3.2 Колірні моделі

Колірні моделі

У графічних пакетах використовуються різні колірні моделі в залежності від конкретного пристрою виведення (монітор, принтер), а також моделі, наближені до суб'єктивного сприйняття кольору (інтуїтивні моделі). Нижче розглядаються ті з них, які представляють історичний і теоретичний інтерес.

Модель RGB є адитивною моделлю. В її основі лежить тріада кольорів: Red – червоний, Green – зелений, Blue – синій. Більшість відтінків кольорів видимого спектра може бути отримано змішуванням у різних пропорціях цих основних компонент пофарбованого світла.

Адитивні кольори використовуються в системах освітлення, відеосистемах, пристроях запису на фотоплівку і моніторах. Модель RGB можна представити у вигляді одиничного куба, одна вершина якого поміщена в початок декартової системи координат, а сам куб розміщений в першому октанті цієї системи (рис. 3.3, а).

У цьому кубі вершина (1,0,0) задає червоний колір, вершина (0,1,0) – зелений, вершина (0,0,1) – синій, вершина (0,0,0) – чорний, вершина (1,1,1) – білий. На діагоналі куба між чорною та білою точками розташовані відтінки сірого; при змішуванні первинних кольорів утворюються вторинні кольори: точка (1,1,0) – жовтий, точка (0,1,1) – блакитний, точка (1,0,1) – пурпурний

Моделі CMY і CMYK – субтрактивні колірні моделі. Основні кольори CMY – вторинні кольори моделі RGB: блакитний (Cyan), пурпурний (Magenta) і жовтий (Yellow).

Як і модель RGB, модель CMY можна представити у вигляді куба (рис. 3.3, б), але з наступними значеннями вершин: (1,0,0) – блакитний колір, (0,1,0) – пурпурний, (0,0,1) – жовтий, точка (0,0,0) – білий, точка (1,1,1) – чорний.

Ахроматичні, тобто сірі, кольори в обох моделях розташовані по діагоналі від чорного до білого, а додаткові – лежать в протилежних вершинах.

Якщо виходити з подання цих систем в колірних просторах (рис. 3.3), то зв'язок між основними і компліментарними кольорами можна записати у вигляді наступного співвідношення між просторами RGB і CMY: [RGB] = [111] – [CMY]

Наприклад, для червоного кольору

Первинні та вторинні кольори є доповнюючими або компліментарними.

Будь-яка пара субтрактивних кольорів при змішуванні утворює первинний адитивний колір (рис. 3.4).

Під час використання цих моделей необхідно враховувати, що при змішуванні адитивних кольорів результуючий колір освітлюється, а при субтрактивних – затемнюється

Теоретично змішання чистих блакитного, пурпурного і жовтого кольорів в підсумку повинно дати чорний колір. На практиці (наприклад, при виведенні твердих копій зображень) комбінація всіх вторинних кольорів дає бруднокоричневий колір, так як жодна друкарська фарба не є абсолютно чистою і обов'язково містить ті чи інші домішки. Щоб дійсно отримати чорний колір, доводиться до цих трьох фарб додавати чорну.

Модель СМУК використовується для чотириколірного друку, в якій відтворення різних кольорів досягається шляхом змішування чотирьох фарб: блакитна (Cyan), пурпурна (Magenta), жовта (Yellow) і чорна (Black).

Модель Оствальда. Описувати суб'єктивне сприйняття кольору людьми в зазначених апаратних системах незручно. Як в позначеннях RGB або CMY задати пастельний червонувато-оранжевий колір? Художники користуються іншими принципами і характеризують кольори як різні розбіли, відтінки і тони гранично насичених або чистих пігментів.

Розбіл виходить, додаючи до чистого пігменту білий, при цьому зменшується насиченість.

Відтінок виходить у разі додавання до чистого пігменту чорного, внаслідок чого знижується світлота.

Тони виходять, коли додаються чорний і білий пігменти до чистого пігменту. У всіх цих випадках виходять різні кольори одного і того ж колірного тону, що відрізняються насиченістю і світлотою. Під час змішування тільки чорного і білого пігментів виходять сірі кольори.

На рис. 3.5 показані співвідношення між розбілами, відтінками і тонами. Можна було б запропонувати вимірювати колір процентним вмістом пігментів, змішання яких дає цікавий для нас колір.

Моделі HSV (HSB) і HLS реалізують підхід, наближений до суб'єктивного сприйняття кольору. Психофізіологічне уявлення кольору пов'язано з колірним фоном, насиченістю, світлотою або яскравістю. 

