Värvimudel
Värvimudel- termin, mis tähistab abstraktset mudelit värvide esituse kirjeldamiseks arvukorteidena, tavaliselt kolme või nelja väärtusega, nn. värvi komponendid või värvi koordinaadid. Koos nende andmete tõlgendamise meetodiga (näiteks reprodutseerimise ja/või vaatamise tingimuste määratlemine – see tähendab teostusmeetodi täpsustamine) määrab värvimudeli värvide komplekt värviruumi.
Stiimulite kolmekomponentne värviruum
Inimene on trikromaat – silma võrkkestas on 3 tüüpi valgusretseptoreid, mis vastutavad värvinägemise eest (vt: koonused). Iga koonuse tüüp reageerib nähtava spektri teatud vahemikule. Reaktsiooni, mis tekib koonustes teatud spektriga valguse poolt, nimetatakse värvi stiimul, samas kui erineva spektriga valgusel võib olla sama värvi stiimul ja seega võib inimene seda samamoodi tajuda. Seda nähtust nimetatakse metamerismiks – kaks erineva spektriga, kuid sama värvi stiimuliga kiirgust on inimestele eristamatud.
Inimese värviruumi kolmemõõtmeline esitus
Stiimuli värviruumi saame määratleda lineaarse ruumina, määrates stiimuli väärtusteks x, y, z koordinaadid, mis vastavad koonuste reaktsioonile pika lainepikkusega (L), keskmise lainepikkusega (M) ja lühilainepikkuses. optilise spektri lainepikkuste (S) vahemikud. Algpunkt (S, M, L) = (0, 0, 0) tähistab musta värvi. Valgel värvil ei ole selles kõigi võimalike värvide diagrammi määratluses selget asukohta, vaid see määratakse näiteks värvitemperatuuri, teatud valge tasakaalu või mõnel muul viisil. Inimese terviklik värviruum on kujundatud nagu hobuserauakujuline koonus (vt pilti paremal). Põhimõtteliselt võimaldab see esitus simuleerida mis tahes intensiivsusega värve – alustades nullist (must) kuni lõpmatuseni. Kuid praktikas võivad inimese retseptorid olla äärmusliku intensiivsusega kiirgusega üleküllastunud või isegi kahjustatud, mistõttu see mudel ei ole rakendatav värvi kirjeldamiseks ülikõrge kiirgusintensiivsusega tingimustes ning ei võta arvesse ka värvi kirjeldamist väga madala intensiivsusega (kuna varraste kaudu on inimese tajumisega seotud erinev mehhanism).
Olemine lineaarne ruum, värvistiimulite ruumil on aditiivse segunemise omadus - kahe värvivektori summa vastab värvile, mis on võrdne nende kahe värvi segamisel saadud värviga (vt ka: Grassmanni seadus). Seega on aluseks valitud lineaarse värvikombinatsiooni kaudu võimalik kirjeldada mis tahes värve (värviruumi vektoreid). Neid värve nimetatakse peamine(Inglise) põhivärvid). Enamasti valitakse põhivärvideks punane, roheline ja sinine (RGB mudel), kuid põhivärvide baasil on võimalikud ka muud võimalused. Punase, rohelise ja sinise valik on optimaalne mitmel põhjusel, näiteks seetõttu, et see minimeerib negatiivsete koordinaatidega esitatavate punktide arvu värviruumis, millel on praktiline mõju värvide taasesitamisele (värvi ei saa kiirgusega taasesitada negatiivse intensiivsusega). See asjaolu tuleneb asjaolust, et L, M ja S koonuste tundlikkuse tipud esinevad nähtava spektri punases, rohelises ja sinises osas.
Teatud värvimudeleid kasutatakse värvide taasesitamiseks, näiteks värvide taasesitamiseks teleri- ja arvutiekraanidel või värviprintimisel printeritel. Kasutades metamerismi fenomeni, ei reprodutseeri värvide taasesitusseadmed kujutise algset spektrit, vaid ainult imiteerivad selle spektri stiimulikomponenti, mis ideaalis võimaldab saada inimesele algsest stseenist eristamatu pildi.
CIE XYZ värviruum
XYZ-värviruum on võrdlusvärvimudel, mille CIE (Rahvusvaheline valgustuskomisjon) organisatsioon 1931. aastal ranges matemaatilises mõttes määratles. XYZ mudel on peaaegu kõigi teiste tehnikavaldkondades kasutatavate värvimudelite meistermudel.
Värvi sobitamise funktsioonid
Olles trikromaat, on inimesel kolme tüüpi valgustundlikud detektorid ehk teisisõnu inimese nägemine kolmekomponentne. Igal detektoritüübil (koonusel) on erinev tundlikkus spektri erinevate lainepikkuste suhtes, mida kirjeldab spektraalse tundlikkuse funktsioon (mis on otseselt määratud seda tüüpi koonustes kasutatavate spetsiifiliste fotopsiini molekulide tüübi järgi). Võib öelda, et silm, nagu detektor, toodab kolme tüüpi signaale (närviimpulsse). Matemaatilisest vaatenurgast saadakse spektrist (mida kirjeldab lõpmatu mõõtmega vektor) koonuste spektraaltundlikkuse funktsioonidega korrutades kolmekomponendiline vektor, mis kirjeldab silmaga tuvastatud värvi. Kolorimeetrias nimetatakse neid funktsioone tavaliselt värvide sobitamise funktsioonid(Inglise) värvide sobitamise funktsioonid).
David Wrighti poolt läbi viidud katsed David Wright) ja John Guild (ingl. Johannese gild) 1920. aastate lõpus ja 1930. aastate alguses oli aluseks värvide sobitamise funktsioonide määratlemisel. Algselt määrati värvide sobitamise funktsioonid 2-kraadise vaatevälja jaoks (kasutati sobivat kolorimeetrit). 1964. aastal avaldas CIE komitee täiendavaid andmeid 10-kraadise vaatevälja kohta.
