Цветопередача, кодирование графической и текстовой информации 33

Цветопередача, воспроизведение цветов оригинала (объекта) на картине, фотоснимке, киноэкране, экране телевизора и т.п. При Ц. неизбежны цветовые искажения, зависящие от особенностей процесса цветопередачи. Различают три способа оценки точности цветопередачи: физический, физиологический и психологический.

Физическая точность характеризуют степенью близости спектрального состава излучения, исходящего от любой точки (малого участка) оригинала и соответствующей ей точки изображения;

Физиологическая — степенью близости цветовых ощущений при визуальном восприятии малого участка оригинала и соответствующего малого участка изображения.

Значительной психологической точности можно достичь при условии, если искажение цвета на каком-либо участке изображения "уравновешивается" определёнными искажениями на др. его участках. Для цветопередачи в многоцветном изображении практически важна лишь психологическая точность.

Цветовые модели и цветовые режимы. Если говорить о кодировании цветных графических изображений, то нужно рассмотреть принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. Применяют несколько систем кодирования (цветовых моделей).

Цветовой моделью называется совокупность абсолютных или относительных параметров цвета, которые позволяют однозначно описать данный цвет в используемом цветовом пространстве. Существует несколько цветовых моделей. Наличие большого их числа вызвано различной физической природой цвета, применяемого на разных этапах работы с документами. На экране монитора вы видите цвет, излучаемый экраном, а на бумаге — цвет, отражаемый поверхностью листа. Для описания цветов, образуемых различными методами, и созданы разные модели. Кроме того, необходима и универсальная, аппаратно независимая модель, объединяющая в себе все остальные модели.

Модель RGB. Название модели складывается из первых букв основных цветов, которые ее составляют: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Любой цвет в модели RGB образуется путем смешения в различных пропорциях этих трех базовых цветов. Цвет в данной модели описывается тремя цифровыми значениями от 0 до 255. Таким образом, каждый цвет может иметь 256 оттенков. Это значение определяется глубиной цвета — максимальным количеством информации о цвете, которое может храниться в одной ячейке (2⁸). Каждое цифровое значение определяет наличие конкретного базового цвета в итоговом цвете. Эти значения записываются в порядке, соответствующем названию модели: красный, зеленый и синий компоненты. К примеру, чистый красный цвет в модели RGB представляется как 255,0,0 (красная составляющая является максимальной, зеленая и синяя отсутствуют), зеленый цвет в цифровом виде представляется как 0,255,0, синий — как 0,0,255. Модель RGB является аддитивной, то есть описывает излучающие цвета, чистый черный цвет представляется как 0,0,0 (ни один из цветов не излучается, доля всех составляющих равна нулю). Белый цвет соответствует максимуму излучения — уровень каждой составляющей максимальный, в цифровом виде цвет записывается следующим образом: 255,255,255. Пока рассмотрены только пять цветов (всего такая модель может описать более 16 млн. цветов — 256³). Другие цвета можно получить, изменяя долю каждой составляющей с шагом в единицу. Так, задав максимальные уровни красной и зеленой составляющих, вы получите желтый цвет (255,255,0). В обычной трехмерной системе координат цветовую модель можно представить в виде куба (рис. 35).

Рис. 35. Представление цветовой модели RGB

Здесь точка начала координат соответствует черному цвету (Black). В ближайшей к вам вершине куба точка максимального излучения — точка белого цвета (White). Диагональ, соединяющая эти две точки, — шкала оттенков серого (Grayscale). Как и положено, оттенков 256. Вершины куба, располагающиеся на осях, соответствуют красному, зеленому и синему цветам. В этих точках составляющие имеют максимальные значения. Наконец, оставшиеся три вершины отвечают цветам, образованным путем смешивания пар основных цветов: красного с зеленым, красного с синим, зеленого с синим. Это желтый (Yellow), пурпурный (Magenta) и голубой (Cyan). Чуть позже вы увидите, почему на этих цветах акцентируется внимание. Цветовая модель RGB описывает цветовой диапазон таких устройств, как монитор и сканер

