Колірна модель

Колірна модель- термін, що позначає абстрактну модель опису подання кольорів у вигляді кортежів чисел, зазвичай із трьох або чотирьох значень, званих кольоровими компонентамиабо колірними координатами. Разом з методом інтерпретації цих даних (наприклад, визначення умов відтворення та/або перегляду - тобто завдання способу реалізації), безліч кольорів моделі визначає колірний простір .

Трикомпонентний колірний простір стимулів

Людина є трихроматом – сітківка ока має 3 види рецепторів світла, відповідальних за кольоровий зір (див. Колбочки). Кожен вид колб реагує на певний діапазон видимого спектра. Відгук, що викликається у колбочках світлом певного спектра, називається колірним стимуломПри цьому світло з різними спектрами може мати той самий колірний стимул і, таким чином, сприйматися людиною однаково. Це явище називається метамерією – два випромінювання з різними спектрами, але однаковими колірними стимулами, будуть невиразні для людини.

Тривимірне уявлення колірного простору людини

Можна визначити колірний простір стимулів як лінійний простір , якщо задати координати x, y, z в якості значень стимулів, відповідних відгуку колб довгохвильового (L), середньохвильового (M) і короткохвильового (S) діапазону оптичного спектру. Початок координат (S, M, L) = (0, 0, 0) представлятиме чорний колір. Білий колір не матиме чіткої позиції в даному визначенні діаграми всіляких кольорів, а визначатиметься, наприклад, через колірну температуру, певний баланс білого або іншим способом. Повний колірний простір людини має вигляд конуса у формі підкови (див. малюнок праворуч). Принципово це уявлення дозволяє моделювати кольори будь-якої інтенсивності - починаючи з нуля (чорного кольору) до нескінченності. Однак, на практиці, людські рецептори можуть перенасититися або навіть бути пошкоджені випромінюванням з екстремальною інтенсивністю, тому дана модель не застосовна для опису кольору в умовах надзвичайно високих інтенсивностей випромінювань і також не розглядає опис кольору в умовах дуже низьких інтенсивностей (оскільки людина має інший механізм сприйняття через палички).

Будучи лінійнимпростір, простір колірних стимулів має властивість адитивного змішування - сума двох колірних векторів буде відповідати кольору, що дорівнює одержуваному змішуванням цих двох кольорів (див. також: Закон Грассмана). Таким чином, можна описувати будь-які кольори (вектори колірного простору) через лінійну комбінацію кольорів, вибраних як базис . Такі кольори називають основними(англ. primary colors). Найчастіше як основні кольори вибирають червоний, зелений і синій (модель RGB), проте можливі інші варіанти базису основних кольорів. Вибір червоного, зеленого та синього оптимальний з низки причин, наприклад тому що при цьому мінімізується кількість точок колірного простору, для представлення яких використовуються негативні координати, що має практичне значення для відтворення кольору (не можна відтворювати колір випромінюванням з негативною інтенсивністю). Цей факт випливає з того, що піки чутливостей L, M і S колб припадають на червоний, зелений і синій частини видимого спектру.

Деякі моделі кольорів використовуються для відтворення кольорів, наприклад відтворення кольорів на екранах телевізорів і комп'ютерів, або кольорового друку на принтерах. Використовуючи явище метамерії, пристрої відтворення кольорів не відтворюють оригінальний спектр зображення, а лише імітують стимульну складову цього спектру, що в ідеалі дозволяє отримати картину невідмінну людиною від оригінальної сцени.

Колірний простір CIE XYZ

Колірний простір XYZ - це еталонна колірна модель, задана в строгому математичному значенні організацією CIE (International Commission on Illumination - Міжнародна комісія з висвітлення) у 1931 році. Модель XYZ є майстер-моделлю майже всіх інших колірних моделей, які у технічних областях.

Функції колірної відповідності

Будучи трихроматом, людина має три типи світлочутливих детекторів або, іншими словами, зір людини трикомпонентно. Кожен тип детекторів (колб) має різну чутливість до різних довжин хвиль спектру, що описується функцією спектральної чутливості (яка безпосередньо визначається видом конкретних молекул фотопсинів, використовуваних даним типом колб). Можна сказати, що око, як детектор, видає три види сигналу (нервові імпульси). З математичної точки зору, з спектра (описуваного нескінченномірним вектором) шляхом множення на функції спектральної чутливості колб виходить трикомпонентний вектор, що описує колір, що детектується оком. У колориметрії ці функції прийнято називати функціями колірної відповідності(англ. color matching functions).

Експерименти, проведені Девідом Райтом (англ. David Wright) та Джоном Гілдом (англ. John Guild) наприкінці 1920-х і на початку 1930-х років, послужили основою для визначення функцій колірної відповідності. Спочатку функції колірної відповідності було визначено для 2-градусного поля зору (використовувався відповідний колориметр). 1964 року комітет CIE опублікував додаткові дані для 10-градусного поля зору.

При цьому у визначенні кривих моделі XYZ закладено фактор свавільності - форма кожної кривої може бути виміряна з достатньою точністю, однак крива сумарної інтенсивності (або сума всіх трьох кривих) містить у своєму визначенні суб'єктивний момент, при якому реципієнта просять визначити, чи мають два джерела світла однакову яскравість, навіть якщо ці джерела абсолютно різного кольору. Також є довільність відносної нормування кривих X, Y і Z, оскільки можна запропонувати альтернативну працюючу модель, в якій крива чутливості X має дворазово посилену амплітуду. При цьому колірний простір матиме іншу форму. Криві X, Y та Z у моделі CIE XYZ 1931 та 1964 були обрані таким чином, щоб площі поверхні під кожною кривою були рівними між собою.

