Мы воспринимаем окружающий мир с помощью различных факторов, один из которых — это цвет. Открывает человек глаза и видит разные цвета, а если нужно об этих цветах рассказать другому человеку, то можно сказать что-то вроде «штаны у него как спелый лимон» или «глаза у нее как ясное небо» и человеку в принципе понятно какого цвета штаны и глаза, даже если он их не видит.

То есть передать информацию о цвете от человека человеку, никакого труда не составляет. А если цветовой информацией должны оперировать не люди, а какие-нибудь технические устройства, тут вариант «глаза как ясное небо» не пойдет. Нужно какое-то иное описание цвета, понятное этим устройствам (мониторы, принтеры, фотоаппараты и т. д.). Как раз для этого и нужны цветовые модели.

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.

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 (B ed), зеленый (G reen), синий (B lue). 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.

Если предыдущая модель описывает светящиеся цвета, то CMYK наоборот, для описания цветов отраженных. Еще они называются субтрактивными («вычитательными»), потому что они остаются после вычитания основных аддитивных. Так как цветов для вычитания у нас три, то и основных субтрактивных цветов тоже будет три: голубой (C yan), пурпурный (M agenta), желтый (Y ellow).

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 - C yan (Голубой), М - M agenta (Пурпурный), Y - Y ellow (Желтый), К - blacK (Черный). Все краски обычно обозначаются начальной буквой названия, но черную обозначили последней буквой, Почему? .

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 H ue (оттенок) - показывает положение цвета на цветовом круге и обозначается величиной угла от 0 до 360 градусов, S aturation (насыщенность) - определяет чистоту цвета (уменьшение насыщенности похоже на добавлене белого цвета в исходный цвет), B rightness (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.

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.

RGB и CMYK . Кодирование цвета в различных графических программах. Цветовая модель HSB .

Цель: получить представление о методах описания цветов в компьютерной графике – цветовых моделях.

Свет и цвет

Мир, окружающий человека, - это океан цвета. Цвет имеет не только информационную, но и эмоциональную составляющую. Для многих отраслей производства, в том числе для полиграфии и компьютерных технологий, необходимы объективные способы описания и обработки цвета.

Понятие света и цвета в компьютерной графике является основополагающим.

Цвета образуются в природе различным образом.

Источники света (солнце, лампочки, экраны компьютеров и телевизоров) излучают свет различных длин волн, воспринимаемый глазом как цветной свет. Попадая на поверхности несветящихся предметов, свет частично поглощается, а частично отражается. Отраженное излучение воспринимается глазом как окраска предметов. Таким образом, цвет объекта возникает в результате излучения или отражения. Описание цвета может опираться на составление любого цвета на основе основных цветов или на такие понятия как светлота, насыщенность, цветовой тон.

В связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения цвета, были разработаны различные цветовые модели, позволяющие с помощью математического аппарата описать определенные цветовые области спектра.

Цветовые модели описывают цветовые оттенки с помощью смешивания нескольких основных цветов. Основные цвета разбиваются на оттенки по яркости от темного к светлому и каждой градации яркости присваивается цифровое значение (например, самой темной – 0, самой светлой – 255). Считается, что в среднем человек способен воспринимать около 256 оттенков одного цвета. Поэтому, любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и обозначить его набором цифр – цветовых координат.

Таким образом, при выборе цветовой модели можно определять трехмерное цветовое координатное пространство, внутри которого каждый цвет представляется точкой. Такое пространство называется пространством цветовой модели.

Цветовая модель RGB

Цветов огромное количество, однако, при цветовосприятии человеческим глазом непосредственно воспринимаются три цвета - красный, зеленый, синий . Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. Именно на данных цветах основана цветовая модель RGB – Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий).

При сложении (смешении) двух основных цветов результат осветляется (речь идет о световых лучах определенного цвета, чем больше света, тем светлее).

Смешав три базовых цвета в разных пропорциях, можно получить все многообразие оттенков.

Для описания конкретного оттенка нужно в скобках описать количество (интенсивность) каждого из основных цветов: сначала красного, потом зеленого, потом синего. Например, (240, 160, 25) - оранжевый цвет.

Рис. 1.3.

В модели RGB количество каждого компонента измеряется числом от 0 до 255, то есть имеет 256 градаций. Полное количество цветов, представляемых этой моделью равно 256*256*256 = 16 777 216.

Чёрный цвет получается, если интенсивность всех базовых цветов равна нулю – (0,0,0).

Белый цвет получается при их максимальной интенсивности -(255,255,255).

