Посмотрите вокруг, что вы видите? Вы видите предметы, стол, стул, солнце или море. Задумывались ли вы, каким образом все это многообразие воспринимается? Свет – это электромагнитное излучение, это волна, которая распространяется в пространстве, так же как и звук и другие волны, которые мы не ощущаем.
В процессе восприятия и обработки участвуют две стороны, предмет, на который мы смотрим и собственно человеческий глаз, а также мозг, обрабатывающий информацию, полученную через глаза.
Давайте разберем, как же мы видим цвет. В сетчатке человеческого глаза находятся рецепторы колбочки и палочки. Всего в глазу располагается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Распределение рецепторов на сетчатке неравномерно: в области желтого пятна преобладают колбочки, а палочек очень мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается и остаются одни только палочки. Колбочки, отвечают за восприятие цвета, палочки в свою очередь за сумеречное зрение. Например, ночью вы не видите цвета, вы видите все серым, потому что работают палочки, а днем работают и колбочки и палочки.
За счет чего работают зрительные рецепторы? Пигмент Родопсин разлагается под действием света в палочках, в колбочках эту роль выполняет пигмент Йодопсин.
Цветовые модели
Цветовая модель - это система представления широкого диапазона цветов и
основе ограниченного числа доступных красок в полиграфии или цветовых каналов в мониторах).
По принципу действия все цветовые модели разделяются на четыре класса: аддитивные, субтрактивные, перцепционные и колориметрические, хотя последние часто относят к перцепционным моделям. Рассмотрим их подробнее.
Аддитивная цветовая модель (RGB)
Давайте разберем природу цвета, отталкиваясь от физиологии зрения. Различают три типа «колбочек», проявляющих наибольшую чувствительность к трем основным цветам видимого спектра:
· красно-оранжевому (600 – 700 нм);
· зеленому (500 – 600 нм);
· синему (400 – 500 нм).
Таким образом, для восприятия любого цвета, наш мозг смешивает эти три цвета, учитывая еще один параметр - интенсивность
Рассматриваемый класс цветовых моделей представлен единственной моделью, получившей распространение на практике. В основе этой модели лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра можно получить путем смешения трех цветов, называемых первичными. Этими цветами являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) , a модель, соответственно, получила название RGB. Когда все три компоненты принимают максимальное значение, получается яркий белый цвет. Одинаковые нулевые значения образуют абсолютно черный цвет (точнее, отсутствие света), а одинаковые ненулевые значения соответствуют шкале серого цвета. Сочетания компонент, где их значения не равны, образуют соответствующий цветовой тон. При этом попарное смешение первичных цветов образует вторичные цвета: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.
Математически цветовую модель RGB удобнее всего представлять в виде куба. В этом случае каждому цвету однозначно можно сопоставить точку внутри куба, соответствующую значениям координат X (Red), Y (Green) и Z (Blue). Тогда направление вектора, исходящего из начала координат, однозначно определяет цветность, а его модуль выражает яркость. Несмотря на простоту и наглядность цветовой модели RGB, она имеет два существенных недостатка: аппаратная зависимость (например, использование различных люминофоров и его элементарное старение в мониторах) и ограниченный цветовой охват (невозможность получения всех цветов видимого спектра).
Субтрактивные цветовые модели (CMY и CMYK)
Как формируется цвет предмета? Ответ прост, дневной свет, попадая на предмет частично поглощается, а частично отражается, вот этот отраженный спектр и видит наш глаз. Видимыми являются волны, лежащие в диапазоне от 760 до 380 миллимикрон. Ниже на рисунке представлено соответствие цвета и его длины волны.
С этой точки зрения, белым является такой цвет, который отражает полностью падающий на него свет, а черным – который поглощает весь свет.
Для описания отраженного от объекта цвета используется субтрактивная цветовая модель.
Субтрактивные цвета, в отличие от аддитивных, получаются путем поглощения
(вычитания - subtract)
одного из первичных цветов из белого цвета, что соответствует физике процессов
поглощения и отражения света от поверхности объекта:
Белый - красный = голубой;
Белый - зеленый = пурпурный;
Белый - синий = желтый.
Таким образом, для описания этих процессов используется модель CMY, в которой используется три основных субтрактивных цвета, а именно голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow).
В результате при смешении двух субтрактивных красок результирующий цвет затемняется (положено больше краски - поглощено больше света). Смешивание равных значений трех компонент дает оттенки серого цвета. Белый цвет получается при отсутствии всех цветов (отсутствии краски), тогда как их присутствие в полном объеме
теоретически
дает черный цвет. Однако в реальном технологическом процессе получение черного цвета путем смешения трех основных (вторичных) цветов на бумаге не эффективно. И на это имеется две причины. Во-первых, практически невозможно создать идеально чистые пурпурные, голубые и желтые краски. В результате при смешении этих цветов получается не чистый черный цвет, а грязно-коричневый. Во-вторых, неэкономный расход красок на создание черного цвета и это при том, что любые цветные краски дороже обычных черных.
