Цветовые модели в компьютерной графике кратко
Обновлено: 06.07.2024
Во всех графических программах в форме выбора цветов есть переключатели цветовых моделей. Обычно это выпадающий список с вариантами CMYK, RGB, LAB, HSB, HLS и Grayscale. Вроде бы одни и те же цвета, только в разных системах измерения. Зачем вообще предлагать их на выбор? Если вы задавались таким вопросом, то эта статья будет вам полезна.
Что такое цветовая модель?
Цветовая модель — математическая модель описания цветов в виде набора чисел, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Все возможные значения цветов, задаваемые моделью, определяют цветовое пространство.
Зачем нужно знать о цветовых моделях?
Цвет, который вы видите на мониторе при разработке макета и тот цвет, что получается при печати на бумаге генерируются абсолютно разными способами. Каждый из этих способов воспроизведения цвета использует свою цветовую модель, а у каждой модели свой цветовой охват.
Если вы создали в графической программе цвет в модели RGB, то вполне вероятно, что он не может быть напечатан на бумаге. Возможно цветовой охват печати (модель CMYK) просто не содержит такого цвета и в напечатанном изделии вы получите совсем не то, что задавали в макете.
Для описания цветовых оттенков, которые могут быть воспроизведены на экране компьютера и на принтере, разработаны специальные средства — цветовые модели (системы цветов).
Цвет может получиться в процессе излучения и в процессе отражения. Поэтому цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности:
- Аддитивные модели (RGB). Служат для получения цвета на мониторе.
- Полиграфические модели (CMYK). Служат для получения цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования.
- Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSВ.
С экрана монитора человек воспринимает цвет как сумму излучения трёх базовых цветов: красного (Red), зелёного (Green), синего (Blue).
Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре).
Цвет на экране получается при суммировании лучей трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого из них достигает \(100\), то получается белый цвет. Минимальная интенсивность трёх базовых цветов даёт чёрный цвет.
Для описания каждого составляющего цвета требуется \(1\) байт (\(8\) бит) памяти, а чтобы описать один цвет, требуется \(3\) байта, т.е. \(24\) бита, памяти.
Для кодирования одного цвета пикселя определяется длина двоичного кода, которая называется глубиной цвета .
Рассчитать глубину цвета можно по формуле: N = 2 i , где N —количество цветов в палитре, i — глубина цвета.
Интенсивность каждого из трёх цветов — это один байт (т.е. число в диапазоне от \(0\) до \(255\)), т.е. каждая составляющая может принимать \(256\) значений.
Таким образом, с использованием трёх составляющих можно описать \(256⋅256⋅256 = 16777216\) различных цветовых оттенков, а, значит, модель RGB имеет приблизительно \(16,7\) миллионов различных цветов.
При печати изображений на принтерах используется цветовая модель, основными красками в которой являются голубая (Cyan), пурпурная (Magenta) и жёлтая (Yellow).
Чтобы получить чёрный цвет, в цветовую модель был включен компонент чистого чёрного цвета (BlacK). Так получается четырёхцветная модель, называемая CMYK .
Область применения цветовой модели CMYK — полноцветная печать. Именно с этой моделью работает большинство устройств печати.
Из-за несоответствия цветовых моделей часто возникает ситуация, когда цвет, который нужно напечатать, не может быть воспроизведен с помощью модели CMYK (например, золотой или серебряный). В этом случае применяются краски Pantone.
Все файлы, предназначенные для вывода в типографии, должны быть конвертированы в CMYK . Этот процесс называется цветоделением .
При просмотре CMYK -изображения на экране монитора одни и те же цвета могут восприниматься немного иначе, чем при просмотре RGB -изображения.
В модели CMYK невозможно отобразить очень яркие цвета модели RGB , модель RGB , в свою очередь, не способна передать тёмные густые оттенки модели CMYK , поскольку природа цвета разная.
Отображение цвета на экране монитора часто меняется и зависит от особенностей освещения, температуры монитора и цвета окружающих предметов. Кроме того, многие цвета, видимые в реальной жизни, не могут быть выведены при печати, не все цвета, отображаемые на экране, могут быть напечатаны, а некоторые цвета печати не видны на экране монитора.
