Как получаются цвета в rgb. История цветовой модели RGB

RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель , как правило, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. В российской традиции иногда обозначается как КЗС .

Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза. Цветовая модель RGB нашла широкое применение в технике.

Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному. Иначе говоря, если цвет экрана, освещённого цветным прожектором, обозначается в RGB как (r 1 , g 1 , b 1 ), а цвет того же экрана, освещенного другим прожектором, - (r 2 , g 2 , b 2 ), то при освещении двумя прожекторами цвет экрана будет обозначаться как (r 1 + r 2 , g 1 + g 2 , b 1 +b 2 ).

Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий ) - например, синего (B) и красного (R) , мы получаем пурпурный (M magenta) , при смешении зеленого (G) и красного (R) - жёлтый (Y yellow) , при смешении зеленого (G) и синего (B) - циановый (С cyan) . При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W).

В телевизорах и мониторах применяются три электронных пушки (светодиода, светофильтра) для красного, зелёного и синего каналов.

Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK , поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB , значительно тускнеют и гаснут в CMYK .

История

Джеймс Максвелл предложил аддитивный синтез цвета как способ получения цветных изображений в 1861 году.

Определение

Цветовая модель RGB была изначально разработана для описания цвета на цветном мониторе, но поскольку мониторы разных моделей и производителей различаются, были предложены несколько альтернативных цветовых моделей, соответствующих "усредненному" монитору. К таким относятся, например, sRGB и Adobe RGB .

Цветовая модель RGB может использовать разные оттенки основных цветов, разную цветовую температуру (задание "белой точки" ), и разный показатель гамма-коррекции.

Представление базисных цветов RGB согласно рекомендациям ITU , в пространстве XYZ : Температура белого цвета: 6500 кельвинов (дневной свет):

Красный: x = 0,64 y = 0,33
Зелёный: x = 0,29 y = 0,60
Синий: x = 0,15 y = 0,06

Матрицы для перевода цветов между системами RGB и XYZ (величину Y часто ставят в соответствие яркости при преобразовании изображения в чёрно-белое):

X = 0,431 * R + 0,342 * G + 0,178 * B
Y = 0,222 * R + 0,707 * G + 0,071 * B
Z = 0,020 * R + 0,130 * G + 0,939 * B

R = 3,063 * X - 1,393 * Y - 0,476 * Z
G = -0,969 * X + 1,876 * Y + 0,042 * Z
B = 0,068 * X - 0,229 * Y + 1,069 * Z

Числовое представление

Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку , что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1 .

В компьютерах для представления каждой из координат традиционно используется один октет , значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно . Следует учитывать, что чаще всего используется гамма-компенсированое цветовое пространство sRGB , обычно с показателем 1.8 (Mac ) или 2.2 (PC ).

В HTML используется #RrGgBb-запись , называемая также шестнадцатеричной : каждая координата записывается в виде двух шестнадцатеричных цифр, без пробелов (см. цвета HTML) . Например, #RrGgBb-запись белого цвета - #FFFFFF .

COLORREF

COLORREF - стандартный тип для представления цветов в Win32 . Используется для определения цвета в RGB виде. Размер - 4 байта. При определении какого-либо RGB цвета, значение переменной типа COLORREF можно представить в шестнадцатеричном виде так:

0x00bbggrr

rr, gg, bb - значение интенсивности соответственно красной, зеленой и синей составляющих цвета. Максимальное их значение - 0xFF .

Определить переменную типа COLORREF можно следующим образом:

COLORREF C = (r, g, b) ;

b, g и r - интенсивность (в диапазоне от 0 до 255) соответственно синей, зеленой и красной составляющих определяемого цвета C . То есть ярко-синий цвет может быть определён как (0,0,255 ), красный как (255,0,0 ), ярко-фиолетовый - (255,0,255 ), чёрный - (0,0,0 ), а белый - (255,255,255 ).

Поскольку в модели используется три независимых значения, ее можно представить в виде трехмерной системы координат .

Каждая координата отражает вклад одной из составляющех в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения (его численное значение в данный момент не играет роли, обычно это число 255, т. е. на каждой из осей откладывается уровень серого в каждом из цветовых каналов) .

В результате получается некий куб , внутри которого и "находятся" все цвета, образуя цветовое пространство модели RGB . Любой цвет, который можно выразить в цифровом виде, входит в пределы этого пространства.

Объем такого куба (количество цифровых цветов) легко рассчитать: поскольку на каждой оси можно отложить 256 значений, то 256 в кубе (или 2 в двадцать четвертой степени) дает число 16 777 216 .

Это означает, что в цветовой модели RGB можно описать более 16 миллионов цветов , но использование цветовой модели RGB вовсе не гарантирует, что такое количество цветов может быть обеспечено на экране или на оттисках. В определенном смысле это число - скорее предельная (потенциальная) возможность.

Важно отметить особенные точки и линии данной модели:

Начало координат: в этой точке все составляющие равны нулю , излучение отсутствует, что равносильно темноте, т. е. это точка черного цвета.

Точка, ближайшая к зрителю: в этой точке все составляющие имеют максимальное значение , что обеспечивает белый цвет.

На линии, соединяющей эти точки (по диагонали) , располагаются серые оттенки : от черного до белого. Это происходит потому, что значения всех трех составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Такой диапазон иначе называют серой шкалой (grayscale) . В компьютерных технологиях сейчас чаще всего используются 256 градаций (оттенков) серого. Хотя некоторые сканеры имеют возможность кодировать и 1024 оттенка серого .