Ярко-синий цвет может быть определён как (0,0,255), красный как (255,0,0), ярко-фиолетовый - (255,0,255).

Применение: в этой модели кодирует изображение сканер, и отображает рисунок экран монитора.

Рис. 1.4.

Цвета в таких светящихся устройствах, как телевизоры и компьютерные мониторы формируются путем смешивания в различных пропорциях трех первичных цветов RGB, но такие средства воспроизведения цвета, как печатные издания и картины работают на поглощении одних длин волн и отражение других.

Цветовая модель CMYK разработана для полиграфии и базируется на четырех основных цветах: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый), Black (черный). Чёрный означают K (по последней букве), чтобы не путать с B (англ. blue) из модели RGB.

Три первичных цвета RGB при смешивании создают белый цвет, а три первичных цвета CMY при смешивании создают черный цвет. Поскольку реальные чернила не создают чистых цветов, то к этим трем цветам добавляется отдельно черный цвет (К) и модель называется CMYK. Диапазон представления цветов в CMYK уже, чем в RGB, поэтому при преобразовании данных из RGB в CMYK цвета кажутся грязнее.

В цвета модели CMYK окрашено все, что не светится собственным светом. Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, их освещающего. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты окрашены в разные цвета.

Рис. 1.5.

Применение: . Так как модель описывает реальные полиграфические краски, ее используют для получения полиграфического оттиска. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду.

Цветовая модель HSB

Модель HSB получила название по первым буквам английских слов: цветовой тон (hue), насыщенность (saturation), яркость (brightness).

H - Оттенок (hue)

Значение, определяющее положение цвета в спектре. Например, зеленый расположен между желтым и синим.

К "плюсам" этой модели относят то, что она неплохо согласуется с восприятием человека: цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность - интенсивности волны, а яркость - количества света. Кроме того, данная модель является удобной и понятной, имеет большой цветовой охват.

К "минусам" данной модели относят наличие необходимости преобразования в модель RGB для отображения на экране монитора или в модель CMYK для получения полиграфического оттиска, а любое преобразование из модели в модель не обходится без потерь цветовоспроизведения.

Применение: HSB - модель, которую используют компьютерные художники.

На принципе такого деления света основан цветной телевизор или монитор Вашего компьютера. Если говорить очень грубо, то монитор, в который Вы сейчас смотрите состоит из огромного количества точек (их количество по вертикали и горизонтали определяет разрешение монитора) и в каждую эту точку светят по три "лампочки": красная, зеленая и синяя. Каждая "лампочка" может светить с разной яркостью, а может не светить вовсе. Если светит только синяя "лампочка" - мы видим синюю точку. Если только красная - мы видим красную точку. Аналогично и с зеленой. Если все лампочки светят с полной яркостью в одну точку, то эта точка получается белой, так как все градации этого белого опять собираются вместе. Если ни одна лампочка не светит, то точка кажется нам черной. Так как черный цвет - это отсутствие света. Сочетая цвета этих "лампочек", светящихся с различной яркостью можно получать различные цвета и оттенки.

Яркость каждой такой лампочки определяется интенсивностью (делением) от 0 (выключенная "лампочка") до 255 ("лампочка", светящая с полной "силой"). Такое деление цветов называется цветовой моделью RGB от первых букв слов "RED" "GREEN" "BLUE" (красный, зеленый, синий).

Таким образом белый цвет нашей точки в цветовой модели RGB можно записать в следующем виде:

R (от слова "red", красный) - 255

G (от слова "green", зеленый) - 255

B (от слова "blue", синий) - 255

"Насыщенный" красный будет выглядеть так:

Желтый цвет будет иметь следующий вид:

Так же, для записи цвета в rgb, используют шестнадцатеричную систему. Показали интенсивности запмсывают по порядку #RGB:

Белый - #ffffff

Красный - #ff0000

Черный - #00000

Желтый - #ffff00

Цветовая модель CMYK

Итак, теперь мы знаем, каким хитрым способом наш компьютер передает нам цвет той или иной точки. Давайте теперь воспользуемся приобретенными знаниями и попробуем получить белый цвет с помощью красок. Для этого купим в магазине гуашь, возьмем баночки с красной, синей и зеленой краской, и смешаем их. Получилось? И у меня нет.

Проблема в том, что наш монитор излучает свет, то есть светится, но в природе многие объекты не обладают таким свойством. Они попросту отражают белый свет, который на них падает. Причем если предмет отражает весь спектр белого света, то мы видим его белым, а если же часть этого света им поглощается - то не совсем.

