о цветовых моделях.

RGB-модель.

       Экран (как и всякое другое неизлучающее свет тело) - изначально темный. Его исходным цветом является черный. Все остальные цвета на нем получаются путем использования комбинации таких трех цветов (традиционно в цветных кинескопах используются три "пушки"), которые в своей смеси должны образовать белый цвет. Опытным путем была выведена комбинация "красный, зеленый, синий" - RGB - red/green/blue. Черный цвет в схеме отсутствует, так как мы его и так имеем - это цвет "черного" экрана. Значит отсутствие цвета в схеме RGB соответствует черному цвету.

        Немного об истории этой системы. Т.к. цвет все же ощущение человека, его измерения должны быть измерениями именно цветовых ощущений человека. Однако все люди воспринимают цвет немного по-разному. Что же, измерять? В начале 30-х годов 20-го века Международная Комиссия по освещению (CIE — Communication Internationale de l'Eclairage) с этой целью провела масштабную акцию, профинансированную компаниями — производителями красок. Для измерения цветовых ощущений был проведен коротко описанный ниже эксперимент. Комиссия CIE ввела в обиход понятие "стандартный наблюдатель" (standard observer): окончательные данные измерений были получены за счет усреднения результатов эксперимента, проведенного в строго определенных условиях с большим числом наблюдателей. Поэтому результаты эти не дают точного представления о свойствах цветового зрения каждого конкретного человека, а относятся к т.н. усредненному стандартному колориметрическому наблюдателю.

        На экран проецировались два световых пятна в непосредственной близости друг от друга. Первое пятно получали путем пропускания белого света через стеклянную призму. В результате белый свет раскладывался на спектральные составляющие. Большую часть из них закрывала непрозрачная шторка, и только интересующая исследователей часть спектра проецировалась на экран. Таким образом, первое пятно представляло собой спектрально-чистый цвет. Второе пятно создавалось тремя лучами белого света, идущими через светофильтры, пропускающие свет только в определенных зонах видимого спектра: 700,0 Нм (красный), 546,1 Нм (зеленый) и 435,8 Нм (синий). Таким образом, второе пятно было результатом аддитивного синтеза трех лучей: красного синего и зеленого - основных цветов.

        Наблюдатель должен был, вращая ручки регуляторов яркости трех основных цветов, добиться визуального совпадения цвета образованного ими пятна с цветом спектрально-чистого пятна. Когда наблюдатель говорил, что добился максимального цветового совпадения пятен, фиксировались позиций трех регуляторов. Сумма яркостей трех основных цветов, совпадающая с белым цветом, была принята за единицу. В процессе исследования выяснилось, что большую часть чистых спектральных цветов не удается воспроизвести аддитивным синтезом. Поэтому исследователи применили небольшую хитрость: в случае, когда уравнять спектрально-чистый цвет не удавалось, к нему добавляли некоторое количество основного цвета. Это позволяло уравнять цветовые ощущения от обоих пятен и найти определенную комбинацию числовых значений для спектрального цвета. Однако, в данном случае появлялись отрицательные величины – за счет добавления основного цвета к спектральному.

        Путем такого эксперимента с усреднением результатов по большой выборке, были измерены цветовые ощущения, вызываемые спектрально-чистыми цветами, расположенными на всем протяжении видимого спектра: от фиолетового до красного. Конечно, данный эксперимент не является измерением спектральной чувствительности рецепторов сетчатки глаза! Это всего лишь косвенное измерение цветовых ощущений человека.

       В эксперименте CIE были получены числовые значения, соответствующие определенным цветовым ощущениям. Это означает, что цветовые ощущения были измерены. Вот так вот грубо и без всякой романтики и эзотерики. Каждое цветовое ощущение от монохроматического излучения определенной длины волны связано с тремя строго определенными числами, все это легко сводиться в трехмерную координатную систему - физиологическую цветовую координатную систему - CIE RGB. В основе всей современной колориметрии лежат результаты эксперимента CIE.

