Наверняка многие слышали о таких цветовых моделях как RGB и CMYK, но на самом деле таких схем не 2 и не 5, а больше.
Цветовые модели бывают разные и о них пойдет сегодня речь.
RGB - R ed G reen B lue, как известно, что почти любой цвет можно задать комбинацией трех цветов - красный+зеленый+синий.
Вот из википедии пример такой модельки:
Данная модель называется аддитивной, так как для указания любого из цветов, используется добавление одного из цветовых каналов к черному. Что прекрасно видно на рисунке
Принцип RGB основан на восприятии цвета сетчаткой глаза человека:
Как видно из рисунка и описания, если ни один из цветовых каналов не задан - изображение будет черным. Если же задать все цветовые каналы по-максимуму, то получится белый цвет.
В отличии от CMYK, RGB-модель охватывает гораздо большое число цветовых тонов и нашла свое широкое применение в телевизорах и мониторах. В телевизорах (ЭЛТ) как раз стоят 3 "пушки", которые бомбардируют пучки цвета на экран. В LCD экранах жидкие-кристаллы также состоят из RGB составляющих.
В компьютерах RGB модель так и задается в виде чисел от 0 до 255 для каждого цвета. Если брать html, то черный цвет будет #000000 , красный #FF0000 , зеленый #00FF00 , синий #0000FF , а белый как #FFFFFF . Серый цвет буде что-то вроде #d3d3d3 .
Те, кто знаком с полиграфией, знают, что там используется другая цветовая модель - CMYK. C - Cyan, M - magenta, Y - yellow, K - blacK (насчет K много споров, многие считают его производным от k ey plate - ключевая поверхность, кто-то от k ontur - контурная пленка, а кто-то от k obalt - темно-серый цвет). По-русски это Голубой, Пурпурный, Желтый и Черный цвета.
Так же, как и в RGB, используется задание цвета путем указания процентного содержания одного из цветовых каналов.
Причем г+п+ж = черный цвет, но эстетам полиграфии этого мало. Они имеют дело с различным оборудованием и с различным материалом, на котором печатается изображение. Для полиграфии важно насколько изображение итоговое копирует оригинал. Ведь при использовании RGB модели, печать на черном и на белом фоне (а также, например, на кремовом) - будет отличаться. А вот CMYK модель позволяет нивелировать (свести к минимуму) подобные косяки. Причем для конкретного оборудования и конкретного материала рекомендуется создавать свою схему CMYK, что приводит к расходам на настройщика. Прям пианино, а не принтер =)
В разных странах свои стандарты CMYK также. В Америке одни, в Европе другие и тд.
Черный цвет (а в CMYK-принтера, например, лазерных цветных, 4 картриджа), который задается смешиванием 100%-но насыщенных г+п+ж приводит также к излишнему намоканию бумаги (поверхности), что приводит к ее деформации от влаги. Поэтому и стоит отдельный картридж. Ну и отдельный черный цвет дешевле других (поэтому и в обычных принтерах есть цветной отдельный и отдельный черный картридж).
Раз мы уже говорили выше о восприятии глазом RGB-модели, то для CMYK она такая же:
Если очень близко друг к друг разместить 3 (или 4, в случае с CMYK) разноцветных точки, то сетчатка сольет их в одну точку с определенным цветом. Вот для примера увеличенное изображение курсора мышки на БЕЛОМ фоне обычного LCD монитора:
Макросьемка курсора на белом фоне для TN+film матрице монитора:
Точно также и для остальных цветовых моделей. Глаз сам дорисовывает цвет.
CIE XYZ - линейная трехкомпонентная цветовая модель, основана на изучении человеческого глаза организацией CIE (Commission Internationale de l"Eclairage ). Ученые создали модель стандартного человеческого глаза и уже на ее основе цветовую модель. Грубо говоря, CIE XYZ это то, как видет трехкомпонентное изображение стандарный человек .
Из википедии:
Как известно, цветовое зрение человека обусловлено наличием трёх видов световосприимчивых рецепторов на сетчатке глаза, максимумы спектральной чувствительности которых локализованы в области 420, 534 и 564 нм, что соответствует синему, зелёному и жёлтому (хотя в литературе обычно пишут «красному») цветам. Они являются базовыми, все остальные тона воспринимаются как их смешение в определённой пропорции. Например, чтобы получить жёлтый спектральный цвет, совсем необязательно воспроизводить его точную длину волны 570—590 нм, достаточно создать такой спектр излучения, который возбуждает рецепторы глаза сходным образом. Это явление называется .
Комитет CIE провёл множество экспериментов с огромным количеством людей, предлагая им сравнивать различные цвета, а затем с помощью совокупных данных этих экспериментов построил так называемые функции соответствия цветов (color-matching functions) и универсальное цветовое пространство (universal color space), в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для среднестатистического человека.
Функции соответствия цветов — это значения каждой первичной составляющей света — красной, зелёной и синей, которые должны присутствовать, чтобы человек со средним зрением мог воспринимать все цвета видимого спектра. Этим трём первичным составляющим были поставлены в соответствие координаты X, Y и Z.
YUV - линейная трехкомпонентная цветовая модель, в основе которой стоит яркость и две цветоразностных компоненты. Подобную модель мы уже рассматривали в .
Кратко модель можно описать так:
Для любого пикселя (если речь идет о компьютерном изображении) создается слой яркости (в оттенках серого), а также 2 слоя, необходимых для восстановления оригинала. Модель использовалась для перехода от ч/б ТВ к цветному, так как старые телевизоры могли использовать лишь один слой, а новые цветные все 3 компонента. Думаю технология аналогичная используется и в окрашивании старых советских кино в цвет.
Модель YUV:
HSV (Hue, Saturation, Value — тон, насыщенность, значение) или HSB (Hue, Saturation, Brightness — оттенок, насыщенность, яркость) - цветовая модель, тоже трехкомпанентная.
Как видно из рисунка, данные модели представляются в трехмерном формате (цилиндр и конус). Из-за трехмерности не совсем удобно их использовать в качестве цветовой модели внутри ПО и изображений, но зато в качестве визуализации они подходят очень кстати.