Примерно так: мы светим на красный предмет белым светом. Белый свет можно представить как R-255 G-255 B-255. Но предмет не хочет отражать весь свет, который мы на него направили, и нагло ворует у нас все оттенки зеленого и синего. В итоге отражает только R-255 G-0 B-0. Именно поэтому он нам и кажется красным.

Так что для печати на бумаге весьма проблематично пользоваться цветовой моделью RGB. Для этого, как правило, используется цветовую модель CMY (цми) или CMYK (цмик). Цветовая модель CMY основана на том, что сам по себе лист бумаги белый, то есть отражает практически весь спектр RGB, а краски, наносимые на нее, выступают в качестве фильтров, каждый из которых "ворует" свой цвет (либо red, либо green, либо blue). Таким образом цвета этих красок определяются вычитанием из белого по одному цветов RGB. Получаются цвета Cyan (что-то вроде голубого), Magenta (можно сказать, розовый), Yellow (желтый).

И если в цветовой модели RGB градация каждого цвета происходила по яркости от 0 до 255, то в цветовой модели CMYK у каждого цвета основным значением является "непрозрачность" (количество краски) и определяется процентами от 0% до 100%.

Таким образом, белый цвет можно описать так:

C (cyan) - 0%; M (magenta) - 0%; Y (yellow) - 0%.

Красный - C-0%; M-100%; Y-100%.

Зеленый - C-100%; M-0%; Y-100%.

Синий - C-100%; M-100%; Y-0%.

Черный - C-100%; M-100%; Y-100%.

Однако, это возможно только в теории. А на практике же обойтись цветами CMY не получается. И черный цвет при печати получается скорее грязно-коричневым, серый не похож сам на себя, а темные оттенки цветов создать проблематично. Для урегулирования конечного цвета используется еще одна краска. Отсюда и последняя буква в названии CMYK (ЦМИК). Расшифровка этой буквы может быть разной:

Это может быть сокращение от blacK (черный). И в сокращении используется именно последняя буква, чтобы не спутать этот цвет с цветом Blue в модели RGB;

Печатники очень часто употребляют слово "Контур" относительно этого цвета. Так что возможно, что буква K в абревиатуре CMYK (ЦМИК) - это сокращение от немецкого слова "Kontur";

Так же это может быть сокращение от Key-color (ключевой цвет).

Однако ключевым его назвать сложно, так как он является скорее дополнительным. И на черный этот цвет не совсем похож. Если печатать только этой краской изображение получается скорее серое. Поэтому некоторые придерживаются мнение, что буква K в обревиатуре CMYK означает "Kobalt" (темно-серый, нем.).

Как правило, используется для обозначения этого цвета термин "black" или "черный".

Печать с использованием цветов CMYK называют "полноцветной" или "триадной".

*Стоит, наверное, сказать, что при печати CMYK (ЦМИК) краски не смешиваются. Они ложатся на бумагу "пятнами" (растром) одна рядом с другой и смешиваются уже в воображении человека, потому что эти "пятна" очень малы. То есть изображение растрируется, так как иначе краска, попадая одна на другую, расплывается и образуется муар или грязь. Существует несколько разных способов растрирования.

Цветовая модель grayscale

Изображение в цветовой модели grayscale многие ошибочно называют черно-белым. Но это не так. Черно-белое изображение состоит только из черных и белых тонов. В то время, как grayscale (оттенки серого) имеет 101 оттенок. Это градация цвета Kobalt от 0% до 100%.

Аппаратно-зависимые и аппаратно-независимые цветовые модели

Цветовые модели CMYK и RGB являются аппаратно-зависимыми, то есть они зависят от способа передачи нам цвета. Они указывают конкретному устройству, как использовать соответствующие им красители, но не имеют сведений о восприятии конечного цвета человеком. В зависимости от настроек яркости, контрастности и резкости монитора компьютера, освещенности помещения, угла, под которым мы смотрим на монитор, цвет с одними и теми же параметрами RGB воспринимается нами по-разному. А восприятие человеком цвета в цветовой модели "CMYK" зависит от еще большего ряда условий, таких как свойства запечатываемого материала (например, глянцевая бумага впитывает меньше краски, чем матовая, соответственно цвета на ней получаются более яркие и насыщенные), особенности краски, влажности воздуха, при котором сохла бумага, характеристик печатного станка…

Чтобы передать человеку более достоверную информацию о цвете, к аппаратно-зависимым цветовым моделям прикрепляют так называемые цветовые профили. Каждый из такого профиля содержит информацию о конкретном способе передачи человеку цвета и регулирует конечный цвет с помощью добавления или изъятия из какого-либо составляющего первоначального цвета параметров. Например, для печати на глянцевой пленке используется цветовой профиль, убирающий 10% Cyan и добавляющий 5% Yellow к первоначальному цвету, из-за особенностей конкретной печатной машины, самой пленки и прочих условий. Однако даже прикрепленные профили не решают всех проблем передачи нам цвета.

