КГ_1глава (1024098), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

3. Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонент и не зависит от их спектральных составов.

Смысл третьего закона становится более понятным, если учесть, что один и тот же цвет (в том числе и цвет смешиваемых компонент) может быть полу­чен различными способами. Например, смешиваемая компонента может быть получена, в свою очередь, смешиванием других компонент.

Аддитивная цветовая модель RGB

Эта модель используется для описания цветов, которые получаются с по­мощью устройств, основанных на принципе излучения. В качестве основных цветов выбран красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Иные цвета и оттенки получаются смешиванием определенного количества указанных ос­новных цветов.

Вкратце история системы RGB такова. Томас Юнг (1773—1829) взял три фо­наря и приспособил к ним красный, зеленый и синий светофильтры. Так бы­ли получены источники света соответствующих цветов. Направив на белый экран свет этих трех источников, ученый получил такое изображение (рис. 1.21). На экране свет от источников давал цветные круги. В местах пе­ресечения кругов наблюдалось смешивание цветов. Желтый цвет получался смешиванием красного и зеленого, голубой — смесь зеленого и синего, пур­пурный — синего и красного, а белый цвет образовывался смешением всех трех основных цветов. Некоторое время спустя, Джемс Максвелл (1831—1879) изготовил первый колориметр, с помощью которого человек мог зрительно сравнивать монохроматический цвет и цвет смешивания в заданной пропор­ции компонент RGB. Регулируя яркость каждой из смешиваемых компонент, можно добиться уравнивания цветов смеси и монохроматического излучения. Это описывается следующим образом:

Ц= rR + gG + bB,

где r, g и b — количество соответствующих основных цветов.

Соотношение коэффициентов r, g и Ъ Максвелл наглядно показал с помощью треугольника, впоследствии названного его именем [1]. Треугольник Мак­свелла является равносторонним, в его вершинах располагаются основные цвета — R, G и В (рис. 1.22). Из заданной точки проводятся линии, перпен­дикулярные сторонам треугольника. Длина каждой линии и показывает соот­ветствующую величину коэффициента r, g или Ъ. Одинаковые значения r=g=b имеют место в центре треугольника и соответствуют белому цвету. Следует также отметить, что некоторый цвет может изображаться как внут­ренней точкой такого треугольника, так и точкой, лежащей за его пределами. В последнем случае это соответствует отрицательному значению соответст­вующего цветового коэффициента. Сумма коэффициентов равна высоте тре­угольника, а при высоте, равной единице, — r+g+b = 1.

В качестве основных цветов Максвелл использовал излучения с такими дли­нами волн — 630, 528 и 457 нм.

К настоящему времени система RGB является официальным стандартом. Решением Международной Комиссии по Освещению — МКО (CIE — Cоm-mision International de l'Eclairage) в 1931 году были стандартизованы основ­ные цвета, которые было рекомендовано использовать в качестве R, G и В. Это монохроматические цвета светового излучения с длинами волн соответ­ственно:

R— 700 нм; G — 546.1 нм; В — 435.8 нм.

Красный цвет получается с помощью лампы накаливания с фильтром. Для получения чистых зеленого и синего цветов используется ртутная лампа. Также стандартизировано значение светового потока для каждого основного цвета [1].

Еще одним важным параметром для системы RGB является цвет, получаемый смешением трех компонент в равных количествах. Это белый цвет. Оказывается, что для того, чтобы смешиванием компонент R, G и В получить белый цвет, яркости соответствующих источников не должны быть равны друг другу, а находиться в пропорции

L_R:L_G:L_B=1 : 4.5907: 0.0601

Если расчеты цвета производятся для источников излучения с одинаковой яркостью, то указанное соотношение яркостей можно учесть соответствую­щими масштабными коэффициентами [15].

Теперь рассмотрим другие аспекты. Цвет, создаваемый смешиванием трех основных компонент, можно представить вектором в трехмерной системе координат R, G и В, изо­браженной на рис. 1.23. Черному цвету соот­ветствует центр координат— точка (0, 0, 0). Белый цвет выражается максимальным значе­нием компонент. Пусть это максимальное значение вдоль каждой оси равно единице. Тогда белый цвет— это вектор (1, 1, 1). Точ­ки, лежащие на диагонали куба от черного к белому, соответствуют равным значениям: R_i=G_i=B_i. Это градации серо­го— их можно считать белым цветом различной яркости. Вообще говоря, если все компоненты вектора (r, g, b) умножить на одинаковый коэффициент (к = 0...1), то цвет (кr, kg, kb) сохраняется, изменяется только яркость. По­этому, для анализа цвета важно соотношение компонент. Если в цветовом уравнении

Ц = rR + gG + bB

разделить коэффициенты r, g и b на их сумму:

то можно записать такое цветовое уравнение:

Ц = r’R + g’G + b’B.

