ФЭНДОМ


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

Цветовая модель как правило используется для хранения и обработки цветов в дискретном виде, при рассмотрении ее в вычислительных устройствах, например, ЭВМ.

Цветовая модель создаётся в соответствие между воспринимаемыми человеком цветами, хранимыми в памяти, и цветами, образуемыми на устройствах вывода при возможных заданных условиях.

Основой построения цветового пространства, любой цветовой модели является цветовая система Манселла, разработанная профессором Альбертом Манселлом (Albert H. Munsell) в начале XX века. Цвет в нем описывается с помощью трех чисел (цветовых координат): тоном, насыщенностью, яркостью или светлотой.

Все цветовые модели независимы и созданы для практического выражения цветового пространства — это всего лишь удобное средством для представления цвета, и не имеет прямой зависимости от типа колбочек в глазу человека. С точки зрения математической они основаны на базе теории Гильбертовых пространств. Например, плоские цветовые модели легли в основу создания атласов цветов, медицинских руководств для определения полноценности цветного зрения клиента и выявления, скажем, дальтонизма и др. дефектов зрения при выдаче водительских прав.

Один из наиболее известных примеров из гильбертова пространства в Евклидовом пространстве состоит из трех-мерного вектора и обозначается R3, оснащенный скалярным произведение. Скалярное произведение занимает два вектора x и y и дает реальный номер x·y. Если x и y представлены Декартовыми координатами, то скалярное произведение определяется как линейное уравнение:

$ (x_1,x_2,x_3)\cdot (y_1,y_2,y_3) = x_1y_1+x_2y_2+x_3y_3. $
Munsell-system

Цветовая система Манселла, показан круг при значении 5, хроме 6, нейтральные значения от 0 до 10, сегмент круга (диапазон хромы) при тоне 5PB и значении 5.

Цветовые модели построены с использованием главного принципа работы цветового круга (цветовое колесо) — способ представления непрерывности цветовых переходов на плоскости с помощью отражённых или прямых лучей видимого спектра света окрашенных участков окружности непрерывными тональными переходами оттенков. Сектора круга окрашены в различные цветовые тона, размещенные в порядке расположения спектральных цветов, причем не спектральный пурпурный цвет формально связывает крайние цвета (красный и фиолетовый), которые в естественном солнечном спектре максимально удалены друг от друга. При вращении цветового круга (см. Цветовой круг) зрительная система воспринимает его цвета в виде одного цвета в зависимости от количества и цветовых характеристик:
  • hue (тоном) — (оттенком, hue),
  • value (яркостью или светлотой) — (яркостью, светлотой value),
  • saturation, chroma (насыщенностью — цветностью хромой). Например, вращая круг с равными секторами основных цветов S,M,L (RGB) мы видим белый цвет. На системе Манселла вертикальная ось — ось вращения по высоте имеет 10 частей от белого до чёрного цветов и принята как value (яркость или светлота) — (яркость, светлота (value)).

На основе этих характеристик цветов системы Манселла создано цветовое пространство.

Любая цветовая модель строится по принципу работы зрительной системы. Как известно, работа сетчатки глаза при восприятии цвета связана с работой фоторецепторов колбочек сетчатки глазаи зрительной корой головного мозга. Выделенные колбочками оппонентно биосигналы S,M,L, (RGB) основных лучей спектра и пересланные в мозг, образуют в нём цветные изображения. (См. Ретиномоторная реакция фоторецепторов). При этом возможны искажения восприятия цветов человеком в виде зрительных иллюзий восприятия цвета, метамерии цвета, и др., т.к. живой организм это не электронно-механическая система типа колориметра. Откуда и появились цветовые модели синтетические для работы в полиграфии, промышленности красок и т.д.


Трёхстимульное цветовое пространство CIE XYZ Править

CIE1931 XYZCMF

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).[1]

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.

Человеческий глаз содержит фоторецепторы (называемые колбочками) для среднего — высоко-яркостного цветового зрения с учетом пиков с длинами волн (коротких длин волн - синих-S 420-440 нм), (средних длин волн — зелёных-М, 530-540 нм), и (длинных длин волн - красных-L, 560-580 нм) диапазонах. (Есть также лучи низкой яркости, " монохромные лучи "ночного видения" фоторецепторов, называемых палочками, которые имеют пик чувствительности вокруг 490-495 нм). Таким образом, три параметра, связанных с уровнем стимула для трех типов колбочек клеток, которые в принципе могут создать ощущения любого цвета. Оценка светового спектра по мощности происходит на трёх кривых чувствительности, которые дают три эффективных стимула значений тремя "шишками" — колбочками; эти три значения составляют трехстимульную спецификацию цветового светового спектра, цветового пространства в LMS (длинная -, средняя и короткая).