Как следствие, на практике широкое распространение получила иная субтрактивная цветовая модель, называемая CMYK и использующая дополнительную, четвертую, черную краску. Заметим, что в названии модели используется буква К (последняя буква в слове BlaK (черный) ), чтобы избежать путаницы, т.к. с буквы В в английском языке начинается и слово Blue (синий). Хотя иногда букву К трактуют как первую букву в слове Key (ключ, ключевой), т.к. эта краска является главной в процессе цветной печати и последней наносится на бумагу.
Цветовая модель CMYK имеет те же ограничения, что и RGB-модель - аппаратная зависимость и ограниченный цветовой диапазон. Причем она даже более аппаратно-зависима и цветовой диапазон еще уже, чем у RGB-модели, т.к. цветные красители имеют худшие характеристики по сравнению с люминофором в мониторах. Например, она не может воспроизводить яркие насыщенные цвета, а также ряд специфических цветов, таких как металлический и золотистый.
Об экранных цветах, которые невозможно воссоздать при печати, говорят, что они лежат вне цветового охвата модели CMYK. Для предотвращения таких ситуаций обычно используют комплекс специальных мер, включающий выявление и исключение (заменой близким) несоответствующих цветов еще на этапе создания и редактирования изображений или расширением цветового охвата модели путем добавления новых или плашечных цветов (плашечными называются цвета или краски, созданные с помощью специальных технологий и на основе использования для каждого цвета уникальных красителей или чернил). Например, к краскам CMYK добавляются еще зеленая и оранжевая краски (шестицветная печать), что позволяет существенно расширить диапазон воспроизводимых цветов. Еще один способ, возможно, наиболее эффективный, заключается в использовании систем управления цветом - CMS (color management system).
Перцепционные цветовые модели (HSB и другие)
Для устранения аппаратной зависимости, присутствующей в аддитивных и субтрактивных цветовых моделях, были разработаны ряд перцепционных (интуитивных) цветовых моделей, в основу которых положено раздельное восприятие цветности и
яркости света, как воспринимает свет глаз человека. Прототипом большинства цветовых моделей, использующих эту идею, является HSV-модель, на основе которой позже появились HSB, HSL и другие модели. Общим для них является то, что цвет в них задается не в виде смеси трех основных цветов, а путем задания двух компонентов (например, в модели
HSB
это цветовой тон - Hue, и насыщенность - Saturation).
Третий параметр во всех этих моделях различными способами задает яркость изображения и обозначается как В (Brightness - в модели HSB), L (Lightness - в HSL) или V (Value - в HSV).
Модель HSB или ее ближайший аналог - HSL - представлены в большинстве современных графических редакторов. И именно модель HSB, также представленная в Photoshop, наиболее точно соответствует способу восприятия цветов человеческим глазом (из уже рассмотренных моделей), и ее мы рассмофим более подробно.
Под цветовым тоном (Н - Hue) понимается свет с доминирующей длиной волны и для его описания обычно используется, собственно, название цвета, например, синий или желтый. В графической интерпретации этой модели каждый цвет занимает определенное место на окружности и описывается углом в диапазоне 0—60. В положении 0 находится красный цвет, 120 - зеленый цвет, 240 - синий (это первичные цвета). Вторичные цвета находятся между ними. Дополнительные цвета находятся на диаметрально противоположных сторонах цветового круга. При их смешении образуется черный цвет (при печати красками) или белый (при излучении на мониторе). Это максимально контрастные цвета и действуют они на глаз раздражающе.
Цвета, равноотстоящие друг от друга, образуют триады, дающие гармоничное сочетание цветов и насыщенную оттенками палитру. Однако понятие цветового тона не дает полного описания цвета. Кроме доминирующей длины волны, в формировании цвета участвуют и другие длины волн. Соотношение между основной, доминирующей длиной волны и всеми остальными длинами волн, образующими "серые вкрапления", называется насыщенностью. Его значение изменяется от 0 % (серый цвет) в центре круга до 100 % (полностью насыщенный) на окружности.
Третий параметр - яркость - никоим образом не влияет на цветность, но от нее зависит, как сильно цвет будет восприниматься глазом, т.е. яркость характеризует интенсивность, с которой энергия света воздействует на рецепторы глаза. При нулевой яркости мы не увидим ничего, и любой цвет будет восприниматься как черный, а максимальная яркость вызывает ощущение ослепительно белого цвета. Величина яркости также измеряется в процентах от 0е (черный) до 100 (белый). Данная компонента является нелинейной, что соответствует природе глаза.
