Аналіз колірних моделей HSV/HSB, HLS, lab

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз колірних моделей HSV/HSB, HLS, lab

У статті дана характеристика колірних моделей, які знайшли широке застосування в професійних графічних програмах: HSV/HSB, HLS, lab. Проведений аналіз якості відображення в апаратному просторі. Описано палітру кольорів зображень для публікації в Інтернеті. А також програмні розробки та пристосувань для створення нових колірних моделей.

Колірне охоплення екрану монітора, офсетного друк або фотознімка набагато менше, ніж людського ока. Їх колірне охоплення - це діапазон кольорів, що можуть бути відтворені, зафіксовані чи описані будь-яким чином.

У зв'язку з різницею в колірних охопленнях різних пристроїв та різними принципами утворення кольору, для передачі й одержання зображень були створені різні моделі кольорів. Оскільки жодна з моделей не є ідеальною і повною за колірним охопленням.

Призначенням колірної моделі є надати засоби обпису кольору в межах деякого колірного охоплення і забезпечити інтерполяцію кольорів для взаємозв'язку між пристроями з різними колірними охопленнями і способами отримання кольору [2].

У комп'ютерній графіці широке застосування знайшли колірні моделі HSV/HSB і HLS.

Колірна модель HSV/HSB є нелінійним перетворенням колірної моделі RGB. Вона широко застосовується дизайнерами і художниками. Завдяки практично універсальності для кольорокорекції. У всіх графічних додатках ця модель присутня в тому чи іншому вигляді.

HSV/HSB не залежить від устаткування і зручна для сприйняття людиною. Оскільки людина інтуїтивно сприймає колір, розділяючи його на відтінок, насиченість і яскравість. Саме тому з нею часто працюють різні програми, надалі перетворюючи кольори в модель RGB для показу на екрані монітора чи в модель CMYK для друку на принтері. Крім того, модель HSV/HSB зручно використовувати при редагуванні малюнків.

Отже, компонентами моделі HSV/HSB є Hue (тон або відтінок), Saturation (насиченість) і Value (значення кольору, колірний тон, кількість світла чи світлота), Brightness (яскравість).

Модель HSV/HSB зручно представляти у вигляді кольорового круга, уздовж якого розташовуються відтінки кольорів. Значення кольору вибирається як точка на крузі (чи вектор, що виходить з центру окружності і вказує на дану точку), рис. 1. Різні відтінки розміщуються по окружності, яка становить 360°. Кольори йдуть у спектральному порядку і замикаються пурпуровим.

Модель HSV/HSB має досить широкий колірний обхват. Він не такий великий, як у Lab, але більший ніж у CMYK.

Current `ill color Ш Н' У)

¦

НI 180 S| 180 V| 180 I HSV color model 3D

Рис. 1. Графічне представлення колірної моделі HSV/HSB

Рис. 2. Утворення кольору в HSV/HSB моделі (V -- кількість світла)

а) б)

Рис. 3. Колірна модель HSV представлена у вигляді світлової шестигранної піраміди

Модель HSV/HSB зручно представляти у вигляді колірного круга. Значення кольору вибирається як точка на колі (чи вектор, що виходить з центра окружності і вказуючий на дану точку). Різні відтінки розміщуються по окружності, яка становить 360°. Зокрема, 0 - червоний, 60 - жовтий, 120 - зелений, 180 - блакитний, 240 - синій, 300 - пурпуровий, тобто додаткові кольори розташовані один проти одного відрізняються на 180°, рис. 1. Застосовується спосіб представлення цієї колірної моделі у вигляді світлової шестигранної піраміди. При цьому по вертикальній осі відкладається значення V, а відстань від осі до бічної грані в горизонтальному перетині відповідає параметру S (за діапазон зміни цих величин приймається інтервал від нуля до одиниці), рис. 3. Шестикутник, що лежить в основі піраміди, являє собою проекцію колірного куба в напрямку його головної діагоналі, перевернутий шестигранний конус. Тон кольору H задається кутом, відкладеним навколо вертикальної осі відрахованим від червоного. Точки на самій окружності відповідають чистим (максимально насиченим) кольорам. Точка в центрі відповідає нейтральному кольору мінімальної насиченості (білий, сірий, чорний - це залежить від яскравості). Тобто можна сказати, що кут нахилу вектора визначає відтінок, довжина вектора - насиченість кольору. Величина S змінюється від нуля на осі конуса, до одиниці на його гранях. Значенню V=0 відповідає вершина піраміди (чорний колір), значенню V=1 - основа піраміди; кольори при цьому найбільш інтенсивні. Точка з координатами V=1, S=0 - центр основи піраміди відповідає білому кольору. Проміжні значення координати V при S=0, тобто на осі піраміди, відповідають сірим кольорами, якщо S=0, то значення відтінку H вважається невизначеним. S=1, якщо точка лежить на бічній грані піраміди.

