Цвят в компютърната графика. Цветова диаграма на системата XYZ

Съвременната теория за цвета се основава на теорията на Хелмхолц и Херинг за трицветните цветови усещания. Приетата в момента теория за цвета се основава на трите закона за добавяне на цветове, установени от Грасман.

В съответствие с първия закон всеки цвят може да се разглежда като комбинация от три линейно независими цвята, тоест три цвята, от които никой не може да бъде получен чрез добавяне на другите два.

От втория закон следва, че цялата цветова гама е непрекъсната, тоест не може да съществува цвят, който да не е съседен на други цветове. Чрез непрекъснати промени в радиацията всеки цвят може да се трансформира в друг.

Третият закон за добавяне на цветове гласи, че всеки цвят, получен чрез добавяне на няколко компонента, зависи само от техните цветове и не зависи от техния спектрален състав. Въз основа на този закон един и същи цвят може да се получи чрез различни комбинации от други цветове. Сега е общоприето всеки цвят да се разглежда като комбинация от синьо, зелено и червено, които са линейно независими. Въпреки това, според третия закон за смесването на цветовете, има безброй други комбинации от три линейно независими цвята.

Международната комисия по осветление (CIE) е приела цветовете на монохроматичното излъчване с дължини на вълните 700, 546,1 и 435,5 nm, обозначени Р, Ж, б.

Ако тези три основни цвята са подредени в пространството под формата на три вектора, излизащи от една точка, обозначаващи съответните единични вектори r, ж, b, след това всеки цвят Е, може да се изрази като векторна сума:

F=Rr+Gg+Bb

Където Р, Ж, б - цветови модули, пропорционални на броя на основните цветове в получения общ цвят; тези модули се наричат цветови координати.

Цветните координати уникално характеризират цвета, т.е. човек не възприема разлика в цветовете, които имат еднакви координати. Еднаквите цветови координати обаче не означават еднакъв спектрален състав. Наричат се проби, чийто цвят се характеризира с различни спектри, но имащи еднакви цветови координати метамерен. Цветът на боядисана проба, възприемана от човек, зависи от светлината, в която се гледа. Метамерните екземпляри, които изглеждат с един и същи цвят при един източник, са различни при друг.

Системата, приета за изразяване на данни от измерването на цвета, е х, Y, З. В тази система трите основни цвята се приемат за цветове, които реално не съществуват, но са линейно свързани с цветовете R, G и IN.
Цвят в системата хYZизразено като векторна сума:

F=Xx+Yy+Zz

За разлика от системата RGINвсички реални цветове в системата хYZимат положителни координати. Яркостта на основните цветове хИ гвзето равно на нула, така че яркостта на цвета Еможе да се характеризира само с една цветова координата Y,

Специфичните координати на спектрално чисти цветове с различни дължини на вълната (специфични цветови координати) са показани на фиг.

Отношението на цветовата координата към сумата от трите координати се нарича координата на цветността.Означени са координатите на цветността, съответстващи на координатите на цвета х, y,z

x=X/(X+Y+Z) и т.н.

Очевидно е, че:

х+ y +z=1

Очевидно е също, че координатите на цветността остават непроменени, когато всички цветови координати се увеличават или намаляват пропорционално. По този начин координатите на цветността уникално характеризират само цветност,но не са взети предвид яркостцветове. Фактът, че сумата от всички координати на цветността е равна на единица, ни позволява да използваме само две координати за характеризиране на цветността, което от своя страна прави възможно графичното представяне на цветността в декартови координати.

Графично представяне на цветността в координати х, гнаречена цветна графика (фиг.).

Графиката на цветовете съдържа точки, съответстващи на спектрално чисти цветове. Разположени са на отворена крива. Белият цвят съответства на точка С с координати на цветност х = 0,3101 и y = 0,3163. Краищата на кривата се свиват от сегмент, върху който са разположени лилави тонове, които липсват в спектъра. Дължината на вълната на пурпурния тон се обозначава с число с просто число и е равна на дължината на вълната на допълнителния цвят, тоест цветът, разположен в точката на пресичане на правата линия, минаваща през точката на този пурпурен цвят и точката СЪС, с крива от спектрално чисти цветове. На отсечки, свързващи точка бялос точки по периферията на диаграмата са разположени цветове с еднакъв нюанс.

Цветен тон (доминираща дължина на вълната) -тази дължина на вълната, съответстваща на максимума в спектъра на отражение на дадена проба (или спектъра на пропускливост на прозрачна проба), или дължината на вълната на монохроматичното излъчване, което трябва да се добави към бялото, за да се получи даден цвят.

Чистота на цвета (наситеност)всеки цвят се определя като съотношението на яркостта на монохроматичния компонент към сумата от яркостта на монохроматичните и белите компоненти. Яркост -това е количество, което характеризира количеството светлина, отразена от пробата. Както вече беше отбелязано, яркостта в трицветната система се приема за стойността на цветовата координата Y.

Ако вземем някакъв цвят на цветовата графика и го обозначим с точка а,тогава общата му яркост ще бъде равна на YА, и яркостта на монохроматичния компонент, пропорционална на относителното разстояние на цвета от бялата точка, ще бъде изразена чрез отношението: Yll2/(l1+l2).

Така цветът може да се характеризира по три начина, като във всеки случай се използват три количества, за да се характеризира:

1) цветови координати х, Y, З,

2) координати на цветността хИ привъв връзка с Y цветовата координата;

3) цветен тон л, чистота на цвета Ри яркост Y.

Измерване на белотата.
Един от основните показатели за белите пигменти и пълнители е тяхната белота. БелотаТе наричат степента, до която даден цвят се доближава до идеалното бяло. Повърхност, която дифузно отразява цялата падаща върху нея светлина в цялата видима област на спектъра, се нарича идеално бяла. За стандарт обаче може да се вземе друга предпочитана бяла проба.

Има доста различни спектрофотометрични и колориметрични методи за оценка на белотата. Най-често стойностите на цветовите разлики между измерената проба и приетия стандарт се използват за оценка на белотата на белите пигменти. Белотата W в този случай се изчислява по формулата:

DE – пълна разлика в цвета.

Които възникват при работа с изображения и много други теми, например по темата за обработка на изображения, по един или друг начин засягат проблемите на цвета и възпроизвеждането на цветовете. Но, за съжаление, повечето от тези статии описват понятието цвят и характеристиките на неговото възпроизвеждане много повърхностно или правят прибързани заключения или дори грешки. Брой статии и въпроси в специализирани форуми за практически аспектиточно възпроизвеждане на цветовете, както и много неправилни опити да се дадат отговори на тези въпроси дори от самите опитни специалисти, предполага, че проблемите при работа с цвят възникват доста често и е трудно да се намерят обосновани и ясни отговори на тях.

Недостатъчните или погрешни познания на повечето ИТ специалисти относно възпроизвеждането на цветовете според мен се обясняват с факта, че се отделя много малко време за изучаване на теорията на цветовете, тъй като нейните основи са измамно прости: тъй като има три вида конуси на ретината на окото, смесването на определени три цвята може без никакви проблеми да получите цялата дъга от цветове, което се потвърждава от RGB или CMYK регулаторите в някоя програма. За повечето това изглежда достатъчно и жаждата им за знания в тази област свършва. Но процесите на получаване, създаване и възпроизвеждане на изображения ви подготвят с много нюанси и възможни проблеми, което може да бъде разрешено чрез разбиране на теорията на цветовете, както и процесите, които са в основата й. Тази тема има за цел да запълни празнината в знанията в областта на науката за цвета и ще бъде полезна за повечето дизайнери, фотографи, програмисти и, надяваме се, други ИТ специалисти.

Опитайте се да отговорите на следните въпроси:

Защо физиката не може да дефинира понятието цвят?
Коя от седемте основни мерни единици SI се основава на свойствата на човешката зрителна система?
Какъв цветен тон не е в спектъра?
Как беше възможно да се измери усещането за цвят на човек преди 90 години?
къде се използват цветове, които нямат яркост?

Ако не сте намерили отговора на поне един въпрос, препоръчвам ви да погледнете под котката, където можете да намерите отговори на всички тези въпроси.

Дефиниция на понятието цвят. Неговото измерение

Всички знаем, че науката не може без измервания и мерни единици и науката за цвета не е изключение. Затова първо ще се опитаме да дефинираме понятието цвят и въз основа на това определение ще се опитаме да намерим начини да го измерим.

Никой няма да се изненада да чуе, че цветовете се възприемат от нас с помощта на очите ни, които улавят светлината на света около нас. Светлината е електромагнитно излъчване в диапазона на дължината на вълната 390-740 nm (видимо за окото), така че нека се опитаме да намерим ключа към начините за измерване на цвета в свойствата на тези лъчи, като приемем, че цветът е характеристиките на светлината, която навлиза в нашия очи. Това по никакъв начин не противоречи на нашите мисли: светлината, която навлиза в очите, кара човек да възприема цвета.

Физиката знае и може лесно да измери такива параметри на светлината като мощност и нейния спектрален състав (т.е. разпределението на мощността по дължини на вълните - спектър). Чрез измерване на спектъра на отразената светлина, например от синя и червена повърхност, ще видим, че сме на прав път: графиките на разпределението на мощността ще бъдат значително различни, което потвърждава предположението ни, че цветът е свойство на видимата радиация , тъй като тези повърхности различен цвят. Първата трудност, която ни очаква, е необходимостта да запишем поне 35 числени стойности на спектъра (видим диапазон на дължина на вълната 390-740 nm със стъпка от 10 nm), за да опишем един цвят. Преди дори да започнем да мислим за начини за решаване на този малък проблем, откриваме, че спектрите на някои проби, които са идентични по цвят, се държат странно (червени и зелени графики):

Виждаме, че спектрите се различават значително, въпреки безпогрешно идентичния цвят на пробите (в този случай - сиво; такива две излъчвания се наричат метамерни). Формирането на усещането за цвят на тези образци се влияе само от светлината, която се отразява от тях (тук ще забравим влиянието на цвета на фона, нивото на адаптация на окото към осветлението и други второстепенни фактори), тъй като неговата спектралното разпределение е всичко, което могат да ни дадат физическите измервания на нашите проби. В този случай две значително различни спектрални разпределения определят един и същ цвят.

