Колір у комп’ютерній графіці. (Тема 3)

1. Тема №3. Колір у комп’ютерній графіці

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
ПЛАН
Про природу світла й кольору
Графік кольорів МКО - СРС
Моделі кольору
Адитивні моделі
Субтрактивні моделі
Перцепційні моделі
Формати графічних файлів

2.

1. Про природу світла й кольору
• Кришталик - це своєрідна лінза, що формує зображення, а райдужна оболонка виконує роль
діафрагми, регулюючи кількість світла, що пропускається усередину ока.
• Чутливі клітини ока неоднаково реагують на хвилі різної довжини. Інтенсивність світла є міра
енергії світла, що впливає на око, а яскравість - це міра сприйняття оком цього впливу..

3.

Інтегральна крива спектральної чутливості ока наведена на
рисунку; це стандартна крива Міжнародної комісії з
висвітлення
Фоторецептори підрозділяються на два види: палички й
колбочки. Палички є високочутливими елементами й працюють
в умовах слабкого освітлення. Вони нечутливі до довжини хвилі
й тому не "розрізняють" кольору.
Колбочки мають вузьку спектральну криву й "розрізняють"
кольори. Паличок існує тільки один тип, а колбочки
підрозділяються на три види, кожний з яких чутливий до
певного діапазону довжин хвиль.
На рисунку представлено криві чутливості колбочок для всіх
трьох видів. Найбільшою чутливістю володіють колбочки, що
сприймають кольори зеленого спектра, небагато слабкіше "червоні" колбочки й істотно слабкіше - "сині" .
Якщо функція С ( ) характеризує спектральне розкладання
світлового випромінювання від деякого джерела, тобто
розподіл інтенсивності по довжинах хвиль, то три типи
колбочок будуть посилати в мозок сигнали
(червоний,
зелений, синій), потужність яких визначається інтегральними
співвідношеннями.

4.

Якщо сприймане світло містить всі видимі довжини хвиль у
приблизно рівних кількостях, то воно називається ахроматичним і
при максимальній інтенсивності сприймається як біле, а при більш
низьких інтенсивностях - як відтінки сірого кольору.
Інтенсивність відбитого світла зручно розглядати в діапазоні від
0 до 1, і тоді нульове значення буде відповідати чорному кольору.
Якщо ж світло містить довжини хвиль у нерівних пропорціях, то
воно є хроматичним. Об'єкт, що відбиває світло, сприймається як
кольоровий, якщо він відбиває або пропускає світло у вузькому
діапазоні довжин хвиль.
Точно так само й джерело світла сприймається як кольорове,
якщо воно випускає хвилі у вузькому діапазоні довжин.
При освітленні кольорової поверхні кольоровим джерелом
світла можуть виходити досить різноманітні колірні ефекти.

5. Моделі кольору

6. Адитивні колірні моделі

• Для отримання нових кольорів за допомогою адитивного синтезу можна використовувати і
різноманітні комбінації з двох основних кольорів, зміни складу яких приводять до зміни
результуючого кольору.
• На рисунку приведено схему отримання нових кольорів на базі двох первинних шляхом
використання джерел зеленого та червоного кольорів, інтенсивністю кожного з яких можна
управляти за допомогою фільтра.
• Однак таким способом неможливо отримати деякі кольори, наприклад блакитний, для створення
якого потрібно наявність третього первинного кольору - синього.

7. Візуалізація за допомогою адитивної моделі

• Елементарний елемент зображення, який виробляється комп’ютером, називається пікселем. Якщо
роздивитися білий екран включеного монітора через лупу, то можна побачити, що він складається
з великої кількості окремих точок червоного, зеленого і синього кольорів, об’єднаних в RGBелементи у вигляді тріад основних точок.
• Під час розглядання зображення на екрані з деякої відстані ці кольорові складові RGB-елементів
зливаються, створюючи ілюзію результуючого кольору.

