Системы цветопередачи. Различия цветовых моделей RGB, CMYK, HSB

Посмотрите вокруг, что вы видите? Вы видите предметы, стол, стул, солнце или море. Задумывались ли вы, каким образом все это многообразие воспринимается? Свет – это электромагнитное излучение, это волна, которая распространяется в пространстве, так же как и звук и другие волны, которые мы не ощущаем.

В процессе восприятия и обработки участвуют две стороны, предмет, на который мы смотрим и собственно человеческий глаз, а также мозг, обрабатывающий информацию, полученную через глаза.

Давайте разберем, как же мы видим цвет. В сетчатке человеческого глаза находятся рецепторы колбочки и палочки. Всего в глазу располагается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Распределение рецепторов на сетчатке неравномерно: в области желтого пятна преобладают колбочки, а палочек очень мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается и остаются одни только палочки. Колбочки, отвечают за восприятие цвета, палочки в свою очередь за сумеречное зрение. Например, ночью вы не видите цвета, вы видите все серым, потому что работают палочки, а днем работают и колбочки и палочки.

За счет чего работают зрительные рецепторы? Пигмент Родопсин разлагается под действием света в палочках, в колбочках эту роль выполняет пигмент Йодопсин.

Цветовые модели

Цветовая модель - это система представления широкого диапазона цветов и основе ограниченного числа доступных красок в полиграфии или цветовых каналов в мониторах).

По принципу действия все цветовые модели разделяются на четыре класса: аддитивные, субтрактивные, перцепционные и колориметрические, хотя последние часто относят к перцепционным моделям. Рассмотрим их подробнее.

Аддитивная цветовая модель (RGB)

Давайте разберем природу цвета, отталкиваясь от физиологии зрения. Различают три типа «колбочек», проявляющих наибольшую чувствительность к трем основным цветам видимого спектра:

· красно-оранжевому (600 – 700 нм);

· зеленому (500 – 600 нм);

· синему (400 – 500 нм).

Таким образом, для восприятия любого цвета, наш мозг смешивает эти три цвета, учитывая еще один параметр - интенсивность

Рассматриваемый класс цветовых моделей представлен единственной моделью, получившей распространение на практике. В основе этой модели лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра можно получить путем смешения трех цветов, называемых первичными. Этими цветами являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) , a модель, соответственно, получила название RGB. Когда все три компоненты принимают максимальное значение, получается яркий белый цвет. Одинаковые нулевые значения образуют абсолютно черный цвет (точнее, отсутствие света), а одинаковые ненулевые значения соответствуют шкале серого цвета. Сочетания компонент, где их значения не равны, образуют соответствующий цветовой тон. При этом попарное смешение первичных цветов образует вторичные цвета: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.

Математически цветовую модель RGB удобнее всего представлять в виде куба. В этом случае каждому цвету однозначно можно сопоставить точку внутри куба, соответствующую значениям координат X (Red), Y (Green) и Z (Blue). Тогда направление вектора, исходящего из начала координат, однозначно определяет цветность, а его модуль выражает яркость. Несмотря на простоту и наглядность цветовой модели RGB, она имеет два существенных недостатка: аппаратная зависимость (например, использование различных люминофоров и его элементарное старение в мониторах) и ограниченный цветовой охват (невозможность получения всех цветов видимого спектра).

Субтрактивные цветовые модели (CMY и CMYK)

Как формируется цвет предмета? Ответ прост, дневной свет, попадая на предмет частично поглощается, а частично отражается, вот этот отраженный спектр и видит наш глаз. Видимыми являются волны, лежащие в диапазоне от 760 до 380 миллимикрон. Ниже на рисунке представлено соответствие цвета и его длины волны.

С этой точки зрения, белым является такой цвет, который отражает полностью падающий на него свет, а черным – который поглощает весь свет.

Для описания отраженного от объекта цвета используется субтрактивная цветовая модель. Субтрактивные цвета, в отличие от аддитивных, получаются путем поглощения (вычитания - subtract) одного из первичных цветов из белого цвета, что соответствует физике процессов поглощения и отражения света от поверхности объекта:

Белый - красный = голубой;

Белый - зеленый = пурпурный;

Белый - синий = желтый.

Таким образом, для описания этих процессов используется модель CMY, в которой используется три основных субтрактивных цвета, а именно голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow).

В результате при смешении двух субтрактивных красок результирующий цвет затемняется (положено больше краски - поглощено больше света). Смешивание равных значений трех компонент дает оттенки серого цвета. Белый цвет получается при отсутствии всех цветов (отсутствии краски), тогда как их присутствие в полном объеме теоретически дает черный цвет. Однако в реальном технологическом процессе получение черного цвета путем смешения трех основных (вторичных) цветов на бумаге не эффективно. И на это имеется две причины. Во-первых, практически невозможно создать идеально чистые пурпурные, голубые и желтые краски. В результате при смешении этих цветов получается не чистый черный цвет, а грязно-коричневый. Во-вторых, неэкономный расход красок на создание черного цвета и это при том, что любые цветные краски дороже обычных черных.

Как следствие, на практике широкое распространение получила иная субтрактивная цветовая модель, называемая CMYK и использующая дополнительную, четвертую, черную краску. Заметим, что в названии модели используется буква К (последняя буква в слове BlaK (черный) ), чтобы избежать путаницы, т.к. с буквы В в английском языке начинается и слово Blue (синий). Хотя иногда букву К трактуют как первую букву в слове Key (ключ, ключевой), т.к. эта краска является главной в процессе цветной печати и последней наносится на бумагу.

