Цветовое профилирование. Цвет в компьютерной графике

Cтраница 1

Координаты цветности характеризуют данный цвет. Однако светлота окрашенного предмета не определяется этими координатами. Если, например, увеличить вдвое ординаты спектральной кривой отражения, характеризующей какую-либо окрашенную поверхность, то соответственно увеличатся и координаты цвета X, У, Z. Но координаты цветности х, у, г остаются при этом неизменными.

Координаты цветности отсчитывают от стороны треугольника, лежащей против вершины, в которой помещен основной цвет, соответствующий этой координате.

Координата цветности z обычно не указывается.

Координаты цветности определяют тот или иной цвет в плоскости поперечного сечения цветового пространства.

Координаты цветности (трехцветные коэффициенты) х и у образуют декар-тову систему координат.

Координаты цветности цвета Д в системе XYZ находим через его.

Координаты цветности световых сигналов, наблюдаемых в реальных условиях, определяются не только по спектральным характеристикам используемых источников света и светофильтров в заданном светосигнальном приборе или сигнальном устройстве, но и с учетом возможных изменений спектральных характеристик атмосферных слоев, через которые проходит излучение, несущее световой сигнал. Для сигнальных фигур, кроме того, приходится учитывать изменения координат цветности при наблюдении этих фигур под малыми углами.

Поэтому координаты цветности и удельные координаты в этой системе имеют только положительные значения, что упрощает цветовые расчеты.

Выразим координаты цветности к, з, с (2 - 72) через относительные эффективности каналов ке, зе, се.

Измерение координат цветности может быть произведено при помощи разработанного во ВНИСИ универсального фотоэлектрического колориметра. Внутри колориметрической головки последнего расположены селеновый фотоэлемент и два поворотных диска. Каждый диск имеет пять отверстий. Три отверстия первого диска (именно он служит для измерения координат цветности) закрыты фильтрами х, у, z, четвертое - свободно, а пятое - закрыто ширмой. Ширма служит для закрывания фотоэлемента при проверке нуля гальванометра, с которым соединен фотоэлемент. При введении фильтра у производят все световые измерения. Второй диск предназначен для измерения цветовой температуры источника. Три отверстия этого диска закрыты красным, зеленым и синим светофильтрами, одно - свободно и одно - закрыто сеткой.

А координат цветности г, g b спектральных цветов изображается графическими кривыми смешения. Если основные цвета R, G, В существуют реально, то кривые смешения имеют для отдельных участков спектра отрицательные значения, так как сумма двух или трех основных цветов дает цвет менее насыщенный, чем спектральные цвета, о чем было сказано выше. Можно в качестве основных цветов выбрать условные, не реальные, но удобные для расчетов основные цвета, так чтобы кривые смешения во всем спектре не имели отрицательных значений. Эти кривые называются кривыми сложения основных возбуждений.

Цветовая модель задаёт соответствие между воспринимаемыми человеком цветами, хранимыми в памяти, и цветами, формируемыми на устройствах вывода (возможно, при заданных условиях).

Цветовое пространство CIE XYZ

Человек является трихроматом - сетчатка глаза имеет три вида рецепторов (колбочек) , ответственных за цветное зрение . Можно считать, что каждый вид колбочек даёт свой отклик на определённую длину волны видимого спектра .

Важным свойством (для всех физически реализуемых цветов) является неотрицательность как функций отклика, так и результирующих цветовых координат для всех цветов. Системой, основанной на откликах колбочек человеческого глаза, является цветовая модель LMS .

Исторически сложилось, что для измерения цвета используется другое 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 CIE XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.

Эксперименты, проведённые Дэвидом Райтом (англ. David Wright ) и Джоном Гилдом (англ. John Guild ) в конце 1920-х и начале 1930-х годов, послужили основой для определения функций цветового соответствия. Изначально функции цветового соответствия были определены для 2-градусного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10-градусного поля зрения. Итак, аналогично координатам LMS, цвет XYZ задаётся следующим образом:

X = ∫ 380 780 I (λ) x ¯ (λ) d λ {\displaystyle X=\int _{380}^{780}I(\lambda)\,{\overline {x}}(\lambda)\,d\lambda } Y = ∫ 380 780 I (λ) y ¯ (λ) d λ {\displaystyle Y=\int _{380}^{780}I(\lambda)\,{\overline {y}}(\lambda)\,d\lambda } Z = ∫ 380 780 I (λ) z ¯ (λ) d λ {\displaystyle Z=\int _{380}^{780}I(\lambda)\,{\overline {z}}(\lambda)\,d\lambda } где I (λ) {\displaystyle I(\lambda)} - спектральная плотность какой-либо энергетической фотометрической величины (например потока излучения, энергетической яркости и т. п., в абсолютном или относительном выражении).

