Система RGB

Первая стандартная колориметрическая система была принята в 1931 году на VIII сессии Международной комиссии по освещению - МКО (в литературе вместо МКО часто используется обозначение CIE - от французского названия Commission Internationale de L'Eclairage). Резолюцией МКО в качестве трех линейно независимых цветов были выбраны следующие монохроматические излучения: красный R (l=700 нм, легко выделяемый красным светофильтром из спектра лампы накаливания); зеленый G (l=546,1 нм - линия е в спектре ртутной лампы); синий В (l=435,8 нм - линия g в спектре ртутной лампы).

Колориметрическая система, использующая эти цвета в качестве основных, получила название RGB (RGB происходит от сокращений соответствующих английских слов: R, red - красный; G, green - зеленый; B, blue - синий).

Если эти три первичных цвета расположить в пространстве в виде трех векторов, исходящих из одной точки, обозначив соответствующие единичные вектора r, g и b, то любой цвет F, полученный сложением цветов R, G и В, можно выразить в виде векторной суммы:

F=Rr+Gg+Bb

где R, G и B — модули цветов, пропорциональные количеству первичных цветов в полученном суммарном цвете; эти модули называют координатами цвета

Координаты цвета однозначно характеризуют цвет, т. е. человек не ощущает разницы в цветах, имеющих одинаковые координаты. Однако равные координаты цвета вовсе не означают одинакового спектрального состава. Образцы, цвет которых характеризуется разными спектрами, но имеющие одинаковые координаты цвета, называются метамерными. Воспринимаемый человеком цвет окрашенного образца зависит от того, в свете какого источника он рассматривается. Метамерные образцы, кажущиеся одинаковыми по цвету в свете одного источника, различаются в свете другого.

Цветовая модель RGB была изначально разработана для описания цвета на цветном мониторе, но, поскольку, мониторы разных моделей и производителей различаются, были предложены несколько альтернативных цветовых пространств, соответствующих «усредненному» монитору. К таким относятся, например, sRGB и Adobe RGB. Варианты этого цветового пространства отличаются разными оттенками основных цветов, разной цветовой температурой, разным показателем гамма-коррекции.

На рисунке представлена цветовая модель RGB.

Рисунок - RGB-цветовая модель, представленная в виде куба

Система X, У, Z

На сессии МКО в том же 1931 году была принята еще одна система. Ее составляющие цвета были более насыщенными, чем спектральные. Поскольку таких цветов в природе нет, то она получила название XYZ. Данная колориметрическая система была получена искусственно, путем пересчета из цветовых координат RGB. Выбор цветов XYZ вытекал из задач, поставленных при разработке этой системы. Основными из них являлись упрощение расчетов и отсутствие отрицательных координат, что неизбежно, если за основные принимать цвета RGB. В настоящее время рабочей является международная колориметрическая система XYZ. В ней обычно выражают результаты измерений, а система RGB выполняет вспомогательную, иногда контрольную функцию. Тем не менее, следует еще раз отметить, что именно система RGB явилась основой системы XYZ.

Цвет в системе ХУZ выражается векторной суммой:

F=Xx+Yy+Zz

Яркости первичных цветов х и z приняты равными нулю, поэтому яркость цвета F может быть охарактеризована лишь одной координатой цвета Y.

На практике для того, чтобы рассчитать координаты цвета по измеренным значениям коэффициента отражения, необходимо знать распределение энергии источника света.

Для измерения цвета можно использовать спектрофотометрические и колориметрические способы. Спектры отражения можно снимать на любом спектрофотометре, работающем в видимом диапазоне спектра и оснащенном интегрирующей сферой, которая дает возможность измерять диффузно рассеянный свет.

В соответствии с рекомендациями международной комиссии по освещению (МКО) для колориметрических измерений лакокрасочных покрытий используют координаты цвета, вычисляемые по формулам:

где X₁₀, Y₁₀, Z₁₀ координаты цвета в дополнительной стандартной колориметрической системе МКО 1964 г [для измерения с угловой апертурой более 4⁰ (10⁰ - наблюдатель)] (координаты цвета определяют по формулам численного интегрирования в пределах длин волн от 380 до 760 нм);

k₁₀ - нормирующий коэффициент, значение которого рассчитывается по формуле:

k₁₀ = --------------------------

l= 760

å S (l) (l) Dl

l= 380

полученной при условии Y₁₀ = 100, что соответствует идеальному рассеивателю;

j(l) - спектральный лучистый поток, являющийся произведением относительного спектрального распределения энергии стандартного источника освещения S(l) и спектрального коэффициента яркости (b(l) или спектрального коэффициента отражения r(l)):

j(l)=S(l)b(l) или j(l)=S (l) r(l)

- удельные координаты цвета для стандартного наблюдателя 1964 г;

Dl - интервал длин волн, нм (ИСО 7724.2);

Значения x (l), у (l) и z (l) для интервала Dl= 5 нм указаны в таблице.

Таблица 4 – Удельные координаты цвета, определенные для наблюдателя с угловой апертурой 10° для интервала длин волн 5 нм

Недостатком колориметрической системы Х, Y, Z является то, что координаты цвета образца в системе МКО связаны с цветом образца, но не учитывают некоторые важные особенности поверхности, такие как текстура поверхности, блеск и глянец. Таким образом, блестящий образец краски и матовый образец могут иметь одни и те же координаты цвета, но очевидно, что воспринимать мы будем их по-разному.

Таким образом, игнорируя все особенности поверхности, за исключением цвета, координаты цвета дают об образце только ограниченную информацию, т.е. говорят нам только о количествах трех нереальных первичных цветов, которые при аддитивном смешении дают тот же самый цвет, что и поверхность, освещаемая стандартным источником и рассматриваемая стандартным наблюдателем, использующим одну из стандартных геометрий.

Отношение координаты цвета к сумме всех трех координат называется координатой цветности.

х= , у= , z= ,

Координаты цветности, соответствующие координатам цвета, обозначаются х, у, г:

Очевидно, что

х+у+z=1

Также очевидно, что координаты цветности остаются неизменными при пропорциональном увеличении или уменьшении всех координат цвета. Таким образом, координаты цветности однозначно характеризуют только цветность, но не учитывают яркости цвета. То, что сумма всех координат цветности равна единице, позволяет использовать для характеристики цветности только две координаты, что, в свою очередь, дает возможность графически изображать цветность в декартовых координатах (график цветности).

На цветовом графике нанесены точки, соответствующие спектрально чистым цветам. Они располагаются на незамкнутой кривой. Белому цвету соответствует точка С с координатами цветности х = 0,3101 и у = 0,3163. Концы кривой стягиваются отрезком, на котором располагаются пурпурные тона, отсутствующие в спектре. Длина волны пурпурного тона обозначается цифрой со штрихом и равна длине волны дополнительного цвета, т. е. цвета, расположенного в точке на пересечении прямой, проходящей через точку данного пурпурного цвета и точку С, с кривой спектрально чистых цветов. На отрезках, соединяющих точку белого цвета с точками на периферии диаграммы, расположены цвета одного цветового тона.

Основной недостаток системы МКО в том, что она является неравноконтрастной. В ряде случаев, в частности для интерпретации цветовых различий, возникает необходимость использования равноконтрастных колориметрических систем.