Какие цвета входят в цветовую модель rgb. RGB, CMYK, XYZ и другие цветовые схемы изображений. Числовое представление модели RGB

История происхождения цветовой модели RGB

В середине XIX века английский физик Джеймс Кларк Максвелл выступил с предложением использовать способ получения цветного изображения, который известен как - аддитивное слияние цветов.

Аддитивная (суммирующая) система цветопередачи означает, что цвета в этой модели добавляются к черному (Black) цвету.

Аддитивное смещение цветов можно трактовать как, - процесс объединения световых потоков различных цветов до того, как они достигнут глаза.

Аддитивными моделями цвета (от англ. add - складывать) называются цветовые модели, в которых световой поток со спектральным распределением, визуально воспринимающимся как нужный цвет, создается на основе операции пропорционального смешивания света, излучаемого тремя источниками. Схемы смешивания могут быть различными, одна из них представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема смешивания световых потоков в аддитивной модели цвета

Аддитивная модель цвета предполагает, что каждый из источников света имеет свое постоянное спектральное распределение, а его интенсивность регулируется.

Существуют две разновидности аддитивной модели цвета: аппаратно зависимая и перцептивная. В аппаратно-зависимой модели цветовое пространство зависит от характеристик устройства вывода изображения (монитора, проектора). Из-за этого одно и то же изображение, представленное на основе такой модели, при воспроизведении на различных устройствах будет восприниматься визуально немного по-разному. Перцептивная модель построена с учетом особенностей зрения наблюдателя, а не технических характеристик устройства.

RGB применяется в мониторах компьютеров, в телевизорах, сканерах, цифровых фотоаппаратах и других излучающих свет технических устройствах.

С экрана монитора человек воспринимает цвет как сумму излучения трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая система цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов (Red - красный, Green - зеленый, Blue - синий).

Механизм формирования цветов модели RGB

При восприятии цвета человеком именно они непосредственно воспринимаются глазом. Остальные цвета представляют собой смешение трех базовых цветов в разных соотношениях. На рисунке 2 представлена цветовая модель RGB.

Рисунок 2 - Цветовая модель RGB

R+G=Y (Yellow - желтый);

G+B=C (Cyan - голубой);

B+R=M (Magenta - пурпурный).

Сумма всех трех основных цветов в равных долях дает белый (White) цвет

R+G+B=W (White - белый)

Например, на экране монитора с электронно-лучевой трубкой (а также аналогичного телевизора) изображение строится при помощи засветки люминофора пучком электронов. При таком воздействии люминофор начинает излучать свет. В зависимости от состава люминофора, этот свет имеет ту или иную окраску. Для формирования полноцветного изображения используется люминофор со свечением трех цветов - красным, зеленым и синим. Сами по себе зерна люминофора разных цветов позволяют получить только чистые цвета (чистый красный, чистый зеленый и чистый синий).

Промежуточные оттенки получаются за счет того, что разноцветные зерна расположены близко друг к другу. При этом их изображения в глазу сливаются, а цвета образуют некоторый смешанный оттенок. Регулируя яркость зерен, можно регулировать получающийся смешанный тон. Например, при максимальной яркости всех трех типов зерен будут получен белый цвет, при отсутствии засветки - черный, а при промежуточных значениях - различные оттенки серого. Если же зерна одного цвета засветить не так, как остальные, то смешанный цвет не будет оттенком серого, а приобретет окраску. Такой способ формирования цвета напоминает освещение белого экрана в полной темноте разноцветными прожекторами.

Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами, каждый из которых будет являться признаком присутствия (1) или отсутствия (0) соответствующей компоненты системы RGB, 1 бит на каждый компонент RGB то мы получим все восемь различных цветов (таблица 1).

Таблица 1 - Присутствие цветов

На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (т.е. 24 бита) по 1 байту (т.е. по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 2 в 8 степени = 256 значений). Поэтому можно смешивать цвета в различных пропорциях, изменяя яркость каждой составляющей.

Таким образом, можно получить 256 х 256 х 256 = 16 777 216 цветов.

Изменяющиеся в диапазоне от 0 до 255 координаты RGB образуют цветовой куб (Рисунок 3).

Любой цвет расположен внутри этого куба и описывается своим набором координат, показывающем в каких долях смешаны в нем красная, зеленая и синяя составляющие.

Возможность отобразить не менее 16,7 миллиона оттенков это полно цветные типы изображения которые иногда называют True Color (истинные или правдивые цвета). потому что человеческий глаз все равно не в силах различить большего разнообразия.

Рисунок 3 - Цветовой куб

Каждому цвету можно сопоставить код, используя десятичное и шестнадцатеричное представление кода. Десятичное представление - это тройка десятичных чисел, разделенных запятыми. Первое число соответствует яркости красной составляющей, второе - зеленой, третье - синей.

Шестнадцатеричное представление - это три двузначных шестнадцатеричных числа, каждое из которых соответствует яркости базового цвета. Первое число (первая пара цифр) соответствует яркости красного цвета, второе число (вторая пара чисел) - зеленого, третье (третья пара чисел) - синего.

Максимальная яркость всех трех базовых составляющих соответствует белому цвету, минимальная - черному цвету. Поэтому белый цвет имеет в десятеричном представлении код (255,255,255), а в шестнадцатеричном - FFFFFF. Черный цвет кодирует соответственно (0,0,0) или 000000.

