Основные понятия теории цвета

Основные понятия теории цвета

В теории цвета основными являются системы цветов RGB и CMYK. RGB (red, green, blue — красный, зеленый, синий) — аддитивная система, которая используется в мониторах, сканерах и других оптических устройствах. Ее цветовое пространство наиболее близко к воспринимаемому человеческим глазом, так как в нем ощущение цветности получается как вклад трех рецепторов, дающих ощущения синей, красной и зеленой зон спектра. В аддитивном синтезе суммой чистых цветов RGB является белый, а при полном их отсутствии получаем черный.

По принципу смешения цветов различают три вида аддитивного синтеза:

1)сложение прозрачных цветных излучений;

2)пространственное смешение, основанное на ограниченной разрешающей способности глаза;

3)последовательное смешение образцов различных цветов при быстрой смене излучения вне глаза благодаря инерционности зрения.

Печатные краски не абсолютно прозрачны, т. е. они поглощают и отражают свет по законам субтрактивного синтеза. Они выпускаются в виде триад: желтый, пурпурный и голубой (cyan, magenta, yellow — CMY). Триадой красок невозможно получить ахроматические серые и черные цвета, поэтому в печати используется дополнительная черная краска. Черный цвет увеличивает контрастность изображения, насыщенность и четкость. Видимый спектр содержит миллионы цветов.

Каждое устройство, через которое проходит оригинал, — начиная от сканера и заканчивая печатной машиной. — обладает собственным цветовым пространством (или гаммутом), значительно меньшим, чем пространство, воспринимаемое человеческим глазом. Хотя гаммуты различных устройств перекрываются, они не совпадают в полной мере. Этим объясняется то, что некоторые цвета, видимые на мониторе, невозможно получить на полиграфическом оттиске.

Так как при печати полиграфическими красками воспроизводятся не все оттенки, для более точной их передачи зачастую используются простые цвета (spot colours). Каждый простой цвет печатается отдельной краской, которые при печати не накладываются друг на друга с целью получения цветов. Поэтому общее число цветов в издании определяется только числом различных красок, использованных при печати. Существуют каталоги простых цветов, из которых наиболее распространена система PANTONE.

При цветоделении пленки с простыми цветами выводятся дополнительно к четырем основным, но существуют также каталоги PANTONE Process Colour Imaging Guide, где производится моделирование каждого простого цвета PANTONE средствами четырехкрасочной печати.

Из-за объективных сложностей, возникающих при репродуцировании цвета этот процесс необходимо наиболее тщательно контролировать. Для этого производится сквозная калибровка всех устройств, участвующих в процессе репродуцирования: сканера — монитора — принтера для получения цифровой цветопробы — фотонаборного устройства — системы для изготовления аналоговой цветопробы — печатной машины. Также не рекомендуется экономить на цветопробных оттисках.

Существует два основных вида цветопробы — аналоговый и цифровой. Цифровая цветопроба производится из файла верстки и служит для исправления ошибок цветокоррекции перед выводом пленок. Аналоговая цветопроба делается непосредственно с цветоделенных фотоформ, что обеспечивает ее близость к офсетному оттиску.

Полутоновые и растровые изображения

Полиграфические оригиналы имеют обширную классификацию. С точки зрения полиграфии наиболее важно обратить внимание на различия между двумя их видами: полутоновыми и растровыми изображениями.

Полутоновые оригиналы — это фотографии, слайды, картины, рисунки… Словом, — все, что еще не дошло до печати. Именно эти оригиналы необходимо использовать для репродуцирования, так как только в таком случае можно говорить о предсказуемо высоком качестве продукции. Растровое изображение, что заметно даже при небольшом увеличении, состоит из точек различного размера, которые и обеспечивают передачу полутонов. Эта структура полиграфического изображения называется растром. Чем меньше размер точек растра, тем светлее соответствующий участок изображения, и наоборот. Полноцветное изображение формируется наложением растров голубого, пурпурного, желтого и черного цветов — CMYK. Все они расположены под определенными углами друг к другу, создавая розеточную структуру изображения.