Модель HSB носит абстрактный характер, т.к. ее компоненты на практике измерить невозможно. Чаще всего компоненты модели получают путем математического пересчета измеренных значений RGB-модели. Как следствие, в наследство от RGB-модели она получает и ограниченное цветовое пространство. Кроме того, яркость и цветовой тон не являются полностью независимыми параметрами, т.к. значительное изменение яркости влияет на изменение цветового тона, что приводит к нежелательным эффектам в виде цветовых отливов (сдвигов). Вместе с тем HSB-модель обладает двумя важными преимуществами: большей аппаратной независимостью (по сравнению с двумя предыдущими моделями) и более простым и интуитивно понятным механизмом управления цветом.
Цветовые модели HSV и HLS. Рассмотренные модели ориентированы на работу с цветопередающей аппаратурой и для некоторых людей неудобны. Поэтому модели HSV, HLS опираются на интуитивные понятия тона насыщенности и яркости.
В цветовом пространстве модели HSV (Hue, Saturation, Value), иногда называемой HSB (Hue, Saturation, Brightness), используется цилиндрическая система координат, а множество допустимых цветов представляет собой шестигранный конус, поставленный на вершину.
Основание конуса представляет яркие цвета и соответствует V = 1. Однако цвета основания V = 1 не имеют одинаковой воспринимаемой интенсивности. Тон (H ) измеряется углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси OV . При этом красному цвету соответствует угол 0°, зелёному – угол 120° и т. д. Цвета, взаимно дополняющие друг друга до белого, находятся напротив один другого, т. е. их тона отличаются на 180°. Величина S изменяется от 0 на оси OV до 1 на гранях конуса.
Конус имеет единичную высоту (V = 1) и основание, расположенное в начале координат. В основании конуса величины H и S смысла не имеют. Белому цвету соответствует пара S = 1, V = 1. Ось OV (S = 0) соответствует ахроматическим цветам (серым тонам).
Процесс добавления белого цвета к заданному можно представить как уменьшение насыщенности S , а процесс добавления чёрного цвета – как уменьшение яркости V . Основанию шестигранного конуса соответствует проекция RGB куба вдоль его главной диагонали.
Рис. 1.8. Цветовое пространство HSV модели
Еще одним примером системы, построенной на интуитивных понятиях тона насыщенности и яркости, является система HLS ( Hue , Lightness , Saturation ). Здесь множество всех цветов представляет собой два шестигранных конуса, поставленных друг на друга (основание к основанию).
Модель
HLS
HLS
(Hue, Lightness, Saturation - цветовой тон, освещённость,
насыщенность) - модель ориентированная
на человека и обеспечивающая возможность
явного задания требуемого оттенка
цвета/ Эта модель образует подпространство,
представляющее собой двойной конус, в
котором черный цвет задается вершиной
нижнего конуса и соответствует значению
L = 0, белый цвет максимальной интенсивности
задается вершиной верхнего конуса и
соответствует значению L = 1. Максимально
интенсивные цветовые тона соответствуют
основанию конусов с L = 0.5, что не совсем
удобно.
Цветовой тон H, аналогично
системе HSV, задается углом поворота.
Насыщенность S меняется в пределах
от 0 до 1 и задается расстоянием от
вертикальной оси L до боковой поверхности
конуса. Т.е. максимально насыщенные
цветовые цвета располагаются при L=0.5,
S=1. В общем, систему HLS можно представить
как полученную из HSV "вытягиванием"
точки V=1, S=0, задающей белый цвет, вверх
для
образования верхнего конуса.
H - тон
S - насыщенность
L - светлота (освещённость)
В некоторых графических редакторах, например, в Macromedia FreeHand используется модель HLS . В модели HLS, в отличие от HSB, вместо яркости используется параметрL- освещенность (Lightness). Уменьшение освещенности приближает цвет к черному, а увеличение - к белому. Чистый спектральный цвет получается при освещенности 50%.
Модели HSBиHLSне ориентированы ни на какое техническое устройство воспроизведения цветов, поэтому их называют ещеаппаратно независимыми .
Рис. 5: Цветовая модель HLS
Светлота (lightness) - одна из основных характеристик цвета наряду снасыщенностьюитоном. Это субъективная яркость участка изображения, отнесённая к субъективнойяркостиповерхности, воспринимаемой человеком какбелая.
