Доброго вам дня, дорогие читатели моего блога. Очень рад вас видеть на страницах моего блога. Сегодня я хотел бы пройтись немного по теории, а именно рассказать про цветовые модели в компьютерной графике. Не бойтесь, ничего страшного здесь нет, но знать это нужно, так как в скором времени нам это пригодится. Я не буду вам рассказывать научное определение цветовой модели, так как это слишком заумно.

Выбор цветовой модели зависит в основном от того для чего нам нужно то или иное изображение, для каких целей. Ладно, не буду вас мучать. Давайте рассмотрим несколько цветовых моделей, которые встретятся вам в различных графических редакторах.

В этом режиме нам доступно всего 2 цвета, а именно черный и белый. Ну и что мы здесь забыли? Правильно! Ничего. Поэтому сразу говорю — этим режимом мы пользоваться не будем.

Градации серого (Grayscale)

Как видно из названия, в этом режимы используются лишь оттенки серого. Всего таких оттенков серого 256. Т.е. идет постоянное увеличение яркости, начиная с черного цвета, и пока он не станет полностью белым. Конечно, если вы хотите работать с черно-белым изображением, то пожалуйста, ведь и занимать места это изображение будет гораздо меньше. Но, скажу вам по секрету, этот режим тоже мы использовать не будем. Вы рады?

RGB (Красный Зеленый Синий)

Ну вот мы и перешли к основной цветовой модели. Именно ей мы и будем в основном пользоваться в фотошопе. Эта модель используется для отображения цветов именно на экране. Все цвета и оттенки получаются при смешивании трех основных цветов, т.е. красного (R ed), зеленого (G reen) и синего (B lue). Вы спросите: «А где же желтый цвет? Ведь его невозможно получить, смешивая эти цвета». Как раз таки получается, но не на бумаге, а на экране монитора. Желтый цвет мы можем получить смешивая красный и зеленый цвета. Вот такая вот хитрость.

Цветов в этой модели целая уйма! В 8-битном представлении их аж 16 миллионов! Вы представьте сколько их будет в 16 и 32-х битах? Поэтому сразу заклинаю вас — выбирайте только 8-битное представление RGB, так как в остальных смысла нет, по крайней мере в обычной жизни. Будем считать, что договорились.

CMYK (Cyan Magenta Yellow Black)

Данная цветовая модель произошла от букв четырех цветов C yan M agenta Y ellow K ey color — Голубой, Пурпурный, Желтый, Ключевой-черный. Хотя в некоторых источниках я читал, что буква K образована не от Key color, а от черного цвета black, только ей решили не присваивать букву B , так как она уже использовалась в цветовой модели RGB как синий, поэтому и дали ей последнюю букву от слова blacK . Но сути это не меняет.

Эта модель используется как правило в полиграфии и подготовке к печати, то есть для отображения на бумаге. Опять же сразу скажу, что в наших уроках мы ей практически пользоваться не будем. Но мы ее рассмотрим. Просто хочу рассказать, почему в этой модели используется 4 цвета вместе с черным? Потому что если в модели RGB смешать все цвета, то получится черный цвет, а если все цвета смешать в модели CMY, то черного цвета не получится, максимум темнокоричневый. Кроме того, полное смешивание всех цветов может привести к деформации бумаги. Поэтому и добавили ключевой черный цвет K.

LAB

Ну и раз уж мы говорим о цветовых моделях, то я не могу не рассказать о такой мvдели как LAB. Состоит эта модель из трех параметров:

1. L uminance — освещенность. Градация идет от светлого к тёмному.
2. Цвет A - гамма цветов от зеленого до пурпурного
3. Цвет B — гамма цветов от голубого к желтому.

Как видите первые буквы параметров и составляют данную аббревиатуру. То есть данная модель предполагает смешивание двух цветов с определенной степенью освещенности. Чем примечательна эта модель, что она содержит в себе как цвета RGB, так и CMYK, да еще и градации серого, о которых мы говорили выше.