Хроматичні координати Yxy

На малюнку справа представлена ​​класична хроматична діаграма XYZ моделі з довжинами хвиль кольорів. Значення xі yу ній відповідають X, Y та Z згідно з наступними формулами:

x = X/(X + Y + Z), y = Y/(X + Y + Z).

У математичному сенсі цю хроматичну діаграму можна як підобласть дійсної проективної площині , у своїй xі yбудуть проективними координатами кольорів. Дане уявлення дозволяє задавати значення кольору через світлоту Y (англ. luminance) та дві координати x, y. Однак світло Y у моделі XYZ і Yxy - це не те ж саме, що яскравість Y в моделі YUV або YCbCr .

Зазвичай діаграма Yxy використовується для ілюстрації характеристик гамут різних пристроїв відтворення кольорів - дисплеїв та принтерів. Конкретний гамут зазвичай має вигляд трикутника, кути якого утворені точками основних, або первинних, квіти. Внутрішня область гамута описує всі кольори, які здатні відтворити цей пристрій.

Особливості кольорового зору

Значення X, Yі Zвиходять шляхом множення фізичного спектра випромінювання функції кольорового відповідності. Синя і червона частина спектру мають менший вплив на яскравість, що сприймається, що може бути продемонстровано на прикладі:

red ЧЕРВОНИЙ

green ЗЕЛЕНИЙ

blue Синій

yellow ЧЕРВОНИЙ +ЗЕЛЕНИЙ

aqua/cyan ЗЕЛЕНИЙ +СИНІЙ

fuchsia/magenta ЧЕРВОНИЙ +СИНІЙ

black ЧОРНИЙ

white ЧЕРВОНИЙ +ЗЕЛЕНИЙ +СИНІЙ

Для середньостатистичної людини, яка має нормальний колірний зір, зелений сприйматиметься яскравіше за синій. У той же час, хоча чистий синій колір сприймається як дуже неяскравий (якщо розглядати напис синього кольору з великої відстані, то його колір буде важко відрізнити від чорного), в суміші із зеленим або червоним яскравість, що сприймається, значно підвищується.

При певних формах дальтонізму зелений колір може сприйматися еквівалентно-яскравим синьому, а червоний як дуже темний, або взагалі нерозрізнений. Люди з дихромією- Порушенням сприйняття червоного, наприклад, не здатні бачити червоний сигнал світлофора при яскравому сонячному денному світлі. При дейтеранопії- Порушення сприйняття зеленого, в нічних умовах зелений сигнал світлофора стає невідмінним від світла вуличних ліхтарів.

Класифікація

Колірні моделі можна класифікувати за їх цільовою спрямованістю:

1. XYZ – опис сприйняття; L*a*b* - той самий простір в інших координатах.
2. Адитивні моделі – рецепти отримання кольору на моніторі (наприклад, RGB).
3. Поліграфічні моделі – отримання кольору при використанні різних систем фарб та поліграфічного обладнання (наприклад, CMYK).
4. Моделі, які пов'язані з фізикою устаткування, є стандартом передачі.
5. Математичні моделі, корисні для будь-яких способів корекції кольору, але не пов'язані з обладнанням, наприклад HSV .

Поширені кольорові моделі

Див. також

Примітки

Посилання

• Олексій Шадрін, Андрій Френкель. Color Management System (CMS) у логіці колірних координатних систем. Частина I, Частина 2, Частина 3

Методи стиснення
Теорія
Без втрат	Ентропійний стиск Алгоритм Хаффмана · Адаптивний алгоритм Хаффмана · Алгоритм Шеннона - Фано · Арифметичне кодування (Інтервальне) · Коди Голомба · Дельта · Універсальний код (Еліаса · Фібоначчі) Словникові методи RLE · Deflate · LZ (LZ77/LZ78 · LZSS · LZW · LZWL · LZO · LZMA · LZX · LZRW · LZJB · LZT) Інше RLE ·

Колірні моделі

Колірна модель- термін, що позначає абстрактну модель опису подання кольорів у вигляді кортежів чисел, у звичайному випадку трьох або чотирьох значень, званих кольоровими компонентамиабо колірними координатами. Разом з методом інтерпретації цих даних (наприклад визначення умов відтворення та/або перегляду - тобто завдання способу реалізації), безліч кольорів моделі визначає колірний простір .

Трикомпонентний колірний простір стимулів

Людина є трихроматом – сітківка ока має 3 види рецепторів світла, відповідальних за кольоровий зір (див. Колбочки). Кожен вид колб реагує на певний діапазон видимого спектра. Відгук, що викликається у колбочках світлом певного спектра називається колірним стимуломПри цьому світло з різними спектрами може мати той самий колірний стимул, і таким чином сприйматися однаково людиною. Це називається метамерією - два випромінювання з різними спектрами, але однаковими колірними стимулами будуть невиразні людиною.

Тривимірне уявлення колірного простору людини

Можна визначити колірний простір стимулів як евклідовий простір , якщо задати координати x, y, z в якості значень стимулів, що відповідають відгуку колб довго-хвильового (L), середньо-хвильового (M) і коротко-хвильового (S) діапазону оптичного спектру. Початок координат (S, M, L) = (0, 0, 0) представлятиме чорний колір. Білий колір не матиме чіткої позиції в даному визначенні діаграми всіляких кольорів, а визначатиметься, наприклад, через колірну температуру, або через певний баланс білого, або якимось іншим способом. Повний колірний простір людини має вигляд конуса у формі підкови (як показано на малюнку праворуч). Принципово це уявлення дозволяє задавати кольори будь-якої інтенсивності - починаючи з нуля (чорного кольору) до нескінченності. Однак на практиці людські рецептори можуть перенасититись або навіть бути пошкодженими випромінюванням з екстремальною інтенсивністю. Тому дана модель не застосовна для опису кольору в умовах надзвичайно високих інтенсивностей випромінювань, і так само не розглядає питання відтворення кольору в умовах дуже низьких інтенсивностей (оскільки в людини задіюється інший механізм сприйняття через палички).

