Свет и восприятие изображения
Свет представляет собой электромагнитные волны. Мы можем видеть предметы, если они излучают световые волны или отражают световые волны от источника освещения.
Первичным органом восприятия, в котором происходит обработка светового возбуждения, является глаз.
Световые волны, непосредственно излучаемые или отражаемые объектом, собираются хрусталиком и через стекловидное тело проецируются на сетчатку. Там они возбуждают определенные нервные клетки, физиологическая функция которых заключается в распознавании световых волн. В результате возбуждения в нервных клетках возникает электрический сигнал, который по зрительному нерву поступает в зрительный центр мозга, где и возникает зрительное впечатление.
На самой сетчатке можно выделить две области, которые называют желтым и слепым пятном. На слепом пятне нервные пути сетчатки сливаются в зрительный нерв. Поскольку в этом месте не имеется нервных клеток, свет, попадающий на слепое пятно, не обнаруживается. На желтом пятне имеет место обратная картина. Оно расположено по центру зрительной оси и содержит особенно много зрительных клеток, причем по преимуществу таких, которые важны для цветового зрения (колбочек). При хорошем освещении наш глаз обычно фокусирует падающий свет на желтом пятне. Наоборот, ночью сильной фокусировки приходится избегать, поскольку из-за низкой светочувствительности колбочек зрительное восприятие существенно ослабляется.
Яркостная и цветовая информация.Исходящий от источника свет, представляет собой смесь световых волн различной длины. Единственным исключением являются так называемые монохроматические источники света. Примером таких источников служат широко распространенные натриевые лампы. Они излучают свет только одной длины волны в оранжевой области спектра. Их часто применяют для уличного освещения.
Длина световых волн выражается в нанометрах (нм), которые представляют собой миллиардные доли метра (10-9). Наш глаз устроен таким образом, что мы можем воспринимать световые волны с длинами от 380 нм до 780 нм. Это лишь крошечный участок спектра электромагнитных волн, который охватывает длины волн от 104 до 10-14 м.
Энергия, переносимая электромагнитной волной, непосредственно зависит от ее длины. Энергия увеличивается с уменьшением длины волны. Поэтому коротковолновые ультрафиолетовые лучи по энергии значительно превосходят более длинноволновые инфракрасные лучи. Какое влияние все это оказывает на характеристики света как переносчика информации?
Выражаясь упрощенно, можно сказать, что общее число всех световых волн в световом луче, которое эквивалентно его общей энергии, обуславливает интенсивность или яркость света, тогда как пропорции, в которых представлены различные световые волны, влияют на его цветность. При этом доминирующие длины волн определяют цветность. Свет как носитель информации содержит только два вида информации — информацию о яркости и информацию о цвете. Поэтому для дальнейшего изучения необходимо хорошо усвоить смысл этих понятий.
Цветовое зрение.Раздельная обработка цветовой и яркостной информации в биологических и технических системах представляет собой в равной мере непростые задачи. За цветовое и яркостное восприятие человеческого газа отвечают два различных вида нервных клеток, которые называют соответственно колбочками и палочками.
Палочки образуют однородную популяцию нервных клеток. Они гораздо более чувствительны к падающему свету, чем колбочки, и при этом способны регистрировать только суммарную энергию света. Поэтому палочки пригодны для восприятия только яркостной информации. Благодаря им обеспечивается возможность распознавать предметы и в условиях плохого освещения — хотя и как серые на сером фоне.
В противоположность палочкам имеется три сорта колбочек. Они различаются по сенсорным молекулам, которые обеспечивают обнаружение световых волн. Чтобы нервная клетка могла различать световые волны, она должна вырабатывать особое химическое вещество — зрительный пигмент, который поглощает энергию световых волн. При этом в клетку поступает энергия, которая, при условии превышения определенного порогового значения, вызывает появление нервного импульса.
В зависимости от вида зрительного пигмента световые волны различной длины улавливаются колбочками с разной эффективностью. В этой связи говорят о спектральной чувствительности сенсорных молекул и соответственно колбочек. Это иллюстрирует рис.3.
Зрительные пигменты и соответственно три разных вида колбочек имеют максимумы чувствительности в синей, зеленой и красной областях спектра. Таким образом они оптимизированы на распознавание света длинных, средних и коротких волн, которые соответствуют красному, зеленому и синему свету.
Когда в глаз попадает свет, который состоит в основном из длинноволновых компонентов, он наиболее эффективно улавливается сенсорными молекулами, максимум области поглощения которых приходится именно на длину волны красного света. Это приводит к возбуждению соответствующих колбочек, и такой свет воспринимается нами как красный. Если свет содержит длинноволновые и средневолновые составляющие, то на него реагируют два вида колбочек, которые эффективно воспринимают длинноволновый и средневолновый свет, и мы воспринимаем свет как желтый, который образуется благодаря смешению красного и зеленого. Если же в свете одинаково представлены все длины волн, одновременно возбуждаются все три вида колбочек, и мы воспринимаем свет как белый. Таким образом, наше цветовое зрение основывается на наличии в сетчатке трех различных видов сенсорных клеток, которые оптимизированы на распознавание красного, зеленого и синего цветов.
Процесс функционирования колбочек и палочек не имеет принципиальных отличий. В обоих случаях происходит поглощение световых волн, и по достижении фиксированного порога вырабатывается нервный импульс. При этом оба вида клеток реагируют на интенсивность падающего света. Решающее различие состоит в том, что палочки поглощают световые волны всего видимого спектра, тогда как колбочки эффективно различают определенные длины волн. Затем мозг определяет, в каких соотношениях возбуждены три вида колбочек, и на этой основе создается цветовое восприятие.
Все устройства, которые производят обработку цветовой информации, содержащейся в свете, основаны на раздельном распознавании красной, зеленой и синей цветовых составляющих света. Далее мы будем говорить об аддитивном цветовом синтезе, в основе которого два свойства света: возможность разложить свет на цветовые составляющие и возможность получения цвета путем их смешения. Но перед этим еще нужно разобраться в том, как свойства колбочек и палочек влияют на чувствительность зрения к яркости света.
Яркостная чувствительность.Как видно из рис.3, области чувствительности колбочек значительно перекрываются. Поэтому, как правило, в процессе цветового зрения возбуждаются все три вида колбочек. Кроме того, существенно различаются эффективности поглощения световых волн. Особенно хорошо воспринимается зеленый свет, красный свет — уже несколько хуже, а чувствительность к синему свету чрезвычайно низка. Это приводит к тому, что цветовые составляющие цветного изображения вносят разные вклады в ощущение яркости. Наименьший вклад в общую яркость вносит синяя составляющая. Это иллюстрирует рис.4, на котором представлена спектральная чувствительность колбочек и палочек. На вертикальной оси этого графика используется логарифмический масштаб.
Как результирующая чувствительность колбочек, так и чувствительность палочек имеет максимум на длине волны около 550 нм, что соответствует желто-зеленому свету, но при этом чувствительность палочек почти в 1000 раз выше, чем у колбочек. Таким образом, максимум чувствительности нашего зрения лежит в желто-зеленой области спектра.
Низкая чувствительность зрения к синим цветовым тонам является также причиной того, что синяя окраска фона особенно хорошо подходит для цветных диапозитивов. Если черный шрифт напечатан на белом фоне, то шрифт и фон воспринимаются одинаково четко. Если же, например, белый шрифт находится на синем фоне, то значение фона как бы теряется, и в ощущении изображения доминирует шрифт или остальные элементы изображения с другой окраской.
Наряду с теоретическими исследованиями проводились также психологические тесты, чтобы выяснить, какую долю в ощущение яркости вносят отдельные цвета. При этом было установлено, что для большинства людей ощущение яркости при восприятии цветных изображений определяется на 59% зеленой составляющей (G), на 30% красной составляющей (R) и на 11% синей составляющей (В). Если известны зеленая, красная и синяя составляющие источника света, воспринимаемую яркость этого источника нельзя вычислить простым суммированием трех цветовых составляющих. Необходимо принять во внимание разную чувствительность зрения каждой из них. При этом общая яркость вычисляется по формуле:
Яркость = 0,59´Зеленый + 0,3´Красный +0,11´Синий.
Цвет. Свойства цвета
Цветовая система.Сколь бы фантастичными ни были возможности глаза и мозга человека, существует серьезная проблема — субъективность нашего цветового восприятия. Цвет представляет собой индивидуальное ощущение, и мы не можем составить суждение о спектральном составе света. Поэтому принципиально невозможно определить, насколько по-другому воспринимают цвета другие люди, тем более что даже у одного человека цветовая чувствительность претерпевает изменения. Такие определения цвета, как «вишневый» или «небесно-голубой», довольно расплывчаты, и разные люди сопоставляют их с различными цветами на цветовой шкале. В технике, и особенно при обработке изображений, субъективность в высшей степени нежелательна. Только при наличии объективных измерительных систем, позволяющих установить однозначное определение цветности, можно обеспечить, чтобы видеомониторы и телевизоры разных изготовителей одинаково воспроизводили один и тот же цвет.
Объекты приобретают тот или иной цвет благодаря своей способности отражать, поглощать или пропускать свет. Чувствительность наших глаз позволяет нам различать тысячи всевозможных оттенков, составляющих видимый спектр - в том числе множество таких цветов, которые не могут быть воспроизведены на экране монитора или переданы с помощью печатной машины.
Для описания цветов мы используем три основные характеристики - цветовой тон, цветовое значение и насыщенность. Цветовой тон - это не что иное, как длина световой волны, отраженной от объекта или пропущенной через него. Цветовой тон определяет название цвета, например: красный, зеленый, синий и т.п. Цветовое значение(которое называют также яркостью или светлотой) характеризует степень яркости цвета - оно является показателем близости оттенков к черному или белому цвету. Насыщенность определяет, будет ли цвет выглядеть тусклым или сочным.
На индивидуальное восприятие одних и тех же цветовых характеристик в определенной мере влияет окружающая обстановка, например, разница в освещенности объектов. Как правило, в повседневной жизни мы не обращаем на это никакого внимания, однако, например, в области полиграфии даже несущественные на первый взгляд различия могут обернуться весьма значительными искажениями при печати. Только поняв механизм влияния тех или иных факторов на визуальное восприятие цветов и на точность цветопередачи при печати, можно получать предсказуемые результаты.
Каждое устройство, задействованное в создании публикации - будь то сканер, цветной монитор, цветной настольный принтер или печатная машина, - характеризуется собственным диапазоном воспроизводимых цветов (цветовым пространством). Даже однотипные устройства, например, два монитора, выпущенные одной фирмой, могут отображать одни и те же цвета по-разному. Как правило, мониторы имеют более широкое цветовое пространство, чем настольные принтеры или печатные машины. В то же время, существует целый ряд специальных полиграфических эффектов (например, создаваемых посредством лаков или металлизированных красок), которые не могут быть получены на экране монитора.
Необходимо также отметить, что сканеры и цветные мониторы используют для описания цветов иную цветовую модель, нежели принтеры и фотоавтоматы. На пути от экрана монитора до печатной машины все цвета преобразуются из одного цветового формата в другой, поэтому результаты печати в большинстве случаев не вполне точно соответствуют тому, что вы видите на экране.
Именно для этой цели были разработаны различные математические методы точного описания цвета, каждый из которых больше подходит для определенной области применения. Важнейшие системы, которые применяются практически во всех программах обработки изображения, будут подробно рассмотрены в последующих разделах.
Цветовые модели
Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Почему для описания цветов используются разные цветовые модели? Потому что разные устройства используют разные методы обработки света. Рассмотрим подробнее цветовые модели. В теории цвета существует несколько цветовых систем, основными из которых являются RGB, CMYK и HSB.
Аддитивный цветовой синтез и цветовая система RGB.Более трехсот лет назад английский физик Исаак Ньютон открыл, что свет, кажущийся бесцветным, можно с помощью стеклянной призмы разложить на множество лучей различного цвета. Это явление основано на том, что угол отклонения (преломления) световой волны стеклянной призмой зависит от длины волны. Коротковолновые лучи синего света отклоняются существенно сильнее, чем относительно длинноволновые лучи красного света. Благодаря этому световые волны разделяются и выходят из призмы в разных участках.
Это доказывает то, что белый свет образуется из цветных составляющих. Таким образом, при смешении световых волн различной длины может возникнуть белый свет, а также свет почти любого цвета.
Специфический состав световых волн, которые можно обнаружить в определенном свете, называется спектром источника света. Относительные доли каждого цвета (световых волн с различными длинами) в определенном свете могут быть различными и характерными для данного источника света. Это обстоятельство оказывается важным, если при съемке изображения для освещения используется искусственный свет. Если в солнечном свете все цвета присутствуют в равных долях, то в искусственном свете отдельные цветовые составляющие могут быть либо слишком сильными, либо вовсе отсутствовать. В зависимости от спектрального состава такой источник света может казаться «теплым» или «холодным». Поэтому для освещения помещений предпочитают лампы, которые излучают желтоватый свет (из-за того, что отсутствует синяя составляющая). Такой свет не кажется таким холодным, как, например, чисто белый свет от галогенных ламп. Но как мы увидим позднее, ввод изображения с правильной цветопередачей возможен только при применении чистого белого цвета.
 | Интересным следствием образования определенной цветности в результате смешения цветов является возможность возникновения цветов, которых нет в естественном свете. Так, в солнечном свете отсутствуют пурпурные (сиреневые) тона. Они образуются при смешении красного и синего основных цветов, которые находятся на границах спектра. Поэтому в природе пурпурные тона встречаются только в виде так называемых пигментов, т.е. цветов, которые возникают в результате вычитания цветовых составляющих в процессе отражения света. Когда предмет поглощает из солнечного света зеленые цветовые составляющие, а отражает только синие и красные, тогда он воспринимается как пурпурный. Математически удобнее всего представить цветовую систему RGB в виде куба. |
Для куба характерно, что каждая его пространственная точка однозначно определяется координатами X, Y и Z. Если по оси Х откладывать красную, по оси Y синюю, а по оси Z зеленую составляющие цвета, то каждому цвету можно поставить в соответствие определенную точку внутри RGB-куба. Значения серого, которые соответствуют точкам, где красная, зеленая и синяя составляющие в каждом случае одинаковы, находятся на диагонали между точками с координатами (RGB) = (0, 0, 0) и (RGB) = (Rmax, Gmax, Bmax). Таким образом, в RGB-системе цвета представляются тремя численными значениями, которые задают красную, зеленую и синюю составляющие. Эти три численных значения часто называют RGB-триадой.
В системе RGB цвета определяются как результат смешения красного, зеленого и синего цветов. Поэтому она особенно удобна для устройств, которые сами излучают световые волны. Типичными примерами могли бы служить цветной видеомонитор и цветной телевизор. Если вы будете рассматривать экран цветного телевизора или монитора через лупу, то увидите, что изображение состоит из множества отдельных точек, которые могут быть красными, зелеными или синими. Когда вы рассматриваете изображение с некоторого расстояния, эти цветовые составляющие сливаются, и возникает цельное цветовое впечатление.
Для установления цвета и яркости точек изображения на мониторе нужно лишь задавать интенсивности красной, зеленой и синей составляющих для этих точек. Значения интенсивностей используются для управления мощностью трех электронных лучей, с помощью которых возбуждается световое излучение люминофоров кинескопа. Это будет более подробно объяснено ниже при описании принципа действия цветных кинескопов.
Цветовая система RGB может показаться очень простой, но при ее практическом применении встречаются две серьезные проблемы. Первая — это зависимость от аппаратуры, а вторая связана с тем, что технически невозможно получать все цвета путем аддитивного цветового синтеза.
В диапазоне между синим и зеленым эта методика оказывается неработоспособной. Совершенно независимо от применяемых источников основных цветов имитация таких цветов с помощью аддитивного цветового смешения невозможна. Только если спектральные цвета делали менее насыщенными, удавалось выполнить уравнивание цветов. На рис.8 представлена диаграмма смешения цветов, полученная экспериментальным путем.
Как видно из рисунка, для имитации спектрального цвета путем аддитивного цветового синтеза в области между 450 нм и 550 нм требуется отрицательная красная составляющая. Это как раз та область, где данная методика неработоспособна. Хотя характер кривой зависит от вида источников основных цветов, результат всегда один и тот же. Не существует физически реализуемых излучателей основных цветов, которые бы обеспечили возможность получения всех цветов видимого спектра путем аддитивного цветового синтеза.
Отрицательный красный при этом получается математически как результат уравнивания цветов. Для снижения насыщенности спектрального цвета приходится добавлять к нему определенное количество красного цвета. Поясним это с помощью примера. Насыщенные сине-зеленые цвета (называемые также голубыми) теоретически состоят из чистого синего и чистого зеленого. Их не удается имитировать с помощью аддитивного цветового синтеза. Однако поскольку синий, зеленый и красный вместе образуют белый свет, нужно в насыщенный сине-зеленый свет подмешать немного красного света, чтобы создать белую составляющую. Благодаря этому насыщенность цвета может быть снижена так, чтобы обеспечить возможность уравнивания цветов. Это можно выразить в математической форме. Равенство
Голубой = Синий + Зеленый
не всегда выполняется на практике. Наоборот, равенство
Голубой + Красный = Синий + Зеленый
выполнимо всегда. Когда к чистому голубому свету добавляется немного красного из солнечного света, получается цвет, который также можно получить путем смешения синего и зеленого. Последнее выражение путем простого переноса можно преобразовать следующим образом.
Голубой = Синий + Зеленый - Красный
Оно объясняет появление отрицательной красной составляющей в приведенной выше диаграмме.
Какое значение это имеет на практике? Хотя источник света, излучающий отрицательный красный свет, математически вполне допустим, с практической точки зрения, очевидно, не имеет смысла — таких источников света не существует. Отсюда следует, что устройство, на котором цвета получаются путем аддитивного цветового синтеза, позволяет имитировать не все цвета, содержащиеся в световом спектре.
Здесь еще раз подчеркнем, что это не является следствием технического несовершенства. Оказывается, принципиально невозможно с помощью источников трех основных цветов, излучающих свет в диапазоне видимых длин волн, сформировать все остальные видимые цвета. И как часто бывает в физике, это положение легко доказывается математически, но остается сложным для понимания. Придется примириться с тем, что хотя красную, зеленую и синюю составляющие можно измерить для любого цвета, не всегда удается получить цвет из смеси основных. Цвета, которые действительно удается получать, образуют «цветовой охват» устройства отображения.
Что же можно сказать о так называемой аппаратной зависимости? Цвета в системе RGB получают путем смешения света от трех излучателей основных цветов. Понятно, что цвета, получаемые в результате смешения, должны зависеть от вида применяемых излучателей основных цветов. Поначалу это соображение кажется слишком теоретичным, однако имеет огромное значение на практике. Давайте рассмотрим эту проблему на примере цветного кинескопа.
Важными деталями цветного кинескопа (который ниже будет рассмотрен более подробно) являются три электронных прожектора и экран, который содержит три разных люминофора. Точно так же, как и зрительные пигменты колбочек трех видов, эти люминофоры имеют разные спектральные характеристики. Но они не поглощают, а излучают свет. Один люминофор под действием попадающего на него электронного луча излучает красный свет. Соответственно остальные два люминофора излучают зеленый и синий свет. Возбуждение люминофорных точек, светящихся красным, зеленым и синим цветом, осуществляется тремя отдельными электронными прожекторами. Цвет отдельной точки (элемента) изображения, воспроизводимого таким кинескопом, получается в результате смешения красного, зеленого и синего света, от трех смежными люминофорных точек.
Проблема заключается в том, что цвет, возникающий в результате такого смешения, зависит от вида люминофора. Имеется целый ряд различных люминофоров, которые находят применение при создании кинескопов. Если на электронный блок монитора подать определенную тройку значений RGB, скажем, R = 127, G = 67, В = 213, то эти значения не дадут однозначного ответа, как будет выглядеть результат смешения. Эти значения лишь задают интенсивности возбуждения трех люминофоров для одного элемента изображения. Какой цвет получится при этом в итоге, зависит от вида люминофора, а точнее говоря, от спектрального состава излучаемого люминофорами света. Именно это понимают под зависимостью от RGB-цветов конкретного аппарата. Для аддитивного цветового синтеза нельзя однозначно сказать, какой цвет получится в результате аддитивного смешения, если известна только тройка значений RGB. Такое однозначное определение цвета возможно только при учете характера излучателей основных цветов, а в нашем примере — спектрального состава люминофоров.
Прежде чем перейти к следующей важнейшей цветовой системе — системе CMYK, приведем еще раз краткую сводку того, что обсуждалось до сих пор. Цвета источников света можно описывать с помощью цветовой системы RGB. В этой системе цвета рассматриваются как результаты смешения красного, зеленого и синего цветов. Технически возможно без особых трудностей разделить свет на три цветовых составляющих, измерить их интенсивность и на этой основе математически точно описать цвет через тройку значений RGB, задающих относительные интенсивности красной, зеленой и синей цветовых составляющих. Однако этот процесс обратим лишь условно. Используя физически реализуемые источники света, невозможно получить все цвета путем смешения света от красного, зеленого и синего источников цветов. Кроме того, в зависимости от вида применяемых источников основных цветов результаты цветового синтеза меняются. Цветовая система RGB ориентирована на решение практических задач и поэтому неизбежно оказывается зависимой от типа применяемых устройств (по крайней мере, в отношении получения RGB-цветов).
Цветовая модель RGB используется для излучаемого цвета, т.е. при подготовке экранных документов. Видеоустройства (экран монитора или телевизора) используют аддитивную модель RGB. Эти устройства передают различные соотношения красного, зеленого и синего, которые мы воспринимаем как разные цвета. В RGB-системе все оттенки спектра получаются из сочетания трех основных цветов: красного, синего и зеленого (Red, Green и Blue), которые называются цветовыми составляющими (аддитивными первичными цветами). Имитация различных естественных цветов с помощью модели RGB достигается путем изменения интенсивности ее отдельных компонент. Кодировка цвета точки изображения осуществляется с помощью трех байтов (уровень качества при котором глаз не способен отличить компьютерную фотографию от настоящей, достигается только при не менее чем трех байтах на пиксел, что дает 224, или около 16 миллионов цветов), первый байт кодирует красную составляющую, второй – зеленую, третий – синюю составляющие. Например, #2C1F52; #E01C49. Таким образом, объем памяти, выделенной на каждую точку, делится на три равные части, хранящие яркость красной, зеленой и синей составляющих цвета данной точки. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей на другую яркость суммарного цвета также увеличивается.
В аддитивной модели выполняются правила сложения цветов. Сумма трех основных цветов при максимальной насыщенности даст белый цвет, а при нулевой - черный. Т.е. сочетание 100% всех трех компонент дает белый цвет, а полное отсутствие аддитивных первичных цветов образует черный цвет. Код: #FFFFFF – белый, #000000 – черный. Красный и зеленый цвета образуют желтый, зеленый и синий дают голубой, а красный и синий – лиловый (пурпурный) цвет. Эта система применима для всех изображений, видимых в проходящем или прямом свете. Поэтому построение изображения в оптических приборах соответствует системе RGB.
Цветовая модель CMYK.
Субтрактивный цветовой синтез и цветовая система CMYK. До сих пор речь шла почти исключительно об источниках света. Что же получается с объектами, которые освещаются подобными источниками? Здесь цветность возникает благодаря тому, что из-за свойств материала объекта из падающего света отражаются только волны определенной длины. Если цвет предмета оказывается красным, это означает, что его поверхность отражает только более длинные световые волны, тогда как все другие волны поглощаются. Для описания этих явлений используют другую цветовую модель, которая объясняет возникновение цветов как результат субтрактивного цветового синтеза. Обычно ее называют моделью CMYK — по английским названиям цветов Cyan, Magenta, Yellow, Black, т.е. голубой, пурпурный, желтый и черный цвета, которые соответствуют основным цветам, используемым в четырехцветной печати. Модель субтрактивного цветового синтеза служит теоретической основой цветовой печати.
В противоположность модели RGB, цвета в модели CMYK получаются не аддитивно, а субтрактивно. Голубой (сине-зеленый) цвет состоит из синего и зеленого. Следовательно, цветной краситель голубого цвета отражает синий и зеленый и поглощает красный. Соответственно, пурпурный краситель поглощает зеленый цвет, а желтый краситель поглощает синий цвет. Благодаря рациональной печати (без наложения и с наложением) смежных цветных точек трех основных цветов с учетом избирательного поглощения падающего света можно получить большинство цветов.
Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (BlacK). Эти цвета получаются в результате вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно.
Если напечатать в непосредственной близости или с наложением пурпурные и желтые цветные точки, то получится красный цвет, поскольку пурпурный краситель устранит зеленую составляющую, а желтый краситель — синюю составляющую падающего света. Соответственно, при печати с наложением всех трех основных цветов возникает черный цвет. Таким образом, цветовое ощущение возникает не потому, что различные цвета суммируются, а потому, что цветные красители поглощают различные цветовые составляющие падающего света.
Отсюда также следует правило, согласно которому можно корректировать цветовой разбаланс в отпечатанных цветных изображениях. Если изображение имеет излишне синий оттенок, то следует увеличить желтую составляющую, поскольку желтый поглощает синие составляющие. Соответственно, излишне зеленый оттенок можно корректировать увеличением пурпурной составляющей, а излишне синий — увеличением голубой составляющей.
Технически при цветной печати раскладывают изображение на голубую, пурпурную и желтую цветовые составляющие. Затем эти цветоделенные составляющие растрируют. В результате получают три печатных оригинала, с которых печатаемые цвета переносят на бумагу в виде сложного точечного растра. Применяемые на практике цветные красители по своим отражательным и поглощающим характеристикам оказываются далеко не столь идеальными, как этого бы хотелось. Поэтому при цветной печати, как правило, не удовлетворяются черным цветом, который может быть получен с помощью трех основных цветов. Для повышения контрастности применяют еще чисто черный краситель, который обеспечивает лучшее зачернение, чем любой черный, который мог быть получен печатью с наложением основных цветов. Поэтому при обычной четырехцветной печати в качестве печатных цветов применяют голубой, пурпурный, желтый и черный цвета.
Наряду с черным при цветной печати зачастую применяют также и другие чистые цвета, и в частности такие, которые плохо получаются с помощью трех основных цветов. В качестве типичного примера здесь можно было бы назвать золотистый цвет. Такие специальные цвета называют декоративными. Поскольку эти цвета нельзя образовать из отдельных цветных точек, фрагменты изображения, отпечатанные с помощью таких декоративных цветов, представляются особенно насыщенными и резкими. Это нужно хорошо понимать, например, рассматривая в лупу рекламный проспект или глядя с близкого расстояния на рекламный плакат. При этом видно, что большинство фрагментов изображения представляет собой сложную структуру точек, каждая из которых окрашена в один из основных цветов. Наоборот, насыщенно черный шрифт отпечатан сплошным как бы с помощью особой печати.
