Лекции - Технологии Мультимедиа, страница 5

Каждый вид колбочек реагирует на определенный диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый в колбочках светом определенного спектра, называется цветовым стимулом, при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул, и таким образом восприниматься одинаково человеком. Это явление называется метамерией - два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами будут неразличимы человеком.Рис.

15 . Трехмерное представление цветового пространства человекаМожно определить цветовое пространство стимулов как евклидово пространство, если задать координаты x, y, z в качестве значений стимулов, соответствующих отклику кол-30бочек длинно - волнового (L), средне - волнового (M) и коротко - волнового (S) диапазонаоптического спектра. Начало координат (S, M, L) = (0, 0, 0) будет представлять черный цвет.Белый цвет не будет иметь четкой позиции в данном определении диаграммы всевозможныхцветов, а будет определяться, например, через цветовую температуру, или через определенный баланс белого, или каким либо иным способом. Полное цветовое пространство человекаимеет вид конуса в форме подковы (как показано на рисунке).

Принципиально данное представление позволяет задавать цвета любой интенсивности - начиная с нуля (черного цвета)до бесконечности. Однако на практике человеческие рецепторы могут перенасытиться илидаже быть поврежденными излучением с экстремальной интенсивностью. Поэтому даннаямодель не применима для описания цвета в условиях чрезвычайно высоких интенсивностейизлучений, и так же не рассматривает вопросы цветовоспроизведения в условиях очень низких интенсивностей (поскольку у человека задействуется иной механизм восприятия черезпалочки).Цветовое пространство стимулов имеет свойство аддитивного смешивания - суммадвух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этихдвух цветов. Таким образом можно описывать любые цвета (вектора цветового пространства), через комбинацию красного, зеленого и синего излучателей основных цветов. На этомпринципе основана работа экранов телевизоров и компьютеров. Но важно понимать, что этиустройства не воспроизводят оригинальное излучение (полный спектр), а лишь имитируютизображение, в идеале неотличимое человеком от оригинального.Рис.

16 . Функции цветового соответствия Стандартного Колориметрического Наблюдателя.Функции цветового соответствия Стандартного Колориметрического Наблюдателя,определенные комитетом CIE в 1931 году на диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм (с 531нм интервалом). Цветовое пространство XYZ - это эталонная цветовая модель, заданная встрогомматематическомсмыслеорганизациейCIE(InternationalCommissiononIllumination — Международная комиссия по освещению) в 1931 году. Модель XYZ являетсямастер - моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.Эксперименты, проведенные в конце 20-х и начале 30-х годов, послужили основойдля определения функций цветового соответствия (color matching functions). Изначальнофункции цветового соответствия были выяснены для 2o - го поля зрения (использовался соответствующий колориметр).

В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данныедля 10o - го поля зрения.Упрощенная схема испытаний выглядит так. Три монохроматических источника светанаправляются на белый экран таким образом, что их цвет перемешивается. Испытуемый спультом располагается перед экраном. В его распоряжении три ручки, управляющие яркостью этих источников. На другой стороне экрана воспроизводится точка некоторого эталонного цвета. Задача испытуемого состоит в том, чтобы меняя яркости управляемых источников света, сделать цвет контрольной точки совпадающим с эталонным. Интенсивность источников света меняется от -1 до 1.

Лампа при интенсивности 1 работает на полную мощность, при 0 – лампа выключена, при -1 – свет источника вычитается из результирующего.Это достигается путём увеличения соответствующего компонента яркости эталонной точки.По результатам проведённых испытаний были синтезированы три искусственныефункции реакции глаза, зависящие от длины волны света. Они построены таким образом,чтобы упростить расчёты.

На основе этих функций строится трёхмерная поверхность, включающая в себя все видимые человеко цвета.Заметим, что в определении кривых модели XYZ заложен фактор своевольности форма каждой кривой может быть измерена с достаточной точностью, однако кривая суммарной интенсивности (или сумма всех трех кривых) заключает в своем определении субъективный момент. Реципиента просят определить, имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если эти источники абсолютно разного цвета.

Также стоит заметить, чтоотносительная нормировка кривых X, Y и Z основана на произвольном выборе, посколькуможно предложить альтернативную работающую модель, в которой кривая чувствительности X имеет двукратно усиленную амплитуду. При этом цветовое пространство будет иметьиную форму. Кривые X, Y, Z в модели CIE XYZ 1931 и 1964 выбраны таким образом, чтобыплощади поверхности под каждой кривой были равны между собой.Работать с трёхмерным изображением неудобно, поэтому поверхность проецируют наплоскость xy.32Рис. 17 .

Хроматическая диаграмма с длинами волн цветов.На рисунке справа представлена классическая хроматическая диаграмма модели XYZс длинами волн цветов. Значения x и y в ней соответствуют X, Y и Z согласно следующимформулам:x = X/(X + Y + Z),y = Y/(X + Y + Z).В математическом смысле на данной хроматической диаграмме x и y это координатына плоскости проекции. Данное представление позволяет задавать значение цвета черезсветлоту Y (англ. luminance) и две координаты x, y.

