Цветовая модель — математическая модель описания представления цветов в виде наборов чисел , обычно в виде трех или четырех значений или цветовых компонентов, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Все возможные значения цветов, задаваемые моделью, определяют цветовое пространство.
Цветовая модель задаёт соответствие между воспринимаемыми человеком цветами, хранимыми в памяти, и цветами, формируемыми на устройствах вывода (возможно, при заданных условиях).
Цветовая модель RGB
Носители , которые передают свет (например, телевидение) кодируют цвет с помощью трёх основных цветов: красного, зеленого и синего. Выбор основных цветов обусловлен особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза, каждый из которых стимулирует один из трех типов цветовых рецепторов глаза. Смеси света этих основных цветов покрывают большую часть человеческого цветового пространства. Вот почему телевизоры или мониторы производят только смесь красного, зеленого и синего света.
RGB-модель является аддитивной, где цвета получаются путём добавления (англ. addition) к чёрному цвету. При отсутствии краски нет никакого цвета — чёрный, максимальное смешение даёт белый.
В телевизорах и мониторах ЭЛТ применяются три электронных пушки для красного, зелёного и синего каналов. В ЖК- и других матричных мониторах и телевизорах носителями трёх цветов являются светодиоды.
Наиболее распространённое цветовое пространство с использованием модели RGB — sRGB — имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем в цветовых пространствах CMYK, поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB, значительно тускнеют и гаснут в CMYK.
Цветовая модель CMYK
CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key или Black), четырёхцветная автотипия - субтрактивная цветовая модель, основанная на цветовой модели CMY, используется в полиграфии для стандартной триадной печати. Она использует голубой, пурпурный и жёлтый цвета в роли основных, а также чёрный цвет. Схема CMYK обладает сравнительно с RGB меньшим цветовым охватом. Печать четырьмя красками, соответствующими CMYK, также называют печатью триадными красками.
Цвет в CMYK зависит не только от спектральных характеристик красителей и от способа их нанесения, но и их количества, характеристик бумаги и других факторов. Фактически, цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата или CTP и не определяют цвет однозначно.
Модель CMYK работает путем частичной или полной маскировки цветов на более светлом, обычно белом, фоне. Чернила уменьшают свет, который в противном случае отражался бы. Такая модель называется вычитающей, поскольку чернила «вычитают» цвета красного, зеленого и синего из белого света. Белый свет минус красные листья голубого, белый свет минус зеленые листья пурпурный, а белый свет минус синие листья желтые.
В аддитивных цветовых моделях, таких как RGB , белый - это «аддитивная» комбинация всех основных цветных источников света, а черный - отсутствие света. В модели CMYK все наоборот: белый - это естественный цвет бумаги или другого фона, а черный - из полной комбинации цветных чернил. Для экономии затрат на чернила и получения более глубоких черных тонов ненасыщенные и темные цвета создаются с использованием черных чернил вместо сочетания голубого, пурпурного и желтого.
Цилиндрическо-координатные цветовые модели
Существует ряд цветовых моделей, в которых цвета вписываются в конические , цилиндрические или сферические формы, с нейтральными полосами, идущими от черного к белому вдоль центральной оси, и оттенками, соответствующими углам по периметру. Впервые, модели такого типа появляются в 18 веке и продолжают развиваться по современным научным теориям.
Многие цветовые модели имеют форму сферы, другие представляют собой искривленные трехмерные эллипсоидные фигуры - эти вариации предназначены для более четкого выражения некоторых аспектов взаимосвязи цветов. Цветовые сферы, задуманные Филиппом Отто Рунге и Йоханнесом Иттеном, являются типичными примерами и прототипами для многих других цветовых сплошных схем.
HSL и HSV
Гамма RGB может быть организована в виде куба. Модель RGB не очень интуитивна для художников, которые привыкли использовать традиционные модели, основанные на оттенках, тенях и тонах. Цветовые модели HSL и HSV были разработаны, чтобы исправить это.
HSL и HSV имеют цилиндрическую геометрию, начинаются с красного основного цвета в 0°, проходящего через зеленый при 120° и синий при 240°, а затем переходящего в красный цвет при 360°.
Эти модели были полезны не только потому, что они были более интуитивными, чем необработанные значения RGB, но также и потому, что преобразования в RGB и из него были чрезвычайно быстрыми для вычисления: они могли работать в реальном времени на оборудовании 1970-х годов. Следовательно, эти модели и подобные им стали повсеместными в программном обеспечении для редактирования изображений и графики с тех пор.
