Цветовая модель

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Цветная модель»  -  новости  · газеты  · книги  · научный сотрудник  · JSTOR ( сентябрь 2007 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Цветовая модель является абстрактным математическая модель , описывающая способ цвета могут быть представлены в виде наборов чисел, обычно в виде трех или четырех значений или цветовых компонентов. Когда эта модель связана с точным описанием того, как компоненты должны интерпретироваться (условия просмотра и т. Д.), Результирующий набор цветов называется « цветовым пространством ». В этом разделе описаны способы моделирования цветового зрения человека .

Трехцветное цветовое пространство [ править ]

Трехмерное представление цветового пространства человека.

Можно представить это пространство как область в трехмерном евклидовом пространстве, если отождествить оси x , y и z со стимулами для длинных волн ( L ), средних длин волн ( M ) и коротких волн ( S ) световые рецепторы . Начало координат ( S , M , L ) = (0,0,0) соответствует черному цвету. У белых нет определенной позиции на этой диаграмме; скорее, он определяется в соответствии с цветовой температурой или балансом белого по желанию или в зависимости от окружающего освещения. Цветовое пространство человека представляет собой конус в форме подковы, такой как показано здесь (см. ТакжеДиаграмма цветности CIE ниже), простирающаяся от начала координат до бесконечности. На практике человеческие цветовые рецепторы будут насыщаться или даже повреждаться при чрезвычайно высокой интенсивности света, но такое поведение не является частью цветового пространства CIE, как и изменение восприятия цвета при низких уровнях освещенности (см. Кривую Круитхофа ). Наиболее насыщенные цвета расположены на внешнем крае области, а более яркие цвета находятся дальше от начала координат. Что касается реакции рецепторов глаза, то не существует такого понятия, как «коричневый» или «серый» свет. Последние названия цветов относятся к оранжевому и белому свету соответственно, с интенсивностью ниже, чем свет из окружающих областей. Это можно увидеть, посмотрев на экрандиапроектор во время встречи: человек видит черные буквы на белом фоне, хотя «черный» фактически не стал темнее белого экрана, на который он проецировался до включения проектора. «Черные» области на самом деле не стали темнее, а выглядят «черными» по сравнению с более интенсивным «белым», проецируемым на экран вокруг них. Смотрите также постоянство цвета .

Человеческое трехцветное пространство обладает тем свойством, что аддитивное смешение цветов соответствует сложению векторов в этом пространстве. Это упрощает, например, описание возможных цветов ( гаммы ), которые могут быть построены из красных, зеленых и синих основных цветов на экране компьютера.

Цветовое пространство CIE XYZ [ править ]

Одним из первых математически определенных цветовых пространств является цветовое пространство CIE XYZ (также известное как цветовое пространство CIE 1931), созданное Международной комиссией по освещению в 1931 году. Эти данные были измерены для людей-наблюдателей и поля зрения 2 градуса. В 1964 году были опубликованы дополнительные данные для 10-градусного поля зрения.

Обратите внимание, что табличные кривые чувствительности имеют определенную произвольность. Формы отдельных кривых чувствительности по осям X, Y и Z могут быть измерены с достаточной точностью. Однако общая функция светимости(который на самом деле представляет собой взвешенную сумму этих трех кривых) является субъективным, поскольку он включает в себя вопрос испытуемого, имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если они совершенно разных цветов. Таким же образом произвольно выбираются относительные величины кривых X, Y и Z, чтобы получить равные площади под кривыми. Можно также определить допустимое цветовое пространство с кривой чувствительности X, которая имеет вдвое большую амплитуду. Это новое цветовое пространство будет иметь другую форму. Кривые чувствительности в цветовом пространстве xyz CIE 1931 и 1964 масштабированы, чтобы иметь равные площади под кривыми.

Иногда цвета XYZ представлены координатами яркости, Y и цветности x и y , определяемыми следующим образом:

${\ Displaystyle х = {\ гидроразрыва {X} {X + Y + Z}}}$ и ${\ Displaystyle у = {\ гидроразрыва {Y} {X + Y + Z}}}$

Математически x и y являются проективными координатами, а цвета диаграммы цветности занимают область реальной проективной плоскости . Поскольку кривые чувствительности CIE имеют равные площади под кривыми, свет с плоским энергетическим спектром соответствует точке ( x , y ) = (0,333,0,333).

Значения для X , Y и Z получаются путем интегрирования произведения спектра светового луча и опубликованных функций согласования цветов.

