Теория цвета. (Часть-1)

Природа цвета.
         Цвет является визуальным ощущением, которое появляется у наблюдателя в результате взаимодействия света и объекта. Свет - это видимая часть электромагнитного спектра. Область электромагнитного спектра, видимая человеческим глазом, занимает диапазон примерно от 380 до 770 нанометров. Пропустив луч белого света через призму, можно разбить его на составляющие.
         Когда свет падает на объект, то часть светового потока поглощается пигментами объекта, а часть, отражаясь, попадает в глаз, вызывая ощущение цвета. Таким образом, когда мы видим цвет, на самом деле мы видим свет, преобразованный в новое сочетание волн нескольких различных длин. Например, когда мы видим красный объект, мы регистрируем свет, содержащий в основном волны, длина которых находится в «красном» диапазоне. Разные поверхности, содержащие различные красящие пигменты, генерируют уникальные сочетания длин волн.


         Цвет, который мы видим, определяется не только свойствами объекта, но и характером освещения. Источники света испускают свои собственные уникальные комбинации длин волн. Поэтому один и тот же объект, рассматриваемый под разным освещением будет выглядеть по-разному. Например, синий объект при освещении лампой накаливания будет выглядеть тускло, а при дневном освещении синий станет более глубоким и насыщенным и все это из-за спектрального распределения освещения.
         Отраженный, проникающий или испускаемый свет и составляет то, что мы называем «цветом объекта».




         Основой человеческого зрения является сетка из сенсоров света, расположенных внутри нашего глаза. Эти сенсоры реагируют на волны различной длины тем, что посылают мозгу уникальные комбинации электрических сигналов. В головном мозге эти сигналы преобразуются в собственно зрительное восприятие света и цвета.
         В нашем мозге видимый спектр разбивается на три доминирующие области -красную, зеленую и синюю и по этим цветам затем вычисляется совокупная цветовая информация. На рисунке показаны функции реакции человеческого зрения на три основные цветовые области (условное обозначение R, G, B).




Функции реакции человеческого зрения на три основные цветовые области (условное обозначение R, G, B).



Экранные и печатные цвета.
         Принцип человеческого зрения (для определения цвета используются три составляющие величины) были скопированы и применены на практике изобретателями сканеров, мониторов и принтеров. Методы воспроизведения цветов, использованные в этих устройствах, опираются непосредственно на реакцию человеческого зрения на раздражение красным, зеленым и синим светом. Эти устройства имитируют реакцию человеческого глаза на три основные цвета и создают иллюзию полно-цветности. Например, на экране монитора в каждом мельчайшем пикселе смешивается красный, зеленый и синий свет разной интенсивности. Пиксели так малы и так плотно прилегают друг к другу, что глаз «обманывается» и воспринимает RGB-цвета как множество различных цветов, тогда как реально существуют всего три.
         Система, использующая для получения цветов сложение трех основных излучений: красного, зеленого и синего называется аддитивной. Мониторы и сканеры могут применять аддитивную систему цветов, потому что это излучающие устройства, они могут добавлять к темноте красный, зеленый и синий.



         Но печатное устройство воспроизводят цвета на бумаге и других материалах, то есть имеют дело с отраженным светом. Поэтому в печати применяются противоположные субтрактивные цвета (краски) - голубой, пурпурный и желтый.
         В видимом спектре голубой цвет прямо противоположен красному, пурпурный - зеленому, а желтый - синему. Когда на белый отражающий материал наносятся голубой, пурпурный и желтый пигменты, каждый из них поглощает или вычитает из падающего белого света противоположный цвет.




         Голубая, пурпурная и желтая краски наносятся на бумагу отдельными слоями. Прозрачное свойство этих красок обеспечивает эффект смешивания, а иллюзия различных цветов и тонов создается за счет варьирования плотности красителей. Варьирование плотности красителей создает тот же самый эффект, что и варьирование интенсивности свечения красного, зеленого и синего люминофоров на экране монитора.



         При печати полутонового оригинала (изображения с множеством тонов и цветов) применяется прием, который называется растрированием. Растрирование - это получение изображения в виде отдельных элементов, например точек или линий, различающихся по размеру. Толщина наносимой краски при этом одинакова, а относительный размер элементов растра выражается в процентах запечатываемой площади. Если требуется получить максимальную концентрацию краски, элементы растра сливаются в сплошную плашку.