Словарь теории цвета

Цветом можно любоваться бесконечно, но вот обсуждать тему цвета, порой бывает трудно. Дело в том, что слова, которые мы используем для описания цвета, слишком неточны и часто приводят к взаимному непониманию. Путаница происходит не только с такими техническими терминами как «значение», «насыщенность» и «цветность», но даже с такими простейшими словами, как «светлый», «чистый», «яркий» и «тусклый». Даже специалисты ведут свои споры так до сих пор и не утвердив стандартные определения понятий.

Мы попытались составить словарь слов и понятий. И хотя мы не претендуем на единственный авторитет в теории цвета, определения, которые вы здесь найдете подкрепляются другими математическими и научными аргументами (о которых говорится в другой статье «Теория цвета»). Пожалуйста, сообщите нам, если в данном словаре отсутствуют какие-либо термины и понятия, о которых вы бы хотели узнать.

Тон («Hue») (иные переводы: собственно цвет, краска, оттенок, тон): Именно это слово мы имеем в виду, когда задаем вопрос «Какой это цвет?». Мы интересуемся свойством цвета, которое называется «Тон/Hue». Например, когда мы говорим о красном, желтом, зеленом, и синем цветах, мы имеем в виду «тон/hue». Различные тона создаются светом с различной длиной волны. Таким образом, этот аспект цвета обычно довольно легко распознать.

аддитивный цветовой хроматический растровый

Более подробный словарь теории цвета

1. Цвет

2. Хроматичность

3. Насыщенность

4. Яркость

5. Светимость

Цвет — это феномен света, вызываемый способностью наших глаз определять различные количества отраженного и проецируемого света. Наука и технология помогла нам понять, как физиологически человеческий глаз воспринимает свет, измерить длины волн света, узнать количества несомой ими энергии. И теперь мы понимаем, насколько сложно понятие «цвет». Ниже мы рассказываем о том, как мы определяем свойства цвета, которые называются «цвет» (hue), яркость («lightness»), насыщенность («saturation») и прочие.

Собственно цвет (Hue): этот термин описывает главную характеристику цвета, которая отличает красный цвет от желтого и синего. Цвет в значительной степени зависит от длины волны света излучаемого или отражаемого объектом. Например, диапазон видимого света находится между инфракрасным (длина волны ~700nm) и ультрафиолетовым (длина волны ~400nm). На диаграмме справа показан цветовой спектр, отражающий эти границы видимого света, а также две цветовые группы (красная и синяя), которые называются «семействами тонов». Любой цвет, взятый из спектра можно смешать с белым, черным и серым, и получить цвета соответствующего семейства тонов. Обратите внимание, что в семействе тонов присутствуют цвета с различной яркостью, хроматичностью и насыщенностью. Эти особенности иллюстрируются ниже с помощью кубической цветовой модели и 2-хмерных графиков.

Хроматичность (Chromaticity): высокохроматические цвета содержать максимум собственно цвета с минимальными или нулевыми примесями белого, черного или серого. Цвета, расположенные на внешних гранях цветового куба и не касающиеся белого и черного, обладают максимальной хроматичностью. Иными словами, степень отсутствия примесей других цветов в конкретном цвете характеризует его хроматичность.

Хроматичность, которую часто называют «сочностью», является количеством цвета (hue) в цвете. Цвет без цвета (hue) является ахроматичным или монохроматичным, и видим как серый. Для большинства цветов, по мере увеличения яркости увеличивается и хроматичность, за исключением очень светлых цветов. Пожалуй самый простой способ разобраться в этом трудном понятии, это представить себе следующую ниже картинку:

Примечание: иллюстрации показывают, как светлые цвета идут слева направо. Так показано увеличение хроматичности.

