ЦВЕТ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ

Лекция 3 для очного отделения ХПИ (4 ч)

ТЕМА 3: «ЦВЕТ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ»

Совсем недавно в вопросах цвета в компьютерной графике разбирались только профессионалы. Сегодня цветовая графика активно используется многими рядовыми пользователями для повышения информативности и наглядности повседневных документов: публикаций, слайдов, презентаций и сообщений электронной почты. Несмотря на это, цвет остается одним из самых трудных для реализации элементов дизайна.

Для того чтобы избежать многих ошибок и неудач необходимо понимание теории цвета, а также принципов воспроизведения и синтеза цветов с помощью палитр и окон диалога графических редакторов.

Цвет и свет

Воздействие цвета на человека многогранно. В повседневной жизни он определяет наше настроение и самочувствие, оказывает влияние на работоспособность и психологическое настроение.

Правильно подобранные цвета могут как привлечь внимание к желаемому изображению, так и оттолкнуть от него. Это объясняется тем, что в зависимости от того, какой цвет видит человек, у него возникают различные эмоции, которые подсознательно формируют первое впечатление от видимого объекта.

Итак, для чего же все-таки нужен цвет в компьютерной графике:

  • Во-первых, конечно же, он несет в себе определенную информацию об объектах. Например, летом деревья зеленые, осенью – желтые. На черно-белой фотографии определить пору года практически невозможно, если на это не указывают какие-либо другие дополнительные факты.
  • Цвет необходим также для того, чтобы различать объекты.
  • С его помощью можно вывести одни части изображения на первый план, другие же увести в фон, то есть акцентировать внимание на важном – композиционном – центре.
  • Без увеличения размера при помощи цвета можно передать некоторые детали изображения.
  • В двумерной графике, а именно таковую мы видим на мониторе, так как он не обладает третьим измерением, именно при помощи цвета, точнее оттенков, имитируется (передается) объем.
  • И, наконец, цвет используется для привлечения внимания зрителя, создания красочного и интересного изображения.

Конечно же, можно и даже создаются великолепные черно-белые творения, но так как мы живем в цветном мире, то намного привычнее видеть предметы, обладающие такой характеристикой, как цвет.

1. Основные понятия теории света и цвета

1.1. Первичные цвета

Для многих видов работы с цветом на компьютере понятие первичных цветов является основополагающим. Речь идет о трех цветах, которые в комбинации образуют все остальные. Задавая разные пропорции первичных цветов, можно формировать другие цвета, а регулируя их соотношение – выполнять цветокоррекцию изображений. Первичные цвета имеют две принципиальные особенности (пока не будем принимать во внимание, из каких цветов состоят они сами).

  • Они не разлагаются на цветовые компоненты.
  • Сочетаясь в разных пропорциях, первичные воспроизводят весь спектр цветов.

До того, как увлечься поведением сферических объектов – яблок, бильярдных шаров и планет, сэр Исаак Ньютон экспериментировал со светом и призмами. Он обнаружил, что если пропустить луч белого света через простую призму, он на разложится на цветной спектр – т.н. видимый спектр света. Цвета этого спектра условно классифицируют как:

Цвет

Длина волны, мм

Чтобы запомнить цвета спектра используется фраза
  • Красный

620-700

Каждый
  • Оранжевый

590-620

Охотник
  • Желтый

540-590

Желает
  • Зеленый

500-540

Знать
  • Голубой

470-500

Где
  • Синий

430-470

Сидит
  • Фиолетовый

400-430

Фазан

В XIX в. Гемгольц выяснил, что белый цвет также можно получить, сложив лишь несколько спектральных составляющих. Вполне достаточно трех первичных цветов, а имено красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) при максимальной интенсивности их излучения, тогда как черный означает полное отсутствие света.

Спектральная чувствительность глаза

Человеческий глаз может воспринимать световые волны в диапазоне от 380 до 780 нм. Наилучшую чувствительность глаз имеет в районе 555 нм (зеленый цвет). Воздействие, оказываемое светом за пределами диапазона 400-700 нм, пренебрежимо мало. Левее синей области частот – ультрафиолетовые волны, правее красной – инфракрасные волны.

В теории цвета, живописи, телевидении и компьютерной графике наибольшее распространение получили два параметра: яркость и цветность.

  • Яркость (или интенсивность) пропорциональна сумме энергий всех составляющих цветового спектра света. Является количественной характеристикой цвета;
  • Цветность связана с доминирующими длинами волн в этом спектре. Является качественной характеристикой цвета.

Ахроматические цвета, то есть белые, серые и черные, характеризуются только яркостью. Для описания хроматических цветов требуется задание и яркости и цветности.

1.2. Особенности восприятия цвета человеком

Цвета воспринимаются различными людьми по-разному.

Основные факторы, влияющие на восприятие цвета:

  • число рецепторов, отвечающих за восприятие определенных длин волн, у каждого человека индивидуально: один и тот же цвет вызывает у разных людей различные впечатления:

Например, бирюзовый цвет некоторые воспринимают как зеленый, другие – как голубой (cyan).

  • возраст;
  • острота зрения;
  • национальность;
  • настроение:

Например: для утомленного человека серый цвет будет казаться темнее, чем это является на самом деле.

Правда, подобные различия относятся в основном к тонким оттенкам цвета, поэтому можно считать, что основные цвета воспринимаются большинством людей одинаково.

  • внешние факторы:

Например, цвет фона, на котором воспринимается конкретный цвет. Красный квадрат черном и белом фоне смотрится ярко; на пурпурном фоне он практически теряется.

  • характер освещения. Цвет объекта будет выглядеть по-разному при дневном освещении и при искусственном освещении.