Цветовая модель CMYK имеет те же ограничения, что и RGB-модель - аппаратная зависимость и ограниченный цветовой диапазон. Причем она даже более аппаратно-зависима и цветовой диапазон еще уже, чем у RGB-модели, т.к. цветные красители имеют худшие характеристики по сравнению с люминофором в мониторах. Например, она не может воспроизводить яркие насыщенные цвета, а также ряд специфических цветов, таких как металлический и золотистый.

Об экранных цветах, которые невозможно воссоздать при печати, говорят, что они лежат вне цветового охвата модели CMYK. Для предотвращения таких ситуаций обычно используют комплекс специальных мер, включающий выявление и исключение (заменой близким) несоответствующих цветов еще на этапе создания и редактирования изображений или расширением цветового охвата модели путем добавления новых или плашечных цветов (плашечными называются цвета или краски, созданные с помощью специальных технологий и на основе использования для каждого цвета уникальных красителей или чернил). Например, к краскам CMYK добавляются еще зеленая и оранжевая краски (шестицветная печать), что позволяет существенно расширить диапазон воспроизводимых цветов. Еще один способ, возможно, наиболее эффективный, заключается в использовании систем управления цветом - CMS (color management system).

Перцепционные цветовые модели (HSB и другие)

Для устранения аппаратной зависимости, присутствующей в аддитивных и субтрактивных цветовых моделях, были разработаны ряд перцепционных (интуитивных) цветовых моделей, в основу которых положено раздельное восприятие цветности и
яркости света, как воспринимает свет глаз человека. Прототипом большинства цветовых моделей, использующих эту идею, является HSV-модель, на основе которой позже появились HSB, HSL и другие модели. Общим для них является то, что цвет в них задается не в виде смеси трех основных цветов, а путем задания двух компонентов (например, в модели HSB это цветовой тон - Hue, и насыщенность - Saturation). Третий параметр во всех этих моделях различными способами задает яркость изображения и обозначается как В (Brightness - в модели HSB), L (Lightness - в HSL) или V (Value - в HSV).

Модель HSB или ее ближайший аналог - HSL - представлены в большинстве современных графических редакторов. И именно модель HSB, также представленная в Photoshop, наиболее точно соответствует способу восприятия цветов человеческим глазом (из уже рассмотренных моделей), и ее мы рассмофим более подробно.

Под цветовым тоном (Н - Hue) понимается свет с доминирующей длиной волны и для его описания обычно используется, собственно, название цвета, например, синий или желтый. В графической интерпретации этой модели каждый цвет занимает определенное место на окружности и описывается углом в диапазоне 0—60. В положении 0 находится красный цвет, 120 - зеленый цвет, 240 - синий (это первичные цвета). Вторичные цвета находятся между ними. Дополнительные цвета находятся на диаметрально противоположных сторонах цветового круга. При их смешении образуется черный цвет (при печати красками) или белый (при излучении на мониторе). Это максимально контрастные цвета и действуют они на глаз раздражающе.

Цвета, равноотстоящие друг от друга, образуют триады, дающие гармоничное сочетание цветов и насыщенную оттенками палитру. Однако понятие цветового тона не дает полного описания цвета. Кроме доминирующей длины волны, в формировании цвета участвуют и другие длины волн. Соотношение между основной, доминирующей длиной волны и всеми остальными длинами волн, образующими "серые вкрапления", называется насыщенностью. Его значение изменяется от 0 % (серый цвет) в центре круга до 100 % (полностью насыщенный) на окружности.

Третий параметр - яркость - никоим образом не влияет на цветность, но от нее зависит, как сильно цвет будет восприниматься глазом, т.е. яркость характеризует интенсивность, с которой энергия света воздействует на рецепторы глаза. При нулевой яркости мы не увидим ничего, и любой цвет будет восприниматься как черный, а максимальная яркость вызывает ощущение ослепительно белого цвета. Величина яркости также измеряется в процентах от 0е (черный) до 100 (белый). Данная компонента является нелинейной, что соответствует природе глаза.

Модель HSB носит абстрактный характер, т.к. ее компоненты на практике измерить невозможно. Чаще всего компоненты модели получают путем математического пересчета измеренных значений RGB-модели. Как следствие, в наследство от RGB-модели она получает и ограниченное цветовое пространство. Кроме того, яркость и цветовой тон не являются полностью независимыми параметрами, т.к. значительное изменение яркости влияет на изменение цветового тона, что приводит к нежелательным эффектам в виде цветовых отливов (сдвигов). Вместе с тем HSB-модель обладает двумя важными преимуществами: большей аппаратной независимостью (по сравнению с двумя предыдущими моделями) и более простым и интуитивно понятным механизмом управления цветом.

HEX / HTML

Цвет в формате HEX - это ни что иное, как шестнадцатеричное представление RGB.

Цвета представляются в виде трёх групп шестнадцатеричных цифр, где каждая группа отвечает за свой цвет: #112233, где 11 - красный, 22 - зелёный, 33 - синий. Все значения должны быть между 00 и FF.

Во многих приложениях допускается сокращённая форма записи шестнадцатеричных цветов. Если каждая из трёх групп содержит одинаковые символы, например #112233, то их можно записать как #123.

1. h1 { color: #ff0000; } /* красный */
2. h2 { color: #00ff00; } /* зелёный */
3. h3 { color: #0000ff; } /* синий */
4. h4 { color: #00f; } /* тот же синий, сокращённая запись */

RGB

Цветовое пространство RGB (Red, Green, Blue) состоит из всех возможных цветов, которые могут быть получены путём смешивания красного, зелёного, и синего. Эта модель популярна в фотографии, телевидении, и компьютерной графике.

Значения RGB задаются целым числом от 0 до 255. Например, rgb(0,0,255) отображается как синий, так как синий параметр установлен в его самое высокое значение (255), а остальные установлены в 0.