Колірний простір стимулів має властивість адитивного змішування - сума двох колірних векторів буде відповідати кольору, що дорівнює одержуваному змішуванням цих двох кольорів (див. також: Закон Грассмана). Таким чином можна описувати будь-які кольори (вектори колірного простору) через комбінацію випромінювачів основних кольорів (наприклад червоного, зеленого та синього). На цьому принципі засновано роботу екранів телевізорів та комп'ютерів. Але важливо розуміти, що ці пристрої не відтворюють оригінальне випромінювання (повний спектр), а лише імітують зображення, в ідеалі невідмінне людиною від оригінального.

Колірний простір CIE XYZ

Колірний простір XYZ- це еталонна колірна модель, задана у строгому математичному значенні організацією CIE (International Commission on Illumination – Міжнародна комісія з висвітлення) у 1931 році. Модель XYZ є майстер-моделлю майже всіх інших колірних моделей, які у технічних областях.

Функції колірної відповідності

Як трихроматом, як зазначено вище, людина має три типи світлочутливих детекторів, або в інших словах зір людини трикомнонентно. Кожен тип детекторів (колб) має різну чутливість до різних довжин хвиль спектру, що описується функцією спектральної чутливості (яка безпосередньо визначається видом конкретних молекул фотопсинів, використовуваних даним типом колб). Можна сказати, що око, як детектор, видає три сигнали (нервових імпульсів). З математичної точки зору з спектру (описуваного нескінченномірним вектором) шляхом множення на функції спектральної чутливості колб виходить трикомнонентний вектор, що описує колір, що детектується оком. У колориметрії ці функції прийнято називати функціями колірної відповідності(англ. color matching functions).

Експерименти, проведені Девідом Райтом (англ. David Wright) та Джоном Гілдом (англ. John Guild) наприкінці 1920-х і на початку 1930-х років послужили основою для визначення функцій колірної відповідності. Спочатку функції колірної відповідності були з'ясовані для 2 o поля зору (використовувався відповідний колориметр). У 1964 році комітет CIE опублікував додаткові дані для 10 o-ного поля зору.

Зауважимо, що у визначенні кривих моделі XYZ закладено фактор свавільності - форма кожної кривої може бути виміряна з достатньою точністю, однак крива сумарної інтенсивності (або сума всіх трьох кривих) укладає у своєму визначенні суб'єктивний момент, при якому реципієнта просять визначити чи мають два джерела світла однакову яскравість, навіть якщо ці джерела абсолютно різного кольору. Також відзначити довільність відносного нормування кривих X, Y і Z, оскільки можна запропонувати альтернативну модель, в якій крива чутливості X має двократно посилену амплітуду. При цьому колірний простір матиме іншу форму. Криві X, Y, Z моделі CIE XYZ 1931 і 1964 були обрані таким чином щоб площі поверхні під кожною кривою були рівні між собою.

Хроматичні координати Yxy

Хроматична діаграма з довжинами квіткових хвиль

На малюнку справа представлена ​​класична хроматична діаграма XYZ моделі з довжинами хвиль кольорів. Значення xі yу ній відповідають X, Y та Z згідно з наступними формулами:

x = X/(X + Y + Z), y = Y/(X + Y + Z).

У математичному сенсі на цій хроматичній діаграмі xі yце координати на площині проекції. Дане уявлення дозволяє задавати значення кольору через світлоту Y (англ. luminance) та дві координати x, y. Зауважимо що світло Y в моделі XYZ і Yxy це не те ж саме що яскравість Y в моделі

Зазвичай діаграма Yxy використовується для ілюстрації характеристик гамут різних пристроїв відтворення кольорів - дисплеїв та принтерів. Конкретний гамут зазвичай має вигляд трикутника, кути якого утворені точками основнихабо первиннихквітів. Внутрішня область гамута описує всі кольори, які здатні відтворити цей пристрій.

Особливості кольорового зору

Значення X, Y, і Zвиходять шляхом множення фізичного спектра випромінювання функції кольорового відповідності. Синя і червона частина спектру мають менший вплив на яскравість, що сприймається, що може бути продемонстровано на прикладі:

ЧЕРВОНИЙ

ЗЕЛЕНИЙ

Синій

ЧЕРВОНИЙ +ЗЕЛЕНИЙ

ЗЕЛЕНИЙ +СИНІЙ

ЧЕРВОНИЙ +СИНІЙ

ЧЕРВОНИЙ +ЗЕЛЕНИЙ +СИНІЙ

ЧОРНИЙ

Для середньостатистичної людини, яка має нормальний колірний зір, зелений сприйматиметься яскравіше за синій. У той же час хоча чистий синій колір сприймається як дуже неяскравий (якщо розглядати напис синього кольору з великої відстані, то його колір буде важко відрізнити від чорного), в суміші із зеленим або червоним яскравість, що сприймається, значно підвищується.

Посилання

• Олексій Шадрін, Андрій Френкель. Color Management System (CMS) у логіці колірних координатних систем. Частина I, Частина 2, Частина 3.

