Трехкомпонентная теория цвета

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 17Следующая ⇒

Гипотеза: в глазе три типа колбочек, воспринимающих красный, синий и зеленый цвета (очень упрощенно-обобщенная). С помощью экспериментов по этой модели получены кривые чувствительности глаза на цвета.

Лучше всего видим желто-зеленый цвет (длина волны около 550 нМ). Синие рецепторы обладают меньшей чувствительностью по сравнению с красными и зелеными рецепторами. По этой теории любой цвет может быть передан с помощью взвешенной суммы этих трех основных цветов. Сумма этих трех кривых – спектральная чувствительность глаза.

55. Цветовые модели RGB, CMYK, YCbCr, HSV. (км)

Цветовая модель RGB

В цветовой модели, построенной на основе красного, зеленого и синего цветов, используются декартовы координаты. Рассматриваемое нами подпространство представляет собой единичный куб. Основные цвета RGB аддитивны, т. е. некоторый результирующий цвет можно получить путем сложения (смешения) определенных количеств каждого из основных цветов. На главной диагонали куба, образованного равными количествами каждого из основных цветов, лежат серые цвета. Система RGB заслуживает внимания прежде всего потому, что на ее основе работают цветные телевизионные мониторы, а также многие растровые дисплеи. Накоплен значительный объем знаний о реакции и чувствительности глаза к цветам, задаваемым триадами (R, G, В).

При смешении двух основных цветов результат осветляется: из смешения красного и зеленого получается желтый, из смешения зеленого и синего получается голубой, синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Поэтому такие цвета называются аддитивными.

Важно отметить особенные точки и линии этой модели:

· Начало координат: все составляющие равны нулю, излучение отсутствует, что равносильно темноте, т. е. Это точка черного цвета.

· Точка, ближайшая к зрителю: все составляющие имеют максимальное значение, что обеспечивает белый цвет.

· На линии, соединяющей эти точки (по диагонали), располагаются серые оттенки: от черного до белого. Это происходит потому, что значение всех трех составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Такой диапазон называют серой шкалой.

· Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.

Следует отметить, что у аддитивной модели синтеза цвета существуют ограничения. В частности, не удается с помощью физически реализуемых источников основных цветов получить голубой цвет (как в теории – путем смешения синей и зеленой составляющей), на экране монитора он создается с некоторыми техническими ухищрениями. Кроме того, любой получаемый цвет находится в сильной зависимости от вида и состояния применяемых источников. Эта модель является теоретической основой процессов сканирования и визуализации изображений на экране монитора.

Цветовая модель CMYK

Голубой, пурпурный и желтый цвета являются дополнительными к красному, зеленому и синему цветам соответственно. Они получили название основных субтрактивных цветов, поскольку эти цвета являются результатом вычитания некоторого цвета из белого цвета. В случае модели CMY рассматривается то же подпространство в декартовой системе координат, что и для модели RGB, только в начале координат теперь находится не черный (отсутствие света), а белый (полный свет) цвет. В модели CMYK цвета задаются не теми величинами, которые добавляются к черному, а значениями, которые вычитаются из белого света.

Знание модели CMYK оказывается полезным, когда приходится иметь дело с устройствами получения твердой копии, в которых цветные пигменты наносятся на бумагу. Если поверхность покрыта голубой краской, красный свет от нее не отражается. Голубой цвет является результатом вычитания красного из отраженного белого света, который сам является суммой красного, зеленого и синего цветов. Следовательно, в терминах основных аддитивных цветов голубой цвет - является суммой синего и зеленого цветов. Аналогично пурпурный цвет поглощает зеленый свет, поэтому он представляет собой сумму красного и синего цветов. В то же время желтый цвет поглощает синий свет, поэтому он является суммой красного и зеленого цветов. Поверхность, покрытая голубой и желтой красками, поглощает при освещении белым светом его красную и синюю составляющие, отражая лишь зеленый свет. Поверхность же, покрытая голубой, желтой и пурпурной красками, поглощает красный, зеленый и синий цвета и поэтому выглядит черной. Эти соотношения, показанные можно также представить в виде уравнений:

Единичный вектор-столбец является представлением белого цвета в модели RGB и черного — в модели CMYK. Преобразование из модели RGB в модель CMY выполняется следующим образом:

При смешении двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трех должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски остается белый цвет (белая бумага).

Но проблема заключается в том, что данная модель описывает реальные полиграфические краски, которые, увы, далеко не так идеальны, как цветной луч. Это приводит к тому, что смешение трех основных цветов, которое должно давать черный цвет, дает какой-то неопределенный («грязный») цвет.

Для компенсации этого недостатка в число основных полиграфических красок была внесена «черная» краска. CMYK (cyan, magenta, yellow, «black» [на самом деле – «Key Color»]).

Из-за 4-ой избыточной составляющей один тот же цвет может быть представлен разным набором координат.

Цветовая модель YCbCr

Y – яркостная составляющая. Cb – blueness Cr – redness. ЦМ используется в ч/б телевидении. Эта модель представляет собой некоторый вариант кодирования цветов RGB, осуществляемого с целью повышения эффективности их передачи в эфир, а также для обеспечения совместимости с черно-белым телевидением. Компонента Y цветного телевизионного видеосигнала изображается на экране черно-белого телевизора. Преобразование модели RGB в модель YСbCr, с помощью которого выполняется отображение, задается следующим образом:

Для обратного преобразования применяется обратная матрица (матрица показана для преобразования JPEG, для различных случаев коэффициенты могут немного меняться).

