Адитивний колір виходить на основі законів Грассмана шляхом з'єднання променів світла різних кольорів. В основі цього явища лежить той факт, що більшість квітів видимого спектру можуть бути отримані шляхом змішування в різних пропорціях трьох основних колірних компонент. Цими компонентами, які в теорії кольору іноді називаються первинними квітами, є червоний (Red). зелений (Green) і синій (Blue) кольору (рис. 3.1). При попарном змішуванні первинних квітів утворюються вторинні кольори: блакитний (Cyan). пурпурний (Magenta) і жовтий (Yellow). Слід зазначити, що первинні і вторинні кольори відносяться до базових кольорів.
Базовими кольорами називають кольору, за допомогою яких можна отримати практично весь спектр видимих кольорів.
Для отримання нових кольорів за допомогою адитивного синтезу можна використовувати і різні комбінації з двох основних кольорів, варіювання складу яких призводить до зміни результуючого кольору. На рис. 3.2 приведена схема отримання нових кольорів на базі двох первинних шляхом використання джерел зеленого і червоного кольорів, інтенсивністю кожного з яких можна керувати за допомогою фільтра. Можна побачити, що рівні пропорції первинних квітів дають жовтий колір (1, 2); зниження в суміші інтенсивності зеленого кольору при тій же інтенсивності червоного дозволяє синтезувати помаранчевий колір (3, 4); подібні колометріческіе схеми дозволяють створити жовтий і оранжевий кольори у вигляді геометричного місця колірних точок - локусу (2, 4). Проте у такий спосіб не можна отримати деякі кольори, наприклад блакитний, для створення якого потрібна наявність третього первинного кольору - синього (рис. 3.3).
Мал. 3.1. Принцип дії адитивної колірної моделі RGB. Шляхом проекції трьох кольорів: червоного, синього і зеленого на світлу поверхню можна отримати більшість квітів видимій області спектра. При одночасному змішуванні трьох чистих кольорів виходить білий колір
Мал. 3.2. Адитивний синтез нових кольорів на базі різного процентного співвідношення двох первинних кольорів: червоного і зеленого
Використовувані для побудови RGB-моделі первинні, або адитивні, кольору мають ще одну назву. Іноді, щоб підкреслити той факт, що при додаванні світла інтенсивність кольору збільшується, цю модель називають додає. Така велика кількість термінів, які використовуються для опису RGB-моделі, пов'язане з тим, що вона виникла задовго до появи комп'ютера і кожна область її застосування внесла свій вклад в термінологію.
Мал. 3.3. Колірна (зліва) і колориметрична (праворуч) схеми отримання колірного простору RGB-моделі за допомогою трьох первинних квітів. Сторони трикутника утворюють безліч спектрально-чистих кольорів (локус)
Математично колірну модель RGB найзручніше представляти у вигляді куба (рис. 3.4, 1). У цьому випадку кожна його просторова точка однозначно визначається значеннями координат X, Y і Z. Якщо по осі Х відкладати червону складову, по осі Y - зелену, а по осі Z - синю, то кожному кольору можна поставити у відповідність точку всередині куба.
При використанні цієї моделі будь-який колір може бути представлений в колірному просторі за допомогою вектора, описуваного рівнянням: сС = rR + gG + BВ.
Рівняння ідентично рівняння вільного вектора в просторі, оскільки він розглядався в векторній алгебрі. При цьому напрямок вектора характеризує кольоровість, а його модуль висловлює яскравість.
На діагоналі (ахроматической осі), що з'єднує точки з координатами (R, G, В) = (0,0,0) і (R, G, В) = (255,255,255). розташовані різні градації сірого, для яких значення червоного, зеленого і синього складових однакові. На рис. 3.4,2 наведено приклад практичної реалізації RGB-моделі в програмі Corel PHOTO-PAINT 9.