Для модели брались условия, чтобы компонента Y соответствовала визуальной яркости сигнала ( y ¯ (λ) {\displaystyle {\overline {y}}(\lambda)} - эта та самая относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения, которая используется во всех световых фотометрических величинах), координата Z соответствовала отклику S («short», коротковолновых, «синих») колбочек, а координата X была всегда неотрицательной. Кривые отклика нормируются таким образом, чтобы площадь под всеми тремя кривыми была одинаковой. Это делается для того, чтобы равномерный спектр, цвет которого в колориметрических условиях наблюдения принято считать белым, имел одинаковые значения компонент XYZ и в дальнейшем, при анализе цвета, было проще определять цветовой тон просто вычитая из цвета равные значения XYZ. Функции отклика и координаты XYZ также являются неотрицательными для всех физически реализуемых цветов. Очевидно, что не для каждого сочетания XYZ существует монохроматическая спектральная линия (соответствующий цвет радуги), которая бы соответствовала этим координатам. На графике справа X - красная кривая, Y - зелёная, Z - синяя.

Стоит заметить, что цветовое пространство XYZ не задает сразу отклики колбочек на сетчатке человека, являясь очень сильно преобразованной цветовой моделью с целью получить значения цвета и соответственно возможность отличать один спектр от другого, отталкиваясь от фотометрической яркости излучения (Y). Саму яркость Y интерпретировать как отклик «зеленых» колбочек нельзя, эта функция для дневного зрения, являющегося трехстимульным, задается всеми реальными откликами рецепторов. Изначально модель CIE 1931 XYZ получили путём преобразования модели CIE 1931 RGB, которая, в свою очередь, является следствием прямого эксперимента по смешиванию и визуальному сравнению излучений различных спектральных составов. Любая цветовая модель может быть преобразована в модель XYZ, так как данная модель определяет все правила смешивания цветов и задает ограничения, накладываемые на все спектральные составы излучений, которые имеют один цвет.

Хроматические координаты (x;y) и цветовое пространство xyY

Если формально построить сечение пространства XYZ плоскостью X + Y + Z = c o n s t {\displaystyle X+Y+Z=const} , то можно две оставшиеся линейно-независимыми координаты записать в виде

x = X / (X + Y + Z) {\displaystyle x=X/(X+Y+Z)} y = Y / (X + Y + Z) {\displaystyle y=Y/(X+Y+Z)} . аналогично, но необязательно: z = Z / (X + Y + Z) {\displaystyle z=Z/(X+Y+Z)}

Такое сечение называется хроматической диаграммой (диаграммой цветности).

В пространстве XYZ точке (X,0,0), как легко посчитать по формулам, на хроматической диаграмме соответствует точка xy=(1,0). Подобным образом, точке XYZ=(0,Y,0) соответствует точка xy=(0,1) и, наконец, точке XYZ=(0,0,Z) - точка xy=(0,0). Видно, что все реальные цвета, полученные любыми спектральными составами излучений, в том числе и монохроматическими (спектральные цвета) не дотягивают до подобных «чистых» значений. Данная закономерность вытекает из правила смешивания цветов и является проявлением того, что невозможно получить отклик одних колбочек без отклика других (хоть и очень малого), а также из того, что яркость Y не может иметь нулевое или малое значение при определенном отклике любых колбочек.

Цветовое пространство xyY можно задать, если задать значение цветности - (x, y) при данном значении яркости Y.

При этом для координат x и y продолжает выполняться условие неотрицательности.

Не следует путать светлоту Y в моделях XYZ и xyY - с яркостью Y в модели YUV или YCbCr .

Физически реализуемые цвета

Если на хроматической диаграмме xy отметить все возможные монохроматические цвета спектра, то они образуют собой незамкнутый контур, так называемый спектральный локус. Замыкание этого контура в основании «языка» называется линией пурпуров. Все цвета, которые могут быть реализованы в виде суммы спектральных линий данной яркости, будут лежать внутри этого контура. То есть существуют точки XYZ цветов за пределами контура, которые хотя и имеют положительные значения каждой компоненты, но тем не менее соответствующий отклик от колбочек не может быть получен при данной яркости (константе Y = c o n s t {\displaystyle Y=const} ).).

Субтрактивные модели - получение цвета «вычитанием» краски из белого листа (CMY, CMYK).

Модели для кодирования цветовой информации при сжатии изображений и видео.

Математические модели, полезные для обработки изображения, например HSV .

Модели, где соответствие цветов задаётся таблично (Цветовая модель Пантон (Pantone))

Все модели сводятся к XYZ путём соответствующих математических преобразований. В качестве примеров можно рассмотреть:

Цветовой охват моделей устройств вывода

Диаграмма Yxy используется для иллюстрации характеристик цветового охвата (англ. color gamut ) различных устройств воспроизведения цвета - дисплеев и принтеров через соответствующие им цветовые модели.

Как уже было сказано, любой тройке чисел XYZ можно сопоставить конкретные координаты пространства RGB или CMYK. Так, цвет будет соответствовать яркости цветовых каналов или плотности красок. Физическая реализуемость цвета на устройстве накладывает условие неотрицательности координат. Таким образом, только некое подмножество Yxy может быть физически реализовано на устройстве. Эта область называется цветовым охватом устройства.

