Кодирование графической информации Цветовые модели Презентация к уроку © Подготовил: Габриков А. А. МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ. - презентация

1 Кодирование графической информации Цветовые модели Презентация к уроку © Подготовил: Габриков А. А. МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА 7 г. ИРКУТСКА ИРКУТСК 2009

2 Два способа представления графической информации Растровый подход Растровый подход Изображение рассматривается как совокупность отдельных точек (пикселей). Изображение рассматривается как совокупность отдельных точек (пикселей). Векторный подход Векторный подход Изображение рассматривается как совокупность графических примитивов: линий, окружностей, многоугольников. Изображение рассматривается как совокупность графических примитивов: линий, окружностей, многоугольников.

3 Два способа представления графической информации Растровый подход Растровый подход В памяти хранятся коды цветов пикселей, составляющих изображение, перечисленные в определенном порядке. В памяти хранятся коды цветов пикселей, составляющих изображение, перечисленные в определенном порядке. Векторный подход Векторный подход В памяти хранятся коды параметров графических примитивов. Положение и форма задаются в системе координат. В памяти хранятся коды параметров графических примитивов. Положение и форма задаются в системе координат.

4 Цветовая модель Цветовая модель термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных, множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство. Цветовая модель термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных, множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

5 Цветовое пространство Цветовые пространства описываются набором цветовых координат и правилами построения цветов. К примеру, RGB является трёхмерным цветовым пространством, где каждый цвет описан набором из трёх координат каждая из них отвечает компоненте цвета в разложении на красный, зелёный и синий цвета. Количество координат задаёт размерность пространства. Существует масса цветовых пространств различной размерности от одномерных, которые могут описать исключительно монохромное изображение, до шести и десяти-мерных, таких, например, как пространство CMYKLcLm (Cyan, Magenta, Yellow, Key color, lightCyan, lightMagenta). Цветовые пространства описываются набором цветовых координат и правилами построения цветов. К примеру, RGB является трёхмерным цветовым пространством, где каждый цвет описан набором из трёх координат каждая из них отвечает компоненте цвета в разложении на красный, зелёный и синий цвета. Количество координат задаёт размерность пространства. Существует масса цветовых пространств различной размерности от одномерных, которые могут описать исключительно монохромное изображение, до шести и десяти-мерных, таких, например, как пространство CMYKLcLm (Cyan, Magenta, Yellow, Key color, lightCyan, lightMagenta).

6 Наше зрение Человек является трихроматом сетчатка глаза имеет 3 вида рецепторов света, ответственных за цветное зрение (колбочки). Каждый вид колбочек реагирует на определённый диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый в колбочках светом определённого спектра, называется цветовым стимулом, при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул и, таким образом, восприниматься человеком одинаково. Это явление называется метамерией два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами, будут неразличимы для человека. Человек является трихроматом сетчатка глаза имеет 3 вида рецепторов света, ответственных за цветное зрение (колбочки). Каждый вид колбочек реагирует на определённый диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый в колбочках светом определённого спектра, называется цветовым стимулом, при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул и, таким образом, восприниматься человеком одинаково. Это явление называется метамерией два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами, будут неразличимы для человека.

7 Являясь линейным пространством, пространство цветовых стимулов имеет свойство аддитивного смешивания сумма двух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этих двух цветов (Закон Грассмана). Таким образом, можно описывать любые цвета (вектора цветового пространства) через линейную комбинацию цветов, выбранных в качестве базиса. Такие цвета называют основными (англ. primary colors). Чаще всего в качестве основных цветов выбирают красный, зелёный и синий (модель RGB) Являясь линейным пространством, пространство цветовых стимулов имеет свойство аддитивного смешивания сумма двух цветовых векторов будет соответствовать цвету, равному получаемому смешением этих двух цветов (Закон Грассмана). Таким образом, можно описывать любые цвета (вектора цветового пространства) через линейную комбинацию цветов, выбранных в качестве базиса. Такие цвета называют основными (англ. primary colors). Чаще всего в качестве основных цветов выбирают красный, зелёный и синий (модель RGB)

8 Цветовые модели Некоторые цветовые модели используются для цветовоспроизведения, например воспроизведения цвета на экранах телевизоров и компьютеров, или цветной печати на принтерах. Используя явление метамерии, устройства цветовоспроизведения не воспроизводят оригинальный спектр изображения, а лишь имитируют стимульную составляющую этого спектра, что в идеале позволяет получить картину неотличимую человеком от оригинальной сцены. Некоторые цветовые модели используются для цветовоспроизведения, например воспроизведения цвета на экранах телевизоров и компьютеров, или цветной печати на принтерах. Используя явление метамерии, устройства цветовоспроизведения не воспроизводят оригинальный спектр изображения, а лишь имитируют стимульную составляющую этого спектра, что в идеале позволяет получить картину неотличимую человеком от оригинальной сцены.

