Традиция

Цветовая модель

Цветовая модель — термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, в обычном случае трех или четырех значений, называемых цветовыми координатами или цветовыми компонентами. Вместе с методом интерпретации этих данных (например определение условий воспроизведения и/или просмотра — т. е. задание способа реализации), множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

Цветовое пространствоПравить

Построение любого цветового пространства основано на эффекте метамерии — особенности зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать одинаковые цветовые ощущения.

 
Трехмерное представление цветового пространства человека

Для построения цветового пространства необходимо выбрать некоторое количество базовых цветов, смешивая которые в различных пропорциях можно получить ощущения различных цветов и оттенков. Для отображения приемлемого количества цветов и оттенков необходимо не менее трёх (разнесённых по спектру) цветов. Понятно, что при использовании четырёх, пяти, шести, семи и более цветов, мы сможем получить более широкую палитру цветов и более реальное и естественное цветовое пространство. В трёхцветной палитре цветовое пространство задаётся координатами x, y, z. Начало координат (0, 0, 0) будет представлять черный цвет. Белый цвет не будет иметь четкой позиции в данном определении диаграммы всевозможных цветов, а будет определяться например через цветовую температуру, или через определенный баланс белого, или каким либо иным способом. Полное цветовое пространство человека имеет вид конуса в форме подковы (как показано на рисунке справа). Принципиально данное представление позволяет задавать цвета любой интенсивности — начиная с нуля (черного цвета) до бесконечности. Однако на практике данная модель не применима для описания цвета в условиях чрезвычайно высоких интенсивностей излучений, и так же в условиях очень низких интенсивностей (поскольку не учитывает механизм цветовосприятия глаза человека.

Цветовое пространство поддерживает свойство аддитивного смешивания - сумма двух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этих двух цветов[1]. Таким образом можно описывать многие цвета (вектора цветового пространства), через комбинацию красного, зеленого и синего излучателей основных цветов. На этом принципе основана работа экранов телевизоров и компьютеров. Но важно понимать, что эти устройства не воспроизводят оригинальные цвета (полный спектр), а лишь имитируют цвета изображения, в идеале неотличимое человеком от оригинального[2].

 
Функции цветового соответствия Стандартного Колориметрического Наблюдателя, определенные комитетом CIE в 1931-ом году на диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм (с 5 нм интервалом).

Цветовое пространство CIE XYZПравить

  Основная статья: CIE XYZ 1931

Цветовое пространство XYZ — это эталонная цветовая модель, заданная в строгом математическом смысле организацией CIE (International Commission on Illumination — Международная комиссия по освещению) в 1931 году. Модель XYZ является мастер-моделью практически всех остальных цветовых моделей, используемых в технических областях.

Функции цветового соответствияПравить

Эксперименты, проведенные Дэвидом Райтом (англ. David Wright)[3] и Джоном Гилдом (англ. John Guild)[4] в конце 20-х и начале 30-х годов послужили основой для определения функций цветового соответствия (англ. color matching functions). Изначально функции цветового соответствия были выяснены для 2o-ного поля зрения (использовался соответствующий колориметр). В 1964 году комитет CIE опубликовал дополнительные данные для 10o-ного поля зрения.

Заметим что в определении кривых модели XYZ заложен фактор своевольности — форма каждой кривой может быть измерена с достаточной точностью, однако кривая суммарной интенсивности (или сумма всех трех кривых) заключает в своем определении субъективный момент, при котором реципиента просят определить имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если эти источники абсолютно разного цвета. Также стоит заметить что относительная нормировка кривых X, Y и Z основана на произвольном выборе, поскольку можно предложить альтернативную работающую модель, в которой кривая чувствительности X имеет двух-кратно усиленную амплитуду. При этом цветовое пространство будет иметь иную форму. Кривые X, Y, Z в модели CIE XYZ 1931 и 1964 выбраны таким образом чтобы площади поверхности под каждой кривой были равны между собой.

Хроматические координаты YxyПравить

 
Хроматическая диаграмма с длинами волн цветов

На рисунке справа представлена классическая хроматическая диаграмма модели XYZ с длинами волн цветов. Значения x и y в ней соответствуют X, Y и Z согласно следующим формулам:

x = X/(X + Y + Z),
y = Y/(X + Y + Z).

В математическом смысле на данной хроматической диаграмме x и y это координаты на плоскости проекции. Данное представление позволяет задавать значение цвета через светлоту Y (англ. luminance) и две координаты x, y. Заметим что светлота Y в модели XYZ и Yxy это не то же самое что яркость Y в модели YUV или YCbCr.

Обычно диаграмма Yxy используется для иллюстрации характеристик гамутов различных устройств воспроизведения цвета — дисплеев и принтеров. Конкретный гамут обычно имеет вид треугольника, углы которого образованы точками основных или первичных цветов. Внутренняя область гамута описывает все цвета, которые способно воспроизвести данное устройство.


