Вопрос 5

Цветовая модель RGB

Итак, мы выяснили, что цветовая модель человеческого зрительного анализатора и экрана компьютера близки, тем не менее возможности их различны. Глаз может различать гораздо больше цветов, чем воспроизводит компьютер. Возможностей компьютера вполне достаточно для воспроизведения миллионов цветов и оттенков. Компьютер использует 8 бит памяти (28) для воспроизведения каждого из основных цветов. А совокупность трех базовых цветов обеспечивает 224 цветов, что составляет около 16,7 млн.

Проблема цветопередачи состоит в следующем. Цветоощущение человека основано на восприятии волн света различной длины, отражающихся или поглощающихся поверхностью различных объектов. А устройство экрана компьютера таково, что волны различной длины испускаются люминофорами — светящимися элементами экрана. В результате цвет предмета, на который мы смотрим, и его же цвет в рисунке на компьютере — не одно и то же, даже если длины волн в точности соответствуют друг другу.

Цветовые модели HSV, HSB, HSL

Естественным желанием разработчиков любого программного обеспечения является увеличение его интуитивности для облегчения освоения. С этой целью были созданы цветовые модели HSY, HSB, HSL. Они основаны на RGB и действительно упрощают подбор цвета. Эти модели почти идентичны, последняя буква в их названиях — практически один и тот же параметр — яркость или светлость.

Устройство нашего цветового анализатора таково, что он усредняет исходные длины волн и мы видим результат этого процесса. Эта характеристика цвета называется цветовой тон (Hue).

Даже при беглом взгляде на предмет любой человек со здоровым зрением может сказать, какого он цвета. Например, глядя на летний лес, можно сразу сказать, что преобладает зеленый цвет, но сколько оттенков этого цвета в нем! Притом что свет, отраженный или поглощенный поверхностью однотонного предмета, может иметь разную длину волн, большая часть поверхности отражает близкие длины волн.

Другой характеристикой цвета является насыщенность (Saturation). Она характеризует количество доминирующей длины волны (степень чистоты цвета) в тоне.

Высокая насыщенность цвета характеризуется преобладанием волн основного тона. Низкая насыщенность приближает тон к нейтральным цветам, таким как серый, белый, черный. Таким образом, насыщенность характеризует соотношение основного и нейтрального (серого) цветов в тоне. Она выражается в процентах: 0 % — серый цвет, 100 % — полностью насыщенный цвет.

При низкой насыщенности, то есть приближенной к серому, становится актуальной следующая характеристика цвета — яркость (Brightness).

Абсолютно ярким принято считать белый цвет — 100 %. Полное отсутствие яркости — 0 % — черный цвет, промежуточные значения яркости — серый цвет. Яркость является нелинейной величиной.

Цветность (Chromacity или Chroma) — комплексная характеристика цвета. Она представляет собой цветовой тон и его насыщенность одновременно. В некоторых цветовых моделях она используется в качестве аналога цветового тона.

Светлость (Lightness) — цветовая характеристика, близкая к яркости, отличающаяся от нее линейностью.

Иногда характеристики цветность и светлость используются совместно.

Цветовая палитра Painter, приведенная на рис. 3.1 и основанная на модели HSV, наиболее проста и интуитивна среди графических программ, применяющих аналогичные модели. Она использует все те же три характеристики: цветовой тон (Hue), насыщенность (Saturation) и величина (Value) — показатель, характеризующий яркость цвета.

Цветовая модель CMYK

Но есть цветовые модели, в которых все прочие цвета могут быть получены путем вычитания одного цвета из другого. Такие цвета и модели называют субтрактивными.

Подобной цветовой моделью является CMYK. Она была создана для объектов, цвет которых обусловлен отраженными волнами, а именно для воспроизведения цвета при цветной печати. В основе этой модели лежит допущение, что белый лист бумаги полностью отражает цвет, а область, на которую нанесен краситель, частично поглощает цвет пропорционально количеству нанесенного красителя. При смешивании нескольких красителей отражающая способность листа снижается — это значит, что цвет как бы исключается из сочетания. В этой модели отсутствие цвета — белый цвет, а смешение трех основных цветов — черный.

Основными цветами в этой модели являются в отличие от RGB вторичные цвета, то есть полученные в результате смешивания: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) и Black (черный). Однако чтобы избежать путаницы в обозначении последнего компонента, решено было заменить букву В буквой К. Необходимость использования дополнительного черного пигмента связана с тем, что смешение основных красителей в действительности не дает абсолютно черного цвета — он получается в разной степени коричневатым. Поэтому для улучшения цветового воспроизведения введен дополнительный черный цвет.

