Модели, ориентированные на человека

Цветовые модели, ориентированные на человека, предназначены для специалистов, занимающихся художественным творчеством и не обладающим профессиональными знаниями ни в области физики (колориметрия), ни в области компьютерной графики. Наиболее распространенными моделями такого типа являются: HSV, HLS, HSB, HSL.

В основе цветовых пространств данных моделей лежит художественная оценка цветовых характеристик цветовой тон, насыщенность цвета и его яркость. С математической точки зрения эти модели отличаются формой цветового пространства (конус, двойной конус,

цилиндр, сфера).

HSV-модель

Данная модель предложена Смитом (Smith, 1978). В качестве координат выступают:

Hue – цвет;

Saturation – насыщенность;

Value –яркость.

Цветовое пространство HSV представляет собой подпространство Евклидова пространства, ограниченное конусом Удаление от центра соответствует увеличению насыщенности S. Ось V располагается вертикально и совпадает с осью симметрии конуса. Координата S соответствует удалению от оси V в сторону периметра основания конуса.

На самом периметре располагается спектрально чистые цвета.

По мере приближения к центру, происходит смешивание цветов.Таком образом, координата H соответствует углу поворота вокруг оси V. На оси симметрии конуса располагаются оттенки серого.

Диапазон значений координат:

S ∈[0,1]; V ∈[0,1]; H ∈[0,3600 ].

Дополнительные цвета расположены друг против друга с разностью между ними в 180°.

 

HLS-модель

Данная модель, предложенная Оствальдом (Ostwald W., 1931), была ориентирована на аппаратную реализацию в продуктах фирмы Teletronix. Модель отличается от предыдущей тем, что ее пространство ограничено двойным конусом

Координатами данного цветового

пространства являются:

Hue – цвет;

Lightness – светлота;

Saturation – насыщенность.

Другое отличительной особенностью HLS-модели является то, что максимальная

насыщенность цветов достигается при L = =0.5.

Диапазон значений координат:

S ∈[0,1]; L ∈[0,1]; H ∈[0,3600 ].

HSL-модель

Данная модель появилась несколько позднее и учитывала недостатки двух предыдущих моделей. В кругу специалистов данная модель называется моделью художника.

Координатами данного цветового пространства являются:

Hue – цвет;

Saturation – насыщенность;

Lightness – светлота.

От предыдущей модели, модель HSL отличается формой пространства, которое

ограничено сферой(рис.5.8). Чистые цвета видимого спектра располагаются на

экваторе сферы. Меридиан (координата Н) определяет цветовой тон, а параллели –

светлоту.В последнее время система HSL стала вытеснять системы HSV и

HLS. Разновидностью данной системы является модель HSB, где B -

Brightness - яркость.Понятие светлоты относится к отражающим объектам, а яркость –

к излучающим. Поэтому модель HSB применяется для оценки цветовых

характеристик источников света и излучающих устройств отображения.

TLS-модель

TLS-модель предложена Манзелом – одним из основоположников построения цветовых моделей. Координатами данного цветового пространства являются:

Tone – цветовой тон;

Lightness – светлота;

Saturation – насыщенность.

Пространство Манзела представляет собой подпространство евклидова пространства, ограниченное цилиндром.

 

 

Конец 49 вопроса.

 

 

50.Абстрактные цветовые модели CIE XYZ и CIE L*a*b*.

Рассмотренные выше группы пространственных цветовых моделей

напрямую связаны либо с характеристиками аппаратных средств, либо

с физиологическими или психологическими особенностями восприятия цвета человеком.

Среди абстрактных моделей, разработанных Международным Комитетом по Освещению (МКО) CIE1, в настоящее время используются модели CIE XYZ, CIE L*a*b*,

CIE L*u*v*, CIE L*с*h*. С целью устранения зависимости цветовых характеристик от субъективных факторов, международный комитет в конце 20-х годов начал работу по созданию абстрактной цветовой модели, позволяющей объективно оценить цветовые характеристики источников света и отражающих объектов. Первый стандарт на абстрактное цветовое пространство был принят в 1931-м году и носит название

CIE XYZ 1931.

Определение цвета в этой системе не связано с цветами, воспринимаемыми человеком, или с цветами, воспроизводимыми аппаратными средствами. При этом координата Y задается таким образом, чтобы ее распределение энергии совпадало с кривой чувствительности глаза человека (суммарная кривая на рис.5.1).

