Цветовая модель - Color model

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Цветовая модель»  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Сентябрь 2007 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

А цветовая модель абстрактная математическая модель, описывающая путь цвета могут быть представлены в виде кортежей чисел, обычно в виде трех или четырех значений или цветовых компонентов. Когда эта модель связана с точным описанием того, как компоненты должны интерпретироваться (условия просмотра и т. Д.), Результирующий набор цветов называется "цветовое пространство. "В этом разделе описывается, каким образом цветовое зрение можно смоделировать.

Трехцветное цветовое пространство

Трехмерное представление цветового пространства человека.

Это пространство можно представить как область в трехмерном пространстве. Евклидово пространство если определить Икс, y, и z оси со стимулами для длинноволновых (L), средневолновой (M) и коротковолновой (S) световые рецепторы. Происхождение, (S,M,L) = (0,0,0), соответствует черному цвету. У белых нет определенной позиции на этой диаграмме; скорее он определяется согласно цветовая температура или баланс белого по желанию или при окружающем освещении. Цветовое пространство человека представляет собой конус в форме подковы, такой как показано здесь (см. Также Диаграмма цветности CIE ниже), простираясь от начала координат до бесконечности. На практике цветовые рецепторы человека будут насыщаться или даже повреждаться при чрезвычайно высокой интенсивности света, но такое поведение не является частью CIE цветовое пространство, и изменение цветового восприятия при низких уровнях освещенности (см .: Кривая Круитгофа ). Наиболее насыщенные цвета расположены на внешнем крае области, а более яркие цвета - дальше от исходной. Что касается реакции рецепторов глаза, то не существует таких понятий, как «коричневый» или «серый» свет. Последние названия цветов относятся к оранжевому и белому свету соответственно, с интенсивностью ниже, чем свет из окружающих областей. В этом можно убедиться, посмотрев на экран диапроектор во время встречи: можно увидеть черные буквы на белом фоне, хотя «черный» фактически не стал темнее белого экрана, на который он проецировался до включения проектора. «Черные» области на самом деле не стали темнее, а выглядят «черными» по сравнению с более интенсивным «белым», проецируемым на экран вокруг них. Смотрите также постоянство цвета.

Человеческое трехцветное пространство обладает тем свойством, что аддитивное смешивание цветов соответствует сложению векторов в этом пространстве. Это упрощает, например, описание возможных цветов (гамма ), который можно составить из красного, зеленого и синего основных цветов на экране компьютера.

Цветовое пространство CIE XYZ

CIE 1931 Стандартный колориметрический наблюдатель работает в диапазоне от 380 до 780 нм (с интервалами 5 нм).

Одним из первых математически определенных цветовых пространств является цветовое пространство CIE XYZ (также известное как цветовое пространство CIE 1931), созданное Международная комиссия по освещению в 1931 году. Эти данные были измерены для людей-наблюдателей и с полем зрения 2 градуса. В 1964 году были опубликованы дополнительные данные для 10-градусного поля зрения.

Обратите внимание на то, что табличные кривые чувствительности имеют определенную произвольность. Формы отдельных кривых чувствительности по осям X, Y и Z могут быть измерены с достаточной точностью. Однако в целом функция светимости (который на самом деле представляет собой взвешенную сумму этих трех кривых) является субъективным, поскольку он включает в себя вопрос испытуемого, имеют ли два источника света одинаковую яркость, даже если они совершенно разных цветов. Таким же образом произвольно выбираются относительные величины кривых X, Y и Z, чтобы получить равные площади под кривыми. Можно также определить допустимое цветовое пространство с кривой чувствительности X, которая имеет вдвое большую амплитуду. Это новое цветовое пространство будет иметь другую форму. Кривые чувствительности в цветовом пространстве xyz CIE 1931 и 1964 масштабируются так, чтобы под кривыми были равные площади.