Конкретная область цветового охвата обычно имеет вид многоугольника, углы которого образованы точками основных , или первичных , цветов. Внутренняя область описывает все цвета, которые способно воспроизвести данное устройство.

На рисунке справа показаны области цветового охвата различных средств цветовоспроизведения:

белый контур отражает диапазон фотографической эмульсии различного назначения;
красный пунктирный контур - пространство sRGB, приблизительно соответствующее гамме большинства распространённых мониторов, являющиеся, по сути, стандартом представления графики в сети Интернет;
чёрный сплошной контур - пространство Adobe RGB, включающее цвета, воспроизводимые на печатных машинах, но с использованием первичных цветов;
синий сплошной контур соответствует высококачественной офсетной печати;
синий пунктирный контур отражает охват обычного бытового принтера.

КОЛОРИМЕТРИЯ

ЛЕКЦИЯ № 7

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦВЕТА

Колориметрия (цветовые измерения), наука о методах измерения и количественном выражении цвета. В результате цветовых измерений определяются три числа, так называемые цветовые координаты, полностью определяющие цвет при некоторых строго стандартизированных условиях его рассмотрения.

Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определённых количеств трёх линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не сможет быть представлен в виде суммы каких-либо количеств двух других цветов. Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называются основными цветами; они определяют цветовую координатную систему. Тогда три числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно не отличим от данного цвета; эти три числа и есть цветовые координаты данного цвета.

Экспериментальные результаты, которые кладут в основу разработки колориметрических цветовых координатных систем, получают при усреднении данных наблюдателя (в строго определённых условиях) большим числом наблюдателей; поэтому они не отражают точно свойств цветового зрения какого-либо конкретного наблюдателя, а относятся к так называемому среднему стандартному колориметрическому наблюдателю. Будучи отнесены к стандартному наблюдателю в определённых неизменных условиях, стандартные результаты смешения цветов и построенные на их основе колориметрические цветовые координатные системы описывают фактически лишь физический аспект цвета, не учитывая изменения цветовосприятия глаза при изменении условий наблюдателя, интенсивности цвета и по другим причинам.

Когда цветовые координаты какого-либо цвета откладывают по трём взаимно перпендикулярным координатным осям, этот цвет геометрически представляется точкой в трёхмерном, так называемом цветовом пространстве или же векторном, начало которого совпадает с началом координат, а конец - с упомянутой точкой цвета. Точечная и векторная геометрическая трактовки цвета равноценны и обе используются в колориметрии. Точки представляющие все реальные цвета, заполняют некоторую область цветового пространства. Но математически все точки пространства равноправны, поэтому можно условно считать, что и точки вне области реальных цветов представляют некоторые цвета. Такое расширение толкования цвета как математического объекта приводит к понятию нереальных цветов, которые невозможно наблюдать или как-либо реализовать практически. Тем не менее, с этими цветами можно производить математические операции, так же, как и с реальными цветами, что оказывается чрезвычайно удобным. За единичные количества основного цвета в цветовой координатной системе принимают такие их количества, которые дают в смеси некоторый исходный (опорный) цвет (чаще всего белый).

Своего рода “качество” цвета, называемое его цветностью, геометрически удобно характеризовать в двумерном пространстве - на “единичной” плоскости цветового пространства, проходящей через три единичные точки координатных осей (осей основных цветов). Линии пересечения единичной плоскости с координатными плоскостями образуют на ней так называемый цветовой треугольник, в вершинах которого находятся единичные значения основного цвета. Если такой треугольник - равносторонний, его часто называют треугольником Максвелла.

Цветность какого-либо цвета определяется не тремя его цветовыми координатами, а соотношением между ними, т. е. положением в цветовом пространстве прямой, проведённой из начала координат через точку данного цвета. Другими словами, цветность определяется только направлением цветового вектора, а не абсолютной его величиной и, следовательно, её можно охарактеризовать положением точки пересечения этого вектора с единичной плоскостью. Вместо треугольника Максвелла часто используют цветовой треугольник более удобной формы - прямоугольный и равнобедренный. Положение точки цветности в нём определяется двумя координатами цветности, каждая из которых равна частному от деления одной из цветовой координаты на сумму всех цветовых координат. Двух координат цветности достаточно, т. к., по определению, сумма её трёх координат равна единице. Точка цветности опорного цвета, для которой три координаты равны между собой (каждая равна одной третьей), находится в центре тяжести цветового треугольника.

Представление цвета с помощью цветовой координатной системы должно отражать свойства цветового зрения человека. Поэтому предполагается, что в основе всех цветовых координатных систем лежит так называемая физиологическая цветовая координатная система. Эта система определяется тремя функциями спектральной чувствительности трех различных типов приемников света (называемых колбочками), которые расположены в сетчатке глаза человека и реакции которых, согласно наиболее употребительной трехкомпонентной теории цветового зрения, ответственны за человеческое восприятие. Реакции этих приемников на излучение - это цветовые координаты в физиологической цветовой

координатной системе, но функции спектральной чувствительности глаза не удается установить прямыми измерениями. Их определяют косвенным путем и не используют непосредственно в качестве основы построения колориметрических систем.

