Ограничения RGB-модели

Несмотря на то, что цветовая модель RGB достаточно проста наглядна, при ее практическом применении возникают две серьезные проблемы:

1) аппаратная зависимость;
2) ограничение цветового охвата.

Первая проблема связана с тем, что цвет, возникающий в результате смешения цвето­вых составляющих RGB элемента, зависит от типа люминофора.А поскольку в техно­логии производства современных кинескопов находят применение разные типы лю­минофоров, то установка одних и тех же интенсивностей электронных лучей в случае различных люминофоров приведет к синтезу разного цвета.

Например, если на электронный блок монитора подать определенную тройку RGB-значений, скажем R=98, G=127 и В=201, то нельзя однозначно сказать, каков будет результат смешивания. Эти значения всего лишь задают интенсивности возбуждения трех люминофоров од­ного элемента изображения. Какой получится при этом цвет, зависит от спектрально­го состава излучаемого люминофором света. Поэтому в случае аддитивного синтеза для однозначного определения цвета наряду с установкой триады значений интен­сивностей необходимо знать спектральную характеристику люминофора.

Существуют и другие причины, приводящие к аппаратной зависимости RGB-модели даже для мониторов, выпускаемых одним и тем же производителем. Это свя­зано, в частности, с тем, что в процессе эксплуатации происходит старение люми­нофораиизменение эмиссионных характеристик электронных прожекторов.

Для устранения (или по крайней мере минимизации) зависимости RGB-модели от аппа­ратных средств используются различные устройства и программы градуировки.

Цветовой охват (color gamut) - это диапазон цветов, который может различать человек или воспроизводить устройство независимо от механизма получения цве­та (излучения или отражения).

Рисунок 76 – зоны цветового охвата различных цветовых моделей

Ограниченность цветового охвата объясняется тем, что с помощью аддитивного синтеза принципиально невозможно получить все цвета видимого спектра(это доказано теоретически!). В частности, некоторые цвета, такие как чистый голубойиличистый желтый,не могут быть точно воссозданы на экране.

Но несмотря на то, что человеческий глаз способен различать цветов больше, чем монитор, RGB-мо­дели вполне достаточно для создания цветов и оттенков, необходимых для вос­производства фотореалистических изображений на экране вашего компьютера.

Лекция 6. Цветовая модель CMYK

К отражаемым относятся цвета, которые сами не излучают, а используют белый свет, вычитая из него определенные цвета. Такие цвета называются субтрактивными («вычитательными»), поскольку они остаются после вычи­тания основных аддитивных. Понятно, что в таком случае и основных субтрактивных цветов будет три, тем более что они уже упоминались: голубой, пурпурный, желтый (рис.77).

Рисунок 77 – Субтрактивное смешение цветов

Эти цвета составляют так называемую полиграфическую триаду. При печати красками этих цветов поглощаются красная, зеленая и синяя составляющие белого света таким образом, что большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге. Каждому пикселю в таком изобра­жении присваиваются значения, определяющие процентное содержание триадных красок (хотя на самом деле все гораздо сложнее).

При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трех должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски остается белый цвет (белая бумага).

В итоге получается, что нулевые значения составляющих дают белый цвет, максимальные значения должны давать черный, их равные значения — от­тенки серого, кроме того, имеются чистые субтрактивные цвета и их двой­ные сочетания. Это означает, что модель, в которой они описываются, по­хожа на модель RGB (рис. 78).

Рисунок 88 – Цветовая модель CMYK

Но проблема заключается в том, что данная модель призвана описывать ре­альные полиграфические краски, которые — увы — далеко не так идеальны, как цветной луч. Они имеют примеси, поэтому не могут полностью пере­крыть весь цветовой диапазон, а это приводит, в частности, к тому, что смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает какой-то неопределенный («грязный») темный цвет, и это скорее темно-коричневый, чем глубокий черный цвет.

Для компенсации этого недостатка в число основных полиграфических кра­сок была внесена черная краска. Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно: С — это Cyan (Голубой), М — это Magenta (Пурпурный), Y — Yellow (Желтый), а (внимание!) К — это blacK (Черный), т. е. от слова взята не первая, а последняя буква.

Подводя итоги по поводу цветовых моделей RGB и CMYK, надо сказать, что они являются аппаратно-зависимыми. Если речь идёт об RGB, то в зависимости от применённого в мониторе люминофора будут разниться значения базовых цветов. Ещё хуже обстоит дело с CMYK. Здесь идёт речь о типографских красках, особенностях печатного процесса и носителя. Таким образом, одинаковое изображение может по-разному выглядеть на разной аппаратуре.