Думаю подобные палитры в графических редакторах видели многие из вас:
Для выбора цвета из палитры, действительно, такой формат представления удобен и часто используется в прикладном ПО.
RYB - модель на основе 3х компонентов - Красного, Желтого и Синего цветов. Раньше считалась правильной, но не все цвета можно такой моделью задать, особенно оттенки зеленого. Основана на палитре художников, которые смешивают краски для получения нужного цвета, но художники используют не 3 цвета, а большее количество, поэтому модель не используется сейчас уже.
Lab — аббревиатура названия двух разных (хотя и похожих) . Более известным и распространенным является CIELAB (точнее, CIE 1976 L*a*b*), другим — Hunter Lab (точнее, Hunter L, a, b). Таким образом, Lab — это неформальная аббревиатура, не определяющая цветовое пространство однозначно. Чаще всего, говоря о пространстве Lab, подразумевают CIELAB.
При разработке Lab преследовалась цель создания цветового пространства, изменения цвета в котором будет более линейным с точки зрения человеческого восприятия (по сравнению с ), то есть с тем, чтобы одинаковое изменение значений координат цвета в разных областях цветового пространства производило одинаковое ощущение изменения цвета. Таким образом математически корректировалась бы нелинейность восприятия цвета человеком. Оба цветовых пространства рассчитываются относительно определенного значения . Если значение точки белого дополнительно не указывается, подразумевается, что значения Lab рассчитаны для стандартного осветителя D50. (c) Wikipedia
Для простых смертных, RGB и CMYK это то, как мы будем кодировать цвета для машин, причем не учитывая итог (CMYK учитывает итог путем калибровки инструмента и цветовой модели). А вот LAB обеспечивает отображение именно того цвета, который увидит человек. Часто используется как промежуточная цветовая модель при переводе из одной модели к другой.
NCS (Natural Color System , естественная система цвета) — цветовая модель, предложенная Скандинавским институтом цвета (Skandinaviska Färginstitutet AB), Стокгольм, Швеция. Она основана на системе противоположных цветов и нашла широкое применение в промышленности для описания цвета продукции.
За основу взяты 6 цветов: Белый, черный, голубой, желтый, зеленый и красный.
Остальные цвета получаются путем задания темноты, насыщенности и двух основных цветов.
Вроде (беру из головы):
Оранжевый: 5% темноты, 80% насыщенности, 50% желтого, 50% красного.
Ну и в таком духе.
Цветовая модель Пантон , система PMS (Pantone Matching System) — стандартизованная система подбора цвета, разработанная американской фирмой Pantone Inc в середине XX века. Использует цифровую идентификацию цветов изображения для полиграфии печати как смесевыми, так и красками. Эталонные пронумерованные цвета напечатаны в специальной книге, страницы которой веерообразно раскладываются.
Существуют и другие цветовые модели, я отобрал наиболее приглянувшиеся и интересные. Для наших простых нужд хватает RGB, YUV, LAB моделей, для полиграфии добавляются еще CMYK и другие.
Вообще довольно интересно было узнать о том, как вроде бы простой цвет задают совершенно разными моделями.
- Перевод
Я собираюсь совершить экскурс в историю науки о человеческом восприятии, которая привела к созданию современных видеостандартов. Также я попытаюсь объяснить часто используемую терминологию. Кроме того, я вкратце расскажу, почему типичный процесс создания игры со временем будет всё больше и больше напоминать процесс, используемый в киноиндустрии.
Пионеры исследований цветовосприятия
Сегодня мы знаем, что сетчатка человеческого глаза содержит три разных типа фоторецепторных клеток, называемых колбочками. Каждый из трёх типов колбочек содержит белок из семейства белков опсинов, который поглощает свет в различных частях спектра:Поглощение света опсинами
Колбочки соответствуют красной, зелёной и синей частям спектра и часто называются длинными (L), средними (M) и короткими (S) согласно длинам волн, к которым они наиболее чувствительны.
Одной из первых научных работ о взаимодействии света и сетчатки был трактат «Hypothesis Concerning Light and Colors» Исаака Ньютона, написанный между 1670-1675 гг. У Ньютона была теория, что свет с различными длинами волн приводил к резонансу сетчатки с теми же частотами; эти колебания затем передавались через оптический нерв в «сенсориум».
«Лучи света, падая на дно глаза, возбуждают колебания в сетчатке, которые распространяются по волокнам оптических нервов в мозг, создавая чувство зрения. Разные типы лучей создают колебания разной силы, которые согласно своей силе возбуждают ощущения разных цветов…»
Больше чем через сотню лет Томас Юнг пришёл к выводу, что так как частота резонанса - это свойство, зависящее от системы, то чтобы поглотить свет всех частот, в сетчатке должно быть бесконечное количество разных резонансных систем. Юнг посчитал это маловероятным, и рассудил, что количество ограничено одной системой для красного, жёлтого и синего. Эти цвета традиционно использовались в субтрактивном смешивании красок. По его собственным словам :
Поскольку по причинам, указанным Ньютоном, возможно, что движение сетчатки имеет скорее колебательную, чем волновую природу, частота колебаний должна зависеть от строения её вещества. Так как почти невозможно полагать, что каждая чувствительная точка сетчатки содержит бесконечное количество частиц, каждая из которых способна колебаться в идеальном согласии с любой возможной волной, становится необходимым предположить, что количество ограничено, например, тремя основными цветами: красным, жёлтым и синим…Предположение Юнга относительно сетчатки было неверным, но он сделал правильный вывод: в глазе существует конечное количество типов клеток.
В 1850 году Герман Гельмгольц первым получил экспериментальное доказательство теории Юнга. Гельмгольц попросил испытуемого сопоставить цвета различных образцов источников света, регулируя яркость нескольких монохромных источников света. Он пришёл к выводу, что для сопоставления всех образцов необходимо и достаточно трёх источников света: в красной, зелёной и синей части спектра.
