Мы воспринимаем окружающий мир с помощью различных факторов, один из которых — это цвет. Открывает человек глаза и видит разные цвета, а если нужно об этих цветах рассказать другому человеку, то можно сказать что-то вроде «штаны у него как спелый лимон» или «глаза у нее как ясное небо» и человеку в принципе понятно какого цвета штаны и глаза, даже если он их не видит.

То есть передать информацию о цвете от человека человеку, никакого труда не составляет. А если цветовой информацией должны оперировать не люди, а какие-нибудь технические устройства, тут вариант «глаза как ясное небо» не пойдет. Нужно какое-то иное описание цвета, понятное этим устройствам (мониторы, принтеры, фотоаппараты и т. д.). Как раз для этого и нужны цветовые модели.

Типы цветовых моделей

Существует немало цветовых моделей, наиболее часто используемые можно разделить на три группы:

аппаратно-зависимые — цветовые модели данной группы описываю цвет применительно к конкретному, цветовоспроизводящему устройству (например монитору), - RGB, CMYK
аппаратно-независимые — эта группа цветовых моделей для того, чтобы дать однозначную информацию о цвете - XYZ, Lab
психологические — эти модели основываются на особенностях восприятия человека - HSB, HSV, HSL

Рассмотрим по отдельности некоторые, часто используемые, цветовые модели.

Данная цветовая модель описывает цвет источника света (сюда можно отнести например экран монитора или телевизора). Из огромного множества цветов, в качестве основных (первичных) было выделено три цвета: красный (B ed), зеленый (G reen), синий (B lue). Первые буквы названий основных цветов образовали название цветовой модели RGB.

Когда смешиваются два основных цвета, получившийся цвет осветляется: красный и зеленый дают желтый, зеленый и синий дают голубой, из синего и красного получится пурпурный. Если смешать все три основных цвета, образуется белый. Такие цвета называются аддитивными.

Эту модель можно представить в виде трехмерной системы координат, где каждая отражает значение одного из основных цветов в диапазоне от нуля до максимума. Получился куб, внутри которого находятся все цвета, образующие цветовое пространство RGB.

Важные точки и линии модели RGB

Начало координат: в этой точке значения всех основных цветов равны нулю, излучение отсутствует, т. е. это - точка черного цвета.
В ближайшей к зрителю точке все составляющие имеют максимальное значение, это значит максимальное свечение - точка белого цвета.
На линии, соединяющей эти точки (по диагонали куба), расположены оттенки серого цвета: от черного к белому. Этот диапазон иначе называют серой шкалой (Grayscale).
Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.

Плюс этой модели состоит в том, что она описывает все 16 миллионов цветов, а минус в том, что при печати часть (самые яркие и насыщенные) этих цветов потеряется.

Так как RGB аппаратно-завиисмая модель, то одна и та же картинка на разных мониторах может отличаться по цвету, например потому что экраны этих мониторов сделаны по разным технологиям или мониторы по разному настроены.

Если предыдущая модель описывает светящиеся цвета, то CMYK наоборот, для описания цветов отраженных. Еще они называются субтрактивными («вычитательными»), потому что они остаются после вычитания основных аддитивных. Так как цветов для вычитания у нас три, то и основных субтрактивных цветов тоже будет три: голубой (C yan), пурпурный (M agenta), желтый (Y ellow).

Три основных цвета модели CMYK, называют полиграфической триадой. Печатая этими красками, происходит поглощение красной, зеленой и синей составляющих. В изображении CMYK каждый пиксель имеет значение процентного содержания триадных красок.

Когда смешиваем две субтрактивных краски, то результирующий цвет затемняется, а если смешать три, то должен получиться черный цвет. При нулевом значении всех красок получаем белый цвет. А когда значения всех составляющих равны - получаем серый цвет.

На деле получается, что если смешать три краски при максимальных значениях, вместо глубокого черного цвета у нас получится скорее грязный темно-коричневый. Это происходит потому, что полиграфические краски не идеальны и не могут отразить весь цветовой диапазон.

Что бы компенсировать эту проблему к этой триаде добавили четвертую краску черного цвета, она и добавила последнюю букву в названии цветовой модели С - C yan (Голубой), М - M agenta (Пурпурный), Y - Y ellow (Желтый), К - blacK (Черный). Все краски обычно обозначаются начальной буквой названия, но черную обозначили последней буквой, Почему? .

Как и RGB, CMYK тоже модель аппаратно-зависимая. Зависит конечный результат от краски, от типа бумаги, от печатной машины, от особенностей технологии печати. Поэтому одно и то же изображение в разных типографиях может быть напечатанным по разному.