Мал. 3.4. Уявлення RGB-моделі у вигляді куба; 1) схема моделі; 2) практична реалізація RGB-моделі у вікні діалогу «Paint Color» (Колір фарби) »пакета Corel PHOTO-PAINT
Деякі спеціальні терміни
В сучасних спеціальних журналах часто використовуються такі поняття, як трикутник кольоровості, діаграма кольоровості, локус, колірний обхват. У цьому розділі ми спробуємо розібратися в суті і призначення цих термінів на прикладі RGB-моделі (хоча це можна було б зробити і на базі будь-якої іншої колірної моделі).
Почнемо розгляд цих понять з принципу освіти площині одиничних квітів. Площина одиничних квітів (Q) (рис. 3.5) проходить через відкладені на осях координат яскравості поодинокі значення обраних основних кольорів.
Одиничним кольором в колориметрії називають колір, сума координат якого (або, по-іншому, модуль кольору т) дорівнює 1.
Мал. 3,5. Площина одиничних квітів і освіту трикутника кольоровості
Кожній точці площини одиничних квітів (Q) відповідає слід колірного вектора, що пронизує площину у відповідній точці на відстані від центру координат:
Отже, кольоровість будь-якого випромінювання може бути представлена на площині єдиною точкою. Можна собі уявити і точку, відповідну білому кольору (Б). Вона утворюється шляхом перетину ахроматической осі з площиною Q (рис. 3.5).
У вершинах трикутника знаходяться точки основних кольорів. Визначення точок кольорів, одержуваних змішанням будь-яких трьох основних, проводиться за правилом графічного складання. Тому даний трикутник називається трикутником кольоровості, або діаграмою кольоровості. Часто в літературі зустрічається інша назва - локус, яке можна інтерпретувати як геометричне місце всіх кольорів, відтворених цим пристроєм.
В колориметрії для опису кольору немає необхідності вдаватися до просторових уявлень. Досить використовувати площину трикутника кольоровості (рис. 3.5). У ньому положення точки будь-якого кольору може бути поставлено лише двома координатами. Третю легко знайти за двома іншими, так як сума координат кольоровості (або модуль) завжди дорівнює 1. Тому будь-яка пара координат кольоровості може служити координатами точки в прямокутній системі координат на площині.
Отже, ми з'ясували, що колір графічно можна виразити у вигляді вектора в просторі або у вигляді точки, що лежить всередині трикутника кольоровості.
Чому RGB-модель подобається комп'ютера?
У графічних пакетах колірна модель RGB використовується для створення кольорів зображення на екрані монітора, основними елементами якого є три електронні прожектори і екран з нанесеними на нього трьома різними люминофорами (рис. 3.6,1). Точно так же, як і зорові пігменти трьох типів колб, ці люмінофори мають різні спектральні характеристики. Але на відміну від ока вони не поглинають, а випромінюють світло. Один люмінофор під дією потрапляє на нього електронного променя випромінює червоний колір, інший - зелений і третій - синій.
Мал. 3.6. В основі роботи монітора лежить збудження за допомогою електронного пучка трьох типів фосфорів (1); екран монітора складається з безлічі тріад маленьких точок червоного, зеленого і синього кольору, званих пікселями (2)
Для призначення кольору та яскравості точок, які формують зображення монітора, потрібно задати значення інтенсивностей для кожної зі складових RGB-елемента (пікселя). У цьому процесі значення інтенсивностей використовуються для управління потужністю трьох електронних прожекторів, що збуджують світіння відповідного типу люмінофора. У той же час число градацій інтенсивності визначає колірне дозвіл, або, інакше, глибину кольору, які характеризують максимальну кількість відтворюваних кольорів. На рис. 3.7 приведена схема формування 24-бітового кольору, що забезпечує можливість відтворення 256х256х256 = 16,7 млн кольорів.
