Цифровые координатные системы и система управления

Цифровые координатные системы и система управления цветом (CMS)

ЦВЕТ — свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения. "Color (in the psychophysical sense) is that characteristic of a visible radiant power by which an observer may distinguish differences between two structure-free fields of view of the same size and shape (форма, очертание), such as may be caused by differences in the spectral composition of the radiant power concerned in the observation. "

Частные (неполные) определения цвета • "Цвет — это длина волны" — излучение с длиной волны 675 н. М в зависимости от интенсивности воспринимается либо как красно-коричневый, либо как алый цвет. • "Цвет — это спектральный состав электромагнитного излучения" - но электромагнитное излучение различного спектрального состава может восприниматься как один и тот же цвет. • "Цвет — это свойство поверхности" — серые стены домов, освещенные закатным солнцем, кажутся нам оранжевыми.

Объективные факторы цветового восприятия • Источник освещения • Отражающие свойства объекта • Среда распространения Субъективные факторы цветового восприятия • Психофизические свойства наблюдателя

RGB R (l=700 нм) G (l=546, 1 нм) В (l=435, 8 нм) C ≈ R + G + B 1 — уравнивающий цвет на экране; 2 — уравниваемый цвет на экране; 3 — разделительная перегородка; 4 — источники белого света с фильтрами; 5 — регуляторы яркости; 6 — источник белого света: 7 — призма; 8 — шторка; 9 — поле, которое видит наблюдатель

Измерениe цветовых ощущений (CIE — Communication Internationale de l`Eclairage) CW≈RW+GW+BW Сумма яркостей RW+GW+BW трех основных цветов, совпадающая с белым цветом, была принята за единицу. C ≈ R+G+B C = (R/RW , G/GW , B/BW ) — вектор координат цвета С, Где R/RW (G/GW или B/BW) — доля яркости каждого компонента в цвете С по отношению к его доле RW в образовании белого CW. Значительная часть чистых спектральных цветов не воспроизводится прямым суммированием основных цветов

C + R ≈ G + B C ≈ – R + G + B 1 — уравнивающий цвет на экране; 2 — уравниваемый цвет на экране; 3 — разделительная перегородка; 4 — источники белого света с фильтрами; 5 — регуляторы яркости 6 — источник белого света 7 — призма; 8 — шторка; 9 — поле, которое видит наблюдатель; 10 — зеркала, перенаправляющие световые потоки.

В экспериментах CIE были получены числовые значения, соответствующие цветовым ощущениям, вызванным спектрально-чистыми цветами, т. о. цветовым ощущениям было поставлено в соответствие трехмерное пространство с цветовой координатной системой CIE RGB Спектрально-чистый цвет вектором C ≈ R+G+B представляется С = (r, g, b), где r = R/RW , g= G/GW , b = B/BW С ≈ Σ C Цвет Σ i i сложного спектрального состава представляется вектором СΣ = (Σi ri , Σi gi , Σi bi ) цветовые координаты цвета смеси равны суммам соответствующих координат смешиваемых цветов

Законы Грассмана • Первый закон (трехмерности) Любой цвет однозначно выражается тремя, если ни один из этих трех цветов нельзя получить сложением двух остальных. • Второй закон (непрерывности) При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий. • Третий закон (аддитивности) Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, а не от спектрального состава. Следствием является аддитивность цветовых уравнений: если цвета смешиваемых излучений описаны цветовыми уравнениями, то цвет смеси выражается суммой цветовых уравнений

Переход в другие системы цветовых координат Из CIE RGB в CIE XYZ Из CIE XYZ в xy. Y "x" и "y" —оси цветности, ось "Y" — ось светлоты Из CIE XYZ в Lab D 65 Проекция цветового пространства человека в ЦКС xy. Y на плоскость xy

Графическое представление ЦКС Lab • точки вне области реальных цветов представляют нереальные цвета, которые невозможно как-либо реализовать практически. • с нереальными цветами можно производить математические операции так же, как и с реальными цветами, что оказывается чрезвычайно удобным в колориметрии

Цветовая температура, величина, характеризующая излучение источника света. Определяется температурой абсолюто черного тела, при которой его излучение имеет такой же состав и такое же распределение энергии по спектру, как и излучение данного источника. АЧТ — полностью поглощает падающее на него ЭМ излучение (собственное излучение АЧТ полностью определяется его температурой)

• 5400 К ( «точка E» — equal energy point) • 5000– 7500 К — нейтральные • 6000– 9500 К — нейтральные на мониторе (метамерно соотнесенная температура АЧТ)

Свойства цветовых координатных систем • Включение нереальных цветов • Нелинейность (одинаковые расстояния между точками не соответствуют одинаковому зрительному различию между соответствующими цветами) • зависимость от выбора «опорного белого цвета» используются стандарты D 50 и D 65

Воспроизведение цветовых ощущений.