Рождение современной колориметрии
Перенесёмся в начало 1930-х. К тому времени научное сообщество имело достаточно хорошее представление о внутренней работе глаза. (Хотя потребовалось ещё 20 лет, чтобы Джорджу Уолду удалось экспериментально подтвердить присутствие и функции родопсинов в колбочках сетчатки. Это открытие привело его к Нобелевской премии по медицине в 1967 году.) Commission Internationale de L"Eclairage (Международная комиссия по освещению), CIE, поставила задачу по созданию исчерпывающей количественной оценки восприятия цвета человеком. Количественная оценка была основана на экспериментальных данных, собранных Уильямом Дэвидом Райтом и Джоном Гилдом при параметрах, схожих с выбранными впервые Германом Гельмгольцем. Базовыми настройками были выбраны 435,8 нм для синего цвета, 546,1 нм для зелёного и 700 нм для красного.Экспериментальная установка Джона Гилда, три ручки регулируют основные цвета
Из-за значительного наложения чувствительности колбочек M и L невозможно было сопоставить некоторые длины волн с сине-зелёной частью спектра. Для «сопоставления» этих цветов в качестве точки отсчёта нужно было добавить немного основного красного цвета:
Если мы на мгновение представим, что все основные цвета вносят отрицательный вклад, то уравнение можно переписать так:
Результатом экспериментов стала таблица RGB-триад для каждой длины волны, что отображалось на графике следующим образом:
Функции сопоставления цветов RGB по CIE 1931
Разумеется, цвета с отрицательным красным компонентом невозможно отобразить с помощью основных цветов CIE.
Теперь мы можем найти трихромные коэффициенты для света распределения спектральной интенсивности S как следующее внутреннее произведение:
Может казаться очевидным, что чувствительность к различным длинам волн можно проинтегрировать таким образом, но на самом деле она зависит от физической чувствительности глаза, линейной по отношению к чувствительности к длинам волн. Это было эмпирически подтверждено в 1853 году Германом Грассманом, и представленные выше интегралы в современной формулировке известны нам как закон Грассмана.
Термин «цветовое пространство» возник потому, что основные цвета (красный, зелёный и синий) можно считать базисом векторного пространства. В этом пространстве различные цвета, воспринимаемые человеком, представлены лучами, исходящими из источника. Современное определение векторного пространства введено в 1888 году Джузеппе Пеано, но более чем за 30 лет до этого Джеймс Клерк Максвелл уже использовал только зародившиеся теории того, что позже стало линейной алгеброй, для формального описания трихроматической цветовой системы.
CIE решила, что для упрощения вычислений будет более удобно работать с цветовым пространством, в которой коэффициенты основных цветов всегда положительны. Три новых основных цвета выражались в координатах цветового пространства RGB следующим образом:
Этот новый набор основных цветов невозможно реализовать в физическом мире. Это просто математический инструмент, упрощающий работу с цветовым пространством. Кроме того, чтобы коэффициенты основных цветов всегда были положительными, новое пространство скомпоновано таким образом, что коэффициент цвета Y соответствует воспринимаемой яркости. Этот компонент известен как яркость CIE (подробнее о ней можно почитать в замечательной статье Color FAQ Чарльза Пойнтона (Charles Poynton)).
Чтобы упростить визуализацию итогового цветового пространства, мы выполним последнее преобразование. Разделив каждый компонент на сумму компонентов мы получим безразмерную величину цвета, не зависящую от его яркости:
Координаты x и y известны как координаты цветности, и вместе с яркостью Y CIE они составляют цветовое пространство xyY CIE. Если мы расположим на графике координаты цветности всех цветов с заданной яркостью, у нас получится следующая диаграмма, которая вам наверно знакома:
Диаграмма xyY CIE 1931
И последнее, что нужно узнать - что считается белым цветом цветового пространства. В такой системе отображения белый цвет - это координаты x и y цвета, которые получаются, когда все коэффициенты основных цветов RGB равны между собой.
С течением времени появилось несколько новых цветовых пространств, которые в различных аспектах вносили улучшения в пространства CIE 1931. Несмотря на это, система xyY CIE остаётся самым популярным цветовым пространством, описывающим свойства устройств отображения.
Передаточные функции
Прежде чем рассматривать видеостандарты, необходимо ввести и объяснить ещё две концепции.Оптико-электронная передаточная функция
Оптико-электронная передаточная функция (optical-electronic transfer function, OETF) определяет то, как линейный свет, фиксируемый устройством (камерой) должен кодироваться в сигнале, т.е. это функция формы:Раньше V был аналоговым сигналом, но сейчас, разумеется, он имеет цифровое кодирование. Обычно разработчики игр редко сталкиваются с OETF. Один из примеров, в котором функция будет важна: необходимость сочетания в игре видеозаписи с компьютерной графикой. В этом случае необходимо знать, с какой OETF было записано видео, чтобы восстановить линейный свет и правильно смешать его с компьютерным изображением.
Электронно-оптическая передаточная функция
Электронно-оптическая передаточная функция (electronic-optical transfer, EOTF) выполняет противоположную OETF задачу, т.е. она определяет, как сигнал будет преобразован в линейный свет:Эта функция более важна для разработчиков игр, потому что она определяет, как созданный ими контент будет отображаться экранах телевизоров и мониторов пользователей.
Отношение между EOTF и OETF
Понятия EOTF и OETF хоть и взаимосвязаны, но служат разным целям. OETF нужна для представления захваченной сцены, из которого мы потом можем реконструировать исходное линейное освещение (это представление концептуально является буфером кадра HDR (High Dynamic Range) обычной игры). Что происходит на этапах производства обычного фильма:- Захват данных сцены
- Инвертирование OETF для восстановления значений линейного освещения
- Цветокоррекция
- Мастеринг под различные целевые форматы (DCI-P3, Rec. 709, HDR10, Dolby Vision и т.д.):
- Уменьшение динамического диапазона материала для соответствия динамическому диапазону целевого формата (тональная компрессия)
- Преобразование в цветовой пространство целевого формата
- Инвертирование EOTF для материала (при использовании EOTF в устройстве отображения изображение восстанавливается как нужно).
