Цвет в компьютерной графике Зрительная система человека

Цвет в компьютерной графике.

Зрительная система человека nпалочек (100 - 25 млн) n(~10 000 x 10 000 точек) nколбочек (4 - 6. 5 млн) n(~2 500 x 2 500 точек) n(~1 на квадрат 4 x 4 ) nзрительный нерв (800 000) n (~900 x 900 точек) Глаз человека различает около 10 миллионов цветовых оттенков

Чем ниже значение числовой апертуры диафрагмы, тем больше света, пропускает объектив, и наоборот, чем больше значение диафрагмы, тем меньше света проходит через него. Эту зависимость наглядно иллюстрирует следующая схема: 1. 4, <=== 2. 0, 2. 8, Больше 4. 0, света 5. 6, ~ 8, 11, 16, Меньше света 22 ==> Общая зависимость такова: при увеличении диафрагмы на одно деление, количество света, проходящего через объектив, увеличивается, в два раза, а при уменьшении - в два раза уменьшается

Видимый свет, есть форма электромагнитного измерения, лежащего в узкой области спектра от 350 до 780 нм. Три пигмента имеют максимальные поглощения приблизительно на 430, 530 и 560 нм. Этим длинам волн соответствует не синий, зеленый и красный цвета, а фиолетовый, сине-зеленый и желто-зеленый

Цветовая модель RGB n Используется в цветных мониторах, которые излучают свет n При сложении (смешении) лучей основных цветов результат n светлее составляющих. n Цвета этого типа называются аддитивными Red (красный) Cyan (голубой) - зеленый и синий Green (зеленый ) Magenta (пурпурный) - синий и красный Blue (синий ) Yellow (желтый) - красный и зеленый

Цветовая модель CMYK • Используется при отражении объектов, которые отражают свет • Смешение составляющих затемняет результирующий цвет (объект поглощает больше цвета). • Цвета этого типа называются субтрактивными (разностными) Cyan – голубой, зеленый и синий Magenta – пурпурный, синий и красный Yellow – желтый, красный и зеленый

Аддитивная (RGB слева) Cубтрактивная (CMYK справа) цветовые системы

Чтобы переключиться из системы RGB в систему CMYK, достаточно всего лишь повернуть куб

Преобразование к модели RGB и обратно осуществляется следующими уравнениями: [C] [1] [R] [1] [C] [M] = [1] - [G] [G] = [1] - [M] [Y] [1] [B] [B] [1] [Y] Если R, G, B и C, M, Y меняются от 0 до 255 (8 -бит на каждый цвет) [C] [255] [R] [255] [C] [M] = [255] - [G] [G] = [255] - [M] [Y] [255] [B] [B] [255] [Y]

n Главная трудность при переходе из системы RGB в CMYK заключается в том, что на бумаге (в системе CMYK) не могут быть представлены некоторые цвета, которые с легкостью можно представить на экране (невозможно точно подобрать полиграфические красители). Поэтому часто то, что на экране выглядит ошеломляюще, на бумаге выглядит блекло и некрасиво. n Это приводит к тому, что смешение трех основных красок, которое должно дать черный цвет, дает неопределенный ("грязный") темный цвет n Для компенсации этого недостатка в число основных полиграфических красок была внесена черная краска. Именно она добавила последнюю букву в название модели (К - blac. K -последняя буква (В - занята под обозначение Blue) или, (другая версия) главная - ключевая Key)

Цветовая модель YIQ n Y - яркость, I и Q - цветоразностные сигналы. Эта цветовая модель используется в цветном телевизионном вещании n Для передачи и воспроизведения цветного изображения необходимо передать 4 сигнала: 3 сигнала о каждом цвете, и сигнал опорного белого, называемый сигналом яркости Yw = r. R + g. G + b. B r, g, b - коэффициенты, подобранные в соответствии с чувствительностью глаза

n При наличии информации о яркости нет необходимости передавать информацию о трех цветах. Достаточно передать информацию о двух из них, а третью получить из выражения для Yw n Кроме того, поскольку информация несет в себе яркостные соотношения, можно исключит при передаче их яркостные составляющие и передавать какие-либо две из трех цветных разностных сигналов: R-Y, G-Y, B-Y n При этом, все помехи яркостного характера, к которым глаз особо чувствителен будут сказываться только в канале Y. Эта схема совместима также с черно-белым телевидением. Если воспроизводить только канал Y - будет черно-белое изображение n В цветовой модели YIQ используется полезное свойство человеческого зрения, которое более чувствительно к изменениям интенсивности, чем к переменам цветового фона или насыщенности. Отсюда следует, что для представления координаты Y следует выделить большее количество бит (или более широкую полосу частот, чем для I и Q)

n Из трех цветовых составляющих выбрано две, к которым глаз менее чувствителен: R-Y и B-Y n Таким образом полную информацию о передаваемом цветном изображении можно закодировать в трех составляющих: Y=W; R-Y; B-Y. Такой способ кодирования используется в SECAM n С целью использования свойств зрения, системы кодирования PAL и NTSC строятся так, чтобы оси были сдвинуты на 33 градуса. Новые оси I и Q выбираются так, чтобы вектор I, отображающий оранжевые и синезеленые тона опережал вектор R-Y, a Q вектор B-Y на 33 градуса