Аппаратно-независимые цветовые модели не несут в себе сведений для передачи цвета человеку. Они математически описывают цвет, воспринимаемый человеком с нормальным цветным зрением.

Цветовые модели HSB и HLS

В основе этого цветового пространства лежит уже знакомое нам радужное кольцо RGB. Цвет управляется изменением таких параметров, как:

Hue - оттенок или тон;

Saturation - насыщенность цвета;

Brightness - яркость.

Параметр hue - это цвет. Определяется градусами от 0 до 360 исходя из цветов радужного кольца.

Параметр saturation - процент добавления к этому цвету белой краски имеет значение от 0% до 100%.

Параметр Brightness - процент добавления черной краски так же изменяется от 0% до 100%.

Принцип похож на одно из представлений света с точки зрения изобразительного искусства. Когда в уже имеющиеся цвета добавляют белую или черную краску.

Это самая простая для понимания цветовая модель, поэтому ее очень любят многие web-дизайнеры. Однако она имеет ряд недостатков:

Глаз человека воспринимает цвета радужного кольца, как цвета, имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В цветовой модели HSB все цвета этого круга считаются обладающими яркостью в 100%, что, к сожалению, не соответствует действительности.

Так как в её основе лежит цветовая модель RGB, она, все же является аппаратно-зависимой.

Эта цветовая модель конвертируется для печати в CMYK и конвертируется в RGB для отображения на мониторе. Так что догадаться, каким у вас в конечном счете получится цвет бывает весьма проблематично.

Аналогична этой модели цветовая модель HLS (расшифровка: hue, lightness, saturation).

Иногда используются для коррекции света и цвета в изображении.

Цветовая модель LAB

В этой цветовой модели цвет состоит из:

Luminance - освещенность. Это совокупность понятий яркость (lightness) и интенсивность (chrome)

A - это цветовая гамма от зеленного до пурпурного

B - цветовая гамма от голубого до желтого

То есть двумя показателями в совокупности определяется цвет и одним показателем определяется его освещенность.

LAB - Это аппаратно-независимая цветовая модель, то есть она не зависит от способа передачи нам цвета. Она содержит в себе цвета как RGB так и CMYK, и grayscale, что позволяет ей с минимальными потерями конвертировать изображение из одной цветовой модели в другую.

Еще одним достоинством является то, что она, в отличие от цветовой модели HSB, соответствует особенностям восприятия цвета глазом человека.

Часто используется для улучшения качества изображения, и конвертирования изображений из одного цветового пространства в другое.

Рис. 7 Цветовая модель HSB

Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue ), насыщенностью (Saturation ) и яркостью (Brightness ). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности - чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической , задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.

Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Программные средства реализации информационных процессов

Программные средства реализации информационных процессов.. Классификация виды и характеристики программного обеспечения Классификация.. Инструментальное программное обеспечение это пакет программ предназначенных для автоматизации создания..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Поколения языков программирования
Поколения программных средств ПС Языки и системы программирования Характерные черты программных средств 1-е

Проверка условия подпрограммы
Направления выполнения алгоритма обозначаются стрелками. Существуют несколько типов алгоритмов. Линейный алгоритм. Алгоритм называется линейным, есл

Интегрированные системы программирования
Для создания программы нужны: -текстовый редактор; - компилятор; - редактор связей; - библиотеки стандартных функций. Все вышеперечисленные компоненты с

Языки программирования баз данных
Эта группа языков отличается от алгоритмических языков прежде всего решаемыми задачами. База данных – это файл (или группа файлов), представляющий собой упорядоченный набор записей,

Базы знаний
База знаний – это один или несколько специальным образом организованных файлов, которые хранят систематизированную совокупность понятий, правил и фактов, относящихся к некоторой предметной облас

Искусственный интеллект
Во-первых, это область информатики, занимающаяся научными исследованиями и разработкой методов и средств для правдоподобной имитации отдельных функций человеческого интеллекта с помощью автоматизир

Интеллектуальная информационная система
Автоматизированная информационная система, снабженная интеллектуальным интерфейсом, дающим возможность пользователю делать запросы на естественном или профессионально-ориентированном языке.