Насыщенность (Saturation): насыщенность, которую также называют «интенсивностью» (intensity) цвета, описывает силу цвета относительно его яркости (value) или яркости (lightness). Иными словами насыщенность цвета обозначает его отличие от серого при определенной яркости освещения. Например, цвета близкие к серому ненасыщенные по сравнению с более светлыми цветами, то есть такими, которые расположены ближе к внешним граням куба.

У цвета свойство «живой» или «полный» является ни чем иным, как отсутствием примеси серого или его оттенков. Важно отметить, что насыщенность измеряется вдоль линий одинаковой яркости (value/lightness). Обратите внимание на иллюстрации ниже и выше по тексту, где с помощью графиков и куба демонстрируется понятие насыщенности.

Внимание: Так же как верхние иллюстрации показывают, как насыщенность увеличивается слева направо, следующая иллюстрация демонстрирует увеличение насыщенности на примере куба.

Яркость (Value): яркость (используется термин «value» или «brightness») зависит от количества света, излучаемого цветом. Самый простой способ запомнить это понятие — это представить себе шкалу серого цвета, со сменой черного на белый, в которой содержатся все возможные варианты монохроматического серого цвета. Чем больше в цвете света, тем он ярче. Таким образом пурпурный — менее яркий, чем небесно-голубой, так как излучает меньше света. Эту шкалу серого цвета можно приравнять к цветной шкале, с помощью того же уравнения, которое используется в телевидении:

Яркость серого цвета = 0.30 Red + 0.59 Green + 0.11 Blue

См. иллюстрации ниже, где сопоставляются две шкалы. Рисунки ниже иллюстрируют увеличение яркости в двухи трехмерных схемах.

Светимость (Luminance): Это измерение цвета относится к яркости (value), но отличается по своему математическому определению. Светимость цвета измеряет интенсивность потока света на единицу площади его источника. Рассчитывается она путем вычисления среднего в группе ахроматичных цветов.

Достаточно сказать, что светимость растет от очень темного до очень светлого (сияющего) и может быть отображена с помощью цветового круга, который показывает все цвета (hue) с одинаковой светимостью. Если к цветовому кругу добавить немного света, мы тем самым увеличим интенсивность света и таким образом увеличим светимость цветов. Противоположное произойдет, если мы уменьшим свет. Сравните, как выглядят плоскости, отображающие светимость, с плоскостями, отображающими яркость (выше).

Цветовая модель

Цветовая модель — термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных (например, определение условий воспроизведения и/или просмотра — то есть задание способа реализации), множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

Трёхкомпонентное цветовое пространство стимулов

Человек является трихроматом — сетчатка глаза имеет 3 вида рецепторов света, ответственных за цветное зрение (см.: колбочки). Каждый вид колбочек реагирует на определённый диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый в колбочках светом определённого спектра, называется цветовым стимулом, при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул и, таким образом, восприниматься человеком одинаково. Это явление называется метамерией — два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами, будут неразличимы для человека.

Можно определить цветовое пространство стимулов как линейное пространство, если задать координаты x, y, z в качестве значений стимулов, соответствующих отклику колбочек длинноволнового (L), средневолнового (M) и коротковолнового (S) диапазона оптического спектра. Начало координат (S, M, L) = (0, 0, 0) будет представлять чёрный цвет. Белый цвет не будет иметь чёткой позиции в данном определении диаграммы всевозможных цветов, а будет определяться, например, через цветовую температуру, определённый баланс белого или каким-либо иным способом.

Полное цветовое пространство человека имеет вид конуса в форме подковы. Принципиально данное представление позволяет моделировать цвета любой интенсивности — начиная с нуля (чёрного цвета) до бесконечности.

Однако, на практике, человеческие рецепторы могут перенасытиться или даже быть повреждены излучением с экстремальной интенсивностью, поэтому данная модель не применима для описания цвета в условиях чрезвычайно высоких интенсивностей излучений и также не рассматривает описание цвета в условиях очень низких интенсивностей (поскольку у человека задействуется иной механизм восприятия через палочки).

Являясь линейным пространством, пространство цветовых стимулов имеет свойство аддитивного смешивания — сумма двух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этих двух цветов (см. также: Закон Грассмана).