Samas on XYZ mudelikõverate defineerimisel ka meelevaldsuse tegur – iga kõvera kuju saab mõõta piisava täpsusega, kuid koguintensiivsuse kõver (või kõigi kolme kõvera summa) sisaldab oma definitsioon on subjektiivne hetk, mil vastuvõtjal palutakse kindlaks teha, kas kahel valgusallikal on sama heledus, isegi kui need allikad on täiesti erinevat värvi. Samuti esineb meelevaldsust X-, Y- ja Z-kõverate suhtelises normaliseerimises, kuna on võimalik välja pakkuda alternatiivne töömudel, milles X-tundlikkuse kõveral on topeltamplituud. Sel juhul on värviruum teistsuguse kujuga. X-, Y- ja Z-kõverad CIE XYZ 1931 ja 1964 mudelites valiti nii, et iga kõvera all olevad pinnad oleksid võrdsed.
Kromaatilised Yxy koordinaadid
Parempoolsel joonisel on XYZ mudeli klassikaline kromaatiline diagramm koos värvide lainepikkustega. Väärtused x Ja y see vastab X, Y ja Z vastavalt järgmistele valemitele:
x = X/(X + Y + Z), y = jah/(X + Y + Z).Matemaatilises mõttes võib seda kromaatilist diagrammi kujutada reaalse projektiivse tasandi alamdomeenina, samas kui x Ja y on värvide projektiivsed koordinaadid. See esitus võimaldab teil värvi väärtust määrata kergus Y (inglise) heledus) ja kaks koordinaati x, y. Mudelite XYZ ja Yxy Y-kergus ei ole aga sama, mis YUV- või YCbCr-mudeli Y-kergus.
Tavaliselt kasutatakse Yxy diagrammi, et illustreerida erinevate värvide taasesitusseadmete – kuvarite ja printerite – skaala omadusi. Konkreetne vahemik on tavaliselt kolmnurga kuju, mille nurgad moodustavad punktid peamine, või esmane, värvid. Värvigamma sisemine ala kirjeldab kõiki värve, mida seade on võimeline taasesitama.
Värvinägemise tunnused
Väärtused X, Y Ja Z saadakse füüsikalise emissioonispektri korrutamisel värvide sobitamise funktsioonidega. Spektri sinine ja punane osa mõjutavad tajutavat heledust vähem, mida saab näidata järgmise näitega:
| punane PUNANE |
roheline ROHELINE |
sinine SININE |
kollane PUNANE +ROHELINE |
vesi/tsüaan ROHELINE + SININE |
fuksia/magenta PUNANE + SININE |
must MUST |
valge PUNANE +ROHELINE + SININE |
Tavalise normaalse värvinägemisega inimese jaoks tajutakse rohelist heledamana kui sinist. Samal ajal, kuigi puhast sinist värvi tajutakse väga hämarana (kui vaatate sinist pealdist suurelt kauguselt, on selle värvi mustast raske eristada), suureneb rohelise või punasega segades tajutav heledus oluliselt .
Teatud värvipimeduse vormide korral võib rohelist tajuda sinisega võrdselt heledana ja punast väga tumedana või isegi eristamatuna. Inimesed, kellel on dikroomia- halvenenud punase tajumine, näiteks ei näe punast foorituld eredas päikesepaistelises päevavalguses. Kell deuteranoopia- häiritud rohelise tajumine öösel, roheline foori signaal muutub tänavatulede valgusest eristamatuks.
Klassifikatsioon
Värvimudeleid saab liigitada nende sihtsuuna järgi:
- XYZ - taju kirjeldus; L*a*b* - sama ruum teistes koordinaatides.
- Lisamudelid on retseptid monitoril värvi saamiseks (näiteks RGB).
- Mudelite printimine - värvi saamine erinevate tindisüsteemide ja trükiseadmete abil (näiteks CMYK).
- Seadmete füüsikaga mitteseotud mudelid, mis on teabe edastamise standard.
- Matemaatilised mudelid, mis on kasulikud teatud värvide liigitamise tehnikate jaoks, kuid mitte riistvarapõhised (nt HSV).
Levinud värvimudelid
Vaata ka
Märkmed
Lingid
- Aleksei Šadrin, Andrei Frenkel. Värvihaldussüsteem (CMS) värvikoordinaadisüsteemide loogikas. I osa, 2. osa, 3. osa
| Kompressioonimeetodid | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| teooria | |||||||
| Ei mingeid kaotusi |
| ||||||
Värvilised mudelid
Värvimudel- termin, mis tähistab abstraktset mudelit värvide esituse kirjeldamiseks arvukorterite kujul, tavaliselt kolme või nelja väärtusega, nn. värvi komponendid või värvi koordinaadid. Koos nende andmete tõlgendamise meetodiga (näiteks reprodutseerimise ja/või vaatamise tingimuste määramine – see tähendab teostusmeetodi täpsustamine) määrab värvimudeli värvide komplekt värviruumi.
Stiimulite kolmekomponentne värviruum
Inimene on trikromaat – silma võrkkestas on 3 tüüpi valgusretseptoreid, mis vastutavad värvinägemise eest (vt: koonused). Iga koonuse tüüp reageerib nähtava spektri kindlale vahemikule. Reaktsiooni, mis tekib koonustes teatud spektriga valguse poolt, nimetatakse värvi stiimul, samas kui erineva spektriga valgusel võib olla sama värvi stiimul ja seega võib inimene seda tajuda võrdselt. Seda nähtust nimetatakse metamerismiks – kaks erineva spektriga kiirgust, kuid sama värvi stiimuleid ei saa inimesed eristada.
Inimese värviruumi kolmemõõtmeline esitus
Me saame määratleda stiimuli värviruumi eukleidilise ruumina, määrates x, y, z koordinaadid stiimuli väärtustena, mis vastavad koonuste reaktsioonile pika lainepikkusega (L), keskmise lainepikkusega (M) ja lühikese lainepikkusega. optilise spektri lainepikkuste (S) vahemikud. Algpunkt (S, M, L) = (0, 0, 0) tähistab musta värvi. Valgel värvil ei ole selles kõigi võimalike värvide diagrammi määratluses selget asukohta, vaid see määratakse näiteks värvitemperatuuri või teatud valge tasakaalu kaudu või mõnel muul viisil. Inimese täielik värviruum on hobuseraua kujuline koonus (nagu on näidatud paremal asuval joonisel). Põhimõtteliselt võimaldab see esitus määrata mis tahes intensiivsusega värve – alustades nullist (must) kuni lõpmatuseni. Kuid praktikas võivad inimese retseptorid äärmise intensiivsusega kiirgusega üleküllastuda või isegi kahjustuda. Seetõttu ei ole see mudel kasutatav värvi kirjeldamiseks ülikõrge kiirgusintensiivsusega tingimustes ega arvesta ka värvide taasesitamise probleeme väga madala intensiivsusega tingimustes (kuna inimesed kasutavad varraste kaudu erinevat tajumismehhanismi).