И если модель RGB отображает цвета так, как мы видим его на экране, а CMYK как на бумаге, то модель LAB соответствует человеческому зрению, т.е. как это видит обычный человек.

HSB или HSV

И напоследок зацепим еще одну модель, которая может вам повстречаться. Данная модель состоит из трёх параметров: Hue (Цветовой тон), Saturation (Насыщенность) и Brightness (Яркость)/Value (значение) цвета. В основе данной модели лежит ранее рассмотрнная RGB, но в отличие от RGB (16 млн цветов), HSB может содержать всего лишь порядка 2,5 миллионов цветов.

Часто такая модель изображается в виде цветового круга и дополнительного вертикального столбика яркости. Может вы где-то встречали? Но кроме этого в разных программах может встречаться разное представление.

В общем на этом свой обзорчик цветовых моделей я завершаю. Сразу вам скажу, что когда мы будем проходить фотошоп, то пользоваться в основном будем моделью RGB. И кстати я вам не зря дал эту информацию, так как скоро мы действительно перейдем к изучению графического редактора Adobe Photoshop. Так что не расслабляйтесь.

А на этом наше теоретическое занятие закончено. Надеюсь, что вам всё более менее было понятно. В случае чего, вы всегда можете задать вопрос в комментариях или в форме обратной связи. И не забудьте подписаться на обновления статей моего блога и тогда вы всегда будете в курсе всего интересного самые первые! Удачи вам, готовьтесь новым урокам. Пока-пока!

Мы воспринимаем окружающий мир с помощью различных факторов, один из которых — это цвет. Открывает человек глаза и видит разные цвета, а если нужно об этих цветах рассказать другому человеку, то можно сказать что-то вроде «штаны у него как спелый лимон» или «глаза у нее как ясное небо» и человеку в принципе понятно какого цвета штаны и глаза, даже если он их не видит.

То есть передать информацию о цвете от человека человеку, никакого труда не составляет. А если цветовой информацией должны оперировать не люди, а какие-нибудь технические устройства, тут вариант «глаза как ясное небо» не пойдет. Нужно какое-то иное описание цвета, понятное этим устройствам (мониторы, принтеры, фотоаппараты и т. д.). Как раз для этого и нужны цветовые модели.

Типы цветовых моделей

Существует немало цветовых моделей, наиболее часто используемые можно разделить на три группы:

• аппаратно-зависимые — цветовые модели данной группы описываю цвет применительно к конкретному, цветовоспроизводящему устройству (например монитору), - RGB, CMYK
• аппаратно-независимые — эта группа цветовых моделей для того, чтобы дать однозначную информацию о цвете - XYZ, Lab
• психологические — эти модели основываются на особенностях восприятия человека - HSB, HSV, HSL

Рассмотрим по отдельности некоторые, часто используемые, цветовые модели.

Данная цветовая модель описывает цвет источника света (сюда можно отнести например экран монитора или телевизора). Из огромного множества цветов, в качестве основных (первичных) было выделено три цвета: красный (B ed), зеленый (G reen), синий (B lue). Первые буквы названий основных цветов образовали название цветовой модели RGB.

Когда смешиваются два основных цвета, получившийся цвет осветляется: красный и зеленый дают желтый, зеленый и синий дают голубой, из синего и красного получится пурпурный. Если смешать все три основных цвета, образуется белый. Такие цвета называют­ся аддитивными.

Эту модель можно представить в виде трехмерной системы координат, где каждая отражает значение одного из основных цветов в диапазоне от нуля до максимума. Получился куб, внутри которого находятся все цвета, образующие цветовое пространство RGB.

Важные точки и линии модели RGB

• Начало координат: в этой точке значения всех основных цветов равны нулю, излучение отсутствует, т. е. это - точка черного цвета.
• В ближайшей к зрителю точке все составляющие имеют мак­симальное значение, это значит максимальное свечение - точка белого цвета.
• На линии, соединяющей эти точки (по диагонали куба), расположены оттенки серого цвета: от черного к белому. Этот диапазон иначе называют серой шкалой (Grayscale).
• Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.

