Цветовая модель

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Теории цветового зрения

Цветовая модель — термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, в обычном случае трех или четырех значений, называемых цветовыми координатами или цветовыми компонентами. Вместе с методом интерпретации этих данных (например определение условий воспроизведения и/или просмотра — т. е. задание способа реализации), множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

Цветовое пространство[править]

Построение любого цветового пространства основано на эффекте метамерии — особенности зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать одинаковые цветовые ощущения.

Трехмерное представление цветового пространства человека

Для построения цветового пространства необходимо выбрать некоторое количество базовых цветов, смешивая которые в различных пропорциях можно получить ощущения различных цветов и оттенков. Для отображения приемлемого количества цветов и оттенков необходимо не менее трёх (разнесённых по спектру) цветов. Понятно, что при использовании четырёх, пяти, шести, семи и более цветов, мы сможем получить более широкую палитру цветов и более реальное и естественное цветовое пространство. В трёхцветной палитре цветовое пространство задаётся координатами x, y, z. Начало координат (0, 0, 0) будет представлять черный цвет. Белый цвет не будет иметь четкой позиции в данном определении диаграммы всевозможных цветов, а будет определяться например через цветовую температуру, или через определенный баланс белого, или каким либо иным способом. Полное цветовое пространство человека имеет вид конуса в форме подковы (как показано на рисунке справа). Принципиально данное представление позволяет задавать цвета любой интенсивности — начиная с нуля (черного цвета) до бесконечности. Однако на практике данная модель не применима для описания цвета в условиях чрезвычайно высоких интенсивностей излучений, и так же в условиях очень низких интенсивностей (поскольку не учитывает механизм цветовосприятия глаза человека.

Цветовое пространство поддерживает свойство аддитивного смешивания - сумма двух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этих двух цветов[1]. Таким образом можно описывать многие цвета (вектора цветового пространства), через комбинацию красного, зеленого и синего излучателей основных цветов. На этом принципе основана работа экранов телевизоров и компьютеров. Но важно понимать, что эти устройства не воспроизводят оригинальные цвета (полный спектр), а лишь имитируют цвета изображения, в идеале неотличимое человеком от оригинального[2].

Функции цветового соответствия Стандартного Колориметрического Наблюдателя, определенные комитетом CIE в 1931-ом году на диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм (с 5 нм интервалом).

Цветовое пространство CIE XYZ[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: CIE XYZ 1931

Цветовое пространство XYZ — это эталонная цветовая модель, заданная в строгом математическом смысле организацией CIE (International Commission on Illumination — Международная комиссия по освещению) в 1931 году. Модель XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.

Функции цветового соответствия[править]

Эксперименты, проведенные Дэвидом Райтом (англ. David Wright)[3] и Джоном Гилдом (англ. John Guild)[4] в конце 20-х и начале 30-х годов послужили основой для определения функций цветового соответствия (англ. color matching functions). Изначально функции цветового соответствия были выяснены для 2o-ного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10o-ного поля зрения.

Заметим что в определении кривых модели XYZ заложен фактор своевольности — форма каждой кривой может быть измерена с достаточной точностью, однако кривая суммарной интенсивности (или сумма всех трех кривых) заключает в своем определении субъективный момент, при котором реципиента просят определить имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если эти источники абсолютно разного цвета. Также стоит заметить что относительная нормировка кривых X, Y и Z основана на произвольном выборе, поскольку можно предложить альтернативную работающую модель, в которой кривая чувствительности X имеет двух-кратно усиленную амплитуду. При этом цветовое пространство будет иметь иную форму. Кривые X, Y, Z в модели CIE XYZ 1931 и 1964 выбраны таким образом чтобы площади поверхности под каждой кривой были равны между собой.

Хроматические координаты Yxy[править]

Хроматическая диаграмма с длинами волн цветов

На рисунке справа представлена классическая хроматическая диаграмма модели XYZ с длинами волн цветов. Значения x и y в ней соответствуют X, Y и Z согласно следующим формулам:

x = X/(X + Y + Z),
y = Y/(X + Y + Z).

