17. Систематизация цветов. Цветовые модели. Атлас цветов Манселла.

I

В колориметрии широко используется цветовой атлас Манселла [9], составленный в начале 20 столетия американским художником Альбертом Манселлом. Манселл сгруппировал цвета по трем координатам цветового тона (Hue), насыщенности(Chrom) и светлоты (Value).

Рис. 1.10. Модель цветового атласа Манселла

Манселл разделил цветовые тона (Hues) на 10 основных тонов, которые он обозначил соответствующими буквенными индексами: R (красный),YR (желто-красный), Y (желтый), GY(желто-зеленый), G (зеленый), BG(сине-зеленый), B (синий), PB(пурпурно-синий) и RP (красно-пурпурный). В каждом из них он выделил 10 оттенков, получив таким образом 100 чистых цветовых тонов. Их он расположил по кругу, создав геометрическое построение, аналогичное уже известному нам цветовому кругу. Значения тонов были выбраны Манселлом таким образом, чтобы соседние друг с другом образцы имели одинаковое цветовое отличие на глаз обычного наблюдателя при нормальных условиях освещения (под таким освещением Манселл понимал полуденный свет неба в северных широтах). Используя центр полученной окружности как точку ахроматических цветов, Манселл расположил цветовые образцы от центра окружности к ее краю в соответствии с увеличением насыщенности (Chroma) цвета. Наконец, из центра окружности он построил ось, вдоль которой цвета группировались по мере увеличения их светлоты (Value). По степени увеличения светлоты цвета разбивались на 10 групп от 0 (черный) до 9 (белый), причем шкала яркости была выбрана не линейная, а логарифмическая, что более соответствует тому, как изменение яркости воспринимается человеком. А вот по степени увеличения насыщенности цвета не имели четкого и одинакового разделения, поскольку спектральная чувствительность человеческого глаза в разных областях спектра не одинакова, и потому различия насыщенности для разных цветовых тонов человек может видеть менее или более точно.

Для точного задания того или иного цвета Манселл использовал специальную систему координат, которая обозначается Hue (цветовой тон), Value (светлота) / Chroma (насыщенность). Например, красно-пурпурный цвет обозначается в атласе как6RP4/8, где 6RP — координата цвета, имеющего светлоту 4 с насыщенностью 8.

II

Известна оригинальная десятичная цветовая система — 100-секторный цветовой круг Манселла (рис.

П.1.11, а, б). В этом круге 10 областей (интервалов). Интервал одного цветового тона включает 11 радиусов цветового тона (от 0 до 10), последний 10-й совпадает с начальным 0-м следующего интервала. По радиусу 5-го цветового тона расположен основной тон каждого интервала, по 10-м радиусам — крайние границы цвета каждого интервала. Шкала насыщенности располагается вдоль радиуса цветового тона. Она имеет определенное число уровней — от наиболее насыщенного цвета на краю круга до наименее насыщенного — к центру круга.

Таким образом, цветовой круг (цветовая система) Манселла демонстрирует в широком диапазоне цветность 100 оттенков цветовых тонов: сочетание цветового тона и насыщенности.

На основе этой цветовой системы разработаны и выпущены цветовые атласы. Как и в других стандартизированных системах (содержащих сотни образцов цвета), цвета обозначаются числом, или кодом.

Широко известен цветовой атлас Манселла (1858–1918, американский исследователь, создатель системы выражения цветов при помощи атласа), содержащий систематизированный набор стандартных цветов, представленный в трехмерном пространстве цветового тона, светлоты (количества света) и насыщенности (чистоты цвета). Каждый цвет имеет имя и воспринимается как "равноудаленный" в цветовом пространстве (по мнению многих наблюдателей) от своих соседей, т.е. цветовое пространство равномерно "покрыто" стандартными цветами.

III

Для описания цвета вводится понятие цветовой модели - как способа представления большого количества цветов посредством разложения его на простые составляющие.