Таким образом, модели RGB и CMYK, хотя и связаны друг с другом, одна­ко их взаимные переходы друг в друга (конвертирование) не происходят без потерь, поскольку цветовой охват у них разный. И речь идет лишь о том, чтобы уменьшить потери до приемлемого уровня.

Это вызывает необходи­мость очень сложных калибровок всех аппаратных частей, составляющих работу с цветом: сканера (он осуществляет ввод изображения), монитора (по нему судят о цвете и корректируют его параметры), выводного устройства (оно создает оригиналы для печати), печатного станка (выполняющего ко­нечную стадию).

Бумага является изначально белой. Это означает, что она обладает способностью отражать весь спектр цветов света, который на нее попадает. Чем качественнее бумага, чем лучше она отражает все цвета, тем она нам кажется белее. Чем хуже бумага, чем больше в ней примесей и меньше белил, тем хуже она отражает цвета, и мы считаем ее серой.

Противоположный пример - асфальт. Только что положенный хороший асфальт (без примесей гальки) - идеально черный. То есть на самом деле цвет его нам не известен, но он таков, что поглощает все цвета света, который на него падает и потому он нам кажется черным. Со временем, когда по асфальту начинают ходить пешеходы или ездить машины, он становится "грязным" - то есть на его поверхность попадают вещества, которые начинают отражать видимый свет (песок, пыль, галька).

Асфальт перестает быть черным и становится "серым". Если бы нам удалось "отмыть" асфальт от грязи - он снова стал бы черным.

Красители представляют собой вещества, которые поглощают определенный цвет. Если краситель поглощает все цвета кроме красного, то при солнечном свете, мы увидим "красный" краситель и будем считать его "красной краской". Если мы посмотрим на это краситель при свете синей лампы, он станет черным и мы ошибочно примем его за "черную краску".

Путем нанесения на белую бумагу различных красителей, мы уменьшаем количество цветов, которые она отражает. Покрасив бумагу определенной краской мы можем сделать так, что все цвета падающего света будут поглощаться красителем кроме одного - синего. И тогда бумага нам будет казаться выкрашенной в синий цвет.

Рисунок 79 – схема отражения цвета от повержности в зависимости от красителя и поглощенных цветов

Рисунок 80 – визуальное представление формирования цвета на белой поверхности (бумаги)

Соответственно, существуют комбинации цветов, смешивая которые мы можем полностью поглотить все цвета, отражаемые бумагой, и сделать ее черной. Опытным путем была выведена комбинация "фуксин-циан-желтый" (CMY) - cyan/magenta/yellow.

В идеале, смешивая эти цвета, мы должны были бы получить черный цвет. Однако на практике так не получается из-за технических качеств красителя. В лучшем случае, что мы можем получить, - это темно-бурый цвет, который лишь отдаленно напоминает черный. Более того весьма неразумно было бы использовать все три дорогие краски только для того, чтобы получить элементарный черный цвет. Поэтому в тех местах, где нужен черный, вместо комбинации трех красок наносится обычный более дешевый черный краситель. И потому к комбинации CMY обычно добавляется буква K (blacK) - обозначающая черный цвет.

Белый цвет в схеме отсутствует, так как его мы и так имеем - это цвет бумаги. В тех местах, где нужен белый цвет, краска просто не наносится. Значит отсутствие цвета в схемеCMYKсоответствует белому цвету.

Эта система цветов называется субтрактивной (subtractive), что в грубом переводе означает "вычитающая/исключающая". Иными словами мы берем белый цвет(присутствие всех цветов)и, нанося и смешивая краски, удаляем из белого определенные цвета вплоть до полного удаления всех цветов - то есть получаем черный.

Качество изображения на бумаге зависит от многих факторов: качества бумаги (насколько она бела), качества красителей (насколько они чисты), качества полиграфической машины (насколько точно и мелко она наносит краски), качества разделения цветов (насколько точно сложное сочетание цветов разложено на три цвета), качества освещения (насколько полон спектр цветов в источнике света - если он искусственный).

6.1 Цветовой куб CMYK

Эта модель представляется в виде трёхмерной системы координат. Каждая координата представляет вклад каждой составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения. В результате получается куб, внутри которого "находятся" все цвета, образуя цветовое пространствоCMY.