Некоторые приложения (в частности веб-браузеры) поддерживают процентную запись значений RGB (от 0% до 100%).

1. h1 { color: rgb(255, 0, 0); } /* красный */
2. h2 { color: rgb(0, 255, 0); } /* зелёный */
3. h3 { color: rgb(0, 0, 255); } /* синий */
4. h4 { color: rgb(0%, 0%, 100%); } /* тот же синий, процентная запись */

Цветовые значения RGB поддерживаются во всех основных браузерах.

RGBA

С недавних пор современные браузеры научились работать с цветовой моделью RGBA - расширением RGB с поддержкой альфа-канала, который определяет непрозрачность объекта.

Значение цвета RGBA задается в виде: rgba(red, green, blue, alpha). Параметр alpha - это число в диапазоне от 0.0 (полностью прозрачный) до 1.0 (полностью непрозрачный).

1. h1 { color: rgb(0, 0, 255); } /* синий в обычном RGB */
2. h2 { color: rgba(0, 0, 255, 1); } /* тот же синий в RGBA, потому как непрозрачность: 100% */
3. h3 { color: rgba(0, 0, 255, 0.5); } /* непрозрачность: 50% */
4. h4 { color: rgba(0, 0, 255, .155); } /* непрозрачность: 15.5% */
5. h5 { color: rgba(0, 0, 255, 0); } /* полностью прозрачный */

RGBA поддерживается в IE9+, Firefox 3+, Chrome, Safari, и в Opera 10+.

HSL

Цветовая модель HSL является представлением модели RGB в цилиндрической системе координат. HSL представляет цвета более интуитивным и понятным для восприятия образом, чем типичное RGB. Модель часто используется в графических приложениях, в палитрах цветов, и для анализа изображений.

HSL расшифровывается как Hue (цвет/оттенок), Saturation (насыщенность), Lightness/Luminance (светлота/светлость/светимость, не путать с яркостью).

Hue задаёт положение цвета на цветовом круге (от 0 до 360). Saturation является процентным значением насыщенности (от 0% до 100%). Lightness является процентным значением светлости (от 0% до 100%).

1. h1 { color: hsl(120, 100%, 50%); } /* зелёный */
2. h2 { color: hsl(120, 100%, 75%); } /* светло-зелёный */
3. h3 { color: hsl(120, 100%, 25%); } /* тёмно-зелёный */
4. h4 { color: hsl(120, 60%, 70%); } /* пастельный зеленый */

HSL поддерживается в IE9+, Firefox, Chrome, Safari, и в Opera 10+.

HSLA

По аналогии с RGB/RGBA, для HSL имеется режим HSLA с поддержкой альфа-канала для указания непрозрачности объекта.

Значение цвета HSLA задается в виде: hsla(hue, saturation, lightness, alpha). Параметр alpha - это число в диапазоне от 0.0 (полностью прозрачный) до 1.0 (полностью непрозрачный).

1. h1 { color: hsl(120, 100%, 50%); } /* зелёный в обычном HSL */
2. h2 { color: hsla(120, 100%, 50%, 1); } /* тот же зелёный в HSLA, потому как непрозрачность: 100% */
3. h3 { color: hsla(120, 100%, 50%, 0.5); } /* непрозрачность: 50% */
4. h4 { color: hsla(120, 100%, 50%, .155); } /* непрозрачность: 15.5% */
5. h5 { color: hsla(120, 100%, 50%, 0); } /* полностью прозрачный */

CMYK

Цветовая модель CMYK часто ассоциируется с цветной печатью, с полиграфией. CMYK (в отличие от RGB) является субтрактивной моделью, это означает что более высокие значения связаны с более тёмными цветами.

Цвета определяются соотношением голубого (Cyan), пурпурного (Magenta), жёлтого (Yellow), с добавлением чёрного (Key/blacK).

Каждое из чисел, определяющее цвет в CMYK, представляет собой процент краски данного цвета, составляющей цветовую комбинацию, а точнее, размер точки растра, выводимой на фотонаборном аппарате на плёнке данного цвета (или прямо на печатной форме в случае с CTP).

Например, для получения цвета «PANTONE 7526» следует смешать 9 частей голубой краски, 83 частей пурпурной краски, 100 - жёлтой краски, и 46 - чёрной. Это можно обозначить следующим образом: (9,83,100,46). Иногда пользуются такими обозначениями: C9M83Y100K46, или (9%, 83%, 100%, 46%), или (0,09/0,83/1,0/0,46).

HSB / HSV

HSB (также известна как HSV) похожа на HSL, но это две разные цветовые модели. Они обе основаны на цилиндрической геометрии, но HSB/HSV основана на модели «hexcone», в то время как HSL основана на модели «bi-hexcone». Художники часто предпочитают использовать эту модель, принято считать что устройство HSB/HSV ближе к естественному восприятию цветов. В частности, цветовая модель HSB применяется в Adobe Photoshop.

HSB/HSV расшифровывается как Hue (цвет/оттенок), Saturation (насыщенность), Brightness/Value (яркость/значение).

Hue задаёт положение цвета на цветовом круге (от 0 до 360). Saturation является процентным значением насыщенности (от 0% до 100%). Brightness является процентным значением яркости (от 0% до 100%).

XYZ

Цветовая модель XYZ (CIE 1931 XYZ) является чисто математическим пространством. В отличие от RGB, CMYK, и других моделей, в XYZ основные компоненты являются «мнимыми», то есть вы не можете соотнести X, Y, и Z с каким-либо набором цветов для смешивания. XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.

