Аппаратно-независимые
цветовые модели
План:
1. Аппаратно независимые цветовые модели
1.1. Цветовая модель LAB
1.2. Цветовые модели HSB и HLS
2. Глубина цвета
Для правильного отображения цвета удобно определить стандартную модель, к которой бы приводились цвета на всех этапах полиграфического процесса.
Успешной попыткой создания аппаратно-независимой модели цвета, основанной на человеческом восприятии цвета, является модель Lab. Любой цвет в Lab определяется яркостью (Lightness) и двумя хроматическими компонентами: параметром а, который изменяется в диапазоне от зеленого до красного через серый, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого через серый. Яркость в модели Lab полностью отделена от цвета. Это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения. Модель Lab является трехканальной (рис. 1.). Ее цветовой охват включает охваты всех других цветовых моделей и соответствует видимому цветовому охвату стандартного наблюдателя.
Итак, модель RGB хорошо воспроизводит цвета в диапазоне от синего до зеленого и несколько хуже — желтые и оранжевые оттенки, а в модели CMYK не хватает очень многих оттенков. Кроме того, в моделях RGB и CMYK яркость и цвет связаны, т.е. при изменении одного параметра изменяется и другой. Это иногда неудобно при проведении коррекции — изменяя яркость изображения, вы не можете избежать изменения его цветов. Модель Lab лишена этого недостатка, хотя имеет и ряд собственных:
Ø Lab довольно сложна для практического освоения;
Ø Lab имеет очень сильную неравномерность. Под этим подразумевается, что одинаковое изменение базового компонента может привести как к небольшому, так и к очень сильному изменению цвета, в зависимости от начального значения. Это сильно затрудняет цветовую коррекцию.
Поскольку модель Lab имеет огромный цветовой охват, перевод в нее не связан с потерями. Вы можете в любой момент перевести изображения из RGB в Lab и обратно, и при этом цвета изображения не изменятся.
Рис. 1. Графическое представление модели Lab
Модель Lab аппаратно независима, ее цветовой диапазон покрывает диапазоны RGB и CMYK. Графический редактор Adobe Photoshop при переходе от режима RGB к CMYK использует Lab в качестве промежуточного этапа.
В рамках Lab работают многие профессионалы компьютерной графики. В этой модели легко выполнять многие распространенные операции. В их числе повышение резкости, тоновая коррекция (повышение контраста, исправление погрешности тоновых диапазонов) и удаление цветного шума (в том числе размытие растра и удаление регулярной структуры изображений в формате JPEG). Профессионалы используют это пространство даже для создания сложных масок и кардинальных изменений в цветах документа.
Изображение каждого из цветовых каналов имеет разную яркость. При одинаковой интенсивности наиболее ярким глаз человека воспринимает желто-зеленый цвет лучей, несколько менее ярким — красный и совсем темным — синий цвет. Яркость является характеристикой восприятия, а не самого цвета.
На рисунке 2 показана кривая видимости лучей невооруженным глазом.
Рис. 2. Зависимость чувствительности глаза к монохроматическому свету от длины волны (в миллимикрометрах, ммкм)
Яркость желтого света (λ= 0,555 мкм), принята за 1, яркость голубого (λ= 0,49 мкм) при той же мощности – 0,2, а яркость красного (λ = 0,65 мкм) — 0,1.
Если бы все три цвета воспринимались как одинаково яркие, то каждый бы вносил в суммарную яркость Y третью часть:
Y = R/3 + G/3 + B/3
Так как этот расчет не отражает реального положения вещей, для расчета яркости используется следующая эмпирическая формула, учитывающая вклад каждого цветового канала:
Y=0,2125R+0,7154G+0,0721В
Наблюдать яркость можно при переводе изображения в полутоновое. Единственный канал такого документа хранит только яркость точек, не учитывая их цвет.
Многие художники пользуются цветовой моделью HSB. Это не строгая математическая модель, но она очень удобна для подбора оттенков и цветов. Эта модель основана на модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели HSB определяется своим цветовым тоном (собственно цветом), насыщенностью (то есть процентом добавленной к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавленной черной краски). Такая модель получила название по первым буквам английских слов Hue — тон, Saturation — насыщенность и Brightness — яркость. Это трехканальная модель (рис. 3.).