Три вершины куба дают чистые исходные цвета , остальные три отражают двойные (бинарные) смешения исходных цветов: из красного и зеленого получается желтый, из зеленого и синего - голубой, а из красного и синего - пурпурный.

Следует отметить, что у аддитивной модели синтеза цвета существуют ограничения . В частности, не удается с помощью физически реализуемых источников основных цветов получить голубой цвет (как в теории - путем смешения синей и зеленой составляющих) , на экране монитора он создается с некоторыми техническими ухищрениями. Кроме того, любой получаемый цвет находится в сильной зависимости от вида и состояния применяемых источников. Одинаковые числовые параметры цвета на различных экранах будут выглядеть по-разному. И, по сути дела, модель RGB - это цветовое пространство какого-то конкретного устройства, например сканера или монитора.

Эта модель, конечно, совсем не очевидна для художника или дизайнера, но ее необходимо принять и разобраться в ней вследствие того, что она является теоретической основой процессов сканирования и визуализации изображений на экране монитора.

Видео на рутубе, мастер-класс "Практическое использование цветовых моделей RGB и CMYK в графическом дизайне". Автор нам уже известен (давала ссылки на его видео в теме о контрастах) - Боб Поташник. В первых 10 минутах видео идёт обзор всего того, о чём уже упоминалось в лекциях о цветовых системах, вторые 12 минут - основы работы с цветом в графических редакторах. Доходчиво и понятным языком для начинающих.

Продолжительность видео 22 минуты.

Коды цветов будут даны в цикле лекций о цветовых стандартах и каталогах, там выложу списки цветов с кодами. Здесь рассматриваем принципы работы систем.

Некоторые специальные термины

В современных специальных журналах часто используются такие понятия, как треу-гольник цветности, диаграмма цветности, локус, цветовой охват . В этом разделе мы попытаемся разобраться в сущности и назначении этих терминов на примере RGB -модели (хотя это можно было бы сделать и на базе любой другой цветовой модели) .

Начнем рассмотрение этих понятий с принципа образования плоскости единич-ных цветов . Плоскость единичных цветов (Q ) (рис. 3.5) проходит через отложен-ные на осях координат яркости единичные значения выбранных основных цветов.

Единичным цветом в колориметрии называют цвет, сумма координат которого (или, по-другому, модуль цвета т) равна 1.

Поэтому можно считать, что плоскость Q , пересекающая оси координат в точках B r (R=1,G=0,В=0), B g (R=0,G=1,В=0) и B b (R=0,G=0,В=1) , является единичным местом точек в пространстве RGB (рис. 3.5) .

Рис. 3,5. Плоскость единичных цветов и образование треугольника цветности

Каждой точке плоскости единичных цветов (Q) соответствует след цветового век-тора , пронизывающего плоскость в соответствующей точке на расстоянии от цен-тра координат :

m = (R 2 +G 2 +B 2) 0.5 = 1.

Следовательно, цветность любого излучения может быть представлена на плоско-сти единственной точкой . Можно себе представить и точку, соответствующую бе-лому цвету (Б) . Она образуется путем пересечения ахроматической оси с плоско-стью Q (рис. 3.5).

В вершинах треугольника находятся точки основных цветов. Определение точек цветов, получаемых смешением любых трех основных, производится по правилу графического сложения. Поэтому данный треугольник называется треугольником цветности, или диаграммой цветности. Часто в литературе встречается другое название - локус , которое можно интерпретировать как геометрическое место всех цветов, воспроизводимых данным устройством .

В колориметрии для описания цветности нет необходимости прибегать к простран-ственным представлениям. Достаточно использовать плоскость треугольника цвет-ности (рис. 3.5) . В нем положение точки любого цвета может быть задано только дву-мя координатами. Третью легко найти по двум другим, так как сумма координат цветности (или модуль) всегда равна 1. Поэтому любая пара координат цветности может служить координатами точки в прямоугольной системе координат на плоскости.

Итак, мы выяснили, что цвет графически можно выразить в виде вектора в про-странстве или в виде точки, лежащей внутри треугольника цветности.

Почему RGB-модель нравится компьютеру?

В графических пакетах цветовая модель RGB используется для создания цветов изоб-ражения на экране монитора, основными элементами которого являются три элект-ронных прожектора и экран с нанесенными на него тремя разными люминофорами (рис. 3.6,1) . Точно так же, как и зрительные пигменты трех типов колбочек, эти люми-нофоры имеют разные спектральные характеристики. Но в отличие от глаза они не поглощают, а излучают свет . Один люминофор под действием попадающего на него электронного луча излучает красный цвет, другой - зеленый и третий - синий.

Мельчайший элемент изображения, воспроизводимый компьютером, называется пикселом (pixel от pixture element) . При работе с низким разрешением отдельные пикселы не видны. Однако если вы будете рассматривать белый экран включенно-го монитора через лупу, то увидите, что он состоит из множества отдельных точек красного, зеленого и синего цветов (рис. 3.6, 2) , объединенных в RGB -элементы в виде триад основных точек . Цвет каждого из воспроизводимых кинескопом пик-селов (RGB-элементов изображения) получается в результате смешивания крас-ного, синего и зеленого цветов входящих в него трех люминофорных точек. При просмотре изображения на экране с некоторого расстояния эти цветовые состав-ляющие RGB -элементов сливаются, создавая иллюзию результирующего цвета.

Рис. 3.6. В основе работы монитора лежит возбуждение с помощью электронного пучка трех типов фосфоров (1); экран монитора состоит из множества триад маленьких точек красного, зеленого и синего цвета, называемых пикселами (2).