До текущего момента стандартный техпроцесс игры выглядел следующим образом:
- Рендеринг
- Буфер кадра HDR
- Тональная коррекция
- Инвертирование EOTF для предполагаемого устройства отображения (обычно sRGB)
- Цветокоррекция
Стандартный рабочий процесс цветокоррекции SDR (изображение принадлежит Джонатану Блоу (Jonathan Blow))
После внедрения HDR большинство игр начало двигаться к техпроцессу, похожему на используемый в производстве фильмов. Даже при отсутствии HDR схожий с кинематографическим техпроцесс позволял оптимизировать работу. Выполнение цветокоррекции в HDR означает, что у вас есть целый динамический диапазон сцены. Кроме того, становятся возможными некоторые эффекты, которые раньше были недоступны.
Теперь мы готовы рассмотреть различные стандарты, используемые в настоящее время для описания форматов телевизоров.
Видеостандарты
Rec. 709
Большинство стандартов, относящихся к вещанию видеосигналов, выпущено Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU), органом ООН, в основном занимающимся информационными технологиями.Рекомендация ITU-R BT.709 , которую чаще называют Rec. 709 - это стандарт, описывающий свойства HDTV. Первая версия стандарта была выпущена в 1990 году, последняя - в июне 2015 года. В стандарте описываются такие параметры, как соотношения сторон, разрешения, частота кадров. С этими характеристиками знакомо большинство людей, поэтому я не буду рассматривать их и сосредоточусь на разделах стандарта, касающихся воспроизведения цвета и яркости.
В стандарте подробно описана цветность, ограниченная цветовым пространством xyY CIE. Красный, зелёный и синий источники освещения соответствующего стандарту дисплея должны быть выбраны таким образом, чтобы их отдельные координаты цветности были следующими:
Их относительная интенсивность должна быть настроена таким образом, чтобы белая точка имела цветность
(Эта белая точка также известна как CIE Standard Illuminant D65 и аналогична захвату координат цветности распределения спектральной интенсивности обычного дневного освещения.)
Свойства цветности можно визуально представить следующим образом:
Охват Rec. 709
Область схемы цветности, ограниченная треугольником, созданным основными цветами заданной системы отображения, называется охватом.
Теперь мы переходим к части стандарта, посвящённой яркости, и здесь всё становится немного сложнее. В стандарте указано, что «Общая оптико-электронная передаточная характеристика в источнике» равна:
Здесь есть две проблемы:
- Не существует спецификации о том, чему соответствует физическая яркость L = 1
- Несмотря на то, что это стандарт вещания видео, в нём не указана EOTF
Где L = 1 соответствует яркость примерно 100 кд / м² (единицу кд / м² в этой отрасли называют «нит»). Это подтверждается ITU в последних версиях стандарта следующим комментарием:
В стандартной производственной практике функция кодирования источников изображения регулируется таким образом, чтобы конечное изображение имело требуемый вид, соответствующий видимому на эталонном мониторе. В качестве эталонной принимается функция декодирования из Рекомендации ITU-R BT.1886. Эталонная среда просмотра указана в Рекомендации ITU-R BT.2035.Rec. 1886 - это результат работ по документации характеристик ЭЛТ-мониторов (стандарт опубликован в 2011 году), т.е. является формализацией существующей практики.
Кладбище слонов ЭЛТ
Нелинейность яркости как функции приложенного напряжения привела к тому, как физически устроены ЭЛТ-мониторы. По чистой случайности эта нелинейность (очень) приблизительно является инвертированной нелинейностью восприятия яркости человеком. Когда мы перешли к цифровому представлению сигналов, это привело к удачному эффекту равномерного распределения ошибки дискретизации по всему диапазону яркости.
Rec. 709 рассчитана на использование 8-битного или 10-битного кодирования. В большинстве контента используется 8-битное кодирование. Для него в стандарте указано, что распределение диапазона яркости сигнала должно распределяться в кодах 16-235.
HDR10
Что касается HDR-видео, то в нём есть два основных соперника: Dolby Vision и HDR10. В этой статье я сосредоточусь на HDR10, потому что это открытый стандарт, который быстрее стал популярным. Этот стандарт выбран для Xbox One S и PS4.Мы снова начнём с рассмотрения используемой в HDR10 части цветности цветового пространства, определённой в Рекомендации ITU-R BT.2020 (UHDTV). В ней указаны следующие координаты цветности основных цветов:
И снова в качестве белой точки используется D65. При визуализации на схеме xy Rec. 2020 выглядит следующим образом:
Охват Rec. 2020
Очевидно заметно, что охват этого цветового пространства значительно больше, чем у Rec. 709.
Теперь мы переходим к разделу стандарта о яркости, и здесь снова всё становится более интересным. В своей кандидатской диссертации 1999 года “Contrast sensitivity of the human eye and its effect on image quality” («Контрастная чувствительность человеческого глаза и её влияние на качество изображения») Питер Бартен представил немного пугающее уравнение:
(Многие переменные этого уравнения сами по себе являются сложными уравнениями, например, яркость скрывается внутри уравнений, вычисляющих E и M).
Уравнение определяет, насколько чувствителен глаз к изменению контрастности при различной яркости, а различные параметры определяют условия просмотра и некоторые свойства наблюдателя. «Минимальная различаемая разница» (Just Noticeable Difference, JND) обратна уравнению Бартена, поэтому для дискретизации EOTF, чтобы избавиться от привязки к условиям просмотра, должно быть верно следующее:
Общество инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers, SMPTE) решило, что уравнение Бартена будет хорошей основой для новой EOTF. Результатом стало то, что мы сейчас называем SMPTE ST 2084 или Perceptual Quantizer (PQ).
PQ был создан выбором консервативных значений для параметров уравнения Бартена, т.е. ожидаемых типичных условий просмотра потребителем. Позже PQ был определён как дискретизация, которая при заданном диапазоне яркости и количестве сэмплов наиболее точно соответствует уравнению Бартена с выбранными параметрами.
Дискретизированные значения EOTF можно найти с помощью следующей рекуррентной формулы нахождения k < 1 . Последним значением дискретизации будет являться необходимая максимальная яркость:
Для максимальной яркости в 10 000 нит с использованием 12-битной дискретизации (которая используется в Dolby Vision) результат выглядит следующим образом:
EOTF PQ
Как можно заметить, дискретизация не занимает весь диапазон яркости.