Рис. 6.10. Схема расчета цветовых координат по общему методу Рис. 6.11. Схема расчета цветовых координат методом избранных ординат Рис. 6.12. Пороговый эллипс: Ц - базовый цвет; A, B, C, D, E, F, G, H, I - цвета, отличающиеся от базового на один порог Рис. 6.13. Пороговые эллипсы Мак-Адама Рис. 6.14. Равноконтрастный цветовой график UV Рис. 6.15. Цветовое тело Lab и диаграмма ab Рис. 6.16. Пороги цветоразличения в субтрактивном синтезе: 1 - ненасыщенные цвета; 2- насыщенные; 3 - памятные

Для воспроизведения цвета необходимо знать характеристики как воспроизводимого объекта, так и полученного результата (например, цветной оригинал и его репродукция). В этом случае для оценки качества нельзя обойтись без цветовых измерений, без строгого описания цвета. Учение об измерении цвета называется колориметрией или метрологией цвета.

Теория цвета использует в основном два способа описания цвета - с помощью колориметрических систем и систем спецификаций. В данном разделе будут рассмотрены только принципы построения колориметрических систем.

Один из способов определения цвета основан на измерении его по принципу синтеза. В приборах - колориметрах (подробнее они рассматриваются в подразд. 8.1), где реализован этот принцип, с помощью трех основных синтезируется цвет, тождественный измеряемому.

Две грани призмы образуют фотометрическое поле. На одну половину поля направляют измеряемое излучение Ц, а на другую - основные R, G, В. Регулируя количества основных, цвета обеих половин поля можно уравнять. Зная характеристики светопоглощающих устройств (диафрагмы, клинья), можно найти количества основных, а по ним - координаты измеряемого цвета. Определив Цветовые координаты, легко воспроизвести сам цвет.

Иногда вместо цветовых координат определяют психофизические характеристики цвета: доминирующую длину волны, чистоту цвета и яркость. Их определение основано на том, что спектр содержит все цвета, кроме пурпурных. Поэтому к любому световому пучку можно подобрать спектральный цвет, тождественный измеряемому по цветовому тону. На рис. 6.1 показана схема измерения по этому принципу.

В данном случае эталоном служит монохроматическое излучение М, выделенное из спектра. Так как измеряемый и монохроматический пучки могут различаться по насыщенности, то на грань призмы вместе с монохроматическим направляется еще и белое излучение Б. Зная длину волны монохроматического излучения М, его количество и количество белого, необходимых для получения цвета, тождественного Ц, находят психофизические характеристики измеряемого цвета.

Длина волны монохроматического излучения, тождественная измеряемому цвету, называется доминирующей длиной волны (опред-е">Насыщенность цвета Ц характеризуется колориметрической чистотой цвета р . Она определяет долю того монохроматического излучения, которое обеспечивает в смеси с белым зрительное тождество с рассматриваемым излучением (цветом), вычисляется по формуле

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/Blam - яркость монохроматического излучения; переход" href="part-005.htm#i1304">подразд. 5.1.7).

Выбор основных цветов, ограниченный лишь условием линейной независимости между ними, позволяет иметь неограниченно большое количество колориметрических систем.

Одной из таких систем является основная физиологическая система КЗС. В этой системе координаты цвета К, 3 и С - уровни возбуждения трех приемников глаза в единичных значениях КЗС - компонентов цвета. Особенность физиологической системы заключается в том, что в отличие от всех других систем (в том числе и тех, которые будут рассматриваться дальше) в ней любой цвет не только выражается суммой трех основных, но и определяется уровнем и соотношением реакций трех цветоощущающих рецепторов глаза (см. рис. 4.7). В связи с этим особая важность данной системы там, где есть необходимость анализа реакций цветоошущающих рецепторов, цветовой адаптации и т.д.

Основная трудность построения данной системы заключается в невозможности точного измерения спектральной чувствительности каждого из трех цветоошущающих рецепторов.

Первая колориметрическая система RGB была предложена и принята в 1931 г. международной комиссией по освещению (МКО), в литературе часто вместо МКО используется аббревиатура CIE от французского Commision Internationale de I"Eclairage). Выбор основных цветов этой системы осуществлялся исходя из следующих требований.

1. Выбранные основные должны легко воспроизводиться.

2. Каждый из выбранных основных должен возбуждать по возможности лишь одну группу цветоощущающих рецепторов.