При печати краситель наносится на бумагу точками определенного размера. Смешанные цвета — это иллюзия, которую создают расположенные рядом точки разных цветов.

Диапазоны цветов, полученных с помощью палитры RGB и CMYK, различны. На рис. 3.2 приведена стандартная диаграмма цветности, взятая нами из фейнмановских лекций по физике. Она построена с помощью уравнения: Х=аА+ЬВ+сС, где А, В, С — основные цвета (красный, зеленый, синий); а, Ь, с — количества основных цветов. В тех же координатных осях построены диаграммы цветности для моделей RGB и CMYK.

Как видите, зона цветов видимого спектра и зона цветов, создаваемых с помощью палитры RGB, не совпадают, а зона, создаваемая с помощью палитры CMYK, еще меньше.

Для выбора цветового соответствия при печати используются различные средства. Во многих графических программах при подборе цветов есть зоны, при выборе которых программа предупреждает о несоответствии цветов этих цветовых моделей. В этом случае вам следует выбрать наиболее близкий к первому, но разрешенный, совпадающий в обеих палитрах цвет. Однако даже совпадение цветов палитр не решает проблемы до конца, так как цвета CMYK на экране и на печати оказываются различными из-за люминофорного строения экрана.

Модель Grayscale

Эта цветовая модель используется для черно-белой печати и сканирования изображений на черно-белых или полутоновых сканерах. В модели Grayscale различные оттенки серого задаются с помощью разного процентного содержания двух цветов — черного и белого. Каждый пиксел полутонового черно-белого изображения характеризуется значением яркости, изменяющимся в диапазоне от 0 (черный) до 255 (белый). Яркость оттенка серого может быть интерпретирована как процентное содержание черной краски (0 % — белый и 100 % — черный).

Значение серого цвета может быть выражено также в терминах других цветовых моделей. В модели RGB оттенок серого цвета соответствует равному количеству всех трех основных компонентов, в CMYK — нулевым значениям компонентов С, М и Y и положительному значению компонента К, в HSB — нулевым значениям компонентов Н и S и положительному значению компонента В.

Модель CIE Lab

Именно проблема несоответствия цветов, связанная с аппаратными средствами, заставила искать новые возможности для ее преодоления. В итоге была выработана модель CIE Lab.

В ее основе лежит модель, созданная ранее в качестве международного стандарта измерения цветов для международной комиссии по освещению CIE (Commission International del Eclairage). В дальнейшем она была усовершенствована и получила название CIE Lab. Эта цветовая модель включает в себя как пространство RGB, так и CMYK. Она предложена как аппаратно-независимая модель (device independent). Это значит, что цветопередача, установленная с помощью этой модели, не подвержена искажениям, связанным с техническими средствами.

С помощью данной модели специалисты создают стандартные библиотеки цветов, используя которые вы можете сравнить диапазоны устройств ввода и вывода. Это нужно для обеспечения соответствия цветов, передаваемых сканером, компьютером и принтером. Также эта модель используется в цветоизмерительных приборах, таких как спектрофотометры и колориметры.

В некоторых графических программах, в том числе Adobe Photoshop, модель Lab используется для осуществления взаимного конвертирования между моделями RGB и CMYK.

Основные параметры модели Lab — L (lightness) (яркость и цветность), представленная двумя составляющими: а — от зеленого до красного и b — от синего до желтого.

Диаграмма цветности, построенная для модели Lab, практически полностью совпадает с зоной цветов видимого спектра. Все три модели — Lab, RGB и CMYK (см. рис. 3.2), имеют перекрывающиеся цветовые диапазоны (цветовой охват). Однако из-за различия исходных цветовых компонентов, используемых при описании этих моделей, а также различных физических принципов формирования цветовых оттенков диапазоны воспроизводимых этими моделями цветов будут отличаться.

Цветовой охват (Color Gamut) — это диапазон цветов, который может различать человек или воспроизводить устройство независимо от механизма получения цвета — излучения или отражения.

Среди цветовых моделей самым широким цветовым охватом обладает модель Lab (см. рис. 3.2). Она включает в себя цветовые диапазоны моделей HSB, RGB и CMYK, которые являются как бы подмножествами цветов модели Lab. Это самая перспективная модель, как считают эксперты, и за ней большое будущее.