Все оттенки серого цвета образуются смешиванием трех составляющих одинаковой яркости. Например, при значениях (200,200,200) или C8C8C8 получается светло-серый цвет, а при значениях (100,100,100) или 646464 - темно-серый. Чем более темный оттенок серого нужно получить, тем меньшее число нужно вводить в каждое текстовое поле.

Черный цвет образуется, когда интенсивность всех трех составляющих равна нулю, а белый - когда их интенсивность максимальна.

RGB модель описывает излучаемые цвета. Она основана на трёх основных (базовых) цветах: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). RGB-модель можно назвать "родной" для дисплея. Остальные цвета получаются сочетанием базовых. Цвета такого типа называются аддитивными.

Из рисунка 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.

Основные цвета взяты из биологии человека. То есть, эти цвета основаны на физиологической реакции человеческого глаза на свет. Человеческий глаз имеет фоторецептор клеток, реагирующих на наиболее зеленый (М), желто-зеленый (L) и сине-фиолетовый (S) света (максимальная длин волн от 534 нм, 564 нм и 420 нм соответственно). Человеческий мозг может легко отличить широкий спектр различных цветов на основе различий в сигналах, полученных от трех волн.

Наиболее широко RGB цветовая модель используется в ЖК или плазменных дисплеях, таких как телевизор или монитор компьютера. Каждый пиксель на дисплее может быть представлен в интерфейсе аппаратных средств (например, графические карты) в качестве значений красного, зеленого и синего. RGB значения изменяются в интенсивности, которые используются для наглядности. Камеры и сканеры также работают в том же порядке, они захватывают цвет с датчиками, которые регистрируют различную интенсивность RGB на каждый пиксель.

В режиме 16 бит на пиксель, также известном как Highcolor, есть либо 5 бит на цвет (часто упоминается как 555 режим) или с дополнительным битом для зеленого цвета (известен как 565 режим). Дополнен зеленый цвет из-за того, что человеческий глаз имеет способность выявлять больше оттенков зеленого, чем любого другого цвета.

RGB значения, представленные в режиме 24 бит на пиксель (bpp), известном также под именем Truecolor, обычно выделяется три целых значения между 0 и 255. Каждое из этих трех чисел представляет собой интенсивность красного, зеленого и синего соответственно.

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 шестнадцатеричной 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 0 или 1, 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.

В RGB три канала, и каждый кодируется 8-ю битами. Максимальное, FF (или 255) значение даёт чистый цвет. Белый цвет получается путём сочетания всех цветов, точнее, их предельных градаций. Код белого цвета = FF(красный) + FF(зелёный) + FF(синий). Соответственно код чёрного = 000000. Код жёлтого = FFFF00, пурпурного = FF00FF, голубого = 00FFFF.

Также есть еще 32 и 48 битные режимы отображения цветов.

RGB не используется для печати на бумаге, вместо нее существует CMYK-цветовое пространство.

CMYK - это цветовая модель используемая в цветной печати. Цветовая модель является математической моделью для описания цветов целыми числами. CMYK модель построена на голубом, пурпурном, желтом и черном цветах.

Вы в детстве никогда не развлекались, разглядывая через увеличительное стекло окружающие предметы? Если нет, то попробуйте прямо сейчас — возьмите лупу и посмотрите вот на эту белую страницу. А те, кто были любознательными детьми, и так знают: картинка будет примерно такая.

И это именно белый цвет. Почему же мы видим цветные точки?

Дело в том, что передачи цветов в телевизорах, мониторах компьютеров и телефонов используется цветовая модель RGB . RGB — это аббревиатура английских слов Red, Green, Blue, то есть, «красный», «зеленый», «синий» — это и есть основные цвета в этой модели.

Но почему именно красный-зеленый-синий, кому это пришло в голову и почему при смешении они дают белый? Разберемся по порядку.

История вопроса

В конце 1850-х - начале 1860-х годов Джеймс Максвелл, ныне известный физик, а тогда — молодой выпускник Кембриджа, занимался изучением теории цвета. Теория цвета берет свое начало в работах Исаака Ньютона (мы вспоминали о его опытах с разложением света, когда говорили о цветах). Максвелл проводил эксперименты по смешению цвета, для которых использовал цветовой волчок — прикрепленный к оси диск, сектора которого были раскрашены разные цвета.

В своих работах Максвелл развивал идеи Томаса Юнга, который выдвинул предположение о существовании трех основных цветов: красного, зеленого и синего — в соответствии с тремя типами чувствительных волокон в сетчатке глаза. Как мы помним, в сетчатке есть два вида фоторецепторов: палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовое зрение и, в свою очередь, делятся еще на три вида: одни чувствительны к красно-желтой, другие — к зелено-желтой, а третьи — к сине-фиолетовой части спектра.

Эту картинку вы уже где-то видели:) Обратите внимание на три вида колбочек.

Так вот, Максвелл с помощью своего волчка продемонстрировал, что белый цвет нельзя получить смешением синего, красного и желтого, как считалось ранее, а основными цветами являются красный, зеленый и синий.

Как монитор передает цвета

Хотя Максвелл проводил свои исследования еще в XIX веке, цветовая модель RGB на практике стала использоваться позже — когда появились телевизоры и мониторы, сначала с электронно-лучевой трубкой, а потом жидкокристаллические и плазменные.

