Курсовая работа: Цвет и графика на ЭВМ

Источники

1. http://dvoika.net/education/Book1/contents.html

2. Из книги: Еремин Е.А. Как работает современный компьютер. - Пермь: изд-во ПРИПИТ

3. http://www.256.ru/lecture/lect-kgg0301.php (Тема 3. Система цветов.)

Модели цвета на ЭВМ

Как порой сложно описать цвет того неба, которое мы видим: у кого-то оно сине-голубое, у кого-то голубое с бирюзовым отливом, у кого-то серебристо-голубое и т.д. И было бы невозможно без способа точного описания цвета в стандартизированных цифровых выражениях.

Цветовые пространства, или цветовые модели являются средствами количественного описания цвета и различия между оттенками цвета.

Существует много цветовых моделей, но все они принадлежат к одному из трех типов:

- психологические (по восприятию);

- аддитивные (основанные на сложении);

- субтрактивные (основанные на вычитании).

При обработке изображений при подготовке к печати имеют дело с тремя цветовыми моделями: CIE Lab - психологическое цветовое пространство, RGB - аддитивное цветовое пространство и CMYK - субтрактивное цветовое пространство. А в компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK и HSB.

Любое преобразование цвета из одного пространства в другое влечет за собой потерю данных о цвете в изображении.

RGB-модель

Данная модель является "естественным языком" цвета для электронных устройств ввода изображения (мониторы, сканеры, цифровые камеры), в которых воспроизведение цвета основано на излучении или пропускании света, а не на его отражении от подложки при создании изображения.

Аддитивной она называется потому, что цвета в ней генерируются суммированием световых потоков. Сумма красного, зеленого и синего цветов максимальной одинаковой интенсивности дает белый цвет.

R - red (красный), G - green (зеленый), B - blue (голубой).

Наиболее распространенным способом кодирования цвета является модель RGB. При этом способе кодирования любой цвет представляется в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue), взятых с разной интенсивностью. Интенсивность каждого из трех цветов -- это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255), который хорошо представляется двумя 16-ричными цифрами (числом от 00 до FF). Таким образом, цвет удобно записывать тремя парами 16-ричных цифр, как это принято, например, в HTML-документах.

Пример.

В языке гипертекстовой разметки документов HTML цвета можно задавать так: черный -- 000000, белый -- FFFFFF, желтый -- FFFF00 и т. д.; чтобы получить более темный желтый цвет, надо одинаково уменьшить интенсивности красного и зеленого -- A7A700.

Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей на другую яркость суммарного цвета также увеличивается.

Цветовая модель CMYK

Цветовая модель CMYK соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным цветом, т. е. для подготовки печатных документов.

В данной модели цвета при смешивании двух или более основных красок дополнительные цвета получаются посредством поглощения одних световых волн спектра белого цвета и отражения других. Так, голубая краска поглощает красный цвет и отражает зеленый и синий, а желтая поглощает синий цвет и отражает красный и зеленый.

В аддитивной модели RGB световые потоки суммируются, производя более яркие цвета, а в субтрактивной модели CMYK световые потоки вычитаются, генерируя более темные цвета. Если учесть светонепроницаемость бумаги, которая скорее отражает свет, чем пропускает его, то становится понятно, почему такие яркие цвета в изображении на мониторе становятся темными и унылыми в отпечатанном виде.

CMYK - cyan (голубой), magenta (пурпур), yellow (желтый), black (черный).

Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black). Эти цвета получаются в результате вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета.

Особые взаимоотношения двух цветовых моделей

Цветовые модели RGB и CMYK являются дополнительнительными друг к другу, по крайней мере, в первом приближении. Теоритечески так сказать. Но простого одноозначного соответствия между этими цветовыми простанствами не существует. А иначе бы зачем их надо было разделять на две модели?

Многие приятные для глаза цвета, которые видны на мониторе, не могут быть воспроизведены красками на оттиске.

Следует отметить, что при преобразовании цифрового изображения из модели RGB в CMYK отмечается сдвиг цвета к голубому. Точное значение сдвига зависит от используемых при печатании триад красок и типа бумаги, а также от технологии печати (листовая, рулонная, по сухому или по сырому, если речь идет об офсетной печати).

