Цифрове представлення кольору

Три плями фарби на білому папері, освітлені білим світлом

Колір - це дуже суб'єктивне поняття. У природі існують світлові хвилі різної частоти. Дослідження показали, що певний діапазон частот (видиме світло) сприймається людським оком. Але сприймається не кожна хвиля окремо, а їх сукупність. Причому є три основних частоти, «змішуючи» які можна отримати майже всі сприймаються людиною кольору. Якщо ці частоти випромінюються окремо (наприклад, лазером), то сприймаються вони як червоний, зелений і синій кольори. Звідси народилася RGB модель. Вона дуже зручна для технічної реалізації в пристроях, які світло випромінюють (монітори і проектори). Так як там з однієї точки можна «посвітити» трьома кольорами різної інтенсивності і таким чином, використовуючи тільки 3 основних кольору, отримувати майже весь видимий спектр.

Треба розуміти різницю між можливістю контролювати світло випромінюється і поглинається.

Якщо на білу стіну посвітити червоним, зеленим і синім прожектором, то на перетині областей ми отримаємо ділянки, які «випромінюють» відразу два кольори: червоний + зелений = yellow. зелений + синій = cyan. синій + червоний = magenta. В даному випадку ми контролюємо випромінюється світло, тим самим додаючи основні кольори один до одного в потрібних пропорціях (адитивна модель).

Але уявімо ситуацію, коли ми не можемо випромінювати світло самостійно. Це випадок журналів і картин. У природі природним є біле світло - суміш хвиль різної частоти, але приблизно однаковою енергії (теплове випромінювання). Коли цей світ потрапляє на поверхню, покриту певним речовиною, хвилі одних частот від неї відображаються, хвилі інших частот поглинаються речовиною. Тоді можна взяти три основних речовини (фарби), які окремо відображають лише кольори cyan, magenta і yellow, і, змішуючи їх в певній пропорції, отримати майже всі існуючі кольору. Таким чином ми контролюємо поглинається світло, віднімаючи з білого непотрібні нам кольору (субтрактивна модель).

Наприклад, змішуючи cyan (блакитний; поглинає червоний, відображає зелений і синій) і magenta (рожевий; поглинає зелений, відображає червоний і синій) ми отримуємо поверхню, яка поглинає червоний і зелений і, відповідно, відображає тільки синій. Звідси з'явилася колірна схема CMYK. яка використовується при друку. «K» означає четверту, чорну, фарбу. Її використовують з технічних міркувань.

XYZ Правити

xy площину (відзначена на зображенні XYZ синім зрізом). На краю, обведений чорним, знаходяться монохроматические кольору. Відповідна їм довжина хвилі підписана синім.

XYZ - теоретична модель, створена CIE (Commission internationale de l'éclairage) на основі досліджень людського сприйняття кольорів. Ця модель вміщує всі видимі людині кольору. Вона розроблена таким чином, що два компонента представляють колір, а третій - яскравість (Y).

xyY Правити

Для ілюстрацій використовують модель xyY. яка утворюється з XYZ простими перетвореннями. При цьому тривимірними зображеннями зазвичай не заморочуються і компонент яскравості відкидається. Що виходять xy діаграма має одна чудова властивість: якщо вибрати на ній три основних (primary) кольору, то всередині утвореного ними трикутника виявляться всі кольори, які можна уявити за допомогою цих праймарі. Взагалі, це поширюється на будь-який n-кутник. На цій властивості і заснована RGB модель.

RGB і YCbCr Правити

RGB зручна для захоплення квітів камерою і відтворення їх на моніторі або проекторі. Однак для передачі і кодування сигналу вона мало придатна з кількох причин:

Вважається, що людське око більше зауважує зміни яскравості, ніж кольоровості. RGB модель не дозволяє це використовувати.
Коли з'явилося кольорове телебачення, необхідно було зберегти сумісність з чорно-білими телевізорами.

Тому для передачі кольорового сигналу була розроблена модель YUV. яка використовувала один компонент (Y) для передачі яскравості (чорно-біле телебачення) і два додаткових компонента (UV) для передачі кольору. У цифровому кодуванні схожа модель зветься YCbCr.

Примітки Правити

джерела Правити

Самі стандарти. Чи не перевірені SMPTE 240M, SMPTE 260M, SMPTE 293M, SMPTE 295M, SMPTE RP 145, SMPTE RP 177, NTSC 1953 IEC 61966-2-4.

«Digital Video and HDTV: Algorithms and Interfaces», Charles Poynton
«The Reproduction of Colour» (6th Edition), R.W.G. Hunt (переклад Олексій Шадрін)
«Video Demystified. A Handbook for the Digital Engineer »(5th Edition), Jack K.