Stiimulite värviruumil on aditiivse segunemise omadus – kahe värvivektori summa vastab värvile, mis on võrdne nende kahe värvi segamisel saadud värviga (vt ka: Grassmanni seadus). Sel viisil on võimalik kirjeldada mis tahes värve (värviruumi vektoreid) põhivärvi kiirgajate (näiteks punase, rohelise ja sinise) kombinatsiooni kaudu. Televiisori ja arvutiekraanide töö põhineb sellel põhimõttel. Kuid on oluline mõista, et need seadmed ei reprodutseeri algset kiirgust (täisspektrit), vaid ainult simuleerivad pilti, mida inimesed ideaalis algsest ei erista.
CIE XYZ värviruum
XYZ värviruum on CIE (Rahvusvaheline valgustuskomisjon) organisatsiooni poolt 1931. aastal ranges matemaatilises mõttes määratletud etalonvärvimudel. XYZ mudel on peaaegu kõigi teiste tehnikavaldkondades kasutatavate värvimudelite meistermudel.
Värvi sobitamise funktsioonid
Kuna inimesel on trikromaat, nagu eespool märgitud, on inimesel kolme tüüpi valgustundlikud detektorid ehk teisisõnu inimese nägemine kolmekomponentne. Igal detektoritüübil (koonusel) on erinev tundlikkus spektri erinevate lainepikkuste suhtes, mida kirjeldab spektraalse tundlikkuse funktsioon (mis on otseselt määratud seda tüüpi koonustes kasutatavate spetsiifiliste fotopsiini molekulide tüübi järgi). Võime öelda, et silm, nagu detektor, toodab kolme signaali (närviimpulsse). Matemaatilisest vaatenurgast saadakse spektrist (mida kirjeldab lõpmatu mõõtmega vektor) koonuste spektraaltundlikkuse funktsioonidega korrutades kolmekomponendiline vektor, mis kirjeldab silmaga tuvastatud värvi. Kolorimeetrias nimetatakse neid funktsioone tavaliselt värvide sobitamise funktsioonid(Inglise) värvide sobitamise funktsioonid).
David Wrighti poolt läbi viidud katsed David Wright) ja John Guild (ingl. Johannese gild) oli 1920. aastate lõpus ja 1930. aastate alguses värvide sobitamise funktsioonide määratlemise aluseks. Algselt määrati värvide sobitamise funktsioonid 2 o vaatevälja jaoks (kasutati sobivat kolorimeetrit). 1964. aastal avaldas CIE komitee lisaandmed 10 o vaatevälja kohta.
Pange tähele, et XYZ mudeli kõverate definitsioonis on suvalisuse tegur – iga kõvera kuju saab mõõta piisava täpsusega, kuid kogu intensiivsuse kõver (või kõigi kolme kõvera summa) sisaldab oma definitsioonis. subjektiivne hetk, mil vastuvõtjal palutakse kindlaks teha, kas kahel valgusallikal on sama heledus, isegi kui need allikad on täiesti erinevat värvi. Pange tähele ka X-, Y- ja Z-kõverate suhtelise normaliseerimise meelevaldsust, kuna on võimalik välja pakkuda alternatiivne töömudel, milles X-tundlikkuse kõveral on kahekordne võimendatud amplituud. Sel juhul on värviruum teistsuguse kujuga. X, Y, Z kõverad CIE XYZ 1931 ja 1964 mudelites valiti nii, et iga kõvera all olevad pindalad oleksid võrdsed.
Kromaatilised Yxy koordinaadid
Kromaatiline diagramm värvide lainepikkustega
Parempoolsel joonisel on XYZ mudeli klassikaline kromaatiline diagramm koos värvide lainepikkustega. Väärtused x Ja y see vastab X, Y ja Z vastavalt järgmistele valemitele:
x = X/(X + Y + Z), y = jah/(X + Y + Z).Matemaatilises mõttes etteantud kromaatilisel diagrammil x Ja y need on koordinaadid projektsioonitasandil. See esitus võimaldab teil määrata värviväärtuse kergus Y (inglise) heledus) ja kaks koordinaati x, y. Pange tähele, et XYZ ja Yxy mudeli heledus Y ei ole sama, mis mudeli heledus Y
Tavaliselt kasutatakse Yxy diagrammi, et illustreerida erinevate värvide taasesitusseadmete – kuvarite ja printerite – skaala omadusi. Konkreetne vahemik on tavaliselt kolmnurga kuju, mille nurgad moodustavad punktid peamine või esmane värvid. Värvigamma sisemine ala kirjeldab kõiki värve, mida seade on võimeline taasesitama.
Värvinägemise tunnused
Väärtused X, Y, Ja Z saadakse füüsikalise emissioonispektri korrutamisel värvide sobitamise funktsioonidega. Spektri sinine ja punane osa mõjutavad tajutavat heledust vähem, mida saab näidata järgmise näitega:
| PUNANE | ROHELINE | SININE | PUNANE +ROHELINE |
ROHELINE + SININE |
PUNANE + SININE |
PUNANE +ROHELINE + SININE |
MUST |
Tavalise normaalse värvinägemisega inimese jaoks tajutakse rohelist heledamana kui sinist. Samal ajal, kuigi puhast sinist värvi tajutakse väga hämarana (kui vaatate sinist pealdist suurelt kauguselt, on selle värvi mustast raske eristada), suureneb rohelise või punasega segades tajutav heledus oluliselt .
Lingid
- Aleksei Šadrin, Andrei Frenkel. Värvihaldussüsteem (CMS) värvikoordinaadisüsteemide loogikas. I osa, 2. osa, 3. osa.
| Kompressioonimeetodid | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| teooria | |||||||
| Ei mingeid kaotusi |
| ||||||
Olen hariduselt programmeerija, aga tööl tuli tegeleda pilditöötlusega. Ja siis avanes minu jaoks hämmastav ja tundmatu värviruumide maailm. Ma ei usu, et disainerid ja fotograafid õpivad enda jaoks midagi uut, kuid võib-olla on kellelegi need teadmised vähemalt kasulikud ja parimal juhul huvitavad.
