Природа цвета

Цвет является визуальным ощущением, которое появляется у наблюдателя в результате взаимодействия света и объекта. Свет – это видимая часть электромагнитного спектра. Область электромагнитного спектра, видимая человеческим глазом, занимает диапазон примерно от 380 до 770 нанометров. Пропустив луч белого света через призму, можно разбить его на составляющие. Когда свет падает на объект, то часть светового потока поглощается пигментами объекта, а часть, отражаясь, попадает в глаз, вызывая ощущение цвета. Таким образом, когда мы видим цвет, на самом деле мы видим свет, преобразованный в новое сочетание волн нескольких различных длин. Например, когда мы видим красный объект, мы регистрируем свет, содержащий в основном волны, длина которых находится в «красном» диапазоне. Разные поверхности, содержащие различные красящие пигменты, генерируют уникальные сочетания длин волн.

Цвет, который мы видим, определяется не только свойствами объекта, но и характером освещения. Источники света испускают свои собственные уникальные комбинации длин волн. Поэтому один и тот же объект, рассматриваемый под разным освещением будет выглядеть поразному. Например, синий объект при освещении лампой накаливания будет выглядеть тускло, а при дневном освещении синий станет более глубоким и насыщенным и все это из-за спектрального распределения освещения. Отраженный, проникающий или испускаемый свет и составляет то, что мы называем «цветом объекта». Функции реакции человеческого зрения на три основные цветовые области (условное обозначение R, G, B). Основой человеческого зрения является сетка из сенсоров света, расположенных внутри нашего глаза. Эти сенсоры реагируют на волны различной длины тем, что посылают мозгу уникальные комбинации электрических сигналов. В головном мозге эти сигналы преобразуются в собственно зрительное восприятие света и цвета. В нашем мозге видимый спектр разбивается на три доминирующие области – красную, зеленую и синюю и по этим цветам затем вычисляется совокупная цветовая информация.

На третьем слева рисунке показаны функции реакции человеческого зрения на три основные цветовые области (условное обозначение R, G, B).

Экранные и печатные цвета

Принцип человеческого зрения (для определения цвета используются три составляющие величины) были скопированы и применены на практике изобретателями сканеров, мониторов и принтеров. Методы воспроизведения цветов, использованные в этих устройствах, опираются непосредственно на реакцию человеческого зрения на раздражение красным, зеленым и синим светом. Эти устройства имитируют реакцию человеческого глаза на три основные цвета и создают иллюзию полноцветности. Например, на экране монитора в каждом мельчайшем пикселе смешивается красный, зеленый и синий свет разной интенсивности. Пиксели так малы и так плотно прилегают друг к другу, что глаз «обманывается» и воспринимает RGB-цвета как множество различных цветов, тогда как реально существуют всего три. Система, использующая для получения цветов сложение трех основных излучений: красного, зеленого и синего называется аддитивной. Мониторы и сканеры могут применять аддитивную систему цветов, потому что это излучающие устройства, они могут добавлять к темноте красный, зеленый и синий. Но печатное устройство воспроизводят цвета на бумаге и других материалах, то есть имеют дело с отраженным светом. Поэтому в печати применяются противоположные субтрактивные цвета (краски) – голубой, пурпурный и желтый. В видимом спектре голубой цвет прямо противоположен красному, пурпурный – зеленому, а желтый – синему. Когда на белый отражающий материал наносятся голубой, пурпурный и желтый пигменты, каждый из них поглощает или вычитает из падающего белого света противоположный цвет.

Голубая, пурпурная и желтая краски наносятся на бумагу отдельными слоями. Прозрачное свойство этих красок обеспечивает эффект смешивания, а иллюзия различных цветов и тонов создается за счет варьирования плотности красителей. Варьирование плотности красителей создает тот же самый эффект, что и варьирование интенсивности свечения красного, зеленого и синего люминофоров на экране монитора. При печати полутонового оригинала (изображения с множеством тонов и цветов) применяется прием, который называется растрированием. Растрирование – это получение изображения в виде отдельных элементов, например точек или линий, различающихся по размеру. Толщина наносимой краски при этом одинакова, а относительный размер элементов растра выражается в процентах запечатываемой площади. Если требуется получить максимальную концентрацию краски, элементы растра сливаются в сплошную плашку.

В теории при сложении в равном количестве голубой, пурпурной и желтой красок должен получаться серый цвет, а при максимальной плотности этих красок – черный. Однако неидеальная белизна бумаги и «вредные» примеси в основных красках приводят к тому, что при печати этими красками сложно получить серые и черные цвета. Поэтому на практике при печати применяется баланс по серому и четвертая черная краска. Баланс по серому – это основной принцип правильной цветопередачи. Серые цвета оригинала должны быть воспроизведены соответствующими серыми цветами копии. Для контроля этого используются специальные модельные шкалы баланса по серому. Шкала должна состоять из сбалансированного и несбалансированного серых цветов и серого цвета, получаемого печатью только черной краской эквивалентной плотности. При печати шкалы сбалансированный серый должен выглядеть как нейтральный серый. Иначе можно говорить о неправильной цветопередаче. Черная краска играет важнейшую роль особенно в темных тонах (тенях) печатного изображения. Она позволяет получать насыщенные сбалансированные тени и черный цвет. В светлых и средних тонах изображения добавление черной краски дает эффект затемнения без изменения цветового тона.

