Комітет CIE провів безліч експериментів з величезною кількістю людей, пропонуючи їм порівнювати різні кольори, а потім за допомогою сукупних даних цих експериментів побудував так звані функції відповідності кольорів (color-matching functions) і універсальне колірний простір (universal color space), в якому був представлений діапазон видимих квітів, характерний для середньостатистичної людини.
Опції відповідності квітів - це значення кожної первинної складової світла - червоною, зеленою і синій, які повинні бути присутніми, щоб людина з середнім зором міг сприймати всі кольори видимого спектру. Цим трьом первинним складовим були поставлені у відповідність координати X, Y і Z.
Основна властивість, властиве цій системі - позитивна визначеність - будь-який фізично відчутний колір представляється в системі XYZ тільки позитивними величинами. З іншого боку, не всі точки в просторі XYZ відповідають реальні кольори в силу неортогональних функцій відповідності кольорів.
Говорячи про "еталонних" відтінках, часто говорять тільки про пару x, y, вважаючи z = 1-xy.
Говорячи про "яскравості" кольору (наприклад, для перекладу
зображення в чорно-біле), часто мають на увазі величину Y.
Будучи трихроматами, людина має три типи світлочутливих рецепторів або, іншими словами, зір людини Трикомпонентний. Кожен тип детекторів (колб) має розрізняється чутливість до різних довжинах хвиль спектра, що описується функцією спектральної чутливості (яка безпосередньо визначається видом конкретних молекул фотопсінів, використовуваних даним типом колб). Можна сказати, що око, як детектор, видає три види сигналу (нервовий імпульс | нервові імпульси). З математичної точки зору, із спектру (описуваного безконечномірним вектором) шляхом множення на функції спектральної чутливості колбочок виходить трикомпонентний вектор, що описує детектується оком колір. У колориметрії дані функції прийнято називати функціями кольорової відповідності (англ. color matching functions).
Для середньостатистичної людини, що має нормальне кольоровий зір, зелений буде сприйматися яскравіше синього. Мабуть, це обумовлено еволюційними причинами розвитку зорової системи - в спектрі Сонця більшого всього "зеленого" кольору. У той же час, хоча чистий синій колір сприймається як дуже неяскравий (якщо розглядати напис синього кольору з великої відстані, то його колір буде важко відрізнити від чорного), в суміші з зеленим або червоним сприйнята яскравість значно підвищується.
При певних формах дальтонізму, зелений колір може сприйматися
еквівалентно-яскравим синьому, а червоний як дуже темний, або взагалі як
нерозрізнений. Люди з діхроміей - порушенням сприйняття червоного, наприклад,
не здатні бачити червоний сигнал світлофора при яскравому сонячному денному
світлі. При дейтеранопія - порушення сприйняття зеленого, в нічних умовах
зелений сигнал світлофора стає не відрізняємим від світла вуличних ліхтарів.
RGB (скорочено від англ. Red, Green, Blue - червоний, зелений, синій) - адитивна колірна модель, що описує спосіб синтезу кольору, за якою червоне, зелене та синє світло накладаються разом, змішуючись у різноманітні кольори. Широко застосовується в техніці, що відтворює зображення за допомогою випромінення світла.
У даній моделі колір кодуєтся градаціями складових каналів (Red, Green, Blue). Тому за збільшення величини градації котрогось каналу - зростає його інтенсивність під час синтезу.
Кількість градацій кожного каналу залежить від бітового значення RGB. Зазвичай використовують 24-х бітну модель, у котрій визначаєтся по 8 біт на кожен канал, і тому кількість градацій дорівнює 255, що дозволяє закодувати 2553=16.5 млн кольорів.
Колірна модель RGB призначена сприймати, представляти та відображати зображення в електронних системах, таких як телебачення та комп'ютери, хоча її також застосовували у традиційній фотографії. Вже до електронного віку, модель RGB мала за собою серйозну теорію, засновану на сприйнятті кольорів людиною.- апаратно-залежний простір кольорів
Типово приладами із RGB-входом є кольоровий телевізор і відеокамера, сканер і цифровий фотоапарат.