Värvimudelite põhieesmärk on võimaldada värve ühtselt määrata. Sisuliselt määratlevad värvimudelid teatud koordinaatsüsteemid, mis võimaldavad värvi üheselt määrata.
Tänapäeval on populaarseimad värvimudelid: RGB (kasutatakse peamiselt monitorides ja kaamerates), CMY(K) (kasutatakse trükkimisel), HSI (kasutatakse laialdaselt masinnägemises ja disainis). On palju muid mudeleid. Näiteks CIE XYZ (standardmudelid), YCbCr jne. Järgnevalt on nende värvimudelite lühiülevaade.
RGB värvi kuubik
Grassmanni seadusest tuleneb idee aditiivsest (st otse kiirgavate objektide värvide segamise põhjal) värvide taasesitamise mudelist. Sarnase mudeli pakkus esmakordselt välja James Maxwell 1861. aastal, kuid see sai kõige levinumaks palju hiljem.RGB mudelis (inglise keelest red - red, green - green, blue - blue) saadakse kõik värvid kolme põhivärvi (punane, roheline ja sinine) segamisel erinevates vahekordades. Iga põhivärvi osakaalu lõppvärvis võib tajuda koordinaadina vastavas kolmemõõtmelises ruumis, mistõttu seda mudelit nimetatakse sageli ka värvikuubiks. Joonisel fig. Joonisel 1 on kujutatud värvikuubi mudelit.
Kõige sagedamini on mudel ehitatud nii, et kuubik on üks kuubik. Põhivärvidele vastavad punktid asuvad kuubi tippudes, lamades telgedel: punane - (1;0;0), roheline - (0;1;0), sinine - (0;0;1) . Sel juhul asuvad sekundaarsed värvid (saadud kahe põhivärvi segamisel) kuubi teistes tippudes: tsüaan - (0;1;1), magenta - (1;0;1) ja kollane - (1;1; 0). Mustvalged värvid asuvad lähtepunktis (0;0;0) ja lähtepunktist kõige kaugemal asuvas punktis (1;1;1). Riis. näitab ainult kuubi tippe.
RGB-mudeli värvilised pildid on konstrueeritud kolmest eraldi pildikanalist. Tabelis. näitab algse pildi lagunemist värvikanaliteks.
RGB mudelis on igale värvikomponendile eraldatud teatud arv bitte, näiteks kui iga komponendi kodeerimiseks on eraldatud 1 bait, siis seda mudelit kasutades saab kodeerida 2^(3*8)≈16 miljonit värvi. Praktikas on selline kodeerimine üleliigne, kuna Enamik inimesi ei suuda eristada nii palju värve. Tihti piirdutakse nn. “Kõrgevärviline” režiim, milles iga komponendi kodeerimiseks eraldatakse 5 bitti. Mõned rakendused kasutavad 16-bitist režiimi, milles R- ja B-komponentide kodeerimiseks eraldatakse 5 bitti ning G-komponendi kodeerimiseks 6 bitti. See režiim võtab esiteks arvesse inimese suuremat tundlikkust rohelise värvi suhtes ja teiseks võimaldab arvuti arhitektuuri funktsioone tõhusamalt kasutada. Ühe piksli kodeerimiseks eraldatud bittide arvu nimetatakse värvisügavuseks. Tabelis. tuuakse näiteid sama pildi kodeerimisest erineva värvisügavusega.
Lahutavad CMY ja CMYK mudelid
Subtraktiivset CMY mudelit (inglise keelest cyan - blue, magenta - magenta, yellow - yellow) kasutatakse piltide paberkoopiate (väljatrükkide) tootmiseks ja see on mingil moel RGB värvikuubiku antipood. Kui RGB mudelis on põhivärvideks valgusallikate värvid, siis CMY mudeli puhul on tegemist värvineeldumismudeliga.Näiteks kollase värvainega kaetud paber ei peegelda sinist valgust, s.t. võime öelda, et kollane värv lahutab peegeldunud valgest valgusest sinise. Samamoodi lahutab tsüaanvärv peegeldunud valgusest punase ja magenta värv rohelise. Seetõttu nimetatakse seda mudelit tavaliselt lahutavaks. Algoritm RGB mudelist CMY mudeliks teisendamiseks on väga lihtne:
Eeldatakse, et RGB värvid on vahemikus. On lihtne näha, et musta värvi saamiseks CMY mudelis peate segama tsüaani, magenta ja kollast võrdses vahekorras. Sellel meetodil on kaks tõsist puudust: esiteks näeb segamise tulemusena saadud must värv heledam välja kui “päris” must ja teiseks toob see kaasa märkimisväärsed värvikulud. Seetõttu praktikas laiendatakse CMY mudelit CMYK mudeliks, lisades kolmele värvile musta.
Värviruumi toon, küllastus, intensiivsus (HSI)
Varem käsitletud RGB- ja CMY(K)-värvimudelid on riistvararakenduse osas väga lihtsad, kuid neil on üks oluline puudus. Nendes mudelites määratud värvidega on inimesel väga raske opereerida, sest... Värvide kirjeldamisel ei kasuta inimene kirjeldatavas värvis põhikomponentide sisu, vaid kasutab veidi erinevaid kategooriaid.Kõige sagedamini kasutavad inimesed järgmisi mõisteid: toon, küllastus ja kergus. Samas mõeldakse värvitoonist rääkides enamasti värvi. Küllastus näitab, kui lahjendatud on kirjeldatav värv valgega (näiteks roosa on punase ja valge segu). Kerguse mõistet on kõige raskem kirjeldada ja mõningate eelduste korral võib kerguse all mõista valguse intensiivsust.