8. Обмеження RGB-моделі

• Обмеження кольорової гами пояснюється тим, що за допомогою ади-тивного синтезу принципово
неможливо отримати всі кольори видимого спектра (це доведено теоретично!). Зокрема, деякі
кольори, такі як чисто голубий або чисто жовтий, не можуть бути точно відтворені на екрані. Але,
незважаючи на те, що людське око здатне розпізнавати більше кольорів, ніж монітор, RGB-моделі
достатньо для створення кольорів і відтінків, необхідних для відтворення фотореалістичних
зображень на екрані комп’ютера.

9. Субтрактивні колірні моделі

10. Моделі CMY і CMYK

• В абревіатурі CMYK використовується буква «К» (остання буква слова black) для того, щоб
уникнути плутанини між black і blue. Ще один варіант трактування букви «К» як абревіатури Key
color.
• Кожне з чисел, яке визначає колір в CMYK, являє собою процент фарби даного кольору, який
входить у склад кольорової комбінації точки растра, що виводиться на пристрій друку.
• Наприклад, для отримання темно-помаранчевого кольору потрібно змішати 30% блакитної фарби,
45% пурпурової фарби, 80% жовтої і 5% чорної. Це можна позначити таким чином: (30,45,80,5).
Іноді користуються таким позначенням: С30 М45 Y80 К5.

11. Обмеження СМУК-моделі

12. Обмеження СМYК-моделі

13. Перцепційні колірні моделі

14. Колірна модель HSB

• Колірний тон. Як уже відзначалось, кожне реальне джерело світла відтворює його у вигляді
суміші хвиль, які мають різну довжину. Під колірним тоном (hue) розуміється світло з
домінуючою довжиною хвилі.
• Таким чином, на колірному колі зелений колір повинен знаходитися між жовтим і голубим. Однак
само по собі поняття колірного тону не має повної інформації про кольори.

15. Колірна модель HSB

Наприклад, світло, в якому переважає компонент з довжиною хвилі близько 450 нм, буде
сприйматися більшістю людей з нормальним зором як відтінок, який споріднюється з
синім кольором
Темно-синє або голубе небо, лазурне море, польова волошка і незабудка - це все
приклади кольорів, у яких домінує синій колір, але, незважаючи на це, вони сприймаються
нашим оком різними. Доповнюючими компонентами, які обумовлюють різницю між цими
кольорами, є насиченість (saturation) і яскравість (brightness).
Насиченість характеризує частоту кольору. Він визначає співвідношення між основним,
домінуючим компонентом кольору і всіма іншими довжинами хвиль які беруть участь у
формуванні кольору. Кількісне значення цього параметра виражається у відсотках від 0%
до 100%.
Відповідно до другого визначення, насиченість відбиває, наскільки далеко відстає даний
колір від рівного з ним по яскравості білого кольору. В цьому випадку її можна виміряти
числом ледь помітних переходів (градацій), які лежать між даним кольором і білим.
Чим вище значення насиченості, тим сильніше і ясніше відчувається колірний тон.
Наприклад, пастельний синій колір сприймається як розмитий синій через незначний
вміст у ньому чистого відтінку. Зниження насиченості приводить до того, що колір стає
нейтральним, без чітко вираженого тону.

16. Колірна модель HSB

17. Колірна модель HSB

18. Переваги і обмеження моделі HSB

19. Модель LAB

Для правильного відображення кольору зручно
визначити стандартну модель, до якої б
приводилися кольори на всіх етапах процесу.
Успішною спробою створення апаратнонезалежної моделі кольору, основаної на
людському сприйнятті кольору, є модель Lab
• Будь-який колір в Lab визначається яскравістю (Lightness) та двома хроматичними
компонентами: параметром А, який змінюється в діапазоні від зеленого до червоного і
параметром В, який змінюється від синього до жовтого.
• Яскравість у моделі Lab повністю відділена від кольору. Це робить модель Lab зручною для
регулювання контрасту, різкості та інших тонових характеристик зображення.
• Модель Lab є триканальною. Її кольорова гама безмірно широка і відповідає видимій кольоровій
гамі для стандартного спостерігача.
• У моделі RGB колір точки та її яскравість зв’язані між собою. Наприклад, насичені сині кольори
будуть дуже темними, а насичені жовті дуже світлими.