Например, лист бумаги, воспринимаемый как белый при дневном освещении, при искусственном освещении будет иметь желтоватый оттенок. Стоит отметить, что последний эффект проявляется только в первый момент времени. По истечении некоторого времени, необходимого для адаптации рецепторов глаза к новому источнику излучения, цвет бумаги снова будет восприниматься как белый даже при искусственном освещении.

Таким образом, восприятие сигналов внешнего мира человеческими рецепторами носит относительный характер.

В технике, особенно при обработке изображений, субъективность в высшей степени нежелательна. Только при наличии объективных измерительных систем, позволяющих установить однозначное определение цветности, можно обеспечить одинаковое воспроизведение одного и того же цвета видеомониторами и телевизорами разных фирм-изготовителей.

Именно для этой цели были разработаны точные математические методы описания цвета.

1.3. Методы описания цвета

Прежде, чем перейти к методам описания цвета введем понятия, которые используются при передаче информации между различными устройствами, входящими в состав НИС:

Цветовой диапазон – диапазон цветов, которые могут восприниматься или воспроизводиться наблюдателем или приемным устройством.

Динамический диапазон характеризует различие между наиболее светлым и наиболее темным элементами в изображении или в поле зрения.

Самый широкий цветовой и динамический диапазоны имеет человеческое зрение. Компьютерные устройства имеют сравнительно узкие цветовой и динамический диапазоны. Цветовые и динамические диапазоны сканеров и мониторов шире, чем соответствующие диапазоны принтеров.

В совокупности цветовой и динамический диапазоны определяют область цветов – цветовое пространство, в которых работают устройства ввода, вывода и обработки изображений.

Для представления этих областей используют следующие способы:

  • Цветовые модели;
  • Система соответствия цветов, которая состоит из трех компонентов:
  • Эталонные таблицы;
  • Цветовые палитры (электронные палитры);
  • Системы управления цветами.

2. Цветовые модели

Использование красного синего и зеленого в качестве основных – не единственный способ цифрового описания составляющих. Принципално возможно использование и других комбинаций цвета, расположенных через 1200 на цветовом круге. Концепцию цветового круга тоже подарил миру сэр Исаак Ньютон. Идея состоит в том, что если расположить цвета спектра по кругу, отношения между первичными цветами станут гораздо нагляднее. Таким образом мы пришли к ноовму понятию – цветовым моделям цветовых изображений.

Цветовая модель – это совокупность абсолютных или относительных параметров цвета, описывающих данный цвет в данном цветовом пространстве.

Цвет имеет различную физическую природу. На мониторе мы видим цвет, который излучается экраном, на бумаге – цвет, отраженный листом бумаги. Цветовые модели предназначены для описания цветов, образуемых различными методами.

Цветовые модели в графических программах поддерживаются специальными графичесими режимами. Все используеые в настоящее время цветовые модели можно условно классифицировать следующим образом:

  1. Монохромные:
    • двухградационные;
    • полутоновые;
  2. Цветные:
  • индексные;
  • полноцветные:
  • аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов;
  • субтрактивные (CMY, CMYK), основанные на вычитании цветов;
  • перцепционные (HSV, HSB, HLS, LAB, YCC), основанные на восприятии (интуиции).
  1. Аддитивная цветовая модель RGB

Эта модель получила свое название по первым буквам английских слов Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий).

Модель RGB называют аддитивной (складывающей), т.к. любой цвет в этой модели образуется путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветов: красного, зеленого и синего, которые называются первичными. При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой, пурпурный и желтый. Первичные и вторичные цвета называются базовыми цветами.

Базовыми цветами называются цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимых цветов.

Цвет в данной цветовой модели описывается тремя значениями в диапазоне от 0 до 255.

В трехмерной системе координат цветовую модель RGB можно представить в виде куба (рис. 1).

Вершины куба, располагающиеся на осях, отвечают красному, зеленому и синему цветам (Red, Green, Blue – значения записывают в Рис. 1. Представление цветовой модели RGB

следующем порядке: красная, зеленая и синяя составляющие.). В этих точках соответствующие составляющие имеют максимальные значения: чистый красный цвет -: 255, 0, 0 (уровень красного максимальный, а зеленая и синяя составляющие отсутствуют);

  • ярко-красный – 251, 61, 37;
  • зеленый цвет - 0, 255, 0;
  • темно-зеленый – 29, 130, 104;
  • синий – 0, 0, 255.
  • точка начала координат соответствует черному цвету (Black) - 0, 0, 0 (ни один цвет не излучается, все составляющие равны 0);
  • в ближайшей к вам вершине куба уровни всех трех составляющих максимальны – это точка белого цвета (White) – 255, 255, 255;
  • желтый цвет - 255, 255, 0;
  • лимонный цвет – 255, 255, 153.

Диагональ (R,G,B) = (0,0,0) и (R,G,B) = (255,255,255), соединяющая точки черного и белого цветов – ахроматическая ось (шкала серого Grayscale) - содержит 256 оттенков серого. На этой оси значения красной, зеленой и синей составляющей одинаковы (R,G,B) = (50,50,50).

Таким образом, любой цвет в этой модели может быть представлен в цветовом пространстве с помощью вектора, описываемого уравнением

CC = rR + gG + bB

В цветовой модели RGB работают монитор и сканер.

Основными элементами монитора являются три электронных прожектора и экран с нанесенными на него тремя разными люминофорами. Люминофоры излучают свет. Один люминофор под действием попадающего на него электронного луча излучает красный цвет, другой — зеленый и третий — синий.

Мельчайший элемент изображения, воспроизводимый компьютером, называется пикселом (pixel от pixture element). Если вы будете рассматривать белый экран включенного монитора через лупу, то увидите, что он состоит из множества отдельных точек красного, зеленого и синего цветов, объединенных в RGB-элементы в виде триад основных точек. Цвет каждого из воспроизводимых кинескопом пикселов (RGB-элементов изображения) получается в результате смешивания красного, синего и зеленого цветов входящих в него трех люминофорных точек. При просмотре изображения на экране с некоторого расстояния эти цветовые составляющие RGB-элементов сливаются, создавая иллюзию результирующего цвета.