Система CIEXYZ

Эта система математически описывает все видимые цвета. Хотя система CIEXYZ трехмерная для удобства визуального восприятия все видимые цвета представляются внутри кривой на плоскости xy. На плоскости xy обозначаются точки, соответствующие значениям координат цветности спектральных излучений от 380 нм до 770 нм. Кривая получила название – локус или цветовая диаграмма. Внутри локуса находятся все реальные цвета. Вне локуса лежат нереальные цвета, более насыщенные, чем спектральные. Белая точка описывается цветовой температурой – характеристика источника светового излучения, определяющая его спектральный состав.

Цветовая диаграмма используется обычно для изображения цветового охвата глаза (все видимые цвета), а внутри него цветовые охваты различных устройств. Цветовой охват – область на цветовой диаграмме, охватывающая все цвета, которые могут быть воспроизведены с помощью того или иного процесса (печати, синтеза цвета на экране монитора и т.д.).

Цветовой охват устройства вывода

Цветовой охват монитора изображают в виде треугольника. Поскольку образование цвета в этих устройствах основано на принципе аддитивного синтеза тремя основными R, G, B, то достаточно нанести координаты цветности этих цветов на диаграмму xy, соединить найденные точки прямыми линиями, и получить треугольник, внутри которого будут лежать все воспроизводимые этим устройством цвета. В процессе печати цветовой охват принимает форму шестиугольника. В нем помимо точек, соответствующих краскам синтеза желтой, пурпурной и голубой, наносятся точки, соответствующие цвету по парным наложениям: желтая + голубая = зеленая; желтая + пурпурная = красная; голубая + пурпурная = синяя. Точки соединенные прямыми образуют область цветового охвата. Красители печатных устройств, люминофоры мониторов, светочувствительные матрицы сканеров обладают собственными цветовыми охватами, не совпадающими друг с другом. Более того красители двух печатных устройств различных производителей могут отличаться друг от друга цветовыми охватами. Цветовые охваты различных устройств пересекаются между собой, но никогда не совпадают полностью; это означает, что цвета, воспроизведенные одним устройством, могут оказаться недоступными для другого.

Цветовая модель RGB

В модели RGB все оттенки спектра получаются из сочетания трех основных цветов (излучений): красного, зеленого и синего (Red, Green и Blue), заданных с разным уровнем яркости. Эта система является аддитивной, то есть в ней выполняются правила сложения цветов. Каждый основной цвет может иметь 256 градаций яркости, что связано с особенностями обработки информации в компьютере (256 градаций соответствуют 8-битовому режиму). Модель RGB является сбалансированной – сложение трех основных цветов с одинаковой яркостью дают оттенок серого. RGB модель применяется для описания цветов в изображениях предназначенных в конечном итоге для монитора.

Цветовая модель CMYK

В модели CMY в качестве составных цветов (красок) выбраны голубой, пурпурный и желтый (Cyan, Magenta и Yellow). Они поочередно наносятся на бумагу, создавая нужный оттенок. Эта система является субтрактивной, или поглощающей. Трехмерная модель CMY является несбалансированной. Сложение основных компонентов в равных пропорциях дает цветовой оттенок в сером цвете. Так же не получается чистый черный при сложении компонент с максимальной плотностью. Поэтому на практике вместо CMY модели используют CMYK модель, в которой добавлен четвертый компонент – черная краска (BlacK). Роль этой компоненты – затемнение цветов, поэтому она наиболее интенсивно используется в темных зонах CMYK спектра цветов. Насыщенность цвета в системе CMYK измеряется в процентах, поэтому каждый цвет имеет 100 градаций яркости. Белым в модели CMYK является цвет бумаги или того материала, на который наносится краска. Серый цвет получается печатью только черной краской. Однако он может содержать еще и CMY краски, тогда эти краски должны браться в сбалансированных пропорциях, чтобы не вносить цветовой отлив в серый цвет. Для черного цвета применяются такие же правила, что и для серого. CMYK модель предназначена для описания цветов в изображениях, которые в конечном итоге будут печататься. Если изображение изначально представлено в цветах RGB модели, а его нужно будет напечатать, то потребуется преобразовать цвета в CMYK модель, т.е. выполнить цветоделение. Цветоделением называется разложение цветного изображения из режима RGB на четыре составные краски CMYK, которые затем соединяются при печати, образуя многоцветное изображение.

На главную