ВСЕ О ЦВЕТЕ

C. Цветовые модели

C.1. Смешение цветов. Как образуются цветовые модели

C.2. RGB-модель. Образование цвета на экране монитора

C.3. CMYK-модель. Особенности. Образование цвета при печати на белом листе бумаги

C.4. HLS-модель. Понятие

C.5. Цветовая температура и цветовая гамма

C.6. Регулировка цвета

C.7. Другие цветовые модели

C.1. Смешение цветов. Как образуются цветовые модели

Как известно из школьного курса физики, белый цвет – это смесь из семи основных цветов: красного (red), оранжевого (orange), желтого (yellow), зеленого (green), голубого (cyan), синего (blue), и фиолетового (violet). Соответственно черный цвет – это отсутствие любого из цветов.

Рис. C.01. Основные цвета радуги.

Каждый из этих цветов имеет определенную частоту электромагнитных колебаний и длину волны. Но важно не это. Главное то, что глаз распознает эти длины волн рецепторами-колбочками, чувствительным к трем цветам: красному, зеленому и синему. При этом максимальная чувствительность наблюдается к зеленому цвету (550 нм). На этой избирательной чувствительности глаза к цвету основано так называемое явление смешения цветов.

Поясним это явление на следующим примере. Возьмем круг и раскрасим его в двенадцать цветов (см. рисунок 1). Это так называемый цветовой круг, важность которого в дизайне трудно переоценить. Для нас в настоящее время важно то, что любой цветовой сектор можно получить смешением цветов (красок) из двух соседних секторов. Так, красный цвет получается путем смешения цвета magenta и желтого, желтый – зеленого и красного, синий – голубого и фиолетового и т.п.

Поэтому для определения любого цвета достаточно использование только трех базовых цветов, расположенных в трех противоположных концах цветового круга (см. рисунок B.03.). На выборе этих трех базовых цветов основан выбор цветовой модели.

Кроме этих трех базовых цветов важна их интенсивность. Так, даже чисто зеленый цвет может иметь оттенки от темно-зеленого до ярко-зеленого (lime). Яркость цвета также должна учитываться при составлении палитры.

C.2. RGB-модель. Образование цвета на экране монитора

Рис. C.02 Триада RGB-модели.

В ЭЛТ-трубках, ЖК- и плазменных панелях при образовании цвета используется RGB-модель. Каждая точка изображения (или пиксель, pixel) содержит в себе три точки, светящихся красным, зеленым и синим цветом. Не вдаваясь в описание устройства мониторов и панелей, отметим, что они могут регулировать по отдельности яркость и соотношение цветов в каждом пикселе изображения. В зависимости от конструкции и режима работы монитора он может передавать различную глубину цвета. Глубина цвета определяется числом градаций (ступеней) яркостей каждого цвета пикселя. Для так называемых полноцветных палитр различают 16-битную (High Color), 24-битную (True Color), 32-х и 48-и битную глубину цвета. Сравнение этих глубин цветов приведены в таблице I. Далее рассматривается только палитра True Color.

При глубине цвета в 24-бит на каждый цвет отводится 8 бит (значения в промежутке 0-255). Значение 0 соответствует отсутствию свечения данного цвета пикселя, а значение 255 соответствует его максимальной яркости. Поэтому "черному" пикселю соответствует значение (0, 0, 0) RGB-модели, а белому – значение (255, 255, 255). Соответствие основных цветов RGB-модели показано в таблице II.

Отметим, что RGB-модель – единственная модель, не использующая понятие "яркости" цвета. Каждый цвет однозначно определяется "яркостью" каждого из трех пикселей. Это необходимо учитывать при преобразовании цвета из или в RGB-модель.

C.3. CMYK-модель. Особенности. Образование цвета при печати на белом листе бумаги

Рис. C.03 Тетрада CMYK-модели.

Особенность типографской печати – печать осуществляется на бумаге, имеющей белый цвет. Любой цвет как бы "растворяется" в белом цвете. Это учитывается при образовании изображения. Например, чтобы получить светло-желтый цвет, достаточно 50% площади изображения залить чисто желтым цветом, а 50% – оставить пустым. Поэтому в "чистой" CMYK-модели цвет измеряется в процентах.