Ограничения RGB-модели

  1. Аппаратная зависимость:
  • цвет, возникающий в результате смешения цветовых составляющих RGB элемента, зависит от типа люминофора. В технологии производства современных кинескопов находят применение разные типы люминофоров (имеют разную спектральную характеристику) и установка одних и тех же интенсивностей электронных лучей в случае различных люминофоров приведет к синтезу разного цвета.
  • старение люминофора и изменение характеристик электронных прожекторов.

Для устранения (или по крайней мере минимизации) зависимости RGB-модели от аппаратных средств используются различные устройства и программы градуировки.

  1. Ограничение цветового охвата.

Цветовой охват (color gamut) — это диапазон цветов, который может различать человек или воспроизводить устройство независимо от механизма получения цвета (излучения или отражения).

Ограниченность цветового охвата объясняется тем, что с помощью аддитивного синтеза принципиально невозможно получить все цвета видимого спектра (это доказано теоретически!). В частности, некоторые цвета, такие как чистый голубой или чистый желтый, не могут быть точно воссозданы на экране. Но несмотря на то, что человеческий глаз способен различать цветов больше, чем монитор, RGB-модели вполне достаточно для создания цветов и оттенков, необходимых для воспроизводства фотореалистических изображений на экране вашего компьютера,

  1. Субтрактивные цветовые модели CMY и CMYK

В отличие от экрана монитора, воспроизведение цветов которого основано на излучении света, печатная страница может только отражать цвет. Поэтому, в данном случае RGB - модель неприемлема. Вместо нее для описания печатных цветов используется модель CMY, базирующаяся на субтрактивных цветах.

Модель CMY описывает цвета, полученные в результате отражения света объектами. Субтрактивные цвета в отличие от аддитивных цветов получаются вычитанием вторичных цветов (голубой, пурпурный и желтый) из общего луча света. Желтый, пурпурный и голубой являются базовыми для этой цветовой модели.

Цветовая модель CMY является обратной модели RGB, поэтому белый цвет – это полное отсутствие краски – белый лист бумаги (уровни всех трех составляющих равны 0), присутствие всех цветов дает черный цвет (уровни всех трех составляющих имеют максимальные значения).

На практике при помощи трех базовых красок (Cyan, Magenta, Yellow) нельзя получить весь цветовой диапазон, а при смешивании всех трех составляющих цвет получается не чисто черным, а грязно-коричневым.

Для устранения данного недостатка к трем краскам добавили четвертую –черную (Black), и цветовая модель получила название CMYK - Cyan, Magenta, Yellow, Black. В слове Black используется не первая буква, а последняя, чтобы избежать путаницы с цветом Blue модели RGB.

Цвета в модели CMYK образуются путем вычитания из черного цветов желтого (Yellow), пурпурного (Magenta) и голубого (Cyan). Поэтому модель CMYK называется субтрактивной (вычитающей).

В отличие от модели RGB, в цветовой модели CMYK уровень составляющих задается значениями в диапазоне от 0 до 100% (величина 100% в модели CMYK соответствует 255 единицам в модели RGB).

Рис. 2. Представление цветовой модели CMYK

В трехмерной системе координат цветовую модель CMYK можно также представить в виде куба (рис. 2)

В точке начала координат уровни всех составляющих равны 0 – это белый цвет (White).

Ближайшая к вам вершина куба –это точка черного цвета (Black). В ней уровни всех трех составляющих имеют максимальные значения.

Диагональ, соединяющая точки белого и черного цветов, - это шкала серого (Grayscale). Вершины куба, располагающиеся на осях, соответствуют голубому, пурпурному и желтому цветам (Cyan, Magenta, Yellow). В этих точках уровни соответствующих составляющих имеют максимальные значения.

На оставшихся вершинах располагаются цвета, которые образуются в результате смешивания двух базовых цветов: голубого и пурпурного, голубого и желтого, пурпурного и желтого. Это синий (Blue), зеленый (Green) и красный (Red) цвета соответственно.

Черный цвет в модели CMYK образуется:

  • с помощью только одной составляющей – черной (0, 0, 0, 100);
  • «суперчерный» (0, 100, 0, 100 или 100, 0, 0, 100);
  • «сверхчерный цвет» (100, 100, 100, 100), имеет ограниченное использование, т.к. при таком количестве краски происходит переувлажнение бумаги и краска проступает на другую сторону листа.

Область применения цветовой модели CMYK – полноцветная печать, с ней работает большинство устройств печати.

Ограничения модели CMYK

CMYK-модель имеет те же два типа ограничений, что и RGB-модель:

  1. Аппаратная зависимость;

CMYK-модель является даже более аппаратно-зависимой моделью, чем RGB. Это связано с тем, что в ней имеется большее количество дестабилизирующих факторов, чем в RGB-модели:

  • вариация состава цветных красителей;
  • тип применяемой бумаги,
  • способ печати;
  • внешнее освещение.
  1. Ограниченный цветовой диапазон.

Цветные красители имеют худшие характеристики по сравнению с люминофорами, поэтому цветовая модель CMYK имеет более узкий цветовой диапазон по сравнению с RGB-моделью.

Об экранных цветах, которые невозможно воссоздать при печати, говорят, что они лежат вне цветового охвата модели CMYK. Под такими цветами понимают цвета, которые могут быть представлены в формате RGB, но при этом не имеют печатных аналогов в цветовом пространстве CMYK.

Например: несовпадение цветов, отображаемых на экране монитора, с печатаемыми на принтере

В результате, полученная вами на экране монитора в результате напряженной работы прекрасная картинка при распечатке вдруг превращается в унылое и блеклое подобие оригинала.