Иногда цвета XYZ представлены координатами яркости, Y и цветности. Икс и y, определяется:

${ Displaystyle х = { гидроразрыва {X} {X + Y + Z}}}$ и ${ displaystyle y = { frac {Y} {X + Y + Z}}}$

Математически, Икс и y являются проективными координатами, а цвета диаграммы цветности занимают область реальная проективная плоскость. Поскольку кривые чувствительности CIE имеют равные площади под кривыми, свет с плоским энергетическим спектром соответствует точке (Икс,y) = (0.333,0.333).

Значения для Икс, Y, и Z получены путем интегрирования спектра светового луча и опубликованных функций согласования цветов.

Аддитивные и субтрактивные цветовые модели

Цветовая модель RYB

Цветовая модель RGB

Средства массовой информации, передающие свет (например, телевидение), используют аддитивный цвет смешивание с основные цвета из красный, зеленый, и синий, каждый из которых стимулирует один из трех типов цветовых рецепторов глаза с минимальной стимуляцией двух других. Это называется "RGB "цветовое пространство. Смеси света этих основных цветов покрывают большую часть цветового пространства человека и, таким образом, создают большую часть цветового восприятия человека. Вот почему цветной телевизор От телевизоров или цветных компьютерных мониторов требуется только сочетание красного, зеленого и синего света. Видеть Добавочный цвет.

В принципе можно использовать и другие основные цвета, но красный, зеленый и синий составляют большую часть человеческое цветовое пространство можно захватить. К сожалению, нет точного согласия относительно того, какие локусы в диаграмма цветности должны присутствовать красный, зеленый и синий цвета, поэтому одни и те же значения RGB могут давать немного разные цвета на разных экранах.

Цветовые модели CMY и CMYK

Комбинируя цвета, можно получить широкий спектр цветов, которые видит человек. голубой, пурпурный, и желтый прозрачные красители / чернила на белой подложке. Эти вычитающий основные цвета. Часто четвертые чернила, чернить, добавлен для улучшения воспроизведения некоторых темных цветов. Это называется цветовым пространством «CMY» или «CMYK».

Голубые чернила поглощают красный свет, но пропускают зеленый и синий, пурпурные чернила поглощают зеленый свет, но пропускают красный и синий, а желтые чернила поглощают синий свет, но пропускают красный и зеленый. Белая подложка отражает проходящий свет обратно к зрителю. Поскольку на практике чернила CMY, подходящие для печати, также отражают немного цвета, что делает невозможным глубокий и нейтральный черный цвет, компонент K (черные чернила), обычно печатаемый в последнюю очередь, необходим для компенсации их недостатков. Использование отдельных черных чернил также является экономичным, когда ожидается большое количество черных чернил, например в текстовых носителях, чтобы сократить одновременное использование трехцветных чернил. Красители, используемые в традиционных цветных фотопринтах и слайды намного более прозрачны, поэтому компонент K обычно не требуется и не используется в этих средах.

Цветовые модели с цилиндрическими координатами

Существует ряд цветовых моделей, в которых цвета вписываются в конический, цилиндрический или же сферический формы, с нейтральными оттенками, идущими от черного к белому по центральной оси, и оттенками, соответствующими углам по периметру. Устройства этого типа восходят к 18 веку и продолжают развиваться в соответствии с самыми современными научными моделями.

Фон

Филипп Отто Рунге С Фарбенкугель (цветная сфера), 1810, показывая внешнюю поверхность сферы (два верхних изображения), а также горизонтальное и вертикальное сечения (два нижних изображения).

Цветовая сфера Йоханнес Иттен, 1919-20

Разные теоретики цвета разработали уникальные цветные твердые тела. Многие имеют форму сфера, в то время как другие представляют собой искривленные трехмерные эллипсоидные фигуры - эти вариации разработаны для более четкого выражения некоторых аспектов взаимосвязи цветов. Цветные сферы, созданные Филипп Отто Рунге и Йоханнес Иттен являются типичными примерами и прототипами для многих других цветных сплошных схем.^[1] Модели Runge и Itten в основном идентичны и составляют основу описания ниже.