Светлота
Субъективная яркость участка
Субъективная яркость белого
Важно отметить именно относительность восприятия. Если посмотреть на лист с изображением на бумаге при свете лампы и при ярком солнечном свете, количество отражённого света от участка изображения (яркость) будет различаться, однако относительно самого светлого участка поверхности - незапечатанной белой бумаги, воспринимаемая светлота будет одной и той же.
Тон - одна из трёх основных характеристикцветанаряду снасыщенностьюисветлотой. Тон определяется характером распределения излучения в спектре видимого света, причём, главным образом, положением пика излучения, а не его интенсивностью и характером распределения излучения в других областях спектра. Именно тон определяет название цвета, например «красный», «синий», «зелёный».
Н асыщенность - этоинтенсивностьопределённоготона, то есть степень визуального отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического (серого) цвета. Насыщенный цвет можно назвать сочным, глубоким, менее насыщенный - приглушённым, приближённым к серому. Полностью ненасыщенный цвет будет оттенком серого. Насыщенность (saturation) - одна из трёх координат в цветовых пространствахHSLиHSV.
Цветовые модели HSB и HLS
Многие художники пользуются цветовой моделью HSB. Это не строгая математическая модель, но она очень удобна для подбора оттенков и цветов. Эта модель основана на модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели HSB определяется своим цветовым тоном (собственно цветом), насыщенностью (то есть процентом добавленной к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавленной черной краски). Такая модель получила название по первым буквам английских слов H ue - тон, S aturation - насыщенность и B rightness - яркость. Это трехканальная модель (рис. 3.).
Все оттенки располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, т.е. всего насчитывается 360 вариантов (красный - 0, желтый - 60, зеленый - 120 градусов и т.д.). Более точной графической интерпретацией данной модели будет конус. Такая цветовая модель намного беднее, рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 млн. цветов.
Модель HSB лучше, чем RGB и CMYK, соответствует понятию цвета, которое используют маляры и профессиональные художники. Действительно, у них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним белой и черной. Таким образом, нужные цвета - это некоторая модификация основных: осветленных или затемненных. Хотя художники и смешивают краски, но это уже выходит за рамки модели HSB
Насыщенность
характеризует чистоту цвета. Нулевая
насыщенность соответствует серому
цвету, а максимальная насыщенность -
наиболее яркому варианту данного цвета.
Можно считать, что изменение насыщенности
связано с добавлением белой краски. То
есть уменьшение насыщенности соответствует
добавлению белой краски.
Яркость понимается как степень освещенности. При нулевой яркости цвет становится черным. Максимальная яркость при максимальной насыщенности дают наиболее выразительный вариант данного цвета. Можно также считать, что яркость изменяется путем добавления черной краски. Чем больше черной краски добавлено, тем меньше яркость.
Графически модель HSB можно представить в виде кольца, вдоль которого располагаются оттенки цветов. На внешнем крае круга находятся чистые спектральные цвета или цветовые тона (параметр Н в угловых градусах). Чем ближе к центру круга расположен цвет, тем меньше его насыщенность, тем он более блеклый, пастельный (параметр S в процентах). Яркость (освещенность) отображается на линейке, перпендикулярной плоскости цветового круга (параметр В в процентах). Цвета на внешнем круге имеют максимальную яркость.
Рис. 3 . Графическое представление модели HSB
В некоторых графических редакторах, например в Macromedia FreeHand, используется модель HLS (Hue, Lightness, Saturation), которая похожа на HSB. В модели HLS, в отличие от HSB, вместо яркости используется параметр L- освещенность ( L ightness ). Уменьшение освещенности приближает цвет к черному, а увеличение - к белому. Чистый спектральный цвет получается при освещенности 50%.
Понятия яркости L в моделях Lab и HSB не тождественны . Как и в RGB, смешение цветов из шкал а и b позволяет получить более яркие цвета. Уменьшить яркость результирующего цвета можно за счет параметра яркости L.
Модели HSB и HLS не ориентированы ни на какое техническое устройство воспроизведения цветов, поэтому их называют еще аппаратно независимыми.
Модель HSB основана на трех параметрах: H - оттенок или тон (Hue), S - насыщенность (Saturation) и B - яркость (Brightness). Модель HSB лучше, чемRGBиCMYK, соответствует понятию цвета, которое используют профессиональные художники. У них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним белой и черной. Таким образом, нужные цвета - это некоторая модификация основных: осветлить или затемнить. Хотя художники и смешивают различные краски, но это уже выходит за рамки модели HSB.
Насыщенность характеризует чистоту цвета. Нулевая насыщенность соответствует серому цвету, а максимальная - наиболее яркому варианту данного цвета. Можно считать, что изменение насыщенности связано с добавлением белой краски. То есть уменьшение насыщенности соответствует добавлению белой краски.