LAB

Цветовая модель LAB (CIELAB, «CIE 1976 L*a*b*») вычисляется из пространства CIE XYZ. При разработке Lab преследовалась цель создания цветового пространства, изменение цвета в котором будет более линейным с точки зрения человеческого восприятия (по сравнению с XYZ), то есть с тем, чтобы одинаковое изменение значений координат цвета в разных областях цветового пространства производило одинаковое ощущение изменения цвета.

Цветовые модели HSV и HLS. Рассмотренные модели ориентированы на работу с цветопередающей аппаратурой и для некоторых людей неудобны. Поэтому модели HSV, HLS опираются на интуитивные понятия тона насыщенности и яркости.

В цветовом пространстве модели HSV (Hue, Saturation, Value), иногда называемой HSB (Hue, Saturation, Brightness), используется цилиндрическая система координат, а множество допустимых цветов представляет собой шестигранный конус, поставленный на вершину.

Основание конуса представляет яркие цвета и соответствует V = 1. Однако цвета основания V = 1 не имеют одинаковой воспринимаемой интенсивности. Тон (H ) измеряется углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси OV . При этом красному цвету соответствует угол 0°, зелёному – угол 120° и т. д. Цвета, взаимно дополняющие друг друга до белого, находятся напротив один другого, т. е. их тона отличаются на 180°. Величина S изменяется от 0 на оси OV до 1 на гранях конуса.

Конус имеет единичную высоту (V = 1) и основание, расположенное в начале координат. В основании конуса величины H и S смысла не имеют. Белому цвету соответствует пара S = 1, V = 1. Ось OV (S = 0) соответствует ахроматическим цветам (серым тонам).

Процесс добавления белого цвета к заданному можно представить как уменьшение насыщенности S , а процесс добавления чёрного цвета – как уменьшение яркости V . Основанию шестигранного конуса соответствует проекция RGB куба вдоль его главной диагонали.

Рис. 1.8. Цветовое пространство HSV модели

Еще одним примером системы, построенной на интуитивных понятиях тона насыщенности и яркости, является система HLS ( Hue , Lightness , Saturation ). Здесь множество всех цветов представляет собой два шестигранных конуса, поставленных друг на друга (основание к основанию).

Модель HLS HLS (Hue, Lightness, Saturation - цветовой тон, освещённость, насыщенность) - модель ориентированная на человека и обеспечивающая возможность явного задания требуемого оттенка цвета/ Эта модель образует подпространство, представляющее собой двойной конус, в котором черный цвет задается вершиной нижнего конуса и соответствует значению L = 0, белый цвет максимальной интенсивности задается вершиной верхнего конуса и соответствует значению L = 1. Максимально интенсивные цветовые тона соответствуют основанию конусов с L = 0.5, что не совсем удобно. Цветовой тон H, аналогично системе HSV, задается углом поворота. Насыщенность S меняется в пределах от 0 до 1 и задается расстоянием от вертикальной оси L до боковой поверхности конуса. Т.е. максимально насыщенные цветовые цвета располагаются при L=0.5, S=1. В общем, систему HLS можно представить как полученную из HSV "вытягиванием" точки V=1, S=0, задающей белый цвет, вверх для образования верхнего конуса.

H - тон

S - насыщенность

L - светлота (освещённость)

В некоторых графических редакторах, например, в Macromedia FreeHand используется модель HLS . В модели HLS, в отличие от HSB, вместо яркости используется параметрL- освещенность (Lightness). Уменьшение освещенности приближает цвет к черному, а увеличение - к белому. Чистый спектральный цвет получается при освещенности 50%.

Модели HSBиHLSне ориентированы ни на какое техническое устройство воспроизведения цветов, поэтому их называют ещеаппаратно независимыми .

Рис. 5: Цветовая модель HLS

Светлота (lightness) - одна из основных характеристик цвета наряду снасыщенностьюитоном. Это субъективная яркость участка изображения, отнесённая к субъективнойяркостиповерхности, воспринимаемой человеком какбелая.

Светлота

Субъективная яркость участка

Субъективная яркость белого

Важно отметить именно относительность восприятия. Если посмотреть на лист с изображением на бумаге при свете лампы и при ярком солнечном свете, количество отражённого света от участка изображения (яркость) будет различаться, однако относительно самого светлого участка поверхности - незапечатанной белой бумаги, воспринимаемая светлота будет одной и той же.

Тон - одна из трёх основных характеристикцветанаряду снасыщенностьюисветлотой. Тон определяется характером распределения излучения в спектре видимого света, причём, главным образом, положением пика излучения, а не его интенсивностью и характером распределения излучения в других областях спектра. Именно тон определяет название цвета, например «красный», «синий», «зелёный».

Н асыщенность - этоинтенсивностьопределённоготона, то есть степень визуального отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического (серого) цвета. Насыщенный цвет можно назвать сочным, глубоким, менее насыщенный - приглушённым, приближённым к серому. Полностью ненасыщенный цвет будет оттенком серого. Насыщенность (saturation) - одна из трёх координат в цветовых пространствахHSLиHSV.

Цветовые модели HSB и HLS

Многие художники пользуются цветовой моделью HSB. Это не строгая математическая модель, но она очень удобна для подбора оттенков и цветов. Эта модель основана на модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели HSB определяется своим цветовым тоном (собственно цветом), насыщенностью (то есть процентом добавленной к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавленной черной краски). Такая модель получила название по первым буквам английских слов H ue - тон, S aturation - насыщенность и B rightness - яркость. Это трехканальная модель (рис. 3.).

Все оттенки располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, т.е. всего насчитывается 360 вариантов (красный - 0, желтый - 60, зеленый - 120 градусов и т.д.). Более точной графической интерпретацией данной модели будет конус. Такая цветовая модель намного беднее, рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 млн. цветов.

