Что такое цвет

Автор: Алексей Бурунов.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)
Цветокоррекция, ретушь, допечатная подготовка

При обработке изображений в Фотошоп одной из основных задач является цветокоррекция, то есть работа с цветом. Для этого нужно разобраться с основными понятиями. А именно, что же такое цвет и как с ним бороться.

Что такое цвет? Свойство ли это поверхности, отражающей электромагнитное излучение определенного спектра, длина волны или спектральный состав электромагнитного излучения?

 

Цвет — это не свойство поверхности и не длина волны — цвет это ощущение, которое вызывается электромагнитным излучением с длиной волны от 380 до 730 Нм при воздействии на зрительную систему человека.

Почему именно ощущение? Да потому, что аналогичные ощущения могут быть вызваны и без всякого излучения, вспомните, какие ощущения вызовет удар головой об косяк? Да, именно «искры из глаз» посыпались. Ну и так далее.

Т.е. цвет – это, прежде всего, ощущение. «Цвет» не существует без наблюдателя. Цветовые ощущения могут существовать без объекта, но не могут существовать без субъекта. В нашей статье мы будем рассматривать, разумеется, ощущения, вызываемые только электромагнитным излучением видимой части спектра – светом.

Spectre

Способность к цветоощущению возникла в процессе эволюции как реакция адаптации, как способ получения сведений об окружающем мире и способ ориентирования в нем. Каждый человек воспринимает цвета индивидуально, отлично от других людей. Однако у большей части людей цветовые ощущения очень схожи. Встречаются аномалии цветового зрения, при которых различается меньшее число цветов, чем обычно. Случаи полной цветовой слепоты, когда образы воспринимаются лишь ахроматически (бесцветно), очень редки.

В основе всех способов цветовоспроизведения лежит принцип:
Одинаковые цветовые ощущения могут быть вызваны светом различного спектрального состава.

Для того чтобы передать цвет зеленой травы или асфальта, не нужно воссоздавать сложный спектр отраженного от них света, достаточно подобрать спектр, который вызовет аналогичные цветовые ощущения. Чтобы они совпали нет необходимости в полном совпадении спектральных составляющих отраженного света от реальной травы или асфальта и такого же спектра на экране монитора, достаточно простого совпадения зрительных ощущений.

Человек может, глядя на бумагу и монитор (или исходный объект), сравнивать свои ощущения, добиваясь их идентичности, но компьютер работает только с числами. Значит, нам необходимо измерить цветовые ощущения.

Цветовые координатные системы.

Графически цветовые координаты всех цветовых ощущений, которые может испытывать человек, будут представлять собой некую объемную фигуру в пространстве данной ЦКС (Здесь и далее — цветовая координатная система). Эту фигуру можно назвать пространством цветовых ощущений человека или цветовым пространством человека.

Часть цветового пространства, которую воспроизводят или регистрируют различные аппараты (сканеры, цифровые камеры, принтеры, офсетная печать) — называется цветовым охватом аппарата.

Gamut_2D_xy

Когда возникает необходимость продемонстрировать цветовой охват того или иного устройства (показывается всегда в сравнении с цветовым охватом человеческого зрения), прибегают к еще одной координатной системе — xyY. ЦКС xyY получена из ЦКС XYZ путем простого математического пересчета:
x = X/(X+Y+Z); y = Y/(X+Y+Z); Y = Y
Оси «x» и «y» — это оси цветности, а ось «Y» — ось светлоты. На диаграммах принято изображать не сам охват, а его проекцию на плоскость “xy”. Так удобнее, поскольку, с одной стороны, создание пространственных диаграмм — довольное хлопотное дело, с другой стороны — восприятие пространственной иллюстрации также затруднено.

На данном рисунке показаны охваты офсетного печатного станка по стандарту ISO Coated v2 300% (ECI) – белый контур, абстрактное цветовое пространство Adobe RGB – фиолетовый контур и реальный охват монитора – красный контур.

 

Наибольшее распространение получила ЦКС CIE L*a*b*, рассчитываемая из CIE XYZ по сложным эмпирическим формулам.

Хорошо сбалансированная структура ЦКС L*a*b* основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов «красный/зеленый» и «желтый/синий» можно воспользоваться одними и теми же осями.

В ЦКС CIE L*a*b*, величина L* обозначает светлоту (Luminance, Light), a* — величину красной/зеленой составляющей, b* — величину желтой/синей составляющей. «Звездочки» означают разработку системы специалистами CIE, поскольку существует целый ряд Lab-ов, отличающихся от CIE L*a*b* по масштабу.