Цветовая модель HSB

Если вышеописанные модели соединить в одну, то результат можно изобразить в виде цветового круга, где основные цвета моделей RGB и CMY расположены в следующей зависимости: каждый цвет находится напротив комплементарного цвета, его дополняющего и между цветами, с помощью которых он образован.

Чтобы усилить какой-то цвет, нужно ослабить цвет находящийся напротив (дополняющий). Например, чтобы усилить желтый, нужно ослабить синий.

Для описания цвета в данной модели есть три параметра H ue (оттенок) - показывает положение цвета на цветовом круге и обозначается величиной угла от 0 до 360 градусов, S aturation (насыщенность) - определяет чистоту цвета (уменьшение насыщенности похоже на добавлене белого цвета в исходный цвет), B rightness (яркость) - показывает освещенность или затененность цвета (уменьшение яркости похоже на добавление черной краски). Первые буквы в названии этих параметров и дали название цветовой модели.

Модель HSB хорошо согласуется с человеческим восприятием: цветовой тон - длина волны света, насыщенность - интенсивность волны, а яркость - количество света.

Минусом модели HSB является необходимость конвертировать ее в RGB для отображения на экране монитора или в CMYK для печати.

Эту модель создала Международная комиссия по освещению для того, чтобы уйти от недостатков предыдущих моделей. Было необходимо создать аппаратно независимую модель для определения цвета независящую от параметров устройства.

В модели Lab цвет представлен тремя параметрами:

L — светлота
a — хроматический компонент в диапазоне от зеленого до красного
b — хроматический компонент в диапазоне от синего до желтого

При переводе цвета из какой-нибудь модели в Lab, все цвета сохраняются, так как пространство Lab самое большое. Поэтому данное пространство используют как посредника при конвертации цвета из одной модели в другую.

Цветовая модель Grayscale

Самое простое и понятное пространство используется для отображения черно-белого изображения. Цвет в данной модели описывается всего одним параметром. Значение параметра может быть в градациях (от 0 до 256) или в процентах (от 0% до 100%). Минимальное значение соответствует белому цвету, а максимальное — черному.

Индексные цвета

Вряд ли допечатнику придется работать с индексными цветами, но знать что это такое, не помешает.

Итак, когда-то давно, на заре компьютерных технологий, компьютеры могли отображать на экране не больше 256 цветов одновременно, а до этого 64 и 16 цветов. Исходя из таких условий был придуман индексный способ кодирования цвета. Каждый цвет, содержащийся в изображении, получил порядковый номер, с помощью этого номера описывался цвет всех пикселов, имеющих соответствующий цвет. Но у разных изображение наборы цветов разные и по этому пришлось в каждой картинке хранить свой набор цветов (набор цветов назвали — цветовая таблица).

Современные компьютеры (даже самые простые) способны отображать на экране 16,8 млн цветов, поэтому нет особой необходимости в использовании индексных цветов. Но с развитием интернета эта модель вновь используется. Все потому, что такой файл может иметь гораздо меньший размер.

Другой метод создания цвета (модель HSB) заключается в выборе основного цвета из непрерывного цветового ряда (Hue - оттенок) с последующей настройкой насыщенности (Saturation) и яркости (Brightness). Насыщенность регулируется изменением содержания в цвете белой компоненты, а яркость - черной. Модель HSB является вариантом модели RGB и также базируется на использовании базовых цветов. Из всех используемых в настоящее время моделей эта модель наиболее точно соответствует способу восприятия цвета человеческим глазом.

Цветовая модель HSB является наиболее простой для понимания. Она равно применима и для аддитивных, и для субтрактивных цветов. HSB - это трехканальная модель цвета, так как представлена тремя компонентами (тон, насыщенность и яркость). Спектральные цвета располагаются на цветовом круге. Цветовой тон характеризуется положением на цветовом круге (построен на основе цветового круга Манселла) и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. По краю цветового круга располагаются максимально насыщенные цвета (100 %), а по мере перемещения к центру круга их насыщенность уменьшается до минимума (0 %). Цвет с уменьшением насыщенности осветляется, как будто к нему прибавляют белую краску. При значении насыщенности 0 % в центре круга любой цвет становится белым. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100 %) и ярче уже быть не могут (рис. 3.8).

Рисунок 3.8. Цветовая модель HSB

Яркость можно уменьшить на отдельной оси, называемой ахроматической, при этом нулевая (нижняя) точка оси соответствует черному цвету.

