависит не только от спектральных характеристик красителей и от способа их нанесения, но и их количества, характеристик бумаги и других факторов. Фактически цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата и не определяют цвет однозначно.

Так, исторически в разных странах сложилось несколько стандартизованных процессов офсетной печати. Сегодня это американский, европейский и японский стандарты для мелованной и немелованной бумаг. Именно для этих процессов разработаны стандартизованные бумаги и краски. Для них же созданы соответствующие цветовые модели CMYK, которые используются в процессах цветоделения. Однако, многие типографии, в которых работают специалисты с достаточной квалификацией, нередко создают профиль, описывающий печатный процесс конкретной печатной машины с конкретной бумагой. Этот профиль они предоставляют своим заказчикам.

Следует помнить, что если вы готовите изображение к печати, то следует все–таки работать с CMYK, потому что в противном случае то, что вы увидите на мониторе, и то, что получите на бумаге, будет отличаться настолько сильно, что вся работа может пойти насмарку.

Модель CMYK – это субтрактивная цветовая модель, которая описывает реальные красители, используемые в полиграфическом производстве.

Цветовая модель Lab

Цветовая модель Lab была разработана Международной комиссией по освещению (CIE) с целью преодоления существенных недостатков вышеизложенных моделей, в частности она призвана стать аппаратно независимой моделью и определять цвета без оглядки на особенности устройства (сканера, монитора, принтера, печатного станка и т. д.).

Такую модель предпочитают в основном профессионалы, так как он совмещает достоинства как CMYK, так и RGB, а именно обеспечивает доступ ко всем цветам, работая с достаточно большой скоростью.

На вопрос, почему же такой моделью пользуются в основном профессионалы, можно ответить лишь то, что она отличается несколько необычным и непривычным построением, и понять принцип ее действия порой несколько сложнее описанных ранее.

Построение цветов здесь, так же как и в RGB, базируется на слиянии трех каналов. На этом, правда, все сходство заканчивается.

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. a и b – хроматические компоненты). Компонент а изменяется от зеленого до красного, а b – от синего до желтого. Яркость в этой модели отделена от цвета, что удобно для регулирования контраста, резкости и т.д. Однако, будучи абстрактной и сильно математизированной, эта модель остается пока что неудобной для практической работы.

Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами. Благодаря характеру определения цвета в Lab возможно отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет. Это позволяет ускорить обработку изображений, например, при допечатной подготовке. Lab предоставляет возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усиления цветового контраста, также очень важными являются возможности, которые Lab предоставляет для борьбы с шумом на цифровых фотографиях.

Поскольку все цвтовые модели являются математическими, они легко конвертируются одна в другую по простым формулам. Такие конверторы встроены во все "приличные" графические программы.

Как было показано ранее, используемые для описания технических устройств цветовые системы RGВ и СМYК являются аппаратнозависимыми. Это значит, что воспроизводимый или создаваемый с помощью них цвет определяется не только составляющими модели, но и зависит от характеристик устройства вывода.

Для устранения аппаратной зависимости был разработан ряд так называемых перцепционных (иначе – интуитивных) цветовых моделей. В их основу заложено раздельное определение яркости и цветности. Такой подход обеспечивает ряд преимуществ:

− позволяет обращаться с цветом на интуитивно понятном уровне;

− значительно упрощает проблему согласования цветов, поскольку после установки значения яркости можно заняться настройкой цвета.

Прототипом всех цветовых моделей, использующих концепцию разделения яркости и цветности, является НSV–модель. К другим подобным системам относятся НSI, НSB, НSL и YUV. Общим для них является то, что цвет задается не в виде смеси трех основных цветов – красного, синего и зеленого, а определяется путем указания двух компонентов: цветности (цветового тона и насыщенности) и яркости.

Цветовая модель HSB

Здесь заглавные буквы не соответствуют никаким цветам, а символизируют тон (цвет), насыщенность и яркость (Hue Saturation Brightness). Предложена в 1978 году. Все цвета располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, то есть всего насчитывается 360 вариантов – H определяет частоту света и принимает значение от 0 до 360 градусов (красный – 0, желтый – 60, зеленый – 120 градусов и так далее), т.е. любой цвет в ней определяется своим цветом (тоном), насыщенностью (то есть добавлением к нему белой краски) и яркостью.

Насыщенность (Saturation) – это параметр цвета, определяющий его чистоту. Отсутствие серых примесей (чистота кривой) соответствует данному параметру. Уменьшение насыщенности цвета означает его разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым, размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях, т. е. можно говорить об одинаковой насыщенности, например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально разбеливается, проще говоря, становится белым цветом.

Работу с насыщенностью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски. Чем больше в цвете содержание белого, тем ниже значение насыщенности, тем более блеклым он становится.

Яркость (Brightness) – это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Амплитуда (высота) световой волны соответствует этому параметру. Уменьшение яркости цвета означает его зачернение. Работу с яркостью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски. Чем больше в цвете содержание черного, тем ниже яркость, тем более темным становится цвет.

Модель HSB – это пользовательская цветовая модель, которая позволяет выбирать цвет традиционным способом. Она намного беднее рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 миллионами цветов.

Эта модель аппаратно–зависимая и не соответствует восприятию человеческого глаза, так как глаз воспринимает спектральные цвета как цвета с разной яркостью (синий кажется более темным, чем красный), а в модели HSB им всем приписывается яркость 100%.

Глубина цвета

В цифровой фотографии количество цветов, которые могут быть сохранены в изображении, – это мера битовой глубины цвета.

Глубина цвета – количество бит, приходящихся на один пиксель ( bpp ). Определяет количество бит, или разрядов, с помощью которых составляются коды потенциальных значений тона или цвета.

Количество цветов, характерное для различной глубины цвета (битовой глубины).

Читайте также: