Цветовые модели
Мир, окружающий нас, полон всевозможных цветов и цветовых оттенков. С физической точки зрения цвет - это набор определённых длин волн, отражённых от предмета или пропущенных сквозь прозрачный предмет. Однако сейчас нас интересует вопрос не о том, что такое цвет, какова его физическая природа, а то, как вообще на практике можно получит тот или иной цвет. С развитием многих отраслей производства, в том числе, полиграфии, компьютерных технологий, появилась необходимость объективных способов описания и обработки цвета.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветов получаются смешением каких-либо других. Например, сочетание красного и синего даёт пурпурный цвет, синего и зелёного - голубой. Таким образом, путём смешения из небольшого количества простых цветов, можно получить множество (и при чём довольно большое) сложных (составных). Поэтому для описания цвета вводится понятие цветовой модели - как способа представления большого количества цветов посредством разложения его на простые составляющие.
Возникает естественный вопрос: а зачем всё это надо? Не проще ли было взять и представить в цветовой модели не основные, а все возможные цвета? Конечно, нет! Дать описание каждого цвета в отдельности очень сложно, особенно сейчас, когда на экране монитора мы имеем возможность видеть не сотни, не тысячи, а 4 миллиарда цветов (точнее, цветов и цветовых оттенков)! Попробуйте описать каждый цвет в отдельности. Таким образом, цветовые модели - это почти совершенный способ для описания цветов особенно в компьютерных технологиях и полиграфии. Почему же почти? Дело в том, что не любой цвет можно представить в виде комбинации основных. Это является основной проблемой цветовых моделей. Кроме того, излучаемый и поглощаемый цвет описывается по-разному.
Рис. 2. Цветовой охват
A: Цветовое пространство человеческого глаза
B: Цветовое пространство цветной плёнки
C: Цветовое пространство компьютерного монитора
D: Цветовое пространство печати
Перед тем как перейти к рассмотрению цветовых моделей в отдельности, рассмотрим сначала понятие цветового охвата, который даст нам представление о том, насколько та или иная цветовая модель хорошо представляет цвета. Цветовым охватом называется диапазон цветов, который может быть воспроизведён, зафиксирован или описан каким-либо образом. Определённым цветовым охватом обладают электронно-лучевая трубка монитора или телевизора, цветовые модели, полиграфические краски и, конечно же, глаз человека. На рисунке 2 схематически показано сравнение цветовых охватов человеческого глаза (А), цветной плёнки (B), монитора (С) и печатающей машины(D). Цветовой охват монитора соответствует модели RGB, печатающей машины – CMYK.
Итак, в связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения цвета, были разработаны различные цветовые модели. Диапазон воспроизводимых цветов и способ их отображения различны. Это вызвано тем, что человеческий глаз может воспринимать огромное количество цветов, в то время как монитор и принтер в состоянии воспроизводить лишь ограниченную часть этого диапазона.
Цвет в компьютерных технологиях, в типографии и во многих других отраслях производства, связанных с обработкой изображения, представляется в виде комбинации трёх или четырёх составляющих. Такое представление называется цветовой моделью. Цветовые модели позволяют с помощью математического аппарата описать определенные свойства цветового пространства. Различные виды моделей имеют различные цветовые охваты. В этом и заключается их основные преимущества или недостатки. Отражённый и поглощаемый цвет описывается по-разному. Несмотря на довольно большое количество цветовых моделей, рассмотрим лишь те, которые наиболее часто используются в графических пакетах.
Для описания излучаемого и отраженного цвета используются разные цветовые модели (цветовое пространство), т.е. – способ описания цвета с помощью количественных характеристик. Цветовые модели могут быть аппаратно–зависимыми (их пока большинство, RGB и CMYK в их числе) и аппаратно–независимыми (модель Lab). В большинстве «современных» визуализационных пакетов (например, в Photoshop) можно преобразовывать изображение из одной цветовой модели в другую.
В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае цветовая модель – это просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осей и принятого масштаба.
Основные цветовые модели:
§ RGB (Red, Green, Вlue);
§ CMY (Cyan-голубой, Magenta-пурпурный, Yellow-жёлтый);
§ CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет);
§ HSB (Hue - оттенок, Saturation - насыщенность, Brightness - яркость);
§ Lab;
§ HSV (Hue, Saturation, Value);
§ HLS (Hue, Lightness-осветление, Saturation);
§ и другие.
В цифровых технологиях используются, как минимум четыре, основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах и Lab.
Цвета одной модели являются дополнительными к цветам другой модели. Дополнительный цвет – цвет, дополняющий данный до белого. Дополнительный для красного – голубой (зеленый+синий), дополнительный для зеленого – пурпурный (красный+синий), дополнительный для синего – желтый (красный+зеленый) и т.д.
На схеме «цветовой круг» (большой круг Освальда) (рис. 3) показана взаимосвязь основных цветов моделей RGB и CMY. Смесь красного и зелёного даёт жёлтый, жёлтого и голубого — зелёный, красного и синего — пурпурный и т. д. Таким образом, цвет каждого треугольника на рис. 3 определяется как сумма цветов смежных к нему треугольников.
Рис. 3. Цветовой круг показывает взаимосвязь моделей RGB и CMY
По принципу действия перечисленные цветовые модели можно условно разделить на два класса:
§ аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов;
§ субтрактивные (CMY, CMYK), основу которых составляет операция вычитания цветов.
Аддитивный цвет получается путем соединения лучей света разных цветов. В основе этого явления лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами, являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Вlue) цвета. При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (Сyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Следует отметить, что первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.