Переваги: апаратна близкість із монітором, сканером, проектором, іншими пристроями; велика кольорова гамма, близька до
можливостей людського зору; доступність
багатьох функцій обробки зображення (фільтрів) у програмах растрової графіки; невеликий (порівняно до моделі CMYK) обсяг,
проте ширший спектр кольорів. Недоліки: з береження імовірності помилки відображення кольорів на екрані монітора -
невідповідно до кольорів, отриманих у результаті кольоропроби.
Коли необхідно роздрукувати створене на екрані комп'ютера зображення на
допомогу приходить субтрактивна система кольору. Прикладом такої колірної
моделі є CMY, назва якої відповідає першим буквам трьох основних кольорів:
блакитного (Cyan), пурпурного (Magenta), і жовтого (Yellow). Змішавши три основних кольори
передбачається одержання чорного кольору, але чистий чорний не виходить, тому у
сучасній поліграфії використовують чотирикольоровий друк з чорним кольором -
чому буде відповідати колірна модель СМУК, black - чорний (у назві К за
останньою літерою). Простір моделі CMY аналогічно
простору моделі RGB, але система координат перевернута: 0,0,0 - буде
відповідати білому кольору, а 1,1,1 - чорному. У результаті змішування трьох
рівних компонентів отримаємо сірий колір.
Модель була створена в 1976 році Міжнародною комісією з освітленості. Це успішна спроба створення апаратно-незалежної моделі кольору. Модель заснована на сприйнятті кольору людським оком. Будь-який колір визначається яскравістю й двома хроматичними компонентами параметрами а й в, що змінюються в різних діапазонах. Перший від зеленого до червоного, другий - від синього до жовтого (рис. 5.6). Яскравість моделі незалежна від спектральних кольорів. Це робить модель зручною для регулювання контрасту, різкості й ін. тонових характеристик зображення. Наприклад, при редагуванні фотографії, можна змінювати яскравісний канал як при роботі з чорно-білою фотографією незалежно від кольору.
Модель Lab є триканальною. Її кольорове охоплення надзвичайно широке і наближене
до кольорового охоплення людського ока. Кольорова гама включає кольорові
простори всіх інших моделей, використовується в поліграфії. Модель не залежнить
від перегляду на моніторі чи при друкуванні. Її також можна використовувати як
модель-посередника при будь-якому конвертуванні з моделі в модель.
В основу перцепційних моделей закладене роздільне визначення яскравості й кольоровості. Загальним для всіх моделей є те, що колір задається не у вигляді суміші трьох основних кольорів, а визначається шляхом указівки двох компонентів: кольоровості (насиченості, кольорового тону) і яскравості. Модель HSB (Hue - колірний тон, Saturation - насиченість, Brightness - яскравість) чи її аналог HSL представлені в більшості сучасних графічних пакетів. З усіх використовуваних у даний час моделей ця модель найбільш точно відповідає способу сприйняття кольорів людським оком.
Спектральні кольори чи кольорові тони (Hue), що визначаються довжиною світлової хвилі відбиті від непрозорого об'єкта чи які пройшли через прозорий об'єкт, характеризуються положенням на кольоровому колі і визначаються величиною кута в діапазоні від 0 до 360 º. Ці кольори мають максимальну насиченість (чистоту).
Простір, обумовлений моделлю, можна представити у вигляді шестигранного конуса. Верхня частина конуса відповідає значенню В=1 і кольори виражені з максимальною інтенсивністю. Додаткові кольори розташовані один проти одного, тобто відрізняються на кут Н=180º. Цей кут відраховується від вертикальної осі, причому початок відліку збігається з червоним кольором. Значення S змінюється в діапазоні від 0 на осьовій лінії (вісь В) до 1 на трикутних бічних гранях конуса. Висота конуса складає 1 по координаті В, а вершина конуса може на початку координат де знаходиться чорний колір (В=0). Крапка з координатами В=1, S=0 відповідає білому кольору. Наприклад, чистому червоному кольору відповідають координати Н=0, S=1, В=1.
Колір зі зменшеною насиченістю стає пастельним, бляклим, розмитим, тому змінювати насиченість - це по суті додавання білого кольору.
Зменшення яскравості означає його зачорніння чи додавання чорного кольору.
Будь-який колір виходить зі спектрального шляхом додавання чорного чи білого. Ця модель набагато ближче до традиційного розуміння роботи картографа з кольором. Необхідно спочатку визначити колірний тон, потім насиченість і яскравість.
Недолік цієї моделі є необхідність перетворення її в модель RGB для
відображення на екрані монітора чи в іншу модель для одержання поліграфічного
відбитка.
HSL (скорочено від англ. Hue, Saturation, Lightness) - колірна модель, з якою часто працюють комп’ютерні художники, яка є найбільш близькою до людського ока. Будь-який колір у цій моделі визначається: кольоровим тоном (англ. hue), тобто кольором - синім, червоним, жовтим тощо; насиченістю (англ. saturation), або інтенсивністю, тобто частиною чистого кольору, без домішки чорної та білої фарб; яскравістю (англ. lightness), тобто частиною доданої білої фарби.
Практично, те саме, що й HSB (від англ. Hue, Saturation, Brightness). Це аналог попередньої моделі HSB, вона виходить у результаті модифікації HSB моделі: білий колір витягається нагору з площини В=1, щоб утворити верхній шестигранний конус.
Основна сфера застосування колірної моделі CMYK - повноколірний друк, оскільки у разі її використання за допомогою чотирьох фарб можна отримати на папері повноколірне зображення. Це стає можливим завдяки властивості людського ока "усереднювати" колір маленьких і близько розташованих об'єктів. Тому якщо, наприклад, дуже близько або з накладанням нанести на папір пурпурні та жовті крапки, око сприйматиме їх як область червоного кольору. Друкуючи у такий спосіб крапки чотирьох базових кольорів, можна отримати більшість існуючих кольорів. Новітня тенденція у настільному друкуванні - використання додаткових картриджів Light Cyan і Light Magenta. Це дозволяє отримати значно більшу кількість відтінків. Таким чином, колірних каналів 6 та позначаються вони CMYKLcLm. З’явилась і нова 8-колірна система друку пігментними чорнилами Ultra Chrome Hi-Gloss. Їх світлостійкість 100 років, що значно перевершує аналогічний фотодрук. Колірна модель розширена за рахунок нових фарбників - синього та червоного. Чорний колір тепер може бути стандартним (для глянсових паперів) та матовим чорним (для матових паперів). Кожна частинка пігменту в чорнилах міститься у полімерній оболонці. При попаданні на поверхню паперу полімер скріплює частинки пігменту між собою та папером, створюючи рівний кольоровий шар.
Перцептивна Модель HSB
вільна від цих обох недоліків і більш відповідає людському зоровому сприйняттю.
Будь-який колір тут утворюється із спектрального з додаванням білого, сірого і
чорного за основними характеристиками кольору - колірним тоном, тобто
спектральним кольором, насиченістю та яскравістю (світлістю), яка визначає
ступінь затемнення чорним. Модель HSB, як і RGB - триканальна. Вона не залежить
від обладнання, але в подальшому у процесі роботи кольори все одно перетворюють
на модель RGB для показу на екрані монітора або на модель CMYK - для друку на
принтері.
Колірні кола - це зручна модель, яка описує взаємини основних колірних координат в наочній графічній формі. Кожен користувач, що систематично працює з кольором, повинен ясно представляти основні правила поводження з цією моделлю. Вона дозволяє вирішити багато завдань колірного синтезу, її часто використовують як навігатор, що дозволяє упевнено орієнтуватися в колірному просторі і визначати напрям пошуку відтінків в будь-якій колірній моделі.
Розглянемо пристрій колірного круга. У нім на рівній відстані один від одного розміщені аддитивні і субтрактівниє кольори. Пари квітів, розташовані під кутом 180 градусів, називаються компліментарними або додатковими. Такими є зелений і пурпурний, синій і жовтий, блакитний і червоний. Цю назву підкреслює не тільки розташування в крузі, але і суть фізичних процесів. Блакитний колір протилежний червоному, тому що блакитні фарбники поглинають червоний колір і відображають синій і зелений. Блакитний колір - це відсутність червоного.
У різних джерелах приводяться відмінні зображення колірного круга. Ці відмінності не мають принципового значення і не впливають на прогностичні властивості моделі. При необхідності круг можна відновити по наступних простих правилах. Представимо координати систем RGB і CMY крапками на колі, хай кольори однієї моделі отстоят один від одного на 120 градусів. Для завершення побудови досить розташувати кольори R (червоний) і З (блакитний) на одній діагоналі, а решту всіх координат упорядкувати по вартовий або проти годинникової стрілки. Приведемо основні положення колірного синтезу по круговій моделі:
· Додаткові кольори (діаметрально протилежні на колірному крузі) є в деякому розумінні взаємовиключними. Це твердження можна виразити у вигляді наступних залежностей: 100% Cyan = 0 Red, 100% Magenta = 0 Green, 100 % Yellow = 0 Blue.
· Додавання будь-якої фарби колірного круга компенсує додаткову фарбу, як би розбавляє її в результуючому кольорі. Наприклад, щоб змінити колірне співвідношення у бік зелених тонів, слід знизити зміст пурпурного кольору, який є додатковим до зеленого. Підвищення змісту компонентів RGB спричиняє за собою зниження концентрації параметрів CMY і навпаки.
· Кожен субтрактівний (аддитивний) колір знаходиться між двома аддитивними (субтрактівнимі). Складання будь-яких двох квітів RGB дає колір CMY, лежачий між ними. Справедливо і зворотне твердження. Наприклад, змішуючи зелений і синій, отримаємо блакитний, а суміш жовтого і пурпурного утворює червоний. Перерахуємо всі можливі співвідношення такого вигляду: Red + Green = =Yellow, Blue + Green = Cyan, Red + Blue = Magenta, Cyan + Magenta = Blue, Cyan + Yellow = Green, Magenta + Yellow = Red.
· Освітлення або затемнення кольору граничної насиченості
спричиняє за собою зниження його насиченості.
Сучасні ЕОМ дозволяють розв'язувати логічні задачі (оптимального управління, розпізнавання зразків, постановки діагнозу і т.д.). Майбутній розвиток техніки пов'язаний з автоматизованим виробництвом, заснованим на широкому використанні ЕОМ.
Автоматизоване проектування являє собою оптимальне проектування шляхом синтезу математичних моделей (рис.3.1). Оптимальне проектування має на увазі пошук найкращого в певному значенні варіанта проекту. Внаслідок автоматизованого проектування створюється ескізний проект виробу, що містить його основні параметри, характеристики, скелетну схему конструкції, математичну модель виробу.
Автоматизоване конструювання здійснює оптимальний синтез конструктивних елементів за допомогою ЕОМ. При конструюванні за основу приймають скелетну схему конструкції, отриману на етапі автоматизованого проектування. Схему доповнюють конструктивною і технологічною розробкою окремих елементів (з'єднувальних і перехідних елементів, ущільнень), визначають розміри, допуски, посадки і т.д.
З автоматизованого конструювання випускається технічна документація, необхідна для технологічної підготовки виробництва. Вона містить креслення, які отримують на креслярських автоматах за розробленими програмами, і технічні умови (умови збирання, контролю). У виробництво передається "машинний образ" конструкції у вигляді пакета програм, що містить необхідну інформацію для виготовлення виробу.