Нека дадем втори пример за проблема със спектралното описание на цвета. Знаем, че лъчите на всяка част от видимия спектър са оцветени за нас в определен цвят: от синьо в областта на 400 nm, през синьо, зелено, жълто, оранжево до червено с дължина на вълната 650 nm и повече. Жълтото е някъде в района на 560-585 nm. Но можем да изберем смес от червено и зелено лъчение, което ще се възприема като жълто, въпреки пълното отсъствие на лъчение в „жълтия“ диапазон от 560-585 nm.

Оказва се, че няма физически параметрине може да обясни идентичността на цвета в първата и наличието на жълт цвят на лъчите във втората ситуация. Странна ситуация? Къде сгрешихме?

Провеждайки експеримент с измерване на спектрите, ние предположихме, че цветът е свойство на радиацията, но нашите резултати опровергават това, защото открихме различни лъчи светлина в целия спектър, които се възприемат като един и същ цвят. Ако нашето предположение беше правилно, всяка забележима промяна в кривата на спектъра би причинила възприемана промяна в цвета, която не се наблюдава. Тъй като сега търсим начини за измерване на цвета и видяхме, че измерването на спектрите не може да се нарече измерване на цвят, трябва да потърсим други начини, по които това ще бъде осъществимо.

Всъщност в първия случай бяха проведени два експеримента: единият със спектрометър, който доведе до две графики, а другият визуално сравнение на проби от човек. Първият метод измерва спектрален съставсветлина, а вторият сравнява Усещамв човешкия ум. Тъй като първият метод не ни подхожда, ще се опитаме да използваме човек за измерване на цвета, като приемем, че цветът е усещането, което човек изпитва, когато светлината се приложи към очите му. Но как да измерим усещанията на човек, разбирайки сложността и несигурността на тази концепция? Не трябва да се предлагат електроди в мозъка или енцефалограма, тъй като подобни методи дори и сега не осигуряват необходимата точност за такова фино понятие като цвят. Освен това, този проблеме успешно решен още през 20-те години на ХХ век без наличието на повечето съвременни технологии.

Яркост

Първият проблем, за решаването на който стана необходимо да се изразят цифрово зрителните усещания на човека, беше задачата за измерване на яркостта на източниците на светлина. Измерването на мощността на излъчване на лампите (а именно мощността на излъчване в джаули или ватове, а не консумираната електрическа мощност) не даде отговор на този въпрос, защото, първо, човек не вижда радиация с дължини на вълните по-малки от 380 и повече от 780. nm и следователно всяка радиация извън този диапазон не влияе на яркостта на източника. Второ, както вече видяхме със спектрите, усещането за цвят (и яркост) е по-сложен процес от простото записване на характеристиките на светлината, навлизаща в очите ни: човешкото зрение е по-чувствително към някои зони от спектъра и по-малко към други. Например, зелената радиация е много по-ярка от синята радиация, която е идентична по мощност. Очевидно, за да се реши проблемът с численото изразяване на яркостта на светлинните източници, е необходимо да се определи количествено чувствителността на човешката зрителна система за всички отделни вълни от спектъра, което след това може да се използва за изчисляване на приноса на всяка дължина на вълната на източника до пълната му яркост. Подобно на проблема, повдигнат по-горе с измерването на цвета, този също се свежда до необходимостта да се измери възприятието на човек за яркост.

Беше възможно да се измери усещането за яркост от радиация с всяка дължина на вълната чрез визуално сравняване на яркостта на радиацията с известни мощности от човек. Това е съвсем просто: като контролирате интензитета на излъчване, трябва да изравните яркостта на два монохроматични (най-тесни спектрално) потока, като същевременно измервате мощността им. Например, за да изравните яркостта на монохроматичното излъчване с дължина на вълната 555 nm с мощност от един ват, трябва да използвате двуватово излъчване с дължина на вълната 512 nm. Тоест нашите зрителна системадва пъти по-чувствителен към първото лъчение. На практика за висока точност на резултатите е проведен по-сложен експеримент, но това не променя същността на казаното (процесът е описан подробно в оригиналната научна работа от 1923 г.). Резултатът от серия от такива експерименти за целия видим обхват е кривата на спектралната светлинна ефективност (можете да намерите и името „крива на видимост“):

Оста X представлява дължините на вълните, а оста Y представлява относителната чувствителност на човешката зрителна система към съответната дължина на вълната.

Имайки устройство със същата спектрална чувствителност, можете лесно да определите яркостта на желаното светлинно излъчване с него. Именно към тази крива е внимателно настроена чувствителността на различни фотометри, луксометри и други устройства, при работата на които е важно да се определи яркостта, възприемана от човек. Но чувствителността на такива устройства винаги е само приближение към кривата на човешката спектрална светлинна ефективност и за по-точни измервания на яркостта се използва спектралното разпределение на източника на светлина, който ни интересува.

Спектралното разпределение се получава чрез разделяне на лъчението на тесни спектрални зони и измерване на мощността на всяка от тях поотделно. Можем да разглеждаме яркостта на нашия източник като сумата от яркостта на всички тези спектрални зони и за това определяме яркостта на всяка от тях (формула за тези, които не се интересуват от четенето на моите обяснения на пръсти): ние умножете измерената мощност по чувствителността на нашата зрителна система, съответстваща на тази дължина на вълната (осите Y и X предишен графиксъответно). След като обобщим яркостите на всички зони на спектъра, получени по този начин, ще получим яркостта на нашето първично излъчване във фотометрични единици, които дават точна представа за възприеманата яркост на определени обекти. Една от фотометричните единици, включени в основните единици SI, е канделата, която се определя чрез спектралната крива на светлинна ефективност, т.е. въз основа на свойствата на човешката зрителна система. Кривата на относителната чувствителност на зрителната система на човека е приета като международен стандарт през 1924 г. от Международната комисия по осветление (в съветската литература можете да намерите съкращението MKO) или CIE - Internationale Commission de l'Éclairage.

CIE RGB система

Но спектралната крива на светлинна ефективност ни дава представа само за яркостта на светлинното излъчване и можем да назовем другите му характеристики, например наситеност и нюанс, които не могат да бъдат изразени с негова помощ. Въз основа на метода за измерване на яркостта сега знаем, че цветът може да бъде „измерен“ само директно от човек (не забравяйте, че цветът е усещане) или чрез някакъв модел на неговата реакция, като например спектрална крива на светлинна ефективност, която позволява цифрово изразяване на усещанията за яркост. Да предположим, че за измерване на цвета е необходимо експериментално да се създаде с помощта на човек, по аналогия с кривата на светлинна ефективност, определена система, която да показва цветовата реакция на зрителната система към всичко възможни вариантиспектрално разпределение на светлината.

Едно свойство на светлинните лъчи е известно отдавна (всъщност това е характеристика на нашата зрителна система): ако смесите две различни цветни лъчения, можете да получите цвят, който ще бъде напълно различен от първоначалните. Например, като посочите Бял списъкхартия в една точка със зелена и червена светлина с определени мощности, можете да получите чисто жълто петно без никакви примеси на зелени или червени нюанси. Чрез добавяне на трето излъчване, а синьото е по-подходящо за съществуващите две (защото не може да се получи със смес от червено и зелено), получаваме система, която ще ни позволи да получим много цветове.

Ако визуално изравним някакво тестово лъчение в такова устройство, ще получим три индикатора: интензитета съответно на червения, зеления и синия излъчвател (като напрежението, подадено на лампите, например). Тоест с помощта на нашето устройство (наречено визуален колориметър), което възпроизвежда цвят, и нашата зрителна система успяхме да получим числови стойностицветовете на някакво излъчване, към което се стремихме. Тези три значения често се наричат цветови координати, защото е удобно да ги представим като координати на триизмерното пространство.

Подобни експерименти са успешно проведени през 20-те години на ХХ век независимо от учените Джон Гилд и Дейвид Райт. Райт използва монохроматични лъчения на червено, зелено и сини цветовес дължини на вълните съответно 650, 530 и 460 nm, а Гилд използва по-сложно (немонохроматично) излъчване. Въпреки значителните разлики в използваното оборудване и факта, че данните са осреднени само за 17 наблюдатели с нормално зрение (10 за Райт и 7 за Гилд), крайните резултати на двамата изследователи са много близки един до друг, което показва висока точност на измервания, извършени от учени. Схематично процедурата на измерване е показана на фигурата:

На горна частекранът проектира смес от радиация от три източника, а отдолу - изследваните лъчения, като участникът в експеримента ги вижда едновременно през дупка в завесата. Изследователят поставя задачата на участника да изравни цвета между полетата на устройството, като в същото време насочва изследваното лъчение към долното поле. Участникът настройва мощностите на трите излъчвания, докато успее, а изследователят записва интензитетите на трите източника.

В редица случаи не е възможно да се изравнят някои монохроматични лъчения по време на такъв експеримент: тестовото поле, при всяка позиция на регулаторите на трите лъчения, остава по-наситено от използваната смес. Но поради факта, че целта на експеримента е да се получат цветови координати, а не да се възпроизведе, изследователите използваха трик: смесиха едно основно излъчване на устройството не с другите две, а го насочиха към дъното на екрана, тоест те го смесват с тестовото лъчение:

По-нататъшното изравняване се извършва както обикновено, но количеството радиация, което се смесва с изследваното, ще се счита за отрицателно. Тук можем да направим аналогия с промяната на знака при прехвърляне на число към друга част от обикновено уравнение: тъй като се установява визуално равенство между двете части на екрана на колориметъра, горната му част може да се разглежда като част от уравнението, а долната част като другата.