Учитывая год разработки первой колориметрической системы, следует отметить, что в то время наиболее воспроизводимыми считались излучения газосветных ламп, из которых с помощью светофильтров легко выделялись монохроматические излучения. В связи с этим CIE в качестве основных были выбраны излучения:

красное (формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/LamG.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Для перехода к энергетическим величинам за единицы количеств основных RGB принимают не яркостные коэффициенты, а яркостные единицы: формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/6-1-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Учитывая, что яркости пропорциональны световым потокам, можно считать, что при соотношении световых потоков формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/219-3.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" в люменах:

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/Fo-lambda.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Принимая во внимание, что опред-е">R + GG + BB . (6.1.4)

Для перехода к уравнению цветности находят модуль цвета m - сумму координат цвета (m = R + G + В) и затем каждый из членов уравнения (6.1.4) делят на модуль:

где r, g, b - координаты цветности.

Яркость цвета (формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/220-1.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

С учетом (6.1.2), переходя от яркостных единиц к яркостным коэффициентам, получим

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/6-1-7.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Сумма в скобках выражает яркость единичного цвета Ц..gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Заменяя сумму, стоящую В скобках выражения (6.1..gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Определение психофизических характеристик доминирующей длины волны и чистоты цвета в CIERGB проводят по диаграмме цветности rg, полученной при помощи кривых сложения.

Кривые сложения формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/rgb.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt=") (рис. 6.2 ). Поэтому значения ординат кривых сложения называют удельными, т.е. отнесенными к единице мощности.

В CIERGB ординаты кривых сложения (удельные координаты) были установлены опытным путем. Экспериментально нахождение удельных координат осуществлялось путем подбора смеси излучений основных RGB к спектральным излучениям произвольной мощности и последующего деления их координат на мощность:

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/r-lam-.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" имеет отрицательные значения в определенном участке. Это говорит о том, что для получения цветового равенства один из основных цветов должен смешиваться с исследуемым спектральным.

С помощью кривых сложения выделение">рис. 6.3

). На полученной таким образом линии (на рисунке она изображена пунктиром) лежат единичные пурпурные цвета максимальной насыщенности. Пурпурных цветов в спектре нет. Их получают искусственным путем, смешивая в различных количествах красный и фиолетовый цвета. Площадь, ограниченная локусом и пунктирной прямой, называется областью реальных цветов. Вне этой области Находятся цвета более насыщенные, чем реальные.

Как видно из рис. 6.3, цветовой треугольник rОg целиком расположен внутри области, ограниченный локусом. Все цвета, ледащие внутри треугольника, имеют положительные координаты цветности. У цветов, лежащих вне треугольника, одна из координат цветности имеет отрицательное значение. Это связано с наличием области отрицательных значений кривой сложения выделение">рис. 6.4 ). Локус замнут линией пурпурных цветов.

Данная диаграмма цветности rg характеризуется следующими колориметрическими свойствами.

1. Белая точка Б имеет координаты (0,33; 0,33).

2. Насыщенность цветов возрастает от белой точки к локусу.

3. На прямой, соединяющей белую точку с локусом, лежат цвета постоянного цветового тона.

4. Локус является границей самых насыщенных (спектральных) цветов.

Методика нахождения характеристик цвета - доминирующей длины волны и чистоты цвета - рассмотрена в подразд. 7.1.5.2 .

В заключение этого раздела следует сделать два замечания относительно системы CIERGB.

1. Рассматриваемая выше система CIERGB является колориметрической системой. Однако во встречающейся в настоящее время терминологии под "системой RGB" иногда понимают систему описания цветов, которая не является стандартной колориметрической системой. Наиболее часто это встречается в допечатных процессах при обработке цветной изобразительной информации. Цвета, так называемой в этом случае, "системы RGB" зависят от конкретного устройства, например монитора или сканера. Их нельзя охарактеризовать постоянной, конкретной длиной волны. Например, известно, что цвет в интервале длин волн от 620 нм до 700 нм является красным, и любое излучение произвольной мощности в этом интервале можно назвать "R". То же самое относится к "G" и "В". Различные мониторы один и тот же цвет могут воспроизводить по-разному, так как каждый из них имеет свои персональные характеристики (цветовую температуру, люминофоры и т.д.). Но и эти характеристики не постоянны и могут меняться со временем, а также от устройства к устройству. Поэтому аппаратно-зависимые цвета "системы RGB" не имеют никакого отношения к принятой в 1931 г. колориметрической системе RGB.

2. Колориметрическая система RGB в настоящее время практически не применяется. Ее следует рассматривать как вспомогательную, позволяющую лучше понять общие принципы метрологии цвета на основе реальных основных цветов. Поэтому ей и уделено внимание в данном учебнике.

Следует отметить, что для большинства разработанных в дальнейшем колориметрических систем основой служила именно CIERGB. Поэтому те недостатки, которые были заложены в основе этой колориметрической системы, в дальнейшем передавались и другим.

Одновременно с колориметрической системой RGB была принята еще одна. В качестве основных в ней были выбраны цвета более насыщенные, чем спектральные. В связи с тем что таких цветов в природе нет, их обозначили символами XYZ, а сама колориметрическая система получила название CIEXYZ. К разработке этой колориметрической системы побудил ряд причин, связанных с некоторыми неудобствами при работе с системой CIERGB.