В стандарте HDR10 тоже используется EOTF PQ, но с 10-битной дискретизацией. Этого недостаточно, чтобы оставаться ниже порога Бартена в диапазоне яркости в 10 000 нит, но стандарт позволяет встраивать в сигнал метаданные для динамической регуляции пиковой яркости. Вот как 10-битная дискретизация PQ выглядит для разных диапазонов яркости:
Разные EOTF HDR10
Но даже так яркость немного выше порога Бартена. Однако ситуация не настолько плоха, как это может показаться из графика, потому что:
- Кривая логарифмическая, поэтому относительная погрешность на самом деле не так велика
- Не стоит забывать, что параметры, взятые для создания порога Бартена, выбраны консервативно.
Вот пример того, как выглядит 8-битная дискретизация Rec. 709 с пиковой яркостью 100 нит:
EOTF Rec. 709 (16-235)
Как можно видеть, мы намного выше порога Бартена, и, что важно, даже самые неразборчивые покупатели будут настраивать свои телевизоры на значительно большие 100 нит пиковые яркости (обычно на 250-400 нит), что поднимет кривую Rec. 709 ещё выше.
В заключение
Одно из самых больших различий между Rec. 709 и HDR в том, что яркость последнего указывается в абсолютных значениях. Теоретически это означает, что контент, предназначенный для HDR, будет выглядеть одинаково на всех совместимых телевизорах. По крайней мере, до их пиковой яркости.Существует популярное заблуждение, что HDR-контент в целом будет ярче, но в общем случае это не так. HDR-фильмы чаще всего будут изготавливаться таким образом, чтобы средний уровень яркости изображения был тем же, что и для Rec. 709, но так, чтобы самые яркие участки изображения были более яркими и детальными, а значит, средние тона и тени будут более тёмными. В сочетании с абсолютными значениями яркости HDR это означает, что для оптимального просмотра HDR нужны хорошие условия: при ярком освещении зрачок сужается, а значит, детали на тёмных участках изображения будет сложнее разглядеть.
Теги:
- rgb
- пространства цветов
- color spaces
- стандарты видео
- hdr
- hdtv
Очень часто у людей, напрямую не связанных с полиграфическим дизайном, возникают вопросы "Что такое CMYK?", "Что такое Pantone?" и "почему нельзя использовать ничего, кроме CMYK?".
В этой статье постараемся немного разобраться, что такое цветовые пространства CMYK, RGB, LAB, HSB и как использовать краски Pantone в макетах.
Цветовая модель
CMY(K), RGB, Lab, HSB - это цветовая модель. Цветовая модель - термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.
RGB - аббревиатура английских слов Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий. Аддитивная (Add, англ. - добавлять) цветовая модель, как правило, служащая для вывода изображения на экраны мониторов и другие электронные устройства. Как видно из названия – состоит из синего, красного и зеленого цветов, которые образуют все промежуточные. Обладает большим цветовым охватом.
Главное, что нужно понимать, это то, что аддитивная цветовая модель предполагает, что вся палитра цветов складывается из светящихся точек. То есть на бумаге, например, невозможно отобразить цвет в цветовой модели RGB, поскольку бумага цвет поглощает, а не светится сама по себе. Итоговый цвет можно получить, прибавляя к исходномой черной (несветящейся) поверхности проценты от каждого из ключевых цветов.
CMYK - Cyan, Magenta, Yellow, Key color - субтрактивная (subtract, англ. - вычитать) схема формирования цвета, используемая в полиграфии для стандартной триадной печати. Обладает меньшим, в сравнении с RGB, цветовым охватом.
CMYK называют субстрактивной моделью потому, что бумага и прочие печатные материалы являются поверхностями, отражающими свет. Удобнее считать, какое количество света отразилось от той или иной поверхности, нежели сколько поглотилось. Таким образом, если вычесть из белого три первичных цвета - RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY. «Субтрактивный» означает «вычитаемый» - из белого вычитаются первичные цвета.
Key Color (черный) используется в этой цветовой модели в качестве замены смешению в равных пропорциях красок триады CMY. Дело в том, что только в идеальном варианте при смешении красок триады получается чистый черный цвет. На практике же он получится, скорее, грязно-коричневым - в результате внешних условий, условий впитываемости краски материалом и неидеальности красителей. К тому же, возрастает риск неприводки в элементах, напечатанных черным цветом, а также переувлажнения материала (бумаги).
В цветовом пространстве Lab значение светлоты отделено от значения хроматической составляющей цвета (тон, насыщенность). Светлота задана координатой L (изменяется от 0 до 100, то есть от самого темного до самого светлого), хроматическая составляющая - двумя декартовыми координатами a и b. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от зеленого до пурпурного, вторая - от синего до желтого.
В отличие от цветовых пространств RGB или CMYK, которые являются, по сути, набором аппаратных данных для воспроизведения цвета на бумаге или на экране монитора (цвет может зависеть от типа печатной машины, марки красок, влажности воздуха на производстве или производителя монитора и его настроек), Lab однозначно определяет цвет. Поэтому Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами (например, из RGB сканера в CMYK печатного процесса). При этом особые свойства Lab сделали редактирование в этом пространстве мощным инструментом цветокоррекции.
Благодаря характеру определения цвета в Lab появляется возможность отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет. Во многих случаях это позволяет ускорить обработку изображений, например, при допечатной подготовке. Lab предоставляет возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усилиения цветового контраста, незаменимыми являются и возможности, которые это цветовое пространство предоставляет для борьбы с шумом на цифровых фотографиях.
HSB - модель, которая в принципе является аналогом RGB, она основана на её цветах, но отличается системой координат.
Любой цвет в этой модели характеризуется тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Тон - это собственно цвет. Насыщенность - процент добавленной к цвету белой краски. Яркость - процент добавленной чёрной краски. Итак, HSB - трёхканальная цветовая модель. Любой цвет в HSB получается добавлением к основному спектру чёрной или белой, т.е. фактически серой краски. Модель HSB не является строгой математической моделью. Описание цветов в ней не соответствует цветам, воспринимаемых глазом. Дело в том, что глаз воспринимает цвета, как имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В HSB все цвета основного спектра (канала тона) считаются обладающими 100%-й яркостью. На самом деле это не соответствует действительности.