И двамата изследователи направиха визуални измервания на всички отделни монохроматични емисии във видимия спектър. Изследвайки свойствата на видимия спектър по този начин, учените предположиха, че техните резултати могат да се използват за описание на всяка друга радиация. Учените са оперирали със силата на три независими излъчвания и резултатът от поредица от такива експерименти са три криви, а не една, както беше направено при създаването на кривата на светлинна ефективност.

За да създаде удобна и универсална система за цветова спецификация, комисията CIE осредни данните от измерванията на Гилд и Райт и преизчисли техните данни за трите основни лъчения с дължини на вълните 700, 546,1 и 435,8 nm (червено, зелено, синьо - RGB). Познавайки съотношението на яркостта на основните излъчвания на такава осреднена система, които са необходими за възпроизвеждане на бял цвят (съответно 1: 4,5907: 0,0601 за червени, зелени и сини лъчи, което е установено експериментално с последващо преизчисляване) и използване на спектралния крива на ефективност, членовете на CIE изчислиха специфичните цветови координатни криви, които показват необходимото количество от трите основни излъчвания на тази система за уравнението на всяко монохроматично излъчване с мощност от един ват:

Оста X показва дължините на вълните, а оста Y показва необходимите количества от трите лъчения, необходими за възпроизвеждане на цвета, причинен от съответната дължина на вълната. Отрицателните секции на графиките съответстват на тези монохроматични лъчения, които не могат да бъдат възпроизведени от трите основни лъчения, използвани в системата, и за да ги уточните, трябва да прибегнете до трика за настройка, описан по-горе.

За да конструираме такава система, можем да изберем други три излъчвания (като помним, че нито едно от тях не трябва да се възпроизвежда от смес от другите две), което ще ни даде други специфични криви. Възпроизвеждат се основните емисии, избрани в системата CIE RGB голямо числоспектър на излъчване, а неговите специфични криви се получават с голяма точност и стандартизирани.

Специфичните цветови координатни криви елиминират необходимостта от използване на тромав визуален колориметър с неговия бавен метод за визуална настройка за получаване на цветови координати с човешка помощ и позволяват те да бъдат изчислени само от спектралното разпределение на радиацията, което се получава доста бързо и лесно с помощта на спектрометър. Този метод е възможен, тъй като всяко лъчение може да бъде представено като смес от монохроматични лъчи, чиято мощност съответства на интензитета на съответната зона от спектъра на това лъчение.

Сега нека проверим нашите две проби, на които физиката се отказа, показвайки различни спектри за едноцветни обекти, използвайки формулата за специфични координатни криви: нека последователно умножим спектралното разпределение на мощностите на светлината, отразена от пробите, по три специфични криви и сумираме резултати за всяка от тях (както при изчисляване на яркостта от спектрално разпределение, но тук се използват три криви). Резултатът ще бъде три числа, R, G и B, които са цветовите координати в системата CIE RGB, тоест количествата на три емисии на тази система, смес от които е идентична по цвят с тази, която се измерва. Ще получим три еднакви RGB индикатора за нашите две проби, което съответства на нашето идентично усещане за цвят и потвърждава нашето предположение, че цветът е усещане и може да бъде измерен само с участието на нашата зрителна система или нейния модел под формата на три криви на системата CIE RGB или друга, чиито специфични координати са известни (ще разгледаме друга такава система, базирана на други основни цветове, малко по-късно). Използвайки колориметър CIE RGB за директно измерване на светлината, отразена от пробите, тоест визуално подравнявайки цвета на сместа от трите емисии на системата с цвета на всяка проба, получаваме същите три RGB координати.

Трябва да се отбележи, че в колориметричните системи е обичайно да се нормализират количествата на основното излъчване, така че R=G=B=1 да съответства на белия цвят, приет в системата. За системата CIE RGB този бял цвят е цветът на хипотетичен източник с еднаква енергия, който излъчва равномерно на всички дължини на вълната на видимия спектър. Без такова нормализиране системата се оказва неудобна, тъй като яркостта на синия източник е много ниска - 4.5907: 0.0601 спрямо зелено, а на графиките повечето цветове ще се „придържат“ към синята ос на диаграмата. С въвеждането на такава нормировка (съответно 1: 4.5907: 0.0601 за червените, зелените и сините лъчи на системата) ще преминем от фотометрични към колориметрични единици, което ще направи такава система по-удобна.

Моля, обърнете внимание, че системата CIE RGB не се основава на никаква теория цветно зрение, а специфичните цветови координатни криви не са спектрална чувствителност три видаконуси на човешката ретина, тъй като те често се тълкуват погрешно. Такава система може лесно да се справи без данни за свойствата на пигментите на конуса на ретината и без никакви данни за много сложни процесиобработка на визуална информация в нашия мозък. Това говори за изключителната изобретателност и далновидност на учените, създали такава система, въпреки незначителната информация за свойствата на зрителния апарат на човека по това време. Освен това системата CIE RGB е в основата на науката за цветовете почти непроменена до ден днешен, въпреки огромния напредък на науката с течение на времето.

Трябва също да се отбележи, че независимо от факта, че мониторът също използва три излъчвания за възпроизвеждане на цвят, точно като системата CIE RGB, трите стойности на цветовите компоненти на монитора (RGB) няма да определят стриктно цвета, тъй като различните монитори възпроизвеждат оцветяват по различен начин с доста голяма вариация и освен това основните излъчвания на мониторите са доста различни от основните излъчвания на системата CIE RGB. Тоест, не трябва да приемате RGB стойностите на монитора като някаква абсолютна дефиниция на цвета.

За по-добро разбиране трябва да се отбележи, че когато казваме „лъчението/източникът/дължината на вълната/лампата е зелено“, всъщност имаме предвид, че „лъчението/източникът/дължината на вълната/лампата предизвиква чувство Зелен цвят" Видимата радиация е само стимулза нашата зрителна система, а цветът е резултат от възприемането на този стимул и цветните свойства не трябва да се приписват на електромагнитните вълни. Например, както в примера по-горе, при смесване на червени и зелени едноцветни лъчи не се появяват вълни от жълтия диапазон на спектъра, но ние възприемаме тяхната смес като жълта.

Нереални цветове. Система CIE XYZ

През 1931 г. в Тринити Колидж, Кеймбриджкия университет (Великобритания), на следващата среща на CIE, система, базирана на данни на Гилд и Райт, е приета като международен стандарт. Също така група учени, ръководени от американеца Дийн Б. Джъд, за да не чакат следващото заседание на комисията, което ще се проведе не по-рано от година по-късно, предложиха друга система за спецификация на цветовете, чиито окончателни данни бяха изчислени само вечерта преди срещата. Предложената система се оказа толкова удобна и успешна, че беше приета от комисията без сериозно обсъждане.

За да се разбере на базата на която е създадена такава система, цветът трябва да бъде представен като вектор, тъй като добавянето на два или повече цвята се подчинява на същите правила като добавянето на вектори (това следва от законите на Грасман). Например, резултатът от смесването на червено и зелено лъчение може да бъде представен като добавяне на два вектора с дължини, които са пропорционални на яркостта на тези лъчения:

Яркостта на сместа ще бъде равна на дължината на вектора, получен чрез добавяне, а цветът ще зависи от съотношението на яркостта на използваните лъчения. Колкото повече съотношението е в полза на един от основните цветове, толкова повече полученото лъчение ще бъде по-близко по цвят до това лъчение:

Нека се опитаме по подобен начин да изобразим графично смесването на цветовете в колориметъра, използван за създаване на системата CIE RGB. Както си спомняме, той използва три излъчвания на червено, зелено и от син цвят. Нито един цвят от тези три не може да бъде получен от сумата на другите две, така че всички възможни смеси от тези лъчения ще трябва да бъдат представени в триизмерно пространство, което не ни пречи да използваме векторните свойства на добавянето на цветове в този случай :

Не винаги е удобно да се рисуват триизмерни диаграми, така че често се използва опростена графика, която е проекция на всички необходими цветове върху една равнина (маркирана в синьо) на триизмерна диаграма:

Резултатът от такава проекция на цветния вектор ще бъде точка на диаграмата, чиито оси ще бъдат страните на триъгълника, които са определени от точките на основните цветове на системата CIE RGB:

Такава точка ще има координати в системата на този триъгълник под формата на разстоянието от всеки две от неговите страни (третата координата е излишна, тъй като в триъгълник всяка точка може да бъде определена от две разстояния от върховете или страните). Координатите в такъв триъгълник се наричат координати на цветността и те определят такива параметри на цвета като нюанс (синьо, циан, зелено и т.н.) и наситеност (сиво, бледо, наситено и т.н.). Поради факта, че преминахме от триизмерна към плоска диаграма, това не ни позволява да покажем третия параметър на цвета - яркостта, но в много случаи определянето само на стойността на цветността ще бъде достатъчно.

За да избегнем объркване, нека отделно подчертаем, че координатите цветове- това е позицията на края на цветния вектор в триизмерна система и се обозначават с главни букви (RGB, XYZ, например) и координатите цветност- това е позицията на цветна точка върху плоска диаграма на цветността и те са обозначени малки букви(rg, xy) и две от тях са достатъчни.

Използване на координатна система, в която няма междуоси прав ъгълне винаги е неудобно, затова в колориметрията често се използва такава система три вектора, чиято единична равнина образува правоъгълен триъгълник. Двете му страни близо до правия ъгъл се използват като оси на диаграмата на цветността:

Нека сега поставим върху такава диаграма всички възможни цветности, чиято граница ще бъде линията на спектрално чистите емисии с линията на лилавите цветности, често наричана локус, която ограничава областта на реалните цветове на диаграмата (червена линия):

Линията на лилавата цветност се намира между цветността на радиацията в крайните сини и червени краища на спектъра. Не можем да свържем нито една зона от спектъра с лилави цветове, както можем да направим с всеки друг цвят, тъй като усещането за лилав цвят възниква, когато сините и червените лъчи действат едновременно върху нашата зрителна система, а не само един.

