Учебно-методическое пособие Барнаул-2004 удк печатается по решению Ученого совета Барнаульского государственного педагогического университета

Вид материала

Содержание

Математическое описание цвета
Цветовые модели
Цветовой охват
Модель RGB
Модель CMYK

Подобный материал:

1 ... 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Математическое описание цвета

Любое изображение имеет цвет, даже черно-белое. Изображение находится в памяти компьютера в цифровом виде, то есть каждая точка его описана определенным числом. При сканировании или съемке цифровой камерой происходит кодирование изображения в цифровую форму, при печати и отображении на экране — обратный процесс, получение картинки из кода. В процессе компьютерной обработки изображений вы обязательно будете менять цвет его пикселов, давая программе команду поменять какие-то из значений кода.

Для того чтобы все это было возможно, необходимо решить задачу выражения цвета в численном виде. Это задача очень сложная и до сих пор не имеющая однозначного решения. Дело в том, что цвет существует только при наличии наблюдателя, который может его увидеть. Реальный свет (например дневной) представляет собой смесь различных световых волн, то есть имеет сложный спектр. Человеческий глаз улавливает световые волны в определенном интервале длин и интенсивностей (видимый спектр излучения). Затем мозг обрабатывает поступающие сигналы и в зависимости от сочетания длин волн и их интенсивности человек воспринимает предметы различным образом окрашенными. Таким образом, реально цвет относится не только к самому предмету, но и к особенностям физиологического восприятия конкретного наблюдателя. Разные люди видят цвет по-разному.

Цветовые модели

Условно цвета можно разделить на излучаемые и отраженные (образующиеся при отражении падающего света от объектов после частичного поглощения). Излучаемые цвета — это цвета светящихся объектов, таких как экран телевизора, лампочка, звезда и т. п. Для излучаемых цветов черный цвет — это отсутствие всякого излучения. Чем больше интенсивность и разнообразнее спектр излучения, тем свет более светлый и яркий. Максимально яркий из воспринимаемых излучаемых цветов — белый. Он содержит весь видимый спектр излучения. Отраженные цвета образуются по несколько более сложному механизму. Свет определенного спектра, например солнечный, попадает на несветящиеся предметы. Затем часть спектра поглощается поверхностью предмета, а оставшаяся часть отражается и улавливается глазом. Если, например, поглощены все длины волн (уровни спектра), кроме красного, предмет воспринимается красным. Предметы черного цвета поглощают весь падающий цвет. Белые предметы целиком отражают излучение. Эти два типа цветов отличаются по своим свойствам. Излучаемые цвета всегда более яркие, чем отражённые, поскольку интенсивность отраженного света меньше, чем падающего.

Еще одна трудность в описании цветов — это их колоссальное количество. Глаз очень чувствителен к цветам видимого спектра и легко различает их, особенно в некоторых областях. Не существует устройств, которые могут воспроизвести весь диапазон видимых оттенков, поэтому цвета изображения на экране или бумаге почти всегда отличаются от оригинальных.

Для разных целей были предложены различные модели описания цвета. Излучаемые цвета наиболее корректно описываются в рамках модели RGB. Наиболее подходящей моделью для описания процесса цветной печати является CMYK. Наконец, универсальной моделью для характеристики цвета на протяжении всего процесса воспроизведения изображения признана Lab.

Цветовой охват

Мы видим мир цветным. Наш глаз — это устройство, воспринимающее цвета. Цвета воспринимают также фотопленка и сканер. Цвета также можно воспроизвести, для этого служат краски художника, офсетная машина, монитор, фотобумага. Кроме того, цвета могут быть математически выражены в определенных цветовых моделях. Число цветов, участвующих в каждом из этих процессов, хоть и велико, но меньше всего диапазона. Так, глаз не воспринимает цвета ультрафиолетового и инфракрасного излучения, фотоаппарат — цвета очень темных тонов, традиционная офсетная печать не передает яркие синий, зеленый, оранжевый тона и светлые оттенки. Диапазон цветов, который может быть воспроизведен, зафиксирован или описан каким-либо способом, называется цветовым охватом. Цветовой охват имеют устройства и математические модели описания цвета.

Следовательно, цветовой охват монитора, офсетной машины и глаза разный, причем у глаза он наибольший. Часть из того, что воспринимает глаз, может передать монитор (на экране нельзя точно передать, например, чистые голубой или желтый цвета). Часть из того, что передает монитор, можно напечатать (например, при полиграфическом исполнении совсем не передаются яркие, "ацидные" цвета монитора — зеленый, голубой и др.).

