Продолжаем тему цветовых пространств, и на вашу оценку вторая часть наших трудов.
Для многих отраслей науки и производства, например, для полиграфии и компьютерных технологий, а также для индустрии автомобильных цветов требуется абсолютно однозначное описание цвета и его оттенков. Визуальный метод сравнения с эталонным рядом цветов для этого не подходит, так как он не может обеспечить такую высокую точность описания цвета, и не может передать это в цифровом формате.
Так был разработан способ измерения цвета при помощи специальных устройств — спектрофотометров. Он позволяет наиболее точно количественно описать цвет с помощью стандартизованных цифровых выражений — различных цветовых координат. По заданным величинам координат можно воспроизвести цвет опытным путем; также можно произвести цветовые расчеты: определить координаты цветов, получаемых смешиванием цветов, определить величину различия между ними. Универсальность и точность сделали такие измерения наиболее распространенным способом систематизации, хранения, количественного описания и обработки цвета в настоящее время.
Недостатком цифрового описания цвета является то, что цветовые координаты непосредственно не связаны с нашими субъективными ощущениями цвета, поэтому нам очень сложно представить изменение цвета по изменению каких-то не очень понятных обычному колористу координат.
Первая стандартная колориметрическая система была принята в 1931 году на VIII сессии Международной комиссии по освещению — МКО (в международной литературе — CIE, от французского названия Commission Internationale de Eclairage). Созданию системы предшествовали длительные научные исследования цветового зрения человека. Ученые руководствовались определением цвета как ощущения. Поэтому измерение цвета производилось именно как измерение цветовых ощущений человека — другие методы были бы бессмысленны. МКО провела множество экспериментов, предлагая испытуемым сравнивать определенный спектральный цвет со смесью трех основных цветов. За единицу было принято количество основных цветов, уравнивающих белый цвет. Основными линейно независимыми цветами в системе были выбраны следующие монохроматические излучения: красный R (l=700 нм), зеленый G (l=546,1 нм) и синий B (l=435,8 нм). На основе усредненных данных экспериментов было построено универсальное цветовое пространство, в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для так называемого среднего стандартного колориметрического наблюдателя. Исследования являлись косвенным измерением цветовых ощущений человека, возникающих от чистых спектральных цветов различной длины волны. Прямые измерения цветовых ощущений, то есть измерения в коре головного мозга человека, невозможны до сегодняшнего дня. Конечный результат эксперимента МКО — измерение цветовых ощущений человека лежит в основе всей современной колориметрии. Физиологическая цветовая координатная система, созданная в результате экспериментов МКО (CIE), получила название «CIE RGB» по заглавным буквам основных цветов.
Кривыми сложения основных цветов называются графики распределения по спектру цветовых координат монохроматических излучений, имеющих мощность 1 Вт.
Они характеризуют восприятие глазом качества излучений основных цветов. Система CIE RGB имела недостатки: сложность расчетов и наличие отрицательных координат, что физически невозможно, так как отрицательной интенсивности света не существует.
Для упрощения расчетов в том же 1931 году МКО приняла другую цветовую координатную систему XYZ, в которой были устранены недостатки системы RGB, а также появился ряд других возможностей упрощения расчетов. В данной ЦКС (цветовая координатная система) за основные цвета были приняты цвета, более насыщенные, чем реальные спектральные, воспринимаемые человеческим глазом, т.е. насыщенность этих цветов условно принималась больше 100 %. Они были получены искусственно путем пересчета из цветовых координат RGB. Поскольку таких «нереальных» цветов не воспринимает человеческий глаз, их назвали X, Y, Z.
В системе XYZ используется цветовой график в виде равнобедренного прямоугольного треугольника. В вершинах треугольника располагаются условные «нереальные» цвета X, Y и Z, суммированием которых можно получить все реальные цвета любого тона и любой насыщенности. Все реальные цвета помещаются внутри треугольника XYZ, поэтому составляющие xX, yY, zZ для всех реальных цветов входят с положительным знаком. Отрицательные координаты в системе отсутствуют. Это главное достоинство системы XYZ по сравнению с системой RGB. Две стороны треугольника соответствуют координатам x, y, а гипотенуза — координате z. Указателем координаты z обычно пренебрегают, так как ее значение может быть получено из значений координат x и y:
z = 1 – (x + y).
