Цветовые модели и их виды. Понятие цветовой модели

Цветовая модель RGB (от англ. Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. В российской традиции иногда обозначается как КЗС.

История
В 1861 г. английский физик Джеймс Кларк Максвелл выступил с предложением использовать способ получения цветного изображения, который известен как - аддитивное слияние цветов. Аддитивная (суммирующая) система цветопередачи означает, что цвета в этой модели добавляются к черному (Black) цвету. Аддитивное смещение цветов можно трактовать как, - процесс объединения световых потоков различных цветов до того, как они достигнут глаза.
Аддитивными моделями цвета (от англ. add - складывать) называются цветовые модели, в которых световой поток со спектральным распределением, визуально воспринимающимся как нужный цвет, создается на основе операции пропорционального смешивания света, излучаемого тремя источниками. Схемы смешивания могут быть различными, одна из них представлена на
Аддитивная модель цвета предполагает, что каждый из источников света имеет свое постоянное спектральное распределение, а его интенсивность регулируется.
Существуют две разновидности аддитивной модели цвета: аппаратно зависимая и перцептивная. В аппаратно-зависимой модели цветовое пространство зависит от характеристик устройства вывода изображения (монитора, проектора). Из-за этого одно и то же изображение, представленное на основе такой модели, при воспроизведении на различных устройствах будет восприниматься визуально немного по-разному.
Перцептивная модель построена с учетом особенностей зрения наблюдателя, а не технических характеристик устройства.
В 1931 г. Международная комиссия по освещению (CIE) стандартизовала цветовую систему, а также завершила работу, позволившую создать математическую модель человеческого зрения. Было принято цветовое пространство CIE 1931 XYZ, являющееся базовой моделью по сей день.

Механизм формирования цветов
При восприятии цвета человеком именно они непосредственно воспринимаются глазом. Остальные цвета представляют собой смешение трех базовых цветов в разных соотношениях.На представлена цветовая модель . R+G=Y (Yellow - желтый); G+B=C (Cyan - голубой); B+R=M (Magenta - пурпурный).Сумма всех трех основных цветов в равных долях дает белый (White) цвет R+G+B=W (White - белый). Например, на экране монитора с электронно-лучевой трубкой, а также аналогичного телевизора изображение строится при помощи засветки люминофора пучком электронов. При таком воздействии люминофор начинает излучать свет. В зависимости от состава люминофора, этот свет имеет ту или иную окраску.
Промежуточные оттенки получаются за счет того, что разноцветные зерна расположены близко друг к другу. При этом их изображения в глазу сливаются, а цвета образуют некоторый смешанный оттенок. Если же зерна одного цвета засветить не так, как остальные, то смешанный цвет не будет оттенком серого, а приобретет окраску. Такой способ формирования цвета напоминает освещение белого экрана в полной темноте разноцветными прожекторами. Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами, каждый из которых будет являться признаком присутствия (1) или отсутствия (0) соответствующей компоненты системы, RGB 1 бит на каждый компонент RGB то мы получим все восемь различных цветов . На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (т.е. 24 бита) по 1 байту (т.е. по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 2 в 8 степени = 256 значений). Поэтому можно смешивать цвета в различных пропорциях, изменяя яркость каждой составляющей. Таким образом, можно получить 256 х 256 х 256 = 16 777 216 цветов. Изменяющиеся в диапазоне от 0 до 255 координаты RGB образуют цветовой куб. . Любой цвет расположен внутри этого куба и описывается своим набором координат, показывающем в каких долях смешаны в нем красная, зеленая и синяя составляющие. Возможность отобразить не менее 16,7 миллиона оттенков это полно цветные типы изображения которые иногда называют True Color (истинные или правдивые цвета). потому что человеческий глаз все равно не в силах различить большего разнообразия. Максимальная яркость всех трех базовых составляющих соответствует белому цвету, минимальная - черному цвету. Поэтому белый цвет имеет в десятеричном представлении код (255,255,255), а в шестнадцатеричном - FFFFFF. Черный цвет кодирует соответственно (0,0,0) или 000000. Все оттенки серого цвета образуются смешиванием трех составляющих одинаковой яркости. Например, при значениях (200,200,200) или C8C8C8 получается светло-серый цвет, а при значениях (100,100,100) или 646464 - темно-серый. Чем более темный оттенок серого нужно получить, тем меньшее число нужно вводить в каждое текстовое поле. Черный цвет образуется, когда интенсивность всех трех составляющих равна нулю, а белый - когда их интенсивность максимальна.

Ограничения
У модели цвета RGB есть три принципиальных недостатка: Первый - недостаточность цветового охвата. Независимо от размера цветового пространства модели цвета RGB, в ней невозможно воспроизвести много воспринимаемых глазом цветов (например, спектрально чистые голубой и оранжевый). У таких цветов в формуле цвета RGB имеются отрицательные значения интенсивностей базового цвета, а реализовать не сложение, а вычитание базовых цветов при технической реализации аддитивной модели очень сложно. Этот недостаток устранен в перцептивной аддитивной модели.
Второй недостаток модели цвета RGB состоит в невозможности единообразного воспроизведения цвета на различных устройствах (аппаратная зависимость) из-за того, что базовые цвета этой модели зависят от технических параметров устройств вывода изображений. Поэтому, строго говоря, единого цветового пространства RGB не существует, области воспроизводимых цветов различны для каждого устройства вывода. Более того, даже сравнивать эти пространства численно можно только с помощью других моделей цвета. Третий недостаток коррелированность цветовых каналов (при увеличении яркости одного канала другие уменьшают ее).