Розширенням колірної моделі HSV/HSB є HLS. Параметрами якої є Hue, Lightness, Saturation, відповідно: кольоровий тон, світимість, насиченість, рис. 4. Різниця між моделями HSV/HSB і HLS полягає в заміні нелінійного компоненту яскравість на лінійний компонент освітлений. Різниця між HSV/HSB і HLS у тому, що в основній моделі HSV/HSB є власна яскравість об'єкту (ніби приймаємо його за джерело світла), а в HLS враховується світимість об'єкту (яскравість відбитого від нього світла). Іншими словами, в HSB «джерело» - Сонце, а в HLS - Місяць...

В основі колірної моделі HLS лежить система Освальда. Ця модель утворює простір у формі подвійного конуса. Колірний тон задається кутом повороту навколо вертикальної осі конусів. За початок відліку прийнятий синій колір. Кольори йдуть у спектральному порядку і замикаються пурпуровим. Отже, по вертикальній осі відкладається L (світимість), а інші два параметри задаються як і в HSV/HSB. Ця модель утворює підпростір, що представляє собою подвійний конус, у якому чорний колір задається вершиною нижнього конуса і відповідає значенню L=0, білий колір максимальної інтенсивності задається вершиною верхнього конуса і відповідає значенню L=1. Максимально інтенсивні кольорові тони відповідають основі конусів з L=0,5, що не зовсім зручно. Тон кольору H, аналогічно системі HSV/HSB, задається кутом повороту. Насиченість S змінюється в межах від 0 до 1 і задається відстанню від вертикальної осі L до бічної поверхні конуса. Тобто максимально насичені кольори розташовуються при L=0,5 і S=l.

а) б)

Рис. 4. Колірна модель ИЬБ у вигляді світлової подвійної шестигранної піраміди

У комп'ютерній графіці широко застосовується кольорова модель Lab. Вона була розроблена в 1931 році. У 1976 році модель Lab була вдосконалена і названа CIE Lab. Оскільки модель апаратно-незалежна, то вона відтворює одні й ті ж кольори незалежно від особливостей пристрою (монітора, принтера чи комп'ютера).

Модель Lab базується на людському сприйнятті кольору. При однаковій інтенсивності око людини сприймає зелений колір променів найбільш яскравим, дещо менш яскравим - червоний колір, і ще більш темним - синій. Яскравість при цьому є характеристикою сприйняття, а не характеристикою самого кольору. При розробці моделі Lab переслідувалася мета математичного коректування нелінійності сприйняття кольору людиною [2].

Цій моделі віддають перевагу в основному професіонали, оскільки вона суміщає переваги як CMY, так і RGB, а саме забезпечує доступ до всіх кольорів, працюючи з досить великою швидкістю. А також вона відрізняється трохи незвичайною побудовою ніж у інших колірних моделях. Побудова кольорів тут, так як і в RGB, базується на злитті трьох каналів.