Плюс этой модели состоит в том, что она описывает все 16 миллионов цветов, а минус в том, что при печати часть (самые яркие и насыщенные) этих цветов потеряется.

Так как RGB аппаратно-завиисмая модель, то одна и та же картинка на разных мониторах может отличаться по цвету, например потому что экраны этих мониторов сделаны по разным технологиям или мониторы по разному настроены.

Если предыдущая модель описывает светящиеся цвета, то CMYK наоборот, для описания цветов отраженных. Еще они называются субтрактивными («вычитательными»), потому что они остаются после вычи­тания основных аддитивных. Так как цветов для вычитания у нас три, то и основных субтрактивных цветов тоже будет три: голубой (C yan), пурпурный (M agenta), желтый (Y ellow).

Три основных цвета модели CMYK, называют полиграфической триадой. Печатая этими красками, происходит поглощение красной, зеленой и синей составляющих. В изображении CMYK каждый пиксель имеет значение процентного содержания триадных красок.

Когда смешиваем две субтрактивных краски, то результирующий цвет затемняется, а если смешать три, то должен получиться черный цвет. При нулевом значении всех красок получаем белый цвет. А когда значения всех составляющих равны - получаем серый цвет.

На деле получается, что если смешать три краски при максимальных значениях, вместо глубокого черного цвета у нас получится скорее грязный темно-коричневый. Это происходит потому, что полиграфические краски не идеальны и не могут отразить весь цветовой диапазон.

Что бы компенсировать эту проблему к этой триаде добавили четвертую краску черного цвета, она и добавила последнюю букву в названии цветовой модели С - C yan (Голубой), М - M agenta (Пурпурный), Y - Y ellow (Желтый), К - blacK (Черный). Все краски обычно обозначаются начальной буквой названия, но черную обозначили последней буквой, Почему? .

Как и RGB, CMYK тоже модель аппаратно-зависимая. Зависит конечный результат от краски, от типа бумаги, от печатной машины, от особенностей технологии печати. Поэтому одно и то же изображение в разных типографиях может быть напечатанным по разному.

Цветовая модель HSB

Если вышеописанные модели соединить в одну, то результат можно изобразить в виде цветового круга, где основные цвета моделей RGB и CMY расположены в следующей зависимости: каждый цвет находится напротив комплементарного цвета, его дополняющего и между цветами, с по­мощью которых он образован.

Чтобы усилить какой-то цвет, нужно ослабить цвет находящийся напротив (дополняющий). Например, чтобы усилить желтый, нужно ослабить синий.

Для описания цвета в данной модели есть три параметра H ue (оттенок) - показывает положение цвета на цветовом круге и обозначается величиной угла от 0 до 360 градусов, S aturation (насыщенность) - определяет чистоту цвета (уменьшение насыщенности похоже на добавлене белого цвета в исходный цвет), B rightness (яркость) - показывает освещенность или затененность цвета (уменьшение яркости похоже на добавление черной краски). Первые буквы в названии этих параметров и дали название цветовой модели.

Модель HSB хорошо согласуется с человеческим восприятием: цветовой тон - длина волны света, насыщенность - интенсивность волны, а яркость - количество света.

Минусом модели HSB является необходимость конвертировать ее в RGB для отображения на экране монитора или в CMYK для печати.

Эту модель создала Международная комиссия по освещению для того, чтобы уйти от недостатков предыдущих моделей. Было необходимо создать аппаратно независимую модель для определения цвета независящую от параметров устройства.

В модели Lab цвет представлен тремя параметрами:

• L — светлота
• a — хроматический компонент в диапазоне от зеленого до красного
• b — хроматический компонент в диапазоне от синего до желтого

При переводе цвета из какой-нибудь модели в Lab, все цвета сохраняются, так как пространство Lab самое большое. Поэтому данное пространство используют как посредника при конвертации цвета из одной модели в другую.

