Теория цвета. Математические цветовые модели.

При работе с графикой Вы имеете дело с изображениями, а они обязательно имеют цвет, пусть даже просто черный и белый. В компьютерном изображении содержится информация об использованных в нем цветах. Редактирование изображений включает и изменение информации о цветах. В связи с этим возникает задача выражения цвета в численном виде. Она относится к весьма сложным.

Реальный свет (например, дневной) представляет собой смесь различных световых волн, то есть имеет сложный спектр. Человеческий глаз улавливает световые волны в определенном интервале длин и интенсивноcтей (видимый спектр излучения). Затем мозг обрабатывает поступающие сигналы, и в зависимости от сочетания длин волн и их интенсивности человек воспринимает предметы различным образом окрашенными. Таким образом, реально цвет относится не только к самому предмету, но и к особенностям физиологического восприятия конкретного наблюдателя. Разные люди видят цвет по-разному. Поскольку в восприятии цвета участвует мозг, в этом процессе есть свои феномены. На некоторых из них основаны полиграфические процессы. Так, метод четырехцветной растровой печати основан на склонности мозга к смешению и обобщению. В результате мозаика цветных точек (растр) превращается для наблюдателя в реалистичную картинку.

Условно цвета можно разделить на излучаемые и отраженные (образующиеся при отражении падающего света от объектов после частичного поглощения).

• Излучаемые цвета - это цвета светящихся объектов, таких как экран телевизора, лампочка, звезда и т. п. Для излучаемых цветов черный цвет - это отсутствие всякого излучения. Чем больше интенсивность и разнообразнее излучения, тем свет более светлый и яркий. Максимально яркий из воспринимаемых излучаемых цветов - белый. Он содержит весь видимый спектр излучения.
• Отраженные цвета образуются по несколько более сложному механизму. Свет определенного спектра, например солнечный, попадает на несветящиеся предметы. Затем часть спектра поглощается поверхностью предмета, а оставшаяся часть отражается и улавливается глазом. Если, например, поглощены все длины волн (уровни спектра), кроме красного, предмет воспринимается красным. Предметы черного цвета поглощают весь падающий цвет. Белые предметы целиком отражают излучение. Эти два типа цветов отличаются по своим свойствам. Излучаемые цвета всегда более яркие, чем отраженные, поскольку интенсивность отраженного света меньше, чем падающего.

Еще одна трудность в описании цветов - это их колоссальное количество. Глаз очень чувствителен к цветам видимого спектра и легко различает их, особенно в некоторых областях. Не существует устройств, которые могут воспроизвести весь диапазон видимых оттенков, поэтому цвета изображения на экране или бумаге почти всегда отличаются от оригинальных. В процессе подготовки иллюстрации есть множество этапов. Исходная фотография переводится в электронную форму, затем обрабатывается в графических программах, отображается на экране монитора, наконец, печатается на принтере или офсетной машине. На каждом этапе цвета изображения получаются различным образом. Правильная передача цвета на всех этапах получения цветного изображения -- очень сложная задача.

Для корректной цветопередачи необходимо согласование всех этапов подготовки изображения. Таким образом, математическое описание цвета становится важным не только для ученых, но и для практической работы. В следующем разделе мы кратко остановимся на моделях, с помощью которых описываются цвета. Число цветов, вообще говоря, безгранично. Одни устройства могут воспринимать цвета - это глаза человека и некоторых животных, фотопленка, сканер. Другие воспроизводят цвета - офсетная машина, монитор, фотобумага. При каждом из этих процессов число цветов хоть и велико, но меньше всего диапазона. Так, глаз не воспринимает цвета ультрафиолета и инфракрасного излучения. Фотоаппарат бессилен перед очень темными оттенками. Традиционная офсетная печать не передает очень светлые и яркие тона.

Диапазон цветов, который может быть воспроизведен, зафиксирован или описан каким-либо способом, называется цветовым охватом.

Следовательно, цветовой охват монитора, офсетной машины и глаза разный, причем у глаза он наибольший. Часть из того, что воспринимает глаз, может передать монитор (на экране нельзя точно передать, например, чистые голубой или желтый цвета). Часть из того, что передает монитор, можно напечатать (например, при полиграфическом исполнении совсем не передаются цвета, составляющие которых имеют очень низкую плотность). Разность цветовых охватов устройств вывода и человеческого глаза можно представить схемой:

Каждый из охватов может быть представлен в виде модели. Для математического описания цвета было предложено несколько цветовых моделей. Почему несколько? Да потому, что ни одна из моделей не была идеальна. Устройство моделей одинаково: в каждой из них принято несколько базовых компонентов, и каждый базовый компонент вносит вклад в создание конкретного цвета. Базовые компоненты модели называются каналами.

Цвета, которые можно описать, используя данную модель, входят в ее цветовой охват. Иначе говоря, эти цвета образуют цветовое пространство модели. Все модели, естественно, имеют различный цветовой охват. Приступим к изучению самых важных цветовых моделей.