Схемы цветообразования

Цвета одних предметов человек видит потому, что они излу­чают свет, а других — потому, что они его отражают. Когда предметы излучают свет, они приобретают тот цвет, который мы видим. Когда они отражают свет (бумага, например), их цвет определяется цветом падающего на них света и цветом, который эти объекты отражают.

Сегодня диаметрально противоположные способы генерации цвета мониторов и принтеров являются основной причиной ис­кажения экранных цветов при печати. Для того чтобы получать предсказуемые результаты на экране и печати, нужно хорошо представлять работу двух противоположных систем описания цвета в компьютере: аддитивной и субтрактивной.

Аддитивные и субтрактивные цвета. Аддитивный цвет (от англ. add — суммировать, складывать) образуется при соеди­нении лучей света разных цветов. В этой системе используются три основных цвета — красный, зеленый и синий (RGB — R e d, G r e e n, В 1 u e). Если их смешать друг с другом в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях — любой другой, отсутствие же всех ос­новных цветов представляет черный цвет. Система аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например от монитора компьютера.

В системе субтрактивных цветов (от англ. subtract — вычитать) происходит обратный процесс — вы получаете ка­кой-либо цвет, вычитая другие цвета из общего луча отраженно­го света. В этой системе белый цвет появляется в результате от­сутствия всех цветов, тогда как их присутствие дает черный цвет. Система субтрактивных цветов работает с отраженным светом, например от листа бумаги. Белая бумага отражает все цвета, ок­рашенная — некоторые поглощает, а остальные отражает.

В системе субтрактивных цветов основными являются голу­бой, пурпурный и желтый цвета (CMY), противоположные крас­ному, зеленому и синему. Когда эти цвета смешиваются на бе­лой бумаге в равной пропорции, получается черный цвет. Вернее, предполагается, что должен получиться черный цвет. В действительности типографские краски поглощают свет не полностью и поэтому комбинация трех основных цветов выглядит темно-коричневой. Чтобы исправить возникающую неточ­ность, для представления тонов черного цвета принтеры добавляют немного черной краски. Систему цветов, основанную на таком процессе четырехцветной печати, принято обозначать аб­бревиатурой CMYK (C yan, M agenta, Y ellow, B lack).

Цветовая модель RGB. Монитор компьютера создает цвет непосредственно излучением света и использует, таким образом, систему цветов RGB. Поверхность монитора состоит из мель­чайших точек (пикселей) красного, зеленого и синего цветов, форма точек варьируется в зависимости от типа электронно-лу­чевой трубки (ЭЛТ). Пушка ЭЛТ подает сигнал различной мощ­ности на экранные пиксели. Каждая точка имеет один из трех цветов, при попадании на нее луча из пушки она окрашивается в определенный оттенок своего цвета в зависимости от силы сигнала. Поскольку точки маленькие, уже с небольшого расстоя­ния они визуально смешиваются друг с другом и перестают быть различимы. Комбинируя различные значения основных цветов, можно создать любой оттенок из более 16 млн цветов, доступ­ных в RGB.

Лампа сканера светит на поверхность захватываемого изо­бражения (или сквозь слайд), затем отраженный или прошед­ший через слайд свет с помощью системы зеркал попадает на чувствительные датчики, которые передают данные в компьютер также в системе RGB. Система RGB адекватна цветовому вос­приятию человеческого глаза, рецепторы которого тоже настрое­ны на красный, зеленый и синий цвета.

Цветовая модель CMYK. Система цветов CMYK была широ­ко известна задолго до того, как компьютеры стали использо­ваться для создания графических изображений. Триада основ­ных печатных цветов: голубой, пурпурный и желтый (CMY, без черного) является, по сути, наследником трех основных цветов живописи (синего, красного и желтого). Изменение оттенка пер­вых двух связано с отличным от художественных химическим уставом печатных красок, но принцип смешения тот же самый, художественные, и печатные краски, несмотря на провозглашаемую самодостаточность, не могут дать очень многих оттенков. Поэтому художники используют дополнительные краски на основе чистых пигментов, а печатники добавляют как минимум черную краску. Система CMYK создана и используется для пе­чати. Все файлы, предназначенные для вывода в типографии должны быть конвертированы в CMYK. Этот процесс называет­ся цветоделением.

Цвет в CMYK может быть описан совокупностью четырех чисел (или цветовыми координатами), каждое из которых пред­ставляет собой процент краски основных цветов, составляющий цветовую комбинацию. Например, для получения темно-оран­жевого цвета следует смешать 30 % краски cyan, 45 % magenta, 80 % yellow и 5 % black, тогда этот цвет можно закодировать сле­дующим образом — (30, 45, 80, 5), или же C30M45Y80K5.

Схема YUV. Исследования показали, что глаз человека более восприимчив к яркости, чем к цветам. Это использовано в теле­визионном методе YUV для кодирования изображений, при ко­тором интенсивность обрабатывается независимо от цвета. Сиг­нал Y предназначен для передачи интенсивности и измеряется в максимальном разрешении, в то время как U и V — для цвето­вых сигналов различия.

При YUV-представлении видеосигнала цветоразностные компоненты U и V передаются с вдвое меньшим разрешением (частота дискретизации у сигнала яркости в 4 раза больше основ­ной частоты в 3 МГц, а у цветоразностных — в 2 раза). Обычно при характеристике устройств ввода такую оцифровку называют половинным разрешением (или YUV 4: 2: 2). Запись 4: 1: 1 (разре­шение одной четверти YUV 4: 1: 1) означает в 4 раза меньшую частоту выборки, что приводит к потере качества изображения. Запись 8: 8: 8 означает представление и оцифровку видеосигна­ла как RGB-составляющих с наилучшим качеством.

Перевод в цифровую форму сигнала YUV вместо RGB требу­ет 16 битов (два байта) вместо 24 битов (три байта), чтобы пред­ставить точный цвет, так что одна секунда видеоформата PAL требует приблизительно 22 Мбайта.

Цветовые модели HSB и HSL. Системы цветов RGB и CMYK базируются на ограничениях, накладываемых аппаратным обес­печением (мониторами и сканерами в случае с RGB и типограф­скими красками в случае со CMYK). Более логичным способом описания цвета является представление его в виде тона, насы­щенности и яркости — система HSB. Она же известна как систе­ма HSL (тон, насыщенность, освещенность).

Тон представляет собой конкретный оттенок цвета на цве­товом круге, отличный от других: красный, зеленый, голубой и т. п. Насыщенность цвета характеризует его относительную интенсивность (или чистоту). Уменьшая насыщенность, например красного, мы делаем его более пастельным, приближаем с серому. Яркость (или освещенность) цвета показывает величину затемнения или осветления исходного оттенка.

HSB имеет перед другими системами важное преимущество она больше соответствует природе цвета, хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Многие оттенки можно быстро и удобно получить в HSB, конвертировав затем в RGB или CMYK, доработав в последнем случае, если цвет был искажен.

Цветовая модель Grayscale. Цветовая модель Grayscale пред­ставляет собой ту же индексированную палитру, где вместо цве­та пикселям назначена одна из 256 градаций серого.