Kui arvestada RGB kuubi projektsiooni valge-musta diagonaali suunas, saame kuusnurga:
Kõik hallid värvid (mis asuvad kuubi diagonaalil) projitseeritakse keskpunkti. Selleks, et see mudel saaks kodeerida kõiki RGB mudelis saadaolevaid värve, on vaja lisada vertikaalne heleduse (või intensiivsuse) telg (I). Tulemuseks on kuusnurkne koonus:
Sel juhul määratakse toon (H) punase telje nurga all, küllastus (S) iseloomustab värvi puhtust (1 tähendab täiesti puhast värvi ja 0 halli varjundit). Oluline on mõista, et toon ja küllastus ei ole nullintensiivsusega määratletud.
Konversioonialgoritmi RGB-st HSI-ks saab teostada järgmiste valemite abil:
HSI värvimudel on disainerite ja kunstnike seas väga populaarne, kuna... See süsteem võimaldab otseselt juhtida tooni, küllastust ja heledust. Need samad omadused muudavad selle mudeli masinnägemissüsteemides väga populaarseks. Tabelis. näitab, kuidas pilt muutub intensiivsuse, tooni (pööratud ±50°) ja küllastuse suurenemise ja vähenemisega.
Mudel CIE XYZ
Ühtlustamise eesmärgil töötati välja rahvusvaheline standardne värvimudel. Rahvusvaheline valgustuskomisjon (CIE) määras mitmete katsete tulemusena kindlaks põhivärvide (punane, roheline ja sinine) liitmiskõverad. Selles süsteemis vastab iga nähtav värv teatud põhivärvide suhtele. Samas, et väljatöötatud mudel peegeldaks kõiki inimesele nähtavaid värve, oli vaja sisse viia negatiivne arv põhivärve. Negatiivsetest CIE väärtustest eemale pääsemiseks võtsin kasutusele nn. ebareaalsed või väljamõeldud põhivärvid: X (kujuteldav punane), Y (kujuteldav roheline), Z (kujuteldav sinine).Värvuse kirjeldamisel nimetatakse X,Y,Z väärtusi standardseteks põhiergutusteks ja nendest tuletatud koordinaate nimetatakse standardvärvikoordinaatideks. Standardsed liitmiskõverad X(λ),Y(λ),Z(λ) (vt joonis) kirjeldavad keskmise vaatleja tundlikkust standardse ergastuse suhtes:
Lisaks standardsetele värvikoordinaatidele kasutatakse sageli suhteliste värvikoordinaatide mõistet, mida saab arvutada järgmiste valemite abil:
On lihtne näha, et x+y+z=1, mis tähendab, et suhteliste koordinaatide kordumatuks määramiseks piisab mis tahes väärtuste paarist ja vastavat värviruumi saab esitada kahemõõtmelise graafikuna:
Sel viisil määratletud värvide komplekti nimetatakse CIE kolmnurgaks.
On lihtne näha, et CIE kolmnurk kirjeldab ainult tooni, kuid ei kirjelda mingil viisil heledust. Heleduse kirjeldamiseks võetakse kasutusele lisatelg, mis läbib punkti koordinaatidega (1/3;1/3) (nn valge punkt). Tulemuseks on CIE värviline tahke aine (vt joonis):
See keha sisaldab kõiki tavavaatlejale nähtavaid värve. Selle süsteemi peamiseks puuduseks on see, et seda kasutades saame väita ainult kahe värvi kokkulangevust või erinevust, kuid selle värviruumi kahe punkti vaheline kaugus ei vasta värvierinevuse visuaalsele tajumisele.
Mudel CIELAB
CIELABi väljatöötamise põhieesmärk oli kõrvaldada CIE XYZ süsteemi mittelineaarsus inimtaju seisukohalt. Lühend LAB viitab tavaliselt CIE L*a*b* värviruumile, mis on hetkel rahvusvaheline standard.CIE L*a*b süsteemis tähendab L-koordinaat kergust (vahemikus 0 kuni 100) ja a,b koordinaadid tähistavad asukohta rohelise-magenta ja sini-kollase vahel. Valemid CIE XYZ koordinaatide teisendamiseks CIE L*a*b*-ks on toodud allpool:
kus (Xn,Yn,Zn) on CIE XYZ ruumi valge punkti koordinaadid ja
Joonisel fig. CIE L*a*b* värvikorpuse lõigud on esitatud kahe heleduse väärtuse jaoks:
Võrreldes CIE XYZ süsteemiga Eukleidiline kaugus (√((L1-L2)^2+(a1^*-a2^*)^2+(b1^*-b2^*)^2)) CIE L*a süsteemis * b* sobib palju paremini inimeste tajutava värvierinevuse jaoks, kuid värvierinevuse standardvalem on äärmiselt keeruline CIEDE2000.
Televisiooni värvide erinevuse värvisüsteemid
YIQ ja YUV värvisüsteemides esitatakse värviteave heleduse signaalina (Y) ja kahe värvide erinevuse signaalina (vastavalt IQ ja UV).Nende värvisüsteemide populaarsus on peamiselt tingitud värvitelevisiooni tulekust. Sest Y-komponent sisaldab sisuliselt algset halltoonides pilti, et YIQ süsteemis olevat signaali saaks vastu võtta ja õigesti kuvada nii vanadel mustvalgetel kui ka uutel värvilistel.
Nende ruumide teine, võib-olla olulisem eelis on teabe eraldamine pildi värvi ja heleduse kohta. Fakt on see, et inimese silm on väga tundlik heleduse muutuste suhtes ja palju vähem tundlik värvimuutuste suhtes. See võimaldab krominantsusteavet edastada ja salvestada vähendatud sügavusel. Just sellele inimsilma omadusele on ehitatud tänapäeva populaarseimad pilditihendusalgoritmid (sh jpeg). RGB-ruumist YIQ-ks teisendamiseks saate kasutada järgmisi valemeid:
Arvutigraafika ja digitaaltrükisüsteemide väljatöötamine on seadnud ülesandeks välja töötada värvihaldussüsteem, mis on võimeline kontrollima värviparameetreid värviväljaannete koostamise kõigis etappides: alates loomisest kuni tiraaži saamiseni. Teoreetilise optika valdkonna spetsialistide ja rakenduslike optiliste süsteemide arendajate jõupingutuste kaudu on välja pakutud mitmeid süsteeme, mis võimaldavad värviparameetreid täpselt kirjeldada. Selliseid süsteeme nimetatakse värvimudeliteks. Kõik mudelid põhinevad kolorimeetrilisel põhimõttel – nii värvi- kui ka heledusomaduste kirjeldamisel teatud arvparameetrite komplektiga, mida mõnel juhul nimetatakse värvikoordinaatideks.