Одним из недостатков системы CIERGB является наличие отрицательных координат для целого ряда реальных цветов, что затрудняет расчет цветовых характеристик по спектральным кривым. Другой существенный недостаток системы CIERGB - необходимость определения всех трех составляющих цвета для определения количественной характеристики цвета - яркости.

В связи с этим в основу построения колориметрической системы XYZ были положены следующие положения:

1) все реальные цвета должны иметь только положительные координаты;

2) яркость должна определяться одной координатой цвета;

3) координаты белого цвета равноэнергетического источника (о равноэнергетическом источнике см. в подразд. 7.1.8) должны иметь координаты 0,33; 0,33.

Путем математических преобразований с учетом вышеуказанных требований удалось осуществить переход от реальных цветов CIERGB к нереальным (сверхнасыщенным) CIEXYZ.

В соответствии со вторым условием построения колориметрической системы XYZ цвета X и Z имеют яркостные коэффициенты, равные нулю формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/Ly.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" = 1). В этом случае формула для расчета яркости В значительно упрощается:

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/6-1-12.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

В общем виде уравнение цвета в CIEXYZ записывается следующим образом:

Ц = XX + YY + ZZ .

Переход к уравнению цветности в CIEXYZ осуществляется через m так же, как и в системе CIERGB (см. формулу 6.1.5):

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/xyz.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

Как было сказано ранее, при разработке колориметрической системы XYZ было поставлено условие, что реальные цвета не должны иметь отрицательных координат..gif" border="0" align="absmiddle" alt=" не имеют отрицательных значений (рис. 6.5 ). Они определяются по формулам (6.1.13) и имеют тот же смысл, что и ординаты кривых в системе CIERGB:

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/y-lam-.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" совпадает по форме и положению с кривой относительной световой эффективности..gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt=" объясняется условиями преобразования CIERGB в CIEXYZ. Площади, ограниченные каждой кривой и осью координат, одинаковы.

За время использования системы CIEXYZ было выявлено, что значения удельных координат цвета выделение">рис. 6.6

(Кривые сложения xyz 1931 и формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/225-1.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" в 1964 г. были решением МКО рекомендованы в качестве дополнительных для цветовых реагентов. Система выделение">рис. 6.7 принципиально не отличается диаграммы цветности rg. Свойства ее те же, разница лишь в том, что локус находится внутри единичного треугольника цветности. Точка белого цвета соответствует координатам равноэнергетического источника Е(0,33; 0,33).

Цветовой график ху используют для нахождения качественных характеристик цвета доминирующей длины волны выделение">рис. 6.8 (Определение формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/226.gif" border="0" align="absmiddle" alt=". Соединим точку Е с точкой Ц и продлим линию до пересечения с локусом..gif" border="0" align="absmiddle" alt="). Это означает, что цвет Ц - зеленый (зеленый цвет имеет интервал в спектре от 510 до 565 нм).

Определение характеристик цветностей пурпурных цветов имеет свою особенность. В спектре их нет, а следовательно, точки, выражающие цветности пурпурных цветов с определенной длиной волны, на локусе также отсутствуют (на цветовом графике ху концы локуса, характеризующие красный и фиолетовый цвета, соединены между собой линией пурпурных цветов).

Взяв вблизи этой линии точку П, характеризующую пурпурный цвет (см. рис. 6.8), выразим его цветовой тон. Для этого, как и в предыдущем примере, соединим точку Е с точкой П и продлим до пересечения с локусом..gif" border="0" align="absmiddle" alt=", в обратном направлении до пересечения с локусом..gif" border="0" align="absmiddle" alt=" выражает цвет, дополнительный цвету П.

В рассмотренных примерах цвета, лежащие на линиях формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/6-1-14.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

где формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/227.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt=" - координаты источника света (в нашем случае Е). Применяется та из формул, числитель которой переход" href="part-007.htm#i1751">подразд. 7.1.8), относительно которых и проводят построения.

С учетом различных требований, выдвигаемых практикой цветовоспроизведения, было создано несколько колориметрических систем. В каждой из них основные выбирались на определенных условиях.

Как правило, переход от одной системы цветовых координат к другой осуществлялся с помощью пересчета. Так осуществлялся и пересчет от реальных цветов системы CIERGB к нереальным CIEXYZ. Так как опытным путем координаты нереальных (более насыщенных, чем спектральные) цветов определить нельзя, то метод пересчета является, по существу, единственным. Из закона Грассмана следует, что между координатами любых цветов, выраженных в разных системах, должна существовать линейная зависимость. В связи с этим в основе преобразований колориметрических систем лежит решение линейных уравнений.

Чтобы перейти от одной колориметрической системы к другой, необходимо измерить основные старой системы в координатах новой системы. Рассмотрим это на примере.

Пусть цвет выражен уравнением в системе основных RGB:

Ц = RR + GG + BB . (6.1.15)

Определит координаты этого цвета, но в системе основных ХYZ:

Ц = XX + YY + ZZ .