9 Классификация и различия цветовых моделей Цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности: Цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности: XYZ описание восприятия; L*a*b* то же пространство в других координатах. XYZ описание восприятия; L*a*b* то же пространство в других координатах. Аддитивные модели рецепты получения цвета на мониторе (например, RGB). Аддитивные модели рецепты получения цвета на мониторе (например, RGB). Полиграфические модели получение цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования (например, CMYK). Полиграфические модели получение цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования (например, CMYK). Модели, не связанные с физикой оборудования, являющиеся стандартом передачи информации. Модели, не связанные с физикой оборудования, являющиеся стандартом передачи информации. Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSV. Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSV.

10 Модель RGB RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue красный, зелёный, синий) аддитивная цветовая модель, как правило описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём добавления к черному. RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue красный, зелёный, синий) аддитивная цветовая модель, как правило описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём добавления к черному.

11 Модель RGB Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий) например, синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный (M magenta), при смешении зеленого (G) и красного (R) жёлтый (Y yellow), при смешении зеленого (G) и синего (B) циановый (С cyan). При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W). Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и синий) например, синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный (M magenta), при смешении зеленого (G) и красного (R) жёлтый (Y yellow), при смешении зеленого (G) и синего (B) циановый (С cyan). При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W).

12 Модель RGB Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку [0,1], что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1. Для большинства приложений значения координат r, g и b можно считать принадлежащими отрезку [0,1], что представляет пространство RGB в виде куба 1×1×1. В компьютерах для представления каждой из координат традиционно используется один октет, значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно. В компьютерах для представления каждой из координат традиционно используется один октет, значения которого обозначаются для удобства целыми числами от 0 до 255 включительно.

13 Кодирование цветов В HTML используется #RrGgBb-запись, называемая также шестнадцатеричной: каждая координата записывается в виде двух шестнадцатеричных цифр, без пробелов. Например, #RrGgBb- запись белого цвета #FFFFFF. В HTML используется #RrGgBb-запись, называемая также шестнадцатеричной: каждая координата записывается в виде двух шестнадцатеричных цифр, без пробелов. Например, #RrGgBb- запись белого цвета #FFFFFF. Цвет D FF 00 FF - лиловый

14 Система CMYK Четырёхцветная автотипия (CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Key color или blacK) субтрактивная схема формирования цвета, используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати. Схема CMYK, как правило, обладает сравнительно небольшим цветовым охватом. Четырёхцветная автотипия (CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Key color или blacK) субтрактивная схема формирования цвета, используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати. Схема CMYK, как правило, обладает сравнительно небольшим цветовым охватом.

15 Система CMYK Так как модель CMYK применяют в основном в полиграфии при цветной печати, а бумага и прочие печатные материалы являются поверхностями, отражающими свет, удобнее считать, какое количество света (и цвета) отразилось от той или иной поверхности, нежели сколько поглотилось. Таким образом, если вычесть из белого три первичных цвета, RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY. «Субтрактивный» означает «вычитаемый» из белого вычитаются первичные цвета. Так как модель CMYK применяют в основном в полиграфии при цветной печати, а бумага и прочие печатные материалы являются поверхностями, отражающими свет, удобнее считать, какое количество света (и цвета) отразилось от той или иной поверхности, нежели сколько поглотилось. Таким образом, если вычесть из белого три первичных цвета, RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY. «Субтрактивный» означает «вычитаемый» из белого вычитаются первичные цвета.

16 Основные причины использования дополнительного чёрного цвета На практике смешение реальных пурпурного, голубого и жёлтого цветов даёт скорее грязно-коричневый или грязно- серый цвет. Так как чистота и насыщенность чёрного цвета чрезвычайно важна в печатном процессе, в печатный процесс был введён ещё один цвет. На практике смешение реальных пурпурного, голубого и жёлтого цветов даёт скорее грязно-коричневый или грязно- серый цвет. Так как чистота и насыщенность чёрного цвета чрезвычайно важна в печатном процессе, в печатный процесс был введён ещё один цвет. При выводе мелких чёрных деталей изображения или текста без использования чёрного пигмента возрастает риск неприводки (недостаточно точное совпадение точек нанесения) пурпурного, голубого и жёлтого цветов. Увеличение же точности печатающего аппарата требует неадекватных затрат. При выводе мелких чёрных деталей изображения или текста без использования чёрного пигмента возрастает риск неприводки (недостаточно точное совпадение точек нанесения) пурпурного, голубого и жёлтого цветов. Увеличение же точности печатающего аппарата требует неадекватных затрат. Смешение 100 % пурпурного, голубого и жёлтого пигментов в одной точке в случае струйной печати существенно смачивает бумагу, деформирует её и увеличивает время просушки. Смешение 100 % пурпурного, голубого и жёлтого пигментов в одной точке в случае струйной печати существенно смачивает бумагу, деформирует её и увеличивает время просушки. Чёрный пигмент существенно дешевле остальных трёх. Чёрный пигмент существенно дешевле остальных трёх.