С учетом принципа получения цветов при цветной печати вполне очевидно, что цветовая система CMYK также является аппаратно-зависимой. И здесь также нельзя предсказать, какой цвет получится в результате, зная только значения CMYK. Проблема даже еще более многогранна, чем при получении смешанных цветов из RGB-составляющих. При аддитивном цветовом синтезе трудности по существу сводятся к определению излучателей основных цветов. Поскольку в качестве источников цвета на практике используют исключительно кинескопы, путем точной стандартизации люминофоров можно относительно легко обеспечить однозначное соответствие между значениями RGB и смешанными цветами. Наоборот, при цветной печати решающее действие оказывают не только цветные красители, используемые для создания печатных цветов. Цветовое ощущение определяется еще и типом применяемой бумаги, способом печати и окружающим освещением. Вспомните о часто применяемых для уличного освещения натриевых лампах. Здесь особенно резко заметно, как сильно цветовое ощущение зависит от освещения. Ведь никакой объект не может отразить цвет, который не излучается источником освещения.
Воспроизведение цветных оригиналов представляет собой сложный процесс, особенно когда необходима очень высокая точность цветопередачи. Не всегда печать выполняется стандартным образом. В частности, при изготовлении простой печатной продукции процесс балансировки цвета часто выполняется в интерактивном режиме. Это означает, что оператор сравнивает результат печати с оригиналом и вносит изменения в цветовой синтез на печатном станке до тех пор, пока цвета не окажутся согласованными. Однако такой путь решения в эпоху цифровой обработки изображений, когда изображения во все большей мере синтезируются на компьютерах и поэтому у них нет оригинала как такового, становится все более трудным.
По этой причине приобретают все большее значение системы управления цветом (Color Management Systems). Эти система представляет собой программы, с помощью которых можно устранять различия при воспроизведении цвета на разных устройствах, включая мониторы, цветные лазерные принтеры, диапроекторы, машины офсетной печати и т.п. Чтобы понять принцип действия системы управления цветом, нужно обратиться к цветовой системе, которая не опирается на реально существующие устройства, а описывает цвет в абстрактной форме.
Итак.В полиграфии приходится иметь дело с красками, которые наносятся на бумагу - то есть видимыми в отраженном свете. Здесь цвета взаимодействуют уже по другим закономерностям. При цветной печати на бумагу наносятся в разных пропорциях полупрозрачные голубая, пурпурная и желтая краски; четвертая, черная краска используется для создания глубоких теней, а также для печати абсолютно черных объектов, таких как текст и линии. Эти краски поглощают и отражают свет на основе субтрактивной модели, причем делают это по-разному, имитируя таким образом все многообразие цветов. Если вы вычтете из белого света красную, зеленую или синюю компоненту, то вы получите соответственно голубой, пурпурный или желтый цвет (CMY). Например, объект будет казаться голубым, если он будет поглощать (вычитать) 100% красной составляющей и при этом отражать зеленую и синюю. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются субтрактивными первичными цветами и в совокупности представляют собой основу для репродуцирования составных цветов. Поэтому в системе CMYK в качестве составных или триадных цветов выбраны голубой, пурпурный и желтый. Они поочередно наносятся на бумагу, создавая любой нужный оттенок. Эта система так же называется поглощающей.
На практике, однако, при наложении трех составных цветов получается не черный, а темно-коричневый оттенок. Поэтому к триадным цветам был добавлен четвертый, черный (black), называемый также Key color, а вся система получила название CMYK - Cyan, Magenta, Yellow и Key color. Белым в данном случае является цвет бумаги или того материала, на который наносится краска. Насыщенность цвета в системе CMYK измеряется в процентах, так что каждый цвет имеет 100 градаций яркости. Составные краски, применяемые в разных странах, различаются оттенками. В Европе принята система Euro-standart, в США - SWOP.
Цветовая модель HSB.