Значителна част от локуса (в зоната 380-546 nm) излиза извън триъгълника, ограничен от цветностите на основните лъчения, тоест има отрицателни координати на цветността, тъй като тази част от спектралните лъчения не може да бъде изравнена на CIE колориметър. Това съответства на кривите на специфични цветови координати, в които същата част от спектъра има отрицателни координати (в диапазона 380-440 nm това са малки стойности, невидими на графиката).

Наличието на отрицателни цветови и цветни координати превърна колориметричните изчисления в трудна задача: през 20-30-те години повечето изчисления се извършваха с помощта на плъзгаща се линейка и обемът на изчисленията в колориметричната работа беше доста голям.

Предишната диаграма ни показва, че всички положителни координати имат само цветове, които лежат в рамките на триъгълника, който се образува от цветовете на основните лъчения, използвани в тази система. Ако геометричното място лежеше в средата на триъгълника, всички цветове биха имали положителни координати, което значително би опростило изчисленията. Но е невъзможно да се намерят такива три точки на локуса, които да го включват напълно, поради изпъкналата му форма. По-късно се установява, че причината за тази форма на локуса се крие в особеностите на спектралната чувствителност на трите вида колбички в окото ни, които се припокриват и всяко излъчване възбужда колбичките, които отговарят за друга зона на спектър, което намалява нивото на наситеност на цветовете.

Какво ще стане, ако отидем отвъд локуса и използваме цветове, които не могат да бъдат възпроизведени или видени, но чиито координати могат лесно да се използват в уравнения заедно с координатите на реалните цветове? Тъй като вече преминахме от експерименти към изчисления, нищо не ни пречи да използваме такива нереални цветове, защото всички свойства на смесването на цветовете се запазват! За нас са подходящи всякакви три цвята, чийто триъгълник може да включва геометричното място на реалните цветове и можем лесно да нарисуваме много такива триплети от нереални основни цветове (би било препоръчително да изградите такъв триъгълник възможно най-плътно около геометричното място, по този начин ще има по-малко ненужни области на диаграмата):

С тази свобода да избират точките на новите основни цветове, учените решават да извлекат някои полезни възможности за новата трицветна система. Например, възможността да се определи фотометричната яркост директно с помощта на създадената система без допълнителни изчисления или измервания (в системата CIE RGB трябва да се изчисли яркостта), тоест да се комбинира по някакъв начин с фотометричния стандарт от 1924 г.

За да оправдаем избора на три нови цвята (не забравяйте, че те съществуват само в изчисления), които в крайна сметка бяха избрани от учените за това, нека се върнем към нашата обемна цветова координатна диаграма. За яснота и по-лесно разбиране ще използваме обичайната правоъгълна координатна система. Нека поставим върху него равнина, на която всички цветове ще имат еднаква фотометрична яркост. Както си спомняме, единичните яркости на червените, зелените и сините основни лъчения в системата CIE RGB са съотнесени като 1: 4,5907: 0,0601 и за да се върнем към фотометричните единици, те трябва да бъдат взети в съотношение 1/1 към 1 /4,59 до 1/0, 0601, тоест 1:0,22:17, което ще ни даде равнина от цветове със същата фотометрична яркост в колориметричната система CIE RGB (точката на пресичане на равнината с оста B се намира извън фигурата на позиция 17):

Всички цветове, чиито координати са в тази равнина, ще имат еднаква фотометрична яркост. Ако изпълнявате успоредна равнинанаполовина по-нисък от предишния (0,5:0,11:8,5), получаваме позицията на цветовете с половината от яркостта:

По същия начин по-долу можете да начертаете нова паралелна равнина, която ще пресича началото на координатите, върху която ще бъдат разположени всички цветове с нулева яркост, а още по-ниско можете да начертаете равнини с отрицателна яркост. Това може да изглежда абсурдно, но не забравяйте, че работим с математическо представяне на трицветна система, където всичко това е възможно в уравненията, които ще използваме.

Нека се върнем към плоската rg диаграма, проектирайки равнина с нулева яркост върху нея. Проекцията ще бъде линията на нулева яркост - alikhne, която пресича началото на координатите:

На алихне има цветности, които нямат яркост и ако използвате цвета, поставен върху него при изравняване на цветовете (не реално, със смесване на светлинни потоци, а в уравнения, където са възможни такива цветове), това няма да повлияе на яркостта на получената смес. Ако поставим два цвята от трицветна система върху алична, тогава яркостта на цялата смес ще се определя само от един останал цвят.

Позволете ми да ви напомня, че търсим цветови координати на такива три хипотетични цвята, които могат да изравнят цветовете на всички реални излъчвания, без да използват отрицателни стойности (триъгълникът трябва да включва целия локус) и в същото време новата система ще включват директно фотометричния стандарт за яркост. Чрез поставяне на два цвята върху алихне (наречени X и Z) и трети над локуса (Y), ние решаваме и двата проблема:

Локусът на реалните цветове е разположен изцяло в триъгълник, който е ограничен от трите избрани цвята, а яркостта се прехвърля изцяло към един от трите компонента на системата - Y. В зависимост от нормализирането на количествата и характера на измервания, координатата Y може да изрази яркостта директно в кандели на m 2, процент от максималната яркост на някаква система (дисплей, например), процентът на предаване (прозрачни проби, слайдове, например) или яркост спрямо някакъв стандарт (при измерване на отразяващи проби).

След като трансформираме получения триъгълник в правоъгълен, получаваме диаграмата на xy цветността, позната на мнозина:

Трябва да се помни, че xy диаграмата е проекция на системата с основните точки на XYZ върху единичната равнина, подобно на rg диаграмата и RGB системата. Тази диаграма ви позволява да илюстрирате в удобна форма цветовете на различни лъчения, например цветовите гами на различни устройства. Диаграмата има такъв полезно свойство: координатите на цветността на смес от две излъчвания ще бъдат разположени стриктно на линията, която свързва точките на тези две излъчвания на диаграмата. Следователно цветовата гама на монитора, например, в такава диаграма ще бъде триъгълник.

Диаграмата xy също има един недостатък, който трябва да запомните: еднакви ленти в различни части на диаграмата не означават една и съща възприемана разлика в цвета. Това е илюстрирано от двете бели линии на предишната фигура. Дължините на тези сегменти съответстват на усещането за същата разлика в цвета, но сегментите се различават по дължина три пъти.

Нека изчислим специфичните цветови координатни криви на получената система, които показват необходимия брой от три основни цвята XYZ за уравнението на всяко монохроматично излъчване с мощност от един ват:

Виждаме, че в кривите няма отрицателни участъци (което се наблюдава при системата RGB), което беше една от целите при създаването на системата XYZ. Освен това кривата y (стрелката с тире отгоре) напълно съвпада с кривата на спектралната светлинна ефективност на човешкото зрение (беше обсъдено по-горе, когато се обясняваше определянето на яркостта на светлинното излъчване), следователно стойността Y определя яркост на цвета директно - изчислява се по същия начин както фотометричната яркост по същата крива. Това се постига чрез поставяне на другите два цвята от системата в равнината на нулева яркост. Следователно колориметричният стандарт от 1931 г. включва фотометричния стандарт от 1924 г., което елиминира необходимостта от ненужни изчисления или измервания.

Тези три криви определят стандартния колориметричен наблюдател, стандартът, използван в колориметричната интерпретация на спектрални измервания и който е в основата на цялата наука за цветовете, практически непроменен до днес. Въпреки че визуалният колориметър XYZ не може да съществува физически, неговите свойства позволяват много точни измервания на цветовете и помага на много индустрии да възпроизвеждат и предават предсказуемо информация за цвета. Всички по-нататъшни постижения в науката за цвета се основават на системата XYZ, например познатата система CIE L*a*b* и други подобни, както и най-новите системи CIECAM, които използват съвременни програми за създаване на цветови профили.

Резултати

Прецизната работа с цвета изисква измерването му, което е също толкова необходимо, колкото измерването на дължина или тегло.
Измерването на възприеманата яркост (един от атрибутите на зрителното усещане) на светлинното излъчване е невъзможно без да се вземат предвид характеристиките на нашата зрителна система, които са били успешно проучени и включени във всички фотометрични величини (кандела, лумен, лукс) във формата на кривата на неговата спектрална чувствителност.
Простото измерване на спектъра на изследваната светлина само по себе си не отговаря на въпроса за нейния цвят, тъй като е лесно да се намерят различни спектри, които се възприемат като един цвят. Различни количества, които изразяват един и същи параметър (цвят, в нашия случай) показват несъответствието на този метод на определяне.
Цветът е резултат от възприемането на светлина (цветен стимул) в нашето съзнание, а не физическо свойство на това излъчване, така че това усещане трябва да бъде измерено по някакъв начин. Но директното измерване на човешките усещания е невъзможно (или е било невъзможно по времето, когато са създадени колориметричните системи, описани тук).
Този проблем беше избегнат чрез визуално (с човешко участие) изравняване на цвета на изследваното лъчение чрез смесване на три лъчения, чиито количества в сместа ще бъдат желаното числово изражение на цвета. Една от системите от такива три излъчвания е CIE RGB.
След експериментално изравняване на всички монохроматични лъчения поотделно с помощта на такава система, се получават (след някои изчисления) специфичните координати на тази система, които показват необходимите количества от нейното излъчване за изравняване на цвета на всяко монохроматично лъчение с мощност от един ват.
Познавайки конкретните координати, е възможно да се изчислят цветовите координати на изследваното лъчение въз основа на неговия спектрален състав без визуално изравняване на цвета от човек.
Системата CIE XYZ е създадена чрез математически трансформации на системата CIE RGB и се основава на същите принципи - всеки цвят може да бъде прецизно определен от броя на три излъчвания, смес от които се възприема от човек като еднакви по цвят. Основната разлика между системата XYZ е, че цветът на нейните основни „излъчвания“ съществува само в колориметрични уравнения и е физически невъзможно да се получат.
Основната причина за създаването на системата XYZ е да улесни изчисленията. Координатите на цвета и цветността на всички възможни светлинни емисии ще бъдат положителни. Също така Y цветовата координата изразява директно фотометричната яркост на стимула.

