Färgmodell

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 7 augusti 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Färgmodell  - en matematisk modell för att beskriva representationen av färger i form av tuplar av siffror (vanligtvis från tre, mindre ofta - fyra värden), kallade färgkomponenter eller färgkoordinater . Alla möjliga färgvärden som ges av modellen definierar en färgrymd .

Färgmodellen anger överensstämmelsen mellan färgerna som uppfattas av en person och färgerna som bildas på utenheterna (kanske under givna förhållanden).

CIE XYZ färgrymd

En person är en trikromat  - ögats näthinna har tre typer av receptorer (koner) som ansvarar för färgseende . Vi kan anta att varje typ av kon ger sitt eget svar på en viss våglängd av det synliga spektrumet .

En viktig egenskap (för alla fysiskt realiserbara färger) är icke-negativiteten hos både svarsfunktionerna och de resulterande färgkoordinaterna för alla färger. Ett system baserat på det mänskliga ögats konsvar är LMS-färgmodellen .

Historiskt sett används en annan färgrymd för att mäta färg - XYZ - en referensfärgmodell specificerad i strikt matematisk mening av International Commission on Illumination ( Franska  Commission internationale de l'éclairage, CIE ) 1931. CIE XYZ-modellen är huvudmodellen för nästan alla andra färgmodeller som används inom tekniska områden.

Experiment utförda av David  Wright [2] och John Guild [3] i slutet av 1920-talet och början av 1930-talet gav grunden för att bestämma färgmatchningsfunktioner .  Färgmatchningsfunktioner definierades ursprungligen för ett 2-graders synfält (en lämplig kolorimeter användes ). 1964 publicerade CIE-kommittén ytterligare data för 10-graders synfältet. Så, i likhet med LMS-koordinaterna, är XYZ-färgen inställd enligt följande:

var  är spektraldensiteten för någon fotometrisk energistorhet, till exempel strålningsflöde, energiljusstyrka, etc., i absoluta eller relativa termer.

För modellen togs villkoren så att Y-komponenten motsvarade signalens visuella ljusstyrka (  - detta är samma relativa spektrala ljuseffektivitet för monokromatisk strålning för dagsseende, som används i alla ljusfotometriska storheter), Z koordinaten motsvarade S-svaret ("kort", kortvågig, "blå") koner, och X-koordinaten var alltid icke-negativ. Responskurvorna är normaliserade så att arean under alla tre kurvorna är densamma. Detta görs så att ett enhetligt spektrum, vars färg anses vara vit under kolorimetriska observationsförhållanden, har samma värden för XYZ-komponenterna, och i framtiden, när man analyserar färg, skulle det vara lättare att bestämma färgtonen helt enkelt genom att subtrahera lika XYZ-värden från färgen. Svarsfunktionerna och XYZ-koordinaterna är också icke-negativa för alla fysiskt realiserbara färger. Uppenbarligen finns det inte för varje kombination av XYZ en monokromatisk spektrallinje (motsvarande regnbågens färg) som skulle motsvara dessa koordinater. I grafen till höger är X en röd kurva, Y är grön och Z är blå.

XYZ-färgrymden definierar inte omedelbart svaren från kottar på den mänskliga näthinnan, eftersom den är en mycket starkt transformerad färgmodell för att erhålla färgvärden och följaktligen förmågan att skilja ett spektrum från ett annat, med utgångspunkt från den fotometriska ljusstyrkan av strålningen (Y). Själva ljusstyrkan Y kan inte tolkas som ett svar av "gröna" kottar; denna funktion för dagsyn, som är trestimulans, ställs in av alla verkliga receptorsvar. Inledningsvis erhölls CIE 1931 XYZ-modellen genom att konvertera CIE 1931 RGB-modellen, som i sin tur är resultatet av ett direkt experiment på blandning och visuell jämförelse av strålningar av olika spektralsammansättningar. Vilken färgmodell som helst kan konverteras till XYZ-modellen, eftersom denna modell definierar alla regler för blandning av färger och ställer in de restriktioner som gäller för alla spektrala sammansättningar av strålning som har samma färg.

Kromatiska koordinater (x;y) och färgrymd xyY

Om vi ​​formellt konstruerar en sektion av XYZ-rummet av planet , kan vi skriva de två återstående linjärt oberoende koordinaterna i formen

. liknande, men valfritt:

Ett sådant avsnitt kallas ett kromatiskt diagram (kromaticitetsdiagram).