         В теории при сложении в равном количестве голубой, пурпурной и желтой красок должен получаться серый цвет, а при максимальной плотности этих красок - черный. Однако неидеальная белизна бумаги и «вредные» примеси в основных красках приводят к тому, что при печати этими красками сложно получить серые и черные цвета. Поэтому на практике при печати применяется баланс по серому и четвертая черная краска.
         Баланс по серому - это основной принцип правильной цветопередачи. Серые цвета оригинала должны быть воспроизведены соответствующими серыми цветами копии. Для контроля этого используются специальные модельные шкалы баланса по серому. Шкала должна состоять из сбалансированного и несбалансированного серых цветов и серого цвета, получаемого печатью только черной краской эквивалентной плотности. При печати шкалы сбалансированный серый должен выглядеть как нейтральный серый. Иначе можно говорить о неправильной цветопередаче.
         Черная краска играет важнейшую роль особенно в темных тонах (тенях) печатного изображения. Она позволяет получать насыщенные сбалансированные тени и черный цвет. В светлых и средних тонах изображения добавление черной краски дает эффект затемнения без изменения цветового тона.




Система CIEXYZ.
         Эта система математически описывает все видимые цвета. Хотя система CIEXYZ трехмерная для удобства визуального восприятия все видимые цвета представляются внутри кривой на плоскости ху. На плоскости ху обозначаются точки, соответствующие значениям координат цветности спектральных излучений от 380 нм до 770 нм.
         Кривая получила название - локус или цветовая диаграмма. Внутри локуса находятся все реальные цвета. Вне локуса лежат нереальные цвета, более насыщенные, чем спектральные.
         Белая точка описывается цветовой температурой - характеристика источника светового излучения, определяющая его спектральный состав.





         Цветовая диаграмма используется обычно для изображения цветового охвата глаза (все видимые цвета), а внутри него цветовые охваты различных устройств.
         Цветовой охват - область на цветовой диаграмме, охватывающая все цвета, которые могут быть воспроизведены с помощью того или иного процесса (печати, синтеза цвета на экране монитора и т.д.).


Цветовой охват устройства вывода.
         Цветовой охват монитора изображают в виде треугольника. Поскольку образование цвета в этих устройствах основано на принципе аддитивного синтеза тремя основными R, G, B, то достаточно нанести координаты цветности этих цветов на диаграмму ху, соединить найденные точки прямыми линиями, и получить треугольник, внутри которого будут лежать все воспроизводимые этим устройством цвета.
         В процессе печати цветовой охват принимает форму шестиугольника. В нем помимо точек, соответствующих краскам синтеза желтой, пурпурной и голубой, наносятся точки, соответствующие цвету по парным наложениям:
         желтая + голубая = зеленая;
         желтая + пурпурная = красная;
         голубая + пурпурная = синяя.


         Точки соединенные прямыми образуют область цветового охвата.
         Красители печатных устройств, люминофоры мониторов, светочувствительные матрицы сканеров обладают собственными цветовыми охватами, не совпадающими друг с другом. Более того красители двух печатных устройств различных производителей могут отличаться друг от друга цветовыми охватами. Цветовые охваты различных устройств пересекаются между собой, но никогда не совпадают полностью; это означает, что цвета, воспроизведенные одним устройством, могут оказаться недоступными для другого.



Цветовая модель RGB.


         В модели RGB все оттенки спектра получаются из сочетания трех основных цветов (излучений): красного, зеленого и синего (Red, Green и Blue), заданных с разным уровнем яркости. Эта система является аддитивной, то есть в ней выполняются правила сложения цветов. Каждый основной цвет может иметь 256 градаций яркости, что связано с особенностями обработки информации в компьютере (256 градаций соответствуют 8-битовому режиму).
         Модель RGB является сбалансированной - сложение трех основных цветов с одинаковой яркостью дают оттенок серого. RGB модель применяется для описания цветов в изображениях предназначенных в конечном итоге для монитора.

Цветовая модель CMYK.