Методи стиснення
Теорія
Без втрат	Ентропійний стиск Алгоритм Хаффмана · Адаптивний алгоритм Хаффмана · Арифметичне кодування (Алгоритм Шеннона - Фано · Інтервальне) · Коди Голомба · Дельта · Універсальний код (Еліаса · Фібоначчі) Словникові методи RLE · LZW · LZWL · Інше

Я за освітою програміст, але по роботі мені довелося мати справу з обробкою зображень. І тут для мене відкрився дивовижний і незвіданий світ колірних просторів. Не думаю, що дизайнери та фотографи дізнаються для себе щось нове, але, можливо, комусь це знання виявиться, як мінімум корисно, а в кращому разі цікаво.

Основне завдання колірних моделей – уможливити завдання кольорів уніфікованим чином. Насправді колірні моделі задають певні системи координат, які дозволяють однозначно визначити колір.

Найбільш популярними на сьогоднішній день є такі колірні моделі: RGB (використовується в основному в моніторах та камерах), CMY(K) (використовується в поліграфії), HSI (широко використовується в машинному зорі та дизайні). Існує багато інших моделей. Наприклад, CIE XYZ (стандартні моделі), YCbCr та ін. Далі подано короткий огляд цих колірних моделей.

Колірний куб RGB

Із закону Грассмана виникає ідея адитивної (тобто заснованої на змішуванні кольорів від безпосередньо випромінюючих об'єктів) моделі відтворення кольорів. Вперше подібна модель була запропонована Джеймсом Максвеллом у 1861 році, але найбільшого поширення вона набула значно пізніше.

У моделі RGB (від англ. Red – червоний, green – зелений, blue – блакитний) усі кольори виходять шляхом змішування трьох базових (червоного, зеленого та синього) кольорів у різних пропорціях. Частка кожного базового кольору в підсумковому може сприйматися як координата у відповідному тривимірному просторі, тому цю модель часто називають колірним кубом. Рис. 1 представлена ​​модель колірного куба.

Найчастіше модель будується так, щоб куб був поодиноким. Крапки, що відповідають базовим кольорам, розташовані у вершинах куба, що лежать на осях: червоний – (1; 0; 0), зелений – (0; 1; 0), синій – (0; 0; 1). При цьому вторинні кольори (отримані змішанням двох базових) розташовані в інших вершинах куба: блакитний - (0; 1; 1), пурпуровий - (1; 0; 1) і жовтий - (1; 1; 0). Чорний і білі кольори розташовані на початку координат (0; 0; 0) і найбільш віддаленої від початку координат точці (1; 1; 1). Мал. показує лише вершини куба.

Кольорові зображення моделі RGB будуються з трьох окремих зображень-каналів. У Табл. показано розкладання вихідного зображення на колірні канали.

У моделі RGB для кожної складової кольору приділяється певна кількість біт, наприклад, якщо для кодування кожної складової відводити 1 байт, то за допомогою цієї моделі можна закодувати 2^(3*8)≈16 млн. кольорів. Насправді таке кодування надмірно, т.к. більшість людей не здатна розрізнити таку кількість кольорів. Часто обмежуються т.зв. режимом «High Color» у якому кодування кожної компоненти відводиться 5 біт. У деяких додатках використовують 16-бітний режим у якому кодування R і B складових відводиться по 5 біт, а на кодування G складової 6 біт. Цей режим, по-перше, враховує вищу чутливість людини до зеленого кольору, а по-друге, дозволяє ефективніше використовувати особливості архітектури ЕОМ. Кількість біт, що відводяться на кодування одного пікселя, називається глибиною кольору. У Табл. наведено приклади кодування того самого зображення з різною глибиною кольору.

Субтрактивні моделі CMY та CMYK

Субтрактивна модель CMY (від англ. cyan – блакитний, magenta – пурпуровий, yellow – жовтий) використовується для отримання твердих копій (друку) зображень, і до певної міри є антиподом кольорового RGB-куба. Якщо RGB моделі базові кольори – це кольори джерел світла, то модель CMY – це модель поглинання кольорів.

Наприклад, папір, покритий жовтим барвником не відбиває синє світло, тобто. можна сказати, що жовтий барвник віднімає з відбитого білого світла синій. Аналогічно блакитний барвник віднімає з відбитого світла червоний, а пурпуровий барвник віднімає зелений. Саме тому цю модель прийнято називати субтрактивною. Алгоритм перекладу з моделі RGB до моделі CMY дуже простий:

При цьому передбачається, що RGB кольори знаходяться в інтервалі . Легко помітити, що для отримання чорного кольору моделі CMY необхідно змішати блакитний, пурпуровий і жовтий в рівних пропорціях. Цей метод має два серйозні недоліки: по-перше, отриманий в результаті змішування чорний колір виглядатиме світліше «справжнього» чорного, по-друге, це призводить до суттєвих витрат барвника. Тому на практиці модель СMY розширюють до моделі CMYK, додаючи до трьох кольорів чорний (black).

Колір тон, насиченість, інтенсивність (HSI)

Розглянуті раніше колірні моделі RGB і CMY(K) дуже прості щодо апаратної реалізації, але вони мають один істотний недолік. Людині дуже важко оперувати квітами, заданими у цих моделях, т.к. людина, описуючи кольори, користується не змістом в описуваному кольорі базових складових, а іншими категоріями.

Найчастіше люди оперують такими поняттями: колірний тон, насиченість та світло. При цьому, говорячи про колірний тон, зазвичай мають на увазі саме колір. Насиченість показує, наскільки описуваний колір розбавлений білим (рожевий, наприклад, це суміш червоного та білого). Поняття світло найбільш складно для опису, і з деякими припущеннями під світлом можна розуміти інтенсивність світла.

