Колірні моделі в комп’ютерній графіці, Детальна інформація

Палички відповідають за зір при низьких значеннях яскравості. Вони розрізняють світло за яскравістю. Колбочки відповідають за зір при високих значеннях яскравості. Розрізняють три види колбочок кожен з яких чутливий до своєї ділянки спектру: L-колбочки, чутливі до довгих хвиль, M- колбочки - до середніх та S- колбочки - до коротких (мал. 3.5). Перші називають також R-колбочками, другі - G-колбочками, треті -B-колбочками за англійськими назвами red, green, blue відповідних домінуючих кольорів. Але ця назва, хоч і образна, але не дуже точна, оскільки чутливість кожного з типів колбочок виходить за межі кожного з названих кольорів. Можна говорити лише о належності до певного кольору максимуму їх чутливості. Максимум чутливості перших припадає приблизно на 420 нм, других - на 545 нм, третіх - 564 нм. З малюнку видно, що в сприйнятті певної довжини хвилі можуть брати участь одразу два або усі три види колбочок. Зорова система людини порівнює їх виходи і на цій підставі визначає колір. Наявність трьох видів рецепторів вимагає трьох порівнянь, що полягають грубо кажучи, у відділення світла від тіні, синього від жовтого і зеленого від червоного.



Нерівнозначне сприйняття оком кольорових складових приводить до того, що яскравість різних ділянок видимого спектру сприймається по різному. Найяскравішими здаються ділянки зеленого кольору, найменш яскравими - сині. Ця обставина суттєва, наприклад, для вибору кольору фону. Скажімо білі літери на синьому фоні найкраще сприймаються оком, оскільки синій фон привертає до себе мінімум уваги. Сумарну яскравість кольорового зображення можна обчислити за емпіричною формулою

яскравість = 0,59 х зелений + 0,3 х червоний + 0,11 х синій.

Адитивна система RGB. Будова кінескопу

Основу кольорового кінескопу складає електронно-променева трубка, обладнана трьома електронними гарматами, кожна з яких випускає вузький промінь одного з трьох кольорів: червоного, зеленого, синього. На шляху променів до поверхні екрану знаходяться тіньові маски, завдання яких полягає в виділенні достатньо вузького променю.



Поверхня екрану покрита спеціальним шаром - люмінофором, свічення якого викликається в результаті попадання одного променя з трійки. Кожен люмінофор випромінює світло на своїй довжині хвилі, яскравість якого залежить від інтенсивності променя. Одна точка екрану складається з трьох сусідніх люмінофорів. Колір точки, що світиться, визначається змішуванням кольорів цих трьох сусідніх люмінофорів. Ділянку екрану у збільшеному вигляді подано на мал.3.6.



На реальному моніторі люмінофори стають видимими, якщо розглянути екран через лупу. В силу особливості будови нашого ока, ділянки екрану, покриті люмінофорами, що випромінюють максимум інтенсивності, ми сприймаємо, як білі (точніше світлі, близькі до білого. Чистий білий колір можна одержати лише змішуванням усіх складових видимого спектру, наприклад, проходженням через призму у зворотному напрямку. Тому змішування лише трьох монохромних складових буде різнитися від білого.) Зменшення інтенсивності приводить до відтворення інших кольорів аж до чорного, якому відповідають всі три нульові інтенсивності. Попарне змішування основних кольорів дає три інших важливих кольори, про які йтиметься пізніше (мал. 3.7).



Принцип дії монітора приводить нас до так званої адитивної моделі RGB. Вона називається адитивною, оскільки кольори в ній утворюються шляхом додавання інтенсивності трьох базових кольорів. Кожен колір, утворений за допомогою цієї моделі можна задати трійкою чисел (r,g,b), кожне з яких може змінюватися від 0 до, наприклад, 1. Простір усіх RGB - кольорів можна уявити собі у виді одиничного куба, відклавши на осях інтенсивності базових кольорів. Вершини куба відповідатимуть чорному, білому, червоному, зеленому, синьому, голубому, пурпуровому і жовтому кольорам. Діагональ куба відповідатиме відтінкам сірого кольору (мал. 3.8)



Наступне питання, яке виникає в зв'язку з адитивною моделлю, є проблема її апаратної залежності. Адже результат адитивного синтезу залежить від характеристик джерел світла! Тоді визначення конкретного кольору в цій моделі звучало б приблизно як пояснення шляху водієві: спочатку їхати три години прямо, а потім повернути наліво, цілком залежне від типу автомобіля та способу керування ним. Ясно, що характеристики люмінофорів кожного окремого монітора, не кажучи вже про різні їх моделі, можуть відрізнятися. Єдиним виходом, який зводитиме апаратну залежність до мінімуму, є впровадження міжнародних стандартів. Такий стандарт під назвою BT.709 був прийнятий Міжнародним союзом телекомунікацій (ITU - International Telecommunications Union) в Женеві 1990 року.

Тут доцільно зробити зауваження про стандарт білого кольору, який визначається як сумарний колір, створений збалансованими базовими люмінофорами. Правда можуть бути уточнення, стосовні денного та штучного освітлення. До стандарту білого кольору має відношення так звана температура кольору. Спектральний розподіл випромінювання є функцією температури до якої нагріто випромінювача. Конструктивні особливості люмінофорів, вживаних в моніторах, приводять до того, що білий колір екрану має приблизно подвійний надлишок синьої компоненти. Якби це було випромінюванням еталонного джерела білого світла, то його спектр відповідав би спектру випромінювача, нагрітого до температури 9300К. Звичайно око адаптується і не помічає зсуву у білому кольорі, якщо тільки його не доводиться порівнювати з реальними кольорами. При необхідності відтворення точного білого кольору необхідно користуватися моніторами, які дозволяють встановити температуру кольору в діапазоні від 5000К до 5500К. Трохи простіші монітори використовують стандарт CIE 6504K, що більшості людей здається трохи зсунутим до синього. Стандартом білого в умовах штучного освітлення вважається температура 3200К, для більшості людей білий колір при цій температурі набуває жовтого відтінку.

Другу проблему аддитивної моделі - проблему її повноти - буде розглянуто у підрозділі 3:..

Субтрактивна модель CMYK

Досі ми розглядали світло, безпосередньо створене джерелами світла. Але тіла, які ми бачимо, можуть, не випромінюючи самі, відсвічувати світло від інших освітлювачів. Пофарбовані різними фарбами поверхні, відсвічують по різному, поглинаючи певну частину спектру. Якщо з повного спектру, видалити один з кольорів, то кольори, що залишаться, називаються колірним доповненням. Кольорі та їх доповнення наведені в таблиці

Видалений колір

Колір залишку

Червоний

Голубий

Жовтий

Синій

Зелений

Пурпурний

Голубий

Червоний

Синій