Яркость понимается как степень освещенности. При нулевой яркости цвет становится черным. Максимальная яркость при максимальной насыщенности дают наиболее выразительный вариант данного цвета. Можно также считать, что яркость изменяется путем добавления черной краски. Чем больше черной краски добавлено, тем меньше яркость.
Графически модель HSB
можно представить в виде кольца, по
окружности которого располагаются
оттенки цветов (рис. 6). На внешнем крае
круга находятся чистые спектральные
цвета или цветовые тона (параметр H
измеряется в угловых градусах, от 0 до
360). Чем ближе к центру круга расположен
цвет, тем меньше его насыщенность, тем
он более блеклый, пастельный (параметр
Sизмеряется в процентах).
Яркость (освещенность) отображается на
линейке, перпендикулярной плоскости
цветового круга (параметр B измеряется
в процентах). Все цвета на внешнем круге
имеют максимальную яркость.
Рис. 6. Графическое представление модели HSB
Цветовые модели HSV и HLS
Приведенные модели не охватывают всего диапазона видимого цвета, поскольку их цветовой охват - это лишь треугольник на графике МКО, вершинам которого соответствуют базовые цвета. Они являются аппаратно ориентированными, т.е. соответствуют технической реализации цвета в устройствах графического вывода. Но психофизиологическое восприятие света определяется не интенсивностью трех первичных цветов, а цветовым тоном, насыщенностью и светлотой. Цветовой тон позволяет различать цвета, насыщенность задает степень "разбавления" чистого тона белым цветом, а светлота - это интенсивность света в целом. Поэтому для адекватного нашему восприятию подбора оттенков более удобными являются модели, в числе параметров которых присутствует тон (Hue). Этот параметр принято измерять углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси. При этом красному цвету соответствует угол 0, зеленому - 120, синему - 240, а дополняющие друг друга цвета расположены один напротив другого, т.е. угол между ними составляет 180. Цвета CMY расположены посредине между составляющими их компонентами RGB. Существует две модели, использующие этот параметр.
Модель HSV (Hue, Saturation, Value, или тон, насыщенность, количество света) можно представить в виде световой шестигранной пирамиды (рис. 2.10), по оси которой откладывается значение V, а расстояние от оси до боковой грани в горизонтальном сечении соответствует параметру S (за диапазон изменения этих величин принимается интервал от нуля до единицы). Значение S равно единице, если точка лежит на боковой грани пирамиды. Шестиугольник, лежащий в основании пирамиды, представляет собой проекцию цветового куба в направлении его главной диагонали.
Преобразование цветового пространства
HSV
в
RGB
осуществляется непосредственно с
помощью геометрических соотношений
между шестигранной пирамидой и кубом.
Цветовая модель HLS (Hue, Lightness, Saturation, или тон, светлота, насыщенность) является расширением модели HSV. Здесь цветовое пространство уже представляется в виде двойной пирамиды (рис. 2.11), в которой по вертикальной оси откладывается L (светлота), а остальные два параметра задаются так же, как и в предыдущей модели. В литературе эти пирамиды иногда называют шестигранным конусом.
На рис.2.12и2.13приведены блок-схемы преобразования моделей HSV и HLS в модель RGB. Алгоритмы обратного преобразования предлагаются читателю в качестве упражнения.
В первом алгоритме используется функция Ent, означающая целую часть числа. Кроме того, используется операция присваивания для векторов. Константа ndf (сокращенное от выражения "not defined" (не определен) ) используется при входе в алгоритм для того, чтобы выяснить, задано ли значение переменной H. Например, по соглашению ndf может быть некоторым отрицательным значением, так как тон - это всегда положительная величина. Во втором алгоритме применяется вспомогательная функция Value (Значение) (H, M1, M2) для вычисления значения компоненты R, G или B в зависимости от ситуации.
Рис. 2.12. Преобразование модели HSV в RGB
Алгоритм преобразования:
Приведение H к заданному диапазону:
Пока H<0 H=H+360
Пока H>360 H=H-360
Определение координат
Если H<60 то Value=M1+(M2-M1)*H/60
Если 60<=H<180 то Value=M2
Если 180<=H<240 то Value=M1+(M2-M1)*(240-H)/60
Если 240<=H то Value=M1
Рис. 2.13. Преобразование модели HLS в RGB
Здесь заглавные буквы не соответствуют никаким цветам, а символизируют тон (цвет), насыщенность и яркость (Hue Saturation Brightness). Предложена в 1978 году. Все цвета располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, то есть всего насчитывается 360 вариантов – H определяет частоту света и принимает значение от 0 до 360 градусов (красный – 0, желтый – 60, зеленый – 120 градусов и так далее), т.е. любой цвет в ней определяется своим цветом (тоном), насыщенностью (то есть добавлением к нему белой краски) и яркостью.