Существуют хроматические и ахроматические цвета (рис. 3.9). К ахроматическим цветам относятся: белый, черный и вся шкала серых между ними. Они не имеют цветового тона. К хроматическим цветам относятся все остальные цвета, отличные от белого, серого или черного.

Рисунок 3.9. Хроматические (слева) и ахроматические (справа) цвета

Степень хроматичности цвета определяется насыщенностью (степенью удаленности цвета от серого той же светлоты). Цвета с максимальной насыщенностью - спектральные цвета. Минимальная насыщенность дает полную ахроматику (отсутствие цветового тона). Чем ниже насыщенность, тем более серым выглядит цвет. При нулевой насыщенности цвет становится серым.

Модель HSB охватывает все известные значения реальных цветов, поэтому ее используют при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Яркость - это параметр цвета, характеризующий освещенность или затемненность цвета. Она определяется степенью отражения от физической поверхности, на которую падает свет. Чем выше яркость, тем светлее цвет. Яркость показывает величину черного оттенка, добавленного к цвету, что делает его более темным. Таким образом, цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность - интенсивности волны, а яркость - общего количества света.

Помимо цветового тона, насыщенности и яркости, при работе с цветом важной характеристикой изображения является контраст. Это понятие относится к яркостному соотношению между светлыми и темными областями изображения. При повышении контраста светлые области становятся еще светлее, а темные - еще темнее. При понижении контраста разница в тоне между более светлыми и более темными областями уменьшается. Один и тот же цвет воспринимается по-разному в зависимости от соседних цветов. Поэтому различают контраст цветового тона, контраст светлости и контраст цветности.

Модель HLS (Hue - оттенок, Lightness - осветление, Saturation - насыщенность) является вариантом модели HSB. В этих моделях цветовые параметры оттенок и насыщенность являются общими. Различие состоит в замене нелинейного компонента Brightness (яркость) на линейный компонент Lightness (интенсивность), который изменяется в диапазоне от 0 до 100 процентов.

Цветовые модели CIE XYZ и CIE L*a*b

Международной комиссией по освещению (CIE) были разработаны цветовые модели CIE XYZ и CIE L*a*b. Достоинством этих моделей является независимость от способа производства цвета, в их системе измерения можно описывать как субтрактивные цвета печати, так и аддитивные цвета, излучаемые монитором. Поэтому эти модели используются для того чтобы определять аппаратно независимые цвета, которые могут правильно воспроизводиться устройствами любого типа - сканерами, мониторами или принтерами.

CIE разработала цветовую систему XYZ , называемую также «нормальной цветовой системой». Эта система часто представляется в виде двухмерного графика, который более или менее похож на парус (рис. 3.10).

Рисунок 3.10. Цветовая модель CIE XYZ

Красные компоненты цвета вытянуты вдоль оси Х координатной плоскости, а зеленые компоненты цвета вытянуты вдоль оси Y. При таком способе представления каждому цвету соответствует определенная точка на координатной плоскости. Спектральная чистота цветов уменьшается по мере перемещения по координатной плоскости влево. Но в этой модели не учитывается яркость.

В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE L*a*b* (Communication Internationale de I"Eclairage - международная комиссия по совещанию; L, a, b - обозначения осей координат в этой системе). CIE L*a*b* представляет собой улучшенную цветовую модель CIE XYZ. L*a*b* - трехканальная цветовая модель. Любой цвет данной модели определяется светлотой (L) и двумя хроматическими компонентами: параметром a, который изменяется в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого (рис. 3.11).

Рисунок 3.11. Цветовая модель CIEL*a*b*

Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими.

По сравнению с цветовой моделью XYZ цвета CIE L*a*b* более совместимы с цветами, воспринимаемыми человеческим глазом. Модель CIE L*a*b* используется некоторыми программами (например, Adobe Photoshop) в качестве модели-посредника при любом конвертировании из модели в модель, а также при конвертировании цветного изображения в оттенки серого.

Сечения пространства по яркости. Видимая часть пространства HSB.