В ЭЛТ изображение создается с помощью трех электронных прожекторов, каждый из которых излучает свет своего цвета. На экран нанесен люминофор — вещество, которое светится под воздействием этих прожекторов. Причем люминофор тоже трех видов: один светится от излучения красной пушки, второй — от зеленой, третий — от синей.

1. Электронные пушки
2. Электронные лучи
3. Фокусирующая катушка
4. Отклоняющие катушки
5. Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, зеленый луч — на зеленый люминофор, синий — на синий.
6. Красные, зелёные и синие зёрна люминофора
7. Маска и зёрна люминофора (увеличено)

При всех конструктивных и технологических отличиях от ЭЛТ, жидкокристаллические и плазменные мониторы работают по тому же принципу: под воздействием энергии загорается красный, зеленый или синий люминофор.

Минимальная единица изображения, создаваемого монитором, называется пикселем . Цвет пикселя получается из комбинации входящих в него трех точек люминофора (эти три точки называются триадами).

Вот она, та самая картинка, которую можно увидеть, посмотрев на монитор в лупу. Пиксели не обязательно бывают прямоугольные, но чаще всего они выглядят именно так.

Посмотрите вот этот выпуск детской передачи «Галилео». Ведущий здесь повторяет опыт Максвелла с цветовым волчком и очень наглядно показывает, как различается смешение цветов от излученного и отраженного света.

В этом опыте показаны два метода смешения цветов: аддитивный и субтрактивный . В цветовой модели RGB используется аддитивный, поэтому сейчас нас интересует именно он.

Аддитивный метод основан на сложении цветов (addition означает «сложение»). Называется он так, потому что цвета получаются путем добавления к черному. Этот метод применяется для получения цветов от излученного света, в частности, в компьютерных мониторах.

Как на бумаге отсутствие цвета есть белый цвет, так на мониторе отсутствие цвета — черный. Цвета здесь получаются смешением трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Смешение красного и синего дают пурпурный (Magenta), синего и зеленого — голубой (Cyan), зеленого и красного — желтый (Yellow). А смешение всех трех основных цветов — белый.

Числовое представление модели RGB

Поскольку в модели RGB есть три основные составляющие цвета, ее можно представить в виде куба. Получается, что каждая точка в пространстве этого куба (которую можно задать с помощью трех координат) — определенный цвет.

В компьютерах каждая из координат задается целым числом — от 0 до 255.

В HTML используется шестнадцатеричная запись: каждая координата задается двумя шестнадцатеричными числами. Вот, например, показанный выше цвет с RGB-координатами (240, 103, 162) в шестнадцатеричной записи выглядит так: #f067a2.

А вот как выглядит смешение цветов в числовом представлении:

Ограничения модели RGB

В теории все выглядит довольно просто, но на практике при применении модели RGB не всегда удается точно передать нужный цвет.

Первая проблема связана с технологией изготовления мониторов. Как уже упоминалось, цвет, воспроизводимый монитором, зависит от типа нанесенного на него люминофора. Но разными производителями используются разные типы люминофора. Кроме того, по мере старения монитора меняются качества люминофора и характеристик электронных прожекторов или светодиодов. Другими словами, на разных мониторах цвета могут немного различаться — наверное, все с этим сталкивались.

Вторая проблема имеет уже не технический характер, она проистекает из ограничений самого метода смешения цветов. Дело в том, что с помощью аддитивного синтеза нельзя получить все цвета видимого спектра. Все, что может монитор — это смешивать красный, зеленый и синий. Если обозначить эти цвета на диаграмме точками, то все множество цветов, которые можно получить их смешением, окажутся внутри получившегося треугольника. И площадь его, как мы видим, гораздо меньше, чем диапазон цветов, которые может различать человек.

RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель , как правило, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. В российской традиции иногда обозначается как КЗС .

Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза. Цветовая модель RGB нашла широкое применение в технике.

Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному. Иначе говоря, если цвет экрана, освещённого цветным прожектором, обозначается в RGB как (r 1 , g 1 , b 1 ), а цвет того же экрана, освещенного другим прожектором, - (r 2 , g 2 , b 2 ), то при освещении двумя прожекторами цвет экрана будет обозначаться как (r 1 + r 2 , g 1 + g 2 , b 1 +b 2 ).

Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий ) - например, синего (B) и красного (R) , мы получаем пурпурный (M magenta) , при смешении зеленого (G) и красного (R) - жёлтый (Y yellow) , при смешении зеленого (G) и синего (B) - циановый (С cyan) . При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W).

В телевизорах и мониторах применяются три электронных пушки (светодиода, светофильтра) для красного, зелёного и синего каналов.

Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK , поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB , значительно тускнеют и гаснут в CMYK .

История

Джеймс Максвелл предложил аддитивный синтез цвета как способ получения цветных изображений в 1861 году.

Определение

Цветовая модель RGB была изначально разработана для описания цвета на цветном мониторе, но поскольку мониторы разных моделей и производителей различаются, были предложены несколько альтернативных цветовых моделей, соответствующих "усредненному" монитору. К таким относятся, например, sRGB и Adobe RGB .

Цветовая модель RGB может использовать разные оттенки основных цветов, разную цветовую температуру (задание "белой точки" ), и разный показатель гамма-коррекции.