Парадигмы программирования
Парадигма - набор теорий, стандартов и методов, которые представляют собой способ организации научного знания, - иными словами, способ видения мира. Парадигма в программировании -

Компьютерное моделирование от начала и до завершения проходит следующие этапы
1. Постановка задачи. 2. Предмодельный анализ. 3. Анализ задачи. 4. Исследование модели. 5. Программирование, проектирование программы. 6. Тестирование

Основные концепции ООП
(основные идеи объектно-ориентированного проектирования и объектно-ориентированного программирования одинаковы, т.к. разработанный проект реализуется на одном из объектно-ориентированных яз

Виды компьютерной графики
Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, - компьютерная графика. О

Растровая графика
Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

Векторная графика
Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике - линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображени

Математические основы векторной графики
Рассмотрим подробнее способы представления различных объектов в векторной графике. Точка. Этот объект на плоскости представляется двумя числами (х, у), указывающими его п

Типы узловых точек
Вид касательных линий и соответственно методы управления кривизной сегмента в точке привязки определяются типом узловой точки. Различают три типа узловых точек. Симметричный узел

Форматы графических данных
Способ организации информации в файле называется форматом хранения изображения. В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть

Алгоритмы сжатия изображений
В настоящее время не существует алгоритмов, одинаково сжимающих файлы любых форматов. Степень сжатия изображений может колебаться от 4:1 до 200:1. Различают алгоритмы сжатия с потерями качества изо

Понятие цвета
Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике как средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозг

Цветовая модель CMYK, цветоделение
Рис. 8 Цветовая модель CMYK Цветовая

Локальные и глобальные компьютерные сети
Internet . Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммуникации в единую систему для обмена сообщениями

Базовая модель OSI
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационно

Сетевая карта
Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, они вставляются в специальные гнезда (слоты) компьютеров. Назначение платы сетевого адаптера: - подготовка дан

Локальные вычислительные сети
В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные сети и глобальные сети. Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов д

Сети на основе сервера
В большинстве сетей используются выделенные серверы. Выделенным называется такой ПК, который работает только как сервер. Он может быстро обрабатывать запросы от клиентов. Существуют файл – серверы,

Топологии вычислительной сети
Топология типа звезда - в ней вся информация между двумя периферийными рабочими компьютерами идет через центральный узел вычислительной сети. Топология в виде звезды – наиболее быс

Появление стандартных технологий локальных сетей
В середине 80-х годов утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже - FDDI. Все стандартные технологии локаль

Сетевые операционные системы
В 90-е годы практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые функции сегодня встраиваются в ядро ОС и являются его неотъемлемой час

Типы построения сетей
Локальная сеть Token Ring – метод управления маркерное кольцо, т. е. устройства подключаются по топологии кольцо, все устройства в сети могут передавать данные, только получив разр

Topsoft –имя организации, которой принадлежит адрес
Каждая группа, имеющая домен, может создавать и изменять адреса, находящиеся под ее контролем, например, добавить новое имя Petrov, в описание адресов своего домена. Домен верхнего уровня являет

Http:// www.abcd.com/Files/New/abcdf.zip
Прокси-сервер – (почти сервер), программа, которая принимает запросы от клиентов и передает их во внешнюю сеть. ПК локальной сети имеют внутренние адреса, а прокси-сервер имеет вне

Поисковая система – web-сайт, дающий возможность поиска информации в Интернете. Yandex, Rambler, Ay, Yahoo, Google, MSN, Апорт
Поисковая машина – комплекс программ, который обеспечивает функциональность поисковой машины. Поисковые системы можно сравнить со справочной службой, агенты которой обходя

Методы защиты информации
Широкое использование информационных технологий во всех сферах жизни современного общества делает вполне закономерной и актуальной проблему защиты информации, или иначе, проблему информационной без

Средства обеспечения защиты информации
Организационные средства защиты сводятся к правилам доступа к информационным и вычислительным ресурсам. Организационные мероприятия создают надежный механизм защиты против злоумышленных или

Защита КС от несанкционированного вмешательства
Политика безопасности – это совокупность норм и правил, выполнение которых обеспечивает защиту от определенного множества угроз и оставляет необходимое условие безопасности системы. Принято

Контроль целостности программ и данных
Под контролем целостности программ и данных, хранимых в КС, понимается обнаружении их любых модификаций. В общем случае контроль информационной целостности достигается путем определения характерист