Цветовая модель Grayscale

Самое простое и понятное пространство используется для отображения черно-белого изображения. Цвет в данной модели описывается всего одним параметром. Значение параметра может быть в градациях (от 0 до 256) или в процентах (от 0% до 100%). Минимальное значение соответствует белому цвету, а максимальное — черному.

Индексные цвета

Вряд ли допечатнику придется работать с индексными цветами, но знать что это такое, не помешает.

Итак, когда-то давно, на заре компьютерных технологий, компьютеры могли отображать на экране не больше 256 цветов одновременно, а до этого 64 и 16 цветов. Исходя из таких условий был придуман индексный способ кодирования цвета. Каждый цвет, содержащийся в изображении, получил порядковый номер, с помощью этого номера описывался цвет всех пикселов, имеющих соответствующий цвет. Но у разных изображение наборы цветов разные и по этому пришлось в каждой картинке хранить свой набор цветов (набор цветов назвали — цветовая таблица).

Современные компьютеры (даже самые простые) способны отображать на экране 16,8 млн цветов, поэтому нет особой необходимости в использовании индексных цветов. Но с развитием интернета эта модель вновь используется. Все потому, что такой файл может иметь гораздо меньший размер.

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).

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 пространств, соответствующих «усредненному» монитору. К таким относятся, например, sRGB и Adobe RGB.

Варианты этого цветового пространства отличаются разными оттенками основных цветов, разной цветовой температурой , разным показателем гамма-коррекции .

Представление базисных цветов RGB согласно рекомендациям ITU , в пространстве 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 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

RGB-цветовая модель представленная в виде куба

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

COLORREF

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

0x00bbggrr

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

Определить переменную типа COLORREF можно следующим образом:

COLORREF C = (b,g,r);

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

Цветовая модель RGB

Данный вид цветовой модели базируется на трех основных цветах, смешение которых в различных пропорциях дает все остальные. Причем данные используемые краски отражены в названии модели: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) – RGB.

Цветовая модель RGB складывается субтрактивно. Дело в том, что полное сочетание всех трех цветов в их "чистом" виде, дает в итоге белый. Сама же модель относится к аддитивным цветовым моделям, потому как цвета получаются добавлением к черному.

Кодировка цветовой модели RGB происходит по трем каналам, каждый из которых имеет диапазон возможных принимаемых значений, равный 256 (от 0 до 255). В итоге, не сложно посчитать, что данная компьютерная цветовая модель сможет смоделировать 256*3 = 16777216 различных оттенков.

Цветовая модель CMYK

Данная цветовая модель имеет в своем основании 4 базовых цвета, также аббревиатурно заложенных в название: голубой (Cyan), малиновый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (blacК). Для черного выбрали последнюю букву, так как В была уже занята синим цветом в модели RGB.

Их смешение происходит аддитивно, но образование имеет субтрактивную основу: они получаются путем вычитания цветов из белого (например, пурпурный выходит вычитанием зеленого и т.п.). Именно поэтому субтрактивную цветовую модель иногда еще называют исключающей.

Цветовая модель CMYK является основной в полиграфии. Она часто применяется в цветных принтерах и плоттерах. При этом необходимо отметить, что цветовая модель CMYK по сравнению с RGB имеет меньшее количество получаемых оттенков. Это необходимо учитывать при конвертации.

Более подробно о данной цветовой модели в компьютерной графике мы расскажем на странице нашей статьи: "Цветовая модель CMYK".

Цветовая модель HSB (HSV)

Если рассматривать данную цветовую модель, то в первую очередь бросается в глаза ее сходство с RGB. Базовые цвета этих моделей совпадают. Зачем же тогда было создавать новую модель?