Картинка схема пиксела с сайта

Ещё пиксел:

Для назначения цвета и яркости точек, формирующих изображение монитора, нужно задать значения интенсивностей для каждой из составляющих RGB -элемента (пиксела) . В этом процессе значения интенсивностей используются для уп-равления мощностью трех электронных прожекторов , возбуждающих свечение соответствующего типа люминофора. В то же время число градаций интенсивно-сти определяет цветовое разрешение , или, иначе, глубину цвета, которые характе-ризуют максимальное количество воспроизводимых цветов. На рис. 3.7 приведе-на схема формирования 24-битового цвета , обеспечивающая возможность воспроизведения 256х256х256=16,7 млн цветов.

Последние версии профессиональных графических редакторов (таких, как, напри-мер, CorelDRAW 9, Corel Photo-Paint 9, Photoshop 5.5) наряду со стандартной 8-битовой глубиной цвета поддерживают 16-битовую глубину цвета , которая по-зволяет воспроизводить 65 536 оттенков серого .

Рис. 3.7. Каждый из трех цветовых компонентов RGB-триады может принимать одно из 256 дискретных значений - от максимальной интенсивности (255) до нулевой интенсивности, соответствующей черному цвету.

Картинка получше на эту же тему:

На рис. 3.8 приведена иллюстрация получения с помощью аддитивного синтеза шести (из 16,7 млн) цветов . Как уже упоминалось ранее, в случае, когда все три цветовые компоненты имеют максимальную интенсивность, результирующий цвет кажется белым. Если все компоненты имеют нулевую интенсивность, то резуль-тирующий цвет - чистый черный.

Рис. 3.8. Иллюстрация формирования 6 из 16,7 млн возможных цветов путем вариации интенсивностей каждой из трех компонентов R, G и В цветовой модели RGB.

Другие картинки поярче на эту же тему:

Ограничения RGB-модели

Несмотря на то что цветовая модель RGB достаточно проста и 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 цвето-вых составляющих RGB элемента, зависит от типа люминофора . А поскольку в техно-логии производства современных кинескопов находят применение разные типы лю-минофоров, 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 од-ного элемента изображения. Какой получится при этом цвет, зависит от спектрально-го состава излучаемого люминофором света. Поэтому в случае аддитивного синтеза для однозначного определения цвета наряду с установкой триады значений интен-сивностей 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 свя-зано, в частности, с тем, что в процессе эксплуатации происходит старение люми-нофора и изменение эмиссионных характеристик электронных прожекторов . Для устранения (или по крайней мере минимизации) зависимости RGB -модели от аппа-ратных 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 цве-та (излучения или отражения) .

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 голубой или чистый желтый , не могут быть точно воссозданы на экране . Но несмотря на то, что человеческий глаз способен различать цветов больше, чем монитор, RGB -мо-дели вполне достаточно для создания цветов и оттенков, необходимых для вос-производства фотореалистических изображений на экране вашего компьютера.

RGB - сокращение английских слов Красный (Red), Зеленый (Green), Синий (Blue). Эта модель предназначена для описания залучаемых цветов. Базовые компоненты модели основаны на трех лучах - красном, синем и зеленом, т.к. человеческое восприятие цвета основано именно на них. Вся остальная палитра создается путем смешения трех основных цветов в различных соотношениях. Следует отметить, что приложении двух основных цветов полученный цвет будет светлее, чем базовые составляющие. С другой стороны, белый цвет оттенок серого создаются путем смешения трех базовых цветов в равной степени, но с различной насыщенностью. Цвета такой модели называют аддитивными.

Цветовая модель RGB

Изображения на экране монитора, а также получаемые методом сканирования кодируются в модели RGB.

Цветовое пространство модели иногда представляют в виде цветового куба.

Представление модели RGB в графическом виде

По осям откладываются значения цветовых каналов, каждый из которых может принимать значения от нуля (свет отсутствует) до 255 (наибольшая яркость света). Внутри куба содержатся все цвета модели. В точке начала отсчета координатных осей все значения каналов равны нулю (черный цвет), а в противоположной точке максимальные значения каналов при смешении образуют белый цвет. Если две эти точки соединить отрезком, то на этом отрезке будет располагаться шкала оттенков от черного к белому - серая шкала. Три вершины куба дают три чистых исходных цвета. В свою очередь, каждая из трех других вершин между ними дает чистый, смешанный из двух основных, цвет. Каждый цветовой канал и серая шкала имеет 256 градаций серого.

Модель CMY предназначена для описания отраженных цветов. Цвета этой модели основаны на вычитании части спектра падающего света (белого) и называются субтрактивными. При смешении двух основных цветов результат окажется темнее любого из исходных, поскольку каждый из цветов поглощает свою часть спектра. Каналы CMY представляют собой остаток вычитания основных RGB-компонентов из белого цвета (как известно, белый цвет состоит из полного спектра цветов). При этом остаются следующие цвета: Cyan - голубой (белый цвет минус красный). Magenta - пурпурный (белый минус зеленый), Yellow - желтый (белый минус синий).

Цветовая модель CMY

В качестве усовершенствования этой модели появилась модель CMYK, которая была создана для описания процесса полноцветной печати, к примеру, на цветном принтере. Пурпурная, голубая и желтая краски последовательно наносятся на бумагу в различных пропорциях. Головка принтера устроена таким образом, что позволяет использовать эти цвета (полиграфическую триаду) одновременно и за один проход по бумаге. Нанесенные на одно место основные цвета смешиваются, образуя требуемые оттенки. Однако черный цвет получить методом смешения трех основных цветов не удастся, т.к. вместо черного получится скорее серо-коричневый цвет. Для получения чистого черного и оттенков серого в модель CMY был добавлен новый компонент - черный цвет. В цветовой модели CMYK - это и есть буква К (В1асК). Таким образом, CMYK - четырехканальная цветовая модель.

Модель CMYK предназначена для описания печатных изображений. Ее цветовой охват значительно ниже, чем у RGB, так как модель CMYK описывает отраженные цвета, интенсивность которых всегда меньше, чем у излучающих. Рассматривать CMYK можно как производную модели CMY. Пространство этой модели аналогично пространству модели RGB, только с перемещением начала координат.

Представление модели CMYK в графическом виде

Смешение всех трех компонентов при максимальных значениях дает черный цвет. С другой стороны, при полном отсутствии краски и, соответственно, нулевых значениях основных компонентов получится белый цвет. Применительно к CMYK, белый цвет следует воспринимать как белую бумагу. При смешивании основных компонентов с равными значениями получаются оттенки серого цвета и образуется серая шкала.

Эта цветовая модель имеет несколько особенностей, из-за которых переход в нее может создать некоторые проблемы. Дело в том, что цветовой охват CMYK недостаточно велик, и перевод в эту модель из модели RGB может привести к некоторым искажениям цветопередачи. Часть цветов из охвата модели RGB не может быть передана на бумаге, вследствие чего не входит в охват модели CMYK. Эта модель имеет проблемы с передачей ярко-голубых, синих, зеленых и оранжевых цветов. При конвертировании эти цвета приводятся к наиболее близким к ним в модели CMYK.

Хотя в CMYK и не редактируют изображение, однако, если оно готовится к печати, то часто возникает необходимость просмотреть соответствие цветов изображения цветовому охвату модели. Каждый раз, когда возникает такая необходимость, перевод изображения в CMYK и обратно в RGB с большой долей вероятности приведет к ухудшению качества изображения. Поэтому, если есть такая возможность, нужно прибегать к дополнительным средствам, как, например, в Photoshop - функция просмотра изображения в модели CMYK без действительного перевода в эту модель.

Как и модель RGB, модель CMYK является annapamнo-зависимой. Это означает, что при работе с различными устройствами вывода и печати изображения (например, мониторами и цветными принтерами) одно и то же графическое изображение будет выглядеть по-разному. Следует также иметь в виду, что получаемый цвет зависит не только от значений базовых составляющих, но и от параметров устройств: свойств используемой бумаги, особенностей принтеров, свойств люминофора у мониторов от различных фирм-производителей, наличия аппаратного цветового контроля монитора, а также свойств видеокарты.

В процессе работы по подготовке и выводу на печать изображения участвуют устройства, работающие как в модели RGB, так и CMYK. К первым можно отнести мониторы, сканеры и цифровые камеры, а ко вторым - цветные принтеры и фотонаборные автоматы. Поскольку цветовые охваты этих устройств различаются, необходимые преобразования из одной модели в другую сопряжены с неизбежными искажениями цветов и оттенков. Поэтому для достижения предсказуемого цвета была создана специальная система цветокоррекции - программа, цель которой заключается в достижении одинаковых цветов для всех этапов работы с изображениями, начиная сканированием и заканчивая выводом на печать.

Вы в детстве никогда не развлекались, разглядывая через увеличительное стекло окружающие предметы? Если нет, то попробуйте прямо сейчас — возьмите лупу и посмотрите вот на эту белую страницу. А те, кто были любознательными детьми, и так знают: картинка будет примерно такая.

И это именно белый цвет. Почему же мы видим цветные точки?

Дело в том, что передачи цветов в телевизорах, мониторах компьютеров и телефонов используется цветовая модель RGB . RGB — это аббревиатура английских слов Red, Green, Blue, то есть, «красный», «зеленый», «синий» — это и есть основные цвета в этой модели.

Но почему именно красный-зеленый-синий, кому это пришло в голову и почему при смешении они дают белый? Разберемся по порядку.

История вопроса

В конце 1850-х - начале 1860-х годов Джеймс Максвелл, ныне известный физик, а тогда — молодой выпускник Кембриджа, занимался изучением теории цвета. Теория цвета берет свое начало в работах Исаака Ньютона (мы вспоминали о его опытах с разложением света, когда говорили о цветах). Максвелл проводил эксперименты по смешению цвета, для которых использовал цветовой волчок — прикрепленный к оси диск, сектора которого были раскрашены разные цвета.

В своих работах Максвелл развивал идеи Томаса Юнга, который выдвинул предположение о существовании трех основных цветов: красного, зеленого и синего — в соответствии с тремя типами чувствительных волокон в сетчатке глаза. Как мы помним, в сетчатке есть два вида фоторецепторов: палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовое зрение и, в свою очередь, делятся еще на три вида: одни чувствительны к красно-желтой, другие — к зелено-желтой, а третьи — к сине-фиолетовой части спектра.

Эту картинку вы уже где-то видели:) Обратите внимание на три вида колбочек.

Так вот, Максвелл с помощью своего волчка продемонстрировал, что белый цвет нельзя получить смешением синего, красного и желтого, как считалось ранее, а основными цветами являются красный, зеленый и синий.

Как монитор передает цвета

Хотя Максвелл проводил свои исследования еще в XIX веке, цветовая модель RGB на практике стала использоваться позже — когда появились телевизоры и мониторы, сначала с электронно-лучевой трубкой, а потом жидкокристаллические и плазменные.