ЦКС CIE L*a*b* наиболее широко применяется для всех математических расчетов, производимых компьютерами при работе с цветом. Кроме того, при цветокоррекции цифровых изображений кривые L*a*b* дают возможности, дополняющие традиционные инструменты растровых редакторов.

Но даже и в ЦКС L*a*b* неравномерность восприятия при переходе от серого (центральная ось) к насыщенным цветам (периферия) достигает 6 крат. Т.е. в насыщенных цветах изменение цветности на 5 единиц будет практически незаметным, а в цветах, близких к серым, изменение на одну единицу будет бросаться в глаза.

Цветовые координатные системы. ЦКС CIE L*a*b*
 

На этот момент нужно обратить особое внимание, т.к. при цветокоррекции иллюстраций и дальнейшей печати, небольшая разница в цвете в области насыщенных цветов не так бросается в глаза, как совсем небольшое отклонение по цветовому тону в области нейтральных (близких к серым) цветов.

В описании эксперимента CIE, при практических замерах цветовых ощущений человека, было сказано: «За единицу принимается количество основных цветов, уравнивающее белый цвет». Из этого следует, что как сама цветовая координатная система CIE RGB, так и все ее множественные математические производные будут зависеть от выбора т.н. «опорного белого цвета».

Действительно, как уже говорилось, цветовые ощущения, возникающие у человека, зависят не только от свойств поверхности, но и от спектрального состава света, освещающего эту поверхность («серые» стены на закате).

Становится очевидной необходимость стандартизации цветовых координатных систем в зависимости от спектрального состава опорного белого света. CIE приняла несколько стандартов источников белого света. Два из них положены в основу работы цветовоспроизводящих компьютерных систем: стандарты D50 и D65. Цифры 50 и 65 указывают на цветовую температуру источников белого света, соответственно, 5000°К и 6500°К.

Если исследовать множество сложных спектров (то есть сложных смесевых цветов), обнаружится, что разные спектры иногда вызывают одно и то же цветовое ощущение. Этот же вывод следует из анализа формул расчета цветовых координат для сложного света: зная спектральный состав света, можно рассчитать его цветовые координаты, но обратное вычисление невозможно: по цветовым координатам нельзя однозначно определить спектральный состав света, вызвавший цветовое ощущение с этими координатами. Это замечательное свойство цветовосприятия человека позволяет нам добиваться одного и того же цветового ощущения (скажем, при репродуцировании оригиналов), не утруждая себя долгим и трудным подбором света идентичного спектрального состава. Воспроизводя какой-либо цвет, мы лишь подбираем спектр с нужными цветовыми координатами и тем самым добиваемся необходимого ощущения.

Можно добиваться совпадения цветовых ощущений, не добиваясь при этом идентичности спектров. Равенство цветовых координат означает равенство цветовых ощущений.

Цветовые координатные системы. ЦКС CIE L*a*b*

В цветовых координатных системах различие цветовых ощущений может быть представлено как расстояние между двумя точками в цветовой координатной системе. Общеупотребительным является определение разницы цвета в ЦКС L*a*b*. Эта величина называется «дельта Е» и характеризует величину несовпадения двух цветов.

Величина дельта E (dE) является критерием точности цветовоспроизведения, но из-за неравномерности цветовых координатных систем к ней следует относиться с осторожностью.

Если цветовоспроизводящее устройство устойчиво воссоздает цвета оригинала с dE, не превышающей 1, считается, что это устройство высшего класса.

Устройства среднего класса даже при самой тщательной настройке не могут обеспечить dE меньшую 2, что неизбежно проявляется в заметных цветовых отличиях между нейтральными (а также близкими к нейтральным) областями копии и оригинала. В насыщенных цветах dE=2–3 достаточна для адекватного цветовоспроизведения.

 

Международный комитет CIE (фр. Commission Internationale de l'Eclairage) задает определение цветовой разницы через метрику ΔE*ab (также ΔE*, dE*, dE, или англ. Delta E). Буква «E» обозначает нем. Empfindung — рус. Ощущение.

CIE76

Используя координаты и в цветовом пространстве L*a*b*:

CIE94

Delta E (1994) задавалось в цветовом пространстве LCH (L*C*h).

где весовой коофицент K зависит от области применения:

Значения весового коэффициента К
ИскусствоПромышленность
KL 1 2
K1 0.045 0.048
K2 0.015 0.014

Воспроизведение цветовых ощущений.