Цветовая система Манселла
Другая влиятельная более старая цилиндрическая цветовая модель - система Манселла начала 20-го века. Альберт Манселл начал со сферического расположения в своей книге 1905 года «Цветовая нотация», но он хотел правильно разделить цветообразующие атрибуты на отдельные измерения, которые он назвал оттенком , значением и цветностью, и после тщательного измерения воспринимаемых реакций он понял, что никакая симметричная форма не подойдет, поэтому он реорганизовал свою систему в комковатую каплю.
Система Манселла стала чрезвычайно популярной, де-факто эталоном для американских стандартов цвета - использовалась не только для определения цвета красок и цветных карандашей, но также, например, электрического провода, пива и цвета почвы, - потому что она была организована на основе измерений восприятия, заданные цвета с помощью легко усваиваемой и систематической тройки чисел, потому что цветные чипы, продаваемые в Книге цветов Манселла, покрывали широкую гамму и оставались стабильными с течением времени (а не выцветали), а также потому, что они эффективно продавались компанией Манселла. Оптическое общество Америки в 1940-х годах произвело обширные измерения и скорректировало расположение цветов Манселла, выпустив набор «ренотаций». Проблема системы Манселла для приложений компьютерной графики заключается в том, что ее цвета задаются не с помощью какого-либо набора простых уравнений, а только с помощью базовых измерений: фактически таблицы поиска . Преобразование RGB - Манселла требует интерполяции между записями этой таблицы и является чрезвычайно дорогим в вычислительном отношении по сравнению с преобразованием из RGB - HSL или RGB - HSV, которое требует только нескольких простых арифметических операций.
Система естественного цвета
Шведская система естественных цветов (NCS), широко используемая в Европе, использует аналогичный подход к бикону Оствальда. Поскольку он пытается вписать цвет в твердо знакомую форму, основанную на «феноменологических», а не фотометрических или психологических характеристиках, он страдает некоторыми из тех же недостатков, что и HSL и HSV: в частности, его размерность отличается от воспринимаемой легкости, потому что он вызывает красочный желтый, красный, зеленый и синий в плоскости.
Модель Фрэнка Пройсиля
В 1953 году Фрэнк Пройсиль разработал две геометрические схемы оттенков: «Круг оттенка Прейсила» и «Шестиугольник оттенка Пресюля»
CIELCHuv / CIELCHab
Международная комиссия по освещению (МКО) разработала модель XYZ для описания цвета светового спектра в 1931 году, но его цель состояла в том, чтобы соответствовать визуальной человеческой метамерии, а не быть перцептивно однородной, в геометрической прогрессии. В 1960-х и 1970-х годах были предприняты попытки преобразовать цвета XYZ в более актуальную геометрию под влиянием системы Манселла. Кульминацией этих усилий стали модели CIELUV и CIELAB 1976 года.
Видимая гамма под источником света D65 нанесена на график в цветовых пространствах CIELCH uv и CIELCH ab. Lightness (L) - вертикальная ось; Chroma (C) - радиус цилиндра; Hue/оттенок (H) - это угол по окружности.
Обе модели стали широко использоваться в качестве систем упорядочения цветов и моделей внешнего вида цветов, в том числе в компьютерной графике и компьютерном зрении. Например, отображение гаммы в управлении цветом ICC обычно выполняется в пространстве CIELAB, а Adobe Photoshop включает режим CIELAB для редактирования изображений. Геометрия CIELAB и CIELUV гораздо более важна для восприятия, чем многие другие, такие как RGB, HSL, HSV, YUV/ YIQ/YCbCr или XYZ, но не идеальны для восприятия и, в частности, имеют проблемы с адаптацией к необычным условиям освещения.
CIECAM02
Самая последняя модель CIE, CIECAM02 (CAM расшифровывается как «модель внешнего вида цвета»), является более теоретически и вычислительно сложной, чем более ранние модели. Его целью является устранение некоторых проблем с такими моделями, как CIELAB и CIELUV, а также объяснение не только реакции в тщательно контролируемых экспериментальных средах, но и моделирование цветового оформления реальных сцен. Его размеры J (lightness/яркость), C (chroma/цветность) и h (hue/оттенок) определяют геометрию полярных координат.
Модели механизма цветового зрения
Цветовая модель также используется для объяснения механизма цветового зрения: как цветовые сигналы обрабатываются от визуальных конусов до ганглиозных клеток. Выяснилось, что механизмы, ответственные за цветовое противостояние, получают сигналы от трех типов колбочек.
