Modele barw w grafice komputerowej Atrybuty barw Klasa

Modele barw w grafice komputerowej Atrybuty barw Klasa III 1

Pojęcie Barwy � Barwa to wrażenie wzrokowe wywoływane w mózgu człowieka (i zwierząt), poprzez promieniowanie padające na receptory oka. � Tak więc barwa pochodzi od światła, a światło tworzą fale elektromagnetyczne o określonej długości. Przyjmuje się, że oko ludzkie rejestruje fale długości z zakresu 400 -700 nm(1 nanometr=jedna milionowa milimetra). Człowiek może rozróżnić ok. 150 różnych barw zawartych pomiędzy fioletem a czerwienią. Aby uniknąć problemów z nazewnictwem, w dyscyplinach takich jak kolorymetria, technika świetlna i grafika komputerowa zaproponowano używanie pojęcia barwa na określenie wrażeń wzrokowych. Powszechnie używane określenie kolor jest kalką językową i prowadziłoby do nieporozumień ( np. w przypadku barw achromatycznych). Kolorymetria jest dyscypliną zajmującą się barwami: definiowaniem i opisywaniem barw oraz ich właściwościami. 2

Fale elektromagnetyczne różnią się znacznie częstotliwością i długością, przez co mają różne własności. Najdłuższe fale (o najmniejszej częstotliwości) służą do przesyłania audycji radiowych na duże odległości (1 program PR – 225 k. Hz), krótsze fale są wykorzystywane w komunikacji telewizyjnej (TVP 1 Koszalin - Góra Chełmska, kanał 37 tj. 599, 25 MHz) i satelitarnej. Wąski zakres stosunkowo krótkich fal elektromagnetycznych wykorzystują nasze oczy. Specyfika tych fal jest ujęta w oddzielnym dziale fizyki - optyce. Współczesna technika laserowa wykorzystuje fale z okolic tego zakresu (CD/DVD/Blue-Ray). Jeszcze krótsze fale, znane jako promienie Roentgena wykorzystywane są przede wszystkim w diagnostyce medycznej. 3 Rys. Światło jako część widma fal elektromagnetycznych, które widzimy

Światło białe składa się ze wszystkich długości fal elektromagnetycznych z zakresu widzialnego (400 nm ÷ 700 nm), występujących w nim w równych ilościach. 4

Powstawanie wrażenia barwy Od źródła światła do człowieka Światło może docierać do oka bezpośrednio ze źródła światła lub po odbiciu od obiektu. Postrzegana barwa obiektu zależy od barwy światła i od tego, które długości fal potrafi odbijać. 1. 5

2. Z oka do mózgu � Na siatkówce oka tworzony jest pomniejszony i odwrócony obraz obserwowanego obiektu. � Receptory siatkówki przekształcają informację o natężeniu światła i długości fal świetlnych na impulsy, które przez nerw wzrokowy przesyłane są do mózgu. � Mózg interpretuje te informacje jako jasność i barwę. 6

Trzecie prawo Grassmana � Każdą dowolnie wybraną barwę można otrzymać za pomocą trzech liniowo niezależnych barw. Trzy barwy tworzą układ niezależnych liniowo barw, jeżeli dowolne zsumowanie dwóch z nich nie może dać trzeciej barwy układu. Model RGB Model CMY Mieszanie addytywne jest mieszaniem świateł. Mieszaniem promieniowania. Mieszanie subtraktywne jest mieszaniem farb. 7

Atrybuty barwy � Odcień barwy (kolor, ton, Hue) - różnica jakościowa barwy (np. czerwony, zielony), określana w fizyce przez dominującą długość fali. � Nasycenie (Saturation) - odstępstwo barwy od bieli (np. czerwień, róż, biel), określane w fizyce przez czystość pobudzenia (e 2 -e 1) � Jasność (wartość, Value, jaskrawość, luminancja) - wskazuje czy barwa jest bliższa bieli czy czerni (np. czysta biel, szarości, czerń), w fizyce jest proporcjonalna do całki z widmowego rozkładu energii. 8

Barwy � Barwy chromatyczne (barwy kolorowe) - wszystkie kolory, w których można wyróżnić dominantę, choćby niewielką, jakiejś barwy - są to wszystkie kolory prócz czerni, bieli i wszystkich szarości. � Barwy achromatyczne (barwy niekolorowe) - wszystkie barwy nie posiadające dominanty barwnej - kolory: biały, czarny oraz wszystkie 9 stopnie szarości. Rys. Barwy proste i ich długość oraz częstotliwość

Podział modeli barw Ukierunkowane na użytkownika: 1. � HSB(HSL lub HSV) Ukierunkowane na sprzęt: 2. � RGB, � CMYK Niezależne od urządzenia: 3. � CIE XYZ � CIE La*b* Każdy model barw ma własną przestrzeń kolorów, a co za tym idzie- własny zakres kolorów możliwych do uzyskania oraz własny sposób ich tworzenia i identyfikowania. 10