Достоинства
Множество компьютерного оборудования работает с использованием модели RGB, кроме того, эта модель очень проста, ее "генетическое" родство с аппаратурой (сканером и монитором), широкий цветовой охват (возможность отображать многообразие цветов, близкое к возможностям человеческого зрения) этим объясняется ее широкое распространение.
Главные достоинства модели цвета RGB состоят в ее простоте, наглядности и в том, что любой точке ее цветового пространства соответствует визуально воспринимаемый цвет.
Благодаря простоте этой модели она легко реализуется аппаратно. В частности, в мониторах управляемыми источниками света с различным спектральным распределением служат микроскопические частицы люминофора трех видов. Они хорошо заметны через увеличительное стекло, но при рассматривании монитора невооруженным глазом из-за явления визуального смыкания видно непрерывное изображение.
Интенсивность светового излучения в мониторах на основе электроннолучевых трубок регулируется с помощью трех электронных пушек, возбуждающих свечение люминофоров. Доступность многих процедур обработки изображения (фильтров) в программах растровой графики, небольшой (по сравнению с моделью CMYK) объем, занимаемый изображением в оперативной памяти компьютера и на диске.

Применение
Цветовая модель RGB повсеместно используется в компьютерной графике по той причине, что основное устройство вывода информации (монитор) работает именно в этой системе. Изображение на мониторе образуется из отдельных светящихся точек красного, зеленого и синего цветов. Посмотрев на экран работающего монитора через увеличительное стекло, можно разглядеть отдельные цветные точки - а еще проще это увидеть на экране телевизора, поскольку его точки значительно крупнее.
Широко используется при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий.
Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии.
В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете применяют растровые иллюстрации в тех случаях, когда надо передать полную гамму оттенка цветного изображения.

Используемые источники
1. Домасев М. В. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. Санкт-Петербург: Питер 2009 г.
2. Петров М. Н. Компьютерная графика. Учебник для вузов. Санкт-Петербург: Питер 2002 г.
3. ru.wikipedia.org/wiki/Цветовая модель.
4. darkroomphoto.ru
5. bourabai.kz/graphics/0104.htm
6. litpedia.ru
7. youtube.com/watch?v=sA9s8HL-7ZM

Цели урока:

• Образовательные : Дать основополагающие знания о физических моделях восприятия цвета объекта RGB и CMY(K). Объяснить взаимодействие цветовых координат данных моделей.
• Развивающие : развивать умение представлять результаты исследования в заданном формате
• Воспитательные: развивать навыки самостоятельного выполнения задания, развивать эстетический вкус, проявлять творческое отношение к работе

Задачи урока:

• Повторить: назначение и основные функции графического редактора, принципы формирования изображения в растровой и векторной графике
• Научить определять основные цвета при помощи цветовых моделей
• Проверить усвоение материала. Проанализировать выявленные ошибки.

В результате изучения темы учащиеся должны:

знать:

• физические модели восприятия цвета объекта RGB и CMY(K)
• соотношение моделей RGB и CMY

уметь:

• определять цвета по заданной цветовой схеме

Оборудование: ПК, программа PowerPoint, мультимедийный проектор, интерактивная доска, раздаточный материал, презентация «Цветовые модели».

Ход урока

План урока

1. Организационный момент (2 мин)
2. Фронтальный опрос (3 мин)
3. Объяснение нового материала (19 мин)
4. Просмотр презентации (8 мин)
5. Проверка усвоения материала (10 мин)
6. Подведение итогов урока (1 мин).
7. Домашнее задание (2 мин)

УРОК 45 мин

1. Организационный момент (2 мин ).

• Проверка присутствующих
• Оформление журнала
• Ознакомление учащихся с темой урока

2. Фронтальный опрос (3 мин ).

Учащиеся с места должны ответить на вопросы:

а) назначение графического редактора

Графический редактор - программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать изображения с помощью компьютера.

б) принципы формирования изображения в растровой и векторной графике

В растровой графике изображение представляется двумерным массивом точек (элементов растра), цвет и яркость каждой из которых задается независимо. Пиксель - основной элемент всех растровых изображений. Векторная графика описывает изображение с помощью математических формул.

в) Объяснение нового материала (19 мин )

Преподаватель: Считается, что наш человеческий глаз способен различать около 16 млн. оттенков цвета. Возникает естественный вопрос, как объяснить компьютеру, что один объект красного цвета, а другой розового? В чем между ними разница, так хорошо различимая нами на глаз. Для формального описания цвета придумано несколько цветовых моделей и соответствующих им способов кодирования.

Запишем в тетрадь определение:

Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью.

Сегодня мы с вами рассмотрим модели RGB и CMY(K).

Перепишите это в тетрадь.

Цветовая модель RGB (аббревиатура английских слов R ed, G reen, B lue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель.

Используется для излучаемого света , т.е. при подготовке экранных документов.

Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза.

Любой цвет можно представить в виде комбинации 3 основных цветов R ed (красный), G reen (зелёный), B lue (синий). Эти цвета называют цветовыми составляющими.

Аддитивной модель называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному.

Запишите в тетрадь основные цвета. (Учащиеся переписывают материал с доски)

Преподаватель: Слово аддитивная (сложение) подчеркивает, что цвет получается при сложении точек трех базовых цветов, каждая своей яркости. Яркость каждого базового цвета может принимать значения от 0 до 255 (256 значений), таким образом, модель позволяет кодировать 2563 или около 16,7 млн цветов. Эти тройки базовых точек (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, так что каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем ярче цветная точка (красная, зеленая, синяя), тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.