Модель HSB лучше, чем RGB и CMYK, соответствует понятию цвета, которое используют маляры и профессиональные художники. Действительно, у них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним белой и черной. Таким образом, нужные цвета - это некоторая модификация основных: осветленных или затемненных. Хотя художники и смешивают краски, но это уже выходит за рамки модели HSB

Насыщенность характеризует чистоту цвета. Нулевая насыщенность соответствует серому цвету, а максимальная насыщенность - наиболее яркому варианту данного цвета. Можно считать, что изменение насыщенности связано с добавлением белой краски. То есть уменьшение насыщенности соответствует добавлению белой краски.

Яркость понимается как степень освещенности. При нулевой яркости цвет становится черным. Максимальная яркость при максимальной насыщенности дают наиболее выразительный вариант данного цвета. Можно также считать, что яркость изменяется путем добавления черной краски. Чем больше черной краски добавлено, тем меньше яркость.

Графически модель HSB можно представить в виде кольца, вдоль которого располагаются оттенки цветов. На внешнем крае круга находятся чистые спектральные цвета или цветовые тона (параметр Н в угловых градусах). Чем ближе к центру круга расположен цвет, тем меньше его насыщенность, тем он более блеклый, пастельный (параметр S в процентах). Яркость (освещенность) отображается на линейке, перпендикулярной плоскости цветового круга (параметр В в процентах). Цвета на внешнем круге имеют максимальную яркость.

Рис. 3 . Графическое представление модели HSB

В некоторых графических редакторах, например в Macromedia FreeHand, используется модель HLS (Hue, Lightness, Saturation), которая похожа на HSB. В модели HLS, в отличие от HSB, вместо яркости используется параметр L- освещенность ( L ightness ). Уменьшение освещенности приближает цвет к черному, а увеличение - к белому. Чистый спектральный цвет получается при освещенности 50%.

Понятия яркости L в моделях Lab и HSB не тождественны . Как и в RGB, смешение цветов из шкал а и b позволяет получить более яркие цвета. Уменьшить яркость результирующего цвета можно за счет параметра яркости L.

Модели HSB и HLS не ориентированы ни на какое техническое устройство воспроизведения цветов, поэтому их называют еще аппаратно независимыми.

Модель HSB основана на трех параметрах: H - оттенок или тон (Hue), S - насыщенность (Saturation) и B - яркость (Brightness). Модель HSB лучше, чемRGBиCMYK, соответствует понятию цвета, которое используют профессиональные художники. У них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним белой и черной. Таким образом, нужные цвета - это некоторая модификация основных: осветлить или затемнить. Хотя художники и смешивают различные краски, но это уже выходит за рамки модели HSB.

Насыщенность характеризует чистоту цвета. Нулевая насыщенность соответствует серому цвету, а максимальная - наиболее яркому варианту данного цвета. Можно считать, что изменение насыщенности связано с добавлением белой краски. То есть уменьшение насыщенности соответствует добавлению белой краски.

Яркость понимается как степень освещенности. При нулевой яркости цвет становится черным. Максимальная яркость при максимальной насыщенности дают наиболее выразительный вариант данного цвета. Можно также считать, что яркость изменяется путем добавления черной краски. Чем больше черной краски добавлено, тем меньше яркость.

Графически модель HSB можно представить в виде кольца, по окружности которого располагаются оттенки цветов (рис. 6). На внешнем крае круга находятся чистые спектральные цвета или цветовые тона (параметр H измеряется в угловых градусах, от 0 до 360). Чем ближе к центру круга расположен цвет, тем меньше его насыщенность, тем он более блеклый, пастельный (параметр Sизмеряется в процентах). Яркость (освещенность) отображается на линейке, перпендикулярной плоскости цветового круга (параметр B измеряется в процентах). Все цвета на внешнем круге имеют максимальную яркость.

Рис. 6. Графическое представление модели HSB

Цветовые модели HSV и HLS

Приведенные модели не охватывают всего диапазона видимого цвета, поскольку их цветовой охват - это лишь треугольник на графике МКО, вершинам которого соответствуют базовые цвета. Они являются аппаратно ориентированными, т.е. соответствуют технической реализации цвета в устройствах графического вывода. Но психофизиологическое восприятие света определяется не интенсивностью трех первичных цветов, а цветовым тоном, насыщенностью и светлотой. Цветовой тон позволяет различать цвета, насыщенность задает степень "разбавления" чистого тона белым цветом, а светлота - это интенсивность света в целом. Поэтому для адекватного нашему восприятию подбора оттенков более удобными являются модели, в числе параметров которых присутствует тон (Hue). Этот параметр принято измерять углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси. При этом красному цвету соответствует угол 0, зеленому - 120, синему - 240, а дополняющие друг друга цвета расположены один напротив другого, т.е. угол между ними составляет 180. Цвета CMY расположены посредине между составляющими их компонентами RGB. Существует две модели, использующие этот параметр.

Модель HSV (Hue, Saturation, Value, или тон, насыщенность, количество света) можно представить в виде световой шестигранной пирамиды (рис. 2.10), по оси которой откладывается значение V, а расстояние от оси до боковой грани в горизонтальном сечении соответствует параметру S (за диапазон изменения этих величин принимается интервал от нуля до единицы). Значение S равно единице, если точка лежит на боковой грани пирамиды. Шестиугольник, лежащий в основании пирамиды, представляет собой проекцию цветового куба в направлении его главной диагонали.

Преобразование цветового пространства HSV в RGB осуществляется непосредственно с помощью геометрических соотношений между шестигранной пирамидой и кубом.