Аддитивные и субтрактивные цветовые модели [ править ]

Цветовая модель RYB [ править ]

Цветовая модель RGB [ править ]

Среды, передающие свет (например, телевидение), используют аддитивное смешение цветов с основными цветами - красным , зеленым и синим , каждый из которых стимулирует один из трех типов цветовых рецепторов глаза с минимальной стимуляцией двух других. Это называется цветовым пространством « RGB ». Смеси света этих основных цветов покрывают большую часть цветового пространства человека и, таким образом, создают большую часть цветового восприятия человека. Вот почему цветные телевизоры или цветные компьютерные мониторы должны воспроизводить только смесь красного, зеленого и синего света. См. Добавочный цвет .

В принципе можно использовать и другие основные цвета, но с красным, зеленым и синим может быть захвачена самая большая часть цветового пространства человека . К сожалению, нет точного консенсуса относительно того, какие локусы на диаграмме цветности должны иметь красный, зеленый и синий цвета, поэтому одни и те же значения RGB могут давать немного разные цвета на разных экранах.

Цветовые модели CMY и CMYK [ править ]

Комбинируя голубой , пурпурный и желтый прозрачные красители / чернила на белой подложке, можно получить широкий диапазон цветов, видимых человеком . Это субтрактивные основные цвета . Часто четвертые чернила, черные , добавляются для улучшения воспроизведения некоторых темных цветов. Это называется цветовым пространством CMY или CMYK.

Голубые чернила поглощают красный свет, но отражают зеленый и синий, пурпурные чернила поглощают зеленый свет, но отражают красный и синий, а желтые чернила поглощают синий свет, но отражают красный и зеленый. Белая подложка отражает проходящий свет обратно к зрителю. Поскольку на практике чернила CMY, подходящие для печати, также отражают немного цвета, что делает невозможным глубокий и нейтральный черный цвет, компонент K (черные чернила), обычно печатаемый в последнюю очередь, необходим для компенсации их недостатков. Использование отдельных черных чернил также является экономически выгодным, когда ожидается большое количество черного содержимого, например, на текстовых носителях, чтобы уменьшить одновременное использование трех цветных чернил. Красители, используемые в традиционных цветных фотопринтах и слайдах. намного более прозрачны, поэтому компонент K обычно не требуется и не используется в этих средах.

Цветовые модели с цилиндрическими координатами [ править ]

Существует ряд цветовых моделей, в которых цвета вписываются в конические , цилиндрические или сферические формы, с нейтральными оттенками, идущими от черного к белому вдоль центральной оси, и оттенками, соответствующими углам по периметру. Устройства этого типа восходят к 18 веку и продолжают развиваться в соответствии с самыми современными и научными моделями.

Фон [ править ]

Разные теоретики цвета разработали уникальные цветные твердые тела . Многие из них имеют форму сферы , тогда как другие представляют собой искривленные трехмерные эллипсоидные фигуры - эти вариации разработаны для более четкого выражения некоторых аспектов взаимосвязи цветов. Цветные сферы, придуманные Филиппом Отто Рунге и Йоханнесом Иттеном, являются типичными примерами и прототипами для многих других схем цветных твердых тел. ^[1] Модели Runge и Itten в основном идентичны и составляют основу описания ниже.

Чистые, насыщенные оттенки равной яркости расположены вокруг экватора на периферии цветовой сферы. Как и в цветовом круге, контрастирующие (или дополнительные) оттенки расположены друг напротив друга. Двигаясь к центру цветовой сферы на экваториальной плоскости, цвета становятся все менее и менее насыщенными, пока все цвета не встретятся на центральной оси как нейтральный серый . При вертикальном перемещении по цветовой сфере цвета становятся светлее (вверх) и темнее (внизу). На верхнем полюсе все оттенки встречаются в белом; на нижнем полюсе все оттенки встречаются в черном цвете.

Таким образом, вертикальная ось цветной сферы является серой по всей ее длине, от черного внизу до белого вверху. Все чистые (насыщенные) оттенки расположены на поверхности сферы, от светлых до темных по цветовой сфере. Все нечистоты (ненасыщенные оттенки, созданные смешением контрастных цветов) составляют внутреннюю часть сферы, также меняя яркость сверху вниз.