Базовыми цветами в CMYK-палитре служат четыре цвета: голубой (циан, 'cyan'), пурпурный (магента, 'magenta') и желтый ('yellow'). Эти цвета расположены на противоположных концах цветового круга, и при смешивании образуют черный (ключевой, 'key') цвет.

В "чистом" виде любой цвет в CMYK-модели определяется четырьмя цифрами от 0 до 100, задающие количество каждой краски (в процентном отношении) на площади листа. Для пользователей компьютерной техники разработана так называемая 'CMYK255' модель. Ее особенность – количество краски измеряется ступенями не от 0 до 100, а от 0 до 255, что позволяет проще пересчитывать цвета в RGB-модель.

Важное значение в CMYK-моделе играет ключевой ('key'), черный цвет. С его помощью можно получить "темные" оттенки любого цвета. Так, добавляя "черный" цвет в желтый, можно при их определенном соотношении получить коричневый, бежевый и другие цвета. Таким образом, меняя соотношение "белой" и "черной" краски в цвете, можно получить всю гамму оттенков света, от светлых до темных.

Соответствие основных цветов значениям CMYK255-модели показано в таблице III.

Примечание: приведение стандартной цветовой RGB-модели в CMYK-модель называется "цветоделением". Эта процедура проводится при печати цифровой публикации и может производится в автоматическом и полуавтоматическом режиме.

C.4. HSL-модель. Понятие

Рис. C.04 Образование цвета в HSL-модели.

Теперь рассмотрим модель, которая основна не на смешении базовых цветов, а на других "базовых" понятиях: оттенок ('hue'), насыщенность ('saturation') и "светлости" ('light'). Проясним эти понятия.

"Оттенок" (Hue) определяет степень отличия данного цвета от других. Фиолетовый и желтый – это разные цвета. Меньшие по значению оттенка цвета смещаются в "красную" сторону. а большие значения 'hue' – в голубые и фиолетовые.

"Насыщенность" (Saturation) – это мера интенсивности цвета. Чем выше насыщенность, тем более сочным кажется цвет. При слабой насыщенности цвет выглядит тусклым и, в зависимости от значения 'light', темным или бледным. Проще говоря, "насыщенность" цвета – это контраст, применимый только к цвету (не затрагивая ключевой цвет.) Насыщенность измеряется от 0 до 100%.

"Яркостью" ("светлостью", 'Light') цвета принято называть степень близости данного цвета к белому или черному. Такой характеристикой обладает любой цвет. Так, желтый цвет находится ближе к белому цвету, а различные оттенки синего – к черному. Цвета хорошо сочетаются между собой, если они либо близки по яркости, либо резко по ней разнятся.

Численные значения оттенка тона (Hue), насыщенности и яркости определяются следующим образом:

1. Оттенок Hue измеряется в углах поворота цвета (в градусах) по цветовому кругу, образуемой радугой. Начало отсчитывается от самого красного цвета (0 градусов, или 360 градусов). По этому кругу, например, желтый цвет будет иметь оттенок 60 градусов, зеленый -- 120 градусов, а пурпурный -- 300 градусов.
2. Насыщенность ("Saturation") и светлота ("Lightness") может измеряться в процентах (от 0% до 100%) или в ступенях (от 0 до 255). Цвет любого тона со светлотой 0% будет черным, с насыщенностью 0% и светлотой 100% будет белым, а цвет со светлотой и насыщенностью 100% будет равен чистому тону. Остальные цвета имеют промежуточные значения светлоты и насыщенности.
3. Уменьшая насыщенность цвета примерно до 0%, и не трогая яркость, мы получим самый простой способ приведения картинки к черно-белому изображению.

Рис. C.05. Результаты скрининга.

Изменение яркости лежит в основе скрининга, заключающегося в варьировании доли черного цвета в составе чистого тона. Например, красный цвет, содержащий 15% черного, выглядит в два раза более ярким, чем тот же красный, но уже с 30% черного цвета (см. рисунок C.05.). Яркость отсчитывается от 0 (черный цвет) и имеет переменную верхнюю границу, в зависимости от оттенка.

Составляя комбинации из разных оттенков и варьируя их яркость и насыщенность, можно получить целый ряд эффектов, оперируя всего несколькими цветами.

C.5. Цветовая температура и цветовая гамма

Важными параметрами цвета является цветовые температура и гамма. Рассмотрим эти параметры по-подробнее.