Представление базисных цветов RGB согласно рекомендациям ITU , в пространстве XYZ : Температура белого цвета: 6500 кельвинов (дневной свет):

Красный: x = 0,64 y = 0,33
Зелёный: x = 0,29 y = 0,60
Синий: x = 0,15 y = 0,06

Матрицы для перевода цветов между системами RGB и XYZ (величину Y часто ставят в соответствие яркости при преобразовании изображения в чёрно-белое):

X = 0,431 * R + 0,342 * G + 0,178 * B
Y = 0,222 * R + 0,707 * G + 0,071 * B
Z = 0,020 * R + 0,130 * G + 0,939 * B

R = 3,063 * X - 1,393 * Y - 0,476 * Z
G = -0,969 * X + 1,876 * Y + 0,042 * Z
B = 0,068 * X - 0,229 * Y + 1,069 * Z

Числовое представление

Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку , что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1 .

В компьютерах для представления каждой из координат традиционно используется один октет , значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно . Следует учитывать, что чаще всего используется гамма-компенсированое цветовое пространство sRGB , обычно с показателем 1.8 (Mac ) или 2.2 (PC ).

В HTML используется #RrGgBb-запись , называемая также шестнадцатеричной : каждая координата записывается в виде двух шестнадцатеричных цифр, без пробелов (см. цвета HTML) . Например, #RrGgBb-запись белого цвета - #FFFFFF .

COLORREF

COLORREF - стандартный тип для представления цветов в Win32 . Используется для определения цвета в RGB виде. Размер - 4 байта. При определении какого-либо RGB цвета, значение переменной типа COLORREF можно представить в шестнадцатеричном виде так:

0x00bbggrr

rr, gg, bb - значение интенсивности соответственно красной, зеленой и синей составляющих цвета. Максимальное их значение - 0xFF .

Определить переменную типа COLORREF можно следующим образом:

COLORREF C = (r, g, b) ;

b, g и r - интенсивность (в диапазоне от 0 до 255) соответственно синей, зеленой и красной составляющих определяемого цвета C . То есть ярко-синий цвет может быть определён как (0,0,255 ), красный как (255,0,0 ), ярко-фиолетовый - (255,0,255 ), чёрный - (0,0,0 ), а белый - (255,255,255 ).

Поскольку в модели используется три независимых значения, ее можно представить в виде трехмерной системы координат .

Каждая координата отражает вклад одной из составляющех в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения (его численное значение в данный момент не играет роли, обычно это число 255, т. е. на каждой из осей откладывается уровень серого в каждом из цветовых каналов) .

В результате получается некий куб , внутри которого и "находятся" все цвета, образуя цветовое пространство модели RGB . Любой цвет, который можно выразить в цифровом виде, входит в пределы этого пространства.

Объем такого куба (количество цифровых цветов) легко рассчитать: поскольку на каждой оси можно отложить 256 значений, то 256 в кубе (или 2 в двадцать четвертой степени) дает число 16 777 216 .

Это означает, что в цветовой модели RGB можно описать более 16 миллионов цветов , но использование цветовой модели RGB вовсе не гарантирует, что такое количество цветов может быть обеспечено на экране или на оттисках. В определенном смысле это число - скорее предельная (потенциальная) возможность.

Важно отметить особенные точки и линии данной модели:

Начало координат: в этой точке все составляющие равны нулю , излучение отсутствует, что равносильно темноте, т. е. это точка черного цвета.

Точка, ближайшая к зрителю: в этой точке все составляющие имеют максимальное значение , что обеспечивает белый цвет.

На линии, соединяющей эти точки (по диагонали) , располагаются серые оттенки : от черного до белого. Это происходит потому, что значения всех трех составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Такой диапазон иначе называют серой шкалой (grayscale) . В компьютерных технологиях сейчас чаще всего используются 256 градаций (оттенков) серого. Хотя некоторые сканеры имеют возможность кодировать и 1024 оттенка серого .

Три вершины куба дают чистые исходные цвета , остальные три отражают двойные (бинарные) смешения исходных цветов: из красного и зеленого получается желтый, из зеленого и синего - голубой, а из красного и синего - пурпурный.

Следует отметить, что у аддитивной модели синтеза цвета существуют ограничения . В частности, не удается с помощью физически реализуемых источников основных цветов получить голубой цвет (как в теории - путем смешения синей и зеленой составляющих) , на экране монитора он создается с некоторыми техническими ухищрениями. Кроме того, любой получаемый цвет находится в сильной зависимости от вида и состояния применяемых источников. Одинаковые числовые параметры цвета на различных экранах будут выглядеть по-разному. И, по сути дела, модель RGB - это цветовое пространство какого-то конкретного устройства, например сканера или монитора.

Эта модель, конечно, совсем не очевидна для художника или дизайнера, но ее необходимо принять и разобраться в ней вследствие того, что она является теоретической основой процессов сканирования и визуализации изображений на экране монитора.

Видео на рутубе, мастер-класс "Практическое использование цветовых моделей RGB и CMYK в графическом дизайне". Автор нам уже известен (давала ссылки на его видео в теме о контрастах) - Боб Поташник. В первых 10 минутах видео идёт обзор всего того, о чём уже упоминалось в лекциях о цветовых системах, вторые 12 минут - основы работы с цветом в графических редакторах. Доходчиво и понятным языком для начинающих.

Продолжительность видео 22 минуты.