Värvimudel– süsteem värvide esitamiseks, kasutades piiratud arvu värve printimisel või monitori ja muude kiirgavate seadmete värvikanalites.
Värvimudeleid on mitut tüüpi, kuid arvutigraafikas kasutatakse reeglina kolme mudelit, mida tuntakse RGB, CMYK, HSB nime all. Tööpõhimõtte alusel võib need värvimudelid jagada kolme klassi: lisand (RGB), mis põhineb värvide lisamisel; lahutav (CMYK), mis põhineb värvide lahutamise operatsioonil; tajutav (HSB), mis põhineb värvitajul.
RGB värvimudel. RGB värvimudelis saadakse värvid kolme värvi segamisel: punane (Red), roheline (Green) ja sinine (Blue), ingliskeelsete nimede algustähed annavad sellele mudelile nime. Põhivärvide lisamine täis heledusega annab valge, minimaalselt aga musta. Kui värvikoordinaate segada võrdsetes osades, on tulemuseks erineva küllastusega hall värv. Punase ja rohelise segamisel saadakse kollane, punane ja sinine magenta ning roheline ja sinine tsüaan.
Värvikoordinaadid: punane, roheline ja sinine – põhilised värvid või lisandid. Värvid tsüaan, magenta, kollane, mis on saadud põhivärvide paarilise segamise tulemusena, - teisene, või täiendavad. Paljud seadmed töötavad värvide lisamise põhimõttel: monitorid, televiisorid jne. Seega töötavad RGB-monitorid kolme kiire kasutamisel, mille jood paneb ekraanil oleva punkti helendama ühes kolmest värvist – punane, roheline ja sinine ning LCD monitoride kujutise moodustavad kolmik LCD elemendid.
Värvilised pildid genereeritakse vastavalt iga videomällu salvestatud piksli binaarsele värvikoodile. Võimalikud mitmesugused värvi sügavus(bitisügavus), määratakse punkti värvi kodeerimiseks kasutatud bittide arvuga. Kõige tavalisemad värvisügavused on 8, 16, 24 või 32 bitti punkti kohta.
Arvutitehnoloogias mõõdetakse põhivärvide intensiivsust tavaliselt täisarvudega vahemikus 0 kuni 255. Null tähendab selle värvikomponendi puudumist, number 255 tähendab maksimaalset intensiivsust. Alusvärve saab segada, seega on liitmudelil toodetud värvide koguarv 256x256x256 = 16 777 216. See näib olevat tohutu arv, kuid tegelikkuses suudab mudel taasluua vaid väikese osa värvispektrist. Iga loomuliku värvi saab jagada punaseks, roheliseks ja siniseks komponendiks ning mõõta nende intensiivsust. Pöördtegevus, st. sünteesi ei teostata alati. RGB mudeli värvivalik on kitsam kui nähtav spekter. Sinise ja rohelise vahele jääva spektriosa saamiseks on vaja negatiivse punase intensiivsusega emittereid, mida looduses loomulikult ei eksisteeri. Värvivahemikku, mida mudel või seade suudab reprodutseerida, nimetatakse värvi katvus. Lisandmudeli puuduseks on kitsas värvigamma. Lisaks tuleks mudeli puuduseks pidada riistvarasõltuvust. Värv, mis on määratud põhivärvide intensiivsusega R = 204, G= 230, B = 171, kuidas värvikoordinaatide komplekt määrab unikaalselt helerohelise värvi seadmel, mis töötab põhivärvide lisamise põhimõttel. Tegelikkuses sõltub konkreetse seadme poolt toodetav värv välisteguritest. Ekraanid on kaetud fosforiga, mis erinevad keemilise ja spektraalse koostise poolest. Sama kaubamärgi monitoridel võib olla erinev kulumisaste ja valgustingimused ning värvid võivad sünteesida erinevalt. Erinevate seadmete värviomadused võrdsustatakse kalibreerimise ja värvihaldussüsteemide kasutamisega.
HSB värvimudel. Mõeldud RGB-mudeli riistvarasõltuvuse ületamiseks. See mudel ühtib kõige enam sellega, kuidas inimsilm värve tajub. HSB mudelis määravad kõik värvid kolme komponendi järgi ja kuuluvad tajumudelitesse: 1) toon või toon (Huc), 2) küllastus (Saturation) ja 3) heledus (Brightness). Mudeli nimi moodustatakse värvikoordinaatide ingliskeelsete nimede esitähtedest. Karakteristikute eraldamine lihtsustab erinevate tehniliste seadmete õige värviesituse probleemi.
Värviline top, või toon, nimetatakse kindla lainepikkusega puhast värvi. Küllastus kirjeldab värvi puhtust või tugevust. Sama toon võib olla tuhm või rikkalik. Küllastuse muutmist võib pidada puhta värvi lahjendamiseks halliga. Kõik loodusliku päritoluga värvid on madala küllastusega, nii et puhtad toonid näevad liiga heledad ja ebaloomulikud. Heledus iseloomustab värvi intensiivsust ja energiat. Heleduse muutust võib pidada puhta tooni ja musta seguks. Kõrge musta sisaldus muudab värvi varjuliseks ja mitte intensiivseks. Kui musta värvi osakaal väheneb, suureneb valgustus. Mustal on null heledus ja valgel on absoluutne heledus.
HSB-süsteemi eeliseks on selle sõltumatus seadmetest. Seda sõltumatust peetakse siiski puhtalt teoreetiliseks, kuna HSB-süsteem on abstraktne. See tähendab, et selles süsteemis pole selliseid värve sünteesivaid seadmeid. Samuti puudub otsene protseduur tooni ja küllastuse mõõtmiseks. Mis tahes värviteabe sisestusmeetodi puhul mõõdetakse esmalt punane, sinine ja roheline komponent, mis seejärel teisendatakse HSB koordinaatideks. Kuna HSB-süsteem on värvide sisestamisel ja väljastamisel seotud RGB-süsteemiga, ei ole selle riistvaralisel sõltumatusel veel erilist praktilist tähtsust.