Якщо розглянути проекцію RGB-куба у напрямку діагоналі білий-чорний, то вийде шестикутник:

Усі сірі кольори (що лежать на діагоналі куба) при цьому проектуються у центральну точку. Щоб за допомогою цієї моделі можна було закодувати всі кольори, доступні в RGB-моделі, необхідно додати вертикальну вісь світла (або інтенсивності) (I). У результаті виходить шестигранний конус:

При цьому тон (H) задається кутом щодо осі червоного кольору, насиченість (S) характеризує чистоту кольору (1 означає чистий колір, а 0 відповідає відтінку сірого). Важливо розуміти, що тон та насиченість не визначені за нульової інтенсивності.

Алгоритм перекладу з RGB HSI можна виконати, скориставшись такими формулами:

Колірна модель HSI дуже популярна серед дизайнерів та художників, т.к. у цій системі забезпечується безпосередній контроль тону, насиченості та яскравості. Ці властивості роблять цю модель дуже популярною в системах машинного зору. У Табл. показано зміну зображення при збільшенні та зменшенні інтенсивності, тону (виконується поворот на ±50°) та насиченості.

Модель CIE XYZ

З метою уніфікації було розроблено міжнародну стандартну колірну модель. В результаті серії експериментів міжнародна комісія з висвітлення (CIE) визначила криві додавання основних (червоного, зеленого та синього) кольорів. У цій системі кожному видимому кольору відповідає певне співвідношення основних кольорів. При цьому, для того, щоб розроблена модель могла відображати всі видимі людиною кольори, довелося ввести негативну кількість базових кольорів. Щоб уникнути негативних значень CIE, ввела т.зв. нереальні або уявні основні кольори: X (уявний червоний), Y (уявний зелений), Z (уявний синій).

При описі кольору значення X, Y, Z називають стандартними основними збудженнями, а отримані на основі координати – стандартними колірними координатами. Стандартні криві додавання X(λ),Y(λ),Z(λ) (див. мал.) описують чутливість середньостатистичного спостерігача до стандартних збуджень:

Крім стандартних колірних координат, часто використовують поняття відносних колірних координат, які можна обчислити за такими формулами:

Легко помітити, що x+y+z=1, а це означає, що для однозначного завдання відносних координат достатньо будь-якої пари значень, а відповідний колірний простір може бути представлений у вигляді двовимірного графіка:

Багато кольорів, що задається таким способом, називають трикутником CIE.
Легко помітити, що трикутник CIE описує лише тон кольору, але ніяк не описує яскравість. Для опису яскравості вводять додаткову вісь, яка проходить через точку з координатами (1/3;1/3) (т.зв. точку білого). В результаті одержують колірне тіло CIE (див. Мал.):

Це тіло містить усі кольори, видимі середньостатистичним спостерігачем. Основним недоліком цієї системи є те, що використовуючи її, ми можемо констатувати тільки збіг або відмінність двох кольорів, але відстань між двома точками цього кольору не відповідає зоровому сприйняттю відмінності кольорів.

Модель CIELAB

Основною метою розробки CIELAB було усунення нелінійності системи CIE XYZ з погляду людського сприйняття. Під абревіатурою LAB зазвичай розуміється колірний простір CIE L*a*b*, який є міжнародним стандартом.

У системі CIE L*a*b координата L означає світлоту (в діапазоні від 0 до 100), а координати a,b – означають позицію між зеленим-пурпурним і синім-жовтим кольорами. Формули для перекладу координат з CIE XYZ до CIE L*a*b* наведені нижче:

де (Xn, Yn, Zn) – координати точки білого у просторі CIE XYZ, а

Рис. представлені зрізи колірного тіла CIE L*a*b* для двох значень світлоти:

Порівняно з системою CIE XYZ Евклідова відстань (√((L1-L2)^2+(a1^*-a2^*)^2+(b1^*-b2^*)^2)) у системі CIE L*a *b* значно краще відповідає колірному відмінності, сприйманому людиною, проте стандартною формулою колірної відмінності є надзвичайно складна CIEDE2000.

Телевізійні кольорові системи

У колірних системах YIQ і YUV інформація про колір подається у вигляді сигналу яскравості (Y) і двох кольорових сигналів (IQ і UV відповідно).

Популярність цих колірних систем обумовлена ​​насамперед появою кольорового телебачення. Т.к. компонента Y насправді містить вихідне зображення в градаціях сірого, сигнал у системі YIQ міг бути прийнятий і коректно відображений як на старих чорно-білих телевізорах, так і на нових кольорових.

Другим, можливо важливішим плюсом, цих просторів є поділ інформації про колір та яскравість зображення. Справа в тому, що людське око дуже чутливе до зміни яскравості, і значно менш чутливе до зміни кольоровості. Це дозволяє передавати та зберігати інформацію про кольоровість зі зниженою глибиною. Саме на цій особливості людського ока побудовані найпопулярніші на сьогоднішній день алгоритми стиснення зображень (в т.ч. jpeg). Для перекладу з простору RGB YIQ можна скористатися такими формулами:

Розвиток комп'ютерної графіки та цифрових систем друку поставило завдання розробки системи управління кольором, здатної контролювати параметри кольорів на всіх стадіях підготовки кольорових видань: від створення до отримання тиражів. Зусиллями фахівців у галузі теоретичної оптики та розробників прикладних оптичних систем запропоновано кілька систем, що дозволяють точно описати колірні параметри. Такі системи називають кольоровими моделями. В основі всіх моделей лежить колориметричний принцип - опис і колірних, і яскравих характеристик деяким набором числових параметрів, які часто називають колірними координатами.