Чистые, насыщенные оттенки одинаковой яркости расположены вокруг экватора на периферии цветовой сферы. Как и в цветовом круге, контрастные (или дополнительные) оттенки расположены друг напротив друга. Двигаясь к центру цветовой сферы на экваториальной плоскости, цвета становятся все менее и менее насыщенными, пока все цвета не встретятся в центре. ось как нейтральный серый. При вертикальном перемещении по цветовой сфере цвета становятся светлее (вверху) и темнее (внизу). На верхнем полюсе все оттенки встречаются в белом; на нижнем полюсе все оттенки встречаются в черном.

Вертикальная ось цветной сферы, таким образом, серая по всей ее длине, варьирующаяся от чернить внизу, чтобы белый на вершине. Все чистые (насыщенные) оттенки расположены на поверхности сферы, варьируясь от светлых до темных по цветовой сфере. Все нечистоты (ненасыщенные оттенки, созданные смешением контрастных цветов) составляют внутреннюю часть сферы, также меняя яркость сверху вниз.

HSL и HSV

Художники долго смешивали цвета, сочетая относительно яркие пигменты с черным и белым. Смеси с белым называются оттенки, смеси с черным называются оттенки, а смеси с обоими называются тона. Видеть Оттенки и оттенки.^[2]

Палитру RGB можно расположить в виде куба. Модель RGB не очень интуитивно понятна художникам, привыкшим использовать традиционные модели, основанные на оттенках, оттенках и тонах. Цветовые модели HSL и HSV были разработаны, чтобы исправить это.

Цилиндр HSL

Цилиндр HSV

HSL и HSV имеют цилиндрическую геометрию, с оттенком, их угловым размером, начиная с красный начальный при 0 °, проходя через зеленый первичный на 120 ° и синий первичный при 240 °, а затем обратно в красный цвет при 360 °. В каждой геометрии центральная вертикальная ось включает нейтральный, ахроматический, или же серый цвета: от черного при яркости 0 или значении 0, внизу, до белого при яркости 1 или значении 1, вверху.

Большинство телевизоров, компьютерных дисплеев и проекторов воспроизводят цвета, комбинируя красный, зеленый и синий свет разной интенсивности - так называемые RGB добавка основные цвета. Однако взаимосвязь между составляющими количествами красного, зеленого и синего света и результирующим цветом не интуитивно понятна, особенно для неопытных пользователей и для пользователей, знакомых с субтрактивный цвет смешивание красок или традиционных моделей художников на основе оттенков и оттенков.

Пытаясь приспособить более традиционные и интуитивно понятные модели смешивания цветов, пионеры компьютерной графики PARC и NYIT развитый^{[требуется дальнейшее объяснение ]} модель HSV в середине 1970-х, формально описанная Элви Рэй Смит^[3] в августовском выпуске 1978 г. Компьютерная графика. В том же номере Джоблав и Гринберг^[4] описали модель HSL, размеры которой они назвали оттенок, относительная цветность, и интенсивность- и сравнил его с HSV. Их модель была больше основана на том, как цвета организованы и концептуализированы в человеческое зрение с точки зрения других цветовых атрибутов, таких как оттенок, легкость и цветность; а также традиционные методы смешивания цветов, например, в живописи, которые включают смешивание ярко окрашенных пигментов с черным или белым для получения более светлых, темных или менее ярких цветов.

В следующем, 1979 году, в СИГГРАФ, Tektronix представила графические терминалы, использующие HSL для обозначения цветов, и Комитет по стандартам компьютерной графики рекомендовал это в своем годовом отчете о состоянии дел. Эти модели были полезны не только потому, что они были более интуитивно понятными, чем необработанные значения RGB, но и потому, что преобразования в и из RGB были чрезвычайно быстрыми для вычисления: они могли выполняться в реальном времени на оборудовании 1970-х годов. Следовательно, с тех пор эти и аналогичные модели стали повсеместными в программном обеспечении для редактирования изображений и графики.

Цветовая система Манселла

Цветовая сфера Манселла, 1900 год. Позже Манселл обнаружил, что если оттенок, значение и цветность должны быть единообразными для восприятия, достижимые цвета поверхности не могут быть преобразованы в правильную форму.

Трехмерное изображение ренотаций Манселла 1943 года. Обратите внимание на неравномерность формы по сравнению с более ранней цветной сферой Манселла слева.

Другая влиятельная старая цилиндрическая цветовая модель - это начало 20 века. Цветовая система Манселла. Альберт Манселл начал со сферической композиции в своей книге 1905 г. Цветовое обозначение, но он хотел правильно разделить цветообразующие атрибуты на отдельные измерения, которые он назвал оттенок, ценить, и цветность, и после тщательных измерений перцептивных реакций он понял, что никакая симметричная форма не годится, поэтому он реорганизовал свою систему в комковатую каплю.^[5][6][A]

Система Манселла стала чрезвычайно популярной, де-факто эталоном американских стандартов цвета - использовавшейся не только для определения цвета красок и мелков, 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 продаются в Книга цветов Манселла покрыл широкий гамма и оставался стабильным с течением времени (а не исчезал), и поскольку он эффективно продавался Компания Манселла. В 1940-х годах Оптическое общество Америки произвел обширные замеры и скорректировал расположение цветов Манселла, выпустив набор «ренотаций». Проблема с системой Манселла для приложений компьютерной графики заключается в том, что ее цвета не задаются с помощью какого-либо набора простых уравнений, а только с помощью основных измерений: Справочная таблица. Преобразование из RGB ↔ Манселл требует интерполяции между записями этой таблицы и является чрезвычайно затратным с точки зрения вычислений по сравнению с преобразованием из RGB ↔ HSL или же RGB ↔ HSV что требует всего нескольких простых арифметических операций.^{[7][8][9][10]}

Естественная цветовая система

Трехмерный рисунок Цветовая система Оствальда. Впервые описано в Вильгельм Оствальд (1916).

Анимация, показывающая стандартные образцы цветов NCS 1950 в цветовом круге NCS и треугольниках оттенков.

Шведская система естественной окраски (NCS), широко используемая в Европе, использует тот же подход, что и биконус Оствальда (справа). Потому что он пытается уместить цвет в твердое тело знакомой формы на основе "феноменологический "вместо фотометрических или психологических характеристик он страдает некоторыми из тех же недостатков, что и HSL и HSV: в частности, его размерность светлоты отличается от воспринимаемой легкости, потому что она заставляет красочные желтый, красный, зеленый и синий цвет в плоскости.^[11]

Preucil оттенок круг

В денситометрия, модель, очень похожая на оттенок, определенный выше, используется для описания цветов CMYK процесс чернила. В 1953 году Фрэнк Прейсил разработал две геометрические схемы оттенков, «круг оттенка Преусила» и «шестиугольник оттенка Преусила», аналогичные нашему. ЧАС и ЧАС₂соответственно, но определены относительно идеализированных чернил голубого, желтого и пурпурного цветов. "Preucil" ошибка оттенка"краски указывает разницу в" круге оттенков "между ее цветом и оттенком соответствующего идеализированного цвета чернил. серость чернил м/M, куда м и M являются минимальным и максимальным количеством идеализированного голубого, пурпурного и желтого цветов при измерении плотности.^[12]

CIELCH_УФ и CIELCH_ab

Воспроизвести медиа

Воспроизвести медиа

Видимая гамма под Осветитель D65 нанесенный в CIELCH_УФ (оставили) и CIELCH_ab (верно) цветовых пространств. Легкость (L) - вертикальная ось; Цветность (C) - радиус цилиндра; Оттенок (ЧАС) - угол вокруг окружности.