Коды цветов будут даны в цикле лекций о цветовых стандартах и каталогах, там выложу списки цветов с кодами. Здесь рассматриваем принципы работы систем.

Некоторые специальные термины

В современных специальных журналах часто используются такие понятия, как треу-гольник цветности, диаграмма цветности, локус, цветовой охват . В этом разделе мы попытаемся разобраться в сущности и назначении этих терминов на примере RGB -модели (хотя это можно было бы сделать и на базе любой другой цветовой модели) .

Начнем рассмотрение этих понятий с принципа образования плоскости единич-ных цветов . Плоскость единичных цветов (Q ) (рис. 3.5) проходит через отложен-ные на осях координат яркости единичные значения выбранных основных цветов.

Единичным цветом в колориметрии называют цвет, сумма координат которого (или, по-другому, модуль цвета т) равна 1.

Поэтому можно считать, что плоскость Q , пересекающая оси координат в точках B r (R=1,G=0,В=0), B g (R=0,G=1,В=0) и B b (R=0,G=0,В=1) , является единичным местом точек в пространстве RGB (рис. 3.5) .

Рис. 3,5. Плоскость единичных цветов и образование треугольника цветности

Каждой точке плоскости единичных цветов (Q) соответствует след цветового век-тора , пронизывающего плоскость в соответствующей точке на расстоянии от цен-тра координат :

m = (R 2 +G 2 +B 2) 0.5 = 1.

Следовательно, цветность любого излучения может быть представлена на плоско-сти единственной точкой . Можно себе представить и точку, соответствующую бе-лому цвету (Б) . Она образуется путем пересечения ахроматической оси с плоско-стью Q (рис. 3.5).

В вершинах треугольника находятся точки основных цветов. Определение точек цветов, получаемых смешением любых трех основных, производится по правилу графического сложения. Поэтому данный треугольник называется треугольником цветности, или диаграммой цветности. Часто в литературе встречается другое название - локус , которое можно интерпретировать как геометрическое место всех цветов, воспроизводимых данным устройством .

В колориметрии для описания цветности нет необходимости прибегать к простран-ственным представлениям. Достаточно использовать плоскость треугольника цвет-ности (рис. 3.5) . В нем положение точки любого цвета может быть задано только дву-мя координатами. Третью легко найти по двум другим, так как сумма координат цветности (или модуль) всегда равна 1. Поэтому любая пара координат цветности может служить координатами точки в прямоугольной системе координат на плоскости.

Итак, мы выяснили, что цвет графически можно выразить в виде вектора в про-странстве или в виде точки, лежащей внутри треугольника цветности.

Почему RGB-модель нравится компьютеру?

В графических пакетах цветовая модель RGB используется для создания цветов изоб-ражения на экране монитора, основными элементами которого являются три элект-ронных прожектора и экран с нанесенными на него тремя разными люминофорами (рис. 3.6,1) . Точно так же, как и зрительные пигменты трех типов колбочек, эти люми-нофоры имеют разные спектральные характеристики. Но в отличие от глаза они не поглощают, а излучают свет . Один люминофор под действием попадающего на него электронного луча излучает красный цвет, другой - зеленый и третий - синий.

Мельчайший элемент изображения, воспроизводимый компьютером, называется пикселом (pixel от pixture element) . При работе с низким разрешением отдельные пикселы не видны. Однако если вы будете рассматривать белый экран включенно-го монитора через лупу, то увидите, что он состоит из множества отдельных точек красного, зеленого и синего цветов (рис. 3.6, 2) , объединенных в RGB -элементы в виде триад основных точек . Цвет каждого из воспроизводимых кинескопом пик-селов (RGB-элементов изображения) получается в результате смешивания крас-ного, синего и зеленого цветов входящих в него трех люминофорных точек. При просмотре изображения на экране с некоторого расстояния эти цветовые состав-ляющие RGB -элементов сливаются, создавая иллюзию результирующего цвета.

Рис. 3.6. В основе работы монитора лежит возбуждение с помощью электронного пучка трех типов фосфоров (1); экран монитора состоит из множества триад маленьких точек красного, зеленого и синего цвета, называемых пикселами (2).

Картинка схема пиксела с сайта

Ещё пиксел:

Для назначения цвета и яркости точек, формирующих изображение монитора, нужно задать значения интенсивностей для каждой из составляющих RGB -элемента (пиксела) . В этом процессе значения интенсивностей используются для уп-равления мощностью трех электронных прожекторов , возбуждающих свечение соответствующего типа люминофора. В то же время число градаций интенсивно-сти определяет цветовое разрешение , или, иначе, глубину цвета, которые характе-ризуют максимальное количество воспроизводимых цветов. На рис. 3.7 приведе-на схема формирования 24-битового цвета , обеспечивающая возможность воспроизведения 256х256х256=16,7 млн цветов.

Последние версии профессиональных графических редакторов (таких, как, напри-мер, CorelDRAW 9, Corel Photo-Paint 9, Photoshop 5.5) наряду со стандартной 8-битовой глубиной цвета поддерживают 16-битовую глубину цвета , которая по-зволяет воспроизводить 65 536 оттенков серого .

Рис. 3.7. Каждый из трех цветовых компонентов RGB-триады может принимать одно из 256 дискретных значений - от максимальной интенсивности (255) до нулевой интенсивности, соответствующей черному цвету.

