8. Цвета и оттенки

Цвета и оттенки

Технологии получения цветных изображений вошли в повседневную жизнь сравнительно недавно. Еще остались в семейных альбомах черно-белые фотографии, а на дачах доживают свой долгий век черно-белые телевизоры.

Впрочем, и сейчас черно-белые изображения широко используются там, где цвет не обязателен, или как художественный эффект.

Очевидно, для передачи изображения часто достаточно оттенков одного цвета. Если речь идет об излучаемых цветах, то под оттенком цвета подразумевается тот же цвет, но отличающийся по яркости. В черно-белом телевизоре изображение формируется точками люминофора, которые могут светиться с различной яркостью. Иными словами, изображение строится из оттенков серого цвета от черного (минимальная яркость) до белого (максимальная яркость). Если бы люминофор светился, например, коричневым цветом, то изображение было бы построено из оттенков коричневого.

Цвета на отпечатке не излучают свет, поэтому их оттенки отличаются оптической плотностью. Оптическая плотность служит мерой поглощения света. Чем выше оптическая плотность, тем оттенок темнее. Если изображение отпечатано не в оттенках серого, а какого-то иного цвета, говорят, что оно тонировано. Вспомните, например, старые фотографии в тонах сепии.

В компьютерной графике такие изображения называются полутоновыми, поскольку состоят из оттенков одного цветового тона. В графических программах, в том числе и в Photoshop, каждый цвет может иметь 256 оттенков:

от черного (нулевая яркость) до белого (яркость равна 255). Информация о яркостях пикселов изображения хранится в канале. Таким образом, для полутонового изображения достаточно одного канала.

1. Откройте изображение Girl.jpg с прилагаемой дискеты.

2. Откройте палитру каналов (рис. 2.3) командой Show Channels (Показать каналы) меню Window (Окно).

Рис. 2.3. Палитра Channels для полутонового изображения

Перед вами палитра, в которой перечислены все каналы текущего изображения. Как видите, у изображения Girl.jpg есть единственный канал Gray, где хранятся яркости пикселов. Поскольку в полутоновых изображениях используется единственный цвет, нельзя говорить о "полутоновой" цветовой модели.

Цветовые модели

Цвета образуются в природе различным образом. С одной стороны, источники света (солнце, лампочки, экраны компьютеров и телевизоров) излучают свет различных длин волн, воспринимаемый глазом как цветной свет. Попадая на поверхности несветящихся предметов, свет частично поглощается, а частично отражается. Отраженное излучение воспринимается глазом как окраска предметов. Таким образом, цвет объекта возникает в результате излучения или отражения. Описание цвета объекта в первом случае отличается от второго, т. е. применяются разные модели цвета.

Модель RGB

Модель RGB описывает излучаемые цвета и основана на трех базовых цветах — Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий). Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. При сложении (смешении) двух лучей основных цветов результат светлее составляющих. Цвета этого типа называются аддитивными (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Аддитивная цветовая модель RGB

Из смешения красного и зеленого получается желтый, зеленого и синего — голубой, синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Смешав три базовых цвета в разных пропорциях (с разными яркостями), можно получить все многообразие оттенков. Если говорить о растровом изображении в модели RGB, то каждый его пиксел представляется яркостями трех базовых цветов: красного, зеленого и синего.

Как уже говорилось выше, яркости пикселов хранятся в каналах. Таким образом, для RGB-изображения требуется три канала (рис. 2.5).

Цветовой канал — это полутоновое изображение, отражающее распределение яркостей соответствующего базового цвета. Если документ имеет модель Grayscale, то содержимое единственного канала и образует изображение. Редактирование канала и редактирование изображения в этих случаях одно и то же.

Если модель документа — RGB, то изображения в красном, зеленом и синем канале, накладываясь друг на друга, образуют цветную картинку. При этом, заметьте, цвета смешиваются аддитивно, как лучи света. Это значит, что при наложении результат осветляется. Чем светлее канал, тем больше базового цвета содержится в изображении. Проверим это туманное высказывание на практике. Для изучения взаимодействий каналов удобно отображать их в цвете. Все операции с каналами проводятся в палитре Channels(Каналы).

Рис. 2.5. Каналы RGB-изображения

1. Откройте документ Pyramid.jpg, расположенный на дискете. Обратите внимание на заголовок окна. Для полноцветных изображений в нем указывается цветовая модель.

2. Установите флажок Color Channels in Color (Цветовые каналы в цвете) в группе Display & Cursors (Отображение и курсоры) окна установок программы Preferences (Установки). Если этот флажок установлен, то каналы показываются в соответствующем цвете. При снятом флажке содержимое каналов отображается в оттенках серого.