Модель CMYK. В отличие от модели RGB, модель CMY описывает цвета, полученные в результате отражения света объектами, то есть полностью противоположна предыдущей. Данная модель является субтрактивной (вычитающей), поскольку цвета в ней образуются путем вычитания из черного цвета базовых цветов: голубого (Cyan), пурпурного (Magenta), желтого (Yellow). Они образуют так называемую полиграфическую триаду и называются триадными, триадные цвета. В цветовой модели CMY уровень составляющих задается значениями в диапазоне от 0 до 100 % (величина 100 % в этой модели соответствует 255 единицам модели RGB). Поскольку цветовая модель CMY является обратной модели RGB, то при смешивании двух субтрактивных цветов результирующий цвет оказывается более темным, чем исходные, а при смешивании всех трех составляющих должен получаться черный цвет. Соответственно белый цвет — это полное отсутствие краски (значения всех цветовых составляющих равны 0). В трехмерной системе координат цветовую модель CMY также можно представить в виде куба (рис. 36).

Рис. 36. Представление цветовой модели CMY

В точке начала координат уровни всех составляющих равны 0 — это белый цвет (White). Ближайшая к вам вершина куба — точка черного цвета (Black). В ней уровни всех трех составляющих имеют максимальные значения. Диагональ, соединяющая белую и черную точки, — шкала серого. В любой точке этой линии все главные цвета смешаны в равной пропорции. То же самое можно было сказать и о предыдущей модели. Вершины куба, располагающиеся на осях, соответствуют чистым голубому (Cyan), пурпурному (Magenta) и желтому (Yellow) цветам. На остальных трех вершинах расположены цвета, которые образуются в результате смешивания пар базовых цветов: голубого и пурпурного, голубого и желтого, пурпурного и желтого. Это синий (Blue), зеленый (Green) и красный (Red). Обратите внимание на совпадение цветов этой и предыдущей моделей, оно отнюдь не случайно. Описанные модели являются взаимозамещающими.

Может показаться, что такая модель больше всего подходит для печатной продукции — ведь мы видим цвет, отраженный от поверхности. Однако модель CMY не годится для печатных процессов, так как на практике ничего идеального не бывает. Теоретически смесь трех базовых красок должна давать глубокий черный цвет, но в реальности так не получается, поскольку при смешивании данных трех красок образуется не черный, а грязно-коричневый цвет. Для устранения этого недостатка к трем краскам добавили четвертую, черную (Black), и цветовая модель получила название CMYK — Cyan, Magenta, Yellow, BlacK. В слове Black используется не первая буква, а последняя, чтобы не путать с цветом Blue модели RGB. Таким образом, черный цвет в модели CMYK образуется с помощью только одной составляющей — черной (0,0,0,100), хотя иногда применяется и более глубокий черный. Область применения цветовой модели CMYK — полноцветная печать. Именно с этой моделью работает большинство устройств печати.

Модель HSB. Цвет в модели HSB описывается при помощи трех параметров: тона, насыщенности и яркости. Тон — это конкретный оттенок цвета. Насыщенность характеризует его интенсивность, или чистоту. Яркость же зависит от количества черной краски, добавленной к данному цвету. Эту модель для наглядности можно представить в виде цилиндра, где длина окружности, образующей основание, соответствует параметру тона, радиус основания — оси изменения насыщенности, а высота боковой поверхности — оси изменения яркости (рис. 37).

Рис. 37. Представление цветовой модели HSB

Значение цвета задается вектором, выходящим из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки на границе окружности — чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и указывается в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задается на отдельной оси. Таким образом, значение тона измеряется в градусах от 0 до 360, а значения насыщенности и яркости — в процентах от 0 до 100. Эта модель более удобна, чем другие, так как она хорошо согласуется с принципом восприятия цвета человеком, и наиболее проста для понимания: сначала можно определить цветовой тон, а затем задать ему насыщенность и яркость. Но, к сожалению, эта модель не самая удобная для использования в издательских системах, поэтому на практике она применяется мало. Вместе с тем цвет в Photoshop вы выбираете, используя модель HSB, при этом можете видеть в соответствующих полях и цифровые значения моделей RGB и CMYK.