Будь-який колір у колірній моделі Lab обумовлюється параметрами L - яскравість (Lightness) і хроматичними складовими - двома декартовими координатами: а, (змінюється від зеленого до червоного, через сірий і b (змінюється від синього до яскраво жовтого через сірий), рис. 5-8. Lightness здійснює контроль за яскравістю кольорів, утворених а і b. Білий колір співставляється з максимальною інтенсивністю. L лежать в межах 0-100, а а і b -200-200. Якщо а і b рівні 0, змінюючи L, отримуємо зображення, що містить градації сірого (grayscale). Під час змішування двох кольорів результуючий буде більш яскравим, що є ще однією подібністю з колірною моделлю RGB, рис. 8.

Рис. 5. Графічне представлення колірної моделі CIE Lab

Рис. 6. Графічне представлення

Рис. 7. Канали моделі Lab колірної моделі Lab

Яскравість 25% Яскравість 75%

Рис. 8. Приклад зміни яскравості в кольорій моделі Lab

Професіонали застосовують цей колірний простір навіть для створення складних масок і кардинальних змін кольорів документа. Оскільки модель має величезний колірний обхват, перевід у неї не пов'язаний з втратами. Можна в будь-який момент перевести зображення з RGB в Lab і назад, і при цьому його кольори не зміняться.

На відміну від кольорових просторів RGB або CMYK, які є, по суті, набором апаратних даних для відтворення кольору на папері чи на екрані монітора (колір може залежати від типу друкарської машини, марки фарб, вологості повітря в цеху чи виробника монітора і його настройок), Lab визначає колір. Оскільки, яскравість у моделі Lab цілком відділена від кольору, то це робить модель зручною для регулювання тонової характеристики (підвищення контрасту, виправлення похибки тонових діапазонів) і видалення кольорового шуму (у т.ч. розмивка растру і видалення регулярної структури зображень в форматі JPEG), різкості та інших тонових характеристик зображення.

Враховуючи позитивні характеристики, а саме величезний колірний обхват, модель Lab знайшла широке застосування в програмному забезпеченні для обробки зображень як проміжна колірного простору, через яку відбувається конвертація даних між іншими кольоровими просторами під час їх підготовки (наприклад, з RGB сканера в CMYK друкованого пристрою). При цьому особливі властивості Lab зробили редагування в цьому просторі потужним інструментом корекції кольору.

Зображення, що готуються для публікації в Інтернеті, прийнято створювати в так званій безпечній палітрі («web-safe» palette) кольорів. Вона є варіантом індексної палітри. Але файли зображень у Web-графіці повинні мати мінімальний розмір, тому необхідно відмовитися від включення в їх склад індексної палітри. Для цього була прийнята єдина фіксована палітра кольорів, названа безпечною, тобто така, що забезпечує правильне відображення кольорів на будь-яких пристроях (і в програмах), підтримуючих єдину палітру. Безпечна палітра містить всього 216 кольорів, що пов'язане з обмеженнями, вимогами сумісності, накладаючими, з комп'ютерами, що не відносяться до класу IBM РС.

Для створення кольорів, відсутніх в індексній палітрі, застосовують спеціальний метод Error Diffusion Dithering. Це метод імітації (Dithering), в якому передача кольорового півтону в точковому зображенні, відсутнього в стандартній палітрі, досягається за рахунок змінних пікселів двох або доступніших кольорів. Оптичне змішення кольорів у оці глядача, що не має можливості розглянути окремо суміжні пікселі, створює ілюзію присутності на малюнку кольору, насправді відсутнього в палітрі. Для кольорів, що сильно відрізняються від кольорів палітри, ця техніка приводить до створення зернистих зображень.

Отже, колірні моделі HSV/HSB, HLS широко застосовуються для роботи дизайнерів і художників, Lab - для обробки зображень як проміжна колірного простору через яку відбувається конвертація даних між іншими кольоровими просторами. Для подання графічних об'єктів у Інтернеті набула поширення спеціальна палітра «web-safe» palette.

Література

графічний програма колірний

1. Блінова Т.О., Порєв В.М. Комп'ютерна графіка / За ред. В.М. Порєва. - К.: Видавництво «Юніор», 2004. - 456 с.

2. Горобець С.М. Основи комп'ютерної графіки: Навч. пос. / За ред. М.В. Левківського. - К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 232 с.

Размещено на Allbest.ru