Регистрация и контроль действий пользователя
Для своевременного пресечения несанкционированных действий, для контроля за соблюдением правил доступа необходимо обеспечить регулярный сбор, фиксацию и выдачу по запросам сведений о всех обращения

Криптографические методы защиты информации
Суть криптографической защиты заключается в преобразовании информации к неявному виду с помощью специальных алгоритмов либо аппаратных средств и соответствующих кодовых ключей. Именно так устанавли

Симметричное и несимметричное шифрование информации
К документу применяется некий метод шифрования (ключ), после этого документ становится недоступен для чтения обычными средствами. Его может прочитать только тот, кто знает ключ. Аналогично происход

Основные функции защиты операционной системы
1. Разграничение доступа. Каждый пользователь имеет доступ только к тем объектам операционной системы, к которым ему предоставлен доступ в соответствии с текущей политикой безопасности. 2.

Аппаратное обеспечение средств защиты. Задачи аппаратного обеспечения защиты информации
Под аппаратным обеспечением средств защиты операционной системы традиционно понимается совокупность защитных функций, встроенных в процессор и программно реализованные расширения этих функций, а т

Компьютерные вирусы. Защита от компьютерных вирусов
Компьютерный вирус - это программный код, встроенный в другую программу, или в документ, или в определенные области носителя данных и предназначенный для выполнения несанкционированных действий на

Сетевые черви
"Червей" часто называют вирусами, хотя, строго говоря, это не совсем верно. Сетевые черви - это программы, которые не изменяют файлы на дисках, а распространяются в компьютерной сети, про

Троянские программы
Троянские программы, "троянские кони" и просто "троянцы" - это вредоносные программы, которые сами не размножаются. Подобно знаменитому Троянскому коню из "Илиады" Гом

Утилиты несанкционированного удаленного администрирования
Удаленное управление компьютером часто используется в крупных и средних компаниях, а также в тех случаях, когда необходимо оказать техническую помощь пользователю, находящемуся на значительном расс

Утилиты для проведения DDoS-атак
Цель DoS-атаки, или атаки типа отказ в обслуживании, - исчерпать ресурсы информационной системы. В случае успешного проведения DoS-атаки система перестает выполнять свои функции, становится недосту

Административные меры борьбы с вирусами
Говоря о степени ответственности антивирусной защиты, требуется разделять корпоративные и частные системы. Если речь идет об информационной безопасности организации, то необходимо позаботиться не т

Как эволюционируют антивирусные программы
Антивирусные программы развивались параллельно с вредоносными кодами. Первые антивирусные алгоритмы строились на основе сравнения с эталоном (часто эти алгоритмы называют сигнатурным поиск

Средства антивирусной защиты
Основным средством защиты информации является резервное копирование наиболее ценных данных. Резервные копии хранятся отдельно от компьютера. Вспомогательными средствами защиты и

Брандмауэр - средство защиты частных сетей
Межсетевые экраны или брандмауэры или файерволы (от англ. FIREWALL). Брандмауэр – это часть ПО, эта программа помогает защитить ПК от вирусов и других угроз безопасности, защищает

Персональные брандмауэры
Персональные брандмауэры защищают отдельные автономные компьютеры, подсоединенные к Интернету. Чаще всего персональные брандмауэры используются на домашних ПК. Основная задача этого средства защиты

Брандмауэр, встроенный в Microsoft Windows XP
Брандмауэр Windows представляет собой фильтр сетевых пакетов (а информация в сети передается именно в пакетах), способный отразить стандартные сетевые атаки и не допустить низкоуровневого сетевого

Outpost Firewall Pro
Разработчик: Agnitum www.agnitum.com/ru/products/outpost/ Outpost Firewall Pro - это персональный брандмауэр, который устанавливает защитный барьер между

Материал из Техническое зрение

В главе $2$ мы уже писали о том, что цветные цифровые изображения представляют собой совокупность трех цветовых плоскостей, каждая из которых характеризует одну независимую составляющую цвета, представленную в том же формате, что и обычное $8$-битное полутоновое изображение. Следовательно, все описанные процедуры обработки полутоновых изображений

Цветовая модель RGB

в яркостной области могут быть обобщены и на случай обработки цветных изображений. Специфика же здесь связана прежде всего с различными цветовыми моделями, позволяющими по-разному работать с разными цветовыми и другими составляющими изображения.

Назначение цветовой модели - дать средства описания цвета в пределах некоторого цветового охвата. Наиболее часто в компьютерном зрении используются модели RGB, CMY, YUV, YCbCr, HSV.