Для описания цветовой модели HSB необходимо уточнить определения таких характеристик цвета, как цветность, насыщенность и яркость.
Цветность (цветовой тон) или хроматика - числовая характеристика, имеющая одинаковое значение для всех оттенков одного цвета (например, ярко-красный или тёмно-красный) и различные значения для любой пары оттенков разных цветов (например, ярко-красный и ярко-синий). Определяет расположение цвета на цветовом круге в градусах. Цветность обозначают первой буквой слова hue (оттенок) - H. Цвета с различной цветностью описывают названиями на естественном языке (например, голубой, оранжевый). Например, зеленому цвету соответствует значение Н120°, а синему - Н240°.
Насыщенность - это интенсивность определённого тона. Насыщенный цвет можно назвать сочным, глубоким, в то время как, менее насыщенный - приглушённым, приближённым к серому. Полностью ненасыщенный цвет будет оттенком серого. Насыщенность 50 означает, что мы имеем дело с 50 %-ным оттенком спектрального цвета. Насыщенность обозначают первой буквой слова saturation (насыщенность) - S. На цветовом круге цвета равной насыщенности располагаются вдоль концентрических окружностей, а все степени насыщенности одного цвета можно проследить вдоль радиуса, соединяющего белую точку в центре и точку спектрального цвета на окружности.
Яркость - это энергетическая характеристика света, визуально воспринимаемая как величина, на которую цвет отличается от черного. Яркость обозначают первой буквой слова brightness (яркость) - B. Яркость измеряется в процентах. Получается, что В=0 % соответствует черному цвету, В=100 % - отсутствию добавленного черного. На цветовом круге цвета равной яркости располагаются вдоль концентрических окружностей, а все степени яркости одного цвета можно проследить по радиусу, соединяющему черную точку в центре и точку спектрального цвета на окружности.
На основе этих параметров построена цветовая модель HSB. Основа модели цветовой круг. Исходя из этого, цветовое пространство модели HSB можно рассматривать как "стопку" лежащих друг на друге модификаций цветового круга. "Нижний" цветовой круг с яркостью цветов В=0 % визуально воспринимается как черный. "Верхний" цветовой круг составляют цвета с максимальной яркостью B=100 %. Ось S (насыщенность) модели HSB не имеет фиксированного направления. Значения этой переменной - расстояние от центра цветового круга до точки, соответствующей заданному цвету.
Перед выводом на экран цвета приходится преобразовывать в цветовое пространство , а перед выводом на печать - в цветовое пространство . Второй существенный недостаток этой модели состоит в нелинейности визуального восприятия яркости. В силу физиологических особенностей зрения, хроматические цвета с одинаковым значением яркости (например, желтый и фиолетовый) не выглядят одинаково светлыми. Для устранения этого недостатка была введена искусственная характеристика цвета - светлота (lightness). Светлотой называется характеристика визуального восприятия яркости цвета. Цвета с равными значениями светлоты выглядят одинаково яркими. Модификация цветовой модели HSB с заменой яркости на светлоту называется HSL. В некоторых программах компьютерной графики и в литературе встречается упоминание о цветовой модели HSV. В разных случаях эта аббревиатура соответствует либо модели HSB, либо модели HSL, либо представляет собой их собирательное наименование.

На принципе такого деления света основан цветной телевизор или монитор Вашего компьютера. Если говорить очень грубо, то монитор, в который Вы сейчас смотрите состоит из огромного количества точек (их количество по вертикали и горизонтали определяет разрешение монитора) и в каждую эту точку светят по три "лампочки": красная, зеленая и синяя. Каждая "лампочка" может светить с разной яркостью, а может не светить вовсе. Если светит только синяя "лампочка" - мы видим синюю точку. Если только красная - мы видим красную точку. Аналогично и с зеленой. Если все лампочки светят с полной яркостью в одну точку, то эта точка получается белой, так как все градации этого белого опять собираются вместе. Если ни одна лампочка не светит, то точка кажется нам черной. Так как черный цвет - это отсутствие света. Сочетая цвета этих "лампочек", светящихся с различной яркостью можно получать различные цвета и оттенки.

Яркость каждой такой лампочки определяется интенсивностью (делением) от 0 (выключенная "лампочка") до 255 ("лампочка", светящая с полной "силой"). Такое деление цветов называется цветовой моделью RGB от первых букв слов "RED" "GREEN" "BLUE" (красный, зеленый, синий).

Таким образом белый цвет нашей точки в цветовой модели RGB можно записать в следующем виде:

R (от слова "red", красный) - 255

G (от слова "green", зеленый) - 255

B (от слова "blue", синий) - 255

"Насыщенный" красный будет выглядеть так:

Желтый цвет будет иметь следующий вид:

Так же, для записи цвета в rgb, используют шестнадцатеричную систему. Показали интенсивности запмсывают по порядку #RGB:

Белый - #ffffff

Красный - #ff0000

Черный - #00000

Желтый - #ffff00

Цветовая модель CMYK

Итак, теперь мы знаем, каким хитрым способом наш компьютер передает нам цвет той или иной точки. Давайте теперь воспользуемся приобретенными знаниями и попробуем получить белый цвет с помощью красок. Для этого купим в магазине гуашь, возьмем баночки с красной, синей и зеленой краской, и смешаем их. Получилось? И у меня нет.