Таким образом, несмотря на то, что модели RGB и CMYK связаны друг с другом, однако их взаимные переходы (конвертирование) не происходят без потерь, так как цветовой охват у них разный. Снижение этих потерь требует выполнения сложных калибровок всех аппаратных средств и самих изображений.

Цветовая модель HSB

Системы цветов RGB и CMYK связаны с ограничениями, накладываемыми аппаратным обеспечением (монитор компьютера в случае RGB и типографские краски в случае CMYK).

Цветовая модель HSB наиболее удобна для человека, т. к. она хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Компонентами модели HSB являются:

тон (Hue);

насыщенность (Saturation);

яркость цвета (Brightness).

Тон - это конкретный оттенок цвета. Насыщенность характеризует его интенсивность или чистоту. Яркость же зависит от примеси черной краски, добавленной к данному цвету.

Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по границе окружности - чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задают на отдельной оси.

Цветовая модель HSV

Цветовая модель HSV (от англ. Нue, Saturation, Value - тон, насыщенность, величина) является, в отличие от рассмотренных выше моделей, ориентированной на человека и его интуитивные представления о выборе цвета.

Рассмотрим цилиндрические координаты в трехмерном евклидовом пространстве, H - угол в горизонтальной плоскости от оси Ox, S - радиус в горизонтальной плоскости (расстояние до оси Oz), V - высота (по оси Oz). Все цветовое пространство представляет из себя перевернутую шестигранную пирамиду.

Концептуально, можно представить художника, который смешивает цвета. Вершины основания пирамиды соответствуют чистым основным цветам (красному, желтому, зеленому, цвету морской волны, синему и фиолетовому). При их смешивании друг с другом в разных пропорциях (в пространстве это будут линейные комбинации соответствующих векторов) точка, соответствующая цвету, перемещается по основанию пирамиды. Смешивая противоположные цвета (например, желтый и синий), можно получить белый. Добавляя к какому-либо чистому цвету черный, мы будем спускаться по пирамиде, получая различные оттенки, при этом диапазон S будет уменьшаться вплоть до нуля. На оси S = 0 (оттенки серого) значение H не определено.

Цветовая модель HLS

Цветовая модель HLS (от англ. Нue, Lightness, Saturation - тон, светлота, насыщенность) схожа с моделью HSV. Снова рассмотрим цилиндрические координаты в трехмерном евклидовом пространстве, H - угол в горизонтальной плоскость от оси Ox, S - радиус в горизонтальной плоскости (расстояние до оси Oz), L - высота (по оси Oz). Все цветовое пространство представляет из себя две соединенные основаниями шестигранные пирамиды.

Как видно эта модель получена из HSV вытягиванием вдоль вертикальной оси. Понятия H и S остались теми же, только по вертикальной оси теперь L вместо V. Концептуальное различие состоит в том, что в этой модели считается, что движение от чистых цветов (у которых L = 0,5, S = 1) как в направлении белого, так и черного (а не только черного, как в HSV) одинаково приводит к уменьшению информации в H (вплоть до того, что в вершинах H не определено (как впрочем, и на всей вертикальной оси S = 0)) и сужению диапазона S.

Цветовые модели Y**

Существует несколько тесно связанных цветовых моделей, которые объединяет то, что в них используется явное разделение информации о яркости и цвете. Компонента Y соответствует одноименной компоненте в модели CIE XYZ и отвечает за яркость. Такие модели находят широкое применение в телевизионных стандартах, так как исторически необходима была совместимость с черно-белыми телевизорами, которые принимали только сигнал, соответствующий Y. Также они применяются в некоторых алгоритмах обработки и сжатия изображений и видео.

Цветовые модели YUV, YPbPr и YCbCr

Расcмотрим цветовую модель YUV. U и V отвечают за цветовую информацию и определяются через преобразование из RGB:

Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B;

U = 0,492(B - Y)

= -0,147R - 0,289G + 0,436B;

V = 0,877(R - Y)

= 0,615R - 0,515G + 0,100B;

Модель YUV применяется в телевизионной системе PAL.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7