В математическом смысле на данной хроматической диаграмме x и y это координаты на плоскости проекции. Данное представление позволяет задавать значение цвета через светлоту Y (англ. luminance) и две координаты x, y. Заметим что светлота Y в модели XYZ и Yxy это не то же самое что яркость Y в модели YUV или YCbCr.

Обычно диаграмма Yxy используется для иллюстрации характеристик гамутов различных устройств воспроизведения цвета — дисплеев и принтеров. Конкретный гамут обычно имеет вид треугольника, углы которого образованы точками основных или первичных цветов. Внутренняя область гамута описывает все цвета, которые способно воспроизвести данное устройство.


Особенности цветного зрения[править]

Значения X, Y, и Z получаются путём умножения физического спектра излучения на функции цветового соответствия. Синяя и красная часть спектра оказывают меньшее влияние на воспринимаемую яркость, что может быть продемонстрировано на примере:

КРАСНЫЙ ЗЕЛЁНЫЙ СИНИЙ КРАСНЫЙ+ЗЕЛЁНЫЙ ЗЕЛЁНЫЙ+СИНИЙ КРАСНЫЙ+СИНИЙ КРАСНЫЙ+ЗЕЛЁНЫЙ+СИНИЙ ЧЁРНЫЙ

Для среднестатистического человека, имеющего нормальное цветовое зрение, зелёный будет восприниматься ярче синего[5]. В то же время хотя чистый синий цвет воспринимается как очень неяркий (если рассматривать надпись синего цвета с большого расстояния, то её цвет будет трудно отличить от чёрного), в смеси с зелёным или красным воспринимаемая яркость значительно повышается.

При определённых формах дальтонизма зелёный цвет может восприниматься эквивалентно-ярким синему, а красный как очень тёмный, либо вообще как неразличимый. Люди с дихромией — нарушением восприятия красного, например не способны видеть красный сигнал светофора при ярком солнечном дневном свете. При дейтанопии — нарушении восприятия зелёного, в ночных условиях зелёный сигнал светофора становится неотличимым от света уличных фонарей.

Классификация и различия цветовых моделей[править]

Feather.svg Этот раздел статьи ещё не написан.
Согласно замыслу одного из участников «Традиции», на этом месте должен располагаться раздел, посвящённый классификации цветовых моделей и различию между собой.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.
Сравнение цветового охвата для распространённых цветовых моделей.
Сравнение цветовых моделей RGB и CMYK.

Распространенные цветовые модели[править]

  • Таблица наиболее распространённых цветовых моделей приведена в конце статьи.
    • цветовая модель RGB (цветовая модель) чаще всего используется в информатике (а также её разновидности: αRGB (цветовая модель)), реже — HSV (цветовая модель).
    • CMYK — основная цветовая модель в полиграфии
    • В телевидении для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SÉCAM модель YDbDr, а для NTSC модель YIQ (цветовая модель). Эти три модели основаны на принципе, согласно которому основную информацию несёт яркость изображения (Y), а две другие составляющие, отвечающие за цвет, менее важны.
    • эталонная модель XYZ основана на замерах характеристик человеческого глаза. XYZ — единственная цветовая модель, в которой любой цвет, ощущаемый человеком, представим только положительными значениями координат.

См. также[править]

Ссылки[править]

Примечания[править]

  1. См. также Закон Грассмана
  2. На практике такое, как правило невозможно, поскольку устройства воспроизведения используют ограниченное количество цветов и имеют неидеальные излучатели.
  3. Wright, William David (1928). "A re-determination of the trichromatic coefficients of the spectral colours" (in english). Transactions of the Optical Society 30: 141–164. DOI:10.1088/1475-4878/30/4/301.
  4. Guild, John (1931). "The colorimetric properties of the spectrum" (in english). Philosophical Transactions of the Royal Society of London A230: 149–187.
  5. Видимо это обусловлено эволюционными причинами развития зрительной системы — в спектре солнца большего всего "зелёного" цвета