Цвет в компьютерных технологиях, в типографии, во многих других отраслях производства, связанных с обработкой изображения, представляется в виде комбинации небольшого количества трёх составных. Такое представление называется цветовой моделью. Различные виды моделей имеют различные цветовые охваты. В этом и заключается их основные преимущества или недостатки. Отражённый и поглащаемый цвет описывается по-разному. Несмотря на довольно большое количество цветовых моделей, я остановлюсь лишь на тех, которые наиболее часто используются в графических пакетах.
Цветовая модель RGB.
Эта модель описывает излучаемые цвета. Она основана на трёх основных (базовых) цветах: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). Остальные цвета получаются сочетанием базовых. Цвета такого типа называются аддитивными.
Рис.2 Аддитивная цветовая модель RGB	Из рис.2 видно, что сочетание зелёного и красного дают жёлтый цвет, сочетание зелёного и синего - голубой, а сочетание всех трёх цветов - белый. Из этого можно сделать вывод о том, что цвета в RGB складываются субтрактивно. Теперь стоит немного отвлечься от основной темы и сказать пару слов вообще о кодировании цвета. В программах для ПК канал изображения кодируется одним байтом. Чтобы понять, что такое канал изображения, скажу на примере, что в RGB - три канала: красный, синий и зелёный, т.е. RGB - трёхканальная цветовая модель. Каждый канал может принимать значения от 0 до 255 в десятичной или, что ближе к реальности, от 0 до FF в шестнадцатиричной системах счисления. Это объясняется тем, что байт, которым кодируется канал, да и вообще любой байт состоит из восьми битов, а бит может принимать 2 значения, итого 28=256. В RGB, например, красный цвет может принимать 256 градаций: от чисто красного (FF) до чёрного (00). Таким образом несложно подсчитать, что в модели RGB содержится всего 2563 или 16777216 цветов. Теперь, когда мы разобрались с кодированием цветов, рассмотрим модель RGB в пространстве. На рис. 3 изображено пространственное представление модели RGB. В трёх углах куба расположены чистые цвета: красный, зелёный и синий. В других трёх углах их полные сочетания: жёлтый, голубой и пурпурный. Между чёрным и белым цветами провдена диагональ, изображающая градацию серого. И в заключение данной главы, я расскжу поподробнее о кодировании, теперь уже применительно к RGB. Мы уже знаем, что в RGB три канала, и каждый кодируется 8-ю битами. Максимальное,т.е. FF (или 255) значение даёт чистый цвет. Мы знаем также, что белый цвет получается путём сочетания всех цветов, точнее, их предельных градаций. Теперь мы можем записать код белого цвета: FF(красный) FF(зелёный) FF(синий). Код чёрного, соответственно: 000000. Код жёлтого: FFFF00, пурпурного: FF00FF, голубого: 00FFFF.
Рис.3 Графическое представление RGB
Цветовая модель CMYK.
Цветовая модель CMYK в отличие от RGB описывает поглащаемые цвета. Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определённые участки спектра, называются субтрактивными (вычитательными). Именно такие цвета и используются в модели CMYK. Они получаются путём вычитания из белого аддитивных цветов модели RGB. Основными цветами в CMYK явлются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Голубой цвет получается путём вычитания из белого красного цвета, пурпурный - зелёного, жёлтый - синего.
Рис.4 Субтрактивная цветовая модель CMYK	На рис. 4 приведена схема аналогичная рис.2. Из неё видно, какие цвета получаются при смешании базовых в CMYK. Теперь при смешании всех трёх цветов получается чёрный цвет, т.