Цветовые модели

Трехмерная природа света позволяет представить совокупность цветов в виде некоторого пространства, причем каждый из компонентов будет пред­став­лен координатой этого пространства. Такое представление цвета назы­ва­ется цветовой моделью.

Простейшими цветовыми моделями являются системы RGB и CMY, представленные в виде «цветовых кубов». Любой цвет С можно представить как вектор в трехмерном пространстве, в котором координатные оси соответ­ствуют интенсивности основных цветов RGB или CMY. Проекциями этого вектора на оси будут интенсивности его составляющих r, g и b, рис.9.5.

Рисунок 9.5 – Цветовой куб RGB

На рисунке максимальная интенсивность основного цвета равна 1, а меньшие значения интенсивности выражаются дробными значениями в диапа­зо­не 0…1. Такое представление удобно для расчетов и анализа, но на практике, при передаче цветных цифровых изображений не применяется, поскольку хранение чисел с плавающей запятой требует больших объемов памяти, чем целых чисел. Поэтому компоненты задаются либо в процентах (0…100), либо в диапазоне 0…255, что соответствует одному байту информации.

Началом координат в цветовом кубе RGB служит черный цвет, а в CMY — белый. Основные цвета в обоих случаях расположены по осям, а дополни­тельные цвета лежат в противо­положных вершинах.

Преобразова­ние между пространствами RGB и CMY выра­жается следующим образом:

[ R G B ] = [1 1 1] – [ C M Y ].

Для того, чтобы выполнить это преобразование, нужно «перевернуть» куб, изображенный на рис. 9.5.

Ахроматические, т. е. серые цвета в обеих мо­делях расположены по главной диагонали куба — от черного до белого, — поскольку для них должно выполняться условие равенства интенсивностей трех составляющих:

r = g = b.

Плоскости, проведенные перпендикулярно главной диагонали куба, называются плоскостями равной интенсивности. Для всех точек, лежащих на такой плоскости, выполняется равенство

r + g + b = Br,

где Br — яркость (светлота), одинаковая для всех точек плоскости. На рис. 9.5 показана плоскость, проведенная через середину главной диагонали. Такая плоскость пересекает ребра куба в их серединах и образует медианное сечение.

Медианное сечение обладает весьма важными свойствами:

1. Яркость света в любой точке медианного сечения равна половине яркости белого света.

2. В центре такого сечения (точке, лежащей на главной диагонали) насы­щенность цвета равна нулю — цвет ахроматический. По мере удаления от центра сечения насыщенность цвета возрастает и становится максимальной на его гранях.

3. На медианном сечении присутствуют все три основных и три дополнительных цвета, расположенных по его окружности в такой последова­тельности: красный, желтый, зеленый, голубой, синий, пурпурный.

Модели RGB и CMY удобны для машинной обработки, отображения и хранения изображений, поскольку в них явно заданы интенсивности компонент. Однако описывать субъективное восприятие цвета людьми в этих системах неудобно. Например, как в обозначениях RGB или CMY задать пастельный красновато-оранжевый цвет?

Художники характеризуют цвет с помощью таких понятий, как разбелы, оттенки, тона. Разбелы получают, добавляя в чистый цвет белый, оттенки — черный, тона — добавляя обе эти краски. Это можно представить в виде треугольника, рис. 9.6.

Тоновую шкалу можно получить на основе медианного сечения цветового куба. Последнее представляет собой правильный шестиугольник, вершины которого — основные и дополнительные к ним цвета, а ребра — переходные тона, получаемые смешением основных в различных пропорциях. Заменив ребра шестиугольника дугами, получим цветовой круг, рис. 9.7. Приняв один из основных цветов (красный) за 0, получим шкалу, в которой цветовой тон задается углом в диапазоне 0 … 360°.

Рисунок 9.6 - Разбелы и оттенки чистого цвета

Рисунок 9.7 – Цветовой круг

Если собрать треугольники разбелов и оттенков для всех чистых цветов вокруг центральной черно-белой оси, получим трехмерную модель субъек­тивного представле­ния цвета — цветовой конус HSB, рис. 9.8 а. В этой модели цветовой тон H задается в градусах в соответствии со шкалой рис. 9.7, насы­щен­ность S определяется расстоянием до оси конуса, а светлота В — рас­стоя­нием до вершины; величины S и В обычно задаются в диапазоне 0 … 100 %. Вершина конуса соответствует черному цвету (светлота B = 0), ось конуса — ахроматическим цветам от черного до белого (насыщенность S = 0). Поверх­ность конуса — чистые цвета (S = 100 %).

Модель HSB соответствует тому, как составляют цвета худож­ники. Чистым пигментам отвечают значения S = 100%, B = 100%; разбелам — цвета с увеличенным содержанием белого, т. е. с меньшим S; оттенкам — цвета с уменьшенным B, которые получаются при добавлении черного. Поэтому модель HSB целесообразно применять для отражающих предметов, например типографских изображений.

Цветовая модель HLS в виде двойного конуса является расширением оди­ночного конуса HSB иприменяется для само­светящихся объектов, рис. 9.8 б. Светлота здесь обозначает яркость L источника света. Нижняя вершина двойного конуса соответствует нулевой яркости (L = 0), а верхняя — макси­мальной яркости источника (L = 100 %). Тон H и насыщенность S задаются так же, как и в HSB. Основное отличие HLS от HSB заключается в том, что чистый цвет в HSB получается при максимальной светлоте (B = 100 %), а в HLS — при средней яркости (L = 50 %). В этом модель HLS ближе к цветовому кубу RGB.

Рисунок 9.8 – Цветовые модели HSB (а) и HLS (б)

Существуют другие цветовые модели, рассчитанные на применение в раз­лич­ных областях техники. В телевидении системы NTSC применяется цвето­вая модель YIQ, обеспечивающая возможность передачи цвета с помощью частотной модуляции и совместимая с черно-белым телевидением. Сигнал Y содержит информацию об уровне яркости и полностью аналогичен сигналу черно-белого телевидения. Сигналы I и Q несут информацию о цветовом тоне и насыщенности.

При подготовке изображений для цветной печати используется четырех­компонентная система CMYK, отличающаяся от CMY тем, что параметры C, M и Y задают относительные содержания голубого, пурпурного и желтого цветов, а параметр K — светлоту изображения. Такая система соответствует принципу цветной печати с помощью красителей четырех цветов: голубого, пурпурного, желтого и черного.

9.5 ПАЛИТРЫ

Не следует путать цветовую модель с палитрой – набором цветов, составленных на основе определенной цветовой модели.

Для чего нужна палитра? В графическом файле приходится задавать значения цвета для каждого пиксела. Описание всех пикселов изображения привело бы к непомерному объему файла. Для уменьшения объема неоходимой информации можно ограничить количество используемых цветов и хранить уже не значение цвета, а его номер в определенном коде и пересчитывать его в RGB при загрузке в графический редактор или программу просмотра.

Достаточно качественная цветопередача обеспечивается, когда на каждый пиксел отводится 24 бита, что дает порядка 16 миллионов цветов в палитре.

И хотя палитры можно создавать самостоятельно, как правило, удобнее и проще бывает пользоваться встроенными в профессиональные графические редакторы палитрами по умолчанию.