Классическая модель – CMY (Cyan Magenta Yellow – Голубой Пурпурный Желтый, "циан-фуксин-желтый").

      Модель CMY противоположна RGB. Голубой цвет состоит из синего и зеленого, следовательно, краситель голубого цвета отражает синий и зеленый, но поглощает красный. Пурпурный поглощает зеленый цвет, а желтый – синий. Таким образом, цвет образуется не за счет суммирования цветов, а за счет поглощения цветными красителями различных цветовых составляющих падающего на предмет света.

Из-за сложности получения чистого черного цвета была введена усовершенствованная модель – CMYK .

CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK – Голубой Пурпурный Желтый Черный).

       В полиграфии было принято называть добавочный черный ключевым цветом — key color — отсюда сокращение "К". Т.е. черный цвет обеспечивается специальным черным красителем, а не смешением всех трех красителей. Однако, если CMY можно связать с некой цветовой системой, то CMYK уже нельзя, т.к. она избыточна: цвета от белого до черного получаются как смешением основных красителей CMY, так и изменением концентрации дополнительного – K.
Бумага является изначально белой. Это означает, что она обладает способностью отражать весь спектр цветов света, который на нее попадает. Чем качественнее бумага, чем лучше она отражает все цвета, тем она нам кажется белее. Чем хуже бумага, чем больше в ней примесей и меньше белил, тем хуже она отражает цвета, и мы считаем ее серой. Противоположный пример - асфальт. Только что положенный хороший асфальт (без примесей гальки) - идеально черный. То есть, на самом деле цвет его нам не известен, но он таков, что поглощает все цвета света, который на него падает, и потому он нам кажется черным. Со временем, когда по асфальту начинают ходить пешеходы или ездить машины, он становится "грязным" - то есть на его поверхность попадают вещества, которые начинают отражать видимый свет (песок, пыль, галька). Асфальт перестает быть черным и становится "серым". Если бы нам удалось "отмыть" асфальт от грязи - он снова стал бы черным.

      В настоящее время при печати применяются системы из 6 и более красителей, опять же для получения более высококачественного изображения. Например, в струйных принтерах используется модель Photoink: Cyan, LightCyan (светло-голубой), Magenta, LightMagenta (светло-пурпурный), Yellow, Black.

      Необходимо четко различать цветовые модели (RGB, CMY, CMYK) и цветовые системы (HSV, XYZ, Lab): первые описывают способ воспроизведения цветовых ощущений, вторые – измерение этих ощущений. Данные RGB и CMYK являются аппаратными данными, мало что говорящими о цветовых ощущениях без привязки к конкретному аппарату. Чтобы добиться совпадения цветов, полученных на разных аппаратах и с помощью разных цветовых моделей, у нас есть только один количественный способ — добиться равенства их цветовых координат. Переходим к цветовым системам, правильнее говорить – цветовым координатным системам.

CIE XYZ.

      В эксперименте CIE часть чистых спектральных цветов уравнять не удалось, в результате чего в цветовой координатной системе CIE RGB некоторые цвета имеют отрицательные координаты. Это неудобно при математических расчетах. Вскоре после возникновения CIE RGB, была предложена другая цветовая координатная система, полученная математическим пересчетом из исходной CIE RGB. Эта система и получила название CIE XYZ по трем координатным осям — XYZ. Отрицательных значений в этой системе уже нет.

     Имея значения цветовых координат для спектрально-чистых цветов, можно вычислить цветовые координаты и для цветовых ощущений, вызываемых светом сложного спектрального состава. Существует экспериментально установленный закон смешения цветов, согласно которому цветовые координаты цвета смеси равны суммам соответствующих координат смешиваемых цветов. Цвет сложного излучения представляют в виде суммы чистых спектральных цветов, соответствующих его монохроматическим составляющим (с учётом их интенсивности). Затем для каждой такой составляющей находят цветовые координаты. Координаты всех спектральных монохроматических составляющих складываются. Три числа, полученные в результате этого сложения, являются цветовыми координатами исходного сложного света.

xyY.