Посмотрите на доску и на выданный материал.

На интерактивной доске выводится модель RGB (аналогичная схема в раздаточном материале у каждого учащегося). Преподаватель продолжает объяснять и показывает на схеме.

Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов.

• Чистый красный может быть определён как как (255,0,0) - R ed
• Чистый зеленый (0,255,0) - G reen
• Чистый ярко-синий цвет (0,0,255) – B lue

На схеме вы видите, что при смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий) мы получаем

• при смешении синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный или лиловый (M magenta)
• при смешении зеленого (G) и красного (R) - жёлтый (Y yellow)
• при смешении зеленого (G) и синего (B) - циановый (С cyan)
• при смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W)

• Если яркость всех трех базовых цветов минимальна (равна нулю), получается черная точка (Черный - (0,0,0))
• Если яркость всех трех цветов максимальна (255), при их сложении получается белая точка (Белый - (255,255,255)
• Если яркость каждого базового цвета одинакова, получается серая точка (чем больше значение яркостей, тем светлее).

Точка какого-нибудь красивого, сочного цвета получается в том случае, если при смешении одного (или двух) цветов гораздо меньше, чем двух (одного) других. Например, сиреневый цвет получается, если мы возьмем по максимуму красного и синего цветов и не возьмем зеленого , а желтый цвет - достигается смешением красного и зеленого.

Устройства ввода графической информации (сканер, цифровая камера) и устройство вывода (монитор) работают именно в этой модели.

Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK, поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB, значительно тускнеют и гаснут в модели CMYK, которую мы сейчас рассмотрим.

Цветовая модель CMY ( K)

Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, освещающего их, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета (окрашены в них).

На доске уже написано название модели и базовые цвета.

CMY ( K )
C yan M agenta Y ellow BlacK
Голубой Пурпурный Желтый Черный

Перепишите это в тетрадь.

Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными ("вычитательными") . Для их описания используется субтрактивная модель CMY (С - это Cyan (Голубой), М - это Magenta (Пурпурный), Y - Yellow (Желтый)). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB.

Если вычесть из белого три первичных цвета RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY.

В этом случае и основных субтрактивных цветов будет три:

• голубой (белый минус красный)
• пурпурный (белый минус зеленый)
• желтый (белый минус синий)

Цветовая модель CMY ( K ) используется при работе с отраженным цветом (при печати) .

При смешениях двух субтрактивных (вычитаемых) составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски). Таким образом:

• при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет
• при полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) получится белый цвет (белая бумага)
• смещение равных значений трех компонентов даст оттенки серого.

Данная модель - основная модель полиграфии. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду , и при печати этими красками большая часть видимого цветового спектра может быть воспроизведена на бумаге.

Однако реальные краски имеют примеси, их цвет может быть не идеальным, и смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый (посмотрите на выданный материал). Кроме того, для получения интенсивного черного необходимо положить на бумагу большое количество краски каждого цвета. Это приведет к переувлажнению бумаги, качество печати при этом снизится. К тому же использование большого количества краски неэкономно.

Для улучшения качества отпечатка в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная краска . Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно. Черный компонент сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (K ey) в процессе цветной печати(или blacK ).

Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255.

Печать четырьмя красками, соответствующими CMYK, также называют печатью триадными красками .

Цвет в CMYK зависит не только от спектральных характеристик красителей и от способа их нанесения, но и их количества, характеристик бумаги и других факторов. Фактически, цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата и не определяют цвет однозначно.

Цветовой круг

При обработке изображений необходимо ясно понимать взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK. Без знания этих закономерностей трудно оценить качество цвета, назначить корректирующие операции, да и просто разумно использовать простейшие инструменты, предназначенные для работы с цветом.

Если эти две модели представить в виде единой модели , то по­лучится усеченный вариант цветового круга, в котором цвета располагаются и известном еще со школы порядке (только без производного оранжевого цвета): красный (R), желтый (Y), зеленый (G), голубой (C), синий (В) – пурпурный (лиловый, фиолетовый) М - Magenta

КАЖДЫЙ ОХОТНИК ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СИДИТ ФАЗАН
или
КАК ОДНАЖДЫ ЖАН - ЗВОНАРЬ ГОЛОВОЙ СВАЛИЛ ФОНАРЬ
или
КАЖДЫЙ ОФОРМИТЕЛЬ ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СКАЧАТЬ ФОТОШОП

Рассмотрим самую простую и востребованную модель, называемую цветовым кругом. В нем на одинаковом расстоянии друг от друга размещены координаты основных цветовых систем RGB и CMYK.

Пары цветов, расположенные на концах одного диаметра (под углом 180 градусов), называются
На цветовом круге основные цвета моделей RGB и CMY находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплиментарного) цвета; при этом он находится на равном расстоянии между цветами, с помощью которых он получен.

Комплиментарными цветами являются:

• зеленый и пурпурный,
• синий и желтый,
• голубой и красный.

Дополнительные цвета являются в некотором смысле взаимоисключающими. Добавление любой краски цветового круга компенсирует дополнительную краску, как бы разбавляет ее в результирующем цвете.

Например, чтобы изменить цветовое соотношение в сторону зеленых тонов, следует понизить содержание пурпурного цвета, который является дополнительным к зеленому.