Цветовая модель RGB.

RGB (Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий) - аппаратно-ориентированная модель, используемая в дисплеях для аддитивного формирования оттенков самосветящихся объектов (пикселов экрана). Система координат RGB - куб с началом отсчета $\langle 0,0,0 \rangle$, соответствующим черному цвету (рис. 4). Максимальное значение RGB - $\langle 255,255,255 \rangle$ соответствует белому цвету. В модели RGB не разделены яркостная и оттеночная компоненты цвета, здесь легко указать яркости для одного из основных цветов, но затруднительно указать оттенок с требуемым цветовым тоном (например, телесным) и насыщенностью.

Цветовая модель HSV

Цветовая модель HSV.

Цветовая модель HSV (Hue, Saturation, Value - цветовой тон, насыщенность, мера яркости) - модель, ориентированная на человека и обеспечивающая возможность явного задания требуемого оттенка цвета. Среди прочих используемых в настоящее время моделей, эта модель отражает физические свойства цвета и наиболее точно соответствует способу восприятия цвета человеческим глазом. Оттенок цвета (H) ассоциируется в человеческом сознании с обусловленностью окраски предмета определенным типом пигмента, краски, красителя. Составляющая Н - это длина световой волны, отраженной или прошедшей через объект. Данная составляющая является объективной и отражает физическую сущность цвета. Насыщенность (S) характеризует степень, силу, уровень выражения оттенка цвета. Этот атрибут в человеческом сознании связан с количеством (концентрацией) пигмента, краски, красителя. Насыщенность позволяет оценить, насколько "глубоким" и "чистым" является данный цвет, то есть как он отличается от ахроматического. Она определяет соотношение серого цвета и выбранного оттенка и выражается в долях от $0$ (серый) до $1$ (полностью насыщенный). Мера яркости (V) характеризует относительную освещенность или затемненность цвета (интенсивность цвета), поэтому она измеряется в диапазоне от 0 (черный) до 1 (белый). При увеличении яркости цвет становится более светлым (белым). Составляющая V является нелинейной, что близко соответствует восприятию человеком светлых и темных цветов. Две последние составляющие являются субъективно определяемыми, так как отражают психологические особенности восприятия цвета.

Подпространство, определяемое данной моделью, соответствует проекции цветового пространства на главную диагональ RGB-куба в направлении от белого к черному и являет собой перевернутый шестигранный конус (рис. 5). По вертикальной оси конуса задается V - мера яркости. Значению $\rm{V} = 0$ соответствует вершина конуса, значению $\rm{V}=1$ - основание конуса; цвета при этом наиболее интенсивны. Цветовой тон H задается углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси. В частности, $0$ ° - чистый красный цвет (Red), $60$° - желтый (Yellow), $120$° - зеленый (Green), $180$° - голубой (Cyan), $240$° - синий (Blue), $300$ ° - пурпурный (Magenta), то есть дополнительные цвета расположены друг против друга (отличаются на $180$°). Насыщенность S определяет, насколько близок цвет к "чистому" пигменту и меняется от $0$ на вертикальной оси V до 1 на боковых гранях шестигранного конуса. Точка $\rm{V} = 0$, в которой находится вершина конуса, соответствует черному цвету. Значение S при этом может быть любым в диапазоне $0$ - $1$. Точка с координатами $\rm{V} = 1$, $\rm{S} = 0$ - центр основания конуса, соответствует белому цвету. Промежуточные значения координаты V при $\rm{S} = 0$, то есть на оси конуса, соответствуют серым цветам. Если $\rm{S} = 0$, то значение оттенка H считается неопределенным.

Цветовая модель HSV может быть получена из модели RGB следующим образом: $$ {\rm H}_1 =\arccos \left({\frac{\frac{1}{2}\left[ {\left({{\rm R}-{\rm G}} \right)+\left({{\rm R}-{\rm B}} \right)} \right]}{\sqrt {\left({{\rm R} - {\rm G}} \right)^2+\left({{\rm R}-{\rm B}} \right) \left({{\rm G} - {\rm B}} \right)} }} \right), \quad {\rm H} = \begin{cases} {\rm H}_1, & {\rm if} {\rm B} \le {\rm G}, \cr 360° - {\rm H}_1, & {\rm if} {\rm B} > {\rm G}, \cr \end{cases} $$ $$ {\rm S} = \frac {\max \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}} \right) - \min \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}}\right)} {\max \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}} \right)}, \quad {\rm V} = \frac{\max \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}} \right)}{255}. $$ Данное преобразование является нелинейным, что затрудняет его практическое использование. Аппроксимация преобразования линейными зависимостями существенно упрощает алгоритм перевода из RGB в HSV и обеспечивает высокую вычислительную эффективность. Цветовая модель HSV является наиболее удобным представлением цветных изображений для их цветовой сегментации.