3. Откройте палитру Channels (Каналы). Для этого используется команда Show Channels (Показать каналы) меню Window (Окно). Здесь представлены цветовые каналы изображения, каждый своим цветом (рис. 2.6). Вопреки ожиданиям, палитра показывает четыре канала, поскольку изображения в цветовых моделях RGB, CMYK или Lab имеют на палитре каналов дополнительный совмещенный канал, занимающий верхнюю строку палитры. Он показывает результирующее изображение. Строка совмещенного канала позволяет переходить от просмотра отдельных каналов к просмотру суммарного изображения.

Рис. 2.6. RGB-каналы в палитре Channels

Каналы, выбранные для просмотра или редактирования, называются активными, и все действия, выполняемые в окне документа, распространяются только на них. В палитре Channels (Каналы) они выделены подсветкой. По умолчанию активен совмещенный канал.

1. Щелкните мышью на имени канала Red. Его строка подсветится синим, а строки всех остальных каналов станут белыми. Изображение в окне документа получится черно-красным, т. к. в качестве активного выбран красный канал.

2. Теперь выберите строку совмещенного канала. Изображение снова приобрело нормальный цвет.

3. Можно включить отображение любых двух каналов одновременно. Щелкните на пиктограмме "Глаз" у канала Green. Теперь видны два других канала — Red и Blue. Пиктограмма "Глаз" определяет режим отображения канала по признаку "видимый/невидимый". Для совмещенного канала эта пиктограмма включается только тогда, когда все цветовые каналы являются видимыми. Один канал, или любая пара RGB-каналов всегда оказывается темнее, чем результат совмещения всех трех. Это и не удивительно, если помнить, что цвета в этой модели смешиваются аддитивно.

4. Обратите внимание на указанные в строке каждого канала клавиатурные эквиваленты. Они позволяют быстро выбирать активный канал. Проверьте эти комбинации клавиш в действии.

5. Для того чтобы сделать несколько каналов активными, следует при выделении мышью последующих каналов держать нажатой клавишу Shift. Попробуйте активизировать одновременно два любых канала. К сожалению, клавиша Shift не действует при выборе каналов с помощью клавиатуры.

О содержимом канала судят по уменьшенному рисунку, миниатюре, располагающейся на строке канала. Миниатюра в процессе редактирования слоя постоянно обновляется. Если миниатюры на панели каналов вам показались слишком мелкими, их можно увеличить.

1. Щелкните в палитре Channels (Каналы) на треугольной стрелке справа от вкладок. В открывшемся списке команд выберите Palette Options (Настройки палитры).

2. На экране появится диалоговое окно Channels Palette Options (Настройки палитры каналов) (рис. 2.7), в котором одно единственное поле, определяющее размер миниатюр. Выберите по своему вкусу нужный переключатель.

Совет
Увеличенный размер миниатюр потребует несколько больше места на экране и времени на отображение. Если у вас медленный компьютер, то имеет смысл вовсе отключить их вывод в палитре: для этого выберите вариант None (Нет).

3. Нажмите кнопку ОК.

В нижней части палитры (слева направо) располагаются три пиктограммы, которые служат для сохранения выделенной области в новом канале, для создания нового канала и для удаления канала. Эти операции применимы только к дополнительным альфа-каналам, которые рассматриваются в следующей главе.

Рис . 2.7. Диалоговоеокно Channels Palette Options

Если представить модель RGB в графическом виде, то получится трехмерная система координат. Любая координата отражает вклад каждой составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения. Внутри полученного куба и "находятся" все цвета, образуя цветовое пространство.

Важно отметить особенные точки и линии этой модели.

Начало координат, где все составляющие равны нулю. Излучение отсутствует (черный цвет). Точка, ближайшая к зрителю, где все составляющие имеют максимальное значение (белый цвет). Линия, соединяющая первые две точки (по диагонали), где располагаются серые оттенки: от черного до белого (серая шкала, обычно — 256 градаций). Здесь все три составляющих одинаковы и находятся в диапазоне от нуля до максимального значения. Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.

Модель HSB

HSB — очень простая в понимании модель, в которой часто работают компьютерные художники. Она основана на цветах модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели HSB определяется своим цветовым тоном (собственно цветом), насыщенностью (т. е. процентом добавленной к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавленной черной краски). Данная модель получила название по первым буквам английских слов Hue, Saturation, Brightness, — HSB. Таким образом, модель имеет три цветовых канала.

Спектральные цвета (чистые цвета солнечного спектра) или цветовые тона (hue) располагаются по краю цветового круга и характеризуются положением на нем, которое определяется величиной угла в диапазоне от О до 360 градусов. Эти цвета обладают максимальными насыщенностью и яркостью (100%). Насыщенность изменяется по радиусу круга от 0 (в центре) до 100% (на краях). При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.

Яркость (Brightness) — параметр, определяющий освещенность или затемненность. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) вне зависимости от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Чтобы отобразить это на модели, вам потребуется новая координата. Направьте ее, например, вниз, на ней вы будете откладывать значения яркости от 100% до 0%. В результате получается цилиндр (или конус, если отсекать черные цвета), который образуется из серии кругов с уменьшающейся яркостью, нижний слой — черный.

В модели HSB любой цвет получается из спектрального добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски.

Модель HSB не является строгой с точки зрения человеческого восприятия. Описание яркости в ней не соответствует восприятию человеческим глазом. Дело в том, что глаз видит спектральные цвета как имеющие различную яркость. Так, спектральный зеленый представляется наиболее ярким, красный — менее ярким, и синий — наиболее темным. В модели HSB все спектральные цвета считаются обладающими 100%-ной яркостью, что не соответствует действительности. Добавим, что она аппаратно-зависимая, так как на самом деле в ее основе лежит модель RGB. Поэтому, если вы собираетесь работать с точными значениями цвета, данной цветовой модели следует избегать. В Photoshop нельзя работать непосредственно с изображениями в этой модели. В то же время с ее помощью удобно визуально подбирать цвета, и Photoshop предоставляет такую возможность.

Примечание
Каждая точка RGB-изображения воспринимается глазом как испускающая больше или меньше света, то есть более или менее яркая. В образовании этой точки принимают участие все три цветовых канала изображения. Если бы все три цвета воспринимались как одинаково яркие, то каждый бы вносил в суммарную яркость третью часть: Y = R/3 + G/3 +B/3

Так вычисляется яркость в цветовой модели HSB. Поскольку, как мы уже выяснили, разные базовые цвета имеют разную воспринимаемую яркость, этот расчет не отражает реального положения вещей, поэтому, в частности, модель HSB нельзя считать корректной. Для расчета яркости каналов RGB в Photoshopиспользуется следующая эмпирическая формула, учитывающая вклад каждого цветового канала:

Y= 0.2125R + 0.7154G + 0,0721В

Цветовой круг может быть полезен при подборе нужной цветовой гаммы, если учесть несколько замечаний по расположению цветов на этом круге и их взаимном сочетании.

• Дополнительные цвета.

Находятся напротив друг друга. При их смешивании образуется черный (если это краски) или белый (если это световые лучи) цвет. Это максимально контрастные цвета, и вместе они действуют на глаз раздражающе (красный и зеленый, желтый и фиолетовый, синий и оранжевый). Применяются для создания сильного цветового контраста.

• Цвета, смежные с дополнительными.

Один цвет сочетается с двумя другими, которые являются смежными по отношению к его дополнительному цвету (зеленый, темно-оранжевый, бордовый). Такое сочетание более мягкое, но достаточно контрастное.

• Триады.

Цвета, равноотстоящие друг от друга на цветовом круге. Образуют гармоничные сочетания (желтый, пурпурный, голубой или оранжевый, изумрудный, бордовый), что создает палитру насыщенных цветов и оттенков.

• Смежные цвета.

Образуют малоконтрастное сочетание, которое придает рисунку строгий вид, например, в схемах или бланках солидной компании.

Кроме цветового тона, на восприятие объектов иллюстрации всегда влияют насыщенность и яркость цвета. В общем случае, чем чище тон, т. е. чем больше обе эти характеристики, тем сильнее объект привлечет внимание. Если на вашем рисунке имеется особенно важная деталь, а остальные фигуры — лишь фон для нее, то разумно снизить их яркость или насыщенность. Снижение насыщенности приведет к осветлению рисунка, он приобретет пастельную палитру. Снижение яркости цвета, напротив, затемнит иллюстрацию. Предельный случай цветового акцента за счет разницы яркостей и насыщенностей — сочетание черного или белого цвета со спектральными, что производит сильный эффект.

Модель CMYK

Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, падающего на них, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета, определяющие окраску этих объектов. Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными ("вычитательными").

Для их описания используется модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB. Понятно, что в таком случае и основных субтрактивных цветов тоже будет три, тем более, что они уже упоминались: голубой (белый минус красный), пурпурный (белый минус зеленый), желтый (белый минус синий).

При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски).

Рис. 2.8. Цветовая модель CMY

Таким образом, при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) образуется белый цвет (белая бумага). Смешение равных значений трех компонентов даст оттенки серого. Модель CMY (рис. 2.8) аналогична модели RGB, в которой перемещено начало координат.

Данная модель — основная модель для полиграфии. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду, и при печати этими красками большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.

Однако реальные краски имеют примеси, их цвет не соответствует в точности теоретически рассчитанным голубому, пурпурному и желтому. Особенно "плох" голубой пигмент типографской краски, и смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дает вместо этого неопределенный грязно-коричневый. Кроме того, для получения интенсивного черного необходимо положить на бумагу большое количество краски каждого цвета. Это приведет к переувлажнению бумаги, да и неэкономно.

По упомянутым причинам в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная. Именно она добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно: С — это Cyan (Голубой), М — Magenta (Пурпурный), Y — Yellow (Желтый). Черный компонент сокращается до буквы К, поскольку эта краска является главной, ключевой (Key) в процессе цветной печати. Число компонентов (каналов) увеличилось до четырех. То есть CMYK —четырехканальная цветовая модель. Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255. На рис. 2.9 представлена палитра Channels(Каналы) для изображения в цветовой модели CMYK. Как видите, количество цветовых каналов действительно равно четырем.

Рис. 2.9. Каналы в цветовой модели CMYK

Примечание
Распространенное мнение, что в модели CMYK больше цветов, поскольку больше каналов, ошибочно. Черный цвет является избыточным для описания цветов, поэтому в модели оказываются одинаковые цвета, описывающиеся разным сочетанием базовых компонент. Например, цвета C0M10Y10K0 и C12M18Y17K10 одинаковы. "Некруглые" значения плотности во втором цвете обусловлены тем, что пигменты красок не идеальны.

Просмотрите содержимое каждого канала изображения в модели CMYK (индивидуально и с разными парами). Чем больше каналов вы сделаете одновременно видимыми, тем темнее будет результат. Как вы помните, в этой модели, в отличие от RGB, цвета смешиваются субтрактивно.

Таким образом, модель CMYK, в отличие от CMY, можно назвать "эмпирической" моделью. Она описывает реальные цвета красок, а не теоретические.

Модель Lab

Модель RGB и модель CMYK являются аппаратно-зависимыми. Если речь идет об RGB, то значения базовых цветов (а также точка белого) определяются качеством примененного в вашем мониторе люминофора. В результате на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково. Если обратиться к CMYK, то здесь различие еще более очевидно, поскольку речь идет о реальных красках, особенностях печатного процесса и носителя.

Поэтому не удивительно, что в конце концов встала задача описания цветов, не зависящего от аппаратуры, на которой эти. цвета получены. К сожалению, дать полностью объективное определение цвета не представляется возможным. Цвет — это воспринимаемая характеристика, зависящая от наблюдателя и окружающих условий. Разные люди видят цвета по-разному (например, художник — иначе, чем непрофессионал. Даже у одного человека зрительная реакция на цвет меняется с возрастом.

Если восприятие цвета зависит от наблюдателя и условий наблюдения, то, по крайней мере, можно стандартизировать эти условия. Именно таким путем пошли ученые из Международной Комиссии по Освещению (CIE). В 1931 г. они стандартизировали условия наблюдения цветов и исследовали восприятие цвета у большой группы людей. В результате были экспериментально определены базовые компоненты новой цветовой модели XYZ. Эта модель аппаратно независима, поскольку описывает цвета так, как они воспринимаются человеком, точнее "стандартным наблюдателем CIE".

Цветовая модель Lab, использующаяся в компьютерной графике, является производной от цветовой модели XYZ. Название она получила от своих базовых компонентов L, a и b.Компонент L несет информацию о яркостях изображения, а компоненты а и b — о его цветах (т. е. а и b — хроматические компоненты). Компонент а изменяется от зеленого до красного, а b — от синего до желтого (рис. 2.10). Как видите, в приведенном примере хроматический канал b (рис. 2.10, в) имеет довольно высокий контраст потому, что пирамида имеет желтый цвет, а небо — синий. В канале а (рис. 2.10, б) контраст, напротив, очень низкий потому, т. к. в изображении нет ни зеленого, ни красного цвета.

a б

в

Рис. 2.10. Изображение (а) и его каналы (б—в) в цветовой модели Lab

Примечание
Через много лет после разработки модели Lab оказалось, что она удивительно соответствует биологическому механизму восприятия цвета человеком. За это открытие американцы Дэвид Хьюбл и Торстен Вайзел получили в 1981 г. Нобелевскую премию.

Яркость в модели Lab полностью отделена от цвета. Это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения. Очевидно, что модель Lab трехканальная (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Палитра Channels для изображения в модели Lab

Модель Lab довольно сложна для практического освоения. Нам трудно думать о цвете в ее категориях: "Этот цвет более желтый или синий?". Поэтому цветовая коррекция в Lab не распространена достаточно широко. Зато ценность Lab как аппаратно-независимой модели имеет свое практическое применение и в Photoshop. Она служит ядром систем управления цветом и применяется (скрыто от пользователя) при каждом преобразовании цветовых моделей как промежуточная.