Это утверждение можно выразить в виде следующих кратких формул:

Преподаватель пишет на доске:

А теперь самостоятельно запишите в тетрадь оставшиеся 5 формул:

100%Magenta = 0Green

100%Yellow = 0Blue

0%Magenta = 255Green

0%Yellow = 255Blue.

Прослушайте и запишите в тетрадь предложение:

Голубой цвет противоположен красному, потому что голубые красители поглощают красный цвет и отражают синий и зеленый. Голубой цвет - это отсутствие красного.

Преподаватель спрашивает 5 учащихся с целью изменить формулировку предложения для оставшихся 5 цветов.

Приведем сводку основных и производных правил цветового синтеза по круговой модели (смотрите раздаточный материал):

• Каждый субтрактивный (аддитивный) цвет находится между двумя аддитивными (субтрактивными).
• Сложение любых двух цветов RGB (CMY) дает цвет CMY (RGB), лежащий между ними. Например, смешивая зеленый и синий, получим голубой, а смесь желтого и пурпурного образует красный.

Запишите самостоятельно в тетради все возможные соотношения такого вида (6 формул)

Red + Green = Yellow

Blue + Green = Cyan

Red + Blue = Magenta

Cyan+ Magenta = Blue

Cyan + Yellow = Green

Magenta + Yellow = Red.

• Наложение красного и зеленого с максимальной интенсивностью дает чистый желтый цвет. Уменьшение интенсивности красного смещает результирующий в сторону зеленых оттенков, а снижение вклада зеленого делает цвет оранжевым.
• Смешение синего и красного в максимальной пропорции дает фиолетовый цвет. Уменьшение доли синего влечет за собой сдвиг в область розового цвета, а уменьшение красного сдвигает цвет в сторону пурпурного.
• Зеленый и синий цвета образуют голубой. Существует около 65 тысяч различных оттенков голубого, которые можно синтезировать, смешивая в разных пропорциях данные цветовые координаты.
• Наложение голубой и пурпурной краски максимальной плотности дает глубокий синий цвет.
• Пурпурный и желтый красители порождают красный цвет. Чем выше плотность составляющих, тем выше его яркость. Уменьшение интенсивности пурпурного придает цвету оранжевый оттенок, снижение доли желтой составляющей дает розовый цвет; Желтый и голубой дают ярко-зеленый цвет. Уменьшение доли желтого порождает изумрудный, а снижение вклада голубого - салатовый.
• Осветление или затемнение цвета предельной насыщенности влечет за собой снижение его насыщенности.

Запишем в тетради:

Вложение цвета можно увеличивать и уменьшать, регулируя вклады его комплиментарного цвета или смежных цветов.

4. Просмотр презентации (8 мин )

Сейчас мы просмотрим презентацию, чтобы закрепить пройденный материал и узнать, что нас ждет на следующих уроках.

5. Проверка усвоения материала (10 мин )

Прошу вас ответить на вопросы по новой теме:

1. Перечислите базовые цвета моделей RGB и CMY(К).

• Цветовая модель RGB - Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий
• Цветовая модель CMY - С - это Cyan (Голубой), М - это Magenta (Пурпурный), Y - Yellow (Желтый)

2. Какая цветовая модель используется для излучаемого цвета?

3. Почему ее называют аддитивной?

Аддитивной модель называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному

4. Что означает буква К в цветовой модели CMYК?

Черный компонент, поскольку эта краска является главной, ключевой (K ey) в процессе цветной печати (или blacK ).

5. Для чего используется модель цветовой круг?

Чтобы понимать взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK.

6. Какие цвета называют комплиментарными?

Пары цветов, расположенные на концах одного диаметра на цветовом круге (под углом 180 градусов), называются комплиментарными или дополнительными.

• Перечислить комплиментарные цвета.
• зеленый и пурпурный
• синий и желтый
• голубой и красный.

6. Подведение итогов урока (1 мин ).

Наш урок подходит к концу. Сегодня вы узнали о цветовых моделях RGB и CMY(К), базовые цвета этих моделей, взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK. Знакомство с цветовыми моделями мы продолжим на следующем уроке.

7. Домашнее задание (2 мин )

Запишите домашнее задание:

1. По модели Цветовой круг повторить основные формулы получения цвета
2. Профильная школа «Технология обработки текстовой информации. Технология обработки графической и мультимедийной информации» А.В.Могилев, Л.В.Листратова СПб.: БХВ-Петербург, 2010 р.8.2.
3. Уроки компьютерной графики. CorelDRAW. Учебный курс Л. Левковец СПб.: Питер, 2006 ур.2

Я по образованию программист, но по работе мне пришлось столкнуться с обработкой изображений. И тут для меня открылся удивительный и неизведанный мир цветовых пространств. Не думаю, что дизайнеры и фотографы узнают для себя что-то новое, но, возможно, кому-нибудь это знание окажется, как минимум полезно, а в лучшем случае интересно.

Основная задача цветовых моделей – сделать возможным задание цветов унифицированным образом. По сути цветовые модели задают определённые системы координат, которые позволяют однозначно определить цвет.

Наиболее популярными на сегодняшний день являются следующие цветовые модели: RGB (используется в основном в мониторах и камерах), CMY(K) (используется в полиграфии), HSI (широко используется в машинном зрении и дизайне). Существует множество других моделей. Например, CIE XYZ (стандартные модели), YCbCr и др. Далее дан краткий обзор этих цветовых моделей.