Картинка получше на эту же тему:

На рис. 3.8 приведена иллюстрация получения с помощью аддитивного синтеза шести (из 16,7 млн) цветов . Как уже упоминалось ранее, в случае, когда все три цветовые компоненты имеют максимальную интенсивность, результирующий цвет кажется белым. Если все компоненты имеют нулевую интенсивность, то резуль-тирующий цвет - чистый черный.

Рис. 3.8. Иллюстрация формирования 6 из 16,7 млн возможных цветов путем вариации интенсивностей каждой из трех компонентов R, G и В цветовой модели RGB.

Другие картинки поярче на эту же тему:

Ограничения RGB-модели

Несмотря на то что цветовая модель RGB достаточно проста и наглядна, при ее практическом применении возникают две серьезные проблемы:

1) аппаратная зависимость;

2) ограничение цветового охвата.

Первая проблема связана с тем, что цвет, возникающий в результате смешения цвето-вых составляющих RGB элемента, зависит от типа люминофора . А поскольку в техно-логии производства современных кинескопов находят применение разные типы лю-минофоров, то установка одних и тех же интенсивностей электронных лучей в случае различных люминофоров приведет к синтезу разного цвета. Например, если на электронный блок монитора подать определенную тройку RGB -значений, скажем R=98, G=127 и В=201 , то нельзя однозначно сказать, каков будет результат смешивания. Эти значения всего лишь задают интенсивности возбуждения трех люминофоров од-ного элемента изображения. Какой получится при этом цвет, зависит от спектрально-го состава излучаемого люминофором света. Поэтому в случае аддитивного синтеза для однозначного определения цвета наряду с установкой триады значений интен-сивностей необходимо знать спектральную характеристику люминофора.

Существуют и другие причины, приводящие к аппаратной зависимости RGB -модели даже для мониторов, выпускаемых одним и тем же производителем. Это свя-зано, в частности, с тем, что в процессе эксплуатации происходит старение люми-нофора и изменение эмиссионных характеристик электронных прожекторов . Для устранения (или по крайней мере минимизации) зависимости RGB -модели от аппа-ратных средств используются различные устройства и программы градуировки .

Цветовой охват (color gamut) - это диапазон цветов, который может различать человек или воспроизводить устройство независимо от механизма получения цве-та (излучения или отражения) .

Ограниченность цветового охвата объясняется тем, что с помощью аддитивного синтеза принципиально невозможно получить все цвета видимого спектра (это доказано теоретически!) . В частности, некоторые цвета, такие как чистый голубой или чистый желтый , не могут быть точно воссозданы на экране . Но несмотря на то, что человеческий глаз способен различать цветов больше, чем монитор, RGB -мо-дели вполне достаточно для создания цветов и оттенков, необходимых для вос-производства фотореалистических изображений на экране вашего компьютера.

Цели урока:

• Образовательные : Дать основополагающие знания о физических моделях восприятия цвета объекта RGB и CMY(K). Объяснить взаимодействие цветовых координат данных моделей.
• Развивающие : развивать умение представлять результаты исследования в заданном формате
• Воспитательные: развивать навыки самостоятельного выполнения задания, развивать эстетический вкус, проявлять творческое отношение к работе

Задачи урока:

• Повторить: назначение и основные функции графического редактора, принципы формирования изображения в растровой и векторной графике
• Научить определять основные цвета при помощи цветовых моделей
• Проверить усвоение материала. Проанализировать выявленные ошибки.

В результате изучения темы учащиеся должны:

знать:

• физические модели восприятия цвета объекта RGB и CMY(K)
• соотношение моделей RGB и CMY

уметь:

• определять цвета по заданной цветовой схеме

Оборудование: ПК, программа PowerPoint, мультимедийный проектор, интерактивная доска, раздаточный материал, презентация «Цветовые модели».

Ход урока

План урока

1. Организационный момент (2 мин)
2. Фронтальный опрос (3 мин)
3. Объяснение нового материала (19 мин)
4. Просмотр презентации (8 мин)
5. Проверка усвоения материала (10 мин)
6. Подведение итогов урока (1 мин).
7. Домашнее задание (2 мин)

УРОК 45 мин

1. Организационный момент (2 мин ).

• Проверка присутствующих
• Оформление журнала
• Ознакомление учащихся с темой урока

2. Фронтальный опрос (3 мин ).

Учащиеся с места должны ответить на вопросы:

а) назначение графического редактора

Графический редактор - программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать изображения с помощью компьютера.

б) принципы формирования изображения в растровой и векторной графике

В растровой графике изображение представляется двумерным массивом точек (элементов растра), цвет и яркость каждой из которых задается независимо. Пиксель - основной элемент всех растровых изображений. Векторная графика описывает изображение с помощью математических формул.

в) Объяснение нового материала (19 мин )

Преподаватель: Считается, что наш человеческий глаз способен различать около 16 млн. оттенков цвета. Возникает естественный вопрос, как объяснить компьютеру, что один объект красного цвета, а другой розового? В чем между ними разница, так хорошо различимая нами на глаз. Для формального описания цвета придумано несколько цветовых моделей и соответствующих им способов кодирования.

Запишем в тетрадь определение:

Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью.

Сегодня мы с вами рассмотрим модели RGB и CMY(K).

Перепишите это в тетрадь.