HSB — это цветовая трёхканальная модель, которая характеризует параметры цвета. Цветовой тон (Hue), насыщенность (Saturation), яркость (Brightness).
Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK, HSB.
Цветовая модель RGB используется для излучаемого цвета, т.е. при подготовке экранных документов. Любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются цветовыми составляющими.
При кодировке цвета точки изображения с помощью трех байтов, первый байт кодирует красную составляющую, второй — зеленую, третий—синюю. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей
на другую яркость суммарного цвета также увеличивается. Поэтому цветовая модель RGB, использующаяся для излучаемого цвет:. называется аддитивной.
Цветовая модель CMYK используется при работе с отраженны:ч цветом, т. е. для подготовки печатных документов. Цветовыми с -ставляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиз-.~ вый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (BlacK). Эти цвета пол. -чаются в результате вычитания основных цветов модели RGB к: белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета. Поэтому цветовая модель CMYK, использующаяся для отраженного цвета, называются субтрактивной.
Из курса физики известно, что звук — это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой аналоговый сигнал нужно преобразовать в последовательность двоичных чисел. Можно измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс и есть дискретизация (или оцифровка).
В процессе временной дискретизации звука звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки. Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется некой дискретной последовательностью уровней громкости. Чем больше уровней громкости может быть выделено в процессе кодирования, тем более качественным будет звучание. Современные звуковые карты позволяют для кодирования каждого значения амплитуды звукового сигнала выделить 16 бит (это так называемая глубина звука). Количество различных уровней сигнала можно вычислить по формуле: N = 2', где i — глубина звука. Таким образом, для современных звуковых карт количество различных уровней сигнала равно Л г = 2" 1 = 65538.
Качество кодирования будет напрямую зависеть от количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Этот показатель называется частотой дискретизации. Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла.
По окончании процесса дискретизации, звуковая информация хранится в памяти компьютера в виде двоичных кодов. При этом качество двоичного кодирования звуковой информации определяется двумя показателями: глубиной кодирования и частотой дискретизации. ,
Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование, а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.
Представление и обработка видеоизображения
Современные компьютеры используются и для работы с видеоинформацией - на них можно просматривать видеофильмы, видеоклипы и т. п., однако следует помнить о том, что для качественного воспроизведения видео компьютер должен обладать высоким быстродействием и иметь достаточный объем видеопамяти.
Видеоинформация представляет собой совокупность звуковой и графической информации, где для создания эффекта движения используется быстрая смена статичных картинок.
Понятие мультимедиа
- образовании (обучающие программы, системы тестирования, виртуальные лаборатории, электронные справочники, словари, энциклопедии и т. п.);
- искусстве (кино, телевидение, анимация, виртуальные художественные галереи, музыкальные альбомы);
- рекламе (видеоролики), науке (имитационное моделирование);
- торговле и других областях.
Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK, HSB.
Цветовая модель RGB используется для излучаемого цвета, т.е. при подготовке экранных документов. Любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются цветовыми составляющими.
При кодировке цвета точки изображения с помощью трех байтов, первый байт кодирует красную составляющую, второй — зеленую, третий—синюю. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей
на другую яркость суммарного цвета также увеличивается. Поэтому цветовая модель RGB, использующаяся для излучаемого цвет:. называется аддитивной.
Цветовая модель CMYK используется при работе с отраженны:ч цветом, т. е. для подготовки печатных документов. Цветовыми с -ставляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиз-.~ вый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (BlacK). Эти цвета пол. -чаются в результате вычитания основных цветов модели RGB к: белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета. Поэтому цветовая модель CMYK, использующаяся для отраженного цвета, называются субтрактивной.
Из курса физики известно, что звук — это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой аналоговый сигнал нужно преобразовать в последовательность двоичных чисел. Можно измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс и есть дискретизация (или оцифровка).