Цветовой куб RGB

В модели RGB (от англ. red – красный, green – зелёный, blue – голубой) все цвета получаются путём смешения трёх базовых (красного, зелёного и синего) цветов в различных пропорциях. Доля каждого базового цвета в итоговом может восприниматься, как координата в соответствующем трёхмерном пространстве, поэтому данную модель часто называют цветовым кубом. На Рис. 1 представлена модель цветового куба.

Чаще всего модель строится так, чтобы куб был единичным. Точки, соответствующие базовым цветам, расположены в вершинах куба, лежащих на осях: красный – (1;0;0), зелёный – (0;1;0), синий – (0;0;1). При этом вторичные цвета (полученные смешением двух базовых) расположены в других вершинах куба: голубой - (0;1;1), пурпурный - (1;0;1) и жёлтый – (1;1;0). Чёрный и белые цвета расположены в начале координат (0;0;0) и наиболее удалённой от начала координат точке (1;1;1). Рис. показывает только вершины куба.

Цветные изображения в модели RGB строятся из трёх отдельных изображений-каналов. В Табл. показано разложение исходного изображения на цветовые каналы.

В модели RGB для каждой составляющей цвета отводится определённое количество бит, например, если для кодирования каждой составляющей отводить 1 байт, то с помощью этой модели можно закодировать 2^(3*8)≈16 млн. цветов. На практике такое кодирование избыточно, т.к. большинство людей не способно различить такое количество цветов. Часто ограничиваются т.н. режимом «High Color» в котором на кодирование каждой компоненты отводится 5 бит. В некоторых приложениях используют 16-битный режим в котором на кодирование R и B составляющих отводится по 5 бит, а на кодирование G составляющей 6 бит. Этот режим, во-первых, учитывает более высокую чувствительность человека к зелёному цвету, а во-вторых, позволяет более эффективно использовать особенности архитектуры ЭВМ. Количество бит, отводимых на кодирование одного пиксела называется глубиной цвета. В Табл. приведены примеры кодирования одного и того же изображения с разной глубиной цвета.

Субтрактивные модели CMY и CMYK

Например, бумага, покрытая жёлтым красителем не отражает синий свет, т.е. можно сказать, что жёлтый краситель вычитает из отражённого белого света синий. Аналогично голубой краситель вычитает из отражённого света красный, а пурпурный краситель вычитает зелёный. Именно поэтому данную модель принято называть субтрактивной. Алгоритм перевода из модели RGB в модель CMY очень прост:

При этом предполагается, что цвета RGB находятся в интервале . Легко заметить, что для получения чёрного цвета в модели CMY необходимо смешать голубой, пурпурный и жёлтый в равных пропорциях. Этот метод имеет два серьёзных недостатка: во-первых, полученный в результате смешения чёрный цвет будет выглядеть светлее «настоящего» чёрного, во-вторых, это приводит к существенным затратам красителя. Поэтому на практике модель СMY расширяют до модели CMYK, добавляя к трём цветам чёрный (англ. black).

Цветовое пространство тон, насыщенность, интенсивность (HSI)

Чаще всего люди оперируют следующими понятиями: цветовой тон, насыщенность и светлота. При этом, говоря о цветовом тоне, обычно имеют в виду именно цвет. Насыщенность показывает насколько описываемый цвет разбавлен белым (розовый, например, это смесь красного и белого). Понятие светлоты наиболее сложно для описания, и с некоторыми допущениями под светлотой можно понимать интенсивность света.

Если рассмотреть проекцию RGB-куба в направлении диагонали белый-чёрный, то получится шестиугольник:

Все серые цвета (лежащие на диагонали куба) при этом проецируются в центральную точку. Чтобы с помощью этой модели можно было закодировать все цвета, доступные в RGB-модели, необходимо добавить вертикальную ось светлоты (или интенсивности) (I). В итоге получается шестигранный конус:

При этом тон (H) задаётся углом относительно оси красного цвета, насыщенность (S) характеризует чистоту цвета (1 означает совершенно чистый цвет, а 0 соответствует оттенку серого). Важно понимать, что тон и насыщенность не определены при нулевой интенсивности.

Алгоритм перевода из RGB в HSI можно выполнить, воспользовавшись следующими формулами:

Цветовая модель HSI очень популярна среди дизайнеров и художников, т.к. в этой системе обеспечивается непосредственный контроль тона, насыщенности и яркости. Эти же свойства делают эту модель очень популярной в системах машинного зрения. В Табл. показано изменение изображения при увеличении и уменьшении интенсивности, тона (выполняется поворот на ±50°) и насыщенности.

Модель CIE XYZ

При описании цвета значения X,Y,Z называют стандартными основными возбуждениями, а полученные на их основе координаты – стандартными цветовыми координатами. Стандартные кривые сложения X(λ),Y(λ),Z(λ) (см. Рис.) описывают чувствительность среднестатистического наблюдателя к стандартным возбуждениям:

Помимо стандартных цветовых координат часто используют понятие относительных цветовых координат, которые можно вычислить по следующим формулам:

Легко заметить, что x+y+z=1, а это значит, что для однозначного задания относительных координат достаточно любой пары значений, а соответствующее цветовое пространство может быть представлено в виде двумерного графика:

Множество цветов, задаваемое таким способом, называют треугольником CIE.
Легко заметить, что треугольник CIE описывает только цветовой тон, но никак не описывает яркость. Для описания яркости вводят дополнительную ось, проходящую через точку с координатами (1/3;1/3) (т.н. точку белого). В результате получают цветовое тело CIE (см. Рис.):

Это тело содержит все цвета, видимые среднестатистическим наблюдателем. Основным недостатком этой системы является то, что используя её, мы можем констатировать только совпадение или различие двух цветов, но расстояние между двумя точками этого цветового пространства не соответствует зрительному восприятию различия цветов.

Модель CIELAB

В системе CIE L*a*b координата L означает светлоту (в диапазоне от 0 до 100), а координаты a,b – означают позицию между зелёным-пурпурным, и синим-жёлтым цветами. Формулы для перевода координат из CIE XYZ в CIE L*a*b* приведены ниже:

где (Xn,Yn,Zn) – координаты точки белого в пространстве CIE XYZ, а

На Рис. представлены срезы цветового тела CIE L*a*b* для двух значений светлоты:

По сравнению с системой CIE XYZ Евклидово расстояние (√((L1-L2)^2+(a1^*-a2^*)^2+(b1^*-b2^*)^2)) в системе CIE L*a*b* значительно лучше соответствует цветовому различию, воспринимаемому человеком, тем не менее, стандартной формулой цветового различия является чрезвычайно сложная CIEDE2000.

Телевизионные цветоразностные цветовые системы

Популярность этих цветовых систем обусловлена в первую очередь появлением цветного телевидения. Т.к. компонента Y по сути содержит исходное изображение в градациях серого, сигнал в системе YIQ мог быть принят и корректно отображён как на старых чёрно-белых телевизорах, так и на новых цветных.

Вторым, возможно более важным плюсом, этих пространств является разделение информации о цвете и яркости изображения. Дело в том, что человеческий глаз весьма чувствителен к изменению яркости, и значительно менее чувствителен к изменению цветности. Это позволяет передавать и хранить информацию о цветности с пониженной глубиной. Именно на этой особенности человеческого глаза построены самые популярные на сегодняшний день алгоритмы сжатия изображений (в т.ч. jpeg). Для перевода из пространства RGB в YIQ можно воспользоваться следующими формулами:

Доброго вам дня, дорогие читатели моего блога. Очень рад вас видеть на страницах моего блога. Сегодня я хотел бы пройтись немного по теории, а именно рассказать про цветовые модели в компьютерной графике. Не бойтесь, ничего страшного здесь нет, но знать это нужно, так как в скором времени нам это пригодится. Я не буду вам рассказывать научное определение цветовой модели, так как это слишком заумно.

Выбор цветовой модели зависит в основном от того для чего нам нужно то или иное изображение, для каких целей. Ладно, не буду вас мучать. Давайте рассмотрим несколько цветовых моделей, которые встретятся вам в различных графических редакторах.

В этом режиме нам доступно всего 2 цвета, а именно черный и белый. Ну и что мы здесь забыли? Правильно! Ничего. Поэтому сразу говорю — этим режимом мы пользоваться не будем.

Градации серого (Grayscale)

Как видно из названия, в этом режимы используются лишь оттенки серого. Всего таких оттенков серого 256. Т.е. идет постоянное увеличение яркости, начиная с черного цвета, и пока он не станет полностью белым. Конечно, если вы хотите работать с черно-белым изображением, то пожалуйста, ведь и занимать места это изображение будет гораздо меньше. Но, скажу вам по секрету, этот режим тоже мы использовать не будем. Вы рады?

RGB (Красный Зеленый Синий)

Ну вот мы и перешли к основной цветовой модели. Именно ей мы и будем в основном пользоваться в фотошопе. Эта модель используется для отображения цветов именно на экране. Все цвета и оттенки получаются при смешивании трех основных цветов, т.е. красного (R ed), зеленого (G reen) и синего (B lue). Вы спросите: «А где же желтый цвет? Ведь его невозможно получить, смешивая эти цвета». Как раз таки получается, но не на бумаге, а на экране монитора. Желтый цвет мы можем получить смешивая красный и зеленый цвета. Вот такая вот хитрость.

Цветов в этой модели целая уйма! В 8-битном представлении их аж 16 миллионов! Вы представьте сколько их будет в 16 и 32-х битах? Поэтому сразу заклинаю вас — выбирайте только 8-битное представление RGB, так как в остальных смысла нет, по крайней мере в обычной жизни. Будем считать, что договорились.

CMYK (Cyan Magenta Yellow Black)

Данная цветовая модель произошла от букв четырех цветов C yan M agenta Y ellow K ey color — Голубой, Пурпурный, Желтый, Ключевой-черный. Хотя в некоторых источниках я читал, что буква K образована не от Key color, а от черного цвета black, только ей решили не присваивать букву B , так как она уже использовалась в цветовой модели RGB как синий, поэтому и дали ей последнюю букву от слова blacK . Но сути это не меняет.

Эта модель используется как правило в полиграфии и подготовке к печати, то есть для отображения на бумаге. Опять же сразу скажу, что в наших уроках мы ей практически пользоваться не будем. Но мы ее рассмотрим. Просто хочу рассказать, почему в этой модели используется 4 цвета вместе с черным? Потому что если в модели RGB смешать все цвета, то получится черный цвет, а если все цвета смешать в модели CMY, то черного цвета не получится, максимум темнокоричневый. Кроме того, полное смешивание всех цветов может привести к деформации бумаги. Поэтому и добавили ключевой черный цвет K.

LAB

Ну и раз уж мы говорим о цветовых моделях, то я не могу не рассказать о такой мvдели как LAB. Состоит эта модель из трех параметров:

1. L uminance — освещенность. Градация идет от светлого к тёмному.
2. Цвет A - гамма цветов от зеленого до пурпурного
3. Цвет B — гамма цветов от голубого к желтому.