Колірна модель– система представлення кольорів за допомогою обмеженої кількості фарб у поліграфії або колірних каналів монітора та інших випромінюючих пристроїв.

Існує багато типів колірних моделей, але в комп'ютерній графіці зазвичай застосовуються три моделі, відомі під назвами RGB, CMYK, HSB. За принципом дії ці моделі кольорів можна розбити на три класи: адитивні (RGB), побудовані на додаванні кольорів; субтрактивні (CMYK), основу якого становить операція віднімання кольорів; перцепційні (HSB), що базуються на сприйнятті кольору.

Колірна модель RGB.У колірній моделі RGB кольори виходять в результаті змішування трьох кольорів: червоного (Red), зеленого (Green) та синього (Blue), перші літери англійських найменувань та дали назву цій моделі. Додавання основних кольорів у повній яскравості дає білий колір, у мінімальній представляє чорний колір. Якщо колірні координати змішувати в рівних пропорціях, вийде сірий колір різної насиченості. Змішання червоного та зеленого дає жовтий, червоний та синій утворюють пурпуровий, а зелений та синій – блакитний.

Колірні координати: червоний, зелений та синій – базовікольори, або адитивні. Кольори блакитний, пурпуровий, жовтий, що отримуються в результаті попарного змішування базових кольорів, – вторинні,чи комплементарні. За принципом складання кольорів працюють багато пристроїв: монітори, телевізори та ін. Так, RGB-монітори працюють на основі використання трьох променів, йод дією яких точка екрану світиться одним з трьох кольорів - червоним, зеленим і синім, а зображення РК-моніторів формується тріадою РК-осередків.

Кольорові зображення формуються відповідно до двійкового коду кольору кожної точки, що зберігається у відеопам'яті. Можлива різна глибина кольору(бітова глибина), що задається кількістю бітів, що використовується для кодування кольору точки. Найбільш поширеними значеннями глибини кольору є 8, 16, 24 або 32 біти на точку.

У обчислювальної техніки інтенсивність базових кольорів прийнято вимірювати цілими числами від 0 до 255. Нуль означає відсутність цієї колірної складової, число 255 - максимальну інтенсивність. Базові кольори можуть змішуватися, тому загальна кількість кольорів, що породжується адитивною моделлю, дорівнює 256x256x256 = 16777216. Число здається величезним, але насправді модель дозволяє відтворити лише невелику частину колірного спектру. Будь-який природний колір можна розкласти на червону, зелену та синю складові та виміряти їх інтенсивність. Зворотне дію, тобто. синтез, що реалізується далеко не завжди. Діапазон кольорів моделі RGB вужче, ніж видимий спектр. Щоб отримати частину спектра, що лежить між синім і зеленим кольорами, потрібні випромінювачі з негативною інтенсивністю червоного кольору, яких, звичайно ж, у природі немає. Діапазон відтворюваних кольорів моделі або пристрою називається колірнимохопленням. Недолік адитивної моделі – її вузьке колірне охоплення. Крім того, недоліком моделі слід вважати апаратну залежність. Колір, заданий значеннями інтенсивності базових кольорів R = 204, G = 230, В = 171 як набір колірних координат однозначно визначає світло-салатовий колір на пристрої, що працює за принципом складання базових кольорів. Насправді колір, який відтворюється конкретним пристроєм, залежить від зовнішніх факторів. Екрани дисплеїв покриваються люмінофорами, що відрізняються за хімічним та спектральним складом. Монітори однієї марки можуть мати різний ступінь зношування та умови освітлення, по-різному синтезують кольори. Колірні характеристики різних пристроїв вирівнюють за рахунок калібрування та використання систем керування кольором.

Колірна модель HSB.Призначено подолати апаратну залежність моделі RGB. Ця модель найбільше відповідає способу сприйняття кольорів людським оком. У моделі HSB всі кольори визначаються трьома складовими і відносяться до перцепційних моделей: 1) відтінком або тоном кольору (Huc), 2) насиченістю (Saturation) і 3) яскравістю (Brightness). Назва моделі утворена за першими буквами англійських назв колірних координат. Розділення параметрів спрощує проблему коректного відтворення кольорів на різних технічних пристроях.

Колірним топом,або відтінком називається чистий колір з певною довжиною хвилі. Насиченістьописує чистоту, чи силу, кольору. Один і той же тон може бути тьмяним або насиченим. Зміну насиченості можна подати як розведення чистого кольору сірим. Усі кольори природного походження мають низьку насиченість, тому чисті тони виглядають надто яскравими, ненатуральними. Яскравістьхарактеризує інтенсивність, енергію кольору. Зміну яскравості можна уявити як змішання чистого тону та чорного кольору. Великий вміст чорного робить колір затіненим, неінтенсивним. Зі зменшенням частки чорного кольору освітленість збільшується. Чорний колір має нульову яскравість, а білий абсолютну.

Гідність системи HSB – її незалежність від апаратури. Однак ця незалежність визнається суто теоретичною, оскільки система HSB – абстрактна. Це означає, що немає таких пристроїв, які синтезують колір у цій системі. Не існує прямої процедури вимірювання колірного тону і насиченості. У будь-якому методі введення інформації про колір спочатку вимірюються червона, синя та зелена складові, які потім перераховуються на координати HSB. Так як при введенні та виведенні кольору система HSB прив'язана до системи RGB, то її апаратна незалежність поки що не має великого практичного значення.