Для предотвращения подобной ситуации разработчиками графических программ предусмотрен комплекс специальных средств:

1-я группа средств: Средства основаны на выявлении и коррекции несоответствующих цветов в процессе редактирования:

  • Редактирование изображения в формате CMYK-модели. Перед выводом на печать изображение, созданное в RGB-режиме в программе PhotoShop, необходимо перевести в CMYK-режим с помощью команды ImageModeCMYK Color (ИзображениеРежим CMYK Цвет). Полученное в этом случае при печати изображение будет соответствовать изображению на мониторе.
  • Использование CMYK-ориентированных палитр, таких, например, как PANTONE или TRUMATCH. Содержащиеся в них цвета описываются в компонентах CMYK-модели и поэтому адекватно отображаются при печати.
  • Средства индикации, имеющиеся в программах. В ряде пакетов, например в Adobe Photoshop или Corel PHOTO-PAINT, заложены возможности получения на экране информации, сигнализирующей о наличии в изображении цветов, не поддерживаемых CMYK:
  • в Photoshop при выборе цвета в окне диалога «Color Picker» после установки указателя в точке, окрашенной в недоступный для печати цвет, появится небольшая треугольная кнопка, рядом с которой вам будет предложен ближайший CMYK-аналог выбранного цвета. Для принятия предложенной замены достаточно нажать мышью на кнопке или в цветовом поле.

в Photoshop в Corel PHOTO-PAINT

  • Для проверки на соответствие всех цветов созданного вами RGB-изображения цветам CMYK-модели в Photoshop предусмотрена возможность использования команды ViewPreviewCMYK (ВидПросмотрCMYK). Здесь же для определения всех недоступных для печати цветов RGB-изображения вы можете набрать команду ViewGamut Warning (ПросмотрОпределить цвета вне CMYK).
  • в Corel PHOTO-PAINT при выборе цвета с помощью окон диалога предусмотрена возможность отображения на экране информации о наличии в используемой цветовой модели всех недоступных для печати цветов. На приведенном в качестве иллюстрации фрагменте окна диалога «Paint Color» (Цвет краски) это реализовано с помощью выбора из раскрывающегося меню команды Options Gamut Alarm (Параметры Отмечать цвета вне CMYK).

Соотношения, связывающие аддитивные (красный, зеленый, синий) и субтрактивные (голубой, желтый, пурпурный) цвета:

Зеленый + Синий = Голубой;

Зеленый + Красный = Желтый;

Красный + Синий = Пурпурный;

Зеленый + Синий + Красный = Белый;

Голубой + Желтый + Пурпурный = Черный.

Цветовой круг

При попадании белого света на лист бумаги с красителем происходит следующее:

  • краситель голубой (сине-зеленый) поглощает из спектра красный цвет и отражает голубой;
  • пурпурный краситель поглощает комплиментарный ему зеленый цвет, а желтый краситель – синий цвет;
  • если при печати наложить друг на друга пурпурный и желтый цвета, то получится красный цвет, поскольку пурпурный краситель устранит зеленую составляющую, а желтый — синюю составляющую падающего цвета;
  • соответственно при печати с наложением всех трех субтрактивных цветов результирующий цвет будет черным.

На базе выполненных рассуждений можно сформулировать правило коррекции цветового разбаланса при цветной печати:

  • если изображение имеет излишне синий оттенок, то следует увеличить желтую составляющую, поскольку желтый поглощает синие составляющие;
  • избыточность зеленого цвета можно скорректировать увеличением пурпурной составляющей;
  • избыточность красного цвета — увеличением голубой составляющей.
  1. Перцепционные цветовые модели

Цветовые модели RGB и CMYK являются аппаратно-зависимыми. Это значит, что воспроизводимый или создаваемый с помощью них цвет определяется не только составляющими модели, но и зависит от характеристик устройства вывода.

Для устранения аппаратной зависимости был разработан ряд перцепционных (иначе – интуитивных) цветовых моделей.

Прототипом всех перцепционных цветовых моделей является HSV – модель. К другим подобным системам относятся HSI, HSВ, HSL и YUV. Общим для них является то, что цвет задается путем указания двух компонентов: цветности (цветового тона и насыщенности) и яркости.

Цветовая модель HSB

Цвет в модели HSB описывается при помощи трех параметров:

  • Hue (Цветовой тон),
  • Saturation (Насыщенность)
  • Brightness (Яркость).
  • Под цветовым тоном понимается свет с доминирующей длиной волны. Параметр Hue (Цветовой тон) характеризуется положением на цветовом круге и определяется вершиной угла (от 0 до 360).

На цветовом круге первичные цвета расположены на равном расстоянии друг от друга. Вторичные цвета находятся между первичными. В свою очередь, каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплиментарного) цвета и находится между двумя цветами, из которых получен.

  • Параметр Saturation определяет насыщенность цвета. Увеличение насыщенности приводит к увеличению концентрированности цвета, а уменьшение – к его разбеливанию.

Насыщенность имеет максимальное значение на окружности – 100% и минимальное в центре круга – 0%.

Параметр Brightness (яркость) определяет степень освещенности или затемненности цвета – это интенсивность, с которой энергия света воздействует на рецепторы нашего глаза. Величина яркости измеряется в % в диапазоне от 0% (черный цвет) до 100% (белый цвет).

Ахроматические цвета, т.е. белые, серые и черные, характеризуются только яркостью.

Эту модель можно представить в виде цилиндра, в котором:

  • контур основания (окружность) соответствует оси изменения параметра Hue,
  • радиус основания – оси изменения параметра Saturation,
  • боковая сторона – оси изменения параметра Brightness.