Цветовая модель HLS (Hue, Lightness, Saturation, или тон, светлота, насыщенность) является расширением модели HSV. Здесь цветовое пространство уже представляется в виде двойной пирамиды (рис. 2.11), в которой по вертикальной оси откладывается L (светлота), а остальные два параметра задаются так же, как и в предыдущей модели. В литературе эти пирамиды иногда называют шестигранным конусом.

На рис.2.12и2.13приведены блок-схемы преобразования моделей HSV и HLS в модель RGB. Алгоритмы обратного преобразования предлагаются читателю в качестве упражнения.

В первом алгоритме используется функция Ent, означающая целую часть числа. Кроме того, используется операция присваивания для векторов. Константа ndf (сокращенное от выражения "not defined" (не определен) ) используется при входе в алгоритм для того, чтобы выяснить, задано ли значение переменной H. Например, по соглашению ndf может быть некоторым отрицательным значением, так как тон - это всегда положительная величина. Во втором алгоритме применяется вспомогательная функция Value (Значение) (H, M1, M2) для вычисления значения компоненты R, G или B в зависимости от ситуации.

Рис. 2.12. Преобразование модели HSV в RGB

Алгоритм преобразования:

Приведение H к заданному диапазону:

Пока H<0 H=H+360

Пока H>360 H=H-360

Определение координат

Если H<60 то Value=M1+(M2-M1)*H/60

Если 60<=H<180 то Value=M2

Если 180<=H<240 то Value=M1+(M2-M1)*(240-H)/60

Если 240<=H то Value=M1

Рис. 2.13. Преобразование модели HLS в RGB

Очень часто у людей, напрямую не связанных с полиграфическим дизайном, возникают вопросы "Что такое CMYK?", "Что такое Pantone?" и "почему нельзя использовать ничего, кроме CMYK?".

В этой статье постараемся немного разобраться, что такое цветовые пространства CMYK, RGB, LAB, HSB и как использовать краски Pantone в макетах.

Цветовая модель

CMY(K), RGB, Lab, HSB - это цветовая модель. Цветовая модель - термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

RGB - аббревиатура английских слов Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий. Аддитивная (Add, англ. - добавлять) цветовая модель, как правило, служащая для вывода изображения на экраны мониторов и другие электронные устройства. Как видно из названия – состоит из синего, красного и зеленого цветов, которые образуют все промежуточные. Обладает большим цветовым охватом.

Главное, что нужно понимать, это то, что аддитивная цветовая модель предполагает, что вся палитра цветов складывается из светящихся точек. То есть на бумаге, например, невозможно отобразить цвет в цветовой модели RGB, поскольку бумага цвет поглощает, а не светится сама по себе. Итоговый цвет можно получить, прибавляя к исходномой черной (несветящейся) поверхности проценты от каждого из ключевых цветов.

CMYK - Cyan, Magenta, Yellow, Key color - субтрактивная (subtract, англ. - вычитать) схема формирования цвета, используемая в полиграфии для стандартной триадной печати. Обладает меньшим, в сравнении с RGB, цветовым охватом.

CMYK называют субстрактивной моделью потому, что бумага и прочие печатные материалы являются поверхностями, отражающими свет. Удобнее считать, какое количество света отразилось от той или иной поверхности, нежели сколько поглотилось. Таким образом, если вычесть из белого три первичных цвета - RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY. «Субтрактивный» означает «вычитаемый» - из белого вычитаются первичные цвета.

Key Color (черный) используется в этой цветовой модели в качестве замены смешению в равных пропорциях красок триады CMY. Дело в том, что только в идеальном варианте при смешении красок триады получается чистый черный цвет. На практике же он получится, скорее, грязно-коричневым - в результате внешних условий, условий впитываемости краски материалом и неидеальности красителей. К тому же, возрастает риск неприводки в элементах, напечатанных черным цветом, а также переувлажнения материала (бумаги).

В цветовом пространстве Lab значение светлоты отделено от значения хроматической составляющей цвета (тон, насыщенность). Светлота задана координатой L (изменяется от 0 до 100, то есть от самого темного до самого светлого), хроматическая составляющая - двумя декартовыми координатами a и b. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от зеленого до пурпурного, вторая - от синего до желтого.

В отличие от цветовых пространств RGB или CMYK, которые являются, по сути, набором аппаратных данных для воспроизведения цвета на бумаге или на экране монитора (цвет может зависеть от типа печатной машины, марки красок, влажности воздуха на производстве или производителя монитора и его настроек), Lab однозначно определяет цвет. Поэтому Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами (например, из RGB сканера в CMYK печатного процесса). При этом особые свойства Lab сделали редактирование в этом пространстве мощным инструментом цветокоррекции.

Благодаря характеру определения цвета в Lab появляется возможность отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет. Во многих случаях это позволяет ускорить обработку изображений, например, при допечатной подготовке. Lab предоставляет возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усилиения цветового контраста, незаменимыми являются и возможности, которые это цветовое пространство предоставляет для борьбы с шумом на цифровых фотографиях.

HSB - модель, которая в принципе является аналогом RGB, она основана на её цветах, но отличается системой координат.

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.

Стандартный набор красок

В стандартном случае полиграфическая печать осуществляется голубой, пурпурной, желтой и черной красками, что, собственно и составляет палитру CMYK. Макеты, подготовленные для печати, должны быть в этом пространстве, поскольку в процессе подготовки фотоформ растровый процессор однозначно трактует любой цвет как составляющую CMYK. Соответственно, RGB-рисунок, который на экране смотрится очень красиво и ярко, на конечной продукции будет выглядеть совсем не так, а, скорее, серым и бледным. Цветовой охват CMYK меньше, чем RGB, поэтому все изображения, подготавливаемые для полиграфической печати, требуют цветокоррекции и правильной конвертации в цветовой пространство CMYK!. В частности, если вы пользуетесь Adobe Photoshop для обработки растровых изображений, следует пользоваться командой Convert to Profile из меню Edit.