Пусть X, Y и Z – веса основных цветов CIE. Однако на практике удобней использовать относительные показатели цветности:Легко заметить, что x + y + z = 1. Поэтому на практике используются только два относительных показателя - x и y (z = 1 - x – y). Для

однозначного определения положения в трехмерном цветовом пространстве дополнительно используется координата Y. Широко известен цветовой график МКО который представляет собой проекцию пространства (x, y, Y) при Y= const. На границе области располагаются спектрально чистые (хроматичекие) цвета, а внутри – все видимые цвета. При этом все цвета, имеющие одинаковую цветность (x, y), но различную яркость, отображаются в одну точку графика МКО. При построении модели CIE XYZ разработчики хотели добиться 100%-чистого цвета постоянной яркости по всей длине видимого

спектра. В результате этого при пересчете XYZ- цветов в RGB -модель получались отрицательные значения Это означает, что не все цвета представимы в RGB-

пространстве. Внутри области МКО лежит кривая, соответствующая цветам абсолютно черного тела, на которой находятся стандартные точки МКО (точки A, B, C, D, E на рис.5.9). Стандартные точки соответствуют следующим величинам:

1) точка А (0.448;0,408) – цвет газонаполненной лампы накаливания с вольфрамовой нитью при 2850°К;

2) точка В (0.349;0,352) – солнечный свет в полдень (4800°К);

3) точка С (0.310;0,316) – полуденный свет при сплошной облач-

ности (6500°К);

4) точка D (0.313;0,329) – опорный цвет телевизионных систем

(6500°К);

5) точка E (0.333;0,333) – точка равных энергий (5700°К) в кото-

рой значения координат равны (x = y = z = 1/3).

Используя график МКО можно определять цвет дополнительный к заданному и доминирующий цвет светового потока. Для определения доминирующего цвета (доминирующей длины волны) следует соединить прямой линией точку заданного цвета и опорного белого, а затем продолжить до пересечения с границей области МКО. Чтобы определить дополнительный цвет, необходимо провести прямую через точки заданного цвета и точку опорного белого цвета и продолжить ее до пересечения с противоположной границей области.Недостатком модели CIE XYZ является то, что цветовое пространство этой модели является неоднородным, что затрудняет операции с цветами (величина разности двух цветов зависит от положения точек в пространстве). Для устранения этого и некоторых других недостатков старой системы в 1976 году был разработан новый стандарт

CIE L*a*b*. Координатами в данном цветовом пространстве являются:

L* – светлота;

а* – цвета от зеленого до красного;

b* – цвета от синего до желтого.

Пространство CIE L*a*b* ограничено сферой (рис.5.11). Параметры пространства рассчитаны на среднего стандартного наблюдателя. Определенной разнице координат двух точек в этом пространстве(двух цветов) можно поставить в соответствие среднеквадратичное отклонение:

Величина Δ E может служить оценкой качества изображения. В стандарте CIE L*a*b* определена градация Δ E, определяющее качествоизображения:

< 0.2 - незаметное отличие;

0.2 ÷ 0.5 - очень

незначительное;

0.5 ÷1.5 - незначительное;

1.5 ÷ 3 - отчетливое;

3 ÷ 6 - очень отчетливое;

6 ÷12 - сильное;

> 12 - очень сильное.

Данная система цветовых координат широко используется в до-

печатной подготовке цветных оттисков, т. к. позволяет выполнять коррекцию цвета, не изменяя соотношения цветов.

Конец 50 вопроса.

Гамма-коррекция — коррекция яркости цифрового изображения с помощью степеннóй функции. Гамма-коррекция позволяет:

приспособить изображение под устройство ввода-вывода с нелинейной яркостной характеристикой;

повысить контрастность, разборчивость тёмных участков изображения, не делая при этом чрезмерно контрастными или яркими светлые детали снимка.

Пример гамма-коррекции изображения на ЭЛТ.

Демонстрация гамма-коррекции изображения. Значения γ от 0,5 до 4 от исходного изображения (γ=1).

Значение γ=1 соответствует «идеальному» монитору, который имеет линейную зависимость отображения от белого к чёрному. Но таких мониторов не бывает — зависимость, в особенности для электронно-лучевых устройств, нелинейна. Большее значение гаммы означает более высокую нелинейность этой зависимости. Стандартное значение гаммы для стандарта видеоизображений NTSC — 2.2. Для дисплеев компьютера значение гаммы обычно составляет значения от 1.5 до 2

Математическая формула гамма-коррекции

Информация о яркости в аналоговом виде в телевидении, а также в цифровом виде в большинстве распространённых графических форматов, хранится в нелинейной шкале. Яркость пиксела на экране монитора, в первом приближении, можно считать пропорциональной

где I — яркость пиксела на экране дисплея (или яркости составляющих цвета, красной, зелёной и синей по отдельности), V — численное значение цвета от 0 до 1, а γ — показатель гамма-коррекции.

Исторически это обусловлено тем, что у электронно-лучевой трубки зависимость между количеством испускаемых фотонов и напряжением на катоде близка к формуле (1). Для жидкокристаллических мониторов, проекторов и т. д., где зависимость между напряжением и яркостью имеет более сложный характер, используются специальные компенсационные схемы.

