Цифровое представление цвета

Источник:xen.rwx.ru
Дата публикации:23.09.2003
Twitter Facebook Vkontakte

Многие даже не задумываются о природе цвета, о его представлении в компьютерах и в цифровой технике. Вместе с революцией в использовании цвета появилась необходимость понять, что же такое цифровой цвет и разобраться в его особенностях.

Любое тело с температурой, отличной от абсолютного нуля, испускает излучение. Распределение энергии в спектре излучения характеризует цветовая температура. В физике её используют для того, чтобы по спектральному составу излучения определить температуру объекта (например, солнца). Указав в настройках монитора цветовую температуру, мы определяем, какой спектральный состав будет иметь его абсолютно белое излучение - то есть какого "цвета" будет абсолютно белый экран. В зависимости от цветовой температуры наш белый цвет имеет более тёплые (при низкой цветовой температуре) или холодные (при высокой) оттенки.

Человеческий глаз способен различить не более миллиона цветов .То есть фактически делать изображения с большим количеством цветов не имеет смысла, т.к. для человека они будут выглядеть одинаково. Зрительная система человека также не способна отличить цвет определенного цвета от цвета, полученного путём смешивания других цветов. Поэтому вместо того чтобы создавать миллионы различных оттенков, используется лишь небольшое ограниченное число цветов, а все остальные получаются путём смешивания исходных. Эти исходные цвета называются первичными (primary colors).

Набор первичных цветов, используемых для получения всех остальных цветов, определяется цветовыми схемами (<b>color schemes</b>). Все цветовые схемы можно поделить на два типа: схемы представления цвета от излучаемого и отраженного света. Все объекты видимы для нас потому, что они сами являются источником света, либо светят отраженным светом. В нашем случае экран монитора является излучающим объектом. Отражающим объектом является бумага, краска, пигмент, которые сами не излучают света, а светят светом, который идет либо от солнца, либо от искусственного источника освещения.

Цветовая схема RGB

Экран (как и всякое другое неизлучающее свет тело) - изначально тёмный. Его исходным цветом является чёрный. Все остальные цвета на нем получаются путем использования комбинации таких трех цветов, которые в своей смеси должны образовать белый цвет. Эти цвета - красный/зеленый/синий или red/green/blue (RGB). Чёрный цвет в схеме отсутствует, т.к. это исходный цвет экрана. Значит, отсутствие цвета в RGB схеме соответствует чёрному цвету. Чтобы получить определенный цвет на экране необходимо взять черный цвет (отсутствие цвета) и добавлять к нему первичные цвета, складывая их друг с другом.

Эта система цветов называется аддитивной (additive) - дополняющей.

Все цифровые устройства работы с цветом хранят, обрабатывают и воспроизводят цвет и цветные изображения с помощью значений RGB. В компьютере эти значения кодируются числами.

Для того чтобы сохранить цифровое изображение, его сначала требуется разбить на сетку мелких пикселей (точек). Каждый пиксель замеряется на количество в нем красного, зеленого и синего цветов. Затем все изображение в целом записывается пиксель за пикселем. Для стандартного представления RGB-цвета на каждый первичный цвет схемы приходится по 1 байту. Поэтому значение каждой составляющей может быть закодировано числом от 0 до 255. Например, чтобы залить экран абсолютно красным цветом компьютер должен послать монитору команду RGB (255,0,0).

Качество изображения на экране зависит от следующих факторов:

  • качество монитора (насколько хорошо он дает черный цвет, насколько мелки точки, составляющие изображение на экране)
  • качество видеосистемы (насколько хорошо она составляет все цвета из комбинации трех цветов)
  • окружающее освещение (в темной комнате или на ярком солнце).

Цветовая схема CMYK

Бумага является изначально белой. Это означает, что она обладает способностью отражать весь спектр цветов света, который на нее попадает. Соответственно, существуют комбинации цветов, смешивая которые, мы можем полностью поглотить все цвета, отражаемые бумагой, и сделать ее чёрной. Эти цвета - голубой/пурпурный/жёлтый или cyan/magenta/yellow (CMY).

Жёлтая поглощает синие лучи, пропуская красные и зелёные, пурпурная поглощает зелёные, пропуская синие и красные, голубая поглощает красные, пропуская жёлтые и зелёные. В идеале, смешивая жёлтую, пурпурную и голубую краски, мы должны получить чёрную, но на практике, в лучшем случае, получится тёмно-буро-коричневая, которая лишь отдаленно напоминает чёрную. Почему так происходит? Потому что реальные краски поглощают не только "свои" излучения, но и часть чужих. Так, реальная голубая краска поглощает 100% красных, 20% синих и 40% зелёных лучей. Также причиной может быть технические качества носителя изображения. Поэтому для расширения возможностей цветопередачи используется большее число красок - к голубой, пурпурной и жёлтой добавляется чёрная. И потому к комбинации CMY обычно дописывается буква K (blacK), обозначающая чёрный цвет.

Белый цвет в схеме отсутствует, так как это исходный цвет бумаги. В тех местах, где нужен белый цвет, краска просто не наносится. Значит, отсутствие цвета в схеме CMYK соответствует белому цвету. Чтобы получить определённый цвет на бумаге необходимо взять белый цвет (отсутствие цвета на бумаге) и, нанося и смешивая краски, поглотить лучи определённых цветов.

Эта система цветов называется субтрактивной (subtractive) - исключающей.

Качество изображения на бумаге зависит от следующих факторов:

  • качество бумаги (насколько она бела)
  • качества красителей (насколько они чисты)
  • качества полиграфической машины (насколько точно и мелко она наносит краски)
  • качества разделения цветов (насколько точно сложное сочетание цветов разложено на три цвета)
  • качества освещения (насколько полон спектр цветов в источнике света, если он искусственный)

Итак...

Телевизоры, камеры, сканеры, мониторы основаны на аддитивной системе воспроизведения цветов (RGB) - они отображают цвет за счёт излучения лучей с определёнными длинами волн.

Офсетная печать, цифровая печать, фотографии, краски, кинофильмы основаны на субтрактивной системе цвета (CMYK), где цвет отображается за счёт поглощения определенной части спектра отраженного от него белого света.

Основные аддитивные цвета - красный, зеленый и синий. Основные субтрактивные цвета - голубой, пурпурный, жёлтый.

На бумаге (в системе CMYK) не могут быть представлены некоторые цвета, которые с легкостью можно представить на экране. Если на экране запросто можно сделать оттенок цвета с точностью до бита (#D5DBE7), то в смешивании красителей такой точности добиться просто невозможно. Поэтому часто то, что на экране выглядит потрясающе, на бумаге выглядит блекло и некрасиво. Потому-то так много труда тратится при переводе картинки, сделанной на компьютере, в вид, который достойно будет выглядеть при печати. В некоторых графических редакторах можно заранее переключиться в режим CMYK и создавать изображение в этой схеме. Если вы создаете изображение только для просмотра на экране (в случае web-дизайна), и которое не планируется представлять в цвете на бумаге, забудьте о схеме CMYK, работайте в схеме RGB и не морочьте себе голову.



Распространение материалов сайта означает, что распространитель принял условия лицензионного соглашения.
Идея и реализация: © Владимир Довыденков и Анатолий Камынин,  2004-2017