C = 1 – R/RW M = 1 – G/GW Y = 1 – B/BW C = ( C – K ) / ( 1 – K) M = ( M – K ) / ( 1 – K) Y = ( Y – K ) / ( 1 – K) K = min (C, M, Y)

• цветовые координатные системы — средство измерения цветовых ощущений CIE RGB, CIE Lab, XYZ, xy. Y (L, a, b) — аппаратно независимые координаты, однозначно задающие цветовые модели — способ воспроизведения цветовых ощущений RGB — синтез цвета с аппаратными данными (r, g, b) CMYK — синтез цвета с аппаратными данными (c, m, y, k) (отдельно взятые аппаратные данные однозначно цвет не определяют) Цветовоспроизводящее устройство — комплекс технических средств и технических условий, задающих факторы, влияющие на цветовоспроизведение. Монитор – яркость, контрастность, цветовые характеристики люминофора, цветовая температура белого, параметры видеокарты Принтер — бумага, краски, программное обеспечение (RIP, драйвер) Офсетный печатный процесс — бумага, краски, средства подготовки печатных форм. Сканер — оптическая система, цветорегистрирующее устройство, АЦП

Файл цветового соответствия Color Reference file

HUE - оттенок Ligntness (4 колонки на уровень) Saturation

• Специальные программы анализируют файл цветового соответствия (reference), выполняют математический расчет аппаратных данных для воспроизведения промежуточных цветов и снабжают файл дополнительной информацией, необходимой для работы графических редакторов. • Дополнительная информация помещается в файл, имеющий расширение ICM (ICC). Этот файл носит название профайла (color profile) данного устройства, а сам процесс спектральных измерений и построения профайла носит название характеризации устройства.

профайл устройства содержит: • указание на то, какая цветовая координатная система должна использоваться CMM (Color Management Module) графического редактора при работе с этим профайлом — т. н. Profile Connection Space (PCS); • цветовые координаты белой точки устройства, и, иногда, чёрной точки; • таблицы (от 2 до 6) преобразования наборов значений плотностей красок (для печатающих устройств) или степени свечения люминофоров (для аддитивных устройств) в ЦКС PCS и обратно; • таблицы компенсации градационных искажений устройства Профайл устройства — это подробное описание цветовоспроизводящих свойств данного устройства, зафиксированное в файле с расширением ICM (ICC)

конверсия «profile to profile» • Если в файле с цифровым изображением кроме RGB- (CMYK-) данных записан еще и профайл устройства, с помощью которого мы воспроизводили (оцифровывали) изображение, то это означает, что мы уже имеем в файле не просто аппаратные данные, а данные о цвете. RGB профайл сканера Lab профайл печ. маш. CMYK RGB профайл сканера Lab профайл монитора RGB

Совокупность всех цветовых ощущений, которые может воспроизвести данное устройство, называется цветовым охватом этого устройства (gamut). В цветовой координатной системе цветовой охват того или иного аппарата - некоторое объемное тело внутри цветового пространства человека Цветовые охваты устройств в проекции на плоскость xy: • 1 — цветовой охват сканера AGFA Snapscan 1236; • 2 — цветовой охват монитора Mitsubishi 2020 U; • 3 — цветовой охват принтера Epson St. Photo 1290 на бумаге Premium Semigloss Photo Paper; • 4 — цветовой охват усредненного евроофсетного печатного станка.

допущение неточности воспроизведения цветов, лежащих внутри цветового охвата устройства, для сохранения различий между цветами, не входящими в охват (эквивалентно сжатию цветового пространства человека до размеров охвата воспроизводящего устройства) подмена внегамутных цветов (Color Rendering Intent (CRI)) RGB => Lab => L`a`b` => R`G`B` • Максимально насыщенные цвета чаще всего заменяют на цвета, лежащие на границе охвата назначения. • Большую часть насыщенных цветов заменяют на менее насыщенные. • Цвета, лежащие внутри охвата, и при этом достаточно далеко от его границ, не меняют своих цветовых координат.

• Saturation • Perceptual сохранению насыщенности в ущерб тону и цвету принцип сохранения тональных соотношений между пикселами изображения • Relative colorimetric выбирает точку, вызывающую цветовое ощущение, максимально близкое к ощущению, вызываемому внегамутной точкой

Несовершенство реальных RGB-устройств послужило толчком к созданию профайлов абстрактных, идеализированных RGB-аппаратов. Таких устройств не существует, но существуют их профайлы. • Apple RGB и s. RGB (используются при подготовке изображений к тиражированию на RGB-устройствах) • Adobe RGB (цветовой охват перекрывает любые реальные RGB- и CMYK-устройства) • Wide Gamut RGB (охват Wide Gamut RGB существенно больше, чем охват CMYK-устройств) • Euroscale Coated (различные спецификации офсетной печати CMYK-красителями) • Euroscale Uncoated • SWOP Coated • SWOP Uncoated

Принципы управления цветом • любой цвет имеет координату в цветовой координатной системе (ЦКС); • профайл устройства несет информацию о цветовоспроизводящих свойствах данного устройства; • визуализация цифровых изображений всегда строится на принципе пересчета аппаратных данных источника (чаще устройства оцифровки) в цифровые координаты, а из них в аппаратные данные того устройства, на котором предполагается окончательная визуализация (тиражирование).