Таким образом, можно описывать любые цвета (вектора цветового пространства) через линейную комбинацию цветов, выбранных в качестве базиса. Такие цвета называют основными (англ. primary colors). Чаще всего в качестве основных цветов выбирают красный, зелёный и синий (модель RGB), однако возможны другие варианты базиса основых цветов.

Выбор красного, зелёного и синего оптимален по ряду причин, например потому что при этом минимизируется количество точек цветового пространства, для представления которых используются отрицательные координаты, что имеет практическое значения для цветовоспроизведения (нельзя воспроизводить цвет излучением с отрицательной интенсивностью) Этот факт следует из того что пики чувствительностей L, M и S колбочек приходятся на красный, зелёный и синий части видимого спектра.

Некоторые цветовые модели используются для цветовоспроизведения, например воспроизведения цвета на экранах телевизоров и компьютеров, или цветной печати на принтерах. Используя явление метамерии, устройства цветовоспроизведения не воспроизводят оригинальный спектр изображения, а лишь имитируют стимульную составляющую этого спектра, что в идеале позволяет получить картину неотличимую человеком от оригинальной сцены. 1]

Трёхмерное представление цветового пространства человека.

Цветовое пространство CIE XYZ

Цветовое пространство XYZ — это эталонная цветовая модель, заданная в строгом математическом смысле организацией CIE (International Commission on Illumination — Международная комиссия по освещению) в 1931 году. Модель XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.

Функции цветового соответствия

Являясь трихроматом, человек имеет три типа светочувствительных детекторов или, другими словами, зрение человека трёхкомпонентно. Каждый тип детекторов (колбочек) имеет различающуюся чувствительность к разным длинам волн спектра, что описывается функцией спектральной чувствительности (которая напрямую определяется видом конкретных молекул фотопсинов, используемых данным типом колбочек). Можно сказать, что глаз, как детектор, выдает три вида сигнала (нервные импульсы). С математической точки зрения, из спектра (описываемого бесконечномерным вектором) путём умножения на функции спектральной чувствительности колбочек получается трёхкомпонентный вектор, описывающий детектируемый глазом цвет. В колориметрии данные функции принято называть функциями цветового соответствия (англ. color matching functions). Эксперименты, проведённые Дэвидом Райтом (англ. David Wright)[3] и Джоном Гилдом (англ. John Guild)[4] в конце 1920;х и начале 1930;х годов, послужили основой для определения функций цветового соответствия. Изначально функции цветового соответствия были определены для 2o-ного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10o-ного поля зрения. При этом в определении кривых модели XYZ заложен фактор своевольности — форма каждой кривой может быть измерена с достаточной точностью, однако кривая суммарной интенсивности (или сумма всех трёх кривых) заключает в своём определении субъективный момент, при котором реципиента просят определить, имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если эти источники абсолютно разного цвета.

Также, имеется произвольность относительной нормировки кривых X, Y и Z, поскольку можно предложить альтернативную работающую модель, в которой кривая чувствительности X имеет двукратно усиленную амплитуду. При этом цветовое пространство будет иметь иную форму. Кривые X, Y и Z в модели CIE XYZ 1931 и 1964 были выбраны таким образом, чтобы площади поверхности под каждой кривой были равны между собой.

Функции цветового соответствия Стандартного колориметрического наблюдателя, определённые комитетом CIE в 1931 году на диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм (с 5 нм интервалом). 2]

Хроматические координаты Yxy

На рисунке представлена классическая хроматическая диаграмма модели XYZ с длинами волн цветов. Значения x и y в ней соответствуют X, Y и Z согласно следующим формулам:

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

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

В математическом смысле, на данной хроматической диаграмме x и y — это координаты на плоскости проекции. Данное представление позволяет задавать значение цвета через светлоту Y (англ. luminance) и две координаты x, y. Однако светлота Y в модели XYZ и Yxy — это не то же самое, что яркость Y в модели YUV или YCbCr.