На самом деле цветовая модель HSB имеет совсем иную систему координат. В ее основе лежат такие параметры, как тон (Hue), насыщенность (Saturation) и яркость (Brightness/Value). В цветовой модели HSV множество получаемых цветов представляет собой шестиугольник, все шесть вершин которого являются пиком одного из основных цветов: красный, зеленый, синий (RGB), голубой, малиновый, желтый (CYM). Черный цвет выведен в качестве вершины конуса. Он регулируется таким параметром, как яркость.

Цветовая модель HSV более ориентирована на интуитивное понятие человека о цвете и тоне.

Цветовая модель HSL

Такая компьютерная цветовая модель по своей основе похожа на HSB (HSV). Но ее основными параметрами являются: тон (Hue), светлота (Lightness) и насыщенность (Brightness/Value). Если представить цветовую модель HSL в виде фигуры, то это будет двойной (отраженный) шестигранный конус. Его основанием, как и у HSB (HSV), служат базовые цвета, а вершинами: белый цвет, регулируемый насыщенностью, и черный, характеризуемый светлотой.

Таким образом, цветовая модель HSL является одним из наиболее ярких примеров интуитивных понятий тона, насыщенности и яркости (светлоты).

В основе этого цветового пространства лежит уже знакомое нам радужное кольцо RGB. Цвет управляется изменением таких параметров, как:

Hue - оттенок или тон;

Saturation - насыщенность цвета;

Brightness - яркость.

Параметр hue - это цвет. Определяется градусами от 0 до 360 исходя из цветов радужного кольца.

Параметр saturation - процент добавления к этому цвету белой краски имеет значение от 0% до 100%.

Параметр Brightness - процент добавления черной краски так же изменяется от 0% до 100%.

Принцип похож на одно из представлений света с точки зрения изобразительного искусства. Когда в уже имеющиеся цвета добавляют белую или черную краску.

Это самая простая для понимания цветовая модель, поэтому ее очень любят многие web-дизайнеры. Однако она имеет ряд недостатков:

Глаз человека воспринимает цвета радужного кольца, как цвета, имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В цветовой модели HSB все цвета этого круга считаются обладающими яркостью в 100%, что, к сожалению, не соответствует действительности.

Так как в её основе лежит цветовая модель RGB, она, все же является аппаратно-зависимой.

Эта цветовая модель конвертируется для печати в CMYK и конвертируется в RGB для отображения на мониторе. Так что догадаться, каким у вас в конечном счете получится цвет бывает весьма проблематично.

Аналогична этой модели цветовая модель HLS (расшифровка: hue, lightness, saturation).

Иногда используются для коррекции света и цвета в изображении.

Цветовая модель LAB

Данная компьютерная цветовая модель является аппаратно-независимой. Это позволяет ей служить стандартом для оптимизации других моделей с целью получения предсказуемого цвета на различных устройствах (сканнер, принтер, монитор). Цветовая модель LAB является трехканальной. При этом, изменение цветов происходит по таким параметрам, как а – от зеленого к красному и b – от синего к желтому. Яркость цвета в данной цветовой модели отделена от параметров а и b. Это делает более удобным регулировку яркости, резкости и тона.

Цветовая модель LAB позволяет оптимизировать растровый файл под различные устройства и привести их визуализацию к одному цвету.

В данной статье мы рассказали вам об основных цветовых моделях в компьютерной графике, описали их особенности и возможности, выделили наиболее значимые характеристики и параметры. Теперь вы сможете попробовать самостоятельно "поиграть" с цветами и цветовыми моделями в любой графической программе. Удачных вам экспериментов и ярких свершений!

