Barevný model

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 7. srpna 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Barevný model  - matematický model pro popis reprezentace barev ve formě n-tic čísel (obvykle ze tří, méně často - čtyř hodnot), nazývaných barevné složky nebo barevné souřadnice . Všechny možné hodnoty barev dané modelem definují barevný prostor .

Barevný model specifikuje shodu mezi barvami vnímanými člověkem a barvami vytvořenými na výstupních zařízeních (snad za daných podmínek).

Barevný prostor CIE XYZ

Člověk je trichromát  - sítnice oka má tři typy receptorů (čípků) odpovědných za barevné vidění . Můžeme předpokládat, že každý typ kužele dává svou vlastní odezvu na určitou vlnovou délku viditelného spektra .

Důležitou vlastností (pro všechny fyzicky realizovatelné barvy) je nezápornost jak funkcí odezvy, tak výsledných barevných souřadnic pro všechny barvy. Systém založený na odezvách kužele lidského oka je barevný model LMS .

Historicky se k měření barev používá jiný barevný prostor - XYZ - referenční barevný model specifikovaný v přísném matematickém smyslu Mezinárodní komisí pro osvětlení ( francouzská  Commission internationale de l'éclairage, CIE ) v roce 1931. Model CIE XYZ je hlavním modelem pro téměř všechny ostatní barevné modely používané v technických oborech.

Experimenty provedené Davidem  Wrightem [2] a Johnem Guildem [3] na konci 20. a na počátku 30. let 20. století poskytly základ pro určení funkcí přizpůsobení barev .  Funkce přizpůsobení barev byly původně definovány pro zorné pole 2 stupňů (byl použit vhodný kolorimetr ). V roce 1964 zveřejnil výbor CIE další údaje pro 10stupňové zorné pole. Podobně jako u souřadnic LMS je tedy barva XYZ nastavena následovně:

kde  je spektrální hustota nějaké fotometrické veličiny energie, například tok záření, jas energie atd., v absolutních nebo relativních hodnotách.

Pro model byly zvoleny podmínky tak, aby složka Y odpovídala vizuálnímu jasu signálu (  - to je stejná relativní spektrální světelná účinnost monochromatického záření pro denní vidění, která se používá ve všech světelných fotometrických veličinách), Z souřadnice odpovídala S odezvy („krátké“, krátkovlnné, „modré“) kužely a souřadnice X byla vždy nezáporná. Křivky odezvy jsou normalizovány tak, aby plocha pod všemi třemi křivkami byla stejná. To se děje tak, aby jednotné spektrum, jehož barva je za kolorimetrických podmínek pozorování považována za bílou, mělo stejné hodnoty složek XYZ a v budoucnu by při analýze barvy bylo snazší určit barevný tón jednoduše odečtením stejných hodnot XYZ od barvy. Funkce odezvy a souřadnice XYZ jsou také nezáporné pro všechny fyzicky realizovatelné barvy. Je zřejmé, že ne pro každou kombinaci XYZ existuje monochromatická spektrální čára (odpovídající barvě duhy), která by těmto souřadnicím odpovídala. V grafu vpravo je X červená křivka, Y je zelená a Z je modrá.

Barevný prostor XYZ nedefinuje okamžitě odezvy čípků na lidské sítnici, protože jde o velmi silně transformovaný barevný model za účelem získání barevných hodnot, a tedy i schopnosti rozlišit jedno spektrum od druhého, počínaje fotometrickým jasem. záření (Y). Samotný jas Y nelze interpretovat jako odezvu „zelených“ čípků, tato funkce pro denní vidění, která je třístimulová, je dána všemi reálnými odezvami receptorů. Zpočátku byl model CIE 1931 XYZ získán konverzí modelu CIE 1931 RGB, který je zase výsledkem přímého experimentu míchání a vizuálního srovnání záření různého spektrálního složení. Jakýkoli barevný model lze převést na model XYZ, protože tento model definuje všechna pravidla pro míchání barev a nastavuje omezení pro všechna spektrální složení záření, která mají stejnou barvu.

Chromatické souřadnice (x;y) a barevný prostor xyY

Pokud formálně sestrojíme řez prostoru XYZ rovinou , pak můžeme dvě zbývající lineárně nezávislé souřadnice zapsat ve tvaru

. podobné, ale volitelné:

Takový úsek se nazývá chromatický diagram (chromatický diagram).

V prostoru XYZ bod (X,0,0), jak lze snadno vypočítat pomocí vzorců, odpovídá bodu xy=(1,0) na chromatickém diagramu. Podobně bod XYZ=(0,Y,0) odpovídá bodu xy=(0,1) a nakonec bod XYZ=(0,0,Z) odpovídá bodu xy=(0,0). Je vidět, že všechny reálné barvy získané jakýmkoli spektrálním složením záření, včetně monochromatických (spektrálních barev), nedosahují takto „čistých“ hodnot. Tento vzor vyplývá z pravidla míchání barev a je projevem toho, že je nemožné získat odezvu některých kuželů bez odezvy jiných (byť velmi malé), a také toho, že jas Y nemůže mít nulu. nebo malá hodnota pro určitou odezvu jakýchkoli kuželů.

Barevný prostor xyY lze nastavit nastavením hodnoty chrominance na (x, y) pro danou hodnotu jasu Y.

V tomto případě je pro souřadnice x a y nadále splněna podmínka nezápornosti.

Nezaměňujte světlost Y u modelů XYZ a xyY se světlostí Y u modelů YUV nebo YCbCr .

Fyzické barvy

Pokud jsou na xy chromatickém diagramu vyznačeny všechny možné monochromatické barvy spektra, pak tvoří otevřenou konturu, tzv. spektrální místo. Uzavření tohoto obrysu na základně "jazyka" se nazývá fialová čára. Všechny barvy, které lze realizovat jako součet spektrálních čar daného jasu, budou ležet uvnitř této kontury. To znamená, že mimo obrys je XYZ barevných bodů, které sice mají kladné hodnoty každé složky, nicméně při daném jasu (konstantě ) nelze získat odpovídající odezvu čípků .

Zároveň lze takové barvy (stejně jako barvy s negativními souřadnicemi obecně) použít ve výpočtech. Například fyzicky nerealizovatelné barvy byly zvoleny jako základní barvy pro prostor Prophoto RGB .

Barevné prostory XYZ odvozené od CIE

Barevné modely lze klasifikovat podle jejich účelu:

  1. L*a*b*  je barevný prostor se stejným kontrastem, ve kterém vzdálenost mezi barvami odpovídá míře, do jaké se barvy cítí odlišné.
  2. Aditivní modely - kde se barva získává přidáním k černé ( třída RGB ).
  3. Subtraktivní modely - získávání barvy "odečtením" barvy z bílého listu ( CMY , CMYK ).
  4. Modely pro kódování barevných informací při kompresi obrazu a videa.
  5. Matematické modely užitečné pro zpracování obrazu, jako je HSV .
  6. Modely, ve kterých je shoda barev specifikována v tabulce ( Pantone Color Model )

Všechny modely jsou redukovány na XYZ vhodnými matematickými transformacemi. Za příklady lze považovat:

Barevný rozsah modelů výstupních zařízení

Graf Yxy se používá k ilustraci charakteristik barevného gamutu (angl. color gamut ) různých zařízení pro reprodukci barev - displejů a tiskáren prostřednictvím jejich příslušných barevných modelů.

Jak již bylo zmíněno, ke konkrétním souřadnicím prostoru RGB nebo CMYK lze přiřadit jakoukoli trojici čísel XYZ. Barva tedy bude odpovídat jasu barevných kanálů nebo hustotě barev. Fyzická proveditelnost barvy na zařízení klade podmínku nezápornosti souřadnic. Na zařízení tak může být fyzicky implementována pouze některá podmnožina Yxy. Tato oblast se nazývá barevný prostor zařízení.

Konkrétní gamut má obvykle podobu mnohoúhelníku, jehož rohy jsou tvořeny body primárních neboli primárních barev. Vnitřní plocha popisuje všechny barvy, které je dané zařízení schopno reprodukovat.

Obrázek vpravo ukazuje barevné škály různých vykreslovacích pomůcek:

Viz také

Poznámky

  1. ↑ CIE - MEZINÁRODNÍ KOMISE PRO OSVĚTLENÍ (downlink) . Získáno 3. června 2008. Archivováno z originálu 3. června 2005. 
  2. ↑ William David Wright. Nové stanovení trichromatických koeficientů spektrálních barev  (anglicky)  // Transactions of the Optical Society. - 1928. - Sv. 30 . - S. 141-164 . - doi : 10.1088/1475-4878/30/4/301 .
  3. ↑ John Guild. Kolorimetrické vlastnosti spektra  (anglicky)  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London . - 1931. - Sv. A230 . - S. 149-187 .
  4. ↑ Standardní výchozí barevný prostor pro Internet - sRGB . Datum přístupu: 13. ledna 2010. Archivováno z originálu 23. srpna 2011.

Odkazy

 Barevné modely