Проблема в том, что наш монитор излучает свет, то есть светится, но в природе многие объекты не обладают таким свойством. Они попросту отражают белый свет, который на них падает. Причем если предмет отражает весь спектр белого света, то мы видим его белым, а если же часть этого света им поглощается - то не совсем.

Примерно так: мы светим на красный предмет белым светом. Белый свет можно представить как R-255 G-255 B-255. Но предмет не хочет отражать весь свет, который мы на него направили, и нагло ворует у нас все оттенки зеленого и синего. В итоге отражает только R-255 G-0 B-0. Именно поэтому он нам и кажется красным.

Так что для печати на бумаге весьма проблематично пользоваться цветовой моделью RGB. Для этого, как правило, используется цветовую модель CMY (цми) или CMYK (цмик). Цветовая модель CMY основана на том, что сам по себе лист бумаги белый, то есть отражает практически весь спектр RGB, а краски, наносимые на нее, выступают в качестве фильтров, каждый из которых "ворует" свой цвет (либо red, либо green, либо blue). Таким образом цвета этих красок определяются вычитанием из белого по одному цветов RGB. Получаются цвета Cyan (что-то вроде голубого), Magenta (можно сказать, розовый), Yellow (желтый).

И если в цветовой модели RGB градация каждого цвета происходила по яркости от 0 до 255, то в цветовой модели CMYK у каждого цвета основным значением является "непрозрачность" (количество краски) и определяется процентами от 0% до 100%.

Таким образом, белый цвет можно описать так:

C (cyan) - 0%; M (magenta) - 0%; Y (yellow) - 0%.

Красный - C-0%; M-100%; Y-100%.

Зеленый - C-100%; M-0%; Y-100%.

Синий - C-100%; M-100%; Y-0%.

Черный - C-100%; M-100%; Y-100%.

Однако, это возможно только в теории. А на практике же обойтись цветами CMY не получается. И черный цвет при печати получается скорее грязно-коричневым, серый не похож сам на себя, а темные оттенки цветов создать проблематично. Для урегулирования конечного цвета используется еще одна краска. Отсюда и последняя буква в названии CMYK (ЦМИК). Расшифровка этой буквы может быть разной:

Это может быть сокращение от blacK (черный). И в сокращении используется именно последняя буква, чтобы не спутать этот цвет с цветом Blue в модели RGB;

Печатники очень часто употребляют слово "Контур" относительно этого цвета. Так что возможно, что буква K в абревиатуре CMYK (ЦМИК) - это сокращение от немецкого слова "Kontur";

Так же это может быть сокращение от Key-color (ключевой цвет).

Однако ключевым его назвать сложно, так как он является скорее дополнительным. И на черный этот цвет не совсем похож. Если печатать только этой краской изображение получается скорее серое. Поэтому некоторые придерживаются мнение, что буква K в обревиатуре CMYK означает "Kobalt" (темно-серый, нем.).

Как правило, используется для обозначения этого цвета термин "black" или "черный".

Печать с использованием цветов CMYK называют "полноцветной" или "триадной".

*Стоит, наверное, сказать, что при печати CMYK (ЦМИК) краски не смешиваются. Они ложатся на бумагу "пятнами" (растром) одна рядом с другой и смешиваются уже в воображении человека, потому что эти "пятна" очень малы. То есть изображение растрируется, так как иначе краска, попадая одна на другую, расплывается и образуется муар или грязь. Существует несколько разных способов растрирования.

Цветовая модель grayscale

Изображение в цветовой модели grayscale многие ошибочно называют черно-белым. Но это не так. Черно-белое изображение состоит только из черных и белых тонов. В то время, как grayscale (оттенки серого) имеет 101 оттенок. Это градация цвета Kobalt от 0% до 100%.