HSL и HSV [ править ]

HSL и HSV имеют цилиндрическую геометрию с оттенком, их угловым размером, начиная с красного основного цвета при 0 °, проходя через зеленый основной элемент под углом 120 ° и синий основной элемент под углом 240 °, а затем снова переходя в красный цвет под углом 360 °. В каждой геометрии центральная вертикальная ось содержит нейтральный , ахроматический или серый цвета, в диапазоне от черного при яркости 0 или значении 0 (внизу) до белого при яркости 1 или значении 1 (вверху).

Большинство телевизоров, компьютерных дисплеев и проекторов воспроизводят цвета, комбинируя красный, зеленый и синий свет разной интенсивности - так называемые аддитивные основные цвета RGB . Однако соотношение между составляющими количествами красного, зеленого и синего света и результирующим цветом не интуитивно понятно, особенно для неопытных пользователей, а также для пользователей, знакомых с субтрактивным смешиванием цветов красок или традиционных моделей художников, основанных на оттенках и оттенках.

Пытаясь приспособить более традиционные и интуитивно понятные модели смешения цветов, пионеры компьютерной графики в PARC и NYIT разработали ^{[ требуется дальнейшее объяснение ]} модель HSV в середине 1970-х годов, формально описанную Элви Рэем Смитом ^[3] в августовском выпуске журнала 1978 г. Компьютерная графика . В том же выпуске Джоблав и Гринберг ^[4] описали модель HSL, в измерениях которой они обозначили оттенок , относительную цветность и интенсивность, и сравнили ее с HSV. Их модель была больше основана на том, как цвета организованы и концептуализированы в человеческом видении.с точки зрения других цветовых атрибутов, таких как оттенок, легкость и цветность; а также традиционные методы смешивания цветов - например, в живописи - которые включают смешивание ярко окрашенных пигментов с черным или белым для получения более светлых, темных или менее ярких цветов.

В следующем, 1979 году, на выставке SIGGRAPH компания Tektronix представила графические терминалы, использующие HSL для обозначения цветов, и Комитет по стандартам компьютерной графики рекомендовал это в своем годовом отчете о состоянии дел. Эти модели были полезны не только потому, что они были более интуитивно понятными, чем необработанные значения RGB, но и потому, что преобразования в и из RGB были чрезвычайно быстрыми для вычисления: они могли выполняться в реальном времени на оборудовании 1970-х годов. Следовательно, с тех пор эти и аналогичные модели стали повсеместными в программном обеспечении для редактирования изображений и графики.

Цветовая система Манселла [ править ]

Другой влиятельной старой цилиндрической цветовой моделью является цветовая система Манселла начала 20-го века . Альберт Манселл начал со сферической компоновки в своей книге 1905 года A Color Notation , но он хотел правильно разделить цветообразующие атрибуты на отдельные измерения, которые он назвал оттенком , значением и насыщенностью , и после тщательных измерений перцептивных реакций он понял что никакая симметричная форма не годится, поэтому он реорганизовал свою систему в комковатую каплю. ^{[5] [6] [A]}

Система Манселла стала чрезвычайно популярной, де-факто эталоном американских стандартов цвета - использовалась не только для определения цвета красок и мелков, но также, например, электрического провода, пива и цвета почвы - потому что она была организована на основе измерений восприятия, определения цветов с помощью легко узнал и систематическая тройку чисел, так как цветные фишки продаются в Munsell книге цвета охватывают широкий диапазон и остаются стабильным в течение долгого времени (а не угасание), и потому , что он был фактически продаваемая компанией MUNSELL в . В 1940-х годах Оптическое общество Америкипроизвел обширные замеры и скорректировал расположение цветов Манселла, выпустив набор «ренотаций». Проблема с системой Munsell для приложений компьютерной графики заключается в том, что ее цвета не задаются с помощью какого-либо набора простых уравнений, а только с помощью ее основных измерений: фактически справочной таблицы . Преобразование из RGB ↔ Munsell требует интерполяции между записями этой таблицы и является чрезвычайно затратным с точки зрения вычислений по сравнению с преобразованием из RGB ↔ HSL или RGB ↔ HSV, которое требует всего лишь нескольких простых арифметических операций. ^{[7] [8] [9] [10]}

Система естественного цвета [ править ]

Шведская система естественной окраски (NCS), широко используемая в Европе, использует тот же подход, что и биконус Оствальда (справа). Поскольку он пытается вписать цвет в твердое тело знакомой формы на основе « феноменологических », а не фотометрических или психологических характеристик, он страдает некоторыми из тех же недостатков, что и HSL и HSV: в частности, его размерность легкости отличается от воспринимаемой легкости, потому что она заставляет красочные желтый, красный, зеленый и синий в плоскости. ^[11]