Как видите первые буквы параметров и составляют данную аббревиатуру. То есть данная модель предполагает смешивание двух цветов с определенной степенью освещенности. Чем примечательна эта модель, что она содержит в себе как цвета RGB, так и CMYK, да еще и градации серого, о которых мы говорили выше.

И если модель RGB отображает цвета так, как мы видим его на экране, а CMYK как на бумаге, то модель LAB соответствует человеческому зрению, т.е. как это видит обычный человек.

HSB или HSV

И напоследок зацепим еще одну модель, которая может вам повстречаться. Данная модель состоит из трёх параметров: Hue (Цветовой тон), Saturation (Насыщенность) и Brightness (Яркость)/Value (значение) цвета. В основе данной модели лежит ранее рассмотрнная RGB, но в отличие от RGB (16 млн цветов), HSB может содержать всего лишь порядка 2,5 миллионов цветов.

Часто такая модель изображается в виде цветового круга и дополнительного вертикального столбика яркости. Может вы где-то встречали? Но кроме этого в разных программах может встречаться разное представление.

В общем на этом свой обзорчик цветовых моделей я завершаю. Сразу вам скажу, что когда мы будем проходить фотошоп, то пользоваться в основном будем моделью RGB. И кстати я вам не зря дал эту информацию, так как скоро мы действительно перейдем к изучению графического редактора Adobe Photoshop. Так что не расслабляйтесь.

А на этом наше теоретическое занятие закончено. Надеюсь, что вам всё более менее было понятно. В случае чего, вы всегда можете задать вопрос в комментариях или в форме обратной связи. И не забудьте подписаться на обновления статей моего блога и тогда вы всегда будете в курсе всего интересного самые первые! Удачи вам, готовьтесь новым урокам. Пока-пока!

Доброго времени суток, дорогие читатели, знакомые, посетители, мимопроходящие личности и прочие странные существа! Сегодня мы поговорим о немного специфической, но несомненно важной вещи для любого пользователя, а именно о такой штуке: представление цвета в компьютере.

Как ни крути, но рано или поздно все столкнутся с практической необходимостью понимания, что такое цветовая модель, да и просто сие знание полезно с точки зрения расширения кругозора и осознания - что и как работает в компьютере и из чего он состоит как с программной, так и с физической точки зрения.

Что такое цветовая модель

В общем виде цветовая модель - это некоторая абстрактная вещь, в которой цвет представляется в виде совокупности чисел. И каждая такая модель имеет свои особенности и недостатки. По сути, это как с языком, например, если цвет - это слово "дом", то на разных языках оно будет писаться и звучать по-разному, но при этом смысл слова везде будет одинаковый. Так же и с цветом.

Мы рассмотрим самые основные модели. Их 5 . Как правило, используется одновременно несколько различных моделей, т.к. некоторые удобнее всего использовать в визуальном виде, а другие в численном.

RGB

Это самая распространенная модель представления цвета. В ней любой цвет рассматривается как оттенки трех основных (или базовых) цветов: красный (Red) , зеленый (Green) и синий (Blue). При этом существует два вида этой модели: восьмибитное представление, где цвет задается числами от 0 до 255 (например, цвет будет соответствовать синему, а - желтому), и шестнадцатибитное , которое чаще всего используется в графических редакторах и html , где цвет задается числами от 0 до ff (зеленый - #00ff00 , синий - #0000ff , желтый - #ffff00 ).

Разница представлений в том, что в восьмибитном виде для каждого базового цвета используется отдельная шкала, а в шестнадцатибитном уже сразу вводится цвет. Иными словами, восьмибитное представление - три шкалы с каждым основным цветов, шестнадцатибитное - одна шкала с тремя цветами.

Особенность этой модели в том, что здесь новый цвет получается путем добавления оттенков основных цветов, т.е. "смешивания".

Хотите знать и уметь, больше и сами?

Мы предлагаем Вам обучение по направлениям: компьютеры, программы, администрирование, сервера, сети, сайтостроение, SEO и другое. Узнайте подробности сейчас!

На картинке выше видно, как цвета смешиваются друг с другом, образуя новые цвета (желтый - [255,255,0 ], пурпурный - [255,0,255 ], голубой - [0,255,255 ] и белый [255,255,255 ]).

При этом эта модель чаще всего используется именно в численном виде, а не в визуальном (когда цвет задается вводом его значения в соотв. поля, а не выбирается мышкой). Для визуальной настройки цвета используются другие модели. Потому что визуально модель RGB представляет собой трехмерный кубик, который, как Вы видите на картинке выше, не очень удобно использовать:)

Так что это самая распространенная модель у веб-дизайнеров (передаем пламенный привет css ) и программистов.

Недостаток этой модели в том, что она зависит от аппаратной части, иными словами, одна и та же картинка будет неодинаково выглядеть на разных мониторах (ибо в мониторах используется так называемый люминофор - вещество, которое преобразовывает поглощаемую им энергию в световое излучение, а посему в зависимости от качества этого вещества будут определяться базовые цвета) .

CMYK

Это тоже очень распространенная модель, но многие о ней могли вообще ничего не слышать:)

А всё из-за того, что она используется исключительно для печати. Она расшифровывается как Cyan, Magenta, Yellow, Black (или Key Color ), т.е. Голубой, Пурпурный, Желтый и Черный (или ключевой цвет ).