Світловий тон – основний колір або довжина хвилі, що переважає в випромінюванні. Насиченість кольору визначає його чистоту. Чим більше насиченість, тим чистіше колір (тобто вище переважання тонової хвилі).

Наприклад, у ахроматичного світла насиченість дорівнює нулю, тому що в ньому неможливо виділити його колірний тон.

Світлота вважається властивістю об'єктів, що не світяться або віддзеркалюють світло (змінюється від чорної до білої або абсолютно прозорої).

Яскравість вважається властивістю самосвітних або випромінюючих об'єктів (змінюється від низької до високої, тобто від невидимої оку до сліпучої).

Модель HSV – Hue (колірний тон), Saturation (насиченість), Value (величина) – зображується у вигляді об'ємного шестигранного конуса, побудованого таким чином. Колірної куб RGB проектується уздовж чорно-білої діагоналі на площину, в результаті чого виходить шестикутник з первинними і вторинними кольорами в вершинах. У разі зниження насиченості або чистоти основних кольорів колірне охоплення куба і відповідна проекція зменшуються.

Всі ці проекції збираються уздовж головної діагоналі, на якій задано кількість світла від 0 до 1 або світлота кольору від чорного до білого. В результаті чого вийде шестигранний конус моделі HSV (рис. 3.6)

У цьому колірному просторі параметри кожної точки конуса задаються наступним чином:

• • • кольоровий тон (Н) – кут від 0 до 360, вимірюється від червоного кольору;

    • насиченість (S) – відстань (вимірюється або від 0 до 1, або від 0 до 100) від осі конуса до межі трикутної грані конуса. На межі основи розділілені чисті або насичені колірні тони: від червоного (0 рад) через жовтий (π/3) до зеленого (2π/3), далі через блакитний (π) до синього (4π/3) і через пурпурний (7π/3) до червоного;

    • величина світлоти (V) – відстань вздовж осі конуса від вершини до підстави в значеннях від 0 до 1 (або від 0 до 100). Якщо насиченість S ≈ 0, то тон Н не визначений, так як на осі задані ахроматичні кольори.

Можливо інше подання простору HSV, коли розглядається не шестигранний конус, а циліндр. Цей аналог HSV буде колірною моделлю HSB з компонентами: Hue (колірний тон), Saturation (насиченість), Brightness (яскравість). У графічних пакетах ця модель може бути задана у вигляді колірного кола з вказаним рівнем яскравості.

Колірна модель HLS – компоненти: Hue (колірний тон), Lightness (світність), Saturation (насиченість) – застосовується для самосвітних предметів і представляється у вигляді об'єднання двох шестигранних конусів, подібних конусу HSV, у яких поєднані основи.

Ця модель – модифікація моделі HSV, але замість світлоти в ній використовується інтенсивність. Як і в моделі HSV, колірний тон задається кутовою координатою в площині основ одинарних конусів.

Насиченість – радіальною відстанню від центральної осі. Значення світності від 0 до 1 відкладаються на центральній осі. Значення світності L≈ 0.5 потрапляє в основи одинарних конусів (рис. 3.7).

Модель YlQ була розроблена в 1953 р. Національним комітетом з телевізійних систем (NTSC) США для кольорового телебачення. Була прийнята в якості стандарту кольорова система YIQ, заснована на моделі CIE XYZ, в якій виділено такі компоненти колірної інформації:

• • • сигнал Y – передає значення яскравості, яка підібрана так, що вона відповідає колірній чутливості очей;

    • синфазний сигнал I – відповідає спектру кольорів від оранжевого до блакитного;

    • інтегрований сигнал Q – спектр кольорів від зеленого до пурпурного.

На кольоровий монітор виводяться всі три компоненти моделі; на монохромний – тільки компонента Y.

Модель Laв заснована на оригінальній розробці, запропонованої в 1931р.

Міжнародною комісією з освітлення в якості міжнародного стандарту вимірювання кольорів CIE. У 1976 р цей стандарт був вдосконалений в модель Lab (рис. 3.8).

Її компонентами є:

• • • Lightness або Luminosity – світність або яскравість, але не еквівалент яскравості HSB; в даній моделі максимальне значення цього параметра дорівнює максимальної інтенсивності певного кольору;

    • хроматичний параметр a – кольоровість від темно-зеленого (низька яскравість) через сірий (середня яскравість) до яскраво рожевого (висока яскравість);

    • хроматичний параметр b – кольоровість від світлосинього (низька яскравість) через сірий до яскравожовтого (висока яскравість).

Ця модель відтворює одні й ті ж кольори незалежно від особливостей пристрою (монітора, принтера або сканера). У графічних програмах модель Lab використовується для конвертації кольору з однієї моделі в іншу.