Насыщенность (Saturation) – это параметр цвета, определяющий его чистоту. Отсутствие серых примесей (чистота кривой) соответствует данному параметру. Уменьшение насыщенности цвета означает его разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым, размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях, т. е. можно говорить об одинаковой насыщенности, например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально разбеливается, проще говоря, становится белым цветом.
Работу с насыщенностью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски. Чем больше в цвете содержание белого, тем ниже значение насыщенности, тем более блеклым он становится.
Яркость (Brightness) – это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Амплитуда (высота) световой волны соответствует этому параметру. Уменьшение яркости цвета означает его зачернение. Работу с яркостью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски. Чем больше в цвете содержание черного, тем ниже яркость, тем более темным становится цвет.
Модель HSB – это пользовательская цветовая модель, которая позволяет выбирать цвет традиционным способом. Она намного беднее рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 миллионами цветов.
Эта модель аппаратно–зависимая и не соответствует восприятию человеческого глаза, так как глаз воспринимает спектральные цвета как цвета с разной яркостью (синий кажется более темным, чем красный), а в модели HSB им всем приписывается яркость 100%.
Глубина цвета
В цифровой фотографии количество цветов, которые могут быть сохранены в изображении, – это мера битовой глубины цвета.
Глубина цвета – количество бит, приходящихся на один пиксель (bpp). Определяет количество бит, или разрядов, с помощью которых составляются коды потенциальных значений тона или цвета.
Количество цветов, характерное для различной глубины цвета (битовой глубины).
4-х битное изображение 8-битное изображение 24-битное изображение
Изображение в цветовом режиме Grayscale (Полутоновый) имеет глубину 8 бит для единственного черного цвета, что обеспечивает 256 оттенков серого цвета при переходе от белого к черному. Однако типичная цветная цифровая фотография имеет три основных цвета: красный, зеленый и синий (RGB). И большинство цифровых фотографий (после их сохранения и переноса в компьютер) имеет глубину 8 бит для цвета (различных тонов и оттенков), связанного с каждым из трех каналов (именно по этому принципу и создается 24-битовое изображение: 3 основных цветовых канала, каждый по 8 бит). Чтобы вычислить количество цветов, доступное в полноцветном изображении в режиме RGB, нужно перемножить число цветов каждого основного канала. Для 24-битового изображения в режиме RGB это будет 256×256x256 – примерно 16,7 миллионов доступных цветов.
Человеческий глаз способен различать 12-14 миллионов цветов, поэтому глубина цвета 24 бит считается минимальной для создания фотореалистичных изображений (с полутонами (continuous tone), так что глаз не видит резких границ при переходе от одного цвета к другому). Конечно, способность вашего фотоаппарата зафиксировать миллионы цветов еще не означает, что вы их действительно получите. На типичной фотографии обычно присутствует около 5000 различных цветов, но существуют специальные палитры и функции, которые способны довести число цветов до миллиона или даже биллиона.
Однако битовая глубина определяет не только количество цветов, но и постепенность переходов между ними, однородность и гладкость оттенков при переходах одного цвета в другой, что напрямую зависит от числа цветов. Представьте себе фотопортрет. На лице должно присутствовать множество различных цветов и оттенков, чтобы сложная текстура человеческой кожи была передана верно. Иначе вы получите неестественное, ступенчатое изображение, испещренное графическими погрешностями.
В памяти цифровой камеры (особенно это касается дорогих профессиональных моделей) изображение может сохраняться при глубине цвета фактически 16 бит, которые можно перевести в 48 бит (биллионы различных цветов) для изображения в цветовой модели RGB. Вообще говоря, вы не можете воспользоваться напрямую всей этой цветовой информацией (распечатать такое изображение или отобразить его на дисплее), но Photoshop и другие профессиональные программы редактирования изображений способны открывать и обрабатывать такие большие файлы.
Другой метод создания цвета (модель HSB) заключается в выборе основного цвета из непрерывного цветового ряда (Hue - оттенок) с последующей настройкой насыщенности (Saturation) и яркости (Brightness). Насыщенность регулируется изменением содержания в цвете белой компоненты, а яркость - черной. Модель HSB является вариантом модели RGB и также базируется на использовании базовых цветов. Из всех используемых в настоящее время моделей эта модель наиболее точно соответствует способу восприятия цвета человеческим глазом.