Аппаратно-зависимые и аппаратно-независимые цветовые модели

Цветовые модели CMYK и RGB являются аппаратно-зависимыми, то есть они зависят от способа передачи нам цвета. Они указывают конкретному устройству, как использовать соответствующие им красители, но не имеют сведений о восприятии конечного цвета человеком. В зависимости от настроек яркости, контрастности и резкости монитора компьютера, освещенности помещения, угла, под которым мы смотрим на монитор, цвет с одними и теми же параметрами RGB воспринимается нами по-разному. А восприятие человеком цвета в цветовой модели "CMYK" зависит от еще большего ряда условий, таких как свойства запечатываемого материала (например, глянцевая бумага впитывает меньше краски, чем матовая, соответственно цвета на ней получаются более яркие и насыщенные), особенности краски, влажности воздуха, при котором сохла бумага, характеристик печатного станка…

Чтобы передать человеку более достоверную информацию о цвете, к аппаратно-зависимым цветовым моделям прикрепляют так называемые цветовые профили. Каждый из такого профиля содержит информацию о конкретном способе передачи человеку цвета и регулирует конечный цвет с помощью добавления или изъятия из какого-либо составляющего первоначального цвета параметров. Например, для печати на глянцевой пленке используется цветовой профиль, убирающий 10% Cyan и добавляющий 5% Yellow к первоначальному цвету, из-за особенностей конкретной печатной машины, самой пленки и прочих условий. Однако даже прикрепленные профили не решают всех проблем передачи нам цвета.

Аппаратно-независимые цветовые модели не несут в себе сведений для передачи цвета человеку. Они математически описывают цвет, воспринимаемый человеком с нормальным цветным зрением.

Цветовые модели HSB и HLS

В основе этого цветового пространства лежит уже знакомое нам радужное кольцо RGB. Цвет управляется изменением таких параметров, как:

Hue - оттенок или тон;

Saturation - насыщенность цвета;

Brightness - яркость.

Параметр hue - это цвет. Определяется градусами от 0 до 360 исходя из цветов радужного кольца.

Параметр saturation - процент добавления к этому цвету белой краски имеет значение от 0% до 100%.

Параметр Brightness - процент добавления черной краски так же изменяется от 0% до 100%.

Принцип похож на одно из представлений света с точки зрения изобразительного искусства. Когда в уже имеющиеся цвета добавляют белую или черную краску.

Это самая простая для понимания цветовая модель, поэтому ее очень любят многие web-дизайнеры. Однако она имеет ряд недостатков:

Глаз человека воспринимает цвета радужного кольца, как цвета, имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В цветовой модели HSB все цвета этого круга считаются обладающими яркостью в 100%, что, к сожалению, не соответствует действительности.

Так как в её основе лежит цветовая модель RGB, она, все же является аппаратно-зависимой.

Эта цветовая модель конвертируется для печати в CMYK и конвертируется в RGB для отображения на мониторе. Так что догадаться, каким у вас в конечном счете получится цвет бывает весьма проблематично.

Аналогична этой модели цветовая модель HLS (расшифровка: hue, lightness, saturation).

Иногда используются для коррекции света и цвета в изображении.

Цветовая модель LAB

В этой цветовой модели цвет состоит из:

Luminance - освещенность. Это совокупность понятий яркость (lightness) и интенсивность (chrome)

A - это цветовая гамма от зеленного до пурпурного

B - цветовая гамма от голубого до желтого

То есть двумя показателями в совокупности определяется цвет и одним показателем определяется его освещенность.

LAB - Это аппаратно-независимая цветовая модель, то есть она не зависит от способа передачи нам цвета. Она содержит в себе цвета как RGB так и CMYK, и grayscale, что позволяет ей с минимальными потерями конвертировать изображение из одной цветовой модели в другую.

Еще одним достоинством является то, что она, в отличие от цветовой модели HSB, соответствует особенностям восприятия цвета глазом человека.

Часто используется для улучшения качества изображения, и конвертирования изображений из одного цветового пространства в другое.

Материал из Техническое зрение

В главе $2$ мы уже писали о том, что цветные цифровые изображения представляют собой совокупность трех цветовых плоскостей, каждая из которых характеризует одну независимую составляющую цвета, представленную в том же формате, что и обычное $8$-битное полутоновое изображение. Следовательно, все описанные процедуры обработки полутоновых изображений

Цветовая модель RGB

в яркостной области могут быть обобщены и на случай обработки цветных изображений. Специфика же здесь связана прежде всего с различными цветовыми моделями, позволяющими по-разному работать с разными цветовыми и другими составляющими изображения.

Назначение цветовой модели - дать средства описания цвета в пределах некоторого цветового охвата. Наиболее часто в компьютерном зрении используются модели RGB, CMY, YUV, YCbCr, HSV.

Цветовая модель RGB.