I XYZ-utrymmet motsvarar punkten (X,0,0), eftersom den är lätt att beräkna med formler, punkten xy=(1,0) på det kromatiska diagrammet. På liknande sätt motsvarar punkt XYZ=(0,Y,0) punkt xy=(0,1) och slutligen motsvarar punkt XYZ=(0,0,Z) punkt xy=(0,0). Det kan ses att alla verkliga färger som erhålls av någon spektral sammansättning av strålning, inklusive monokromatiska (spektrala färger), inte når sådana "rena" värden. Detta mönster följer av färgblandningsregeln och är en manifestation av det faktum att det är omöjligt att få ett svar från vissa koner utan ett svar från andra (även om det är väldigt litet), och även av det faktum att ljusstyrkan Y inte kan ha en nolla eller ett litet värde för ett visst svar av någon kon.

Färgrymden xyY kan ställas in genom att ställa in krominansvärdet till (x, y) för ett givet värde på Y ljusstyrka.

I detta fall fortsätter icke-negativitetsvillkoret att vara uppfyllt för x- och y-koordinaterna.

Blanda inte ihop Y-ljushet i XYZ- och xyY-modeller med Y-ljushet i YUV- eller YCbCr- modeller .

Fysiska färger

Om alla möjliga monokromatiska färger i spektrumet är markerade på det xy kromatiska diagrammet, bildar de en öppen kontur, det så kallade spektrallokuset. Stängningen av denna kontur vid basen av "tungan" kallas den lila linjen. Alla färger som kan realiseras som en summa av spektrallinjer med en given ljusstyrka kommer att ligga innanför denna kontur. Det vill säga, det finns XYZ-färgpunkter utanför konturen, som, även om de har positiva värden för varje komponent, ändå inte kan erhållas motsvarande svar från konerna vid en given ljusstyrka (konstant ).

Samtidigt kan sådana färger (liksom färger med negativa koordinater i allmänhet) användas i beräkningar. Till exempel valdes fysiskt icke realiserbara färger som basfärger för Prophoto RGB- utrymmet.

CIE-härledda XYZ-färgrymder

Färgmodeller kan klassificeras efter deras syfte:

  1. L*a*b*  är en färgrymd med lika kontrast där avståndet mellan färgerna motsvarar i vilken grad de känns olika.
  2. Additiv modeller - där färgen erhålls genom att lägga till svart ( RGB klass ).
  3. Subtraktiva modeller - få färg genom att "subtrahera" färg från ett vitt ark ( CMY , CMYK ).
  4. Modeller för kodning av färginformation i bild- och videokomprimering.
  5. Matematiska modeller användbara för bildbehandling, såsom HSV .
  6. Modeller där färgmatchning anges i en tabell ( Pantone Color Model )

Alla modeller reduceras till XYZ genom lämpliga matematiska transformationer. Exempel kan övervägas:

Färgomfång för utenhetsmodeller

Yxy-diagrammet används för att illustrera färgomfångsegenskaperna (eng. color gamut ) för olika färgåtergivningsenheter - skärmar och skrivare genom sina respektive färgmodeller.

Som redan nämnts kan varje trippel av XYZ-tal associeras med specifika koordinater för RGB- eller CMYK-utrymmet. Så färgen kommer att motsvara ljusstyrkan hos färgkanalerna eller färgernas densitet. Den fysiska genomförbarheten av färg på enheten ålägger villkoret för icke-negativitet av koordinater. Således kan endast en del av Yxy implementeras fysiskt på enheten. Detta område kallas enhetens färgrymd.

En specifik färgskala har vanligtvis formen av en polygon, vars hörn bildas av punkter med primära eller primära färger. Det inre området beskriver alla färger som den givna enheten kan återge.

Bilden till höger visar färgomfånget för olika renderingshjälpmedel:

Se även

Anteckningar

  1. ↑ CIE - INTERNATIONELL KOMMISSION FÖR BELYSNING (nedlänk) . Hämtad 3 juni 2008. Arkiverad från originalet 3 juni 2005. 
  2. ↑ William David Wright. En ombestämning av de trikromatiska koefficienterna för de spektrala färgerna  (engelska)  // Transactions of the Optical Society. - 1928. - Vol. 30 . - S. 141-164 . - doi : 10.1088/1475-4878/30/4/301 .
  3. ↑ John Guild. Spektrumets kolorimetriska egenskaper  (engelska)  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London . - 1931. - Vol. A230 . - S. 149-187 .
  4. ↑ Ett standardfärgutrymme för Internet - sRGB . Tillträdesdatum: 13 januari 2010. Arkiverad från originalet den 23 augusti 2011.

Länkar

 Färgmodeller