Печать дополнительными красками

В связи с тем, что для воспроизведения очень ярких, "ядовитых" цветов цветового охвата CMYK недостаточно, в отдельных случаях используется печать CMYK + дополнительные (SPOT) краски . Дополнительные краски обычно называют Pantone , хотя это не совсем верно (каталог Pantone описывает все цвета, как входящие в CMYK, так и не содержащиеся в нем) - правильно называть такие цвета SPOT (плашечные), в отличие от смесевых, то есть CMYK.

Физически это означает, что вместо четырех печатных секций со стандартными CMYK-цветами используется большее их количество. Если печатных секций всего четыре, организовывается дополнительный прогон, при котором в уже готовое изделие впечатываются дополнительные цвета.

Существуют печатные машины с пятью печатными секциями, поэтому печать всех цветов происходит за один прогон, что, несомненно, улучшает качество приводки цвета в готовом изделии. В случае печати в 4 CMYK-секциях и дополнительным прогоном через печатную машину с плашечными красками цветосовпадение может страдать. Особенно это будет заметно на машинах с менее чем 4 печатными секциями - наверняка не раз вы видели рекламные листовки, где за края, к примеру, красивых ярко-красных букв может немного выступать желтая рамочка, которая есть ни что иное, как желтая краска из раскладки данного красивого красного цвета.

Подготовка макетов для полиграфии

Если вы готовите макет для печати в типографии и вами не оговорена возможность печати дополнительными (SPOT) красками, готовьте макет в цветовом пространстве CMYK, какими бы привлекательными вам не казались цвета в палитрах Pantone. Дело в том, что для имитации цвета Pantone на экране используются цвета, выходящие за пределы цветового пространства CMYK. Соответственно, все ваши SPOT-краски будут автоматически переведены в CMYK и результат будет совсем не таким, как вы ожидаете.

Если в вашем макете (при договоренности об использовании триады) все-таки есть не CMYK краски, будьте готовы к тому, что макет вам вернут и попросят переделать.

Доброго времени суток, дорогие читатели, знакомые, посетители, мимопроходящие личности и прочие странные существа! Сегодня мы поговорим о немного специфической, но несомненно важной вещи для любого пользователя, а именно о такой штуке: представление цвета в компьютере.

Как ни крути, но рано или поздно все столкнутся с практической необходимостью понимания, что такое цветовая модель, да и просто сие знание полезно с точки зрения расширения кругозора и осознания - что и как работает в компьютере и из чего он состоит как с программной, так и с физической точки зрения.

Что такое цветовая модель

В общем виде цветовая модель - это некоторая абстрактная вещь, в которой цвет представляется в виде совокупности чисел. И каждая такая модель имеет свои особенности и недостатки. По сути, это как с языком, например, если цвет - это слово "дом", то на разных языках оно будет писаться и звучать по-разному, но при этом смысл слова везде будет одинаковый. Так же и с цветом.

Мы рассмотрим самые основные модели. Их 5 . Как правило, используется одновременно несколько различных моделей, т.к. некоторые удобнее всего использовать в визуальном виде, а другие в численном.

RGB

Это самая распространенная модель представления цвета. В ней любой цвет рассматривается как оттенки трех основных (или базовых) цветов: красный (Red) , зеленый (Green) и синий (Blue). При этом существует два вида этой модели: восьмибитное представление, где цвет задается числами от 0 до 255 (например, цвет будет соответствовать синему, а - желтому), и шестнадцатибитное , которое чаще всего используется в графических редакторах и html , где цвет задается числами от 0 до ff (зеленый - #00ff00 , синий - #0000ff , желтый - #ffff00 ).

Разница представлений в том, что в восьмибитном виде для каждого базового цвета используется отдельная шкала, а в шестнадцатибитном уже сразу вводится цвет. Иными словами, восьмибитное представление - три шкалы с каждым основным цветов, шестнадцатибитное - одна шкала с тремя цветами.

Особенность этой модели в том, что здесь новый цвет получается путем добавления оттенков основных цветов, т.е. "смешивания".

Хотите знать и уметь, больше и сами?

Мы предлагаем Вам обучение по направлениям: компьютеры, программы, администрирование, сервера, сети, сайтостроение, SEO и другое. Узнайте подробности сейчас!

На картинке выше видно, как цвета смешиваются друг с другом, образуя новые цвета (желтый - [255,255,0 ], пурпурный - [255,0,255 ], голубой - [0,255,255 ] и белый [255,255,255 ]).

При этом эта модель чаще всего используется именно в численном виде, а не в визуальном (когда цвет задается вводом его значения в соотв. поля, а не выбирается мышкой). Для визуальной настройки цвета используются другие модели. Потому что визуально модель RGB представляет собой трехмерный кубик, который, как Вы видите на картинке выше, не очень удобно использовать:)

Так что это самая распространенная модель у веб-дизайнеров (передаем пламенный привет css ) и программистов.

Недостаток этой модели в том, что она зависит от аппаратной части, иными словами, одна и та же картинка будет неодинаково выглядеть на разных мониторах (ибо в мониторах используется так называемый люминофор - вещество, которое преобразовывает поглощаемую им энергию в световое излучение, а посему в зависимости от качества этого вещества будут определяться базовые цвета) .

CMYK

Это тоже очень распространенная модель, но многие о ней могли вообще ничего не слышать:)

А всё из-за того, что она используется исключительно для печати. Она расшифровывается как Cyan, Magenta, Yellow, Black (или Key Color ), т.е. Голубой, Пурпурный, Желтый и Черный (или ключевой цвет ).