Круг цвета Preucil [ править ]

В денситометрии модель, очень похожая на оттенок, определенный выше, используется для описания цветов технологических красок CMYK . В 1953 году Фрэнк Пресил разработал две геометрические схемы оттенков, «круг оттенка Preucil» и «шестиугольник оттенка Preucil», аналогичные нашим H и H ₂ , соответственно, но определенные относительно идеализированных цветов чернил голубого, желтого и пурпурного. «Ошибка оттенка Preucil » чернил указывает разницу в «круге оттенков» между его цветом и оттенком соответствующего идеализированного цвета чернил. Серости из чернил м / М , где т и Мявляются минимальным и максимальным количеством идеализированных голубого, пурпурного и желтого цветов при измерении плотности. ^[12]

CIELCH _uv и CIELCH _ab [ править ]

Международная комиссия по освещению (МКО) разработала модель XYZ для описания цвета светового спектра в 1931 году, но его цель состояла в том, чтобы соответствовать визуальной человеческой метамерии , а не быть перцептивно однородной, в геометрической прогрессии. В 1960-х и 1970-х годах были предприняты попытки преобразовать цвета XYZ в более подходящую геометрию под влиянием системы Манселла. Кульминацией этих усилий стали модели CIELUV и CIELAB 1976 года . Размеры этих моделей - ( L *, u *, v *) и ( L *, a *, b *)соответственно - декартовы, основаны на теории цвета процесса оппонента , но оба также часто описываются с использованием полярных координат - ( L *, C * _uv , h * _uv ) и ( L *, C * _ab , h * _ab ) соответственно, где L * - яркость, C * - цветность, а h * - угол оттенка. Официально CIELAB и CIELUV были созданы для их показателей цветового различия ∆ E * _ab и ∆ E* _uv , в частности, для определения допусков по цвету, но обе стали широко использоваться в качестве систем порядка цвета и моделей внешнего вида цвета, в том числе в компьютерной графике и компьютерном зрении. Например, отображение гаммы в управлении цветом ICC обычно выполняется в пространстве CIELAB, а Adobe Photoshop включает режим CIELAB для редактирования изображений. Геометрии CIELAB и CIELUV гораздо более актуальны для восприятия, чем многие другие, такие как RGB, HSL, HSV, YUV / YIQ / YCbCr или XYZ, но они не идеальны с точки зрения восприятия и, в частности, имеют проблемы с адаптацией к необычным условиям освещения. ^{[7] [13] [14] [11] [15] [16] [B]}

HCL цветовое пространство кажется синонимом CIELCH.

CIECAM02 [ править ]

Самая последняя модель CIE, CIECAM02 (CAM означает «модель цветного внешнего вида»), более сложна с теоретической и вычислительной точек зрения, чем предыдущие модели. Его цель - исправить несколько проблем с такими моделями, как CIELAB и CIELUV, и объяснить не только реакции в тщательно контролируемых экспериментальных средах, но и смоделировать цветовые эффекты реальных сцен. Его размеры J (яркость), C (цветность) и h (оттенок) определяют геометрию в полярных координатах. ^{[7] [11]}

Цветовые системы [ править ]

Существуют различные типы цветовых систем, которые классифицируют цвета и анализируют их эффекты. Американская система цветов Манселла, разработанная Альбертом Х. Манселлом, является известной классификацией, которая объединяет различные цвета в одно цветное твердое тело на основе оттенка, насыщенности и значения. Другие важные цветовые системы включают в себя шведскую систему Natural Color (NCS), в Оптического общества Америки «s Uniform Color Space (OSA-UCS), и венгерский Coloroid систему , разработанную Antal Nemcsics из Будапештского университета технологии и экономики . Из них NCS основан на процессе оппонента.цветовая модель, в то время как Munsell, OSA-UCS и Coloroid пытаются смоделировать однородность цвета. Американские коммерческие системы подбора цветов Pantone и German RAL отличаются от предыдущих тем, что их цветовые пространства не основаны на базовой цветовой модели.