Модель Lab. Цветовая модель Lab была разработана Международной комиссией по освещению (CIE) для устранения недостатка вышеописанных цветовых моделей. В частности, она создавалась как аппаратно-независимая модель, то есть определяющая цвета независимо от типа устройства (монитора, принтера и т. п.). Цвет в данной модели определяется тремя параметрами. Это освещенность (L) и два хроматических компонента: а — параметр, который изменяется от пурпурного до зеленого, и b — параметр, изменяющийся от синего до желтого. Значения параметров а и b задаются числами, находящимися в пределах от –128 до 127. Освещенность изменяется в диапазоне от 0 до 100 %. Максимальное значение освещенности соответствует максимальной яркости цвета. Такую цветовую модель, как и описанные ранее, можно представить в трехмерном виде (рис. 38).

Рис. 38. Представление цветовой модели Lab

Рис. 39. Передача цветов цветовыми моделями

Данная цветовая модель используется во многих программах как промежуточное звено при переходе из одной цветовой модели в другую, поскольку модель Lab имеет наибольший цветовой охват по сравнению с иными моделями.Как видно, цветовые охваты моделей RGB и CМYK, рис. 39 несколько отличаются: самые яркие цвета модели RGB невозможно передать с помощью цветовой модели CMYK, а для самых темных цветов модели CMYK нет аналогов в цветовой модели RGB.

Режим Grayscale. Данный режим позволяет передавать только 256 цветов, точнее оттенков серого. Изображения в таком режиме называются полутоновыми — здесь имеются в наличии черный и белый цвета, а между ними находятся 254 оттенка серого. Не путайте этот режим с черно-белым, так как в последнем содержатся только два цвета — белый и черный.

Режим Bitmap. режим истинно черно-белый, поскольку изображение передается только двумя цветами — черным и белым. Интересно отметить, что черно-белая печать действительно производится черной и белой красками. Макеты печатаются только черной краской, а эффекты полутонов создаются иным способом.

Высокоточные цветовые модели. Высокоточные цветовые модели были созданы с целью достижения более высокого качества печати, чем печать с использованием цветовой модели CMYK. Такие модели строятся путем добавления к четырем цветам модели CMYK дополнительных цветов (обычно двух). К ним относятся модели Hexachrome и Big- Gamut CMYK. В модели Hexachrome печать осуществляется шестью цветами: к цветам модели CMYK добавлены зеленый (Green) и оранжевый (Orange). В системе Big-gamut CMYK предусмотрены дополнительные печатные формы для стандартных базовых цветов. Однако высокоточные цветовые модели пока не получили широкого распространения из-за сложности печати шестью цветами.

Переход из одной цветовой модели в другую. Потребность перевода изображения из одной цветовой модели в другую возникает достаточно часто, особенно если изображение готовится для печати. На некоторых этапах создания документа применение цветовой модели RGB является неизбежностью (например, цветовая модель RGB используется сканером, цифровой камерой), но у документа, предназначенного для печати, конечной цветовой моделью должна быть модель CMYK. Отсюда возникает необходимость конвертирования моделей. Переходы между цветовыми моделями всегда связаны с какими-то потерями цветов из-за несоответствия цветового пространства моделей. В модели CMYK невозможно отобразить очень яркие цвета модели RGB, модель RGB, в свою очередь, не способна передать темные густые оттенки модели CMYK, поскольку природа цвета разная. Потери, вызванные конвертированием, невосполнимы. Так, если конвертировать изображение, созданное в цветовой модели RGB, в модель CMYK, часть цветов модели RGB, которые не может передать CMYK, будут преобразованы с искажениями. И при обратном переходе в RGB эти цвета восстановить не удастся. В Photoshop для наиболее точного преобразования цветов конвертирование осуществляется с использованием модели Lab, которая имеет наиболее широкий цветовой диапазон и полностью охватывает цвета всех цветовых моделей. В частности, преобразование из RGB в CMYK в Photoshop будет выглядеть как преобразование из RGB в Lab и только затем — в CMYK. Для конвертирования в требуемую модель выберите ее в подменю Mode (Режим) меню Image (Изображение). Больше никаких действий выполнять не нужно — конвертирование «через Lab» будет выполнено программой автоматически. В программе Photoshop изображение в одной цветовой модели отличается от изображения в другой модели количеством и названием каналов. Изображение в любой цветовой модели содержит один канал для каждой составляющей цвета данной цветовой модели. Таким образом, один канал содержит только изображения, содержащие его «родной» цвет или оттенки этого цвета. Отсюда следует, что в модели RGB присутствуют три канала (Red, Green, Blue), а в модели CMYK — четыре (Cyan, Magenta, Yellow и Black). Так, если в изображении в модели RGB нарисовать три квадрата — зеленый, красный и синий, то зеленый квадрат отобразиться только в зеленом канале и т. д. А если создать желтый квадрат, то он будет отображаться в двух каналах — красном и зеленом, поскольку желтый цвет представляет собой смесь красного и зеленого. В Photoshop каналы отображаются в палитре Channels (Каналы). Фактически деление на каналы — это предварительный просмотр результатов цветоделения, необходимого для процесса типографской печати.

Различают несколько режимов представления цветной графики:

а) полноцветный (True Color);

б) High Color;

в) индексный.

При полноцветном режиме для кодирования яркости каждой из составляющих используют по 256 значений (восемь двоичных разрядов), то есть на кодирование цвета одного пикселя (в системе RGB) надо затратить 8*3=24 разряда. Это позволяет однозначно определять 16,5 млн цветов. Это довольно близко к чувствительности человеческого глаза. При кодировании с помощью системы CMYK для представления цветной графики надо иметь 8*4=32 двоичных разряда.

Режим High Color - это кодирование при помощи 16-разрядных двоичных чисел, то есть уменьшается количество двоичных разрядов при кодировании каждой точки. Но при этом значительно уменьшается диапазон кодируемых цветов.

При индексном кодировании цвета можно передать всго лишь 256 цветовых оттенков. Каждый цвет кодируется при помощи восьми бит данных. Но так как 256 значений не передают весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, то подразумевается, что к графическим данным прилагается палитра (справочная таблица), без которой воспроизведение будет неадекватным: море может получиться красным, а листья - синими. Сам код точки растра в данном случае означает не сам по себе цвет, а только его номер (индекс) в палитре. Отсюда и название режима - индексный.

Растровое представление графической информации. При этом представлении изображение разбивается на мельчайшие элементы – пиксели.

Пиксель – минимальный участок изображения, которому можно независимым образом задать цвет.

Палитра – множество цветов, используемых в изображении (весь набор красок).

Все множество пикселей образуют растр.

Растр – это прямоугольная сетка пикселей на экране.

Стандартные размеры растра 800*600, 1024*768 и др. Это значит, что по горизонтали на экране монитора умещается 1024 (М) пикселя, а по вертикали 768 (N) пикселей. Тогда общее количество пикселей может быть посчитано как K=M*N.

Разрешающей способностью изображения называется отношение числа пикселей на единичный участок изображения. Единица измерения разрешающей способности – dpi (пикселей на дюйм).

При помощи увеличительного стекла можно увидеть, что черно-белое графическое изображение, например из газеты, состоит из мельчайших точек, составляющих определенный узор - растр. Точность передачи рисунка зависит от количества точек и их размера. После разбиения рисунка на точки, начиная с левого угла, двигаясь по строкам слева направо, можно кодировать цвет каждой точки, пикселя. Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей (на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 пикселя. Так как яркость каждой точки и ее линейные координаты можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что этот метод кодирования позволяет использовать двоичный код для того чтобы обрабатывать графические данные.

Векторное представление изображений. В этом случае изображение разбивается на графические примитивы – отрезки, дуги, заливка. Примитивы задаются координатами точек и расстоянием между ними. Например, отрезок задается координатами концов и цветом линии, окружность – координатами центра, радиусом и цветом линии, треугольник – координатами вершин и цветом области.

Базовым элементом изображения является линия. Как и любой объект, она обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной., цветом, начертанием (пунктирная, сплошная). Замкнутые линии имеют свойство заполнения (или другими объектами, или выбранным цветом). Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Так как линия описывается математически как единый объект, то и объем данных для отображения объекта средствами векторной графики значительно меньше, чем в растровой графике. Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

К программным средствам создания и обработки векторной графики относятся следующие графические редакторы: CorelDraw, Adobe Illustrator, а также векторизаторы (трассировщики) - специализированные пакеты преобразования растровых изображений в векторные.