Цветовая модель HSB является наиболее простой для понимания. Она равно применима и для аддитивных, и для субтрактивных цветов. HSB - это трехканальная модель цвета, так как представлена тремя компонентами (тон, насыщенность и яркость). Спектральные цвета располагаются на цветовом круге. Цветовой тон характеризуется положением на цветовом круге (построен на основе цветового круга Манселла) и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. По краю цветового круга располагаются максимально насыщенные цвета (100 %), а по мере перемещения к центру круга их насыщенность уменьшается до минимума (0 %). Цвет с уменьшением насыщенности осветляется, как будто к нему прибавляют белую краску. При значении насыщенности 0 % в центре круга любой цвет становится белым. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100 %) и ярче уже быть не могут (рис. 3.8).
Рисунок 3.8. Цветовая модель HSB
Яркость можно уменьшить на отдельной оси, называемой ахроматической, при этом нулевая (нижняя) точка оси соответствует черному цвету.
Существуют хроматические и ахроматические цвета (рис. 3.9). К ахроматическим цветам относятся: белый, черный и вся шкала серых между ними. Они не имеют цветового тона. К хроматическим цветам относятся все остальные цвета, отличные от белого, серого или черного.
Рисунок 3.9. Хроматические (слева) и ахроматические (справа) цвета
Степень хроматичности цвета определяется насыщенностью (степенью удаленности цвета от серого той же светлоты). Цвета с максимальной насыщенностью - спектральные цвета. Минимальная насыщенность дает полную ахроматику (отсутствие цветового тона). Чем ниже насыщенность, тем более серым выглядит цвет. При нулевой насыщенности цвет становится серым.
Модель HSB охватывает все известные значения реальных цветов, поэтому ее используют при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Яркость - это параметр цвета, характеризующий освещенность или затемненность цвета. Она определяется степенью отражения от физической поверхности, на которую падает свет. Чем выше яркость, тем светлее цвет. Яркость показывает величину черного оттенка, добавленного к цвету, что делает его более темным. Таким образом, цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность - интенсивности волны, а яркость - общего количества света.
Помимо цветового тона, насыщенности и яркости, при работе с цветом важной характеристикой изображения является контраст. Это понятие относится к яркостному соотношению между светлыми и темными областями изображения. При повышении контраста светлые области становятся еще светлее, а темные - еще темнее. При понижении контраста разница в тоне между более светлыми и более темными областями уменьшается. Один и тот же цвет воспринимается по-разному в зависимости от соседних цветов. Поэтому различают контраст цветового тона, контраст светлости и контраст цветности.
Модель HLS (Hue - оттенок, Lightness - осветление, Saturation - насыщенность) является вариантом модели HSB. В этих моделях цветовые параметры оттенок и насыщенность являются общими. Различие состоит в замене нелинейного компонента Brightness (яркость) на линейный компонент Lightness (интенсивность), который изменяется в диапазоне от 0 до 100 процентов.
Цветовые модели CIE XYZ и CIE L*a*b
Международной комиссией по освещению (CIE) были разработаны цветовые модели CIE XYZ и CIE L*a*b. Достоинством этих моделей является независимость от способа производства цвета, в их системе измерения можно описывать как субтрактивные цвета печати, так и аддитивные цвета, излучаемые монитором. Поэтому эти модели используются для того чтобы определять аппаратно независимые цвета, которые могут правильно воспроизводиться устройствами любого типа - сканерами, мониторами или принтерами.
CIE разработала цветовую систему XYZ , называемую также «нормальной цветовой системой». Эта система часто представляется в виде двухмерного графика, который более или менее похож на парус (рис. 3.10).
Рисунок 3.10. Цветовая модель CIE XYZ
Красные компоненты цвета вытянуты вдоль оси Х координатной плоскости, а зеленые компоненты цвета вытянуты вдоль оси Y. При таком способе представления каждому цвету соответствует определенная точка на координатной плоскости. Спектральная чистота цветов уменьшается по мере перемещения по координатной плоскости влево. Но в этой модели не учитывается яркость.
В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE L*a*b* (Communication Internationale de I"Eclairage - международная комиссия по совещанию; L, a, b - обозначения осей координат в этой системе). CIE L*a*b* представляет собой улучшенную цветовую модель CIE XYZ. L*a*b* - трехканальная цветовая модель. Любой цвет данной модели определяется светлотой (L) и двумя хроматическими компонентами: параметром a, который изменяется в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого (рис. 3.11).
Рисунок 3.11. Цветовая модель CIEL*a*b*
Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими.
По сравнению с цветовой моделью XYZ цвета CIE L*a*b* более совместимы с цветами, воспринимаемыми человеческим глазом. Модель CIE L*a*b* используется некоторыми программами (например, Adobe Photoshop) в качестве модели-посредника при любом конвертировании из модели в модель, а также при конвертировании цветного изображения в оттенки серого.