В Международная комиссия по освещению (CIE) разработала XYZ модель для описания цветов световых спектров в 1931 году, но его цель состояла в том, чтобы соответствовать визуальному восприятию человека метамерия, а не быть перцептивно однородным, геометрически. В 1960-х и 1970-х годах были предприняты попытки преобразовать цвета XYZ в более подходящую геометрию под влиянием системы Манселла. Эти усилия завершились в 1976 г. CIELUV и CIELAB модели. Размеры этих моделей -(L*, ты*, v*) и (L*, а*, б*)соответственно - декартовы, на основе процесс оппонента теория цвета, но оба они также часто описываются с помощью полярных координат -(L*, C*_УФ, час*_УФ) и (L*, C*_ab, час*_ab)соответственно - где L* легкость, C* - цветность, а час* - угол оттенка. Официально и CIELAB, и CIELUV были созданы для своих разница в цвете метрики ∆E*_ab и ∆E*_УФ, в частности, для определения допусков по цвету, но оба они стали широко использоваться в качестве систем порядка цветов и моделей внешнего вида цвета, в том числе в компьютерной графике и компьютерном зрении. Например, отображение гаммы в ICC Управление цветом обычно выполняется в пространстве CIELAB, а Adobe Photoshop включает режим CIELAB для редактирования изображений. Геометрии CIELAB и CIELUV гораздо более актуальны для восприятия, чем многие другие, такие как RGB, HSL, HSV, YUV / YIQ / YCbCr или XYZ, но они не идеальны с точки зрения восприятия и, в частности, имеют проблемы с адаптацией к необычным условиям освещения.^{[7][13][14][11][15][16][B]}

В Цветовое пространство HCL кажется синонимом CIELCH.

CIECAM02

Самая последняя модель CIE, CIECAM02 (CAM означает «цветовая модель внешнего вида»), является более сложным с теоретической точки зрения и вычислительно сложным, чем предыдущие модели. Его цель состоит в том, чтобы исправить несколько проблем с такими моделями, как CIELAB и CIELUV, и объяснить не только реакции в тщательно контролируемых экспериментальных средах, но и смоделировать цветовые эффекты реальных сцен. Его размеры J (легкость), C (цветность) и час (оттенок) определяют геометрию в полярных координатах.^[7][11]

Цветовые системы

Существуют различные типы цветовых систем, которые классифицируют цвета и анализируют их эффекты. Американец Цветовая система Манселла разработан Альберт Х. Манселл это известная классификация, которая объединяет различные цвета в одно цветное твердое тело на основе оттенка, насыщенности и значения. Другие важные цветовые системы включают шведскую Естественная цветовая система (NCS), Оптическое общество Америки с Единое цветовое пространство (OSA-UCS) и венгерский Coloroid система, разработанная Antal Nemcsics от Будапештский технологический и экономический университет. Из них NCS основан на процесс оппонента цветовая модель, в то время как Munsell, OSA-UCS и Coloroid пытаются моделировать однородность цвета. Американец Pantone и немецкий RAL Коммерческие системы подбора цветов отличаются от предыдущих тем, что их цветовые пространства не основаны на базовой цветовой модели.

Другое использование «цветовой модели»

Модели механизма цветового зрения

Мы также используем «цветовую модель» для обозначения модели или механизма цветового зрения, чтобы объяснить, как цветовые сигналы обрабатываются от зрительных колбочек к ганглиозным клеткам. Для простоты мы называем эти модели цветными моделями механизмов. Классические цветные модели механизмов представлены Молодой –Гельмгольца с трехцветная модель и Геринг с модель процесса оппонента. Хотя первоначально считалось, что эти две теории противоречат друг другу, позже стало понятно, что механизмы, ответственные за цветовую противоположность, получают сигналы от трех типов колбочек и обрабатывают их на более сложном уровне.^[17]