Сферическая модель цветового зрения (Соколов, Измайлов)Править

Первый вариант сферической модели цветового зрения, изложенный в работах Соколова, Зимачева, Измайлова (1975), Измайлова и Соколова (1978) Фомина, Соколова, Вайткявичуса (1979), (Sokolov, et al, 1979) то есть, в работах до 1980 года, основывался на экспериментах по различению равноярких цветов, и в качестве основной меры цветового различия (метрики цветового пространства) было принято расстояние по малой дуге большого круга сферы, то есть метрика на сфере единичного радиуса, соответствующая частному случаю римановой геометрии (двумерному пространству с положительной кривизной). Аналогичное положение принято в сферической модели Воса и Варлавена (Vos, Warlavn, 1972). Специальные экспериментальные исследования метрики цветовых различий, результаты которых изложены в монографии Измайлова (1980), и в последующих работах (Измайлов, 1981, Izmailov, 1982, Sokolov, Izmailov, 1983) заставили отказаться от этого положения, и привели к выводу, что цветовые различия точнее выражаются евклидовой метрикой, а не римановой. Хотя цвета располагаются на сфере, и геодезическая линия смешения цветов задается большим кругом сферы, но цветовое различие как кратчайшее расстояние между двумя точками измеряется не по дуге, а по хорде, то есть, в евклидовой метрике. В этом смысле цветовая сфера это не Риманово (частное) пространство, а представляет собой гиперсферу в евклидовом пространстве. Этот аспект очень важен, поскольку он позволяет понять и объяснить одну проблему, возникшую при измерении цветовых различий, и сформулированную в работах Мак-Адама (1964) и Джадда (1967), как проблема неаддитивности цветовых различий. Проблема состоит в том, что для любых трех цветовых точек (i, j, k), расположенных в цветовом пространстве на одной геодезической линии сумма различий (D ij + D ik) всегда больше, чем различие Dik. Причем, это расхождение ε = [(D ij + D ik) — D ik] меняется и зависит от величины D. При пороговых различиях (и близких к пороговым) это расхождение минимально и сравнимо с ошибкой измерения. Именно поэтому цветовые функции, основанные на пороговых измерениях, оказались согласованными с цветовыми функциями, выведенными исходя из римановой метрики сферической модели в работе Измайлова и Соколова (1978). Но при переходе к сверхпороговым различиям это расхождение начинает увеличиваться и риманова геометрия уже не годится для модели цветового пространства.

Литература к разделу:

  1. Соколов Е. Н., Зимачев М. М., Измайлов Ч. А. Геометрическая модель субъективного пространства цветовых стимулов. Эргономика. Труды ВНИТЭ, 1975, № 9, с. 101—122.
  2. Измайлов Ч. А., Соколов Е. Н. Метрические характеристики сферической модели пветоразличения // Вестн. МГУ. Сер. 14. Психология. 1978. № 2. С. 47—61.
  3. Фомин С. В., Соколов Е. Н., Вайткявичус Г. Г. Искусственные органы чувств. М., Наука, 1979.
  4. Sokolov, E. N.; Izmailov, Ch. A.; Izmailova, T. V.; Zimachev, M. M. A spherical model of color vision. Soviet Psychology; 1979. Springer, vol. 17(3), 85-96.
  5. Измайлов Ч. А. Сферическая модель цветоразличения. М., Изд-во МГУ, 1980.
  6. Измайлов Ч. А. Многомерное шкалирование ахроматической составляющей цвета // Нормативные и дескриптивные модели принятия решений: По мат-лам советско-американского семинара / Ред. колл. Б. Ф. Ломов и др. М.: Наука, 1981. С. 98—110.
  7. Izmailov Ch. A Uniform Color Space and Multidimensional scaling {MDS} In: Psychophysical Judgement and the Process of Perception. 1982 H.G.Geissler and F.Petsold (eds). Berlin,VEB Deutcher Verlag der Wissenschaften, pp.52-62.
  8. Sokolov E.N. Izmailov, Ch. A The Conceptual Reflex Arc: A Model of Neural Processing as Developed for Color Vision.In: Modern Issues of Perception. 1983, H.G.Geissler, ed., Berlin, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, р.192-216

Классификация и различия цветовых моделейПравить

  Этот раздел статьи ещё не написан.
Согласно замыслу одного из участников «Традиции», на этом месте должен располагаться раздел, посвящённый классификации цветовых моделей и различию между собой.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.
 
Сравнение цветового охвата для распространённых цветовых моделей.
 
Сравнение цветовых моделей RGB и CMYK.

Распространенные цветовые моделиПравить

  • Таблица наиболее распространённых цветовых моделей приведена в конце статьи.
    • цветовая модель RGB (цветовая модель) чаще всего используется в информатике (а также её разновидности: αRGB (цветовая модель)), реже — HSV (цветовая модель).
    • CMYK — основная цветовая модель в полиграфии
    • В телевидении для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SÉCAM модель YDbDr, а для NTSC модель YIQ (цветовая модель). Эти три модели основаны на принципе, согласно которому основную информацию несёт яркость изображения (Y), а две другие составляющие, отвечающие за цвет, менее важны.
    • эталонная модель XYZ основана на замерах характеристик человеческого глаза. XYZ — единственная цветовая модель, в которой любой цвет, ощущаемый человеком, представим только положительными значениями координат.

См. такжеПравить

СсылкиПравить

ПримечанияПравить

  1. ↑ См. также Закон Грассмана
  2. ↑ На практике такое, как правило невозможно, поскольку устройства воспроизведения используют ограниченное количество цветов и имеют неидеальные излучатели.
  3. ↑ Wright, William David (1928). "A re-determination of the trichromatic coefficients of the spectral colours" (in english). Transactions of the Optical Society 30: 141–164. DOI:10.1088/1475-4878/30/4/301.
  4. ↑ Guild, John (1931). "The colorimetric properties of the spectrum" (in english). Philosophical Transactions of the Royal Society of London A230: 149–187.
Источник — https://traditio.wiki/w/index.php?title=Цветовая_модель&oldid=890300