Описывая цвета в модели YIQ, можно тем самым решить важную проблему, стоящую перед телевидением: два цвета, которые наши глаза воспринимают как различные, могут выглядеть совершенно одинаковыми при их передаче в эфир или записи на видеопленку и последующем просмотре на черно-белом телевизионном мониторе. Этого можно избежать, если двум цветам, которые следует отличать друг от друга (предназначенным, например, для изображения заполненной области и ее границы), присваивать различные значения яркости (величины Y) так, чтобы эти цвета изображались с различными интенсивностями.

В цветовой модели YIQ используется полезное свойство системы человеческого видения, которая более чувствительна к изменениям светлоты, чем к переменам цветового тона или насыщенности. Отсюда следует, что для представления координаты Y следует выделять большее количество битов (или более широкую полосу частот), чем для представления координат I и Q, обеспечивая тем самым более высокое разрешение по Y. Кроме того, объекты, занимающие очень маленькую часть поля нашего зрения, не вызывают ощущения цвета — они воспринимаются только в соответствии с их интенсивностью. Следовательно, для координат I и Q требуется меньшее пространственное разрешение, чем для координаты Y.

Цветовая модель HSV

Цветовые модели RGB, CMY и YIQ являются аппаратно-ориентированными. В отличие от них предложенная Смитом модель HSV (hue – цветовой тон, saturation – насыщенность, value – cветлота) ориентирована на пользователя. В ее основу положены интуитивно принятые художниками понятия разбела, оттенка и тона. Подпространство, определяемое моделью, представляет собой шестигранный конус.

Верхняя часть шестигранного конуса соответствует значению V= 1; цвета при этом выражены с наибольшей интенсивностью. Отметим, что дополнительные цвета расположены друг против друга, т. е. отличаются один от другого на угол H=180°. Этот угол отсчитывается вокруг вертикальной оси, причем начало отсчета совпадает с красным цветом. Значением S является отношение, изменяющееся в диапазоне от 0 на осевой линии (ось V) до 1 на треугольных боковых гранях шестигранного конуса. Насыщенность измеряется относительно цветового охвата, задаваемого моделью, а не относительно графика МКО, поэтому это не то же самое, что чистота.

Высота шестигранного конуса составляет единицу по координате V, а вершина конуса лежит в начале координат. Точка, в которой находится вершина, соответствует черному цвету; ее координата V=0. С точкой V=0 может быть связано любое значение координаты S в диапазоне 0-1. Точка с координатами S= 0, V= 1 соответствует белому цвету. Промежуточные значения координаты V соответствуют серым цветам. При S=0 значение Н считается неопределенным. Например, чистому красному цвету соответствуют координаты H=0, S=1, V=1. В самом деле, любой цвет с координатами V=1, S=1 похож на чистый пигмент, который художники используют в качестве начального приближения при смешении цветов. Добавление белого пигмента соответствует уменьшению V (без изменения S). Тона получаются путем уменьшения как S, так и V. И наконец, меняя координату H, мы выбираем чистый пигмент, с которым будем работать. Таким образом, координаты Н, S и V взаимно однозначно соответствуют понятиям цветовой системы художника.

56. Графические файлы: точечная графика, сравнение с векторной. (км)

Принцип кодирования графической информации в точечной графике сильно отличается от векторной и чрезвычайно прост для понимания.

Он был изобретен и использовался людьми за много веков до компьютеров, мониторов и сканеров. Это и рисование " по клеточкам" — способ переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески. Это и такие направления монументального и прикладного искусства, как мозаика, витраж, вышивка: в любой из этих техник изображение строится из дискретных элементов.

Все точечные изображения представляют собой не совокупность отдельных объектов, а мозаику из очень мелких элементов — пикселей, характеризующихся положением в так называемой битовой карте (таблице, матрице) и цветовыми характеристиками. Каждый пиксель, независим от других.

Достоинств у точечной графики, как ни странно, не слишком много. Основным является простота и, как следствие, техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода фотографий, слайдов, рисунков, акварелей и прочих изобразительных оригиналов.

Однако точечной графике присущи и существенные недостатки. Первый недостаток, который обнаруживается при первой же попытке что-нибудь нарисовать в программе точечной графики, заключается в том, что до начала рисования она потребует введения конкретных значений разрешения (количества точек на единицу длины) и глубины цвета (количества цветовых бит на пиксель), а также физического размера. Конечно, потом эти значения можно изменить, что, как правило, приводит к тем или иным погрешностям, да и нельзя это делать многократно и в широком диапазоне.

Второй недостаток всплывет при попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с четкими тонкими вертикальными линиями. Сразу обнаруживается, что четкие линии превращаются в четкие " ступеньки". Это означает, что при любых трансформациях (поворотах, масштабировании, наклонах и так далее) в точечной графике невозможно обойтись без искажений. Можно даже сказать, что точечную графику легче деформировать, чем трансформировать.

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