Все оттенки располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, т.е. всего насчитывается 360 вариантов (красный — 0, желтый — 60, зеленый — 120 градусов и т.д.). Более точной графической интерпретацией данной модели будет конус. Такая цветовая модель намного беднее, рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 млн. цветов.
Модель HSB лучше, чем RGB и CMYK, соответствует понятию цвета, которое используют маляры и профессиональные художники. Действительно, у них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним белой и черной. Таким образом, нужные цвета — это некоторая модификация основных: осветленных или затемненных. Хотя художники и смешивают краски, но это уже выходит за рамки модели HSB
Насыщенность характеризует чистоту цвета. Нулевая насыщенность соответствует серому цвету, а максимальная насыщенность — наиболее яркому варианту данного цвета. Можно считать, что изменение насыщенности связано с добавлением белой краски. То есть уменьшение насыщенности соответствует добавлению белой краски.
Яркость понимается как степень освещенности. При нулевой яркости цвет становится черным. Максимальная яркость при максимальной насыщенности дают наиболее выразительный вариант данного цвета. Можно также считать, что яркость изменяется путем добавления черной краски. Чем больше черной краски добавлено, тем меньше яркость.
Графически модель HSB можно представить в виде кольца, вдоль которого располагаются оттенки цветов. На внешнем крае круга находятся чистые спектральные цвета или цветовые тона (параметр Н в угловых градусах). Чем ближе к центру круга расположен цвет, тем меньше его насыщенность, тем он более блеклый, пастельный (параметр S в процентах). Яркость (освещенность) отображается на линейке, перпендикулярной плоскости цветового круга (параметр В в процентах). Цвета на внешнем круге имеют максимальную яркость.
Рис. 3. Графическое представление модели HSB
В некоторых графических редакторах, например в Macromedia FreeHand, используется модель HLS (Hue, Lightness, Saturation), которая похожа на HSB. В модели HLS, в отличие от HSB, вместо яркости используется параметр L— освещенность (Lightness). Уменьшение освещенности приближает цвет к черному, а увеличение — к белому. Чистый спектральный цвет получается при освещенности 50%.
Понятия яркости L в моделях Lab и HSB не тождественны. Как и в RGB, смешение цветов из шкал а и b позволяет получить более яркие цвета. Уменьшить яркость результирующего цвета можно за счет параметра яркости L.
Модели HSB и HLS не ориентированы ни на какое техническое устройство воспроизведения цветов, поэтому их называют еще аппаратно независимыми.
Цвет пикселя описывается несколькими числами, которые называются каналами. В случае моделей RGB, CMYK и Lab эти каналы называют также цветовыми каналами.
Глубина цвета — это еще один важнейший параметр растровых изображений. Он тесно связан с архитектурой существующих компьютеров и исторически сложившимися стандартами.
Глубина цвета выражается в битах и показывает, сколько бит памяти требуется для хранения одного пикселя изображения.
Количество бит, отводимое на каждый пиксель для представления цветовой информации, называют цветовой глубиной (color depth) или битовой глубиной цвета (bit depth).
Цветовая глубина определяет, как много цветов может быть представлено пикселем. Например, если цветовая глубина равна 1 бит, то пиксель может представлять только один из двух возможных цветов — белый или черный. Если цветовая глубина равна 8 бит, то количество возможных цветов равно 28 = 256. При глубине цвета 24 бит количество цветов превышает 16 млн. Иногда под цветовой глубиной понимают максимальное количество цветов, которые можно представить. Очевидно: чем больше цветовая глубина, тем больше объем файла, содержащего описание изображения.
Изображения в системах RGB, CMYK, Lab и оттенках серого (grayscale) обычно содержат 8 бит на один цветовой канал. Поскольку в RGB и Lab три цветовых канала, глубина цвета в этих режимах равна 8x3 = 24. В CMYK четыре канала и поэтому цветовая глубина равна 8x4 = 32. В полутоновых изображениях только один канал, следовательно, его цветовая глубина равна 8.
Adobe Photoshop может воспринимать RGB, CMYK, Lab и изображения в оттенках серого, содержащие 16 бит на канал, но допускает лишь ограниченное редактирование таких изображений.