Эволюция цветового зрения позвоночных

Позвоночные животные были примитивно тетрахроматический. У них было четыре типа колбочек: длинные, средние, коротковолновые и чувствительные к ультрафиолету. Сегодня рыбы, земноводные, рептилии и птицы - все четырехцветные. Плацентарные млекопитающие потеряли как средние, так и коротковолновые колбочки. Таким образом, у большинства млекопитающих нет сложного цветового зрения - они двухцветный но они чувствительны к ультрафиолетовому свету, хотя не видят его цветов. Трехцветное цветовое зрение человека - недавняя эволюционная новинка, впервые появившаяся у общего предка приматов Старого Света. Наше трехцветное цветовое зрение развилось за счет дублирования чувствительных к длинным волнам опсин, обнаруженный на Х-хромосоме. Одна из этих копий эволюционировала и стала чувствительной к зеленому свету и представляет собой опсин средней длины волны. В то же время наш коротковолновый опсин произошел от ультрафиолетового опсина наших предков позвоночных и млекопитающих.

Человек красно-зеленая дальтонизм происходит потому, что две копии красного и зеленого генов опсина остаются в непосредственной близости на Х-хромосоме. Из-за частой рекомбинации во время мейоза эти пары генов могут легко перестраиваться, создавая версии генов, не обладающие отчетливой спектральной чувствительностью.

Смотрите также

• Цвет модели внешнего вида
• Сравнение цветовых моделей в компьютерной графике

Примечания

Рекомендации

Библиография

• Фэйрчайлд, Марк Д. (2005). Цвет Внешний вид Модели (2-е изд.). Эддисон-Уэсли. Эта книга не обсуждает конкретно HSL или HSV, но является одним из наиболее удобочитаемых и точных ресурсов по современной науке о цвете.
• Joblove, Джордж H .; Гринберг, Дональд (август 1978 г.). «Цветовые пространства для компьютерной графики». Компьютерная графика. 12 (3): 20–25. CiteSeerX  10.1.1.413.9004. Дои:10.1145/965139.807362. Работа Джоблава и Гринберга была первой, описывающей модель HSL, которую она сравнивает с HSV.
• Куехни, Рольф Г. (2003). Цветовое пространство и его части: порядок цвета от древности до наших дней. Нью-Йорк: Вили. ISBN  978-0-471-32670-0. В этой книге лишь кратко упоминаются HSL и HSV, но она представляет собой исчерпывающее описание систем порядка цветов в истории.
• Левковиц, Хаим; Герман, Габор Т. (1993). «GLHS: Обобщенная цветовая модель яркости, оттенка и насыщенности». CVGIP: графические модели и обработка изображений. 55 (4): 271–285. Дои:10.1006 / cgip.1993.1019. В этой статье объясняется, как HSL и HSV, а также другие аналогичные модели могут рассматриваться как конкретные варианты более общей модели «GLHS». Левковиц и Герман предоставляют псевдокод для преобразования из RGB в GLHS и обратно.
• Макэвой, Брюс (январь 2010 г.). «Цветное зрение». handprint.com.. Особенно разделы про «Современные цветовые модели» и «Современная теория цвета». Обширный сайт MacEvoy о науке о цвете и смешивании красок - один из лучших ресурсов в Интернете. На этой странице он объясняет атрибуты создания цвета, а также общие цели и историю систем порядка цветов, включая HSL и HSV, и их практическое значение для художников.
• Смит, Элви Рэй (Август 1978 г.). «Пары преобразования цветовой гаммы». Компьютерная графика. 12 (3): 12–19. Дои:10.1145/965139.807361. Это оригинальная статья, описывающая модель «гексикона», HSV. Смит был исследователем в NYIT Лаборатория компьютерной графики. Он описывает использование HSV в раннем цифровая живопись программа.

внешняя ссылка

• Иллюстрации и резюме RGB, CMYK, LAB, HSV, HSL и NCS
• Демонстрационный апплет преобразования цвета
• Цвета HSV Гектор Зенил, Демонстрационный проект Wolfram.
• HSV в RGB пользователя CodeBeautify.