Преобразование к модели RGB и обратно осуществляется следующими уравнениями: [Y] [0. 299 0. 587 0. 114] [R] [ I ] = [0. 596 -0. 274 -0. 322] [G] [Q] [0. 211 -0. 522 0. 311] [B] или, если использовать цветоразностные сигналы Y = 0. 299 R + 0. 587 G + 0. 114 B I = 0. 493 (B - Y) Q = 0. 877 (R - Y) Для обратного преобразования используется обратная матрица [R] [1. 0 0. 956 0. 623] [Y] [G] = [1. 0 -0. 272 -0. 648] [ I ] [B] [1. 0 -1. 105 0. 705] [Q]

Цветовая модель HSV - модель, ориентированная на человека и обеспечивающая возможность явного задания требуемого оттенка цвета n Hue - цветовой тон n Saturation - насыщенность n Value - количество света или светлота.

n. По вертикальной оси конуса задается V - светлота, меняющаяся от 0 до 1. Значению V = 0 соответствует вершина конуса, значению V = 1 - основание конуса; цвета при этом наиболее интенсивны n. Цветовой тон H задается углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси. В частности, 0° - красный, 60° - желтый, 120° - зеленый, 180° - голубой, 240° - синий, 300° - пурпурный, т. е. дополнительные цвета расположены друг против друга (отличаются на 180°) n. Насыщенность S определяет насколько близок цвет к "чистому" пигменту и меняется от 0 на вертикальной оси V до 1 на боковых гранях шестигранного конуса.

Цветовая модель HLS n Hue - цветовой тон. Цветовой тон позволяет различать цвета, такие как красный, зеленый, желтый и т. д. n Lightness - светлота. Светлота отражает полутоновое представление от интенсивности, как о факторе, не зависящем от цветового тона и насыщенности. n Saturation - насыщенность. Насыщенность характеризует чистоту, т. е. степень ослабления (разбавления) данного цвета белым, и позволяет отличать розовый от красного, небесно-голубой от ярко-синего и т. п.

HLS можно представить как полученную из HSV "вытягиванием" точки V=1, S=0, задающей белый цвет, вверх для образования верхнего конуса

Цветовой круг

n Основные цвета: красный, желтый и синий n Дополнительные цвета: зеленый, оранжевый и фиолетовый Эти цвета получаются путем попарного смешения основных цветов. Дополнительные цвета находятся напротив друга. (Линия их соединяющая проходит через центр круга). Они взаимно связаны. При их смешивании образуется черный (если это краски) или белый (если это световые лучи) цвет. Сочетания этих цветов действует на глаз раздражающе. Уменьшая количество одного цвета, увеличивается содержание дополнительного. Например, увеличивая зеленый, тем самым уменьшается содержание пурпурного

n Производные цвета: желто-оранжевый, краснофиолетовый, сине-зеленый и желто-зеленый. Эти цвета образуются путем смешения основного и рядом стоящего дополнительного цветов n Смежные цвета позволяют влиять друг на друга. Чтобы усилить пурпурный, можно усилить красный и синий. Малоконтрастное сочетание смежных цветов делает рисунок строгим. Такое сочетание применимо в деловой графике

n Триады- цвета равноотстоящие друг от друга на цифровом круге (желтый, пурпурный, голубой или оранжевый, изумрудный, бордовый). Их сочетание создает палитру насыщенных, гармоничных цветов и оттенков) n Чтобы увеличить содержание определенного цвета, нужно уменьшить содержание цветов, соседних с противоположным (и наоборот). Например, чтобы ослабить пурпурный (Magenta) цвет, достаточно усилить голубой (Cyan) и желтый (Yellow)

Цветовая модель L*A*B n Аппаратно-независимая модель для определения цветов без оглядки на особенности устройства (монитора, принтера, печатающего устройства) n В LAB цвет отделен от яркости. Яркость объектов определяется в канале светлоты (L), а цвет - двумя хроматическими каналами (А - от зеленого к красному, B - от синего до желтого). Значения А и B могут быть отрицательными n Photoshop и Corel. DRAW поддерживают LAB

Цветовая модель MKO n Возможность подбирать свет при помощи трех основных цветов весьма привлекательна. Однако при переводе из одной системы в другую могут возникать отрицательные веса, что неудобно при расчетах n В настоящее время для правильного определения соответствия цветов производятся спектральные замеры каждого из устройств, участвующих в процессе, при этом в одинаковых условиях освещенности n В 1931 г. Международной комиссией по освещению (МКО) были введены три основных цвета (X, Y, Z). Комбинацией трех основных цветов c положительными весами можно описать любые световые ощущения, которые испытывают наши глаза n Пусть (X, Y, Z) - веса основных цветов МКО. Пронормируем цвета по значению яркости x = X/(X+Y+Z), y = Y/(X+Y+Z), z = Z/(X+Y+Z), и учтем, что x+y+z=1

Если отобразить x и y для всех видимых цветов, получим цветовой график МКО. Длины волн выражены в нанометрах