Цветовой охват модели RGB составляет подмножество цветов, которые могут быть воспроизведены на экране телевизора или монитора (излучающего красный, зеленый и синий свет). Некоторые цвета, такие как чистый голубой или чистый желтый, не могут быть точно воссозданы на экране.

Самым узким цветовым охватом характеризуется модель CMYK — она воспроизводит только те цвета, которые могут быть напечатаны с помощью триадных красок. Об экранных цветах, не воссоздающихся при печати, говорят, что они лежат вне цветового охвата модели CMYK. Под цветами, лежащими вне цветового охвата триады CMYK, понимаются цвета, которые могут быть представлены в других цветовых моделях, но при этом не имеют печатных аналогов в цветовом пространстве CMYK.

При переходе к модели CMYK от любой другой цветовой модели программа автоматически настраивает цвета, лежащие «вне CMYK», в соответствии с возможностями триады CMYK. Это действующая реальная модель, позволяющая получать, при должной технической подготовке, оттиски приличного качества. И если Lab — дело будущего, то CMYK — реальность, с которой необходимо научиться работать.

KCMS

KCMS (Kodak Color Management System) — модель, использовавшаяся первоначально для работы с изображениями Photo CD. На основе модели Lab компанией Kodak было разработано цветовое пространство YCC, в котором составляющая Y управляет яркостью, а оси СС являются цветовыми составляющими. Поскольку модель Lab обладает самым большим цветовым охватом, то и ее производное — YCC также имеет наиболее полный диапазон цветов.

Фирмы Kodak и Digital Stock Corporation, компания-распространитель коллекций Photo CD, рекомендуют модель KCMS и программу, поддерживающую ее, как средство достижения наилучшего качества печати. Изображения, созданные с использованием KCMS, перед печатью автоматически преобразуются в цветные файлы CMYK.

KCMS интегрирована в программное обеспечение Painter. Это гарантирует адекватность воспроизведения отсканированного, экранного и выведенного на печать изображений. К вопросу настройки KCMS мы вернемся в главе 4.

Системы сопоставления цветов

Все вышеизложенные способы не смогли решить проблему точной передачи цвета полностью. И все же было найдено компромиссное решение, которое позволяет компьютерным художникам мирно сотрудничать с печатниками, воспроизводящими их работы. Это решение состоит в создании системы сопоставления цветов.

Каждая система сопоставления цветов включает в себя эталонную таблицу цветов, выполняющих функции палитры. Изготовление эталона требует тщательного контроля. Каждому цвету присваивается свое уникальное имя и указывается тип пигмента или состав смеси из различных пигментов, необходимых для его создания. Указывается также тип бумаги, соответствующий данному пигменту. В дополнение к этой таблице, используемой как справочник, пользователь получает образцы цветов, которые можно вырезать и прикрепить к изображению. Это позволяет точно указать печатнику и заказчику, какой цвет предполагается получить.

Система сопоставления цветов обеспечивает точный визуальный контроль. Вы можете выбрать цвет в изображении и сопоставить его с образцом, взятым из эталонной таблицы.

ВНИМАНИЕ. Существует система сопоставления цветов и система управления цветами, предназначенная для согласования данных, представленных в цветовой модели одного устройства, с данными для цветовой модели другого устройства. Это необходимо для адекватного преобразования цвета из одной модели в другую. Например, из RGB-модели для монитора в CMYK-модель для принтера.

Иногда в качестве синонима системы управления цветами используется также термин сопоставление диапазонов цветов.

Система управления цветами ориентирована на монитор. Учитывая ограничения, определяемые выходными характеристиками конкретного принтера, можно отрегулировать способ отображения изображения (например, с помощью приложения Color Managerment — Диспетчера цветов) таким образом, чтобы изображение на экране монитора близко соответствовало изображению, которое будет получено при печати (точное соответствие принципиально невозможно из-за различной физической природы синтеза цветовых оттенков на экране и на бумаге — аддитивной и субтрактивной). В связи с этим система управления цветами базируется на мониторе, демонстрирующем возможности принтера или фотонаборного устройства.

Для дизайнерских разработок обычно используется палитра, соответствующая системе сопоставления цветов, выбранной для конкретного проекта, и для которой имеется полная уверенность, что напечатанный цвет будет соответствовать цвету определенной ячейки палитры. Следует регулярно обновлять альбомы образцов цветов, поскольку выцветание ооразцов может повлиять на правильность выбора цвета.