Аппаратно-зависимые и аппаратно-независимые цветовые модели

Цветовые модели CMYK и RGB являются аппаратно-зависимыми, то есть они зависят от способа передачи нам цвета. Они указывают конкретному устройству, как использовать соответствующие им красители, но не имеют сведений о восприятии конечного цвета человеком. В зависимости от настроек яркости, контрастности и резкости монитора компьютера, освещенности помещения, угла, под которым мы смотрим на монитор, цвет с одними и теми же параметрами RGB воспринимается нами по-разному. А восприятие человеком цвета в цветовой модели "CMYK" зависит от еще большего ряда условий, таких как свойства запечатываемого материала (например, глянцевая бумага впитывает меньше краски, чем матовая, соответственно цвета на ней получаются более яркие и насыщенные), особенности краски, влажности воздуха, при котором сохла бумага, характеристик печатного станка…

Чтобы передать человеку более достоверную информацию о цвете, к аппаратно-зависимым цветовым моделям прикрепляют так называемые цветовые профили. Каждый из такого профиля содержит информацию о конкретном способе передачи человеку цвета и регулирует конечный цвет с помощью добавления или изъятия из какого-либо составляющего первоначального цвета параметров. Например, для печати на глянцевой пленке используется цветовой профиль, убирающий 10% Cyan и добавляющий 5% Yellow к первоначальному цвету, из-за особенностей конкретной печатной машины, самой пленки и прочих условий. Однако даже прикрепленные профили не решают всех проблем передачи нам цвета.

Аппаратно-независимые цветовые модели не несут в себе сведений для передачи цвета человеку. Они математически описывают цвет, воспринимаемый человеком с нормальным цветным зрением.

Я по образованию программист, но по работе мне пришлось столкнуться с обработкой изображений. И тут для меня открылся удивительный и неизведанный мир цветовых пространств. Не думаю, что дизайнеры и фотографы узнают для себя что-то новое, но, возможно, кому-нибудь это знание окажется, как минимум полезно, а в лучшем случае интересно.

Основная задача цветовых моделей – сделать возможным задание цветов унифицированным образом. По сути цветовые модели задают определённые системы координат, которые позволяют однозначно определить цвет.

Наиболее популярными на сегодняшний день являются следующие цветовые модели: RGB (используется в основном в мониторах и камерах), CMY(K) (используется в полиграфии), HSI (широко используется в машинном зрении и дизайне). Существует множество других моделей. Например, CIE XYZ (стандартные модели), YCbCr и др. Далее дан краткий обзор этих цветовых моделей.

Цветовой куб RGB

Из закона Грассмана возникает идея аддитивной (т.е. основанной на смешении цветов от непосредственно излучающих объектов) модели цветовоспроизведения. Впервые подобная модель была предложена Джеймсом Максвеллом в 1861 году, но наибольшее распространение она получила значительно позже.

В модели RGB (от англ. red – красный, green – зелёный, blue – голубой) все цвета получаются путём смешения трёх базовых (красного, зелёного и синего) цветов в различных пропорциях. Доля каждого базового цвета в итоговом может восприниматься, как координата в соответствующем трёхмерном пространстве, поэтому данную модель часто называют цветовым кубом. На Рис. 1 представлена модель цветового куба.

Чаще всего модель строится так, чтобы куб был единичным. Точки, соответствующие базовым цветам, расположены в вершинах куба, лежащих на осях: красный – (1;0;0), зелёный – (0;1;0), синий – (0;0;1). При этом вторичные цвета (полученные смешением двух базовых) расположены в других вершинах куба: голубой - (0;1;1), пурпурный - (1;0;1) и жёлтый – (1;1;0). Чёрный и белые цвета расположены в начале координат (0;0;0) и наиболее удалённой от начала координат точке (1;1;1). Рис. показывает только вершины куба.

Цветные изображения в модели RGB строятся из трёх отдельных изображений-каналов. В Табл. показано разложение исходного изображения на цветовые каналы.