При переносе графического файла между компьютерами копия изображения может выглядеть светлее или темнее, чем оригинал. Ситуация усложняется, если на компьютерах установлены различные операционные системы (например Microsoft Windows и GNU/Linux), или когда машины построены на базе разных аппаратных платформ (например, IBM PC и Macintosh).

Например, встроенная в формат PNG гамма-коррекция работает следующим образом: данные о настройках дисплея, видеоплаты и программного обеспечения (информация о гамме) сохраняется в файле вместе с самим изображением, что и обеспечивает идентичность копии оригиналу при переносе на другой компьютер.

Исправление гамма-коррекции фотоснимка

Если фотоснимок выглядит слишком темным или блеклым, попробуйте произвести его гамма-коррекцию. Помимо профессиональных средств обработки изображений эту возможность поддерживает, например, компактная программа просмотра изображений IrfanView.[3]

Проявление скрытых особенностей изображения

Гамма-коррекция позволяет проявить скрытые особенности полутонового изображения, показав в более четком виде скрытые тенью полутоновые переходы в его тёмной области. В частности, такие особенности в ряде случаев удается выявить на лунных снимках НАСА (подробнее...).[4]

Повышение контрастности печатного текста

Если буквы в отсканированном тексте выглядят слишком блёклыми и имеют недостаточную черноту, понижение (например до 0.5) показателя гамма-коррекции изображения увеличит контрастность букв на фоне бумаги. Понижение гамма-коррекции по сравнению с простым повышением контрастности позволяет увеличить «черноту» отпечатанных символов, но при этом не проявить дефекты бумаги (которые являются оттенками более светлых тонов).
Цветова́я температу́ра (спектрофотометрическая или колориметрическая температура; обозначается Тс) — характеристика хода интенсивности излучения источника света как функции длины волны в оптическом диапазоне. Согласно формуле Планка цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Характеризует относительный вклад излучения данного цвета в излучение источника, видимый цвет источника. Применяется в колориметрии, астрофизике

Применение

Цветовая температура источника света:

характеризует спектральный состав излучения источника света,

является основой объективности впечатления от цвета отражающих объектов и источников света.

По этим причинам она определяет ощущаемый глазом цвет предметов при наблюдении в данном свете (психология восприятия цвета).

В связи с тем, что цвет объекта зависит и от его собственных спектральных свойств, и от характера освещения, в технике стандартизуют наиболее распространённые источники света прежде всего по цветовой температуре.

Стандартные источники

Так, источник Д65 с цветовой температурой 6500 К имеет в своём спектре существенную ультрафиолетовую составляющую. Хотя человеческий глаз не воспринимает ультрафиолетовых лучей, многие объекты (в т. ч. красители) способны светиться под их действием.

Вот почему возникла необходимость в стандартизации УФ-составляющей для источников, имитирующих дневной свет (Д65) — ведь, например, без УФ-компоненты бумага будет не такой белой (в неё вводят белофоры), а реклама — не такой яркой (в ней часто используют люминесцирующие красители). Благодаря белофорам белизна современной бумаги может превышать 100 %.

Цветовая температура в фотографии, кинематографе и телевидении

Цветная фотоплёнка выпускается для определённых фиксированных цветовых температур источника света. Негативная и Слайдовая плёнка выпускались сбалансированными для съемки при дневном (5600К) свете или при свете ламп накаливания (3200К) - "вечерняя" пленка. Это позволяет получать сбалансированное по цвету изображение при различных источниках освещения без применения конверсионных фильтров и цветокоррекции. С появлением маскированных негативных цветных пленок, они стали выпускаться сбалансированными под промежуточную цветовую температуру - 4500К вследствие неизбежности цветокоррекции в процессе печати позитивного изображения. Таким образом, негативная пленка пригодна для съемки при любом освещении, давая изображение, требующее незначительной коррекции. При съемке на обращаемую пленку исправление готового изображения невозможно. Поэтому пленка для слайдов должна быть сбалансирована для реальных источников света. При профессиональной съемке слайдов для полиграфии применялись специальные приборы[1] для измерения цветовой температуры освещения (цветомеры) и конверсионные светофильтры. При профессиональной киносъемке эти же технологии применялись даже при съемке на негативную кинопленку. В цифровых фотоаппаратах и видеокамерах используется автоматическое определение цветовой температуры или ее предустановки в зависимости от сюжета съёмки. В цифровой фотографии и телевидении эта настройка называется "баланс белого". В некоторых случаях цветовую температуру можно переопределить при дальнейшей обработке цифрового снимка или видеозаписи, однако в большинстве случаев это ведет к потере качества цветопередачи. Изменение баланса белого без потерь качества возможно при записи несжатого фото- и видеоизображения - RAW. Последнее широко применяется в цифровом кинематографе.