Использование этой модели на печати обусловлено тем, что смешивать по три оттенка для каждого нового цвета слишком затратно и грязно, т.к. когда на бумагу сначала наносится один цвет, потом поверх него другой и затем поверх них третий цвет, во-первых, бумага сильно намокает (если струйная печать), во-вторых, совсем не факт, что получится именно тот оттенок, что Вы хотели. Да, физика она такая:)

Наиболее внимательные могли заметить, что на картинке присутствуют три цвета, а черный получается путем смешивания этих трех. Так, стало быть, зачем его вынесли отдельно? Опять же причина в том, что, во-первых, смешивать три цвета это затратно с точки зрения использования тонера (спец. порошок для картриджа от принтера, который используется вместо чернил в лазерных принтерах), во-вторых, бумага сильно мокнет, что увеличивает время просушки, в-третьих, цвета в действительности могут не смешаться должным образом, а быть более блеклыми, например. Картинка ниже показывает эту модель в реальности

Таким образом, получится скорее не черный, а грязно-серый или грязно-коричневый.

Поэтому (и не только) ввели еще черный цвет, чтобы не пачкать бумагу, не тратиться на тонеры и вообще жить было проще:)

Очень наглядно иллюстрирует всю суть следующая анимация (открывается по клику, вес около 14 Mb ):

Цвет в этой модели задается числами от 0 до 100 , где эти числа часто называют "частями" или "порциями" выбранного цвета. Например, цвет "хаки" получается путем смешивания 30 частей голубой краски, 45 - пурпурной, 80 - желтой и 5 - черной, т.е. цвет хаки будет .

Трудности этой модели заключаются в том, что в суровых реалиях (или в реальных суровиях) цвет зависит не столько от числовых данных, сколько от характеристики бумаги, краски в тонере, способе нанесения этой краски и т.п. Так что числовые значения будут однозначно определять цвет на мониторе, но они не покажут реальной картины на бумаге.

HSV (HSB) и HSL

Эти две цветовые модели я объединил, т.к. они схожи по своему принципу.

Трехмерная реализация HSL (слева) и HSV (справа) моделей представлена в виде цилиндра ниже, но на практике в ПО (программном обеспечении) не используется, ибо.. ибо трехмерная:)

HSV (или HSB) означает Hue, Saturation, Value (еще может именоваться Brightness ), где:

• Hue - цветовой тон, т.е. оттенок цвета.
• Saturation - насыщенность. Чем выше этот параметр, тем "чище" будет цвет, а чем ниже, тем ближе он будет к серому.
• Value (Brightness ) - значение (яркость) цвета. Чем выше значение, тем ярче будет цвет (но не белее). А чем ниже, тем темнее (0% - черный)

HSL - Hue, Saturation, Lightness

• Hue - Вы уже знаете
• Saturation - аналогично
• Lightness - это светлота цвета (не путать с яркостью) . Чем выше параметр, тем светлее цвет (100% - белый), а чем ниже, тем темнее (0% - черный).

Более распространенная модель - HSV , она часто используется вместе с моделью RGB , где HSV показана в визуальном виде, а числовые значения задаются в RGB . :

Здесь RGB- модель обведена красным и значения оттенков задаются числами от 0 до 255 , либо сразу можно указать цвет в шестнадцатеричном виде. А синим обведена HSV модель (визуальная часть в левом прямоугольнике, числовая - в правом ). Также часто можно указать непрозрачность (так называемый альфа-канал ).

Такая модель чаще всего используется в простой (или непрофессиональной) обработке изображений, т.к. при помощи неё удобно регулировать основные параметры фотографий, не прибегая к куче различных фильтров или отдельных настроек.
Например во всеми любимом (или проклинаемом) фотошопе присутствуют обе модели, только одна из них находится в редакторе выбора цвета, а другая - в окне настроек Hue/Saturation

Здесь красным показа RGB- модель, синим - HSB , зеленым - CMYK и голубым Lab (о ней чуть позже), что видно на картинке:)
А HSL- модель находится в таком вот окошке:

Недостаток HSB- модели в том, что она также зависит от аппаратной части. Она просто не соответствуют восприятию человеческого глаза, т.к. оный воспринимает цвета с разной яркостью (например, синий воспринимается нами более темным, чем красный), а в этой модели у всех цветов одинаковая яркость. У HSL аналогичные проблемы:)

Таких недостатков хотели избежать, поэтому одна небезызвестная компания CIE (Международная комиссия по освещению - Commission Internationale de l"Eclairage ) придумала новую модель, призванную не зависеть от аппаратной части. И назвали её Lab (нет, это не сокращение от Laboratory ).

Lab или L,a,b

Эта модель является одной из стандартных, хотя и малоизвестна рядовому пользователю.

Расшифровывается она следующим образом:

• L - Luminance - освещенность (это совокупность яркости и интенсивности)
• a - один из компонентов цвета, меняется от зеленого до красного
• b - второй из компонентов цвета, меняется от синего до желтого

На рисунке показаны диапазоны компонент a и b для освещенности 25% (слева) и 75% (справа)

Яркость в этой модели отделяется от цветов, поэтому при помощи неё удобно регулировать контраст, резкость и другие светопоказатели, не трогая при этом цвета:)

Однако эта модель совсем неочевидная для использования и ею довольно трудно пользоваться на практике. Поэтому её используют в основном в обработке изображений и для конвертации оных из одной цветовой модели в другую без потерь (да, это единственная модель, которая делает это без потерь), обычным же смертным страждущим пользователям достаточно, как правило, HSL и HSV плюс фильтры.

Ну и в качестве примера работы модели HSV, HSL и Lab вот картинка из Википедии (кликабельно)