Цветовая модель RGB (аббревиатура английских слов R ed, G reen, B lue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель.

Используется для излучаемого света , т.е. при подготовке экранных документов.

Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза.

Любой цвет можно представить в виде комбинации 3 основных цветов R ed (красный), G reen (зелёный), B lue (синий). Эти цвета называют цветовыми составляющими.

Аддитивной модель называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному.

Запишите в тетрадь основные цвета. (Учащиеся переписывают материал с доски)

Преподаватель: Слово аддитивная (сложение) подчеркивает, что цвет получается при сложении точек трех базовых цветов, каждая своей яркости. Яркость каждого базового цвета может принимать значения от 0 до 255 (256 значений), таким образом, модель позволяет кодировать 2563 или около 16,7 млн цветов. Эти тройки базовых точек (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, так что каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем ярче цветная точка (красная, зеленая, синяя), тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.

Посмотрите на доску и на выданный материал.

На интерактивной доске выводится модель RGB (аналогичная схема в раздаточном материале у каждого учащегося). Преподаватель продолжает объяснять и показывает на схеме.

Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов.

• Чистый красный может быть определён как как (255,0,0) - R ed
• Чистый зеленый (0,255,0) - G reen
• Чистый ярко-синий цвет (0,0,255) – B lue

На схеме вы видите, что при смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий) мы получаем

• при смешении синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный или лиловый (M magenta)
• при смешении зеленого (G) и красного (R) - жёлтый (Y yellow)
• при смешении зеленого (G) и синего (B) - циановый (С cyan)
• при смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W)

• Если яркость всех трех базовых цветов минимальна (равна нулю), получается черная точка (Черный - (0,0,0))
• Если яркость всех трех цветов максимальна (255), при их сложении получается белая точка (Белый - (255,255,255)
• Если яркость каждого базового цвета одинакова, получается серая точка (чем больше значение яркостей, тем светлее).

Точка какого-нибудь красивого, сочного цвета получается в том случае, если при смешении одного (или двух) цветов гораздо меньше, чем двух (одного) других. Например, сиреневый цвет получается, если мы возьмем по максимуму красного и синего цветов и не возьмем зеленого , а желтый цвет - достигается смешением красного и зеленого.

Устройства ввода графической информации (сканер, цифровая камера) и устройство вывода (монитор) работают именно в этой модели.

Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK, поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB, значительно тускнеют и гаснут в модели CMYK, которую мы сейчас рассмотрим.

Цветовая модель CMY ( K)

Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, освещающего их, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета (окрашены в них).

На доске уже написано название модели и базовые цвета.

CMY ( K )
C yan M agenta Y ellow BlacK
Голубой Пурпурный Желтый Черный

Перепишите это в тетрадь.

Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными ("вычитательными") . Для их описания используется субтрактивная модель CMY (С - это Cyan (Голубой), М - это Magenta (Пурпурный), Y - Yellow (Желтый)). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB.

Если вычесть из белого три первичных цвета RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY.

В этом случае и основных субтрактивных цветов будет три:

• голубой (белый минус красный)
• пурпурный (белый минус зеленый)
• желтый (белый минус синий)

Цветовая модель CMY ( K ) используется при работе с отраженным цветом (при печати) .

При смешениях двух субтрактивных (вычитаемых) составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски). Таким образом:

• при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет
• при полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) получится белый цвет (белая бумага)
• смещение равных значений трех компонентов даст оттенки серого.

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

Однако реальные краски имеют примеси, их цвет может быть не идеальным, и смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый (посмотрите на выданный материал). Кроме того, для получения интенсивного черного необходимо положить на бумагу большое количество краски каждого цвета. Это приведет к переувлажнению бумаги, качество печати при этом снизится. К тому же использование большого количества краски неэкономно.

Для улучшения качества отпечатка в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная краска . Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно. Черный компонент сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (K ey) в процессе цветной печати(или blacK ).

Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255.

Печать четырьмя красками, соответствующими CMYK, также называют печатью триадными красками .

Цвет в CMYK зависит не только от спектральных характеристик красителей и от способа их нанесения, но и их количества, характеристик бумаги и других факторов. Фактически, цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата и не определяют цвет однозначно.

Цветовой круг

При обработке изображений необходимо ясно понимать взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK. Без знания этих закономерностей трудно оценить качество цвета, назначить корректирующие операции, да и просто разумно использовать простейшие инструменты, предназначенные для работы с цветом.

Если эти две модели представить в виде единой модели , то по­лучится усеченный вариант цветового круга, в котором цвета располагаются и известном еще со школы порядке (только без производного оранжевого цвета): красный (R), желтый (Y), зеленый (G), голубой (C), синий (В) – пурпурный (лиловый, фиолетовый) М - Magenta

КАЖДЫЙ ОХОТНИК ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СИДИТ ФАЗАН
или
КАК ОДНАЖДЫ ЖАН - ЗВОНАРЬ ГОЛОВОЙ СВАЛИЛ ФОНАРЬ
или
КАЖДЫЙ ОФОРМИТЕЛЬ ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ, ГДЕ СКАЧАТЬ ФОТОШОП

Рассмотрим самую простую и востребованную модель, называемую цветовым кругом. В нем на одинаковом расстоянии друг от друга размещены координаты основных цветовых систем RGB и CMYK.