Как известно, белый цвет образуется путем смешения электромагнитных волн различных частот. Самый простой способ получения "белого" цвета – это нагреть физическое тело (например, нить в лампы накаливания, газ в люминесцентной лампе) до высокой температуры. Но из институтского курса физики известно, что спектральный состав излучения тела, нагретого до "белого каления", при разных температурах будет различным. Так, тело, нагретое до 6400 град. Цельсия, будет иметь большую составляющую красного цвета, а нагретое до 9300 град. Цельсия – голубую. И глаз способен различить эту разницу в "белом" свете.

Точно также любой "белый" цвет, будь то солнечный цвет или лист бумаги, имеет свою цветовую температуру. Поэтому, "накладывая" одни и те же цвета на белый цвет разной температуры, мы получим разные результаты: смещение в голубую часть спектра при высоких цветовых температурах и в красную сторону при низких температурах.

Этим объясняется важность подбора цветовой температуры. К счастью, в мониторах можно менять цветовую температуру. Можно выбрать стандартные значения цветовой температуры (6400 и 9300 градусов Цельсия), а можно задать собственную температуру. Температура регулируется соотношением яркости максимального свечения красного, синего и зеленого цветов пикселя. При печати и сканировании такой коррекции не предусмотрено, и пользователь должен "доверять" заводским установкам. Еще раз следует заметить – цветовая температура задается аппаратно.

В отличие от цветовой температуры цветовую гамму можно регулировать программно. Цветовая гамма – это изменение величины "ступеней" при передаче цвета базовыми цветами. Значение гаммы по-умолчанию – 1.0 (все ступени пропорциональны и равномерно распределены от 0 до 255). При увеличении значения гаммы цвета становятся как бы "светлее" и "сочнее". Это осуществляется замедлением роста темного цвета (key) при уменьшении значения яркости цветов. При уменьшении значения гаммы наблюдается обратный эффект. Заметим, что разные программы могут использовать свое значение гаммы, и это надо учитывать при работе с цветными изображениями.

При вводе, редактировании и выводе цветных изображений часто необходимо осуществлять цветокоррекцию. Основные пути "внесения" ошибок в цветопередачу следующие:

1. Неверно выбраны цветовые температуры источника и приемника изображений.
2. В процессе подготовки изображений выбирались разные гаммы.
3. При сканировании неверно взяты контрастность и яркость изображения.
4. Оригинал (фотография, пленка) изначально имеют дисбаланс цветов.
5. При сканировании оказались "сдвинуты" оттенки 'hue' цветов (например, не прогрелся сканер).
6. Съемка сделана в неблагоприятных условиях. Этот недостаток труднее всего скорректировать.
7. Съемка велась на пленку низкой/высокой светочувствительности. При этом наблюдается "затемнение"(/"засветление") цветов. Такие искажения также трудно исправить.
8. При подготовке публикации или редактировании изображения неправильно применены специальные эффекты (например, применение специальных фильтров PhotoShop). Эти недостатки не поддаются коррекции.

Цветокоррекция проходит через следующие стадии:

1. Выставляются правильные значения яркости и контрастности снимка. Для самой точной настройки изображение можно преобразовать в рисунок с 256-ю градациями серого, вывести на нем истинные значения яркости и контраста, а затем те же настройки применить и для цветного изображения. Восстановление правильного контраста и яркости снимков может решить большинство проблем с цветопередачей.
2. Затем необходимо правильно выставить баланс базовых цветов. Эта операция может осуществляться совместно с третьей операцией, и требует большой осторожности. Перед этой операцией сделайте резервную копию изображения. В результате этой операции можно, например, ослабить красную составляющую пленки AGFA или синего пленки Konica (эти дефекты присущи вышеназванным пленкам).
3. Для исправления общего цветового баланса отрегулируйте оттенки в HSL-модели. Уменьшая значение hue, Вы добавляете в изображение красные оттенки, а увеличивая – синие. Этим можно исправить грубейшие оттенки в цветопередаче.
4. Далее следует самый ответственный момент – изменение яркости, насыщенности и гаммы цвета. Здесь нет готовых рецептов – все решает Ваш художественный вкус. Отметим только, что увеличение значений гаммы, яркости и насыщенности делает изображение светлее, и наоборот, уменьшение их значения делает изображение темнее. Так, изображение на пленке с низкой чувствительностью можно исправить, увеличив значение яркости и гаммы цвета.