Хотя модель HSB декларирована как аппаратно-независимая, на самом деле в её основе лежит RGB. В любом случае HSB конвертируется в RGB для отображения на мониторе и в CMYK для печати,а любая конвертация не обходится без потерь.
Стандартный набор красок
В стандартном случае полиграфическая печать осуществляется голубой, пурпурной, желтой и черной красками, что, собственно и составляет палитру CMYK. Макеты, подготовленные для печати, должны быть в этом пространстве, поскольку в процессе подготовки фотоформ растровый процессор однозначно трактует любой цвет как составляющую CMYK. Соответственно, RGB-рисунок, который на экране смотрится очень красиво и ярко, на конечной продукции будет выглядеть совсем не так, а, скорее, серым и бледным. Цветовой охват CMYK меньше, чем RGB, поэтому все изображения, подготавливаемые для полиграфической печати, требуют цветокоррекции и правильной конвертации в цветовой пространство CMYK!. В частности, если вы пользуетесь Adobe Photoshop для обработки растровых изображений, следует пользоваться командой Convert to Profile из меню Edit.
Печать дополнительными красками
В связи с тем, что для воспроизведения очень ярких, "ядовитых" цветов цветового охвата CMYK недостаточно, в отдельных случаях используется печать CMYK + дополнительные (SPOT) краски . Дополнительные краски обычно называют Pantone , хотя это не совсем верно (каталог Pantone описывает все цвета, как входящие в CMYK, так и не содержащиеся в нем) - правильно называть такие цвета SPOT (плашечные), в отличие от смесевых, то есть CMYK.
Физически это означает, что вместо четырех печатных секций со стандартными CMYK-цветами используется большее их количество. Если печатных секций всего четыре, организовывается дополнительный прогон, при котором в уже готовое изделие впечатываются дополнительные цвета.
Существуют печатные машины с пятью печатными секциями, поэтому печать всех цветов происходит за один прогон, что, несомненно, улучшает качество приводки цвета в готовом изделии. В случае печати в 4 CMYK-секциях и дополнительным прогоном через печатную машину с плашечными красками цветосовпадение может страдать. Особенно это будет заметно на машинах с менее чем 4 печатными секциями - наверняка не раз вы видели рекламные листовки, где за края, к примеру, красивых ярко-красных букв может немного выступать желтая рамочка, которая есть ни что иное, как желтая краска из раскладки данного красивого красного цвета.
Подготовка макетов для полиграфии
Если вы готовите макет для печати в типографии и вами не оговорена возможность печати дополнительными (SPOT) красками, готовьте макет в цветовом пространстве CMYK, какими бы привлекательными вам не казались цвета в палитрах Pantone. Дело в том, что для имитации цвета Pantone на экране используются цвета, выходящие за пределы цветового пространства CMYK. Соответственно, все ваши SPOT-краски будут автоматически переведены в CMYK и результат будет совсем не таким, как вы ожидаете.
Если в вашем макете (при договоренности об использовании триады) все-таки есть не CMYK краски, будьте готовы к тому, что макет вам вернут и попросят переделать.
При составлении статьи за основу были взяты материалы с citypress72.ru и masters.donntu.edu.ua/Это одна из наиболее распространенных и часто используемых моделей. Она применяется в приборах, излучающих свет, таких, например, как мониторы, прожекторы, фильтры и другие подобные устройства.
В модели RGB производные цвета получаются в результате сложения или смешения базовых, основных цветов, называемых цветовыми координатами. Координатами служат красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвет. Свое название RGB-модель получила по первым буквам английских наименований цветовых координат.
Каждая из вышеперечисленных составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, образовывая разные цвета и обеспечивая, таким образом, доступ ко всем 16 миллионам (полное количество цветов, представляемых этой моделью равно 256*256*256 = 16 777 216.).
Эта модель аддитивная. Слово аддитивная (сложение) подчеркивает, что цвет получается при сложении точек трех базовых цветов, каждая своей яркости. Яркость каждого базового цвета может принимать значения от 0 до 255 (256 значений), таким образом, модель позволяет кодировать 256 3 или около 16,7 млн цветов. Эти тройки базовых точек (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, так что каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем ярче цветная точка (красная, зеленая, синяя), тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.
При работе с графическим редактором Adobe PhotoShop можно выбирать цвет, полагаясь не только на тот, что мы видим, но при необходимости указывать и цифровое значение, тем самым иногда, особенно при цветокоррекции, контролируя процесс работы.
Данная цветовая модель считается аддитивной , то есть при увеличении яркости отдельных составляющих будет увеличиваться и яркость результирующего цвета : если смешать все три цвета с максимальной интенсивностью, то результатом будет белый цвет; напротив, при отсутствии всех цветов получается черный.
Таблица 1
Значения некоторых цветов в модели RGB
Модель является аппаратно-зависимой, так как значения базовых цветов (а также точка белого) определяются качеством примененного в мониторе люминофора. В результате на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково.
Свойства модели RGB хорошо описывает так называемый цветовой куб (см. рис. 3). Это фрагмент трехмерного пространства, координатами которого являются красный, зеленый и синий цвет. Каждая точка внутри куба соответствует некоторому цвету и описывается тремя проекциями - цветовыми координатами: содержанием красного, зеленого и синего цвета. Сложение всех основных цветов максимальной яркости дает белый цвет; начальная точка куба означает нулевые вклады основных цветов и соответствует черному цвету.
Если цветовые координаты смешивать в равных пропорциях, то получится серый цвет различной насыщенности. Точки, отвечающие серому цвету, лежат на диагонали куба. Смешение красного и зеленого дает желтый, красный и синий образуют пурпурный, а зеленый и синий -голубой.
Рис. 3.
Цветовые координаты: красный, зеленый и синий иногда называют первичными или аддитивными цветами. Цвета голубой, пурпурный, желтый, которые получаются в результате попарного смешения первичных цветов, называются вторичными. Поскольку сложение- это основная операция синтеза цветов, то модель RGB иногда называют аддитивной (от латинского additivus, что значит прибавляемый).
Принцип сложения цветов часто изображается в виде плоской круговой диаграммы (см. рис. 4), которая хотя и не дает новой информации о модели, по сравнению с пространственным изображением, но проще воспринимается и легче запоминается.