RGB (Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий) - аппаратно-ориентированная модель, используемая в дисплеях для аддитивного формирования оттенков самосветящихся объектов (пикселов экрана). Система координат RGB - куб с началом отсчета $\langle 0,0,0 \rangle$, соответствующим черному цвету (рис. 4). Максимальное значение RGB - $\langle 255,255,255 \rangle$ соответствует белому цвету. В модели RGB не разделены яркостная и оттеночная компоненты цвета, здесь легко указать яркости для одного из основных цветов, но затруднительно указать оттенок с требуемым цветовым тоном (например, телесным) и насыщенностью.

Цветовая модель HSV

Цветовая модель HSV.

Цветовая модель HSV (Hue, Saturation, Value - цветовой тон, насыщенность, мера яркости) - модель, ориентированная на человека и обеспечивающая возможность явного задания требуемого оттенка цвета. Среди прочих используемых в настоящее время моделей, эта модель отражает физические свойства цвета и наиболее точно соответствует способу восприятия цвета человеческим глазом. Оттенок цвета (H) ассоциируется в человеческом сознании с обусловленностью окраски предмета определенным типом пигмента, краски, красителя. Составляющая Н - это длина световой волны, отраженной или прошедшей через объект. Данная составляющая является объективной и отражает физическую сущность цвета. Насыщенность (S) характеризует степень, силу, уровень выражения оттенка цвета. Этот атрибут в человеческом сознании связан с количеством (концентрацией) пигмента, краски, красителя. Насыщенность позволяет оценить, насколько "глубоким" и "чистым" является данный цвет, то есть как он отличается от ахроматического. Она определяет соотношение серого цвета и выбранного оттенка и выражается в долях от $0$ (серый) до $1$ (полностью насыщенный). Мера яркости (V) характеризует относительную освещенность или затемненность цвета (интенсивность цвета), поэтому она измеряется в диапазоне от 0 (черный) до 1 (белый). При увеличении яркости цвет становится более светлым (белым). Составляющая V является нелинейной, что близко соответствует восприятию человеком светлых и темных цветов. Две последние составляющие являются субъективно определяемыми, так как отражают психологические особенности восприятия цвета.

Подпространство, определяемое данной моделью, соответствует проекции цветового пространства на главную диагональ RGB-куба в направлении от белого к черному и являет собой перевернутый шестигранный конус (рис. 5). По вертикальной оси конуса задается V - мера яркости. Значению $\rm{V} = 0$ соответствует вершина конуса, значению $\rm{V}=1$ - основание конуса; цвета при этом наиболее интенсивны. Цветовой тон H задается углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси. В частности, $0$ ° - чистый красный цвет (Red), $60$° - желтый (Yellow), $120$° - зеленый (Green), $180$° - голубой (Cyan), $240$° - синий (Blue), $300$ ° - пурпурный (Magenta), то есть дополнительные цвета расположены друг против друга (отличаются на $180$°). Насыщенность S определяет, насколько близок цвет к "чистому" пигменту и меняется от $0$ на вертикальной оси V до 1 на боковых гранях шестигранного конуса. Точка $\rm{V} = 0$, в которой находится вершина конуса, соответствует черному цвету. Значение S при этом может быть любым в диапазоне $0$ - $1$. Точка с координатами $\rm{V} = 1$, $\rm{S} = 0$ - центр основания конуса, соответствует белому цвету. Промежуточные значения координаты V при $\rm{S} = 0$, то есть на оси конуса, соответствуют серым цветам. Если $\rm{S} = 0$, то значение оттенка H считается неопределенным.

Цветовая модель HSV может быть получена из модели RGB следующим образом: $$ {\rm H}_1 =\arccos \left({\frac{\frac{1}{2}\left[ {\left({{\rm R}-{\rm G}} \right)+\left({{\rm R}-{\rm B}} \right)} \right]}{\sqrt {\left({{\rm R} - {\rm G}} \right)^2+\left({{\rm R}-{\rm B}} \right) \left({{\rm G} - {\rm B}} \right)} }} \right), \quad {\rm H} = \begin{cases} {\rm H}_1, & {\rm if} {\rm B} \le {\rm G}, \cr 360° - {\rm H}_1, & {\rm if} {\rm B} > {\rm G}, \cr \end{cases} $$ $$ {\rm S} = \frac {\max \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}} \right) - \min \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}}\right)} {\max \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}} \right)}, \quad {\rm V} = \frac{\max \left({{\rm R}, {\rm G}, {\rm B}} \right)}{255}. $$ Данное преобразование является нелинейным, что затрудняет его практическое использование. Аппроксимация преобразования линейными зависимостями существенно упрощает алгоритм перевода из RGB в HSV и обеспечивает высокую вычислительную эффективность. Цветовая модель HSV является наиболее удобным представлением цветных изображений для их цветовой сегментации.