При коррекции изображений автор не рекомендует пользоваться коррекцией "по-умолчанию", которая часто портит изображение. Она в основном служит для подсказки, указывает "путь" исправления цвета.

Иногда, при неправильно выставленных параметрах фотосъемки, изменение цветовой температуры наблюдается не на всей фотографии, а только в тенях, светлых промежутках, или на отдельных частях изображения. Такие искажения можно исправить с помощью программы Photoshop и ряда других графических редакторов, а также с помощью специальных дополнение (Plug Ins) к ним. Так, программа Photoshop позволяет производить цветокоррекцию: по всему полю, только в тенях, только в светах, только в выделенных областях. Используйте эту возможность при допечатной подготовке фотографий!

C.7. Другие цветовые модели

Помимо трех основных цветовых моделей (RGB, CMYK, HSL) существуют и другие модели. Вкратце рассмотрим их.

1. CMY (cyan, magenta, yellow). Эта модель аналогична модели CMYK, но в ней отсутствует черный, ключевой (key) цвет. Дело в том, что по большому счету черный цвет и не нужен – он образуется смешением желтого, пурпурного и голубого цвета. Ключевой цвет используется для экономии чернил (вместо трех проходов тремя цветами производится печать черным цветом). Вследствие этого значения цветов в CMY-модели выше, чем в CMYK (на величину черного цвета). CMY-модель лучше совместима с RGB-моделью, чем CMYK.



Рис. C.06 Основные цвета CcMmYK-модели.

2. CcMYK, CcMmYK-модели. Это некоторые "промежуточные" модели, используемые в струйных принтерах (Epson, Lexmark) и фотопленках (Fuji Film). Для лучшей передачи оттенков, экономии чернил и уменьшения муара к основным цветам CMYK-модели добавляется светло-голубой (light cyan, c) и светло-пурпурный (light magenta, m) цвета. Самостоятельного значения эти палитры не имеют.



a)



b)

Рис. C.07 ПЗС-матрицы.
a) Обычная (RGGB), b) Фирмы SONY (RGTB)

3. RGGB, RGTB-модели (Red, double Green, Blue; Red, Green, Teal, Blue). Эти модели также не имеют самостоятельного значения, и применяются в ПЗС-матрицах цифровых фотокамер. Использование второго зеленого цвета или цвета морской волны (teal) объясняется следующими причинами:
• Использование "квадратного" пикселя в цифровых камерах не имеет альтернативы: "треугольный" пиксель потребовал бы усложнения оптики камеры.
• Более высокая чувствительность глаза, а тем более фотопленки к зеленому цвету, чем к красному, требует наличие дополнительного сенсора к зеленому цвету. Поэтому введение в пиксель еще одного зеленого, а лучше – цвета морской волны (чувствительного к зеленому и синему цветам) вполне оправдано.

Данные из RGGB и RGTB-моделей процессором цифровой камеры преобразуются в стандартную RGB-модель и в таком виде записывается в память.

Замечания о формате файлов RAW в цифровой фотографии. В цифровой фотографии данные, полученные непосредственно с ПЗС матрицы и обработанные только аналого-цифровым преобразователем (АЦП), записываются непосредственно на карту памяти. При этом минуется операция преобразования в RGB цветовую модель и записи файлов в формате JPEG. Поскольку АЦП цифровых камер имеет разрядность 16 бит (по сравнению с 8 бит RGB модели) и позволяет сохранять по 65536 оттенков на канал несжатого изображения (против 256 оттенков на канал сжатого JPEG-изображения). В итоге RAW-файлы способны хранить информацию о 2.81474976711*10^14 цветах! Поэтому файлы в RAW формате можно подвергать большей глубиной обработки в графических редакторах, не беспокоясь о потере качества изображения в результате артефактов и частичной потери информации при редактировании изображения.

Большинство современных графических редакторов умеют обрабатывать RAW файлы (правда, для некоторых из них необходимы специальные дополнения). RAW-форматы различаются для разных камер у разных производителей.

Приложения:

HSL-модель для 12 основных цветов цветового круга (Файл с рисунком HUE-12.JPG, 73412 байт)

30.03.2008, Версия 0.1.00 Beta

08.04.2006, Version 0.01a build 1