CMYK värvimudel. RGB- ja HSB-süsteemid põhinevad valgusallikatel. Enamus meid ümbritsevatest objektidest aga ei kiirga valgust, vaid neelavad ja peegeldavad langevat valgust erinevates proportsioonides. Näeme passiivseid objekte peegeldunud värviga. Kui õun on punane, tähendab see, et see peegeldab pikki laineid ja neelab lühikesi laineid. Selliste nähtuste kirjeldamiseks kasutatakse värvimudelit, mis selgitab värvide teket mitte liitmise, vaid põhivärvide lahutamise tulemusena. Seda mudelit nimetatakse CMYK-iks pärast värvikoordinaatide nimede esitähti: tsüaan (tsüaan), magenta (magenta), kollane (kollane), must (must). Musta värvi tähistab nimes selle nime viimane täht, et vältida selle segi ajamist sinisega lühendites.
Värvipaletid. Monitori piksel kannab teavet oma värvi kohta, väljendatuna bittides. Mida rohkem bitte pikslit kirjeldatakse, seda rohkem teavet see suudab kanda ja seda suurem on selle bitisügavus. Sageli nimetatakse pildi bitisügavust värvi eraldusvõime. Seda mõõdetakse bittides piksli kohta (bpp). Seega, kui värvilise illustratsiooni igas pikslis on 8 bitti värviteavet, on selle värviline eraldusvõime 8 bpp. 8-bitise sügavuse korral on saadaval 256 värvitooni. Värvimudel Index Color põhineb 8-bitise värvi põhimõttel. See töötab värvipaleti loomisel. Kõik failis olevad toonid on jagatud 256 võimalikuks valikuks, millest igaühele on määratud number. Järgmiseks koostatakse saadud värvipaletist tabel, kus igale lahtrinumbrile määratakse RGB väärtustes värvitoon. Need toonid on registreeritud vastavas tabelis.
Enne 8-bitise värvi tulekut kasutati tolle aja personaalarvutite väikese võimsuse tõttu 16 värvi (4 bpp), 4 värvi (2 bpp) paletti ja kõige esimene arvutigraafika oli ühebitine - 2 värvi. Ühebitiseid pilte, mida nimetatakse Bitmapiks või mõnikord Lineartiks, kasutatakse ka tänapäeval, kus värvitoonide üleminekuid ei nõuta. Võrdse suurusega bitmap-fail on 24 korda väiksem kui RGB-fail ja tihendub väga hästi.
Halltoonide värvimudel on sama indekseeritud palett, kus värvi asemel on pikslitele määratud üks 256 halli toonist. Grayscale'i põhjal saate hõlpsasti aru RGB- ja CMYK-failide struktuurist.
RGB kasutab värvi kirjeldamiseks 24 bitti, mis on jagatud kolmeks 8-bitiseks rühmaks (kanaliteks). Ühte rühma kasutatakse punase värvi väärtuse salvestamiseks pikslis, ülejäänud kaks on roheline ja sinine. Nad võivad anda kuni 16 700 000 toonikombinatsiooni. Samamoodi on CMYK-is neli rühma, värvi kirjeldamiseks kasutatakse 32 bpp. Tuleb märkida, et kui RGB-l on standardne 256 heleduse gradatsiooni, siis CMYK-is mõõdetakse heledust protsentides (st kuni 100). Vaatamata sellele, et CMYK-i värvisügavus on suurem, 32 bitti piksli kohta kui RGB-l, on CMYK-i varjundivahemik oluliselt väiksem kui RGB-l, kuna CMYK pole midagi muud kui prinditud värvide imitatsioon ekraanil.
Värvimudel (ruum) on mitmekesise värvigamma (spektri) matemaatiline kirjeldus, teisisõnu, igale konkreetsele värvile omistatakse digitaalne number. Peaaegu kõik mudelid on realiseeritud kolme värviga (punane, roheline, sinine), sellest järeldub, et igal põhivärvil on oma numbriline kirjeldus, kõik muud värvid on põhivärvide digitaalse genereerimise tulemus.
Kõik värvimudelid on erinevat tüüpi, kus igaühel on oma kasutusala: RGB; HSB; Lab; CMY; CMYK; YIQ; YCC. Lisaks on kõik ülaltoodud mudelid jagatud rühmadesse vastavalt nende tööstruktuurile, nii et RGB on värvide lisamise tulemus (lisatav klass), CMY ja CMYK on esimese vastandid ja neid kehastatakse värvide lahutamise kaudu (lahutav klass), mis põhineb Lab, HSB, YIQ, YCC ( tajuklass) tajumisel.
RGB alus koosneb punasest, rohelisest ja sinisest, kus iga põhivärvipaari segamisel saadakse täiendavad: kollane, tsüaan ja magenta, kombineerides põhi- ja lisavärvi, saate saavutada peaaegu igasuguse värvitooni.
Selle mudeli otsene eesmärk on kuvada teie monitoril nähtavat värvivahemikku. Vaikimisi töötab ekraan selles režiimis, mida algajad üldiselt muuta ei tohiks.
Igal värvimudelil on oma värvigamma, st. värvide kvantitatiivne maht, mida inimsilm suudab eristada ja seadmel (nt printeril) kuvada.
Tõsine probleem RGB puhul on suure värvigamma puudumine ja riistvarasõltuvus (mitte päris sama värvide kuvamine erinevatel peamiselt kineskoopkuvaritel).
Kirjeldataval mudelil on kolm alamtüüpi: sRGB on väikseima värvigammaga ja sobib seetõttu neile, kes töötavad veebigraafikaga. See sobib ka printimiseks, kuigi tindiprinteritel ei sobi see professionaalseks kvaliteediga printimiseks. Adobe RGB 1998 - tuletatud televisiooni standarditest, kõige optimaalsem välimus graafikapakettidega töötamisel.
Uusimal Wide-Gamut RGB-l on suurim katvus ja seda saab rakendada 48-bitistele teostele. Arvutimonitoril on värvide kuvamiseks erinev põhimõte ja seetõttu on RGB mudel (oma 3 tüüpi) ausalt öeldes printimiseks peaaegu sobimatu.
Kuid CMY ja CMYK värvimudelid on täpselt loodud pildi ettevalmistamiseks ja selle printimiseks. CMY (tsüaan, magenta, kollane) kasutamine on õigustatud vaid teoreetiliselt mustvalgete printerite puhul, kus kasseti saab asendada värvilisega.