Заключение

Сферите на дейност, които са най-близки до ИТ специалистите, които се основават на принципите и системите, описани в тази статия, са обработката на изображения и тяхното възпроизвеждане по различни начини: от фотография до уеб дизайн и печат. Системите за управление на цветовете директно използват колориметрични системи и цветови измервания, за да възпроизвеждат цвят предсказуемо по различни начини. Но тази тема вече е извън обхвата на тази статия, тъй като тук се засягат основните аспекти на теорията на цветовете, а не възпроизвеждането на цветовете.

Тази тема не претендира да предоставя изчерпателна и пълна информация за повдигнатата тема, а е само „снимка за привличане на внимание“ за ИТ специалисти, много от които просто трябва да разбират основите на цветната наука. За да направим нещата по-лесни за разбиране, много неща тук са опростени или представени мимоходом, следователно, ето списък с източници, които ще бъдат от интерес за тези, които искат да се запознаят по-добре с теорията на цветовете (всички книги могат да бъдат намерени на Интернетът):
кандела фотометрия Add tags

Страница 1

Координатите на цветността характеризират даден цвят. Въпреки това, лекотата на цветен обект не се определя от тези координати. Ако, например, ординатите на спектралната крива на отражение, характеризираща всяка цветна повърхност, се удвоят, тогава съответно ще се увеличат цветовите координати X, Y, Z. Но координатите на цветността x, y, z остават непроменени.

Координатите на цветността се броят от страната на триъгълника, лежаща срещу върха, в който е поставен основният цвят, съответстващ на тази координата.

Координатата z на цветността обикновено не е посочена.

Координатите на цветността определят определен цвят в равнината на напречното сечение на цветовото пространство.

Координатите на цветността (коефициентите на три цвята) x и y образуват декартова координатна система.

Чрез него намираме координатите на цветността на цвят D в системата XYZ.

Координатите на цветността на светлинните сигнали, наблюдавани в реални условия, се определят не само от спектралните характеристики на светлинните източници и светлинните филтри, използвани в дадено светлинно сигнално устройство или сигнално устройство, но и като се вземат предвид възможните промени в спектралните характеристики на атмосферата слоеве, през които преминава радиацията, носеща светлинния сигнал. Освен това за сигналните фигури е необходимо да се вземат предвид промените в координатите на цветността при наблюдение на тези фигури под малки ъгли.

Следователно координатите на цветността и специфичните координати в тази система имат само положителни стойности, което опростява изчисленията на цветовете.

Нека изразим координатите на цветността k, z, s (2 - 72) по отношение на относителната ефективност на каналите ke, ze, ce.

Измерването на координатите на цветността може да се извърши с помощта на универсален фотоелектрически колориметър, разработен във VNISI. Вътре в колориметричната глава на последния има селенова фотоклетка и два въртящи се диска. Всеки диск има пет отвора. Три отвора на първия диск (именно този, който се използва за измерване на координатите на цветността) са покрити с филтри x, y, z, четвъртият е свободен, а петият е покрит с екран. Екранът служи за покриване на фотоклетката при проверка на нулата на галванометъра, към който е свързана фотоклетката. Когато се въведе филтър, се правят всички измервания на светлината. Вторият диск е предназначен за измерване на цветната температура на източника. Три отвора на този диск са покрити с червен, зелен и син филтър, един е свободен, а един е покрит с мрежа.

И координатите на цветността g, g b на спектралните цветове са изобразени чрез графични криви на смесване. Ако основните цветове R, G, B наистина съществуват, тогава кривите на смесване имат за отделни зониспектърът има отрицателни стойности, тъй като сумата от два или три основни цвята дава цвят, по-малко наситен от спектралните цветове, както беше споменато по-горе. Можете да изберете условни цветове като основни цветове, не реални, но удобни за изчисления, основни цветове, така че кривите на смесване в целия спектър да нямат отрицателни стойности. Тези криви се наричат адитивни криви на основните възбуждания.

Които възникват при работа с изображения и много други теми, например по темата за обработка на изображения, по един или друг начин засягат проблемите на цвета и възпроизвеждането на цветовете. Но, за съжаление, повечето от тези статии описват понятието цвят и характеристиките на неговото възпроизвеждане много повърхностно или правят прибързани заключения или дори грешки. Броят на статиите и въпросите в специализирани форуми за практическите аспекти на точното възпроизвеждане на цветовете, както и много неправилни опити да се дадат отговори на тези въпроси дори от самите опитни специалисти, предполага, че проблемите при работа с цвят възникват доста често и това е трудно се намират аргументирани и ясни отговори на тях трудно.

Недостатъчните или погрешни познания на повечето ИТ специалисти относно възпроизвеждането на цветовете според мен се обясняват с факта, че се отделя много малко време за изучаване на теорията на цветовете, тъй като нейните основи са измамно прости: тъй като има три вида конуси на ретината на окото, смесването на определени три цвята може без никакви проблеми да получите цялата дъга от цветове, което се потвърждава от RGB или CMYK регулаторите в някоя програма. За повечето това изглежда достатъчно и жаждата им за знания в тази област свършва. Но процесите на получаване, създаване и възпроизвеждане на изображения ви подготвят с много нюанси и възможни проблеми, които могат да бъдат решени чрез разбиране на теорията на цветовете, както и на процесите, които са в основата й. Тази тема има за цел да запълни празнината в знанията в областта на науката за цвета и ще бъде полезна за повечето дизайнери, фотографи, програмисти и, надяваме се, други ИТ специалисти.

Опитайте се да отговорите на следните въпроси:

Защо физиката не може да дефинира понятието цвят?
Коя от седемте основни мерни единици SI се основава на свойствата на човешката зрителна система?
Какъв цветен тон не е в спектъра?
Как беше възможно да се измери усещането за цвят на човек преди 90 години?
къде се използват цветове, които нямат яркост?

Дефиниция на понятието цвят. Неговото измерение

Физиката знае и може лесно да измери такива параметри на светлината като мощност и нейния спектрален състав (т.е. разпределението на мощността по дължини на вълните - спектър). Чрез измерване на спектъра на отразената светлина, например от синя и червена повърхност, ще видим, че сме на прав път: графиките на разпределението на мощността ще бъдат значително различни, което потвърждава предположението ни, че цветът е свойство на видимата радиация , тъй като тези повърхности са с различни цветове. Първата трудност, която ни очаква, е необходимостта да запишем поне 35 числени стойности на спектъра (видим диапазон на дължина на вълната 390-740 nm със стъпка от 10 nm), за да опишем един цвят. Преди дори да започнем да мислим за начини за решаване на този малък проблем, откриваме, че спектрите на някои проби, които са идентични по цвят, се държат странно (червени и зелени графики):

Виждаме, че спектрите се различават значително, въпреки безпогрешно идентичния цвят на пробите (в този случай сиво; такива две емисии се наричат метамерни). Формирането на усещането за цвят на тези образци се влияе само от светлината, която се отразява от тях (тук ще забравим влиянието на цвета на фона, нивото на адаптация на окото към осветлението и други второстепенни фактори), тъй като неговата спектралното разпределение е всичко, което могат да ни дадат физическите измервания на нашите проби. В този случай две значително различни спектрални разпределения определят един и същ цвят.

Оказва се, че никакви физически параметри не могат да обяснят идентичността на цвета в първата ситуация и наличието на жълто оцветяване на лъчите във втората ситуация. Странна ситуация? Къде сгрешихме?

Всъщност в първия случай бяха проведени два експеримента: единият със спектрометър, който доведе до две графики, а другият визуално сравнение на проби от човек. Първият метод измерва спектрален съставсветлина, а вторият сравнява Усещамв човешкия ум. Тъй като първият метод не ни подхожда, ще се опитаме да използваме човек за измерване на цвета, като приемем, че цветът е усещането, което човек изпитва, когато светлината се приложи към очите му. Но как да измерим усещанията на човек, разбирайки сложността и несигурността на тази концепция? Не трябва да се предлагат електроди в мозъка или енцефалограма, тъй като подобни методи дори и сега не осигуряват необходимата точност за такова фино понятие като цвят. Освен това този проблем беше успешно решен още през 20-те години на ХХ век без наличието на повечето от съвременните технологии.

Яркост

Беше възможно да се измери усещането за яркост от радиация с всяка дължина на вълната чрез визуално сравняване на яркостта на радиацията с известни мощности от човек. Това е съвсем просто: като контролирате интензитета на излъчване, трябва да изравните яркостта на два монохроматични (най-тесни спектрално) потока, като същевременно измервате мощността им. Например, за да изравните яркостта на монохроматичното излъчване с дължина на вълната 555 nm с мощност от един ват, трябва да използвате двуватово излъчване с дължина на вълната 512 nm. Тоест нашата зрителна система е двойно по-чувствителна към първото излъчване. На практика за висока точност на резултатите е проведен по-сложен експеримент, но това не променя същността на казаното (процесът е описан подробно в оригиналната научна работа от 1923 г.). Резултатът от серия от такива експерименти за целия видим обхват е кривата на спектралната светлинна ефективност (можете да намерите и името „крива на видимост“):

Спектралното разпределение се получава чрез разделяне на лъчението на тесни спектрални зони и измерване на мощността на всяка от тях поотделно. Можем да разглеждаме яркостта на нашия източник като сумата от яркостта на всички тези спектрални зони и за това определяме яркостта на всяка от тях (формула за тези, които не се интересуват от четенето на моите обяснения на пръсти): ние умножете измерената мощност по чувствителността на нашата зрителна система, съответстваща на тази дължина на вълната (осите Y и X на предишната графика, съответно). След като обобщим яркостите на всички зони на спектъра, получени по този начин, ще получим яркостта на нашето първично излъчване във фотометрични единици, които дават точна представа за възприеманата яркост на определени обекти. Една от фотометричните единици, включени в основните единици SI, е канделата, която се определя чрез спектралната крива на светлинна ефективност, т.е. въз основа на свойствата на човешката зрителна система. Кривата на относителната чувствителност на зрителната система на човека е приета като международен стандарт през 1924 г. от Международната комисия по осветление (в съветската литература можете да намерите съкращението MKO) или CIE - Internationale Commission de l'Éclairage.

CIE RGB система

Но спектралната крива на светлинна ефективност ни дава представа само за яркостта на светлинното излъчване и можем да назовем другите му характеристики, например наситеност и нюанс, които не могат да бъдат изразени с негова помощ. Въз основа на метода за измерване на яркостта сега знаем, че цветът може да бъде „измерен“ само директно от човек (не забравяйте, че цветът е усещане) или чрез някакъв модел на неговата реакция, като например спектрална крива на светлинна ефективност, която позволява цифрово изразяване на усещанията за яркост. Да предположим, че за измерване на цвета е необходимо експериментално да се създаде с помощта на човек, по аналогия с кривата на светлинна ефективност, определена система, която да показва цветовата реакция на зрителната система към всички възможни опции за спектрален разпределение на светлината.

Едно свойство на светлинните лъчи е известно отдавна (всъщност това е характеристика на нашата зрителна система): ако смесите две различни цветни лъчения, можете да получите цвят, който ще бъде напълно различен от първоначалните. Например, като насочите зелена и червена светлина с определени мощности върху бял лист хартия в една точка, можете да получите чисто жълто петно без никакви примеси на зелени или червени нюанси. Чрез добавяне на трето излъчване, а синьото е по-подходящо за съществуващите две (защото не може да се получи със смес от червено и зелено), получаваме система, която ще ни позволи да получим много цветове.

Ако визуално изравним някакво тестово лъчение в такова устройство, ще получим три индикатора: интензитета съответно на червения, зеления и синия излъчвател (като напрежението, подадено на лампите, например). Тоест, с помощта на нашето устройство (наречено визуален колориметър), което възпроизвежда цвят, и нашата зрителна система, успяхме да получим числени стойности на цвета на определено излъчване, към което се стремихме за. Тези три значения често се наричат цветови координати, защото е удобно да ги представим като координати на триизмерното пространство.

Подобни експерименти са успешно проведени през 20-те години на ХХ век независимо от учените Джон Гилд и Дейвид Райт. Основните лъчения на Райт са монохроматични лъчения на червено, зелено и синьо с дължини на вълните съответно 650, 530 и 460 nm, докато Гилд използва по-сложни (немонохроматични) лъчения. Въпреки значителните разлики в използваното оборудване и факта, че данните са осреднени само за 17 наблюдатели с нормално зрение (10 за Райт и 7 за Гилд), крайните резултати на двамата изследователи са много близки един до друг, което показва висока точност на измервания, извършени от учени. Схематично процедурата на измерване е показана на фигурата:

Върху горната част на екрана се проектира смес от лъчение от три източника, а изследваното лъчение се проектира в долната част и участникът в експеримента ги вижда едновременно през дупка в завесата. Изследователят поставя задачата на участника да изравни цвета между полетата на устройството, като в същото време насочва изследваното лъчение към долното поле. Участникът настройва мощностите на трите излъчвания, докато успее, а изследователят записва интензитетите на трите източника.

За да конструираме такава система, можем да изберем други три излъчвания (като помним, че нито едно от тях не трябва да се възпроизвежда от смес от другите две), което ще ни даде други специфични криви. Основните лъчения, избрани в системата CIE RGB, възпроизвеждат голям брой лъчения от спектъра, а неговите специфични криви се получават с голяма точност и са стандартизирани.

Трябва да се отбележи, че системата CIE RGB не се основава на никаква теория за цветното зрение и специфичните цветови координатни криви не представляват спектралната чувствителност на трите вида конуси в човешката ретина, тъй като те често се тълкуват погрешно. Такава система лесно се отказва от данни за свойствата на пигментите на конусите на ретината и без никакви данни за най-сложните процеси на обработка на визуална информация в нашия мозък. Това говори за изключителната изобретателност и далновидност на учените, създали такава система, въпреки незначителната информация за свойствата на зрителния апарат на човека по това време. Освен това системата CIE RGB е в основата на науката за цветовете почти непроменена до ден днешен, въпреки огромния напредък на науката с течение на времето.

За по-добро разбиране трябва да се отбележи, че когато казваме „лъчението/източникът/дължината на вълната/лампата е зелено“, всъщност имаме предвид, че „лъчението/източникът/дължината на вълната/лампата предизвиква чувствоЗелен цвят". Видимата радиация е само стимулза нашата зрителна система, а цветът е резултат от възприемането на този стимул и цветните свойства не трябва да се приписват на електромагнитните вълни. Например, както в примера по-горе, при смесване на червени и зелени едноцветни лъчи не се появяват вълни от жълтия диапазон на спектъра, но ние възприемаме тяхната смес като жълта.

Нереални цветове. Система CIE XYZ

Нека се опитаме по подобен начин да изобразим графично смесването на цветовете в колориметъра, използван за създаване на системата CIE RGB. Както си спомняме, той използва три излъчвания на червено, зелено и синьо. Нито един цвят от тези три не може да бъде получен от сумата на другите две, така че всички възможни смеси от тези лъчения ще трябва да бъдат представени в триизмерно пространство, което не ни пречи да използваме векторните свойства на добавянето на цветове в този случай :

За да избегнем объркване, нека отделно подчертаем, че координатите цветове- това е позицията на края на цветния вектор в триизмерна система и се обозначават с главни букви (RGB, XYZ, например) и координатите цветност- това е позицията на цветна точка на плоска диаграма на цветността и се означават с малки букви (rg, xy) и две от тях са достатъчни.

Използването на координатна система, в която няма прав ъгъл между осите, не винаги е неудобно, поради което в колориметрията често се използва система от три вектора, чиято единична равнина образува правоъгълен триъгълник. Двете му страни близо до правия ъгъл се използват като оси на диаграмата на цветността:

Всички цветове, чиито координати са в тази равнина, ще имат еднаква фотометрична яркост. Ако начертаем успоредна равнина наполовина по-ниска от предишната (0,5:0,11:8,5), получаваме позицията на цветовете с половината от яркостта:

Трябва да се помни, че xy диаграмата е проекция на системата с основните точки на XYZ върху единичната равнина, подобно на rg диаграмата и RGB системата. Тази диаграма ви позволява да илюстрирате в удобна форма цветовете на различни лъчения, например цветовите гами на различни устройства. Диаграмата има едно полезно свойство: координатите на цветността на смес от две лъчения ще бъдат разположени стриктно на линията, която свързва точките на тези две лъчения на диаграмата. Следователно цветовата гама на монитора, например, в такава диаграма ще бъде триъгълник.

Тези три криви определят стандартния колориметричен наблюдател, стандартът, използван в колориметричната интерпретация на спектрални измервания и който е в основата на цялата наука за цветовете, практически непроменен до днес. Въпреки че визуалният колориметър XYZ не може да съществува физически, неговите свойства позволяват много точни измервания на цветовете и помага на много индустрии да възпроизвеждат и предават предсказуемо информация за цвета. Всички по-нататъшни постижения в науката за цвета се основават на системата XYZ, например познатата система CIE L*a*b* и други подобни, както и най-новите системи CIECAM, които използват модерни програми за конструиране на цветови профили.

Резултати

Прецизната работа с цвета изисква измерването му, което е също толкова необходимо, колкото измерването на дължина или тегло.
Измерването на възприеманата яркост (един от атрибутите на зрителното усещане) на светлинното излъчване е невъзможно без да се вземат предвид характеристиките на нашата зрителна система, които са били успешно проучени и включени във всички фотометрични величини (кандела, лумен, лукс) във формата на кривата на неговата спектрална чувствителност.
Простото измерване на спектъра на изследваната светлина само по себе си не отговаря на въпроса за нейния цвят, тъй като е лесно да се намерят различни спектри, които се възприемат като един цвят. Различни количества, които изразяват един и същи параметър (цвят, в нашия случай) показват несъответствието на този метод на определяне.
Цветът е резултат от възприемането на светлина (цветен стимул) в нашето съзнание, а не физическо свойство на това излъчване, така че това усещане трябва да бъде измерено по някакъв начин. Но директното измерване на човешките усещания е невъзможно (или е било невъзможно по времето, когато са създадени колориметричните системи, описани тук).
Този проблем беше избегнат чрез визуално (с човешко участие) изравняване на цвета на изследваното лъчение чрез смесване на три лъчения, чиито количества в сместа ще бъдат желаното числово изражение на цвета. Една от системите от такива три излъчвания е CIE RGB.
След експериментално изравняване на всички монохроматични лъчения поотделно с помощта на такава система, се получават (след някои изчисления) специфичните координати на тази система, които показват необходимите количества от нейното излъчване за изравняване на цвета на всяко монохроматично лъчение с мощност от един ват.
Познавайки конкретните координати, е възможно да се изчислят цветовите координати на изследваното лъчение въз основа на неговия спектрален състав без визуално изравняване на цвета от човек.
Системата CIE XYZ е създадена чрез математически трансформации на системата CIE RGB и се основава на същите принципи - всеки цвят може да бъде прецизно определен от броя на три излъчвания, смес от които се възприема от човек като еднакви по цвят. Основната разлика между системата XYZ е, че цветът на нейните основни „излъчвания“ съществува само в колориметрични уравнения и е физически невъзможно да се получат.
Основната причина за създаването на системата XYZ е да улесни изчисленията. Координатите на цвета и цветността на всички възможни светлинни емисии ще бъдат положителни. Също така Y цветовата координата изразява директно фотометричната яркост на стимула.

Заключение

Възприемането на цвета зависи от физични свойствасветлината, тоест електромагнитната енергия, от нейното взаимодействие с физически вещества, както и от тяхното тълкуване от човешката зрителна система. Този проблем е изключително широк, сложен и интересен. Ще разгледаме най-важните понятия, основите на физическите явления, свързани с цвета, системите за представяне на цветовете и трансформациите между тях.

Човешката зрителна система възприема електромагнитната енергия с дължини на вълните от 400 до 700 nm като видима светлина (1 nm = 10 -9 m). Светлината се получава или директно от източник, като електрическа крушка, или индиректно чрез отражение или пречупване от повърхността на обект.

Източник или обект е ахроматичен, ако наблюдаваната светлина съдържа всички видими дължини на вълните в приблизително равни количества. Ахроматичният източник изглежда бял, а отразената или пречупена ахроматична светлина изглежда бяла, черна или сива. Обекти, които ахроматично отразяват повече от 80% от светлината от бял източник, изглеждат бели, а по-малко от 3% изглеждат черни. Междинните стойности произвеждат различни нюанси на сивото. Удобно е да се вземе предвид интензитетът на отразената светлина в диапазона от 0 до 1, където 0 съответства на черно, 1 на бяло и междинни стойности на сиво.

Ако възприеманата светлина съдържа дължини на вълните в произволни неравни количества, тогава тя се нарича хроматична (основното значение е на думите „възприемано“ и „произволно“). Някои смеси от хроматични цветове могат да се възприемат като ахроматични цветове). Ако дължините на вълните са концентрирани при горния ръбвидимия спектър, светлината изглежда червена или червеникава, т.е. доминиращата дължина на вълната е в червената област на видимия спектър. Ако дължините на вълните са концентрирани в долната част на видимия спектър, тогава светлината изглежда синя или синкава, т.е. доминиращата дължина на вълната е в синята част на спектъра. Но самата електромагнитна енергия с определена дължина на вълната няма цвят. Усещането за цвят възниква в резултат на трансформацията на физическите явления в човешкото око и мозъка. Цветът на даден обект зависи от разпределението на дължините на вълните на източника на светлина и от физическите свойства на обекта. Един обект изглежда оцветен, ако отразява или пропуска светлина само в тесен диапазон от дължини на вълните и поглъща всички останали. Когато цветовете на падащата и отразената или пропусната светлина си взаимодействат, могат да възникнат най-неочакваните резултати. Например, когато зелена светлина се отразява от бял обект, и светлината, и обектът изглеждат зелени, но ако зелена светлина е осветена върху червен обект, той ще изглежда черен, защото изобщо не се отразява светлина от него.

Въпреки че е трудно да се направи разлика между лекота и яркост, лекотата обикновено се счита за свойство на несветещи или отразяващи обекти и варира от черно до бяло, докато яркостта е свойство на самосветещи или излъчващи обекти и варира от ниска до Високо.

Лекотата или яркостта на даден обект зависи от относителната чувствителност на окото към различните дължини на вълната. Вижда се, че при дневна светлина чувствителността на окото е максимална при дължина на вълната около 550 nm, а в краищата на видимия диапазон на спектъра рязко спада. Кривата се нарича функция на спектралната чувствителност на окото. Това е мярка за светлинна енергия или интензитет, като се вземат предвид свойствата на окото.

Психофизиологичното представяне на светлината се определя от цветовия тон, наситеността и лекотата. Нюансът ви позволява да различавате цветовете, а наситеността определя степента на затихване (разреждане) от този цвятбяло. За чист цвят е 100% и намалява с добавянето на бяло. Наситеността на ахроматичния цвят е 0%, а неговата светлота е равна на интензитета на тази светлина.

Психофизическите еквиваленти на нюанса, наситеността и лекотата са доминираща дължина на вълната, чистота и яркост. Електромагнитната енергия с една дължина на вълната във видимия спектър произвежда монохроматичен цвят. Показва енергийното разпределение на монохроматична светлина с дължина на вълната 525 nm и за Бяла светлинас енергия E 2 и една доминираща дължина на вълната от 525 nm с енергия E 1 . Цветът се определя от доминиращата дължина на вълната, а чистотата се определя от съотношението на E 1 и E 2. Стойността E 2 е степента, до която чистият цвят с дължина на вълната 525 nm се разрежда от бялото: ако E 2 се доближава до нула, тогава чистотата на цвета се доближава до 100%, а ако E 2 се доближава до E 1, тогава светлината става близка до бяло и неговата чистота клони към нула. Яркостта е пропорционална на енергията на светлината и се счита за интензитет на единица площ.

Обикновено няма чисти монохромни цветове, а смеси от тях. Трикомпонентната теория за светлината се основава на предположението, че в централната част на ретината има три вида цветночувствителни конуси. Първият възприема дължини на вълните, разположени в средата на видимия спектър, тоест зелено; втората дължина на вълната в горния край на видимия спектър, тоест червено; трети къси вълни от долната част на спектъра, тоест синьо. Относителната чувствителност на окото () е максимална за зелено и минимална за синьо. Ако и трите вида конуси са изложени на едно и също ниво на енергийна яркост (енергия за единица време), тогава светлината изглежда бяла. Естествената бяла светлина съдържа всички дължини на вълните на видимия спектър; обаче, усещането за бяла светлина може да се получи чрез смесване на всеки три цвята, стига никой от тях да не е линейна комбинация от другите два. Това е възможно благодарение на физиологични характеристикиокото, съдържащо три вида конуси. Тези три цвята се наричат основни.

В компютърната графика се използват две системи за смесване на основните цветове: адитивно червено, зелено, синьо (RGB) и субтрактивно циан, магента, жълто (CMY) (). Цветовете на едната система допълват другата: циан към червено, магента към зелено, жълто към синьо. Допълнителен цвят е разликата между бяло и даден цвят: циан е бяло минус червено, пурпурно е бяло минус зелено, жълто е бяло минус синьо. Въпреки че червеното може да се счита за допълващо към циан, традиционно червеното, зеленото и синьото се считат за основни цветове, а циан, магента, жълто са техните допълнения. Интересното е, че в спектъра на дъгата или призмата няма лилав цвят, тоест той се генерира от човешката зрителна система.

За отразяващи повърхности като печатни мастила, филми и несветещи екрани се използва субтрактивната CMY система. При субтрактивните системи дължините на вълните на допълнителен цвят се изваждат от белия спектър. Например, когато светлината се отразява или предава през лилав обект, зелената част от спектъра се абсорбира. Ако получената светлина се отрази или пречупи от жълт обект, синята част от спектъра се абсорбира и остава само червеният цвят. След като се отрази или пречупи в син обект, цветът става черен, защото целият видим спектър се елиминира. На този принцип работят фото филтрите.

RGB адитивната цветова система е полезна за светещи повърхности като CRT екрани или цветни лампи. Достатъчно е да проведете много прост експеримент, за да се уверите, че минималният брой цветове за уравнението (композицията) на почти всички цветове от видимия спектър е три. Нека произволна монохроматична референтна светлина пада върху някакъв фон. Наблюдателят се опитва експериментално да изравни цвета на фона, наситеността и лекотата на фона до контролната светлина, използвайки монохроматични потоци светлина с различен интензитет. Ако се използва само един инструментален (изравняващ) цвят, тогава дължината на вълната му трябва да е същата като референтната. С помощта на един монохроматичен инструментален поток от светлина може да се изравни само един цвят. Въпреки това, ако не вземете предвид нюанса и наситеността на еталонната светлина, можете да изравните цветовете чрез лекота. Тази процедура се нарича фотометрия.

По този начин се създават монохроматични репродукции на цветни изображения. Ако наблюдателят има на разположение два монохроматични източника, той може да изравни по-голям брой контролни проби, но не всички. Чрез добавяне на трети инструментален цвят могат да се получат почти всички контролни варианти, при условие че тези три цвята са широко разпространени в спектъра и нито един от тях не е линейна комбинация от останалите, тоест че са основни цветове. Добър изборкогато първият цвят се намира в спектралната област с дълги дължини на вълните (червено), вторият със средни дължини на вълните (зелен) и третият с по-къси дължини на вълните (син). Комбинирането на тези три цвята за изравняване на монохроматичен референтен цвят се изразява математически като C = rR + gG + bB, където C цвят на еталонната светлина; R, G, B червени, зелени и сини инструментални светлинни потоци; r, g, b относителни количества светлинни потоци R, G, B със стойности от 0 до 1.

Добавянето на три основни цвята обаче не изравнява всички референтни цветове. Например, за да произведе синьо-зелен цвят, наблюдателят комбинира синя и зелена светлина, но тяхната сума изглежда по-светла от пробата. Ако добавите червено, за да стане по-тъмно, резултатът ще бъде по-светъл, защото светлинните енергии се сумират. Това дава на наблюдателя идея: добавете червена светлина към пробата, за да стане по-светла. Това предположение действително работи и изравняването е завършено. Математически, добавянето на червена светлина към контролната светлина съответства на изваждането й от другите два изравняващи светлинни потока. Разбира се, това е физически невъзможно, тъй като отрицателен интензитет на светлината не съществува. Математически това се записва като C + rR = gG + bB или C = -rR + gG + bB.

Показани са функциите r, g, b на цветовото уравнение за монохроматични светлинни потоци с дължини на вълните 436, 546 и 700 nm. С тяхна помощ можете да изравните всички дължини на вълните на видимия спектър. Обърнете внимание, че при всички дължини на вълната, с изключение на около 700 nm, една от функциите винаги е отрицателна. Това съответства на добавяне на инструментална светлина към контролна светлина. Колориметрията изучава тези функции.

Наблюдателят също така забелязва, че когато интензитетът на еталонната светлина се удвои, интензитетът на всяка инструментална светлина също се удвоява, т.е. 2C = 2rR + 2gG + 2bB. Накрая се оказва, че една и съща еталонна светлина е изравнена с две различни начини, и стойностите на r, g и b може да не са еднакви. Инструменталните цветове за два различни набора от r, g и b се наричат метамери един на друг. Технически това означава, че еталонната светлина може да бъде съпоставена с различни композитни източници с неравномерно спектрално разпределение на енергията. Показани са две много различни разпределения на спектралното отражение, които произвеждат един и същ средно сив цвят.

Резултатите от експериментите са обобщени в законите на Грасман:

окото реагира на три различни стимула, което потвърждава триизмерната природа на цвета. Стимулите могат да се считат, например, за доминиращата дължина на вълната (цветен фон), чистота (наситеност) и яркост (лекота) или червени, зелени и сини цветове;
четирите цвята винаги са линейно зависими, т.е. cC = rR + gG + bB, където c, r, g, b<>0. Следователно, за смес от два цвята (cC) 1 и (cC) 2 е валидно равенството (cC) 1 + (cC) 2 = (rR) 1 + (rR) 2 + (gG) 1 + (gG ) 2 - (bB) 1 + (bB) 2 . Ако цвят C 1 е равен на цвят C и цвят C 2 е равен на цвят C, тогава цвят C 1 е равен на цвят C 2 независимо от структурата на енергийните спектри C, C 1, C 2;
Ако в смес от три цвята един се променя непрекъснато, докато другите остават постоянни, тогава цветът на сместа ще се променя непрекъснато, тоест триизмерното цветово пространство е непрекъснато.

От експерименти като този е известно, че зрителната система е в състояние да различи приблизително 350 000 цвята. Ако цветовете се различават само по тонове, то в синьо-жълтата част на спектъра цветовете, чиито доминиращи дължини на вълните се различават с 1 nm, са различни, докато в краищата на спектъра се различават с 10 nm. Ясно се виждат приблизително 128 цветни тона. Ако се промени само наситеността, зрителната система вече не е в състояние да различи много цветове. Има 16 степени на наситеност на жълто и 23 степени на червено-виолетово.

Триизмерната природа на светлината позволява стойността на всеки стимул да бъде картографирана върху ортогонална системна ос (). Това създава трикомпонентно цветово пространство. Всеки цвят C може да бъде представен като вектор с компоненти rR, gG и bB. Подробно описание на триизмерното цветово пространство е дадено в работата на Майер. Пресечната точка на вектора C с единичната равнина дава относителните тегла на неговите червени, зелени и сини компоненти. Те се наричат стойности на цветност или координати: r" = r/(r + g + b), g" = g/(r + g + b), b" = b/(r + g + b).

Следователно r" + g" + b" = 1. Проектирайки единичната равнина, получаваме цветна графика (). Тя изрично показва функционалната връзка на два цвята и имплицитно връзката с третия, например b" = 1 - r" - g". Ако функциите за регулиране на цвета () се прехвърлят в триизмерно пространство, тогава резултатът няма да лежи изцяло в положителния октант. Проекцията върху равнината също ще съдържа отрицателни стойности и това усложнява математическите изчисления.

През 1931 г. в Англия се провежда среща на Международната комисия по осветление (ICE) (Commission International de l'Eclairage), на която се обсъждат международните стандарти за определяне и измерване на цветовете.Двумерната цветова графика на ICE 1931 и набор от три функции за реакция на очите, което елиминира отрицателните стойности и е по-удобно за обработка. Основните цветове на CIE са получени от стандартните функции за реакция на очите ().

Хипотетичните основни цветове на CIE са обозначени с X, Y, Z. В действителност те не съществуват, тъй като без отрицателната част не могат да съответстват на реалната физическа светлина. Триъгълникът XYZ беше избран да включва целия видим спектър. Координатите на цветността на CIE са: x = X/(X + Y + Z), y = Y/(X + Y + Z), z = Z/(X + Y + Z) и x + y + z = 1 ( * ). Чрез проектиране на триъгълника XYZ върху равнината xy се получава цветова графика на CIE. Координатите на цветността x и y представляват относителните количества от трите основни цвята XYZ, необходими за композиране на всеки цвят. Те обаче не уточняват яркостта (интензивността) на получения цвят. Яркостта се определя от координатата Y, а X и Z се настройват в подходящата скала. С тази конвенция (x, y, Y) определя както наситеността, така и осветеността. Обратното преобразуване на координатите на цветността в цветовите координати XYZ е: X = x * (Y/y), Y = Y, Z = (1 - x - y) * (Y/y) (**).

Панелът реши да ориентира триъгълника XYZ така, че равни количества от хипотетичните първични цветове на XYZ да дадат бял цвят.

Цветовата диаграма на CIE от 1931 г. е показана в . Контур, наподобяващ крило, е геометричното място на точки от всички видими дължини на вълната, тоест линия от спектрални цветове. Числата на контура съответстват на дължината на вълната в дадена точка. Червеното е в долния десен ъгъл, зеленото е в горната част, а синьото е в долния ляв ъгъл на графиката. Сегментът, свързващ краищата на кривата, се нарича лилава линия. Кривата вътре в контура съответства на цвета на напълно черно тяло при нагряване от 1000 o K до безкрайност. Пунктираната линия показва температурата, както и посоките, по които окото най-малко може да различи промените в цвета. Еталонното бяло е равноенергийната точка E(x = 0.333, y = 0.333), а стандартните MKO източници A(0.448, 0.408), B(0.349, 0.352), C(0.310, 0.316), D 6500 (0.313, 0,329). Източник A се доближава до топлия цвят на пълна с газ лампа с волфрамова жичка при 2856 o K. Той е много „по-червен“ от останалите. Източник B съответства на слънчева светлина по обяд, а C на обедно осветление с облачно небе. Източник C е приет като бял референтен цвят от Националния комитет по телевизионни стандарти (NTSC). Източникът D 6500, съответстващ на радиация на черно тяло при 6504 o K, е малко по-зелен. Използва се като референтен бял цвят в много телевизионни монитори.

Както можете да видите, цветната диаграма е много удобна. За да получите допълнителен цвят, трябва да продължите правата линия, минаваща през този цвят и референтното бяло, докато се пресече с другата страна на кривата. Например, в допълнение към червено-оранжевия цвят на C 4 (l = 610 nm) е синьо-зеленият цвят на C 5 (l = 491 nm). Когато един цвят и неговото допълнение се добавят в определена пропорция, резултатът е бял. За да намерите доминиращата дължина на вълната на цвят, трябва да продължите правата линия, минаваща през еталонното бяло и даден цвят, докато се пресече с линията на спектралната цветност. Например, доминиращата дължина на вълната на цвят C 6 е 570 nm, което е жълто-зелено. Ако правата линия пресича пурпурната линия на цветност, тогава този цвят няма доминираща дължина на вълната във видимата част на спектъра. В този случай тя се определя като допълнителна доминираща дължина на вълната с индекс "c", тоест правата линия продължава от цвета през еталонното бяло в обратна посока. Например, доминиращата дължина на вълната на цвят C 7 е 500 nm.

Чистите или напълно (100%) наситени цветове лежат на линията на спектралната цветност. Еталонното бяло се счита за напълно разредено, което означава, че чистотата му е 0%. За да изчислите чистотата на междинните цветове, трябва да намерите съотношението на разстоянието от еталонното бяло до даден цвят към разстоянието от еталонното бяло до линията на спектралната или магента цветност. Например, чистотата на цвета на C 6 е равна на a/(a + b), а C 7 е равна на c/(c + d).

Координатите на цветност CIE за смес от два цвята се определят съгласно законите на Грасман чрез добавяне на основните цветове. Сместа от цветове C 1 (x 1 , y 1 , z 1 ) и C 2 (x 2 , y 2 , z 2 ) е C 12 = (x 1 + x 2) + (y 1 + y 2) + ( z 1 + z 2).

Използвайки горните уравнения (*) и (**) и въвеждайки обозначенията T 1 = Y 1 /y 1, T 2 = Y 2 /y 2, получаваме цветовите координати на сместа: x 12 = (x 1 T 1 + x 2 T 2 )/(T 1 + T 2), y 12 = (y 1 T 1 + y 2 T 2)/(T 1 + T 2), Y 12 = Y 1 + Y 2. По този начин можете да добавите повече цветове, ако последователно добавяте нови цветове към сместа.

Показана е графика на цветността на CIE с имената на обичайните възприемани цветове. В надписи с малки букви съкратените имена на цветове съответстват на наставката „-ovat“, например yG е жълтеникав- зелено (жълто иш-зелен). Всеки цвят в своята област променя наситеността или чистотата от почти нула близо до източника (пастелен цвят) до пълен (богат) близо до линията на спектралната цветност. Забележете, че зелените нюанси заемат почти цялата горна част на графиката, докато червените и сините са групирани в долната част на лилавата линия на цветност. Следователно равните площи и разстояния на графика не съответстват на еднакви перцептивни разлики. За да се коригира този недостатък, бяха предложени няколко трансформации на тази графика.

Цветната телевизия, филмът, многоцветният печат и т.н. не покриват целия диапазон или гама от цветове във видимия спектър. Цветовата гама, която може да бъде възпроизведена в адитивната система, е триъгълник на CIE графиката с върхове в основните RGB цветове. Всеки цвят вътре в триъгълника може да бъде получен от основните цветове. Таблицата показва цветовата гама за основните RGB цветове за конвенционален CRT монитор и в стандарта NTSC. За сравнение е показана и субтрактивната цветова система CMY, намалена до CIE координати, която се използва в цветното кино. Имайте предвид, че покритието му не е триъгълно и че е по-широко от това на цветен монитор; т.е. някои цветове, произведени на филм, не могат да бъдат възпроизведени на телевизионен екран. Освен това са показани основните цветове на CIE XYZ, разположени на линията на спектралната цветност: червено 700 nm, зелено 543,1 nm, синьо 435,8 nm. С тяхна помощ са получени изравнителни функции на .

Цвят в компютърната графика. Цветова диаграма на системата XYZ

Дефиниция на понятието цвят. Неговото измерение

Яркост

CIE RGB система

Нереални цветове. Система CIE XYZ

Резултати

Заключение

Дефиниция на понятието цвят. Неговото измерение

Яркост

CIE RGB система

Нереални цветове. Система CIE XYZ

Резултати

Заключение

Възникване и развитие на писмеността – автореферат

Композитор Реймънд Паулс: биография, личен живот, творчество Реймънд Паулс - биография