17 Система HSV HSV (англ. Hue, Saturation, Value тон, насыщенность, значение) или HSB (англ. Hue, Saturation, Brightness оттенок, насыщенность, яркость) цветовая модель, в которой координатами цвета являются: HSV (англ. Hue, Saturation, Value тон, насыщенность, значение) или HSB (англ. Hue, Saturation, Brightness оттенок, насыщенность, яркость) цветовая модель, в которой координатами цвета являются: Hue цветовой тон, (например, красный, зелёный или сине-голубой). Варьируется в пределах 0360°, однако иногда приводится к диапазону 0100 или 01. Hue цветовой тон, (например, красный, зелёный или сине-голубой). Варьируется в пределах 0360°, однако иногда приводится к диапазону 0100 или 01. Saturation насыщенность. Варьируется в пределах или 01. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. А чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому. Saturation насыщенность. Варьируется в пределах или 01. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. А чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому. Value (значение цвета) или Brightness яркость. Также задаётся в пределах 0100 и 01. Value (значение цвета) или Brightness яркость. Также задаётся в пределах 0100 и 01.

18 Трёхмерные визуализации пространства HSV - Цилиндр Простейший способ отобразить HSV в трёхмерное пространство воспользоваться цилиндрической системой координат. Здесь координата H определяется полярным углом, S радиус-вектором, а V Z-координатой. То есть, оттенок изменяется при движении вдоль окружности цилиндра, насыщенность вдоль радиуса, а яркость вдоль высоты. Простейший способ отобразить HSV в трёхмерное пространство воспользоваться цилиндрической системой координат. Здесь координата H определяется полярным углом, S радиус-вектором, а V Z-координатой. То есть, оттенок изменяется при движении вдоль окружности цилиндра, насыщенность вдоль радиуса, а яркость вдоль высоты.

19 Трёхмерные визуализации пространства HSV - Цилиндр Несмотря на «математическую» точность, у такой модели есть существенный недостаток: на практике количество различимых глазом уровней насыщенности и оттенков уменьшается при приближении яркости (V) к нулю (то есть, на оттенках, близких к чёрному). Также на малых S и V появляются существенные ошибки округления при переводе RGB в HSV и наоборот. Несмотря на «математическую» точность, у такой модели есть существенный недостаток: на практике количество различимых глазом уровней насыщенности и оттенков уменьшается при приближении яркости (V) к нулю (то есть, на оттенках, близких к чёрному). Также на малых S и V появляются существенные ошибки округления при переводе RGB в HSV и наоборот.

20 Трёхмерные визуализации пространства HSV - Конус Другой способ визуализации цветового пространства конус. Как и в цилиндре, оттенок изменяется по окружности конуса. Насыщенность цвета возрастает с отдалением от оси конуса, а яркость с приближением к его основанию. Иногда вместо конуса используется шестиугольная правильная пирамида. Другой способ визуализации цветового пространства конус. Как и в цилиндре, оттенок изменяется по окружности конуса. Насыщенность цвета возрастает с отдалением от оси конуса, а яркость с приближением к его основанию. Иногда вместо конуса используется шестиугольная правильная пирамида.

21 Визуализация HSV в прикладном ПО Цветовой круг. Цветовой круг. Эта визуализация состоит из цветового круга (то есть, поперечного сечения цилиндра) и движка яркости (высоты цилиндра). Эта визуализация получила широкую известность по первым версиям ПО компании Corel. На данный момент применяется чрезвычайно редко, чаще используют кольцевую модель Эта визуализация состоит из цветового круга (то есть, поперечного сечения цилиндра) и движка яркости (высоты цилиндра). Эта визуализация получила широкую известность по первым версиям ПО компании Corel. На данный момент применяется чрезвычайно редко, чаще используют кольцевую модель

22 Визуализация HSV в прикладном ПО Цветовое кольцо. Цветовое кольцо. Оттенок представляется в виде радужного кольца, а насыщенность и значение цвета выбираются при помощи вписанного в это кольцо треугольника. Его вертикальная ось, как правило, регулирует насыщенность, а горизонтальная позволяет изменять значение цвета. Таким образом, для выбора цвета нужно сначала указать оттенок, а потом выбрать нужный цвет из треугольника. Оттенок представляется в виде радужного кольца, а насыщенность и значение цвета выбираются при помощи вписанного в это кольцо треугольника. Его вертикальная ось, как правило, регулирует насыщенность, а горизонтальная позволяет изменять значение цвета. Таким образом, для выбора цвета нужно сначала указать оттенок, а потом выбрать нужный цвет из треугольника.

23 Использование HSV Часто художники предпочитают использовать HSV вместо других моделей, таких как RGB и CMYK, потому что они считают, что устройство HSV ближе к человеческому восприятию цветов. RGB и CMYK определяют цвет как комбинацию основных цветов (красного, зелёного и синего или жёлтого, розового, голубого и чёрного соответственно), в то время как компоненты цвета в HSV отображают информацию о цвете в более привычной человеку форме: Что это за цвет? Насколько он насыщенный? Насколько он светлый или тёмный? Часто художники предпочитают использовать HSV вместо других моделей, таких как RGB и CMYK, потому что они считают, что устройство HSV ближе к человеческому восприятию цветов. RGB и CMYK определяют цвет как комбинацию основных цветов (красного, зелёного и синего или жёлтого, розового, голубого и чёрного соответственно), в то время как компоненты цвета в HSV отображают информацию о цвете в более привычной человеку форме: Что это за цвет? Насколько он насыщенный? Насколько он светлый или тёмный?