Рис. 4.
По принципу сложения цветов работают многие технические устройства: мониторы, телевизоры, сканеры, диапроекторы, цифровые фотоаппараты и др. Если посмотреть через увеличительное стекло на экран монитора, то можно увидеть регулярную сетку, в узлах которой располагаются красные, зеленые и синие точки-зерна люминофора. При возбуждении пучком электронов они излучают базовые цвета разной интенсивности. Сложение излучений близко расположенных зерен воспринимается человеческим глазом как цвет в данной точке экрана.
В вычислительной технике интенсивность первичных цветов принято измерять целыми числами в диапазоне от 0 до 255. Ноль означает отсутствие данной цветовой составляющей, число 255 - ее максимальную интенсивность. Поскольку первичные цвета могут смешиваться без ограничений, то легко подсчитать общее количество цветов, которое порождает аддитивная модель. Оно равно 256 * 256 * 256=16 777 216, или более 16,7 миллионов цветов. Это число кажется огромным, но в действительности модель порождает всего лишь небольшую часть цветового спектра.
Любой естественный цвет можно разложить на красную, зеленую и синюю составляющие и измерить их интенсивность. А вот обратный переход возможен далеко не всегда. Экспериментально и теоретически доказано, что диапазон цветов модели RGB уже, чем множество цветов видимого спектра. Чтобы получить часть спектра, лежащую между синим и зеленым цветами, требуются излучатели с отрицательной интенсивностью красного цвета, которых, конечно же, в природе не существует. Диапазон воспроизводимых цветов модели или устройства называется цветовым охватом. Одним из серьезных недостатков аддитивной модели, как ни парадоксально это звучит, является ее узкий цветовой охват.
Кажется, что этот набор цветовых координат однозначно определяет светло-салатовый цвет на любом устройстве, которое работает по принципу сложения базовых цветов. В действительности все обстоит намного сложнее. Цвет, воспроизводимый устройством, зависит от множества внешних факторов, часто не поддающихся учету.
Экраны дисплеев покрываются люминофорами, которые отличаются по химическому и спектральному составу. Мониторы одной марки имеют разный износ и условия освещения. Даже один монитор выдает различные цвета в прогретом состоянии и сразу после включения. За счет калибровки устройств и использования систем управления цветом можно попытаться приблизить цветовые охваты различных устройств. Подробнее об этом говорится в следующей главе.
Нельзя не упомянуть еще один недостаток этой цветовой модели. С точки зрения практикующего дизайнера или компьютерного художника, она является неинтуитивной. Оперируя в ее среде, бывает трудно ответить на самые простые вопросы, относящиеся к цветовому синтезу. Например, как следует изменить цветовые координаты, чтобы сделать текущий цвет немного ярче или уменьшить его насыщенность? Чтобы дать правильный ответ на этот простой вопрос, требуется обладать большим опытом работы в этой цветовой системе.
Модель RGB (Red - Красный, Green - Зеленый, Blue - Синий) описывает излучаемые цвета.
Модель R G B (Red - Красный, Green - Зеленый, Blue - Синий) описывает излучаемые цвета. Базовыми компонентами модели являются три цвета лучей - красный, зеленый, синий. При восприятии цвета человеком именно они непосредственно воспринимаются глазом. Остальные цвета представляют собой смешение трех базовых в разных соотношениях. Каждая составляющая может изменяться в пределах от 0 до 255, как было рассмотрено в предыдущей главе. Такой способ предоставляет доступ ко всем 16 миллионам цветов. При сложении (смешении) двух лучей основных цветов результат оказывается светлее, чем отдельные составляющие . Цвета этого типа называются аддитивными . Эта модель используется во всех мониторах , проекторах и других устройствах, которые излучают или фильтруют свет, включая телевизоры, кинопроекторы и цветные прожекторы. Web-дизайнер в своей работе ориентируется на такое устройство вывода, как монитор, поэтому мы будем учиться работать в основном с изображениями в модели RGB. Напомню, что она является трехканальной (имеет три составляющие) и 24-битной (цвет одного пиксела представляется 24 битами - по байту на канал).
Цветовое пространство модели удобно представить в виде цветового куба . По осям координат откладываются значения цветовых каналов. Каждый из них может принимать значения от нуля (нет света) до максимального (наибольшая яркость света). Внутренняя часть образовавшегося куба содержит все цвета модели. В начале координат значения каналов равны нулю (черный цвет). В противоположной точке смешиваются максимальные значения каналов, образуя белый цвет. На линии, соединяющей эти точки, располагаются смеси равных значений каналов, образуя серые оттенки от черного до белого - серую шкалу. Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов. В обычном RGB-изображении каждый цветовой канал и серая шкала имеют 256 градаций (оттенков).
Изображение, созданное в цветовой модели RGB, может быть сохранено в любом графическом формате, поддерживаемом программой Photoshop, кроме формата GIF.
Недостатком режима RGB является то, что далеко не все цвета, которые могут быть в нем созданы, можно вывести на печать. Избежать потери цветов можно, редактируя изображение в режиме CMYK.
Модели CMY и CMYK.
Модель C M Y описывает отраженные цвета (краски). Они образуются в результате вычитания части спектра падающего света и называются субтрактивными . При смешении двух цветов результат темнее обоих исходных, поскольку каждый из цветов поглощает часть спектра. Иначе говоря, чем больше краски мы положили, тем больше вычли из белого, т.е. тем ниже будет результирующая яркость.
Для начала расшифруем название этой модели. C=Cyan (бирюзовый ), M=Magenta (пурпурный ), Y=Yellow (желтый ). Каналы CMY - это результат вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета (то есть цвета маскимальной яркости). Запишем "формулы" получения этих цветов:
- Бирюзовый = Белый - Красный
- Пурпурный = Белый - Зеленый
- Желтый = Белый - Синий
Можно сказать, что модель CMY
обратна модели RGB
. Посмотрите на рисунок - базовые цвета модели CMY находятся напротив базовых цветов модели RGB. Согласно модели RGB, белый цвет представляет собой сумму трех компонент максимальной яркости, т.е. можно записать:
Белый = Красный + Зеленый + Синий.