Цветовое пространство атласа ряда физически произведенного цвета (от смешанного света, пигменты, и т.д.) на основе объективного описания цветовых ощущений, зарегистрированных в глазах, как правило, в плане трехстимульного значения, и как правило, не в LMS пространстве определяются колбочками с их спектральной чувствительностью. Трехстимульные значения, связанные с цветовым пространством можно представить как сумму, составляющую три основные цвета в виде трёх хроматических добавок в цветовой модели, хотя в большинстве случаев, как, например, фильмы пространства и CIE XYZ пространства используют первичные цвета не реальные, в том смысле, что эти цвета могут производить отрицательные спектры света.

CIE XYZ цветовое пространство охватывает все цветовые ощущения, что в среднем человек может испытывать. Оно выступает в качестве эталона, относительно которых определены многие другие цветовые пространства. Набор расширенных функций, спектральной чувствительности кривых LMS пространства не ограничивается фактически тем, чтобы быть чувствительными физически к производимым светом спектрам с конкретными трехстимульными значениями.

Рассмотрим два источниками света, который состоит из различных смесей различных длин волн. Такие источники света, как представляется, могут быть того же цвета; этот эффект называется — метамерия (metamerism). Такие источники света имеют тот же самый видимый цвет для наблюдателя, когда они производят то же трехстимульные значения, и не имеет значения, каковы спектральные распределения мощности источников.

Большинство волн не будет стимулировать один тип колбочки камеры только потому, что чувствительность кривых трёх колбочек при восприятии лучей заблокированы для каждой колбочки. Некоторые трехстимульные значения, таким образом, физически невозможно получить, и это будет, в любой нормальной трехцветной добавке в цветовом пространстве (напр., RGB (цветовая модель)). Что предполагает при этом возможные отрицательные значения, по крайней мере один из трех праймериз. Чтобы избежать этих негативных значений RGB, был сформулирован один компонент, который описывает воспринимаемую яркость, "воображаемый" основные цвета и соответствующего согласования цветов функции . В результате трехстимульные значения определяются CIE 1931 цветового пространства, в котором они обозначаются X, Y, и Z.(Значения X, Y, и Z).[2]

Функции цветового соответствия Править

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 фотоопсинов, 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 2-градусного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10-градусного 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.

Хроматические координаты Yxy Править

CIExy1931 fixed

Хроматическая диаграмма с длинами волн цветов

На рисунке справа 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 данную хроматическую диаграмму можно представить как подобласть действительной проективной плоскости, при этом x и y будут являться проективными координатами цветов. 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.


Особенности цветного зрения Править

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 Править

Цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности:

  1. XYZ — описание восприятия; L*a*b* — то же пространство в других координатах.
  2. Аддитивные модели — рецепты получения цвета на мониторе (например, RGB).
  3. Полиграфические модели — получение цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования (например, CMYK).
  4. Модели, не связанные с физикой оборудования, являющиеся стандартом передачи информации.
  5. Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSV.

Распространённые цветовые модели Править

  • Цветовая модель sRGB (IEC 61966-2.1)[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 SÉCAM — 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.

Примечания Править

  1. CIE - INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space
  3. William David Wright. A re-determination of the trichromatic coefficients of the spectral colours // Transactions of the Optical Society. — 1928. — Т. 30. — С. 141—164.
  4. John Guild. The colorimetric properties of the spectrum // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. — 1931. — Т. A230. — С. 149—187.
  5. Видимо, это обусловлено эволюционными причинами развития зрительной системы — в спектре Солнца большего всего «зелёного» цвета.
  6. A Standard Default Color Space for the Internet - sRGB. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.

См. также Править

Ссылки Править

Цветовые модели
HLSColorSpace
RGB (цветовая модель)  • CMYK  • XYZ (цветовая модель)  • HSV (цветовая модель)  • HSL и HSV (цветовые модели)  • RYB  • LAB  • PMS (Пантон)  • LMS  • Манселла  • NCS  • RAL  • YUV  • YCbCr  • YPbPr  • YDbDr  • YIQ

Шаблон:Методы сжатия