Для такого перехода необходимо измерить координаты старых основных CIERGB в новых CIEXYZ.

Пусть будет получен такой результат (аналогично (5.1.1)), показывающий принципы перехода из одной системы в другую:

формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook322/files/6-1-17.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Из этой формулы видна связь между координатами старой и новой системы:

излучение" и "источник". Под термином "источник" понимается физический объект, дающий то или иное излучение (например, солнце и т.д.). Под термином "излучение" понимается определенное спектральное распределение энергии, попадающей на объект. При этом заданное спектральное распределение не обязательно должно быть получено с помощью одного источника.

В 1931 году CIE установила ряд стандартных излучений и источников. Их краткая характеристика дана ниже.

Стандартное излучение А характеризуется тем же распределением излучения в видимой части спектра, что и абсолютно черное тело при Т = 2856 К. Это средняя цветовая температура лампы накаливания.

Стандартное излучение В воспроизводит распределение энергии в спектре прямого солнечного света с коррелированной цветовой температурой Т = 4874 К.

Стандартное излучение С воспроизводит излучение дневного неба, затянутого облаками с коррелированной цветовой температурой Т = 6774 К.

Как показали более поздние исследования, излучение дневного света не всегда точно воспроизводится излучениями В и С. Кроме того, появилась необходимость более полно учитывать ультрафиолетовый диапазон спектра дневного света, особенно при оценке характеристик цвета люминисцирующих объектов. В связи с этим CIE в 1963 г. определила спектральное распределение различных фаз дневного света в интервале 300-830 нм и рекомендовала несколько новых излучений D. Излучение D65 - с коррелированной цветовой температурой 6504 К. В настоящее время оно принято CIE в качестве стандартного. Поскольку использование только излучения D65 удовлетворяло необходимым требованиям, CIE были предложены излучения D50, D55 и D75. О50и D55, соответственно с коррелированной цветовой температурой 5000 К и 5500 К, предназначены для тех случаев, когда требуется фаза дневного света с желтоватым оттенком, a D75 - для фазы дневного света с более голубым оттенком.

Исследования показали, что цветность излучения дневного света не совпадает с цветностью черного тела и характеризовать дневное излучение температурой черного тела можно лишь в определенном приближении. Поэтому цветовую температуру дневного излучения принято называть коррелированной цветовой температурой.

Стандартные источники МКО (А, В, С,....gif" border="0" align="absmiddle" alt=" с Т = 6504 К. Помимо них CIE установлены источники выделение">рис. 6.9 - кривые относительного спектрального распределения энергии в спектре излучения ряда источников, рекомендованных CIE.

Координаты цветности стандартных источников МКО

Источник	Координата цветности х	Координата цветности y	Цветовая температура, К
А	0,4476	0,4074	2856
В	0,3484	0,3516	4874 (4800)
С	0,3101	0,3162	6774 (6500)
D 55	0,3324	0,3475	5503
D 65	0,3127	0,3290	6504
D 75	0,2990	0,3150	7504

Энциклопедичный YouTube

1 / 5
Человек является трихроматом - сетчатка глаза имеет три вида рецепторов (колбочек) , ответственных за цветное зрение . Можно считать, что каждый вид колбочек даёт свой отклик на определённую длину волны видимого спектра .
Важным свойством (для всех физически реализуемых цветов) является неотрицательность как функций отклика, так и результирующих цветовых координат для всех цветов. Системой, основанной на откликах колбочек человеческого глаза, является цветовая модель LMS .
Исторически сложилось, что для измерения цвета используется другое 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 CIE XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.
Эксперименты, проведённые Дэвидом Райтом (англ. David Wright ) и Джоном Гилдом (англ. John Guild ) в конце 1920-х и начале 1930-х годов, послужили основой для определения функций цветового соответствия. Изначально функции цветового соответствия были определены для 2-градусного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10-градусного поля зрения. Итак, аналогично координатам LMS, цвет XYZ задаётся следующим образом:
X = ∫ 380 780 I (λ) x ¯ (λ) d λ {\displaystyle X=\int _{380}^{780}I(\lambda)\,{\overline {x}}(\lambda)\,d\lambda } Y = ∫ 380 780 I (λ) y ¯ (λ) d λ {\displaystyle Y=\int _{380}^{780}I(\lambda)\,{\overline {y}}(\lambda)\,d\lambda } Z = ∫ 380 780 I (λ) z ¯ (λ) d λ {\displaystyle Z=\int _{380}^{780}I(\lambda)\,{\overline {z}}(\lambda)\,d\lambda } где I (λ) {\displaystyle I(\lambda)} - спектральная плотность какой-либо энергетической фотометрической величины (например потока излучения, энергетической яркости и т. п., в абсолютном или относительном выражении).
Для модели брались условия, чтобы компонента Y соответствовала визуальной яркости сигнала ( y ¯ (λ) {\displaystyle {\overline {y}}(\lambda)} - эта та самая относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения, которая используется во всех световых фотометрических величинах), координата Z соответствовала отклику S («short», коротковолновых, «синих») колбочек, а координата X была всегда неотрицательной. Кривые отклика нормируются таким образом, чтобы площадь под всеми тремя кривыми была одинаковой. Это делается для того, чтобы равномерный спектр, цвет которого в колориметрических условиях наблюдения принято считать белым, имел одинаковые значения компонент XYZ и в дальнейшем, при анализе цвета, было проще определять цветовой тон просто вычитая из цвета равные значения XYZ. Функции отклика и координаты XYZ также являются неотрицательными для всех физически реализуемых цветов. Очевидно, что не для каждого сочетания XYZ существует монохроматическая спектральная линия (соответствующий цвет радуги), которая бы соответствовала этим координатам. На графике справа X - красная кривая, Y - зелёная, Z - синяя.
Стоит заметить, что цветовое пространство XYZ не задает сразу отклики колбочек на сетчатке человека, являясь очень сильно преобразованной цветовой моделью с целью получить значения цвета и соответственно возможность отличать один спектр от другого, отталкиваясь от фотометрической яркости излучения (Y). Саму яркость Y интерпретировать как отклик «зеленых» колбочек нельзя, эта функция для дневного зрения, являющегося трехстимульным, задается всеми реальными откликами рецепторов. Изначально модель CIE 1931 XYZ получили путём преобразования модели CIE 1931 RGB, которая, в свою очередь, является следствием прямого эксперимента по смешиванию и визуальному сравнению излучений различных спектральных составов. Любая цветовая модель может быть преобразована в модель XYZ, так как данная модель определяет все правила смешивания цветов и задает ограничения, накладываемые на все спекральные составы излучений, которые имеют один цвет.