В ЭЛТ изображение создается с помощью трех электронных прожекторов, каждый из которых излучает свет своего цвета. На экран нанесен люминофор — вещество, которое светится под воздействием этих прожекторов. Причем люминофор тоже трех видов: один светится от излучения красной пушки, второй — от зеленой, третий — от синей.

Электронные пушки
Электронные лучи
Фокусирующая катушка
Отклоняющие катушки
Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, зеленый луч — на зеленый люминофор, синий — на синий.
Красные, зелёные и синие зёрна люминофора
Маска и зёрна люминофора (увеличено)

При всех конструктивных и технологических отличиях от ЭЛТ, жидкокристаллические и плазменные мониторы работают по тому же принципу: под воздействием энергии загорается красный, зеленый или синий люминофор.

Минимальная единица изображения, создаваемого монитором, называется пикселем . Цвет пикселя получается из комбинации входящих в него трех точек люминофора (эти три точки называются триадами).

Вот она, та самая картинка, которую можно увидеть, посмотрев на монитор в лупу. Пиксели не обязательно бывают прямоугольные, но чаще всего они выглядят именно так.

Посмотрите вот этот выпуск детской передачи «Галилео». Ведущий здесь повторяет опыт Максвелла с цветовым волчком и очень наглядно показывает, как различается смешение цветов от излученного и отраженного света.

В этом опыте показаны два метода смешения цветов: аддитивный и субтрактивный . В цветовой модели RGB используется аддитивный, поэтому сейчас нас интересует именно он.

Аддитивный метод основан на сложении цветов (addition означает «сложение»). Называется он так, потому что цвета получаются путем добавления к черному. Этот метод применяется для получения цветов от излученного света, в частности, в компьютерных мониторах.

Как на бумаге отсутствие цвета есть белый цвет, так на мониторе отсутствие цвета — черный. Цвета здесь получаются смешением трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Смешение красного и синего дают пурпурный (Magenta), синего и зеленого — голубой (Cyan), зеленого и красного — желтый (Yellow). А смешение всех трех основных цветов — белый.

Числовое представление модели RGB

Поскольку в модели RGB есть три основные составляющие цвета, ее можно представить в виде куба. Получается, что каждая точка в пространстве этого куба (которую можно задать с помощью трех координат) — определенный цвет.

В компьютерах каждая из координат задается целым числом — от 0 до 255.

В HTML используется шестнадцатеричная запись: каждая координата задается двумя шестнадцатеричными числами. Вот, например, показанный выше цвет с RGB-координатами (240, 103, 162) в шестнадцатеричной записи выглядит так: #f067a2.

А вот как выглядит смешение цветов в числовом представлении:

Ограничения модели RGB

В теории все выглядит довольно просто, но на практике при применении модели RGB не всегда удается точно передать нужный цвет.

Первая проблема связана с технологией изготовления мониторов. Как уже упоминалось, цвет, воспроизводимый монитором, зависит от типа нанесенного на него люминофора. Но разными производителями используются разные типы люминофора. Кроме того, по мере старения монитора меняются качества люминофора и характеристик электронных прожекторов или светодиодов. Другими словами, на разных мониторах цвета могут немного различаться — наверное, все с этим сталкивались.

Вторая проблема имеет уже не технический характер, она проистекает из ограничений самого метода смешения цветов. Дело в том, что с помощью аддитивного синтеза нельзя получить все цвета видимого спектра. Все, что может монитор — это смешивать красный, зеленый и синий. Если обозначить эти цвета на диаграмме точками, то все множество цветов, которые можно получить их смешением, окажутся внутри получившегося треугольника. И площадь его, как мы видим, гораздо меньше, чем диапазон цветов, которые может различать человек.

Зачем нужны разные цветовые модели и почему один и тот же цвет может выглядеть по-разному

Предоставляя услуги дизайна как в области веб, так и в сфере полиграфии, мы нередко сталкиваемся с вопросом Клиента: почему одни и те же фирменные цвета в дизайн-макете сайта и в дизайн-макете полиграфической продукции выглядят по-разному? Ответ на этот вопрос заключается в различиях цветовых моделей: цифровой и полиграфической.

Цвет компьютерного экрана изменяется от черного (отсутствие цвета) до белого (максимальная яркость всех составляющих цвета: красного, зеленого и синего). На бумаге, напротив, отсутствию цвета соответствует белый, а смешению максимального количества красок - темно-бурый, который воспринимается как черный.

Поэтому при подготовке к печати изображение должно быть переведено из аддитивной ("складывающей") модели цветов RGB в субтрактивную ("вычитающую") модель CMYK . Модель CMYK использует противоположные исходным цвета - противоположный красному голубой, противоположный зеленому пурпурный и противоположный синему желтый.

Цифровая цветовая модель RGB

Что такое RGB?

Аббревиатура RGB означает названия трех цветов, использующихся для вывода на экран цветного изображения: Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий).

Как формируется цвет RGB?

Цвет на экране монитора формируется при объединении лучей трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трех цветов дает черный цвет.

Таким образом, любой цвет, который мы видим на экране, можно описать тремя числами, обозначающими яркость красной, зеленой и синей цветовых составляющих в цифровом диапазоне от 0 до 255. Графические программы позволяют комбинировать требуемый RGB-цвет из 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего. Итого получается 256 х 256 х 256 = 16,7 миллионов цветов.

Где используются изображения в режиме RGB?

Изображения в RGB используются для показа на экране монитора. При создании цветов, предназначенных для просмотра в браузерах, как основа используется та же цветовая модель RGB.

Полиграфическая цветовая модель CMYK

Что такое CMYK?

Система CMYK создана и используется для типографической печати. Аббревиатура CMYK означает названия основных красок, использующихся для четырехцветной печати: голубой (Сyan), пурпурный (Мagenta) и желтый (Yellow). Буквой К обозначают черную краску (BlacK), позволяющую добиться насыщенного черного цвета при печати. Используется последняя, а не первая буква слова, чтобы не путать Black и Blue.

Как формируется цвет CMYK?

Каждое из чисел, определяющее цвет в CMYK, представляет собой процент краски данного цвета, составляющей цветовую комбинацию. Например, для получения тёмно-оранжевого цвета следует смешать 30 % голубой краски, 45 % пурпурной краски, 80 % жёлтой краски и 5 % чёрной. Это можно обозначить следующим образом: (30/45/80/5).

Где используются изображения в режиме CMYK?

Область применения цветовой модели CMYK - полноцветная печать. Именно с этой моделью работает большинство устройств печати. Из-за несоответствия цветовых моделей часто возникает ситуация, когда цвет, который нужно напечатать, не может быть воспроизведен с помощью модели CMYK (например, золотой или серебряный).

В этом случае применяются краски Pantone (готовые смешанные краски множества цветов и оттенков), их также называют плашечными (поскольку эти краски не смешиваются при печати, а являются кроющими).

Все файлы, предназначенные для вывода в типографии, должны быть конвертированы в CMYK. Этот процесс называется цветоделением. RGB охватывает больший цветовой диапазон, чем CMYK, и это необходимо учитывать при создании изображений, которые впоследствии планируется печатать на принтере или в типографии.

При просмотре CMYK-изображения на экране монитора одни и те же цвета могут восприниматься немного иначе, чем при просмотре RGB-изображения. В модели CMYK невозможно отобразить очень яркие цвета модели RGB, модель RGB, в свою очередь, не способна передать темные густые оттенки модели CMYK, поскольку природа цвета разная.

Отображение цвета на экране монитора часто меняется и зависит от особенностей освещения, температуры монитора и цвета окружающих предметов. Кроме того, многие цвета, видимые в реальной жизни, не могут быть выведены при печати, не все цвета, отображаемые на экране, могут быть напечатаны, а некоторые цвета печати не видны на экране монитора.

Так, подготавливая логотип компании для публикации на сайте, мы используем RGB-модель. Подготавливая тот же логотип для печати в типографии (например, на визитках или фирменных бланках), мы используем CMYK-модель, и цвета этой модели на экране визуально могут немного отличаться от тех, которые мы видим в RGB. Не стоит этого опасаться: ведь на бумаге цвета логотипа будут максимально соответствовать тем цветам, которые мы видим на экране.

Цвет и его модели

Софья Скрылина, преподаватель учебного центра «Арт», г.Санкт-Петербург

В КомпьюАрт № 7"2012 была представлена статья о гармоничных цветовых сочетаниях и закономерностях влияния цвета на восприятие человека, что, несомненно, учитывают в своих проектах современные дизайнеры. Но при работе за компьютером и смешивании цветов на экране монитора возникают специфические проблемы. Дизайнер должен получить на экране монитора или на твердой копии именно те цвет, тон, оттенок и светлоту, которые требуются. Цвета на мониторе не всегда совпадают с природными красками. Очень непросто получить один и тот же цвет на экране, на распечатке цветного принтера и на типографском оттиске. Дело в том, что цвета в природе, на мониторе и на печатном листе создаются абсолютно разными способами.
Для однозначного определения цветов в различных цветовых средах существуют цветовые модели, о которых мы и поговорим в настоящей статье.

Модель RGB

Цветовая модель RGB — самый популярный способ представления графики, который подходит для описания цветов, видимых на мониторе, телевизоре, видеопроекторе, а также создаваемых при сканировании изображений.

Модель RGB используется при описании цветов, получаемых смешиванием трех лучей: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Из первых букв английских названий этих цветов составлено название модели. Остальные цвета получаются сочетанием базовых. Цвета такого типа называются аддитивными, поскольку при сложении (смешивании) двух лучей основных цветов результат становится светлее. На рис. 1 показано, какие цвета получаются при сложении основных.

В модели RGB каждый базовый цвет характеризуется яркостью, которая может принимать 256 значений — от 0 до 255. Поэтому можно смешивать цвета в различных пропорциях, изменяя яркость каждой составляющей. Таким образом, можно получить 256x256x256 = 16 777 216 цветов.

Каждому цвету можно сопоставить код, используя десятичное и шестнадцатеричное представление кода. Десятичное представление — это тройка десятичных чисел, разделенных запятыми. Первое число соответствует яркости красной составляющей, второе — зеленой, а третье — синей. Шестнадцатеричное представление — это три двузначных шестнадцатеричных числа, каждое из которых соответствует яркости базового цвета. Первое число (первая пара цифр) соответствует яркости красного цвета, второе число (вторая пара цифр) — зеленого, а третье (третья пара) — синего.

Для проверки данного факта откройте палитру цветов в CorelDRAW или Photoshop. В поле R введите максимальное значение яркости красного цвета 255, а в поля G и B — нулевое значение. В результате поле образца будет содержать красный цвет, шестнадцатеричный код будет таким: FF0000 (рис. 2).

Рис. 2. Представление красного цвета в модели RGB: слева — в окне палитры Photoshop, справа — CorelDRAW

Если к красному цвету добавить зеленый с максимальной яркостью, введя в поле G значение 255, получится желтый цвет, шестнадцатеричное представление которого — FFFF00.

Максимальная яркость всех трех базовых составляющих соответствует белому цвету, минимальная — черному. Поэтому белый цвет имеет в десятичном представлении код (255, 255, 255), а в шестнадцатеричном — FFFFFF16. Черный цвет кодируется соответственно (0, 0, 0) или 00000016.

Все оттенки серого цвета образуются смешиванием трех составляющих одинаковой яркости. Например, при значениях R = 200, G = 200, B = 200 или C8C8C816 получается светло-серый цвет, а при значениях R = 100, G = 100, B = 100 или 64646416 — темно-серый. Чем более темный оттенок серого цвета вы хотите получить, тем меньшее число нужно вводить в каждое текстовое поле.

Что же происходит при выводе изображения на печать, как передаются цвета? Ведь бумага не излучает, а поглощает или отражает цветовые волны! При переносе цветного изображения на бумагу используется совершенно другая цветовая модель.

Модель CMYK

При печати на бумагу наносится краска — материал, который поглощает и отражает цветовые волны различной длины. Таким образом, краска выступает в роли фильтра, пропускающего строго определенные лучи отраженного цвета, вычитая все остальные.

Цветовую модель CMYK используют для смешения красок печатающие устройства — принтеры и типографские станки. Цвета этой модели получаются в результате вычитания из белого базовых цветов модели RGB. Поэтому их называют субтрактивными.

Базовыми для CMYK являются следующие цвета:

голубой (Cyan) — белый минус красный (Red);
пурпурный (Magenta) — белый минус зеленый (Green);
желтый (Yellow) — белый минус синий (Blue).

Помимо этих, используется еще и черный цвет, который является ключевым (Key) в процессе цветной печати. Дело в том, что реальные краски имеют примеси, поэтому их цвет не соответствует в точности теоретически рассчитанным голубому, пурпурному и желтому. Смешение трех основных красок, которые должны давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый. Поэтому в число основных полиграфических красок и внесена черная.

На рис. 3 представлена схема, из которой видно, какие цвета получаются при смешении базовых в CMYK.

Следует отметить, что краски модели CMYK не являются столь чистыми, как цвета модели RGB. Этим объясняется небольшое несоответствие базовых цветов. Согласно схеме, представленной на рис. 3, при максимальной яркости должны получаться следующие комбинации цветов:

смешение пурпурного (M) и желтого (Y) должно давать красный цвет (R) (255, 0, 0);
смешение желтого (Y) и голубого (C) должно давать зеленый цвет (G) (0, 255, 0);
смешение пурпурного (M) и голубого (C) должно давать синий цвет (B) (0, 0, 255).

На практике получается несколько иначе, что мы далее и проверим. Откройте диалоговое окно палитры цветов в программе Photoshop. В текстовые поля M и Y введите значение 100%. Вместо базового красного цвета (255, 0, 0) мы имеем красно-оранжевую смесь (рис. 4).

Теперь в текстовые поля Y и C введите значение 100%. Вместо базового зеленого цвета (0, 255, 0) получается зеленый цвет с небольшим оттенком синего. При задании яркости 100% в полях M и C вместо синего цвета (0, 0, 255) мы имеем синий цвет с фиолетовым оттенком. Более того, не все цвета модели RGB могут быть представлены в модели CMYK. Цветовой охват RGB шире, чем у CMYK.

Основные цвета моделей RGB и CMYK находятся в зависимости, представленной на схеме цветового круга (рис. 5). Эта схема применяется для цветовой коррекции изображений; примеры ее использования рассматривались в КомпьюАрт № 12"2011.

Модели RGB и CMYK являются аппаратно зависимыми. Для модели RGB значения базовых цветов определяются качеством люминофора у ЭЛТ или характеристиками ламп подсветки и цветовых фильтров панели у ЖК-мониторов. Если обратиться к модели CMYK, то значения базовых цветов определяются реальными типографскими красками, особенностями печатного процесса и носителя. Таким образом, одинаковое изображение может на различной аппаратуре выглядеть по-разному.

Как отмечалось ранее, RGB является наиболее популярной и часто применяемой моделью для представления цветных изображений. В большинстве случаев изображения подготавливаются для демонстрации через монитор или проектор и для печати на цветных настольных принтерах. Во всех этих случаях необходимо использовать модель RGB.

Замечание

Несмотря на то что в цветных принтерах используются чернила цветовой модели CMYK, чаще всего изображения, подготавливаемые для печати, необходимо преобразовать в модель RGB. Но распечатанное изображение будет выглядеть немного темнее, чем на мониторе, поэтому перед печатью его необходимо осветлить. Величина осветления для каждого принтера определяется опытным путем.

Модель CMYK необходимо применять в одном случае — если изображение готовится к печати на типографском станке. Более того, следует учесть, что модель CMYK не содержит столь же большого числа цветов, как модель RGB, поэтому в результате преобразования из RGB в CMYK изображение может утратить ряд оттенков, которые вряд ли получится восстановить обратным преобразованием. Поэтому старайтесь выполнять преобразование изображения в модель CMYK на конечном этапе работы с ним.

Модель HSB

Модель HSB упрощает работу с цветами, так как в ее основе лежит принцип восприятия цвета человеческим глазом. Любой цвет определяется своим цветовым тоном (Hue) — собственно цветом, насыщенностью (Saturation) — процентом добавления к цвету белой краски и яркостью (Brightness) — процентом добавления черной краски. На рис. 6 показано графическое представление модели HSB.

Спектральные цвета, или цветовые тона, располагаются по краю цветового круга и характеризуются положением на нем, которое определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360°. Эти цвета обладают максимальной (100%) насыщенностью (S) и яркостью (B). Насыщенность изменяется по радиусу круга от 0 (в центре) до 100% (на краях). При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.

Яркость — параметр, определяющий освещенность или затемненность. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) независимо от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Для отображения этого процесса на модели добавляется новая координата, направленная вниз, на которой откладываются значения яркости от 100 до 0%. В результате получается цилиндр, образованный из серии кругов с уменьшающейся яркостью, нижний слой — черный.

С целью проверки данного утверждения откройте диалоговое окно выбора цвета в программе Photoshop. В поля S и B введите максимальное значение 100%, а в поле H — минимальное значение 0°. В результате мы получим чистый красный цвет солнечного спектра. Этому же цвету соответствует красный цвет модели RGB, его код (255, 0, 0), что указывает на взаимосвязь этих моделей (рис. 7).

В поле H изменяйте значение угла с шагом 20°. Вы будете получать цвета в том порядке, в каком они расположены в спектре: красный сменится оранжевым, оранжевый желтым, желтый зеленым и т. д. Угол 60° дает желтый цвет (255, 255, 0), 120°— зеленый (0, 255, 0), 180°— голубой (255, 0, 255), 240° — синий (0, 0, 255) и т.д.

Чтобы получить розовый цвет, на языке модели HSB — блеклый красный, необходимо в поле H ввести значение 0°, а насыщенность (S) понизить, например, до 50%, задав максимальное значение яркости (B).

Серый цвет для модели HSB — это сведенные к нулю цветовой тон (H) и насыщенность (S) с яркостью (B) меньше 100%. Вот примеры светло-серого: H = 0, S = 0, B = 80% и темно-серого цветов: H = 0, S = 0, B = 40%.

Белый цвет задается так: H = 0, S = 0, B = 100%, а чтобы получить черный цвет, достаточно снизить до нуля значение яркости при любых значениях тона и насыщенности.

В модели HSB любой цвет получается из спектрального добавлением определенного процента белой и черной красок. Поэтому HSB — очень простая в понимании модель, которую используют маляры и профессиональные художники. У них обычно есть несколько основных красок, а все другие получаются добавлением к ним черной или белой. Однако при смешивании художниками красок, полученных на основе базовых, цвет выходит за рамки модели HSB.

Модель Lab

Модель Lab основана на следующих трех параметрах: L — яркость (Lightness) и два хроматических компонента — a и b . Параметр a изменяется от темно-зеленого через серый до пурпурного цвета. Параметр b содержит цвета от синего через серый до желтого (рис. 8). Оба компонента меняются от -128 до 127, а параметр L — от 0 до 100. Нулевое значение цветовых компонентов при яркости 50 соответствует серому цвету. При значении яркости 100 получается белый цвет, при 0 — черный.

Понятия яркости в моделях Lab и HSB нетождественны. Как и в RGB, смешение цветов из шкал a и b позволяет получить более яркие цвета. Уменьшить яркость результирующего цвета можно за счет параметра L .

Откройте окно выбора цвета в программе Photoshop, в поле яркости L введите значение 50, для параметра a введите наименьшее значение -128, а параметр b обнулите. В результате вы получите сине-зеленый цвет (рис. 9). Теперь попробуйте увеличить значение параметра a на единицу. Обратите внимание: ни в одной модели числовые значения не изменились. Попробуйте, увеличивая значение данного параметра, добиться изменения в других моделях. Скорее всего, у вас получится это сделать при значении 121 (зеленая составляющая RGB уменьшится на 1). Это обстоятельство подтверждает факт того, что модель Lab имеет бо льший цветовой охват по сравнению с моделями RGB, HSB и CMYK.

В модели Lab яркость полностью отделена от изображения, поэтому в некоторых случаях эту модель удобно использовать для перекраски фрагментов и повышения насыщенности изображения, влияя только на цветовые составляющие a и b . Также возможна регулировка контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения за счет изменения параметра яркости L . Примеры коррекции изображения в модели Lab приводились в КомпьюАрт № 3"2012.

Цветовой охват модели Lab шире, чем у RGB, поэтому каждое повторное преобразование из одной модели в другую практически безопасно. Более того, можно перевести изображение в режим Lab, выполнить коррекцию в нем, а затем безболезненно перевести результат обратно в модель RGB.

Модель Lab аппаратно независима, служит ядром системы управления цвета в графическом редакторе Photoshop и применяется в скрытом виде при каждом преобразовании цветовых моделей как промежуточная. Ее цветовой диапазон покрывает диапазоны RGB и CMYK.

Индексированные цвета

Для публикации изображения в Интернете используется не вся цветовая палитра, состоящая из 16 млн цветов, как в режиме RGB, а только 256 цветов. Этот режим называется «Индексированные цвета» (Indexed Color). На работу с такими изображениями налагается ряд ограничений. К ним не могут быть применены фильтры, некоторые команды тоновой и цветовой коррекции, недоступны все операции со слоями.

С изображением, скачанным из Интернета (как правило в формате GIF) очень часто возникает следующая ситуация. Нарисовать в нем что-либо получится только цветом, отличным от выбранного. Это объясняется тем, что выбранный цвет выходит за рамки цветовой палитры индексированного изображения, то есть этого цвета нет в файле. В результате происходит замена выбранного в палитре цвета на ближайший похожий цвет из цветовой таблицы. Поэтому перед редактированием такого изображения необходимо перевести его в модель RGB.

Статья подготовлена по материалам книги Софьи Скрылиной «Photoshop CS6. Самое необходимое»: http://www.bhv.ru/books/book.php?id=190413.