Колірна модель CMYK.В основі систем RGB та HSB розглядаються джерела світла. Проте більшість навколишніх об'єктів не випромінює світло, а поглинає і відбиває у різних пропорціях падаюче світло. Ми бачимо пасивні об'єкти у відбитому кольорі. Якщо яблуко має червоний колір, це означає, що воно відбиває довгі хвилі і поглинає короткі. Для опису таких явищ використовується колірна модель, що пояснює породження кольорів не як результат додавання, а як результат віднімання базових кольорів. Ця модель називається CMYK за першими літерами назв колірних координат: Cyan (Блакитний), Magenta (Пурпурний), Yellow (Жовтий), BlacK (Чорний). Чорний колір представлений у назві останньою літерою своєї назви для того, щоб не плутати його в скороченнях з синім (Blue).

Квіткові палітри.Піксел монітора несе інформацію про свій колір, що виражається у бітах. Чим більшою кількістю бітів описується піксел, тим більше інформації він може нести і тим більше його бітова глибина. Бітову глибину зображення часто називають колірною роздільною здатністю.Вона вимірюється в бітах на пікселі (bit per pixel, bpp). Так, якщо кольорова ілюстрація має у кожному пікселі по 8 біт колірної інформації, то її колірна роздільна здатність буде 8 bрр. При 8-бітовій глибині є 256 відтінків кольору. На принципі 8-бітного кольору засновано колірну модель Index Color. Вона працює на основі створення палітри кольорів. Усі відтінки у файлі поділяються на 256 можливих варіантів, кожному з яких надається номер. Далі з палітри кольорів, що вийшла, будується таблиця, де кожному номеру комірки приписується колірний відтінок у значеннях RGB. Ці відтінки записуються у відповідну таблицю.

До появи 8-бітного кольору через малі потужності персональних комп'ютерів тих часів використовувалися палітри з 16 кольорів (4 bрр), 4 кольорів (2 bрр) і найперша комп'ютерна графіка була однобітова – 2 кольори. Однобітові зображення, звані Bitmap або іноді Lineart, використовуються і сьогодні там, де не потрібні кольорові переходи. Рівний за розміром Bitmap-файл у 24 рази менше, ніж RGB, крім того, він дуже добре стискається.

Колірна модель Grayscale являє собою ту ж індексовану палітру, де замість кольору пікселів призначено одну з 256 градацій сірого. На основі Grayscale легко можна зрозуміти будову RGB- та CMYK-файлів.

У RGB для опису кольору використовуються 24 біти, які поділяються на три групи (канали) по 8 біт. Одна група використовується для зберігання пікселя величини червоного кольору, дві інші - зеленого і синього. Вони можуть дати до 16700000 комбінацій відтінків. Аналогічним чином CMYK існують чотири групи, для опису кольору використовуються 32 bрр. Слід зазначити, що якщо RGB має стандартні 256 градацій яскравості, то CMYK яскравість вимірюється у відсотках (тобто до 100). Незважаючи на більшу, ніж RGB, колірну глибину 32 біта на піксел, діапазон відтінків CMYK значно менше, ніж у RGB, оскільки CMYK є не більше ніж імітацією на екрані друкованих кольорів.

Під колірною моделлю (простором) розуміють математичний опис різноманітної колірної гами (спектру), простіше кажучи, кожному певному кольору надається цифровий розряд. Практично всі моделі реалізовані на використанні трьох кольорів (червоний, зелений, синій) з цього випливає, кожен основний колір має своє числове опис, решта всіх кольорів результат цифрової генерації основних.

Всі моделі кольорів різні за типом, де у кожного є своя сфера застосування: RGB; HSB; Lab; CMY; CMYK; YIQ; YCC. Далі всі перелічені вище моделі діляться на групи з їхнього пристрою роботи, так RGB - результат складання кольорів (адитивний клас), CMY і CMYK протилежний першому і втілюється через віднімання кольорів (субтрактивний клас), ґрунтуються на сприйнятті Lab, HSB, YIQ, YCC ( перцепційний клас).

Базування RGB складається з червоного, зеленого та синього, де при змішуванні кожної пари основних кольорів виходять додаткові: жовтий, блакитний та пурпуровий, при комбінації основних та додаткових, можна досягти практично будь-якого колірного відтінку.

Пряме призначення цієї моделі – відображення видимого колірного діапазону на моніторі. За замовчуванням екран працює саме в цьому режимі, який новачкам міняти взагалі і не слід.

Кожній колірній моделі властивий свій колірний охоплення, тобто. кількісний обсяг кольорів, який може розрізнити людське око та відобразити пристрій, допустимо принтер.

Серйозна проблема RGB невеликий колірний охоплення і апаратна залежність (не зовсім аналогічний показ кольорів на різних в основному ЕПТ-моніторах).

Існують три підвиди описуваної нами моделі: sRGB має найменше колірне охоплення і тому схоже для тих, хто працює з web-графікою. Підійде і для друку, правда на струминниках, для професійної якості друку вона не підходить. Adobe RGB 1998 – отриманий з телестандартів, найоптимальніший вид при роботі з графічними пакетами.

Останній Wide-Gamut RGB має найбільше охоплення і може бути застосований до 48-розрядних робіт. Монітор комп'ютера має інший принцип показу кольорів, і тому модель RGB (з її 3 видами), чесно сказати, для друку майже не придатна.

А ось колірні моделі CMY та CMYK якраз покликані підготувати зображення та вивести його на друк. Використання CMY (блакитний, пурпуровий, жовтий) виправдано лише теоретично для чорно-білих принтерів, де картридж можна замінити на кольоровий.

