Цветовые модели

Как уже отмечалось, каждый пиксель растрового изображения содержит информацию о цвете. Любой векторный объект также содержит информацию о цвете его контура и закрашенной области. Информация может занимать от одного до тридцати двух битов, в зависимости от глубины цвета. Если мы работаем с черно-белыми изображениями, то цвет кодируется нулем или единицей. Никаких проблем в этом случае не возникает. Для несложных рисунков, содержащих 256 цветов или столько же градаций серого цвета, нетрудно пронумеровать все используемые цвета.

Но для изображений в истинном цвете, содержащих миллионы разных оттенков, простая нумерация не подходит. Для них разработаны несколько моделей представления цвета, помогающих однозначно определить любой оттенок. Цветовая модель определяет способ создания цветов, используемых в изображении. Всего разработано три основных цветовых модели и множество их модификаций. Коротко рассмотрим основные модели представления цвета.

Цветовые модели (способ образования цветовой палитры):

RGB

Рис. 3.1. Цветовая модель RGB

Из школьного курса физики мы знаем, что солнечный свет можно разложить на отдельные цветовые составляющие. В то же время, собрав вместе в нужных пропорциях разноцветные лучи, мы получим луч белого цвета. Изменим немного пропорции - и у нас готов источник света заданного цвета. В телевизорах и компьютерных мониторах использует люминофор, который светится красным, зеленым и синим цветом. Смешивая эти три цвета, можно получить разнообразные цвета и их оттенки. На этом и основана модель представления цвета RGB, названная так по начальным буквам входящих в нее цветов: Red - красный, Green - зеленый, Blue - синий. Это - аддитивная (суммирующая) модель. Она адекватна цветовому восприятию человеческого глаза. Поэтому построение изображения на экранах мониторов, в сканерах, цифровых камерах и других оптических приборах соответствует модели RGB (рис. 3.1).

Любой цвет в этой модели представляется тремя числами, описывающими величину каждой цветовой составляющей. В компьютерной технике цвет описывается кодом, состоящим из знака «#» и 6-ти позиций 16-ричных чисел (от 0 до F). Под каждую составляющую отводится по две позиции. Черный цвет образуется, когда интенсивность всех трех составляющих равна нулю (#000000), а белый - когда их интенсивность максимальна (#FFFFFF). Множество компьютерного оборудования работает с использованием модели RGB, кроме того, эта модель очень проста. Этим объясняется ее широкое распространение. К сожалению, в модели RGB теоретически невозможно получить некоторые цвета, например насыщенный сине-зеленый, поэтому работать с моделью цвета RGB не всегда удобно. Кроме того, модель RGB сильно связана с реализацией ее на конкретных устройствах. Поэтому в компьютерной графике используются и другие модели цвета.

Цветовое разрешение растровой графики (число битовых плоскостей) относится к числу битов, используемых для кодирования цвета каждого пикселя. Напомним, что компьютер работает, используя биты (bit - binary digital - двоичное число). Это - наименьшая единица измерения для компьютера. Бит может принимать только два значения: либо нуль, либо единица. Восемь бит составляют один байт данных и могут использоваться для представления любого числа от 0 до 255.

8-битный (256-цветный) графический файл использует 8 бит на пиксель и имеет соответствующую таблицу цветов, называемую палитрой. Каждый пиксель может иметь значение от 0 до 255, и это значение относится к положению цвета в палитре. Каждый цвет в палитре кодируется как комбинация 256 (8 бит) оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего цветов. Таким образом, в 256-цветном файле используется 256 цветов из 16,7 миллионов возможных комбинаций.

16-битный цветной графический файл не использует палитру, для сохранения красных, зелёных и синих цветовых компонентов каждого пикселя отводиться 16 бит. Имеются две вариации: RGB555 использует 5 бит для красной, 5 бит для зелёной и 5 бит для синей составляющих (32 768 цветов); RGB565 использует 5 бит для красной, 6 бит для зелёной и 5 бит для синей составляющих (65 536 цветов).

24-битный цветной графический файл отводит 8 бит для красной, 8 бит для зелёной и 8 бит для синей составляющих цвета каждого пикселя. Можно использовать 16,7 миллионов возможных цветовых сочетаний, и поэтому самые маленькие отличия между ними могут быть едва замечены глазом.

32-битный цветной графический файл отводит 8 бит для красной, 8 бит для зелёной и 8 бит для синей и 8 бит для альфа-канала для каждого пикселя. Альфа-канал определяет уровень прозрачности каждого пикселя в изображении. Значение 0 означает, что пиксель полностью прозрачен, а 255 - что он совершенно непрозрачен. Альфа-канал используется программным обеспечением для применения масок.

Чёрно-белые полутоновые изображения записываются в 8-битный файл с 256 оттенками серого цвета (от белого до черного). Чем больше битовых плоскостей в файле, тем больше места требуется на диске для его сохранения.

CMYK

Рис. 3.2. Цветовая модель CMYK

Большинство цветов, которые мы видим в окружающем нас мире, являются следствием отражения и поглощения света. Например, солнечный свет, падая на зеленую траву, частично поглощается, и отражается только его зеленая составляющая. При печати на принтере на бумагу наносится цветная краска, которая отражает только свет определенного цвета. Все остальные цвета поглощаются, или вычитаются из солнечного света. На эффекте вычитания цветов построена другая модель представления цвета, называемая CMYK (рис. 3.2). Эти буквы также взяты из названий используемых цветов: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый, blacK - черный. Строго говоря, Magenta не является пурпурным цветом. Точное название этого цвета - фуксин, но в компьютерной литературе и в программах принято называть этот цвет пурпурным. В разновидности этой модели, называемой CMY, отсутствует черный цвет, но она применяется значительно реже.

Выбор цветов для модели неслучаен, они тесно связаны с цветами модели RGB. Голубой цвет образуется при поглощении красного, пурпурный - при поглощении синего. При нанесении большого количества красок разных цветов поглощается больше цвета и меньше отражается. Таким образом, при смешении максимальных значений этих трех цветов мы должны получить черный цвет, а при полном отсутствии краски должен получиться белый цвет. Однако в действительности при смешении трех красок получается грязно-бурый цвет, так как используемые реальные красители отражают и поглощают цвет не так, как описано в теории. Черный цвет получается только при добавлении черной краски, поэтому в модель CMYK и добавлена черная составляющая.

Система CMYK является субтрактивной (вычитающей), широко применяется в полиграфии. Типографическое оборудование работает исключительно с этой моделью, да и современные принтеры тоже используют красители четырех цветов. При печати на бумагу наносятся несколько слоев прозрачной краски, и в результате мы получаем цветное изображение, содержащее миллионы различных оттенков.