В модели RGB для каждой составляющей цвета отводится определённое количество бит, например, если для кодирования каждой составляющей отводить 1 байт, то с помощью этой модели можно закодировать 2^(3*8)≈16 млн. цветов. На практике такое кодирование избыточно, т.к. большинство людей не способно различить такое количество цветов. Часто ограничиваются т.н. режимом «High Color» в котором на кодирование каждой компоненты отводится 5 бит. В некоторых приложениях используют 16-битный режим в котором на кодирование R и B составляющих отводится по 5 бит, а на кодирование G составляющей 6 бит. Этот режим, во-первых, учитывает более высокую чувствительность человека к зелёному цвету, а во-вторых, позволяет более эффективно использовать особенности архитектуры ЭВМ. Количество бит, отводимых на кодирование одного пиксела называется глубиной цвета. В Табл. приведены примеры кодирования одного и того же изображения с разной глубиной цвета.

Субтрактивные модели CMY и CMYK

Субтрактивная модель CMY (от англ. cyan - голубой, magenta - пурпурный, yellow - жёлтый) используется для получения твёрдых копий (печати) изображений, и в некотором роде является антиподом цветового RGB-куба. Если в RGB модели базовые цвета – это цвета источников света, то модель CMY – это модель поглощения цветов.

Например, бумага, покрытая жёлтым красителем не отражает синий свет, т.е. можно сказать, что жёлтый краситель вычитает из отражённого белого света синий. Аналогично голубой краситель вычитает из отражённого света красный, а пурпурный краситель вычитает зелёный. Именно поэтому данную модель принято называть субтрактивной. Алгоритм перевода из модели RGB в модель CMY очень прост:

При этом предполагается, что цвета RGB находятся в интервале . Легко заметить, что для получения чёрного цвета в модели CMY необходимо смешать голубой, пурпурный и жёлтый в равных пропорциях. Этот метод имеет два серьёзных недостатка: во-первых, полученный в результате смешения чёрный цвет будет выглядеть светлее «настоящего» чёрного, во-вторых, это приводит к существенным затратам красителя. Поэтому на практике модель СMY расширяют до модели CMYK, добавляя к трём цветам чёрный (англ. black).

Цветовое пространство тон, насыщенность, интенсивность (HSI)

Рассмотренные ранее цветовые модели RGB и CMY(K) весьма просты в плане аппаратной реализации, но у них есть один существенный недостаток. Человеку очень тяжело оперировать цветами, заданными в этих моделях, т.к. человек, описывая цвета, пользуется не содержанием в описываемом цвете базовых составляющих, а несколько иными категориями.

Чаще всего люди оперируют следующими понятиями: цветовой тон, насыщенность и светлота. При этом, говоря о цветовом тоне, обычно имеют в виду именно цвет. Насыщенность показывает насколько описываемый цвет разбавлен белым (розовый, например, это смесь красного и белого). Понятие светлоты наиболее сложно для описания, и с некоторыми допущениями под светлотой можно понимать интенсивность света.

Если рассмотреть проекцию RGB-куба в направлении диагонали белый-чёрный, то получится шестиугольник:

Все серые цвета (лежащие на диагонали куба) при этом проецируются в центральную точку. Чтобы с помощью этой модели можно было закодировать все цвета, доступные в RGB-модели, необходимо добавить вертикальную ось светлоты (или интенсивности) (I). В итоге получается шестигранный конус:

При этом тон (H) задаётся углом относительно оси красного цвета, насыщенность (S) характеризует чистоту цвета (1 означает совершенно чистый цвет, а 0 соответствует оттенку серого). Важно понимать, что тон и насыщенность не определены при нулевой интенсивности.

Алгоритм перевода из RGB в HSI можно выполнить, воспользовавшись следующими формулами:

Цветовая модель HSI очень популярна среди дизайнеров и художников, т.к. в этой системе обеспечивается непосредственный контроль тона, насыщенности и яркости. Эти же свойства делают эту модель очень популярной в системах машинного зрения. В Табл. показано изменение изображения при увеличении и уменьшении интенсивности, тона (выполняется поворот на ±50°) и насыщенности.