Хроматические координаты (x;y) и цветовое пространство xyY

Если формально построить сечение пространства XYZ плоскостью X + Y + Z = c o n s t {\displaystyle X+Y+Z=const} , то можно две оставшиеся линейно-независимыми координаты записать в виде
x = X / (X + Y + Z) {\displaystyle x=X/(X+Y+Z)} y = Y / (X + Y + Z) {\displaystyle y=Y/(X+Y+Z)} . аналогично, но необязательно: z = Z / (X + Y + Z) {\displaystyle z=Z/(X+Y+Z)}
Такое сечение называется хроматической диаграммой (диаграммой цветности).
В пространстве XYZ точке (X,0,0), как легко посчитать по формулам, на хроматической диаграмме соответствет точка xy=(1,0). Подобным образом, точке XYZ=(0,Y,0) соответствует точка xy=(0,1) и, наконец, точке XYZ=(0,0,Z) - точка xy=(0,0). Видно, что все реальные цвета, полученные любыми спектральными составами излучений, в том числе и монохроматическими (спектральные цвета) не дотягивают до подобных «чистых» значений. Данная закономерность вытекает из правила смешивания цветов и является проявлением того, что невозможно получить отклик одних колбочек без отклика других (хоть и очень малого), а также из того, что яркость Y не может иметь нулевое или малое значение при определенном отклике любых колбочек.
Цветовое пространство xyY можно задать, если задать значение цветности - (x, y) при данном значении яркости Y.
При этом для координат x и y продолжает выполнятся условие неотрицательности.
Не следует путать светлоту Y в моделях XYZ и xyY - с яркостью Y в модели YUV или YCbCr .

Физически реализуемые цвета

Если на хроматической диаграмме xy отметить все возможные монохроматические цвета спектра, то они образуют собой незамкнутый контур, так называемый спектральный локус. Замыкание этого контура в основании «языка» называется линией пурпуров. Все цвета, которые могут быть реализованы в виде суммы спектральных линий данной яркости, будут лежать внутри этого контура. То есть существуют точки XYZ цветов за пределами контура, которые хотя и имеют положительные значения каждой компоненты, но тем не менее соответствующий отклик от колбочек не может быть получен при данной яркости (константе Y = c o n s t {\displaystyle Y=const} ).CMYK).
Модели для кодирования цветовой информации при сжатии изображений и видео.
Математические модели, полезные для обработки изображения, например HSV .
Модели, где соответствие цветов задаётся таблично (Цветовая модель Пантон (Pantone))

Цветовой охват моделей устройств вывода

На рисунке справа показаны области цветового охвата различных средств цветовоспроизведения:

белый контур отражает диапазон фотографической эмульсии различного назначения;
чёрный пунктирный контур - пространство sRGB, приблизительно соответствующее гамме большинства распространённых мониторов, являющиеся, по сути, стандартом представления графики в сети Интернет;
чёрный сплошной контур - пространство Adobe RGB, включающее цвета, воспроизводимые на печатных машинах, но с использованием первичных цветов;
синий сплошной контур соответствует высококачественной офсетной печати;
синий пунктирный контур отражает охват обычного бытового принтера.