     Система xyY  получена путем пересчета из системы XYZ. Оси x,y – оси цветности, ось Y – светосилы. Посмотрите на диаграмму цветности xyY: это проекция цветового пространства человека в системе xyY (получена путем пересчета из системы XYZ) на плоскость xy. Когда возникает необходимость продемонстрировать цветовой охват того или иного устройства (показывается всегда в сравнении с цветовым охватом человеческого зрения), прибегают к этой координатной системе.

      Однако, ни одна из вышеупомянутых систем не отражает цветоразличительных свойств зрения, т.е. одинаковые расстояния в CIE XYZ и на графике цветностей хуY в различных его частях не соответствуют одинаковому зрительному различию между соответствующими цветами при одинаковой яркости. Из-за этого мы вынуждены говорить о неравномерности (нелинейности) цветовых координатных систем. Цветоразличительные свойства зрения минимальны на периферии цветового охвата человека (в зоне насыщенных цветов) и максимальны в области нулевых цветностей (серых тонов).

      Полностью разрешить эту проблему не удалось до сих пор, однако попытки предпринимаются. В результате CIE разработал более однородные цветовые шкалы — CIE L*a*b* и CIE L*u*v. Из этих двух моделей более широко применяется модель CIE L*a*b*.
 

CIE L*a*b*

      Хорошо сбалансированная структура цветового пространства L*a*b* основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов “красный/зеленый” и “желтый/синий” можно воспользоваться одними и теми же значениями. Когда цвет представляется в пространстве CIE L*a*b*, величина L* обозначает светлоту, a* — величину красной/зеленой составляющей, а b* — величину желтой/синей составляющей. Это цветовое пространство во многом напоминает трехмерные цветовые пространства — такие как HSL.

      CIE L*a*b* наиболее широко применяется для всех математических расчетов, производимых компьютерами при работе с цветом. В частности, все операции с цветом в программе Adobe Photoshop, да и вообще на всей платформе Windows происходят только в системе CIE L*a*b*. Кроме того, при цветокоррекции цифровых изображений кривые L*a*b* дают пользователю ряд дополнительных возможностей, дополняющих традиционный инструментарий растровых редакторов.

      Неравномерность восприятия в системе L*a*b* при переходе от серого (центральная ось) к насыщенным цветам (периферия) достигает 6 крат. Проще говоря: в насыщенных цветах изменение цветности на 5 единиц будет практически незаметным, а в цветах, близких к серым, изменение на одну единицу будет бросаться в глаза. Еще один момент, буквально вскользь.

      В описании эксперимента CIE было сказано: "За единицу принимается количество основных цветов, уравнивающее белый цвет". Где тут подвох? Подвох такой: и сама система CIE RGB, и все ее математические производные будут зависеть от выбора т.н. "опорного белого цвета". Ведь цветовые ощущения, возникающие у нас, зависят не только от свойств поверхности, но и от спектрального состава света, освещающего эту поверхность!

     Очевидна необходимость стандартизации цветовых координатных систем в зависимости от спектрального состава опорного белого света. CIE приняла несколько стандартов источников белого света. Два из них положены в основу работы цветовоспроизводящих компьютерных систем: стандарты D50 и D65. Цифры 50 и 65 указывают на цветовую температуру источников белого света, соответственно, 5000°К и 6500°К. 
      Цвет в колориметрии – трехмерная векторная величина, характеризующая группу излучений, визуально неразличимых в таких условиях визуального сравнения, при которых любые излучения одинакового спектрального состава неразличимы глазом.

Назад ...

© Свиридов Ю.П.
 e-mail: yurswir@yandex.ru