Заметим что светлота Y в модели XYZ иYxy это не то же самое что яркость Y в модели YUV или YCbCr.Основные свойства этой диаграммы следующие:- любая смесь выбранных компонент лежит на прямой, соединяющей эти цвета;- геометрическим местом чистых хроматических тонов называется линия, называемаяспектральной кривой, все видимые тона располагаются внутри фигуры, ограниченной спектральными кривыми;- tочка, лежащая в центре диаграммы описывает эталонный белый цвет.Модель RGBМножество цветов видны оттого, что светятся (излучаются). К излучаемым цветамможно отнести, например, белый свет, цвета на экране телевизора, монитора, кино, слайд проектора и так далее.

Цветов огромное количество, но из них выделено только три, которыесчитаются основными (первичными): это — красный, зеленый, синий.При смешении двух основных цветов результат осветляется: из смешения красного изеленого получается желтый, из смешения зеленого и синего получается голубой, синий и33красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый.Поэтому такие цвета называются аддитивными.Модель, в основе которой лежат указанные цвета, носит название модели RGB попервым буквам английских слов Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий).Эта модель представляется в виде трехмерной системы координат.

Каждая координата отражает вклад каждой составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля домаксимального значения (его численное в данный момент не играет роли, обычно, это 100%или число 255). В результате получается некий куб, внутри которого и "находятся" псе цвета,образуя цветовое пространство.Важно отметить особенные точки и линии этой модели.Начало координат: в этой точке все составляющие равны нулю, излучение отсутствует, а это равносильно темноте, т. е.

это точка черного цвета.Точка, ближайшая к зрителю: в этой точке все составляющие имеют максимальноезначение, что, как вы уже поняли, дает белый цвет.На линии, соединяющей эти точки (по диагонали), располагаются серыеоттенки: отчерного до белого. Это происходит потому, что все три составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Этот диапазон иначе называют серой шкалой. В компьютерных технологиях сейчас чаще всего используются 256 градаций(оттенков) серого. Хотя некоторые сканеры имеют возможность кодировать и 1024 оттенкасерого,Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойныесмешения исходных цветов.Модель CMYKК отражаемым относятся цвета, которые сами не излучают, а используют .белый свет,вычитая из него определенные цвета. Такие цвета называются субтрактивными ("вычитательными"), поскольку они остаются после вычитания основных аддитивных.

Понятно, что втаком случае и основных субтрактивных цветов будет три, тем более, что они уже упоминались: голубой, пурпурный, желтый.Эти цвета составляют так называемую полиграфическую триаду. При печати этимицветами они поглощают красную, зеленую и синюю составляющие белого света таким образом, что большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.Каждому пикселю в CMYK-изображении присваиваются значения, определяющие процентное содержание триадных красок.34При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трех должен получиться черный цвет.

При полном отсутствии краски остается белый цвет (белая бумага).В итоге получается, что нулевые значения составляющих дают белый цвет, максимальные значения должны давать черный, их равные значения — оттенки серого, кроме того, имеются чистые субтрактивные цвета и их двойные сочетания. Это означает, что модель,в которой они описываются, похожа на модель RGB.Но проблема заключается в том, что данная модель описывает реальные полиграфические краски, которые не так идеальны, как цветной луч. Они имеют примеси, поэтому немогут полностью перекрыть весь цветовой диапазон, а это приводит, в частности, к тому, чтосмешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает какой-то неопределенный ("грязный") темный цвет, но это скорее темно-коричневый, чем истинно черныйцвет.Для компенсации этого недостатка в число основных полиграфических красок былавнесена черная краска.

Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK,хотя и не совсем обычно: С — это Cyan (Голубой), М — это Magenta (Пурпурный), Y —Yellow (Желтый), а К — это blасК (Черный), т. е. от слова взята не первая, а последняя буква.Таким образом, модели RGB и CMYK, хотя и связаны друг с другом, однако их взаимные переходы друг в друга (конвертирование) не происходят без потерь. Тем более, чтоцветовой охват у них разный. Яркие красные и оранжевые цвета, искрящиеся зелёные и голубые, успокаивающие фиолетовые – выходят за пределы CMYK. И речь идет лишь о том,чтобы уменьшить потери до приемлемого уровня.

Это вызывает необходимость очень сложных калибровок всех аппаратных частей, составляющих работу с цветом, — сканера (оносуществляет ввод изображения), монитора (по нему судят о цвете и корректируют его), выводного устройства (оно создает оригиналы для печати), печатного станка (выполняющегоконечную стадию).Модель HSBЕсли две вышеописанные модели представить в виде единой модели, то получитсяусеченный вариант цветового круга, в котором цвета располагаются в известном еще сошколы порядке: красный (R), желтый (Y), зеленый (G), голубой (С), синий (В).дель HSBпредставляется в виде круга, по краю которого расположены спектральные цвета; в треугольнике: по вертикальному катету — насыщенность, а по гипотенузе — яркость. На цветовом круге основные цвета моделей RGB и CMYK находятся в такой зависимости: каждыйцвет расположен напротив дополняющего его (комплементарного) цвета; при этом он нахо-35дится между цветами, с помощью которых он получен.