Обычно диаграмма Yxy используется для иллюстрации характеристик гамутов различных устройств воспроизведения цвета — дисплеев и принтеров. Конкретный гамут обычно имеет вид треугольника, углы которого образованы точками основных, или первичных, цветов. Внутренняя область гамута описывает все цвета, которые способно воспроизвести данное устройство.

Хроматическая диаграмма с длинами волн цветов.

Особенности цветного зрения

Значения X, Y и Z получаются путём умножения физического спектра излучения на функции цветового соответствия. Синяя и красная часть спектра оказывают меньшее влияние на воспринимаемую яркость, что может быть продемонстрировано на примере:

red

КРАСНЫЙ

green

ЗЕЛЁНЫЙ

blue

СИНИЙ

yellow

КРАСНЫЙ

+ЗЕЛЁНЫЙ

aqua/cyan

ЗЕЛЁНЫЙ

+СИНИЙ

fuchsia/magenta

КРАСНЫЙ

+СИНИЙ

black

ЧЁРНЫЙ

white

КРАСНЫЙ

+ЗЕЛЁНЫЙ

+СИНИЙ

Для среднестатистического человека, имеющего нормальное цветовое зрение, зелёный будет восприниматься ярче синего. 5] В то же время, хотя чистый синий цвет воспринимается как очень неяркий (если рассматривать надпись синего цвета с большого расстояния, то её цвет будет трудно отличить от чёрного), в смеси с зелёным или красным воспринимаемая яркость значительно повышается.

При определённых формах дальтонизма зелёный цвет может восприниматься эквивалентно-ярким синему, а красный как очень тёмный, либо вообще как неразличимый. Люди с дихромией — нарушением восприятия красного, например, не способны видеть красный сигнал светофора при ярком солнечном дневном свете. При дейтеранопии — нарушении восприятия зелёного, в ночных условиях зелёный сигнал светофора становится неотличимым от света уличных фонарей.

Классификация и различия цветовых моделей

Цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности:

XYZ — описание восприятия; L*a*b* — то же пространство в других координатах.

Аддитивные модели — рецепты получения цвета на мониторе (например, RGB).

Полиграфические модели — получение цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования (например, CMYK).

Модели, не связанные с физикой оборудования, являющиеся стандартом передачи информации.

Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSV.

Распространённые цветовые модели

Цветовая модель sRGB (IEC 61 966;2.1)[6], разновидность модели RGB, широко используется в компьютерной индустрии (на ней основаны широко распространённые форматы изображений JPEG и класс форматов видео MPEG).

CMYK — основная субтрактивная цветовая модель используемая в полиграфии.

В телевидении для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SECAM — модель YDbDr, а для NTSC — модель YIQ. Эти модели основаны на принципе, согласно которому основную информацию несёт яркость изображения — составляющая Y (важно — Y в этих моделях вычисляется совершенно по другому чем Y в модели XYZ), а две другие составляющие, отвечающие за цвет, менее важны.

Мастер-модель XYZ основана на замерах характеристик человеческого глаза (так называемого «Стандартного Колориметрического Наблюдателя»). XYZ — единственная цветовая модель, в которой любой цвет, ощущаемый человеком, представим только положительными значениями координат. Из модели XYZ выводятся все другие модели, путем соответствующих математических преобразований.

Ссылки

http://www.pechatnik.com.ua/ru/right_menu/main_conception_color

http://www.webmascon.com/topics/colors/9a.asp

http://www.webmascon.com/topics/colors/10a.asp

http://www.webmascon.com/topics/colors/10b.asp

http://www.webmascon.com/topics/colors/10c.asp

http://www.webmascon.com/topics/colors/10d.asp

http://www.webmascon.com/topics/colors/10e.asp

http://ru.wikipedia.org/wiki/Цвет Алексей Шадрин, Андрей Френкель. Color Management System (CMS) в логике цветовых координатных систем. Часть I, Часть 2, Часть 3.