Цветовая модель YUV.

Остановимся также на цветовом пространстве YUV, которое широко применяется в телевещании и соответственно пришло на компьютер вместе с MPEG-форматом. Дело в том, что глаз человека наиболее чувствителен к яркости изображения и несколько менее - к цветности.

Если аддитивные составляющие RGB-сигнала представить в виде яркости (Y) и двух различных составляющих сигнала цветности (U и V) по формулам $$ \mbox{Y} = 0,299 \mbox{R} + 0,587 \mbox{G} + 0,114 \mbox{B}, $$ $$ \mbox{U} = 0,493 (\mbox{B} - \mbox{Y}), $$ $$ \mbox{V} = 0,877 (\mbox{R} - \mbox{Y}), $$ то U в таком соотношении выражает различия между синей и желтой составляющими цветного изображения, а V - между красной и зеленой компонентами цветного изображения. Известно, что глаз человека легче различает градации яркости и оттенки зеленого, поэтому U и V можно отображать с меньшей точностью, что способно существенно уменьшить количество информации, сохраняемой при сжатии. Таким образом, используя особенности человеческого зрения, еще до того, как будет применяться компрессия данных, мы можем получить выигрыш только за счет перехода к другому цветовому пространству. Поэтому, когда говорят, например, что сжатие в MPEG осуществляется с коэффициентом $100:1$ и более, часто забывают, что часть информации была "потеряна" уже при переходе к другому цветовому пространству.

Формат кодирования YUV $4:1:1$ отличается от $4:2:2$ способом дискретизации сигнала, которая вычисляется для конкретного канала как произведение базовой частоты цифрового кодирования на соответствующий коэффициент: например, на $4$ отсчета для канала Y берется по одному отсчету для каждого из цветоразностных каналов.

Цветовая сегментация изображения.

Цветовая сегментация обычно производится по предварительно построенной модели распределения цвета искомого объекта в


Взаимное соотношение компонент H и S на изображениях кожи	Взаимное соотношение компонент H и V на изображениях кожи

цветовом пространстве HSV. Рассмотрим работу процедуры подобного рода на примере задачи сегментации на изображении лица человека на основе цветовых характеристик человеческой кожи.

Построение модели рассматривается как задача поиска группы кластеров, соответствующих оттенкам кожи. Структура и параметры модели формируются путем обработки изображений участков кожи, выделенных вручную. Распределение, отражающее соотношение параметров цвета H и S, получено в данном примере в результате обработки порядка $900$ изображений фрагментов кожи размерами $3\times 3$ пиксела (рис. \refFigure{3_1_6}).

Как видно, "трубки" распределений $\langle$H, S$\rangle$ и $\langle$H, V$\rangle$, характеризующие оттенки кожи, являются достаточно компактными в цветовом пространстве и составляют группу первичных признаков на этапе построения модели. "Трубки" распределений $\langle$H, S$\rangle$ и $\langle$H, V$\rangle$ могут быть разделены на подобласти, образующие группы $\it{кластеров}$ (компактных множеств точек). На этапе сегментации каждому пикселу изображения ставится в соответствие вектор параметров цвета $\langle$H, S, V$\rangle$ и проверяется принадлежность параметров цвета к одному из кластеров модели кожи. Область изображения кожи формируется из пикселов, параметры которых вошли в один из кластеров. На рис. 8 - 10 приведены результаты работы алгоритма цветовой пиксельной сегментации лиц с различными оттенками кожи.

Аналогичным образом получено распределение, отражающее соотношение параметров цвета H и V (рис. 7).

После того как на изображении выделены пикселы, цвет которых соответствует оттенкам кожи, производится слияние выделенных пикселов в систему кластеров по

Пример цветовой пиксельной сегментации кожи

Пример работы алгоритма обнаружения лиц

мере близости их местоположения. Далее производится комплексная проверка кластеров для выявления кластеров, действительно являющихся лицами. Правило, которому должен отвечать фрагмент изображения, на котором присутствует лицо, достаточно очевидно: лицо обычно должно быть симметрично относительно вертикальной оси. На рис. 11 показан пример работы алгоритма обнаружения лиц на цветных изображениях. Фрагменты изображения с обнаруженными лицами выделены рамкой.