Мал. 3.7. Кожен з трьох колірних компонентів RGB-тріади може приймати одне з 256 дискретних значень - від максимальної інтенсивності (255) до нульової інтенсивності, відповідної чорному кольору
На рис. 3.8 приведена ілюстрація отримання за допомогою адитивного синтезу шести (з 16,7 млн) квітів. Як уже згадувалося раніше, в разі, коли всі три колірні компоненти мають максимальну інтенсивність, результуючий колір здається білим. Якщо всі компоненти мають нульову інтенсивність, то результуючий колір - чистий чорний.
Мал. 3.8. Ілюстрація формування 6 з 16,7 млн можливих кольорів шляхом варіації інтенсивностей кожної з трьох компонентів R, G і В колірній моделі RGB
Обмеження RGB-моделі
Незважаючи на те що колірна модельRGB досить проста і наочна, при її практичному застосуванні виникають дві серйозні проблеми:
· Обмеження гами.
Перша проблема пов'язана з тим, що колір, що виникає в результаті змішування колірних складових RGB елемента, залежить від типу люмінофора. А оскільки в технології виробництва сучасних кінескопів знаходять застосування різні типи люмінофорів, то установка одних і тих же інтенсивностей електронних променів в разі різних люмінофорів приведе до синтезу різного кольору. Наприклад, якщо на електронний блок монітора подати певну трійку RGB-значень, скажімо R = 98. G = 127 і В = 201. то не можна однозначно сказати, яким буде результат змішування. Ці значення всього лише задають інтенсивності збудження трьох люмінофорів одного елемента зображення. Який вийде при цьому колір, залежить від спектрального складу випромінюваного люмінофором світла. Тому в разі адитивної синтезу для однозначного визначення кольору поряд з установкою тріади значень інтенсивностей необхідно знати спектральну характеристику люмінофора.
Існують і інші причини, що призводять до апаратної залежності RGB-моделі навіть для моніторів, що випускаються одним і тим же виробником. Це пов'язано, зокрема, з тим, що в процесі експлуатації відбувається старіння люмінофора і зміна емісійних характеристик електронних прожекторів. Для усунення (або принаймні мінімізації) залежно RGB-моделі від апаратних засобів використовуються різні пристрої і програми градуювання, принцип дії і основні типи яких будуть розглянуті далі в розділі 4. Колірний обхват (colorgamut) - це діапазон кольорів, який може розрізняти людей або відтворювати пристрій незалежно від механізму отримання кольору (випромінювання або відображення).
Обмеженість гами пояснюється тим, що за допомогою адитивного синтезу принципово неможливо отримати всі кольори видимого спектру (це доведено теоретично!). Зокрема, деякі кольори, такі як чистий блакитний або чистий жовтий, не можуть бути точно відтворені на екрані. Але незважаючи на те, що людське око здатне розрізняти кольорів більше, ніж монітор, RGB-моделі цілком достатньо для створення кольорів і відтінків, необхідних для відтворення фотореалістичних зображень на екрані вашого комп'ютера.
sRGB - стандартизований варіант RGB-колірного простору
Як ви вже, очевидно, зрозуміли, головний недолік RGB-моделі полягає в її розмитості. Це обумовлено тим, що на практиці RGB-модель характеризує колірний простір конкретного пристрою, наприклад монітора або сканера. Потрібен якийсь спільний знаменник.
Проте будь-який RGB-простір можна зробити стандартним. Для цього треба
Хоча sRGB-модель цілком підійде для створення web-зображень або друку на недорогих струменевих принтерах, через недостатньо широкого діапазону значень в зеленій і блакитний частинах спектра вона не годиться для друку з професійною якістю.
Мал. 3.9. Варіанти колірних просторів RGB
На рис. 3.9 представлені наступні варіанти колірних просторів RGB:
· Wide-GamutRGB (RGB з розширеним діапазоном) - засноване на чистих значеннях для червоного, зеленого і синього кольорів, володіє дуже широким охопленням, який може бути представлений лише в 48-розрядних файлах зображень;
· SRGB (так зване standardRGB - стандартне RGB) - засноване на колірному діапазоні типового монітора VGA нижчого класу.