Modele i przestrzenie koloru

Modele i przestrzenie koloru
Pantone - międzynarodowy standard identyfikacji kolorów do celów
przemysłowych (w tym poligraficznych) opracowany i aktualizowany
przez amerykańską firmę Pantone Inc.
System Pantone standaryzuje w szczególności kolory dostępne w
procesie CMYK, tj. poligraficznej technice reprodukcji koloru przy
użyciu 4 podstawowych barw farby drukarskiej - Cyan, Magenta,
Yellow, blacK.
Jednak większość z zestawu 1114 kolorów opisanych w standardzie
Pantone nie daje się wiernie reprezentować w procesie CMYK.
Wymagają one zastosowania 15 bazowych pigmentów (wliczając biały i
czarny). Kolory identyfikowane są kodami literowo-cyfrowymi, np.
PMS134.
1
Wiele krajów używa standardu Pantone do precyzyjnego określania
barw swoich flag narodowych.
Model koloru - matematyczny system opisu koloru w przestrzeni
parametrów, w specyficznym układzie współrzędnych, np. RGB, gdzie
parametry R, G i B przyjmują wartości z ustalonego zakresu: jako
liczby ułamkowe od 0 do 1 lub, alternatywnie, jako liczby całkowite od
0 do 255.
Do określenia koloru potrzebne jest prócz samego parametrycznego
modelu - jego powiązanie z przestrzenią rzeczywistych kolorów, a więc
określenie jakiej fizycznej długości fali świetlnej odpowiada dany punkt
w układzie RGB.
Przestrzeń kolorów to pewien model koloru wraz z odwzorowaniem
tego modelu w ustalony "fizyczny" układ kolorów. Np. przestrzenie
"Adobe RGB" i "sRGB" to dwie różne przestrzenie kolorów bazujące
na tym samym modelu - różniące się ww. odwzorowaniem.
2
Gamut - obraz odwzorowania modelu, np. gamut CRT
Przestrzenie bazujące na modelach RGB i CMYK opisują zdolność
reprodukcji koloru przez fizyczne urządzenia - odp. monitory ekranowe
i urządzenia poligraficzne w procesie CMYK, natomiast ludzka
percepcja koloru lepiej modelowana jest przez system Lab.
Przestrzeń Lab
Isnieje wiele standardów Lab, np. CIE-Lab (Commission
Internationale d'Eclairage) używany jest jako fizyczna przestrzeń
odniesienia, w którą odwzorowywane są inne modele koloru. Standardy
Lab zbudowane są na bazie tzw. trójchromatycznego modelu percepcji
barw, CIE 1931 XYZ. Ponieważ Lab ma w zamierzeniu być
najwierniejszym modelem percepcji koloru przez człowieka, system ten
doskonalony jest wraz z postępem wiedzy neurofizjologicznej
dotyczącej wzroku.
3
Percepcja barw przez oko polega na jednoczesnej stymulacji komórek
nerwowych w siatkówce, tzw. czopków. Występują one w trzech
rodzajach, przy czym każdy z nich reaguje na inny zakres długości fal długie (barwa czerwona), średnie (barwa zielona) i krótkie (barwa
niebieska). Wykres poniżej pokazuje przybliżoną wrażliwość
poszczególnych rodzajów czopków na bodźce świetlne.
Odkrycie czopków w siatkówce i ich funkcji stało się podstawą
trójskładnikowej teorii postrzegania barw.
Jako parametry XYZ przyjęto
4
gdzie funkcja I jest spektralnym rozkładem mocy promieniowania
docierającego do siatkówki. Współrzędne w przestrzeni Lab są
nieliniowymi transformatami wielkości X, Y, Z, por. np.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lab_color_space
Transformacje te dobierane są tak aby zwykła Euklidesowa odległość w
przestrzeni Lab odpowiadała możliwie wiernie różnicowaniu koloru
przez ludzkie oko. A więc jeśli |A-B|<|A-C| to kolory A i B powinny dla
nas być bardziej zbliżone niż A i C. Nie jest to na ogół prawdą w
przestrzeniach CIE XYZ, ani tym bardziej RGB.
L oznacza jasność (lightness) barwy, o zakresie wartości 0 (czarny) do
100 (biały). Parametr a przyjmuje wartości ujemne i dodatnie,
określając zmienność od zieleni do purpury, podobnie dla b,
oznaczającego zmienność od błękitu do żółtego.
Gamut ludzkiej percepcji nie wypełnia całej przestrzeni barw
opisywanych modelem Lab.
Przestrzenie RGB, CMYK i HSV
Red, Green, Blue - 3 składniki barwy, parametry modelujące powstawanie koloru na ekranach
monitorów kineskopowych i ciekłokrystalicznych. Nie jest to w ogólności model absolutny, odwzorowanie
3 liczb w przestrzeń kolorów zależy od rodzaju urządzenia reprodukującego i jego ustawień (jasność,
kontrast itp.). Model absolutny to np. Adobe RGB, który szczegółowo określa parametry czystych barw R,
5
G, B w odniesieniu do CIE XYZ, a także niektóre parametry techniczne monitora (w szczególności jego
luminancję dla punktu białego i czarnego - ilość światła emitowaną przez jednostkę pow. ekranu).
RGB jest addytywnym modelem barw, kolory powstają przez sumowanie sygnałów w poszczególnych
kanałach. Jasność wynikowego koloru zależy z grubsza od sumy sygnałów składowych.
Przestrzeń barw RGB jest często wizualizowana jako sześcian w przestrzeni parametrów R, G i B.
6
Cyan, Magenta, Yellow, blacK - model oparty o barwy dopełniające do podstawowych R, G, B:
C=W-R
M=W-G
Y=W-B
gdzie W oznacza kolor biały (White). Jest to model subtraktywny - barwy powstają prze odejmowanie
poszczególnych składników od światła białego.
7
Model ten odpowiada zjawisku powstawania barwy przez odbicie światła od powierzchni przedmiotów.
Powierzchnia przedmiotów barwnych pochłania część spektrum padającego na nie światła, światło odbite
docierające do obserwatora wywołuje w oku wrażenie koloru.
8
C, M, Y odpowiadają pigmentom nanoszonym w procesie poligraficznym na papier. Każdy z nich, odbijając
białe światło, pochłania odpowiednią cześć spektrum, a światło odbite tworzy w oku obserwatora wrażenie
barwy.
Nałożenie wszystkich 3 pigmentów produkuje kolor czarny (całe spektrum padającego światła jest
absorbowane). W praktyce jednak wygląda on jak brudny brąz. Dlatego używa się dodatkowego wyciągu
czarnego K: czarny tusz jest tańszy niż C, M i Y, a ponadto użycie 3 pigmentów powodowałoby wolniejsze
schnięcie wydrukowanego materiału, rozmazywanie szczegółów itp.
Intensywność poszczególnych pigmentów regulowana jest w druku gęstością siatki rastra - biały papier
wyzierający pomiędzy punktami rastra "rozrzedza" dany pigment. Każdy z wyciągów wykorzystuje inny kąt
nachylenia siatki rastra, tak aby uniknąć nakładania się pigmentów.
Różnice między reprodukcją barw w przestrzeniach RGB i CMYK są na ogół znaczne, bo istotnie różnią się
ich gamuty:
Adobe Photoshop przy wyborze kolorów ostrzega, gdy dany kolor leży poza gamutem CMYK
9
Dlatego też nie istnieje prosty mechanizm konwersji RGB - CMYK, w praktyce konwersje takie
realizowane są przez tzw. color management systems z wykorzystaniem profilów ICC (International Color
Consortium) właściwych dla konkretnych urządzeń graficznych.
Hue, Saturation, Value (czasem Brightness, Lightness, Intensity) - alternatywna reprezentacja przestrzeni
RGB, która lepiej oddaje relacje właściwe ludzkiej percepcji barwy, zachowując prostotę obliczeniową. H
określa numerycznie barwę (w skali kątowej 0-360º, w odniesieniu do koła barw), S - nasycenie, natomiast
V - jasność koloru (B, L, I to inne miary jasności)
10