Это уравнение выражает векторы цвета (r', g', b¹), лежащие в единичной плоскости r'+g'+b' = 1. Иными словами, мы перешли от куба к треугольнику Максвелла.

В ходе колориметрических экспериментов были определены коэффициенты (r' g', b'), соответствующие чистым монохроматическим цветам. Простейший колориметр можно представить как призму из белого гипса, грани которой освещают источниками света. На левую грань направлен источник чистого монохроматического излучения, а правая грань освещается смесью трех ис­точников RGB. Наблюдатель видит одновременно две грани, что позволяет фиксировать равенство цветов (рис. 1.24).

Результаты экспериментов можно изобразить графически (рис. 1.25).

Как видим, коэффициенты r', g' и Ь' могут быть и положительными, и отри­цательными. Что это означает? То, что некоторые монохроматические цвета не могут быть представлены суммой компонент R, G и В. Но как отнять то, чего нет? Для уравнивания цвета пришлось добавить к монохроматическому излучению одну из компонент R, G или В. Например, если монохроматическое излучение для некоторого значения X разбавлялось красным, то можно выразить так:

Ц(λ) + r'(λ) R = g'(λ)G + b'(λ)B.

Как оказалось, ни один цвет монохроматического излучения (за исключением самих цветов R, G и В) не может быть представлен только положительными значениями коэффициентов смешивания. Это наглядно можно изобразить с помощью цветового графика, построенного на основе треугольника! Максвелла (рис. 1.26). Верхняя часть кривой линии соответствует чистым! монохроматическим цветам, а нижняя линия — от 380 до 780 нм — представляет так называемые пурпурные цвета (смесь синего и красного), которые! не являются монохроматическими. Точки, лежащие внутри контура кривой, соответствуют реальным цветам, а вне этого контура — н ереальным цветам. I

Точки внутри треугольника соответствуют неотрицательным значениям коэффициентов r', g' и b' и представляют цвета, которые можно получить смеши­ванием компонент RGB.

Т аким образом, система RGB имеет неполный цветовой охват — некоторые насыщенные цвета не могут быть представлены смесью указанных трех ком­понент. В первую очередь, это цвета от зеленого до синего, включая все от­тенки голубого — они соответствуют левой ветви кривой цветового графика. Еще раз подчеркнем, что речь здесь идет о насыщенных цветах, поскольку, ! например, ненасыщенные голубые цвета смешиванием компонент RGB по- | лучить можно. Несмотря на неполный охват, система RGB широко используется в настоящее время — в первую очередь, в цветных телевизорах и дис­плеях компьютеров. Отсутствие некоторых оттенков цвета не слишком за­метно.

Еще одним фактором, способствующим популярности системы RGB, явля­ется ее наглядность — основные цвета находятся в трех четко различимых участках видимого спектра.

Кроме того, одной из гипотез, объясняющих цветовое зрение человека, явля­ется трехкомпонентная теория, которая утверждает, что в зрительной сис­теме человека есть три типа светочувствительных элементов. Один тип эле­ментов реагирует на зеленый, другой тип — на красный, а третий тип — на синий цвет. Такая гипотеза высказывалась еще Ломоносовым [15], ее обос­нованием занимались многие ученые, начиная с Т. Юнга. Впрочем, трехкомпонентная теория не является единственной теорией цветового зрения человека [1,10, 15].

Цветовая модель CMY

Используется для описания цвета при получении изображений на устройст­вах, которые реализуют принцип поглощения (вычитания) цветов. В первую очередь она используется в устройствах, которые печатают на бумаге. Назва­ние данной модели составлено из названий основных субтрактивных цве­тов — голубого (Cyan), пурпурного (Magenta) и желтого (Yellow) (рис. 1.27).

Для того чтобы разобраться с поглощением цветов, рассмотрим рис. 1.28.

Нанесение желтой краски на белую бумагу означает, что поглощается отра­женный синий цвет. Голубая краска поглощает красный цвет, пурпурная краска —- зеленый.

Комбинирование красок позволяет получить цвета, которые остались — зеленый, красный, синий и черный. Черный цвет соответствует поглощению всех цветов при отражении (рис. 1.29).

На практике добиться черного смешиванием сложно из-за неидеальности красок, поэтому в принтерах используют еще и краску черного цвета ( blасk). Тогда модель называется CMYK.

Характеристики

Список файлов книги