После нехитрых математических преобразований получаем следующее представление цветов модели CMY:
- Бирюзовый = Зеленый + Синий
- Пурпурный = Красный + Синий
- Желтый = Красный + Зеленый
Сравните эти формулы с рисунком - все правильно. Желтый цвет лежит между красной и зеленой областями и т.д. Если это рисунок вас не убедил - посмотрите на рисунок модели RGB в предыдущей главе.
Развитием модели CMY является модель CMYK . Она описывает реальный процесс цветной печати на офсетной машине и цветном принтере. Пурпурная, голубая и желтая краски (полиграфическая триада) последовательно наносятся на бумагу в различных пропорциях, и таким способом может быть репродуцирована значительная часть видимого спектра. В области черного и темных цветов наносятся не цветные, а черная краска. Это четвертый базовый компонент, он введен для описания реального процесса печати. Черный компонент сокращается до буквы K (blacK или, по другой версии, Key ). CMYK - четырехканальная цветовая модель. Зачем в модель вводится черная краска? Реальные краски содержат примеси, и при смешении дадут не черный, а темно-коричневый цвет. К тому же при печати очень темных и черного цвета было бы необходимо большое количество каждой краски, что ведет к переувлажнению бумаги и неоправданному расходу красок.
Описанные цветовые модели являются аппаратно-зависимыми . При выводе одного и того же изображения на различных устройствах (например, на двух разных мониторах) вы, скорее всего, получите разный результат. То есть цвет зависит как от значений базовых составляющих, так и от параметров устройств: качества и марки данной печатной краски, свойств использованной бумаги, свойств люминофора и других параметров конкретного монитора, принтера или печатного пресса. Кроме того, существование разных моделей описания для излучаемых и отраженных цветов весьма неудобно при компьютерной подготовке цветных изображений. В полиграфический процесс входят системы, работающие как в модели RGB (сканер, монитор), так и в модели CMYK (фотонабор и печатная машина). В процессе работы приходится преобразовывать цвет из одной модели в другую. Поскольку эти модели имеют разный цветовой охват, преобразование часто сопряжено с потерей части оттенков. Поэтому одной из основных задач при работе с цветными изображениями становится достижение предсказуемого цвета. Для этого создана система цветокоррекции (Color Management System, СMS ). Это программная система, цель которой, во-первых, достичь одинаковых цветов для всех этапов полиграфического процесса, от сканера до печатного станка, а во-вторых - обеспечить стабильное воспроизведение цвета на всех выводных устройствах (например, на любом мониторе). Пространство этой модели аналогично пространству модели RGB, в которой перемещено начало координат. Смешение максимальных значений всех трех компонентов дает черный цвет. При полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) получится белый цвет (белая бумага). Смешение равных значений трех компонентов даст оттенки серого.
Модель CMYK предназначена специально для описания печатных изображений. Поэтому ее цветовой охват значительно ниже, чем у RGB (ведь она описывает не излучаемые, а отраженные цвета, интенсивность которых всегда меньше). Кроме того, как прикладная модель, CMYK жестко привязана к параметрам печати (краски, тип печатной машины и т. д.), которые очень разнятся для каждого случая. При переводе в CMYK нужно задать массу технологических характеристик - указать, какими конкретно красками и на какой бумаге будет отпечатано изображение, некоторые особенности печатного оборудования и т. д. Для разных заданных значений вид изображения на печати и на экране будет разным. Еще одной особенностью модели является теоретически не обоснованное введение дополнительного черного канала. Он предназначен для исправления недостатков современного печатного оборудования. В темных областях особенно хорошо видны погрешности совмещения, возможно переувлажнение бумаги, кроме того, смесь CMY-красок не дает глубокого черного тона. Все эти "узкие места" можно устранить применением дополнительной черной краски. При переводе в CMYK программа заменяет в темных областях триадные краски на черную. Эта замена производится по разным алгоритмам, в зависимости от состава изображения (черный цвет подчеркивает контуры предметов, визуально усиливая резкость), особенностей печати и других причин. Таким образом, в зависимости от установок перевода вид изображения меняется. Неудачный перевод в CMYK (цветоделение ) может привести к серьезным потерям качества. Цветоделение обычно предполагает печать тиража (иначе зачем CMYK), а это, в свою очередь, связано с большими финансовыми вложениями. Поэтому, если вам приходится выполнять подготовку файлов для типографии, необходимо изучить специальную литературу по предпечатной подготовке.
Рассмотрим каналы в CMYK-изображении. Для эксперимента нам потребуется файл photo.jpg . Как видите, в области заголовка окна также показана модель изображения. Сейчас это RGB. Чтобы перевести изображение в цветовой режим CMYK, выберите в меню Image команду Mode > CMYK . Откройте палитру Channels. Там присутствует пять строк - четыре строки цветовых каналов и одна строка совмещенного канала. Активизация и регулирование видимости каналов производятся точно так же, как для RGB - изображения.
Отключите видимость всех каналов, кроме голубого. Заметьте, что изображение стало много светлее. Каналы CMYK складываются так же, как краски, положенные на бумагу. Практически сейчас перед вами голубая форма для печати файла. Именно таким образом будет распределяться краска на отпечатке. Насыщенность цвета максимальна в голубой и синей областях. Они окрашены насыщенным голубым цветом. Голубой есть также в областях оттенков серого. Это означает, что в CMYK оттенки серого формируются из смеси равного количества всех компонентов модели. Область черного и очень темных оттенков изображается на печати черной краской, поэтому она пока остается белой.
Теперь активизируйте изображение черного канала, не отключая голубой. Вы видите форму, в соответствии с которой будет наноситься черная краска. Отключите видимость черного канала, добавьте к голубому отображение желтого канала. Как видите, смешение красок в модели происходит по гораздо более понятному принципу - при сложении голубой и желтой составляющих получаются оттенки зеленого. Зеленый цвет получили также серые участки, поскольку они состоят из равных количеств каждого из базовых компонентов. Отметьте, что изображение тем темнее, чем больше каналов видно на экране. Сделайте видимым и пурпурный канал. Изображение в средних и светлых тонах уже приобрело нормальный вид. В тенях же остались белые участки - все они будут напечатаны черным, а не смесью трех цветных красок.