Musta tindi lisamine muutis CMYK-i (tsüaan, magenta, kollane, must) mudeli värviprintimisel täielikult funktsionaalseks (kuid mitte täiuslikuks). Samuti on paranenud halli toonide valiku väljundkvaliteet. Sarnaselt RGB-ga jääb ka CMYK riistvarast sõltuvaks mudeliks, mille värvigamma on ebapiisavalt kõrge.
Kõigi oma puudustega kuvab see printimiseks vajaliku spektri üsna adekvaatselt, kuid samal ajal võib väljundis olla ebapiisav värviedastus, mistõttu on parem algselt mõnda pilti selles redigeerida. Ja veel, printimisel saadav kvaliteet sõltub otseselt paberi kvaliteedist!
Professionaalses trükkimises ei kasutata CMYK-i peaaegu kunagi, millest me ei maini, kui öelda, et need süsteemid (Pantone, Trumatch jne) on integreeritud tõsistesse graafikaprogrammidesse. See on muide, nüüd liigume edasi.
Uusim HSB värvimudel ja sellele sarnased on lihtsad, põhinedes algelisel heleduse, tooni ja küllastuse tajumisel ning on seetõttu riistvarast sõltumatud, kasutades põhilist RGB värvisisendit, mis sobivad suurepäraselt peente spektraalefektide loomiseks.
Igal vaadeldaval mudelil on oma värvigamma, mis tähendab, et teatud tüüpi printimise korral ei saa värviteavet monitoril täiesti täpselt kuvada. Samuti ei tuvasta kalibreerimata või vana ekraan värve piisavalt täielikult.
Seetõttu ei ole alati õige otsus monitoril soovitud värvi valida. Värvide õigeks valikuks on spetsiaalsed sobitussüsteemid. Selliste süsteemide hulka kuuluvad referentsvärvikomplektid (atlased), väljundi kalibreerimiseks vajalikud programmid ja seadmed, samuti nn. paletid.
Kohandatud (elektroonilised) värvitabelid on integreeritud igasse professionaalsesse graafikaredaktorisse. Kõik need on muuseas keskendunud oma töö erinevatele esitusviisidele, Adobe'is nimetatakse neid kataloogiks, Corelis aga palettideks; Arvan, et pole erilist vajadust keskenduda nende igaühe tundmaõppimisele, eriti kuna need on mõeldud peamiselt trükitööstusega koostööd tegevatele disaineritele ja küljendajatele.
Lisaks kasutavad mõned selle valdkonna kogenud kasutajad neid oma tööde ja veebikujunduse loomisel. Trükimisel kasutatakse mitmekihilist, punkt- ja kombineeritud (Spot color) trükimeetodeid. See on mitmekihiline meetod, mis põhineb protsessvärvide kasutamisel, mis tähendab, et kõik graafikapakettide värvimudelid töötavad protsessivärvidega.
Kui värvimudel on programmiline kirjeldus, siis värvirežiim on nii-öelda teostus, teostus. Esimene režiim on ühebitine mustvalge graafika (Black and White (1-bit)) või bitmap, mis on olemasolevatest lihtsaim. Selle kuvamiseks vajate iga valge ja musta piksli kohta ainult ühte bitti mälu. Seda saab kasutada ainult must-valgete piltide puhul, aga ka mõnel juhul täisvärvilise kujutise väljastamisel must-valges printimises. Mustvalgel on veel seitse varianti, mis kõik erinevad üksteisest sama ühebitise graafika erinevate tarkvaraesitluste poolest. Järgmine halltoonide (8-bitine) režiim on eelmise režiimi täiendatud versioon, suurendades iga piksli värvieraldusvõimet 8-bitiseks ja toetades kuni 256 halli tooni. Programmide uued versioonid toetavad ka 16-bitist bitisügavust neile, kellele meeldib selles huvitavas režiimis omal moel luua. Duotone (8-bitine) värvirežiimis olev pilt on mustvalge pilt, mida on täiustatud lisavärvidega (üks kuni neli). Dupleksvärvirežiim koosneb 256 ühe (toon), kahe (kahetoonilise), kolme (kolmtoonilise) või nelja (neljavärvilise) tindi toonist.
Seda režiimi on kõige parem kasutada must-valgetele piltidele värvi lisamiseks, samuti igasuguste efektide loomiseks, kasutades erinevaid toonimiskõvera parameetreid. RGB Color (24-bitine) loomuliku värvi režiim on loodud täisvärviliste (värviliste) piltide töötlemiseks 16,7 miljoni värviga ja võib kasutada isegi 48-bitist eraldusvõimet. RGB - mudel töötab värvi- ja alfakanalitega ning võib toetada ka kihte (objekte). Palett (palett) või indekseeritud värv (indekseeritud värv) on RGB värvi lihtsustatud analoog ja seetõttu ei tasu selle mudeliga harjutades oodata oma "töödes" erilist realistlikkust. See lihtsalt ei ole võimeline kõiki värvi- ja tooninüansse edasi andma, kuid graafikas on tal ka oma nišš. Sellel mudelil on alamtüübid.
CMYK Color režiimi kohta pole palju öelda, see on täielikult keskendunud ainult printimisele. Laborivärvirežiim on 24-bitine värvirežiim, milles kõik värvid koosnevad kolmest kanalist: heledus (L*- heledus), roheline/magenta (a*- roheline/magenta), sinine/kollane (b*- sinine/kollane) . Lab-režiimi saab teisendada ainult pooltooni-, RGB- ja CMYK-pilte.
Sisemudel on kasulik Postscript Level 2 printeritel printimiseks, PhotoCD töötlemiseks, aga ka töötamiseks heleduse, teravusega ilma teisi värvitoone moonutamata ja mitme muu asjaga, mida juba väljakujunenud disainerid vajavad. Ja viimast värvirežiimi Multichannel on vaja mitme värvikanali kuvamiseks, kus iga kanal sisaldab 256 halli varjundit. Sobib jooniste teisendamiseks mustvalgel printeril, saate töötada ainult pildiga, millel on rohkem kui üks kanal. Piltide videovormingusse teisendamiseks on vaja NTSC RGB ja PAL RGB režiime.
