Цветовые модели. Цветовые пространства. Аддитивный и субтрактивный синтез.

RGB_CMYK

Модель RGB

Модель RGB описывает излучаемые цвета и основана на трех базовых цветах — Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий). Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. Поэтому модель RGB называется аддитивной. При сложении (смешении) двух лучей основных цветов результирующий цвет получается светлее составляющих. Из смешения красного и зеленого получается желтый, зеленого и синего — голубой, синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Смешав три базовых цвета в разных пропорциях (с разными яркостями), можно получить все многообразие оттенков. Если говорить о растровом изображении в модели RGB, то каждый его пиксел представляется яркостями трех базовых цветов: красного, зеленого и синего.

Таким образом, для RGB-изображения требуется три канала.

Цветовой канал — это полутоновое изображение, отражающее распределение яркостей соответствующего базового цвета. Если документ имеет модель Grayscale, то содержимое его единственного канала и образует изображение. Редактирование канала и редактирование изображения в этих случаях одно и то же.

Если модель документа — RGB, то изображения в красном, зеленом и синем канале, накладываясь друг на друга, образуют цветную картинку. При этом, заметьте, цвета смешиваются аддитивно (от add — сложение), как лучи света. Это значит, что при наложении результат осветляется. Чем светлее канал, тем больше базового цвета содержится в изображении. Модель RGB значительно превышает по цветовому охвату модель CMYK, поскольку применима исключительно там, где используется излучение. Иными словами, для того, чтобы увидеть изображение в модели RGB, необходимо иметь излучающее устройство, такое, как монитор или телевизор, оперирующее тремя базовыми лучами — R, G и В. Вот почему на бумаге мы не можем получить изображение в модели RGB — она попросту не светится.

Если модель RGB имеет более широкий, чем CMYK цветовой охват, почему же тогда типографии не печатают в RGB? Потому, что модель RGB строится на основе свечения или излучения и краски в таком случае сами должны излучать свет. Но, к сожалению, до сих пор не удалось создать светящихся в темноте красок.

Модель CMYK

Модель CMYK — является как бы полной противоположностью модели RGB. В ней результирующий цвет получается с помощью фильтрации части спектра белого падающего света. Как если бы светить фонарем на белую поверхность через различные цветные стекла. Так, именно эта модель окружает нас повсеместно в быту. Белый солнечный свет или искусственный (лампы освещения), содержащий в себе весь видимый спектр падают на поверхности предметов, которые поглощают часть этого спектра (как бы являются фильтрами) и отражают результирующий цвет. Такая модель носит название субтрактивной — из всего видимого спектра вычитаются отдельные его компоненты.

Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, падающего на них, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета, определяющие окраску этих объектов. Для их описания используется модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания части спектра из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB. Понятно, что в таком случае и основных субтрактивных цветов тоже будет три, тем более, что они уже упоминались: голубой (белый минус красный), пурпурный (белый минус зеленый), желтый (белый минус синий).

При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски, больше фильтров).

Таким образом, при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) образуется белый цвет (белая бумага). Смешение равных значений трех компонентов даст оттенки серого.

Данная модель — основная модель для полиграфии. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду, и при печати этими красками большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.

Однако реальные краски имеют примеси, их цвет не соответствует в точности теоретически рассчитанным голубому, пурпурному и желтому. Особенно «плох» голубой пигмент типографской краски, и смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно­коричневый. Кроме того, для получения интенсивного черного необходимо положить на бумагу большое количество краски каждого цвета. Это приведет к переувлажнению бумаги, да и неэкономно.

По упомянутым причинам в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная. Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно: С — это Cyan (Голубой), М — Magenta (Пурпурный), Y — Yellow (Желтый). Черный компонент сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (Key) в процессе цветной печати. Число компонентов (каналов) увеличилось до четырех. То есть CMYK —четырехканальная цветовая модель. Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255.

Модель CMYK — является единственно возможной при подаче публикации в производство.

Поскольку каждая триадная краска являет собою фильтр, очевидно, что для того, чтобы получить в печати чистые, максимально яркие, насыщенные цвета, нужно оставить хотя бы один из трех фильтров спектра, каковыми и являются каждая из триадных красок, незадействованным. Иными словами, используя любые две триадные краски, в результате мы получим чистые оттенки цвета.

Примечание

Распространенное мнение, что в модели CMYK больше цветов, поскольку больше каналов, ошибочно. Черный цвет является избыточным для описания цветов, поэтому в модели оказываются одинаковые цвета, описывающиеся разным сочетанием базовых компонент.