         В модели CMY в качестве составных цветов (красок) выбраны голубой, пурпурный и желтый (Cyan, Magenta и Yellow). Они поочередно наносятся на бумагу, создавая нужный оттенок. Эта система является субтрактивной, или поглощающей. Трехмерная модель CMY является несбалансированной. Сложение основных компонентов в равных пропорциях дает цветовой оттенок в сером цвете. Так же не получается чистый черный при сложении компонент с максимальной плотностью. Поэтому на практике вместо CMY модели используют CMYK модель, в которой добавлен четвертый компонент - черная краска (BlacK). Роль этой компоненты - затемнение цветов, поэтому она наиболее интенсивно используется в темных зонах CMYK спектра цветов.
         Насыщенность цвета в системе CMYK измеряется в процентах, поэтому каждый цвет имеет 100 градаций яркости. Белым в модели CMYK является цвет бумаги или того материала, на который наносится краска. Серый цвет получается печатью только черной краской. Однако он может содержать еще и CMY краски, тогда эти краски должны браться в сбалансированных пропорциях, чтобы не вносить цветовой отлив в серый цвет. Для черного цвета применяются такие же правила, что и для серого.
         CMYK модель предназначена для описания цветов в изображениях, которые в конечном итоге будут печататься.
         Если изображение изначально представлено в цветах RGB модели, а его нужно будет напечатать, то потребуется преобразовать цвета в CMYK модель, т.е. выполнить цветоделение. Цветоделением называется разложение цветного изображения из режима RGB на четыре составные краски CMYK, которые затем соединяются при печати, образуя многоцветное изображение.

Плашечные цвета (Spot Colors).


         При печати CMYK красками воспроизводятся далеко не все оттенки. Поэтому для более точной передачи какого-либо оттенка в полиграфии применяются так называемые плашечные или простые (Spot) цвета, полученные путем простого предварительного смешивания красок в смесителе. Так, в частности, печатается золотой или серебряный цвет.
         Существует несколько систем плашеч-ных цветов. Наиболее распространенной из них является система Pantone. Выпускаются каталоги плашечных цветов, помогающие пользователю подобрать нужный оттенок, а затем, воспользовавшись цифровым кодом цвета, заказать нужную краску.
         Самые популярными каталогами пла-шечных цветов — Pantone Coated (плашки для глянцвой бумаги) и Pantone Uncoated (плашки для обычной бумаги).

Технологии растрирования.
         Любая технология печати предполагает выполнение растрирования полутонового оригинала или цвета. Растрирование - это получение изображения в виде отдельных элементов (точек или линий, различающихся по размеру). Растрирование выполняется для каждого базового печатного цвета. Чаще всего применяется так называемый полутоновый растр (Halftone Screen).

Полутоновое растрирование.
         При полутоновом растрировании оригинальное изображение разбивается на точки определенной формы, размер которых зависит от плотности цвета в данном месте изображения.
         Точки образуют ряды растровых точек или линии растра, которые для разных триадных цветов поворачиваются на определенные технологические углы.
         Такое взаимное расположение растров приводит к тому, что при совмещении они образуют сбалансированный узор, иногда называемый розеточным, который обеспечивает естественное восприятие изображения человеческим глазом.
         При совмещении повернутых на технологические углы растров, растровые точки собираются в так называемые розетки - круговые структуры. На высококачественную бумагу печатные машины переносят растровые точки с исключительной резкостью, при этом розетки становятся особенно заметными, существование розеток является приемлемым только в том случае, когда они не видны невооруженным глазом. Для большинства наблюдателей растровые точки черно-белых полутоновых изображений не являются видимыми при линеатуре 150 lpi или более. В случае цветной печати, чтобы глаз не различал розетки, следует выбирать более высокие значения линеатуры (170 lpi и более).
         При полутоновом растрировании используются понятия: растровые ячейки и точки печати. При растрировании оригинал разбивается на сетку растровых ячеек и в каждой ячейке создается растровая точка определенного размера. Каждая растровая ячейка разбивается на сетку подъячеек, в позиции которой наносятся точки печати. Таким образом, размер растровой точки, определяется заполненностью растровой ячейки печатными точками.
         Разрешение печати - это количество печатных точек, которое может нанести печатное устройство на один дюйм. Обычно при полиграфическом выводе разрешение берется в диапазоне от 1200 до 3600 dpi.
         Линиатура растра (частота растра) характеризует количество строк растровых ячеек на один дюйм, необходимое для воспроизведения изображения (размерность lpi - lines per inch). Диапазон практических линеатур - от 80 до 200 lpi.
         Соотношение между разрешающей способностью полиграфического выводного устройства (dpi) и линиатурой растра (lpi) определяет качество деталей с одной стороны и количество передаваемых тонов с другой. Существует простая формула, связывающая разрешение, линеатуру и тональный диапазон:

         Тональный диапазон = Разрешение / Линеатура

         Углы наклона растра. В полутоновом растрировании обычно используются следующие углы поворота растра для безмуаровой цветной печати: 15, 75, 0 и 45 градусов соответственно для голубой, пурпурной, желтой и черной красок.