В процессе временной дискретизации звука звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки. Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется некой дискретной последовательностью уровней громкости. Чем больше уровней громкости может быть выделено в процессе кодирования, тем более качественным будет звучание. Современные звуковые карты позволяют для кодирования каждого значения амплитуды звукового сигнала выделить 16 бит (это так называемая глубина звука). Количество различных уровней сигнала можно вычислить по формуле: N = 2', где i — глубина звука. Таким образом, для современных звуковых карт количество различных уровней сигнала равно Л г = 2" 1 = 65538.
Качество кодирования будет напрямую зависеть от количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Этот показатель называется частотой дискретизации. Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла.
По окончании процесса дискретизации, звуковая информация хранится в памяти компьютера в виде двоичных кодов. При этом качество двоичного кодирования звуковой информации определяется двумя показателями: глубиной кодирования и частотой дискретизации. ,
Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование, а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.
Представление и обработка видеоизображения
Современные компьютеры используются и для работы с видеоинформацией - на них можно просматривать видеофильмы, видеоклипы и т. п., однако следует помнить о том, что для качественного воспроизведения видео компьютер должен обладать высоким быстродействием и иметь достаточный объем видеопамяти.
Видеоинформация представляет собой совокупность звуковой и графической информации, где для создания эффекта движения используется быстрая смена статичных картинок.
Понятие мультимедиа
- образовании (обучающие программы, системы тестирования, виртуальные лаборатории, электронные справочники, словари, энциклопедии и т. п.);
- искусстве (кино, телевидение, анимация, виртуальные художественные галереи, музыкальные альбомы);
Типы цветовых моделей
Существует немало цветовых моделей, наиболее часто используемые можно разделить на три группы:
- аппаратно-зависимые — цветовые модели данной группы описываю цвет применительно к конкретному, цветовоспроизводящему устройству (например монитору), — RGB, CMYK
- аппаратно-независимые — эта группа цветовых моделей для того, чтобы дать однозначную информацию о цвете — XYZ, Lab
- психологические — эти модели основываются на особенностях восприятия человека — HSB, HSV, HSL
Рассмотрим по отдельности некоторые, часто используемые, цветовые модели.
Цветовая модель RGB
Данная цветовая модель описывает цвет источника света (сюда можно отнести например экран монитора или телевизора). Из огромного множества цветов, в качестве основных (первичных) было выделено три цвета: красный (Bed), зеленый (Green), синий (Blue ). Первые буквы названий основных цветов образовали название цветовой модели RGB.
Когда смешиваются два основных цвета, получившийся цвет осветляется: красный и зеленый дают желтый, зеленый и синий дают голубой, из синего и красного получится пурпурный. Если смешать все три основных цвета, образуется белый. Такие цвета называются аддитивными.
Эту модель можно представить в виде трехмерной системы координат, где каждая отражает значение одного из основных цветов в диапазоне от нуля до максимума. Получился куб, внутри которого находятся все цвета, образующие цветовое пространство RGB.
Важные точки и линии модели RGB
- Начало координат: в этой точке значения всех основных цветов равны нулю, излучение отсутствует, т. е. это — точка черного цвета.
- В ближайшей к зрителю точке все составляющие имеют максимальное значение, это значит максимальное свечение — точка белого цвета.
- На линии, соединяющей эти точки (по диагонали куба), расположены оттенки серого цвета: от черного к белому. Этот диапазон иначе называют серой шкалой (Grayscale).
- Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.
Плюс этой модели состоит в том, что она описывает все 16 миллионов цветов, а минус в том, что при печати часть (самые яркие и насыщенные) этих цветов потеряется.
Так как RGB аппаратно-завиисмая модель, то одна и та же картинка на разных мониторах может отличаться по цвету, например потому что экраны этих мониторов сделаны по разным технологиям или мониторы по разному настроены.
Цветовая модель CMYK
Три основных цвета модели CMYK, называют полиграфической триадой. Печатая этими красками, происходит поглощение красной, зеленой и синей составляющих. В изображении CMYK каждый пиксель имеет значение процентного содержания триадных красок.