Модель HSB

HSB — очень простая в понимании модель, в которой часто работают компьютерные художники. Она основана на цветах модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели HSB определяется своим цветовым тоном (собственно цветом), насыщенностью (т. е. процентом добавленной к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавленной черной краски). Данная модель получила название по первым буквам английских слов Hue, Saturation, Brightness, — HSB. Таким образом, модель имеет три цветовых канала.

Спектральные цвета (чистые цвета солнечного спектра) или цветовые тона (hue) располагаются по краю цветового круга и характеризуются положением на нем, которое определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. Эти цвета обладают максимальными насыщенностью и яркостью (100%). Насыщенность изменяется по радиусу круга от 0 (в центре) до 100% (на краях). При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.

Яркость (Brightness) — параметр, определяющий освещенность или затемненность. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) вне зависимости от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Чтобы отобразить это на модели, вам потребуется новая координата. Направьте ее, например, вниз, на ней вы будете откладывать значения яркости от 100% до 0%. В результате получается цилиндр (или конус, если отсекать черные цвета), который образуется из серии кругов с уменьшающейся яркостью, нижний слой — черный.

В модели HSB любой цвет получается из спектрального добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски.

Модель HSB не является строгой с точки зрения человеческого восприятия. Описание яркости в ней не соответствует восприятию человеческим глазом. Дело в том, что глаз видит спектральные цвета как имеющие различную яркость. Так, спектральный зеленый представляется наиболее ярким, красный — менее ярким, и синий — наиболее темным. В модели HSB все спектральные цвета считаются обладающими 100%-ной яркостью, что не соответствует действительности. Добавим, что она аппаратно-зависимая, так как на самом деле в ее основе лежит модель RGB. Поэтому, если вы собираетесь работать с точными значениями цвета, данной цветовой модели следует избегать. В Photoshop нельзя работать непосредственно с изображениями в этой модели. В то же время с ее помощью удобно визуально подбирать цвета, и Photoshop предоставляет такую возможность.

Модель CIE

Цветовое пространство можно использовать для описания диапазона тех цветов, которые воспринимаются наблюдателем или воспроизводятся устройством. Этот диапазон называется гаммой. Трехмерные цветовые модели и трехзначные цветовые системы, такие как RGB, CMY и HSB, называются трехкоординатными колориметрическими данными.

Для любой системы измерения требуется повторяемый набор стандартных шкал. Для колориметрических измерений цветовую модель RGB в качестве стандартной использовать нельзя, потому что она неповторяема — пространство RGB зависит от конкретного устройства. Поэтому возникла необходимость создания универсальной цветовой системы. Такой системой является СШ. Для получения набора стандартных колориметрических шкал, в 1931 году Международная комиссия по освещению — Commission Internationale de l’Eclairage (CEE) — утвердила несколько стандартных цветовых пространств, описывающих видимый спектр. При помощи этих систем можно сравнивать между собой цветовые пространства отдельных наблюдателей и устройств на основе повторяемых стандартов.

Цветовые системы CIE подобны другим трехмерным моделям, рассмотренным выше, поскольку, для того, чтобы определить положение цвета в цветовом пространстве, в них тоже используется три координаты. Однако в отличие от описанных выше, пространства CIE — то есть CIE XYZ, CIE L*a*b* и CEE L*u*v* — не зависят от устройства, то есть диапазон цветов, которые можно определить в этих пространствах, не ограничивается изобразительными возможностями того или иного конкретного устройства или визуальным опытом определенного наблюдателя.

Главное цветовое пространство СШ — это пространство СШ XYZ. Оно построено на основе зрительных возможностей так называемого стандартного наблюдателя, то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе проведенных комиссией CIE длительных исследований человеческого зрения. В этой системе три основных цвета (красный, зеленый и синий) стандартизированы по длине волны и имеют фиксированные координаты в координатной плоскости ху.

R G В
X 0,72 0,28 0,18
У 0,27 0,72 0,08
1, пт 700,0 564,1 435,1

Модель Lab (CIE Lab)
По полученным в результате исследований данным была построена диаграмма цветности xyY — хроматическая диаграмма

Модель RGB и модель CMYK являются аппаратно-зависимыми. Если речь идет об RGB, то значения базовых цветов (а также точка белого) определяются качеством примененного в вашем мониторе люминофора. В результате на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково. Если обратиться к CMYK, то здесь различие еще более очевидно, поскольку речь идет о реальных красках, особенностях печатного процесса и носителя.