Цветовая модель YUV.

Остановимся также на цветовом пространстве YUV, которое широко применяется в телевещании и соответственно пришло на компьютер вместе с MPEG-форматом. Дело в том, что глаз человека наиболее чувствителен к яркости изображения и несколько менее - к цветности.

Если аддитивные составляющие RGB-сигнала представить в виде яркости (Y) и двух различных составляющих сигнала цветности (U и V) по формулам $$ \mbox{Y} = 0,299 \mbox{R} + 0,587 \mbox{G} + 0,114 \mbox{B}, $$ $$ \mbox{U} = 0,493 (\mbox{B} - \mbox{Y}), $$ $$ \mbox{V} = 0,877 (\mbox{R} - \mbox{Y}), $$ то U в таком соотношении выражает различия между синей и желтой составляющими цветного изображения, а V - между красной и зеленой компонентами цветного изображения. Известно, что глаз человека легче различает градации яркости и оттенки зеленого, поэтому U и V можно отображать с меньшей точностью, что способно существенно уменьшить количество информации, сохраняемой при сжатии. Таким образом, используя особенности человеческого зрения, еще до того, как будет применяться компрессия данных, мы можем получить выигрыш только за счет перехода к другому цветовому пространству. Поэтому, когда говорят, например, что сжатие в MPEG осуществляется с коэффициентом $100:1$ и более, часто забывают, что часть информации была "потеряна" уже при переходе к другому цветовому пространству.

Формат кодирования YUV $4:1:1$ отличается от $4:2:2$ способом дискретизации сигнала, которая вычисляется для конкретного канала как произведение базовой частоты цифрового кодирования на соответствующий коэффициент: например, на $4$ отсчета для канала Y берется по одному отсчету для каждого из цветоразностных каналов.

Цветовая сегментация изображения.

Цветовая сегментация обычно производится по предварительно построенной модели распределения цвета искомого объекта в


Взаимное соотношение компонент H и S на изображениях кожи	Взаимное соотношение компонент H и V на изображениях кожи

цветовом пространстве HSV. Рассмотрим работу процедуры подобного рода на примере задачи сегментации на изображении лица человека на основе цветовых характеристик человеческой кожи.

Построение модели рассматривается как задача поиска группы кластеров, соответствующих оттенкам кожи. Структура и параметры модели формируются путем обработки изображений участков кожи, выделенных вручную. Распределение, отражающее соотношение параметров цвета H и S, получено в данном примере в результате обработки порядка $900$ изображений фрагментов кожи размерами $3\times 3$ пиксела (рис. \refFigure{3_1_6}).

Как видно, "трубки" распределений $\langle$H, S$\rangle$ и $\langle$H, V$\rangle$, характеризующие оттенки кожи, являются достаточно компактными в цветовом пространстве и составляют группу первичных признаков на этапе построения модели. "Трубки" распределений $\langle$H, S$\rangle$ и $\langle$H, V$\rangle$ могут быть разделены на подобласти, образующие группы $\it{кластеров}$ (компактных множеств точек). На этапе сегментации каждому пикселу изображения ставится в соответствие вектор параметров цвета $\langle$H, S, V$\rangle$ и проверяется принадлежность параметров цвета к одному из кластеров модели кожи. Область изображения кожи формируется из пикселов, параметры которых вошли в один из кластеров. На рис. 8 - 10 приведены результаты работы алгоритма цветовой пиксельной сегментации лиц с различными оттенками кожи.

Аналогичным образом получено распределение, отражающее соотношение параметров цвета H и V (рис. 7).

После того как на изображении выделены пикселы, цвет которых соответствует оттенкам кожи, производится слияние выделенных пикселов в систему кластеров по

Пример цветовой пиксельной сегментации кожи

Пример работы алгоритма обнаружения лиц

мере близости их местоположения. Далее производится комплексная проверка кластеров для выявления кластеров, действительно являющихся лицами. Правило, которому должен отвечать фрагмент изображения, на котором присутствует лицо, достаточно очевидно: лицо обычно должно быть симметрично относительно вертикальной оси. На рис. 11 показан пример работы алгоритма обнаружения лиц на цветных изображениях. Фрагменты изображения с обнаруженными лицами выделены рамкой.