Эта модель больше, чем другие соответствует традиционному восприятию цвета человеком и наиболее проста в понимании: сначала можно определить цветовой тон, а затем задать ему насыщенности и яркость. Кроме того, модель HSB удобно использовать при редактировании рисунков. Например, вы хотите заменить зеленый лист на желтый в редактируемой фотографии. Достаточно поменять только цветовую составляющую используемых цветов, не меняя яркость и насыщенность. Рисунок при этом не изменится, но примет иной оттенок.

Яркость и цветовой тон не являются полностью независимыми параметрами. Изменения яркости изображения влияет на изменение цветового тона, что создает нежелательный цветовой сдвиг в изображении.

Например, при значительном уменьшении яркости зеленые цвета синеют, синие приближаются к фиолетовым, желтые – к оранжевым, а оранжевые – к красным. Сильное увеличение яркости излучения вызывает другой эффект. Красные цвета переходят в оранжевые, затем в желтые и, наконец, - в белые.

Недостаток цветовой модели HSB: так же как и в предыдущих цветовых моделях – ограниченное цветовое пространство.

Преимущества:

  1. Аппаратная независимость.
  2. Более простой и интуитивно понятный механизм управления цвета.

Цветовая модель Lab

Цвет в данной цветовой модели определяется тремя параметрами:

две хроматические компоненты:

  • а – цветность в диапазоне от зеленого до красного;
  • b – цветность в диапазоне от синего до желтого;
  • L – светлота (Lightnesss), представляющая собой аналог яркости.

Цветовое пространство Lab

Параметры а и b задаются числами, находящимися в диапазоне от –120 до 120. Для параметра а значение –120 соответствует зеленому цвету, а +120 – красному. Для параметра b значение –120 – это синий цвет, а значение +120 – желтый. Все при условии, что L равно 100%. Светлота изменяется в диапазоне от 0 до 100%.

Используемые в Lab – модели цветовые координаты согласуются с биологическим механизмом восприятия цвета, открытым в 1981 году американскими учеными Давидом Хьюблом (David H. Hubel) и Торстеном Вайзелом (Torsten N. Wiesel), получившими Нобелевскую премию за исследование зрения. Они доказали, что глаз предоставляет в мозг вовсе не информацию о красном, зеленом и синем. Вместо этого мозг получает:

  • разницу между светлым и темным;
  • разницу между зеленым и красным;
  • разницу между синим и желтым, где желтый – сумма красного и зеленого.

Схема цветового зрения

На горизонтальном срезе все цвета имеют одинаковую яркость. Это означает, что каждый цвет может быть точно описан в цветовых координатах а и b.

Горизонтальный срез Преобразование параметров Lab – модели

в параметры HSB – модели.

На базе параметров этой цветовой системы можно определить параметры других цветовых моделей. Например, параметры HSB- модели определяются следующими математическими формулами.

Н = arctan (b/a);

S = (a+ b).

Достоинства Lab – модели:

  1. Аппаратная независимость;
  2. Больший цветовой охват по сравнению с RGВ- и CMYK- моделями.

Цветовая система МКО

Рассмотренные RGB- и CMYK- модели не обеспечивают однозначность воспроизведения цвета по причине ограниченного цветового охвата и аппаратной зависимости.

Для решения этой проблемы в 1931 году Международной комиссией по освещению МКО (в литре часто используется CIE – от французского названия Commission Internetional de L’Eclairage) были предложены два варианта аппаратнонезависимых колориметрических моделей:

  • Цветовая система RGB МКО

Цветовая модель XYZ

Цветовая система RGB МКО

С помощью аддитивного синтеза невозможно создание всех цветов видимого спектра. Например, для получения сине-зеленого цвета необходимо объединить потоки синего и зеленого цветов, но их сумма выглядит светлее. Если попытаться сделать его темнее с помощью добавления красного, цвет получается еще светлее, т.к. при аддитивном синтезе световые энергии складываются.

С точки зрения математики необходимо добавить отрицательный компонент красного цвета

cC=gG+bB-rR

Однако физически это невозможно, т.к. отрицательной интенсивности света не существует.

Система RGB МКО явилась основой цветовой системы XYZ.

Цветовая модель XYZ

Это модель, в которой используются два источника цвета х и y, и в результате свечения которых получается весь возможный цветовой охват.

Диаграмма цветности ху (иногда ее называют локус, цветовой график МКО)

  • В центре треугольника находится опорный белый цвет – точка равных энергий с координатами х=у 0,33.
  • На линии (локусе), ограничивающей цветовое пространство МКО, расположены все чистые цвета видимого спектра. Их можно получить путем смешивания основных цветов х и у.

Цветовые охваты всех реальных устройств находятся внутри этого локуса. Это удобно при сопоставлении цветовых охватов разных устройств.

4. Системы соответствия цветов и палитры

На воспроизведение цвета на экране монитора влияет множество факторов: условия освещенности, срок эксплуатации, точность его настройки. Поэтому нельзя выбирать нужный цвет непосредственно на экране дисплея.

Для идентификации цвета созданы системы соответствия цветов.

Система соответствия цветов включает в себя набор следующих основных компонентов:

  1. Эталонные таблицы.
  2. Электронные палитры (или просто палитры).
  3. Специальные программные и аппаратные средства для калибровки устройств вывода.
  4. Назначение эталонных таблиц

Эталонные таблицы представляют собой атласы или каталоги цветов (образцов), которые могут быть идентично отображены в процессе печати на соответствующей бумаге.

В эталонных таблицах:

  • каждому цвету присваивается свое уникальное имя;
  • указывается тип пигмента или состав смеси из различных пигментов, необходимых для его реализации: Вы можете выбрать нужный цвет, затем определить соответствующее им процентное содержание каждого из компонентов CMYK-модели и быть уверенными, что они точно отобразятся при печати (даже если цвет на экране не соответствует цвету выбранного вами образца);
  • указывается тип бумаги: цвет, напечатанный на немелованной бумаге, выглядит более темным и приглушенным по сравнению с аналогичным цветом, напечатанным на мелованной бумаге.
  • создаются образцы цветов, которые можно вырезать и прикрепить к изображению. Имеются два варианта атласов образцов с одними и теми же CMYK-цветами, напечатанными на мелованной и немелованной бумаге.