е. сложение цветов в CMYK аддитивно. Графическое представление данной модели изображено на рис.5. Цветовая модель CMYK является основной в полиграфии. В цветных принтерах также применяется данная модель. Получается, что для того, чтобы распечатать чёрный цвет, необходимо большое количество краски. Кроме того смешание всех цветов модели CMYK на самом деле даёт не чёрный, а грязно-коричневый цвет. Поэтому, для усовершенствования модели CMYK, в неё был введён один дополнительный цвет - чёрный. Он является ключевым цветом при печати, поэтому последняя буква в названии модели - K (Key), а не B. Таким образом, модель CMYK является четырёхканальной. В этом заключается ещё одно отличие её от RGB. В заключение рассмотрим вопрос о конвертации (переводе) RGB в CMYK и наоборот. Дело в том, что у CMYK цветовой охват более узкий, чем у RGB. У СMYK он соответствует области C на рис.1, у RGB - области B. Поэтому, при конвертации из RGB в CMYK часть цветов теряется. Это необходимо учитывать, если Вы работаете в графических редакторах. С другой стороны Вы можете использовать конвертацию для того, чтобы посмотреть, какой приблизительно вид будет иметь RGB-рисунок распечатанный на принтере.
Рис.5 Графическое представление CMYK
Подводя итоги по поводу цветовых моделей RGB и CMYK, надо сказать, что они являются аппаратно-зависимыми. Если речь идёт об RGB, то в зависимости от применённого в Вашем мониторе люминофора будут разниться значения базовых цветов. Ещё хуже обстоит дело с CMYK. Здесь идёт речь о типографских красках, особенностях печатного процесса и носителя. Таким образом одинаковое изображение может по-разному выглядеть на разной аппаратуре. Поэтому основной задачей при работе с цветными изображениями стало получение предсказуемого цвета. То что получилось в результате является новой цветовой моделью Lab. О ней речь пойдёт в следующей главе.
Цветовая модель Lab.
Итак, цветовая модель Lab, была специально разработана для получения предсказуемых цветов, т.е. она является аппаратно-независимой и соответствующей особенностям восприятия цвета глазом человека.
Рис.6 Графическое представление Lab	Lab является трёхканальной моделью. Цвет в ней определяется светлотой (яркостью) и двумя хроматическими компонентами: параметром a, изменяющимся в диапазоне от зелёного до красного и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до жёлтого (рис.6). Т.к. яркость в этой модели полностью отделена от цвета, это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик. Цветовой охват Lab, очень широк: он включает в себя RGB и CMYK, и другие цвета, непредставимые в двух предыдущих моделях. На рис.1 ему соответствует область A. Очевидно, что при конвертации в Lab все цвета сохраняются. Цветовая модель Lab очень важна для полиграфии. Именно она используется при переводе изображения из одной цветовой модели в другую, между устройствами и даже между различными платформами. Кроме того именно в этой модели удобнее всего проводить некоторые операции по улучшению качества изображения.
Цветовая модель HSB.
Мы подошли к рассмотрению последней из интересующих нас цветовых моделей. Это HSB - модель, которая в принципе является аналогом RGB, она основана на её цветах, но отличается системой координат.
Рис.7 Графическое представление HSB	На рис.7 представлена графическая модель HSB. Любой цвет в этой модели характеризуется тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Тон - это собственно цвет. Насыщенность - процент добавленной к цвету белой краски. Яркость - процент добавленной чёрной краски. Итак, HSB - трёхканальная цветовая модель. Любой цвет в HSB получается добавлением к основному спектру чёрной или белой, т.е. фактически серой краски. Модель HSB не является строгой математической моделью. Описание цветов в ней не соответствует цветам, воспринимаемых глазом. Дело в том, что глаз воспринимает цвета, как имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В HSB все цвета основного спектра (канала тона) считаются обладающими 100%-й яркостью. На самом деле это не соответствует действительности. Хотя модель HSB декларирована как аппаратно-независимая, на самом деле в её основе лежит RGB. В любом случае HSB конвертируется в RGB для отображения на мониторе и в CMYK для печати,а любая конвертация не обходится без потерь.
В этом материале были рассмотрены основные цветовые модели, используемые большинством графических программ. Примером программы, в которой Вы сможете поэкспериментировать со всеми четырмя моделями является Photoshop. Надеюсь, что прочитав этот материал, Вы открыли для себя новую интересную информацию.