Модель RGB

Эта цветовая модель описывает излучаемые цвета и может считаться основной для компьютерного дизайна. Однако работать в ней непривычно.

Базовыми компонентами модели являются три цвета лучей — красный, зеленый, синий. Именно эти цвета излучает сетка люминофора на поверхности монитора. Остальные цвета получаются как сочетания этих трех. В тех же базовых цветах воспринимает цвета изображения сканер.

В модели RGB (Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий)) остальные цвета спектра выражаются как результат смешения базовых в различных пропорциях. При сложении (смешении) двух лучей основных цветов результат светлее составляющих. Цвета этого типа называются аддитивными. Из смешения красного и зеленого получается желтый, из смешения зеленого и синего получается голубой, а синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Смешав три базовых цвета в разных пропорциях, можно получить все многообразие оттенков. Базовые цвета называют компонентами или каналами. RGB — трехканальная цветовая модель.

Программа может измерить количество каждой компоненты в процентах или числами от 0 до 255, то есть каждый базовый цвет имеет 256 различных оттенков. Почему 256 оттенков?

В программах для персональных компьютеров на каждый канал изображения отводится 8 бит. 256 — это максимальное число различных значений, которые могут быть выражены восемью битами. Следовательно, восьмибитный канал имеет 256 оттенков или градаций. Изображение на экране офисного монитора также имеет восьмибитные каналы (в режиме TrueColor), что соответствует 16,7 млн возможных цветов изображения. Изображения, имеющие большее число оттенков (скажем, с 16-битными каналами), существуют и используются для высококачественной полиграфии. Однако для их просмотра необходим специальный монитор. На обычном офисном мониторе глубина цвета более 8 бит недостижима, и дополнительные оттенки такого изображения не видны.

Модель RGB может быть описана как трехмерная система координат, каждая из которых соответствует одному из базовых цветов (каналов). Значения базового цвета меняются от нуля до максимума (100% или 255 градаций).

Модель CMYK

Подавляющее большинство объектов не излучает собственный свет, но тем не менее они тоже окрашены. Несветящиеся объекты поглощают часть спектра света, освещающего их, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, какой цвет имеет падающий свет, и в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают (окрашены в) разные цвета. Цвета, которые используют падающий свет, вычитая из него определенные части спектра, называются субтрактивными ("разностными"). Субтрактивные цвета легче для понимания, чем аддитивные, поскольку вы часто оперируете ими (например, при покраске дачи или рисовании акварельными красками). Смешение субтрактивных составляющих затемняет результирующий цвет (объект поглощает больше света). Смешение максимальных количеств всех компонент даст черный цвет. При нулевых значениях компонент объект не поглощает свет и имеет белый цвет (белая бумага). Смешение равных значений трех компонент даст оттенки серого.

CMYK — наиболее популярная модель, описывающая субтрактивные цвета, и основная модель, используемая в полиграфии. Описываемое ею цветовое пространство также образовано из трех базовых цветов. Модель CMYK тесно связана с моделью RGB: ее базовые цвета — результат вычитания основных RGB-компонент из белого цвета. Это Cyan (голубой = белый — красный), Magenta (пурпурный = белый — зеленый), Yellow (желтый=белый-синий)

Цветовое пространство модели представляет собой перевернутое пространство RGB. Черный цвет — максимальные значения компонент, белый — нулевые, черная и белая точка связаны серой шкалой. В вершинах куба располагаются чистые цвета CMY и их двойные смешения (которые представляют собой цвета RGB).

Модель CMYK описывает реальный процесс цветной печати. Пурпурная, голубая, желтая краски ("полиграфическая триада") последовательно наносятся на бумагу в различных пропорциях. Этими красками большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.

При печати очень темных и черного цвета теоретически необходимо нанести в область черного максимальное количество каждой краски. На практике это не осуществляется, поскольку ведет к переувлажнению бумаги и неоправданному расходу красок. Кроме того, реальные краски обязательно содержат примеси, и при смешении дадут не черный, а темно-коричневый цвет.

Для решения этой проблемы в число основных полиграфических красок (и в модель) была внесена черная краска (черный канал). Сокращение CMYK состоит, таким образом, из обозначений каждой компоненты С — это Cyan (Голубой). М — это Magenta (Пурпурный), Y — Yellow (Желтый). Черная компонента сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (Key) в процессе цветной печати. CMYK — четырехканальная цветовая модель. Как и для модели RGB, количество каждой компоненты может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255. Обратите внимание, что черный цвет не является математически обоснованным — он введен в состав модели только в связи с технологией печати.