Благодаря этому обеспечивается точный визуальный контроль соответствия того, что мы видим на экране, с тем, что мы получим на печати. Типичными примерами атласов цветов (или, как их еще называют, цветовых образцов) являются каталоги фирм

Фирма

Названия каталогов

TRUMATCH

Colorfinder

PANTONE

Process Color Guide
  1. Назначение цветовых палитр

Цветовые палитры – представляют собой электронные аналоги цветовых образцов (эталонов) – т.е. библиотека заранее определенных (заказных) цветов. Это стандартные палитры. Предусмотрена возможность создания любого количества пользовательских палитр.

В продуктах компании Adobe вместо термина палитра используется термин каталог (swatch).

Для печати возможно использование одной из двух схем печати: плашечной или многослойной.

Цветовые палитры включают в себя триадные и плашечные цвета

  • Плашечными (или простыми) цветами называются цвета, которые воспроизводятся на бумаге готовыми смесовыми красками. Каждый плашечный цвет создается с помощью отдельной печатной формы (плашки).
  • Многослойная печать основана на использовании триадных (иначе составных) цветов и включает в себя как минимум четыре процесса. Триадные цвета воспроизводятся путем смешивания в разных пропорциях триадных красок (голубой, пурпурной, желтой), применяемых в стандартной четырехкрасочной печати.

В графических программах все цветовые модели работают именно с триадными цветами. Поэтому воспроизведение плашечного цвета на экране монитора с помощью, например, цветовой модели RGB приводит к преобразованию плашечного цвета триадным цветом.

Плашечная схема печати применяется тогда, когда отдельные цвета не могут быть получены путем смешивания красок (например, пастельные, неоновые, а также эффекты иризации (перелив оттенков) или металлизации).

Для создания специальных цветовых эффектов возможны совмещение плашечной и многослойной печати.

Различия в физических механизмах воспроизведения цвета плашечными и триадными цветами связаны с процессами взаимодействия света с чернилами, используемыми для создания этих красок.

Чернила для плашечной печати непрозрачны, поэтому они отражают свет поверхностным слоем чернил.

Чернила для многослойной печати, наоборот, прозрачны. Поэтому свет отражается не их поверхностным слоем, а поверхностью материала, на который они нанесены. Это приводит к тому, что образование цвета происходит за счет удаления из спектра лишних компонентов путем поглощения их слоем краски. Например, для воспроизведения пурпурного цвета на поверхность страницы необходимо наложить два типа чернил — бирюзового и синего цветов. Они поглотят синюю и зеленую части спектра, оставив (отразив) для нашего глаза только пурпурную часть спектра.

В CorelDRAW 9.0 включено 19 стандартных палитр (т.н. Fiхed Palettes). Палитры можно открыть используя команды:

  • WindowDockersColor Palette Browser (ОкноДокерыЦветовые палитры) или
  • Window (Окно) Color Palette (Цветовые палитры)(список всех цветовых палитр).

Стандартные палитры:

  • Uniform Colors (Базовая) - установлена по умолчанию в качестве экранной палитры, ограничивает диапазон применяемых цветовых моделей RGB-моделью.

Палитры PANTONE

Эта цветовая система соответствия цветов первой получила международный статус системы стандартизации цветов и пока остается доминирующей на рынке полиграфической продукции. Включает электронные палитры плашечных и триадных цветов.

  • PANTONE MATCHING SYSTEM®-Uncoated;
  • PANTONE Process Color System®;
  • PANTONE® Hexachrome® - Coated - для создания на мелованной бумаге цветов, входящих в новое шестимерное пространство;
  • PANTONE® Hexachrome® - Uncoated - для создания на немелованной бумаге цветов, входящих в новое шестимерное пространство;
  • PANTONE® Metallic Colors – Unvarnised - для создания металлических цветов;
  • PANTONE® Pastel Colors – Coated - для создания пастельных цветов на мелованной бумаге;

PANTONE® Pastel Colors--Uncoated - для создания пастельных цветов на немелованной бумаге;

Варианты расширения цветового охвата CMYK – модели путем использования плашечных цветов фирмы PANTONE

Программ CorelDRAW 9.0 включает также палитры:

  • Microsoft® Internet Explorer и
  • Netscape Navigator (TM) - используются при создании рисунков для сети Интернет. Позволяет реализовать 256 цветов. Их использование гарантирует идентичное отображение созданных изображений соответствующими браузерами web (программа для просмотра файлов при работе в Интернет). На самом деле в Интернет-палитре не 256 цветов, а 216. Это связано с тем, что компьютеры могут иметь различные платформы и операционные системы, поэтому 40 цветов выделены под системные цвета, специфичные для каждой операционной системы;
  • TRUMATCH Colors - плашечная цветовая система, содержит свыше 2000 основных цветов, поддерживаемых большинством принтеров. Основана на цветовой модели CMYK и не требует при печати создания дополнительных слоев цветоделения.
  • FOCOLTONE Colors - представляет собой систему создания плашечных цветов из основных цветов модели CMYK. Эта палитра позволяет оптимизировать процесс печати созданных изображений за счет организации ловушек цвета. Ловушки — это способ устранения ошибок совмещения окрашенных областей за счет некоторого увеличения размеров совмещаемых областей, приводящих к их перекрытию. Цвета FOCOLTONE организованы таким образом, чтобы новый цвет можно было реализовать из предыдущего путем добавления к нему не менее 10% одного из основных цветов. Это оптимизирует процедуру цветоделения.
  • TOYO COLOR FINDER и
  • DIC Colors – плашечные цветовые системы, широко распространены в странах Азии, особенно в Японии.
  • SpectraMaster® Colors – триадная цветовая система разработана для использования в производстве промышленных покрытий и красителей. Содержит свыше 2400 цветов и основана на цветовой модели Lab.
  • ANTONE MATCHING SYSTEM®-Coated;
  • HKS® Colors;
  • Lab Colors.