Model barw HSB � � � � model ten nawiązuje do sposobu postrzegania koloru przez oko człowieka. Model ten oparto na wartościach określających: H – barwę (hue), która jest identyfikowana z nazwą koloru, taką jak np. czerwony, pomarańczowy czy zielony. Barwę mierzy się jako położenie na standardowym kole barw i wyrażona jest w stopniach kątowych w zakresie od 0′ do 360′. S – nasycenie (saturation) czyli stosunek szarości do czystego odcienia danej barwy i wyrażone jest w procentach od 0% dla pełnej szarości do 100% dla czystego koloru, pełnego nasycenia. B – jasność ( brightness ) wyraża się zazwyczaj w procentach od 0 % dla pełnej czerni do 100 % dla pełnej bieli. Często litera B jest zastępowana literą L (Lightness- oznaczającą jasność)lub literą V (Value- wartość). W modelu HSB nie występuje mieszanie kolorów składowych. 11 Stożek przestrzeni barw HS

Model barw RGB � Ukierunkowany jest na sprzęt tworzący barwę w wyniku emisji światła: monitory, skanery, cyfrowe aparaty fotograficzne. � Spektrum monitora: czerwony (Red) - zielony (Green) - niebieski (Blue). � Grupa trzech plamek luminoforów emituje światło o barwach R, G , B. Barwa piksela jest addytywną mieszaniną tych barw. 12

Model barw RGB 13

Sprzętowe tryby barwy RGB � Wartość barwy - liczbowa reprezentacja barwy piksela. � Głębokość bitowa - liczba bitów przeznaczona w danym trybie RGB do zapisu wartości barwy. � Obraz dwubarwny: � liczba możliwych do uzyskania barw: 2, • � wartość barwy: { 0, 1}, � głębokość bitowa: 1. 14 Obraz w skali szarości (256 odcieni)

Sprzętowe tryby barwy RGB � Paleta barw: � liczba możliwych do uzyskania barw: wybrana z określonej gamy barw, np. 28 = 256, � wartość barwy: { 0, 1, 2, . . . , 255 }, � głębokość bitowa: 8. 15 � True Color: � liczba możliwych do uzyskania barw: 2 8× 3 = 16 777216, � wartość barwy: { R, G, B }, gdzie R, G, B ∈ <0, 255>, � głębokość bitowa: 24.

Sprzętowe tryby barwy RGB � Palety pośrednie: � • liczba możliwych do uzyskania barw: 23 × 5 = 32 768 lub 2(5+6+5) = 65 536, � wartość barwy: { R, G, B }, � głębokość bitowa: 15 lub 16. � Obliczenie wielkości pamięci obrazu: �(n×m) × głębokość bitowa � Obraz dwubarwny: 800× 600 bitów = 60000 B = 60000/1024 KB = 58, 6 KB � Obraz True Color: 800× 600× 24 = 1, 37 MB, 1024× 768× 24 = 2, 25 MB 16 1 B = 8 bitów, 1 KB = 1024 B, 1 MB = 1024 KB

Model barw CMY � Ukierunkowany jest na sprzęt drukujący: drukarki, maszyny drukarskie. � Pigment farb/atramentów pochłania określone długości fali, a odbija pozostałe. Dlatego farby druku C, M, Y nazywa się subtraktywnymi. � Barwy podstawowe: 17

Model CMYK � Aby poprawić kolorystykę druku do atramentów C, M, Y dołączono atrament czarny K (blac. K), który zastępuje (całkowicie lub częściowo) tą część atramentów C, M, Y, które w barwie CMY tworzą neutralną szarość. 1. 2. 18 Ze względu na zanieczyszczenie atramentów wydrukowana barwa CMYK różni się od barwy CMY. Drukarki stosują własne procedury generowania czerni, więc nie mamy kontroli nad tym procesem. Uzyskuje się ją przy tworzeniu wyciągów barwnych dla druku w drukarni.

Modele CIE la*b* Isnieje wiele standardów Lab, np. CIELab (Commission Internationale d'Eclairage) używany jest jako fizyczna przestrzeń odniesienia, w którą odwzorowywane są inne modele koloru. Standardy Lab zbudowane są na bazie tzw. trójchromatycznego modelu percepcji barw, CIE 1931 XYZ. Ponieważ Lab ma w zamierzeniu być najwierniejszym modelem percepcji koloru przez człowieka, system ten doskonalony jest wraz z postępem wiedzy neurofizjologicznej dotyczącej wzroku. L oznacza jasność (lightness) barwy, o zakresie wartości 0 (czarny) do 100 (biały). Parametr a przyjmuje wartości ujemne i dodatnie, określając zmienność od zieleni do purpury, podobnie dla b, oznaczającego zmienność od błękitu do żółtego. 19

Modele CIE la*b* 20

Charakterystyka trybów graficznych 21