Цветовые модели RGB, CMY и CMYK

Проблема воспроизведения цветовых ощущений решается очень давно. Смешивая природные красители, люди интуитивно добивались того, чтобы спектральный состав света, отраженный от изображения, вызывал соответствующее цветовое ощущение. Художники создали целые интуитивные системы, в которых цветовые ощущения вызывались смешением большого числа базовых красок. Со временем ученые выяснили, что подавляющее большинство цветов можно передать, создавая спектр отражения из трех базовых красителей. Это могут быть или красный, зеленый и синий, или голубой, пурпурный и желтый.

Вообще говоря, это может быть любая тройка спектрально-чистых цветов, при условии, что каждый из них не может быть представлен в виде суммы какого-либо количества двух других цветов из тройки. Задача состоит в том, чтобы с помощью базовых спектральных цветов смоделировать некий спектр, который вызовет определенное, необходимое нам, цветовое ощущение. Поэтому при воспроизведении цвета мы говорим о цветовых моделях.

В практике цветовоспроизведения используются две широко известных модели цветовоспроизведения: RGB и CMY, подробное описание которых не входит в задачу данного материала.

Additive

Аддитивные цвета (цветовая модель RGB)

В модели RGB используются цвета Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий), а в модели CMYCyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый).

Subtractive

Субтрактивные цвета (цветовая модель CMY)

Необходимо четко различать цветовые модели и цветовые координатные системы:

  • в первом случае речь идет о способе воспроизведения цветовых ощущений;
  • а во втором — об измерении этих ощущений.

Аппаратов, моделирующих спектры на основе ЦКС XYZ, L*a*b* или LCH, не существует, поскольку для RGB, CMY-, CMYK-устройств (или устройств, работающих на основе других цветовых моделей) не проводилось масштабных измерений, подобных измерениям CIE. Поэтому эти цветовые модели нельзя назвать физиологическими цветовыми координатными системами.

Нельзя сказать: «Мы перевели изображение из цветовой модели RGB в цветовую модель CIE L*a*b*». В действительности мы определили для значений модели RGB, реализованной в данном конкретном аппарате, цветовые координаты в цветовой координатной системе CIE L*a*b*.

К примеру очень часто в технических требованиях различных изданий и препресс-агентств можно увидеть нечто типа такого:

Макет должен быть выполнен в CMYK.

Данные требования ничего, кроме полного непрофессионализма их составляющего не содержат. Цветовых моделей CMYK невероятное количество.

CMYK_Setup

Это меню выбора цветовой модели CMYK в настройках CMS (Color Management System) семейства программ Adobe Crteative Suite. Каждая из этих моделей отличается друг от друга как по колористике, так и по градационным характеристикам.

Поэтому, когда в файле мы видим данные: С=95; M=20; Y=95; K=5, мы не можем сказать, какому цвету они соответствуют. Для того чтобы узнать это, нам необходимо знать, какой аппарат будет выполнять печать. Для каждой из вышеперечисленных моделей CMYK можно сказать только лишь то, что это будет некий зеленый оттенок, так как для всех воспроизводящих устройств данная комбинация плотностей красок воспроизведет разные цвета.

Чтобы добиться совпадения цветов, полученных на разных аппаратах и с помощью разных цветовых моделей, у нас есть только один количественный способ — добиться равенства их цветовых координат. Но определение цветовых координат из аппаратных данных RGB и CMYK невозможно без учета особенностей данного конкретного устройства.

Похожую картину мы наблюдаем и с цветовой моделью RGB.

В системе RGB, конечно, существует идеальная модель, для которой мы можем рассчитать цветовые координаты, но какой цвет мы увидим на конкретном, далеком от идеала аппарате, мы не знаем. К примеру, на разных мониторах значения в файле R=145, G=100, B=50 вызовут разные цветовые ощущения, и понятно только то, что это будет красноватый оттенок.

 

Данные RGB и CMYK являются аппаратными данными, мало что говорящими о цветовых ощущениях без привязки к конкретному аппарату.

О том, каким образом добиться совпадения цветовых ощущений при воспроизведении на разных аппаратах, читаем в материалах:


А. Шадрин, А. Френкель.
Color Management System (CMS) в логике цветовых координатных систем.

Оригинал статьи и еще множество ценнейшей информации смотрим здесь.

Tags: CMYK RGB Color management цветовой охват цветовая модель