Другое использование «цветовой модели» [ править ]

Модели механизма цветового зрения [ править ]

Мы также используем «цветовую модель» для обозначения модели или механизма цветового зрения для объяснения того, как цветовые сигналы обрабатываются от зрительных колбочек до ганглиозных клеток. Для простоты мы называем эти модели цветными моделями механизмов. Классические цветовые модели механизма Young - Гельмгольц «s трехцветная модель и Геринг » s модель оппонента-процесс . Хотя первоначально считалось, что эти две теории противоречат друг другу, позже стало понятно, что механизмы, ответственные за цветовую противоположность, получают сигналы от трех типов колбочек и обрабатывают их на более сложном уровне. ^[17]

Эволюция цветового зрения позвоночных [ править ]

Позвоночные животные были примитивно четырехцветными . Они обладали четырьмя типами колбочек: длинными, средними, коротковолновыми и чувствительными к ультрафиолету. Сегодня рыбы, земноводные, рептилии и птицы - все четырехцветные. Плацентарные млекопитающие потеряли как средние, так и коротковолновые колбочки. Таким образом, большинство млекопитающих не имеют сложное цветовое зрения, они двухцветные , но они чувствительны к ультрафиолетовому свету, хотя они не могут видеть его цвета. Человеческое трехцветное цветовое зрение - недавняя эволюционная новинка, впервые появившаяся у общего предка приматов Старого Света. Наше трехцветное цветовое зрение развилось за счет дублирования опсина, чувствительного к длинной длине волны., обнаруженный на Х-хромосоме. Одна из этих копий эволюционировала и стала чувствительной к зеленому свету и представляет собой опсин средней длины волны. В то же время наш коротковолновый опсин произошел из ультрафиолетового опсина наших предков позвоночных и млекопитающих.

Человек красно-зеленый цвета слепота происходит потому , что две копии красных и зеленых гены Opsin остаются в непосредственной близости от Й - хромосомы. Из-за частой рекомбинации во время мейоза эти пары генов могут легко перестраиваться, создавая версии генов, не обладающие отчетливой спектральной чувствительностью.

См. Также [ править ]

• Цвет модели внешнего вида
• Сравнение цветовых моделей в компьютерной графике
• Цветовая модель RGBW
• Цветовая модель RGBY

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Фэйрчайлд, Марк Д. (2005). Модели внешнего вида (2-е изд.). Эддисон-Уэсли. Эта книга не обсуждает конкретно HSL или HSV, но является одним из наиболее удобочитаемых и точных ресурсов по современной науке о цвете.
• Joblove, Джордж H .; Гринберг, Дональд (август 1978 г.). «Цветовые пространства для компьютерной графики» . Компьютерная графика . 12 (3): 20–25. CiteSeerX  10.1.1.413.9004 . DOI : 10.1145 / 965139.807362 . Работа Джоблава и Гринберга была первой, описывающей модель HSL, которую она сравнивает с HSV.
• Куехни, Рольф Г. (2003). Цветовое пространство и его подразделения: порядок цвета от античности до наших дней . Нью-Йорк: Вили. ISBN 978-0-471-32670-0. В этой книге только кратко упоминаются HSL и HSV, но она представляет собой исчерпывающее описание систем порядка цвета на протяжении истории.
• Левковиц, Хаим; Герман, Габор Т. (1993). «GLHS: Обобщенная цветовая модель яркости, оттенка и насыщенности». CVGIP: Графические модели и обработка изображений . 55 (4): 271–285. DOI : 10.1006 / cgip.1993.1019 .В этой статье объясняется, как HSL и HSV, а также другие аналогичные модели можно рассматривать как конкретные варианты более общей модели «GLHS». Левковиц и Герман предоставляют псевдокод для преобразования из RGB в GLHS и обратно.
• Макэвой, Брюс (январь 2010 г.). «Цветовое зрение» . handprint.com .. Особенно разделы о «Современные цветовые модели» и «Современная теория цвета» . Обширный сайт MacEvoy о науке о цвете и смешивании красок - один из лучших ресурсов в Интернете. На этой странице он объясняет атрибуты создания цвета, а также общие цели и историю систем порядка цветов, включая HSL и HSV, а также их практическое значение для художников.
• Смит, Элви Рэй (август 1978 г.). «Пары преобразования цветовой гаммы». Компьютерная графика . 12 (3): 12–19. DOI : 10.1145 / 965139.807361 .Это оригинальная статья, описывающая «гексиконовую» модель HSV. Смит был исследователем в лаборатории компьютерной графики NYIT . Он описывает использование HSV в ранней программе цифровой живописи .

Внешние ссылки [ править ]

• Иллюстрации и резюме RGB, CMYK, LAB, HSV, HSL и NCS
• Демонстрационный апплет преобразования цвета
• Цвета HSV Гектора Зенила, Демонстрационный проект Вольфрама .
• Из HSV в RGB с помощью CodeBeautify.