Через точки графика цветности, обозначающие реальные спектральные цвета, проводится кривая спектральных цветов, называемая цветовой локус. Это разомкнутая кривая, имеющая подковообразную форму, соединяет на графике длинноволновый красный (700 нм) и коротковолновый фиолетовый (400 нм) концы спектра. Эти конечные точки соединяет отрезок прямой, на который нанесены точки максимально насыщенных оттенков пурпурного цвета, отсутствующего в спектре и получаемого сложением красного и фиолетового цветов. Замкнутый таким образом локус ограничивает плоскую фигуру, по форме напоминающую парус. В этом «парусе» лежит поле реальных цветов — совокупность точек, обозначающих на графике все цвета, воспринимаемые человеческим глазом
Точка равноэнергетического белого цвета Е внутри локуса имеет координаты (0,33; 0,33). Источник равноэнергетического света Е имеет равномерную плотность распределения энергии по спектру в видимой области, что удобно для рассуждений и расчетов. Однако этот источник является условным, воображаемым, так как никакой существующий в природе источник света не имеет подобного спектрального распределения энергии.
Сложность учета яркости является недостатком модели XYZ. Однако самым большим недостатком пространства XYZ явилась его неравномерность или неравноконтрастность, что объясняется неравномерностью восприятия отдельных участков спектра зрительным аппаратом человека.
Дальнейшее усовершенствование модели xyY было направлено на устранение этих недостатков. В результате многолетней работы было создано несколько моделей равноконтрастного цветового пространства. Наиболее совершенной и широко используемой в колориметрии и промышленности стала модель СIЕ Lab, которая в 1976 году была принята в качестве единого международного стандарта.
Конструкция модели основана на приведенной выше теории оппонентных цветов Геринга. Оси координат L, a и b взаимно перпендикулярны. Центральная ось координат L — равноконтрастная ахроматическая шкала, для которой значения цветности а и b равны нулю, показывает изменение яркости и представляет оппонентную пару белый — черный. Ось координат а представляет оппонентную пару красный — зеленый: она описывает изменение цветности от зеленого (ось отрицательных значений координаты а) до красного (ось положительных значений координаты а). Ось координат b представляет оппонентную пару синий — желтый, она описывает изменение цветности от синего (ось отрицательных значений координаты b) до желтого (ось положительных значений координаты b)
Модель Lab, кроме относительной равноконтрастности, имеет еще ряд достоинств:
– описание цвета в этой системе фактически моделирует процесс представления цвета зрительным аппаратом человека;
– благодаря характеру определения цвета система дает возможность отдельно воздействовать на яркость, контрастность и цвет изображения; также при воспроизведении цвета с помощью модели Lab (например, при допечатной подготовке) можно избирательно воздействовать на отдельные цвета, что делает Lab удобным инструментом цветокоррекции;
– Lab является аппаратно-независимой моделью, однозначно определяющей цвет, поэтому она используется для конвертирования данных между другими цветовыми пространствами;
– в силу своей независимости от аппаратных устройств модель Lab позволяет воспроизводить одни и те же цвета независимо от особенностей устройства (монитора, принтера или компьютера), которые используются для создания или вывода изображения.
Но СIЕ Lab также не является идеальной моделью: она требует достаточно сложных математических расчетов при измерении цвета, и она не является абсолютно равноконтрастной.
На сегодняшний день в колористике как у нас с вами в подборе автомобильных цветов широко используемая модель — СIЕ LCH, также являющаяся производной от XYZ. В отличие от прямоугольных цветовых систем в ней используются цилиндрические координаты: светлота (Lightness), насыщенность (Chroma) и угол поворота — цветовой тон (Hue). Насыщенность и светлота в этой модели так же, как и в Lab, — линейные координаты, меняющие значение от 0 до 100, а цветовой тон — угловая координата, меняющая значение от 0° до 360° или от –180° до +180
Примечательно, что современные спектрофотометры, а также работающие с ними цветовые программы для колеровки автомобильных красок выдают показания и в системе Lab, и в системе LCH. При этом система LCH (L светлота, C насыщенность, H оттенок), является наиболее визуально понятной нам с вами
Продолжение следует.