Специализированные палитры

В программе CorelDRAW специализированные (пользовательские) палитры выделены в отдельную группу палитр Custom Palettes (пользовательские палитры). Например:

  • Nature (Природа):
  • Coral Reef (Коралловые рифы);
  • Jungle (Джунгли);
  • Sky (Небо);
  • Water (Вода).
  • People (Люди):
  • Eyes (Глаза);
  • Hair (Волосы);
  • Love (Любовь) и т.д.

В отличие от стандартных палитр, имеющих жестко определенный набор цветов, вы можете создавать собственные палитры под конкретную задачу, например, на базе цветовой палитры любого изображения или выделенной его части.

4. Системы управления цветами

В последнее время получила развитие концепция открытых настольных издательских систем (НИС). Их использование порождает серьезную проблему, связанную с достоверностью цветопередачи. Это обусловлено в основном двумя факторами:

  • использованием разнотипного оборудования (сканер, монитор, цифровые фотокамеры и т.д.);

Пример

  • Разные сканеры увидят один и тот же цвет по-разному и т.д., что связано с особенностями конструкции сканирующих систем.
  • Один и тот же цвет будет воспроизводиться различными мониторами по-разному, поскольку они имеют разные электронно-лучевые трубки и люминофорные покрытия, что влияет на цветовую температуру и гамму.
  • разным цветовым охватом отдельных устройств, что обусловлено разными механизмами восприятия, воспроизведения и отображения цвета.

Пример

Монитор – RGB, принтер – CMYK

Необходимо, чтобы цвет во всех случаях воспроизводился одинаково, для этого был создана Color Management System (система управления цветом CMS).

Система управления цветом (CMS, Color Management System) — это набор программных средств, предназначенных для согласования цветовых пространств различных компонентов НИС (сканеров, мониторов, принтеров, фотонаборных автоматов и печатающих машин) с целью получения согласованного воспроизведения цвета на всех этапах подготовки изображения для печати.

Задачей таких систем является то, что созданный цвет должен выглядеть одинаково вне зависимости от используемых прикладных программ, мониторов или операционных систем. Это реализуется за счет того, что система управления цветом осуществляет преобразование цвета устройств с высоким цветовым охватом (мониторы) в цветовое пространство устройств с более низким цветовым охватом (печатающие устройства). Поэтому видимые на экране монитора цвета будут адекватно отображены при печати.

Принципы построения систем управления цветом

Прототипом современных систем управления цветом является система ColorSync, созданная компанией Apple. Ею впервые было реализовано подключение системы управления цветом к операционной системе компьютера.

Для обеспечения совместимости системы ColorSync с другими платформами фирмой Apple было инициировано создание Международной комиссии по цвету (International Color Consortium, ICC), учредителями которой стали ведущие производители операционных систем, программ и аппаратуры, включая Adobe, AGFA, Apple, Kodak, Silicon Graphics, Sun и другие. Они разработали новый технологический стандарт описания цветового пространства устройств.

Основные составляющие системы управления цветом стали три главных компонента.

  • Аппаратнонезависимое цветовое пространство - используется в качестве эталонного пространства. Данные, полученные с устройства ввода (RGB – модель), трансформируются в промежуточное цифровое пространство и затем пересчитываются в цветовое пространство устройства вывода (CMYK – модель). В качестве промежуточного цифрового пространства в профессиональных графических пакетах используется аппаратно-независимая цветовая модель CIE LAB или цветовое пространство CIE XYZ, которые перекрывают цветовые пространства RGB – и CMYK – моделей.
  • Цветовые профили - (профили устройств, профайл, цветовые профили ICC-устройства, ICC–профили) - определяют цветовые характеристики отдельных устройств системы воспроизведения цвета с помощью математического описания. Профили создаются фирмами-изготовителями устройств либо разработчиками ПО.

ICC-профиль – это не зависящий от платформы бинарный файл (*.icm, *.pf), в котором хранится математическое описание цветового диапазона конкретного устройства (сканера, цифровой камеры, монитора, принтера и т.д.) и все вносимые устройством искажения цвета, т.е. это таблица перевода из одного пространства в другое, например, из CMYK в LAB. Каждое устройство настольной издательской системы имеет собственный ICC – профиль.

Для ПК (с ОС Windows) профили хранятся в папке Windows\sistem32\color.

В соответствии с ICC – стандартом определены следующие типы ICC – профилей:

  • профили для калибровки устройств ввода: сканеров, цифровых камер и т.д;
  • профили для калибровки мониторов;
  • профили для калибровки всех типов устройств вывода.
  • Модуль управления цветом (Color Management Module, CMM).

Использует ICC- профили для преобразования аппаратнозависимого цветового пространства в эталонное пространство с последующим повторным преобразованием в следующее аппаратнозависимое цветовое пространство.

Преобразование цветового пространства устройства ввода в цветовое пространство модели Lab или XYZ не представляет проблем. Сложности возникают при выполнении преобразования в цветовое пространство устройства вывода, что связано с его более низким цветовым охватом. Как монитор не может отобразить все цвета, которые может воспринимать глаз человека, так принтер не может воспроизвести все цвета, отображаемые монитором. Модуль управления цветом осуществляет корректный пересчет невоспроизводимых оттенков. Этот процесс получил название процедуры сжатия цветовых пространств (gamut mapping). Он позволяет скоординировать цветовые охваты входных и выходных устройств таким образом, чтобы невоспроизводимые оттенки были заменены близкими к ним воспроизводимыми оттенками.