Когда смешиваем две субтрактивных краски, то результирующий цвет затемняется, а если смешать три, то должен получиться черный цвет. При нулевом значении всех красок получаем белый цвет. А когда значения всех составляющих равны — получаем серый цвет.
На деле получается, что если смешать три краски при максимальных значениях, вместо глубокого черного цвета у нас получится скорее грязный темно-коричневый. Это происходит потому, что полиграфические краски не идеальны и не могут отразить весь цветовой диапазон.
Что бы компенсировать эту проблему к этой триаде добавили четвертую краску черного цвета, она и добавила последнюю букву в названии цветовой модели С — Cyan (Голубой), М — Magenta (Пурпурный), Y — Yellow (Желтый), К — blacK (Черный). Все краски обычно обозначаются начальной буквой названия, но черную обозначили последней буквой, Почему? На этот счет есть несколько версий.
Как и RGB, CMYK тоже модель аппаратно-зависимая. Зависит конечный результат от краски, от типа бумаги, от печатной машины, от особенностей технологии печати. Поэтому одно и то же изображение в разных типографиях может быть напечатанным по разному.
Цветовая модель HSB
Если вышеописанные модели соединить в одну, то результат можно изобразить в виде цветового круга, где основные цвета моделей RGB и CMY расположены в следующей зависимости: каждый цвет находится напротив комплементарного цвета, его дополняющего и между цветами, с помощью которых он образован.
Чтобы усилить какой-то цвет, нужно ослабить цвет находящийся напротив (дополняющий). Например, чтобы усилить желтый, нужно ослабить синий.
Для описания цвета в данной модели есть три параметра Hue (оттенок) — показывает положение цвета на цветовом круге и обозначается величиной угла от 0 до 360 градусов, Saturation (насыщенность) — определяет чистоту цвета (уменьшение насыщенности похоже на добавлене белого цвета в исходный цвет), Brightness (яркость) — показывает освещенность или затененность цвета (уменьшение яркости похоже на добавление черной краски). Первые буквы в названии этих параметров и дали название цветовой модели.
Модель HSB хорошо согласуется с человеческим восприятием: цветовой тон — длина волны света, насыщенность — интенсивность волны, а яркость — количество света.
Минусом модели HSB является необходимость конвертировать ее в RGB для отображения на экране монитора или в CMYK для печати.
Цветовая модель Lab
Эту модель создала Международная комиссия по освещению для того, чтобы уйти от недостатков предыдущих моделей. Было необходимо создать аппаратно независимую модель для определения цвета независящую от параметров устройства.
В модели Lab цвет представлен тремя параметрами:
- L — светлота
- a — хроматический компонент в диапазоне от зеленого до красного
- b — хроматический компонент в диапазоне от синего до желтого
При переводе цвета из какой-нибудь модели в Lab, все цвета сохраняются, так как пространство Lab самое большое. Поэтому данное пространство используют как посредника при конвертации цвета из одной модели в другую.
Цветовая модель Grayscale
Самое простое и понятное пространство используется для отображения черно-белого изображения. Цвет в данной модели описывается всего одним параметром. Значение параметра может быть в градациях (от 0 до 256) или в процентах (от 0% до 100%). Минимальное значение соответствует белому цвету, а максимальное — черному.
Индексные цвета
Вряд ли допечатнику придется работать с индексными цветами, но знать что это такое, не помешает.
Итак, когда-то давно, на заре компьютерных технологий, компьютеры могли отображать на экране не больше 256 цветов одновременно, а до этого 64 и 16 цветов. Исходя из таких условий был придуман индексный способ кодирования цвета. Каждый цвет, содержащийся в изображении, получил порядковый номер, с помощью этого номера описывался цвет всех пикселов, имеющих соответствующий цвет. Но у разных изображение наборы цветов разные и по этому пришлось в каждой картинке хранить свой набор цветов (набор цветов назвали — цветовая таблица).
Современные компьютеры (даже самые простые) способны отображать на экране 16,8 млн цветов, поэтому нет особой необходимости в использовании индексных цветов. Но с развитием интернета эта модель вновь используется. Все потому, что такой файл может иметь гораздо меньший размер.
Читайте также: