Як ми описуємо кольори? Незалежні кольорові моделі

У 1931 році на замовлення "Commission Internationale de l’Eclairage" (Міжнародної комісії з освітлення) була розроблена кольорова модель, незалежна від приладів. Він був створений на основі досліджень, проведених на групі приблизно з двадцяти осіб, які змогли правильно розрізняти кольори. Цій групі в дуже вузькому полі зору (2o) показували різні кольори та мали завдання їх диференціювати. Статистичний аналіз відповідей дозволив розробити стандартну модель спостерігача. Він показує усереднені можливості людини щодо сприйняття кольорів (наприклад, діапазон довжин хвиль, чутливість тощо). На основі стандартної моделі спостерігача була розроблена модель CIE XYZ – перша кольорова модель, незалежна від пристрою. Метод CIE XYZ називають кольоровим простором, який береться як еталон і стандарт для інших колірних просторів, створених “Commission Internationale de l’Eclairage” (CIE LUV, CIE Lab). Концепція трьох хроматичних значень XYZ базується на ідеї бачення кольорів, згідно з якою око складається з трьох типів фоторецепторів, які дозволяють бачити три основні кольори (червоний, зелений, синій), тоді як усі кольори є сумішшю трьох основних кольорів. Отже, колір описується в трихроматичних координатах X,Y,Z. Ці координати відповідають відповідним відсоткам трьох основних кольорів R (червоний), G (зелений) і B (синій).

Тривимірний опис CIE XYZ було перетворено на двовимірний простір CIE xyY. Він перетворює колірні компоненти X, Y, Z на трихроматичні координати x, y, Y. Координати x і y відповідають за кольоровість, а Y — за яскравість. Простір xyY представлений у просторі кольорів, який є графіком кольоровості, у вигляді трикутника Максвелла або трикутника кольорів. Це представлено у вигляді області, обмеженої двома лініями – монохроматичною кольоровою кривою та прямою фіолетовою лінією. У результаті роботами з проблеми сприйняття колірної різниці, проведеними Райтом, МакАдамом і Стайлзом, була створена проблема однорідності колірного простору. Коли простір CIE XYZ визначає діапазони різниці сприйняття кольорів (рис. нижче), то з’являться еліпси різних розмірів (так званий еліпс МакАдама). Вони будуть формуватися в зелених областях, як еліпси з відносно великим діаметром і в блакитних областях, але тут з відносно малим діаметром. Отже, коли ми позначаємо дві точки в такому просторі, людське око може сприймати їх як два суб’єктивно різні відтінки. З іншого боку, дві точки, однаково віддалені в діапазоні зелених кольорів, можуть визначати кольори, між якими людське око не помітить різниці, тобто це буде суб’єктивно визначений один колір. Завдяки проведенню досліджень однорідності колірного простору CIE LUV і CIE Lab також були створений. Модель CIE LUV була створена (1960 р.) в результаті перетворення змінних xy в змінні uv. Вони повинні були краще відображати різницю між кольорами. Проте під час подальших досліджень виявилося, що такий набір змінних сильно обмежує зони навколо коричневого, оранжевого та жовтого кольорів. Згадані відтінки дуже важливі в живописі, особливо в олійних чи природних фотографіях, тому довелося робити подальші спроби трансформації. У 1976 році були розроблені змінні u’ і v’, таким чином створивши простір CIE LU’V’ . Важливо, що літера «L» у назвах походить тут від слова «легкість» і так само, як «Y» в моделі xyY, визначає яскравість. Обидва отримані кольори представлені на малюнку нижче: a) CIE uv діаграма b) CIE u’v’ діаграма Другий за частотою використання Колірна модель незалежно від пристрою – лабораторія CIE . Це ще одна трансформація простору CIE XYZ, яка була створена в 1976 році. При її визначенні передбачалося, що кольори, які знаходяться на однаковій відстані один від одного, сприйматимуться як однаково різні. Припускаючи, що колір не може бути одночасно фіолетовим, синім і жовтим або зеленим, для опису були обрані наступні компоненти: L – яскравість (яскравість), а – колір від зеленого до пурпурового і b – колір від синього до жовтого. . Однак важливою перевагою даної моделі є простота порівняння кольорів. Різниця між двома кольорами в просторі CIE Lab виражається як ΔE, яке обчислюється за таким співвідношенням: ΔE — нормальна евклідова відстань між двома точками в тривимірному просторі. Вважається, що звичайний спостерігач розпізнає різницю кольорів за такими показниками: 0 < ΔE < 1 – різниці не бачить, 1 < ΔE < 2 – різницю помічає тільки досвідчений спостерігач, 2 < ΔE < 3,5 – також недосвідчений. спостерігач помічає різницю, 3,5 < ΔE < 5 – спостерігач помічає чітку різницю кольорів, 5 < ΔE – спостерігач сприймає два кольори як абсолютно різні. Як і простір CIE XYZ, модель CIE Lab пов’язана з прямим сприйняттям кольорів людським оком. Ось чому ми називаємо його незалежною від пристрою кольоровою моделлю. Колірний простір CIE LCh використовує ту саму схему, що й колірний простір CIE Lab, але використовує циліндричні координати замість прямокутних. У цьому колірному просторі L — яскравість і той самий параметр, що й L у просторі CIE Lab, C — насиченість, а h — відтінок. Значення насиченості кольору C дорівнює 0 у центрі сфери, яка є зображенням колірного простору та збільшується відповідно до відстані від центру. Тінь h – це кут, вимірювання якого починається на осі + a і виражається в градусах. Колірний простір Hunter Lab був розроблений у 1966 році Р. С. Хантером як більш візуально однорідний колірний простір, ніж CIE 1931 Yxy і дуже схожий на CIE Lab. В даний час він використовується в різних сферах, включаючи лакофарбову промисловість у Сполучених Штатах, однак застосовується рідше, ніж простір CIE Lab, розроблений трохи пізніше, який отримав більше прихильників. І ваги Hunter Lab, і CIE Lab використовують дещо різні функції для обчислення значень Lab, використовуючи трихроматичні компоненти XYZ як аргументи. Hunter Lab виконує перетворення за допомогою квадратних коренів, тоді як CIE Lab використовує функції кубічного кореня. Інша відмінність помітна в діапазоні окремих колірних ділянок. Шкала Хантера стискається в жовтій області колірного простору і розширюється в синій. З іншого боку, шкала CIE Lab трохи розширена в жовтій області, що більш очевидно, коли значення CIE із зразка менше одиниці. Додатковою перевагою шкали CIE Lab є те, що вона зазвичай краще відображає візуальну оцінку відмінностей кольорів для дуже темних кольорів.