Пары цветов, расположенные на концах одного диаметра (под углом 180 градусов), называются
На цветовом круге основные цвета моделей RGB и CMY находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплиментарного) цвета; при этом он находится на равном расстоянии между цветами, с помощью которых он получен.

Комплиментарными цветами являются:

• зеленый и пурпурный,
• синий и желтый,
• голубой и красный.

Дополнительные цвета являются в некотором смысле взаимоисключающими. Добавление любой краски цветового круга компенсирует дополнительную краску, как бы разбавляет ее в результирующем цвете.

Например, чтобы изменить цветовое соотношение в сторону зеленых тонов, следует понизить содержание пурпурного цвета, который является дополнительным к зеленому.

Это утверждение можно выразить в виде следующих кратких формул:

Преподаватель пишет на доске:

А теперь самостоятельно запишите в тетрадь оставшиеся 5 формул:

100%Magenta = 0Green

100%Yellow = 0Blue

0%Magenta = 255Green

0%Yellow = 255Blue.

Прослушайте и запишите в тетрадь предложение:

Голубой цвет противоположен красному, потому что голубые красители поглощают красный цвет и отражают синий и зеленый. Голубой цвет - это отсутствие красного.

Преподаватель спрашивает 5 учащихся с целью изменить формулировку предложения для оставшихся 5 цветов.

Приведем сводку основных и производных правил цветового синтеза по круговой модели (смотрите раздаточный материал):

• Каждый субтрактивный (аддитивный) цвет находится между двумя аддитивными (субтрактивными).
• Сложение любых двух цветов RGB (CMY) дает цвет CMY (RGB), лежащий между ними. Например, смешивая зеленый и синий, получим голубой, а смесь желтого и пурпурного образует красный.

Запишите самостоятельно в тетради все возможные соотношения такого вида (6 формул)

Red + Green = Yellow

Blue + Green = Cyan

Red + Blue = Magenta

Cyan+ Magenta = Blue

Cyan + Yellow = Green

Magenta + Yellow = Red.

• Наложение красного и зеленого с максимальной интенсивностью дает чистый желтый цвет. Уменьшение интенсивности красного смещает результирующий в сторону зеленых оттенков, а снижение вклада зеленого делает цвет оранжевым.
• Смешение синего и красного в максимальной пропорции дает фиолетовый цвет. Уменьшение доли синего влечет за собой сдвиг в область розового цвета, а уменьшение красного сдвигает цвет в сторону пурпурного.
• Зеленый и синий цвета образуют голубой. Существует около 65 тысяч различных оттенков голубого, которые можно синтезировать, смешивая в разных пропорциях данные цветовые координаты.
• Наложение голубой и пурпурной краски максимальной плотности дает глубокий синий цвет.
• Пурпурный и желтый красители порождают красный цвет. Чем выше плотность составляющих, тем выше его яркость. Уменьшение интенсивности пурпурного придает цвету оранжевый оттенок, снижение доли желтой составляющей дает розовый цвет; Желтый и голубой дают ярко-зеленый цвет. Уменьшение доли желтого порождает изумрудный, а снижение вклада голубого - салатовый.
• Осветление или затемнение цвета предельной насыщенности влечет за собой снижение его насыщенности.

Запишем в тетради:

Вложение цвета можно увеличивать и уменьшать, регулируя вклады его комплиментарного цвета или смежных цветов.

4. Просмотр презентации (8 мин )

Сейчас мы просмотрим презентацию, чтобы закрепить пройденный материал и узнать, что нас ждет на следующих уроках.

5. Проверка усвоения материала (10 мин )

Прошу вас ответить на вопросы по новой теме:

1. Перечислите базовые цвета моделей RGB и CMY(К).

• Цветовая модель RGB - Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий
• Цветовая модель CMY - С - это Cyan (Голубой), М - это Magenta (Пурпурный), Y - Yellow (Желтый)

2. Какая цветовая модель используется для излучаемого цвета?

3. Почему ее называют аддитивной?

Аддитивной модель называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному

4. Что означает буква К в цветовой модели CMYК?

Черный компонент, поскольку эта краска является главной, ключевой (K ey) в процессе цветной печати (или blacK ).

5. Для чего используется модель цветовой круг?

Чтобы понимать взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK.

6. Какие цвета называют комплиментарными?

Пары цветов, расположенные на концах одного диаметра на цветовом круге (под углом 180 градусов), называются комплиментарными или дополнительными.

• Перечислить комплиментарные цвета.
• зеленый и пурпурный
• синий и желтый
• голубой и красный.

6. Подведение итогов урока (1 мин ).

Наш урок подходит к концу. Сегодня вы узнали о цветовых моделях RGB и CMY(К), базовые цвета этих моделей, взаимодействие цветовых координат аддитивной системы RGB и субтрактивной системы CMYK. Знакомство с цветовыми моделями мы продолжим на следующем уроке.

7. Домашнее задание (2 мин )

Запишите домашнее задание:

1. По модели Цветовой круг повторить основные формулы получения цвета
2. Профильная школа «Технология обработки текстовой информации. Технология обработки графической и мультимедийной информации» А.В.Могилев, Л.В.Листратова СПб.: БХВ-Петербург, 2010 р.8.2.
3. Уроки компьютерной графики. CorelDRAW. Учебный курс Л. Левковец СПб.: Питер, 2006 ур.2