Додавання чорної фарби дозволило зробити модель CMYK (блакитний, пурпуровий, жовтий, чорний) повністю функціональною (але не досконалою) кольорового друку. Також покращилася якість виведення діапазону сірих відтінків. Як і RGB, CMYK залишається апаратно залежною, з недостатнім високим колірним діапазоном моделлю.

При всіх своїх недоліках цілком гідно відображає необхідний для друку спектр, але разом з тим може нести в собі неадекватну передачу кольору на висновку, тому деякі зображення краще спочатку редагувати в ній. І ще, якість, що отримується під час друку, безпосередньо залежить від якості паперу!

У професійній поліграфії CMYK майже не використовують, там застосовують її різні модифікації, про які ми згадувати не будемо, достатньо сказати, що ці системи (Pantone, Trumatch та ін) інтегровані в серйозні графічні програми. Це так, принагідно, тепер давайте далі.

З останньою моделлю кольорів HSB і їй подібними все просто, вони засновані на елементарному сприйнятті яскравості, тону і насиченості, і тому апаратно незалежні, використовуючи основне колірне введення RGB, чудово підходить для створення тонких спектральних ефектів.

Кожна розглянута модель має своє колірне охоплення, а значить при деяких видах друку, колірна інформація не може бути точно відображена на моніторі. Так само не калібрований дисплей або вже старий мало повно визначають кольори.

Внаслідок цього не завжди буде правильним рішенням вибирати потрібний колір на моніторі. Для правильного підбору кольорів є спеціальні системи відповідності. Такі системи включають еталонні набори кольорів (атласи), необхідні програми та пристрої для калібрування виведення, а також т.зв. палітри.

У кожний професійний графічний редактор інтегровані електронні таблиці кольорів. Усі вони орієнтовані різні способи представлення ваших робіт, до речі, в Adobe вони називаються - каталог, в Corel - саме палітри. Думаю, немає великої необхідності загострювати вашу увагу на знайомстві з кожною з них, тим більше, що вони призначені в основному для дизайнерів і верстальників, які співпрацюють з поліграфічним виробництвом.

Та ще деякі розвинені в цій галузі користувачі використовують їх при створенні своїх авторських робіт та web-дизайну. У поліграфії використовують багатошарову, плашкову та комбіновану (Spot colors) способи друку. Саме багатошаровий спосіб заснований на застосуванні тріадних барвників, це до того, що всі моделі кольорів у графічних пакетах працюють з тріадними кольорами.

Якщо колірна модель – це програмний опис, то колірний режим – це, так би мовити, втілення у життя, реалізація. Перший режим однобітової чорно-білої графіки (Black and White (1-bit)) або bitmap, найпростіший із усіх існуючих. Для відображення потрібно всього по одному біту пам'яті на кожен білий і чорний піксел. Застосовується він лише до чорно-білих зображень, а також у деяких випадках виведення повнокольорової картинки в чорно-білий друк. У Black and White є ще сім різновидів, всі вони відрізняються один від одного різним програмним поданням тієї ж однобітової графіки. Наступний режим Градації сірого (Grayscale (8-bit)) є модернізованою версією попереднього режиму за рахунок збільшення колірної роздільної здатності для кожного пікселя до 8-біт і підтримки до 256 відтінків сірого кольору. Нові версії програм підтримують і 16-бітову розрядність для любителів творити в цьому, по-своєму цікавому режимі. Зображення в Дуплексному (Duotone (8-bit)) колірному режимі – це чорно-біле зображення, покращене за допомогою додаткових кольорів (від одного до чотирьох). Дуплексний колірний режим складається з 256 відтінків однієї (тонове), двох (двотонове), трьох (тритонове) або чотирьох (чотиритонове) фарб.

Цей режим краще використовувати для того, щоб надати кольоровість чорно-білим зображенням, а також створювати різні ефекти за допомогою різних параметрів кривих тонування. 24-розрядний режим природного кольору RGB Color (24-bit) призначений для обробки повнокольорових (кольорових) зображень з використанням 16,7 млн. кольорів, і навіть може використовувати роздільну здатність 48-біт. RGB - модель працює з кольоровими та альфа-каналами, а також може підтримувати шари (об'єкти). Палітра (Paletted) або Індексовані кольори (Indexed Color) - це спрощений аналог RGB Color, і тому великого реалізму у ваших "працях", практикуючи в цій моделі, не чекайте. Він просто не здатний передати всі кольорові та тонові нюанси, але й у нього існує своя ніша у графіку. Ця модель має підвиди.

Про режим CMYK Color говорити особливо нічого, він повністю орієнтований лише на друк. Режим кольору Lab - це 24-розрядний колірний режим, в якому всі кольори складаються з трьох каналів: яскравість (L*- Luminosity), зелений/пурпурний (a*- green/magenta), синій/жовтий (b*- blue/yellow ). У режим Lab можна перетворити лише напівтонові, RGB та CMYK-зображення.

Внутрішня модель стане в нагоді для друку на Postscript Level 2 принтерах, обробки PhotoCD, а також для роботи з яскравістю, різкістю без спотворень інших колірних тонів, ну і ряду інших потрібних дизайнерам, що вже відбулися, речей. І останній колірний режим Багатоканальний (Multichannel) потрібний для відображення кількох колірних каналів, де кожен канал містить у собі 256 відтінків сірого. Підходить для перетворення малюнків на чорно-білому принтері, працювати можна тільки із зображенням, що має більше одного каналу. Режими NTSC RGB і PAL RGB потрібні для перетворення картинок у відеоформат.