Использование этой модели на печати обусловлено тем, что смешивать по три оттенка для каждого нового цвета слишком затратно и грязно, т.к. когда на бумагу сначала наносится один цвет, потом поверх него другой и затем поверх них третий цвет, во-первых, бумага сильно намокает (если струйная печать), во-вторых, совсем не факт, что получится именно тот оттенок, что Вы хотели. Да, физика она такая:)

Наиболее внимательные могли заметить, что на картинке присутствуют три цвета, а черный получается путем смешивания этих трех. Так, стало быть, зачем его вынесли отдельно? Опять же причина в том, что, во-первых, смешивать три цвета это затратно с точки зрения использования тонера (спец. порошок для картриджа от принтера, который используется вместо чернил в лазерных принтерах), во-вторых, бумага сильно мокнет, что увеличивает время просушки, в-третьих, цвета в действительности могут не смешаться должным образом, а быть более блеклыми, например. Картинка ниже показывает эту модель в реальности

Таким образом, получится скорее не черный, а грязно-серый или грязно-коричневый.

Поэтому (и не только) ввели еще черный цвет, чтобы не пачкать бумагу, не тратиться на тонеры и вообще жить было проще:)

Очень наглядно иллюстрирует всю суть следующая анимация (открывается по клику, вес около 14 Mb ):

Цвет в этой модели задается числами от 0 до 100 , где эти числа часто называют "частями" или "порциями" выбранного цвета. Например, цвет "хаки" получается путем смешивания 30 частей голубой краски, 45 - пурпурной, 80 - желтой и 5 - черной, т.е. цвет хаки будет .

Трудности этой модели заключаются в том, что в суровых реалиях (или в реальных суровиях) цвет зависит не столько от числовых данных, сколько от характеристики бумаги, краски в тонере, способе нанесения этой краски и т.п. Так что числовые значения будут однозначно определять цвет на мониторе, но они не покажут реальной картины на бумаге.

HSV (HSB) и HSL

Эти две цветовые модели я объединил, т.к. они схожи по своему принципу.

Трехмерная реализация HSL (слева) и HSV (справа) моделей представлена в виде цилиндра ниже, но на практике в ПО (программном обеспечении) не используется, ибо.. ибо трехмерная:)

HSV (или HSB) означает Hue, Saturation, Value (еще может именоваться Brightness ), где:

• Hue - цветовой тон, т.е. оттенок цвета.
• Saturation - насыщенность. Чем выше этот параметр, тем "чище" будет цвет, а чем ниже, тем ближе он будет к серому.
• Value (Brightness ) - значение (яркость) цвета. Чем выше значение, тем ярче будет цвет (но не белее). А чем ниже, тем темнее (0% - черный)

HSL - Hue, Saturation, Lightness

• Hue - Вы уже знаете
• Saturation - аналогично
• Lightness - это светлота цвета (не путать с яркостью) . Чем выше параметр, тем светлее цвет (100% - белый), а чем ниже, тем темнее (0% - черный).

Более распространенная модель - HSV , она часто используется вместе с моделью RGB , где HSV показана в визуальном виде, а числовые значения задаются в RGB . :

Здесь RGB- модель обведена красным и значения оттенков задаются числами от 0 до 255 , либо сразу можно указать цвет в шестнадцатеричном виде. А синим обведена HSV модель (визуальная часть в левом прямоугольнике, числовая - в правом ). Также часто можно указать непрозрачность (так называемый альфа-канал ).

Такая модель чаще всего используется в простой (или непрофессиональной) обработке изображений, т.к. при помощи неё удобно регулировать основные параметры фотографий, не прибегая к куче различных фильтров или отдельных настроек.
Например во всеми любимом (или проклинаемом) фотошопе присутствуют обе модели, только одна из них находится в редакторе выбора цвета, а другая - в окне настроек Hue/Saturation

Здесь красным показа RGB- модель, синим - HSB , зеленым - CMYK и голубым Lab (о ней чуть позже), что видно на картинке:)
А HSL- модель находится в таком вот окошке:

Недостаток HSB- модели в том, что она также зависит от аппаратной части. Она просто не соответствуют восприятию человеческого глаза, т.к. оный воспринимает цвета с разной яркостью (например, синий воспринимается нами более темным, чем красный), а в этой модели у всех цветов одинаковая яркость. У HSL аналогичные проблемы:)

Таких недостатков хотели избежать, поэтому одна небезызвестная компания CIE (Международная комиссия по освещению - Commission Internationale de l"Eclairage ) придумала новую модель, призванную не зависеть от аппаратной части. И назвали её Lab (нет, это не сокращение от Laboratory ).

Lab или L,a,b

Эта модель является одной из стандартных, хотя и малоизвестна рядовому пользователю.

Расшифровывается она следующим образом:

• L - Luminance - освещенность (это совокупность яркости и интенсивности)
• a - один из компонентов цвета, меняется от зеленого до красного
• b - второй из компонентов цвета, меняется от синего до желтого

На рисунке показаны диапазоны компонент a и b для освещенности 25% (слева) и 75% (справа)

Яркость в этой модели отделяется от цветов, поэтому при помощи неё удобно регулировать контраст, резкость и другие светопоказатели, не трогая при этом цвета:)

Однако эта модель совсем неочевидная для использования и ею довольно трудно пользоваться на практике. Поэтому её используют в основном в обработке изображений и для конвертации оных из одной цветовой модели в другую без потерь (да, это единственная модель, которая делает это без потерь), обычным же смертным страждущим пользователям достаточно, как правило, HSL и HSV плюс фильтры.

Ну и в качестве примера работы модели HSV, HSL и Lab вот картинка из Википедии (кликабельно)