Поэтому не удивительно, что в конце концов встала задача описания цветов, не зависящего от аппаратуры, на которой эти. цвета получены. К сожалению, дать полностью объективное определение цвета не представляется возможным. Цвет — это воспринимаемая характеристика, зависящая от наблюдателя и окружающих условий. Разные люди видят цвета по-разному (например, художник — иначе, чем непрофессионал. Даже у одного человека зрительная реакция на цвет меняется с возрастом.

Если восприятие цвета зависит от наблюдателя и условий наблюдения, то, по крайней мере, можно стандартизировать эти условия. Именно таким путем пошли ученые из Международной Комиссии по Освещению (СШ). В 1931 г. они стандартизировали условия наблюдения цветов и исследовали восприятие цвета у большой группы людей. В результате были экспериментально определены базовые компоненты новой цветовой модели XYZ. Эта модель аппаратно независима, поскольку описывает цвета так, как они воспринимаются человеком, точнее «стандартным наблюдателем СШ».

Цветовая модель Lab, использующаяся в компьютерной графике, является производной от цветовой модели XYZ. Название она получила от своих базовых компонентов L, а и Ь.Компонент L несет информацию о яркостях изображения, а компоненты а и b — о его цветах (т. е. а и b — хроматические компоненты). Компонент а изменяется от зеленого до красного, а b — от синего до желтого.

Примечание

Через много лет после разработки модели Lab оказалось, что она удивительно соответствует биологическому механизму восприятия цвета человеком. За это открытие американцы Дэвид Хьюбл и Торстен Вайзел получили в 1981 г. Нобелевскую премию.

Яркость в модели Lab полностью отделена от цвета. Это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения. Очевидно, что модель Lab трехканальная.

Цветовой охват Lab полностью включает цветовые охваты всех других цветовых моделей и человеческого глаза.

Модель Lab довольно сложна для практического освоения. Нам трудно думать о цвете в ее категориях: «Этот цвет более желтый или синий?». Поэтому цветовая коррекция в Lab не распространена достаточно широко. Зато ценность Lab как аппаратно-независимой модели имеет свое практическое применение и в Photoshop. Она служит ядром систем управления цветом и применяется (скрыто от пользователя) при каждом преобразовании цветовых моделей как промежуточная.

При подготовке иллюстраций к печати, неизбежно возникает ряд проблем, связанных с их преобразованием из одногй цветовой модели в другую.

Во-первых, сканеры и мониторы работают в аддитивной цветовой модели RGB, основанной на правилах сложения цветов, а печать осуществляется в субтрактивной модели CMYK, в которой действуют правила вычитания цветов.

Во-вторых, способы передачи изображения на мониторе компьютера и на бумаге различны.

В-третьих, процесс репродуцирования происходит поэтапно и осуществляется на нескольких устройствах, таких как сканер, монитор, фотонаборный автомат, что требует их настройки в целях минимизации искажений цвета на протяжении всего технологического цикла — этот процесс называется калибровкой.

Основной задачей процесса репродуцирования — является конвертация изображения из модели RGB в модель CMYK. Данное преобразование осуществляется при помощи специальных программных фильтров с учетом всех будущих установок печати: системы триадных красок, коэффициента растискивания растровой точки, способа генерации черного цвета, баланса красок и других. Таким образом, цветоделение является сложным процессом, от которого во многом зависит качество итогового изображения. Но даже при оптимальной конвертации из RGB в CMYK неизбежно происходит потеря некоторых оттенков. Это связано с разной природой данных цветовых моделей. Следует отметить также, что модели RGB и CMYK не могут передать всего спектра цветов, видимых человеческим глазом. Отсюда следует неутешительный вывод, что конвертировав один раз изображение из цветовой модели RGB в цветовую модель CMYK и потеряв при этом ряд оттенков в силу меньшего диапазона цветового пространства CMYK, невозможно получить цвета исходного изображения повторив обратное преобразование — из CMYK в RGB. Вот почему желательно оставлять файлы в цветовом пространстве RGB — если речь идет об их дальнейшем применении, не связанном с полиграфическим производством, например, для создания интернет-ресурсов. И, наоборот, типичной ошибкой многих дизайнеров является передача в препресс и утверждение у клиента файлов, выполненных в цветовом пространстве RGB — с более широким цветовым охватом, чем возможности реального полиграфического производства. В дальнейшем, при неизбежной конвертации такого изображения в CMYK при подготовке к печати, изображение потеряет ряд ярких и насыщенных цветов, возможно и привлекших внимание клиента к данному графическому решению.