В основе многих инструментов Photoshop работающих с цветом лежи модель HSB без ясного представления о её устройстве трудно настроить качественный рабочий процесс по обработки изображений. Внесению ясности в этот вопрос посвящена эта статья.
Цветовая модель HSB
Я уже обращался к теме устройства цветовой модели HSB, когда говорил о коррекции цвета с помощью « ». Между тем появилась необходимость остановиться на этой теме более подробно в связи с намечающимся выходом серии статьей посвященных коррекции цвета с первой из которых можете познакомиться здесь. Ибо большинство работающих с цветом «инструментов» имеют в своей основе именно эту цветовую модель.
И так, приступим: HSB аббревиатура английских слов Hue, Saturation, Brightness в переводе на русский Тон, Насыщенность и Яркость — три координаты этой цветовой модели. Определимся с этими понятиями дабы избежать разночтений в дальнейшем:
Тон – собственно цвет, его выбор в данной цветовой модели осуществляется поворотом по цветовому кругу на определённый градус.
Точка отсчета 0 градусов находится в середине красного спектра. 60 градусов желтый цвет, 120 зелёный, 180 циан, 240 синий, 300 пурпурный (маджента) и возвращаемся в исходную точку — 360о красный цвет.
Насыщенность – интенсивность выбранного (хроматического) цвета, то есть отличие от равного ему по яркости (ахроматического) серого цвета. В HSB определяется расстоянием в процентах от цента круга 0% нейтрально серый цвет до 100% край круга – наиболее насыщенный «чистый цвет».
Яркость – параметр определяющий количество света, отраженного от объекта, окрашенного в определённый цвет. Измеряется в процентном отношении. 0% минимальное отражение, любой цвет с минимальной яркостью становится чёрным. 100% максимальное отражение — белый цвет.
Оперируя этими определениями легко графически представить цветовую модель HSB в виде цилиндра в качестве высоты которого выступает яркость (B), радиус — насыщенность (S) и длина окружности тон (H).
Палитра выбора цвета (Color Picker) в Photoshop
Вооружившись этими понятиями обратимся к палитре выбора цвета в Photoshop, наиболее наглядно иллюстрирующую принцип выбора цвета. Вызвать которую можно двойным киком по полю цвета в палитре инструментов.
Клацнув верхний квадрат получаем возможность вызова палитры для изменения цвета переднего плана, нижний соответственно позволит изменить цвет фона.
Подробно познакомиться с устройством этой палитры вы можете, используя «волшебную» кнопку F1 во время работы с программой.
Первое на что обращаешь внимание открытии Color Picker — большое квадратное поле, которое представляет собой ничто иное как срез уже знакомого цилиндра от центра до края.
Передвигая мишень выбора внутри этого поля по вертикали, мы регулируем яркостную составляющую. Двигая её по горизонтали — изменяем значение насыщенности. При этом сам цвет никак не меняется, — за этот параметр отвечает радужная полоса с права.
Она представляет собой разрезанный и выпрямленный по красному цвету, который является началом отсчета (0о), цветовой круг. Ползунки, находящиеся с двух сторон полосы, позволяют менять угол поворота по цветовому кругу, несмотря на то что передвигаются они вверх-вниз, тем самым указывая нужный цвет.
Можно «прогуляться» по цветовому кругу, установив максимальные значения для большей наглядности, насыщенности и яркости S, B -100% менять только значения для угла поворота (Н) выбранный «чистый», цвет будет показан в верхней части окошка просмотра.
Чтобы получить нейтрально серый 50% цвет нужно значение насыщенности снизить до 0% яркость установить в 50%. значения тона при этом не играют никакой роли
Поработайте с этой палитрой изменяйте параметры HSB посмотрите, что происходит с цветом. Переключитесь на параметр насыщенности S установив чек бокс на него, посмотрите как изменится окно выбора и полоса тона, мало того изменятся и их назначения, проделайте ту же операцию с яркостью.
Ориентируйтесь на изменения параметров в полях HSB при перемещении мишени и ползунков, это поможет понять, что происходит с цветом. Через небольшое время, проведённое за этими экспериментами вы сможете уяснить для себя как взаимодействуют параметры Hue, Saturation, Brightness и какой вклад делает каждый из них в формировании цвета.
Эти знания помогут вам в работе с цветом в фотошопе так как движки и ползунки отвечающие за изменения тона насыщенности и яркости встречаются во многих инструментах программы. Столкнувшись с ними во время работы, вы будете представлять каких изменений стоит ожидать на картинке корректируя тот или иной параметр. На этом я заканчиваю надеюсь статься была полезна для вас.