Операционные системы Windows 95 и Windows NT 4.0 не поддерживают CMS на системном уровне, только на уровне приложений, что не обеспечивает достаточного качества преобразования цветов. В ОС Windows 98 и 2000 внедрено использование CMS на системном уровне.

Инструментальные средства измерения цвета

Существуют три основных типа аппаратуры, используемой для измерения цвета:

  1. Денсиометры – это приборы, которые вычисляют триадные значения цвета путем измерения количества света, поглощенного (или отраженного) поверхностью и материалом.

Денсиометры не предназначены для измерения всей цветовой палитры; они настраиваются на измерение нескольких стандартизованных цветов (тех, которые используются в полиграфии и фотографии), но с большей точностью; их используют для контроля качества печати тиражных оттисков.

  1. Колориметры – это приборы, позволяющие измерять и вычислять триадные значения цветов путем моделирования цветового пространства, воспринимаемого человеческим глазом. Цвета записываются в Lab.

Колориметры предназначены для измерения всего спектра видимых цветов, но не обеспечивают такой точности, как денсиометры.

  1. Спектрофометры – это приборы, используемые для измерения спектральных характеристик цвета с последующим переводом данных в Lab.

Долгое время спектрофометры в силу своей дороговизны были недоступны небольшим дизайн-студиям и рекламным бюро. Ситуация кардинально изменилась с выпуском программно-аппаратного комплекса, включающего в себя:

  • анализатор спектра;
    • программа, выполняющая функции спектрофометры, колориметра, денситометра и калибратора монитора.

Пример:

Colotron II фирма LightSource

Создание цветовых профилей для устройств обработки и воспроизведения цвета

Для настройки системы управления цветом можно использовать стандартные профили, представляемые производителями устройств, но такие профили основываются на идеально откалиброванных устройствах, только что сошедших со сборочного конвейера. В реальном же мире из-за разброса параметров технологического процесса характеристики различаются не только от серии к серии, но и даже в пределах одной серии.

С целью решения данной проблемы в лучших студиях и сервисных бюро, производящих обработку перед печатью, устройства калибруют еженедельно.

Калибровка – приведение всех устройств системы (сканер-монитор-принтер или камера-принтер) в согласие друг с другом, т.е.

  • настройка устройств на некоторые стандартные параметры;
  • изготовление профиля устройств (или говорят профилирование).

Для создания пользовательских профилей необходимо:

  • программное обеспечение (эталонные образцы, пакеты-профилировщики или профессиональные графические программы типа Adobe Photoshop);
  • аппаратное обеспечение (колориметры, спектрофометры, денсиометры).

Калибровка и профилирование сканера

  1. Существуют две карты для калибровки сканера (для прозрачных и непрозрачных документов), каждая из них содержит:
  • 264 образца в виде цветовых квадратов, цветовые значения каждого из которых точно определены и
  • 24 оттенка серого.

Комитет по стандартизации ANSI (American National Standardization Institute) предложил два стандартизированных документа для определения цветовых характеристик:

ANSI IT8.7/1-1993 для прозрачных документов;

ANSI IT8.7/2-1993 для непрозрачных документов.

  1. Сканируется данная тестовая цветовая шкала. В результате мы получаем цветовые данные полей, как их видит сканер.
  2. В процессе сканирования RGB-образы (или CMYK-образы), полученные со сканера, переводятся в Lab и сравниваются с известными (эталонными) значениями. Полученные отклонения дают таблицы пересчета, позволяющие построить откорректированный ICC-профиль.

Калибровка и профилирование монитора

Калибровка монитора позволит уменьшить нежелательные искажения цветов (не ждите, что после калибровки монитора волшебным образом цветовая гамма монитора и принтера совпадут), можно будет добиться, чтобы полутоновые изображения не были слишком темными или яркими. Кроме того, по изображению на откалиброванном мониторе можно будет более точно предсказать цвета, которые будут получены при печати.

Существуют два варианта калибровки монитора:

  • при помощи специальных утилит, например Gamma Control Panel, поставляемой с Adobe Photoshop. Этот способ предполагает калибровку своего монитора на глаз. Программа делает запросы, на которые пользователь должен задать значения. После того, как все параметры заданы, Adobe Gamma калибрует монитор и создает ICC – профиль.
  • при помощи внешней системы, когда на экране крепится фотоэлемент, а затем запускается специальная программа, калибрующая видеокарту. При этом используются специальные измерительные инструменты (колориметр или спектрофотометр) а затем запускается специальная калибрирующая программа.

Пример

  • калибратор монитора Monitor Optimizer фирмы X-Rite (на присосках) + ColorShop
  • спектрофотометр Colortron II (держится рукой) + ColorShop

Затем считываются цветовые характеристики экрана, сравниваются с теоретическими значениями и создается ICC – профиль.

Калибровка и профилирование принтеров и печатающих машин

Калибровка печатающего устройства состоит из 4-х этапов:

  1. Печатается шкала цветового охвата на наиболее часто используемых расходных материалах с установкой стандартных параметров оборудования.
  2. С помощью спектрофотометра или колориметра осуществляется измерение фактических значений цветов на тестовом отпечатке. Этот процесс занимает значительное время, поскольку придется замерить сотни образцов.

Для сокращения времени был выпущен автоматический спектрофометр, измеряющий до 480 цветовых областей на формате А4 за 5 мин или до 800 цветовых областей на формате А3 за 8 мин.

Пример

Автоматический 32-полосной спектрофометр X-Rite DTP41.

  1. Программа - профилировщик сравнивает измеренные значения на тестовом отпечатке с известными значениями цветов, которые были выведены на принтер.
  2. Программа генерирует ICC – профиль.

(4 ч)

ЦВЕТ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