Модель CIE XYZ

С целью унификации была разработана международная стандартная цветовая модель. В результате серии экспериментов международная комиссия по освещению (CIE) определила кривые сложения основных (красного, зелёного и синего) цветов. В этой системе каждому видимому цвету соответствует определённое соотношение основных цветов. При этом, для того, чтобы разработанная модель могла отражать все видимые человеком цвета пришлось ввести отрицательное количество базовых цветов. Чтобы уйти от отрицательных значений CIE, ввела т.н. нереальные или мнимые основные цвета: X (мнимый красный), Y (мнимый зелёный), Z (мнимый синий).

При описании цвета значения X,Y,Z называют стандартными основными возбуждениями, а полученные на их основе координаты – стандартными цветовыми координатами. Стандартные кривые сложения X(λ),Y(λ),Z(λ) (см. Рис.) описывают чувствительность среднестатистического наблюдателя к стандартным возбуждениям:

Помимо стандартных цветовых координат часто используют понятие относительных цветовых координат, которые можно вычислить по следующим формулам:

Легко заметить, что x+y+z=1, а это значит, что для однозначного задания относительных координат достаточно любой пары значений, а соответствующее цветовое пространство может быть представлено в виде двумерного графика:

Множество цветов, задаваемое таким способом, называют треугольником CIE.
Легко заметить, что треугольник CIE описывает только цветовой тон, но никак не описывает яркость. Для описания яркости вводят дополнительную ось, проходящую через точку с координатами (1/3;1/3) (т.н. точку белого). В результате получают цветовое тело CIE (см. Рис.):

Это тело содержит все цвета, видимые среднестатистическим наблюдателем. Основным недостатком этой системы является то, что используя её, мы можем констатировать только совпадение или различие двух цветов, но расстояние между двумя точками этого цветового пространства не соответствует зрительному восприятию различия цветов.

Модель CIELAB

Основной целью при разработке CIELAB было устранение нелинейности системы CIE XYZ с точки зрения человеческого восприятия. Под аббревиатурой LAB обычно понимается цветовое пространство CIE L*a*b*, которое на данный момент является международным стандартом.

В системе CIE L*a*b координата L означает светлоту (в диапазоне от 0 до 100), а координаты a,b – означают позицию между зелёным-пурпурным, и синим-жёлтым цветами. Формулы для перевода координат из CIE XYZ в CIE L*a*b* приведены ниже:

где (Xn,Yn,Zn) – координаты точки белого в пространстве CIE XYZ, а

На Рис. представлены срезы цветового тела CIE L*a*b* для двух значений светлоты:

По сравнению с системой CIE XYZ Евклидово расстояние (√((L1-L2)^2+(a1^*-a2^*)^2+(b1^*-b2^*)^2)) в системе CIE L*a*b* значительно лучше соответствует цветовому различию, воспринимаемому человеком, тем не менее, стандартной формулой цветового различия является чрезвычайно сложная CIEDE2000.

Телевизионные цветоразностные цветовые системы

В цветовых системах YIQ и YUV информация о цвете представляется в виде сигнала яркости (Y) и двух цветоразностных сигналов (IQ и UV соответственно).

Популярность этих цветовых систем обусловлена в первую очередь появлением цветного телевидения. Т.к. компонента Y по сути содержит исходное изображение в градациях серого, сигнал в системе YIQ мог быть принят и корректно отображён как на старых чёрно-белых телевизорах, так и на новых цветных.

Вторым, возможно более важным плюсом, этих пространств является разделение информации о цвете и яркости изображения. Дело в том, что человеческий глаз весьма чувствителен к изменению яркости, и значительно менее чувствителен к изменению цветности. Это позволяет передавать и хранить информацию о цветности с пониженной глубиной. Именно на этой особенности человеческого глаза построены самые популярные на сегодняшний день алгоритмы сжатия изображений (в т.ч. jpeg). Для перевода из пространства RGB в YIQ можно воспользоваться следующими формулами: