Что значит насыщенный цвет. Теория цвета

Я по образованию программист, но по работе мне пришлось столкнуться с обработкой изображений. И тут для меня открылся удивительный и неизведанный мир цветовых пространств. Не думаю, что дизайнеры и фотографы узнают для себя что-то новое, но, возможно, кому-нибудь это знание окажется, как минимум полезно, а в лучшем случае интересно.

Основная задача цветовых моделей – сделать возможным задание цветов унифицированным образом. По сути цветовые модели задают определённые системы координат, которые позволяют однозначно определить цвет.

Наиболее популярными на сегодняшний день являются следующие цветовые модели: RGB (используется в основном в мониторах и камерах), CMY(K) (используется в полиграфии), HSI (широко используется в машинном зрении и дизайне). Существует множество других моделей. Например, CIE XYZ (стандартные модели), YCbCr и др. Далее дан краткий обзор этих цветовых моделей.

Цветовой куб RGB

В модели RGB (от англ. red – красный, green – зелёный, blue – голубой) все цвета получаются путём смешения трёх базовых (красного, зелёного и синего) цветов в различных пропорциях. Доля каждого базового цвета в итоговом может восприниматься, как координата в соответствующем трёхмерном пространстве, поэтому данную модель часто называют цветовым кубом. На Рис. 1 представлена модель цветового куба.

Чаще всего модель строится так, чтобы куб был единичным. Точки, соответствующие базовым цветам, расположены в вершинах куба, лежащих на осях: красный – (1;0;0), зелёный – (0;1;0), синий – (0;0;1). При этом вторичные цвета (полученные смешением двух базовых) расположены в других вершинах куба: голубой - (0;1;1), пурпурный - (1;0;1) и жёлтый – (1;1;0). Чёрный и белые цвета расположены в начале координат (0;0;0) и наиболее удалённой от начала координат точке (1;1;1). Рис. показывает только вершины куба.

Цветные изображения в модели RGB строятся из трёх отдельных изображений-каналов. В Табл. показано разложение исходного изображения на цветовые каналы.

В модели RGB для каждой составляющей цвета отводится определённое количество бит, например, если для кодирования каждой составляющей отводить 1 байт, то с помощью этой модели можно закодировать 2^(3*8)≈16 млн. цветов. На практике такое кодирование избыточно, т.к. большинство людей не способно различить такое количество цветов. Часто ограничиваются т.н. режимом «High Color» в котором на кодирование каждой компоненты отводится 5 бит. В некоторых приложениях используют 16-битный режим в котором на кодирование R и B составляющих отводится по 5 бит, а на кодирование G составляющей 6 бит. Этот режим, во-первых, учитывает более высокую чувствительность человека к зелёному цвету, а во-вторых, позволяет более эффективно использовать особенности архитектуры ЭВМ. Количество бит, отводимых на кодирование одного пиксела называется глубиной цвета. В Табл. приведены примеры кодирования одного и того же изображения с разной глубиной цвета.

Субтрактивные модели CMY и CMYK

Например, бумага, покрытая жёлтым красителем не отражает синий свет, т.е. можно сказать, что жёлтый краситель вычитает из отражённого белого света синий. Аналогично голубой краситель вычитает из отражённого света красный, а пурпурный краситель вычитает зелёный. Именно поэтому данную модель принято называть субтрактивной. Алгоритм перевода из модели RGB в модель CMY очень прост:

При этом предполагается, что цвета RGB находятся в интервале . Легко заметить, что для получения чёрного цвета в модели CMY необходимо смешать голубой, пурпурный и жёлтый в равных пропорциях. Этот метод имеет два серьёзных недостатка: во-первых, полученный в результате смешения чёрный цвет будет выглядеть светлее «настоящего» чёрного, во-вторых, это приводит к существенным затратам красителя. Поэтому на практике модель СMY расширяют до модели CMYK, добавляя к трём цветам чёрный (англ. black).

Цветовое пространство тон, насыщенность, интенсивность (HSI)

Чаще всего люди оперируют следующими понятиями: цветовой тон, насыщенность и светлота. При этом, говоря о цветовом тоне, обычно имеют в виду именно цвет. Насыщенность показывает насколько описываемый цвет разбавлен белым (розовый, например, это смесь красного и белого). Понятие светлоты наиболее сложно для описания, и с некоторыми допущениями под светлотой можно понимать интенсивность света.

Если рассмотреть проекцию RGB-куба в направлении диагонали белый-чёрный, то получится шестиугольник:

Все серые цвета (лежащие на диагонали куба) при этом проецируются в центральную точку. Чтобы с помощью этой модели можно было закодировать все цвета, доступные в RGB-модели, необходимо добавить вертикальную ось светлоты (или интенсивности) (I). В итоге получается шестигранный конус:

При этом тон (H) задаётся углом относительно оси красного цвета, насыщенность (S) характеризует чистоту цвета (1 означает совершенно чистый цвет, а 0 соответствует оттенку серого). Важно понимать, что тон и насыщенность не определены при нулевой интенсивности.

Алгоритм перевода из RGB в HSI можно выполнить, воспользовавшись следующими формулами:

Цветовая модель HSI очень популярна среди дизайнеров и художников, т.к. в этой системе обеспечивается непосредственный контроль тона, насыщенности и яркости. Эти же свойства делают эту модель очень популярной в системах машинного зрения. В Табл. показано изменение изображения при увеличении и уменьшении интенсивности, тона (выполняется поворот на ±50°) и насыщенности.

Модель CIE XYZ

При описании цвета значения X,Y,Z называют стандартными основными возбуждениями, а полученные на их основе координаты – стандартными цветовыми координатами. Стандартные кривые сложения X(λ),Y(λ),Z(λ) (см. Рис.) описывают чувствительность среднестатистического наблюдателя к стандартным возбуждениям:

Помимо стандартных цветовых координат часто используют понятие относительных цветовых координат, которые можно вычислить по следующим формулам:

Легко заметить, что x+y+z=1, а это значит, что для однозначного задания относительных координат достаточно любой пары значений, а соответствующее цветовое пространство может быть представлено в виде двумерного графика:

Множество цветов, задаваемое таким способом, называют треугольником CIE.
Легко заметить, что треугольник CIE описывает только цветовой тон, но никак не описывает яркость. Для описания яркости вводят дополнительную ось, проходящую через точку с координатами (1/3;1/3) (т.н. точку белого). В результате получают цветовое тело CIE (см. Рис.):

Это тело содержит все цвета, видимые среднестатистическим наблюдателем. Основным недостатком этой системы является то, что используя её, мы можем констатировать только совпадение или различие двух цветов, но расстояние между двумя точками этого цветового пространства не соответствует зрительному восприятию различия цветов.

Модель CIELAB

В системе CIE L*a*b координата L означает светлоту (в диапазоне от 0 до 100), а координаты a,b – означают позицию между зелёным-пурпурным, и синим-жёлтым цветами. Формулы для перевода координат из CIE XYZ в CIE L*a*b* приведены ниже:

где (Xn,Yn,Zn) – координаты точки белого в пространстве CIE XYZ, а

На Рис. представлены срезы цветового тела CIE L*a*b* для двух значений светлоты:

По сравнению с системой CIE XYZ Евклидово расстояние (√((L1-L2)^2+(a1^*-a2^*)^2+(b1^*-b2^*)^2)) в системе CIE L*a*b* значительно лучше соответствует цветовому различию, воспринимаемому человеком, тем не менее, стандартной формулой цветового различия является чрезвычайно сложная CIEDE2000.

Телевизионные цветоразностные цветовые системы

Популярность этих цветовых систем обусловлена в первую очередь появлением цветного телевидения. Т.к. компонента Y по сути содержит исходное изображение в градациях серого, сигнал в системе YIQ мог быть принят и корректно отображён как на старых чёрно-белых телевизорах, так и на новых цветных.

Вторым, возможно более важным плюсом, этих пространств является разделение информации о цвете и яркости изображения. Дело в том, что человеческий глаз весьма чувствителен к изменению яркости, и значительно менее чувствителен к изменению цветности. Это позволяет передавать и хранить информацию о цветности с пониженной глубиной. Именно на этой особенности человеческого глаза построены самые популярные на сегодняшний день алгоритмы сжатия изображений (в т.ч. jpeg). Для перевода из пространства RGB в YIQ можно воспользоваться следующими формулами:

Продолжим с теорией цвета.
Сегодня поговорим об оставшихся двух характеристиках цвета:
светлый - насыщенный
яркий - мягкий

Что из себя представляют эти две характеристики, несложно определить, используя любой графический редактор.
Сначала разберемся с хроматическими цветами

Посмотрим на 2 схемы:

Палитра №1

По оси х (горизонтальной, кто забыл математику=)) идет яркость , по у - насыщенность , отдельно вынесли z - собственно, сам цвет , тон
Тут видно, что яркий цвет - это цвет без добавления серого , в то время как мягкий цвет - цвет с добавлением серого

Насыщенный, темный цвет - это цвет с добавлением черного . Таблицу можно было бы продлить вверх,добавляя белый, тогда получился бы светлый цвет - цвет с добавлением белого .

Теперь посмотрим палитру самой простой графической программы - paint

Палитра№2

Примерно то же самое, просто система координат поменялась местами
За пределы квадрата вынесли насыщенность (добавление к цвету черного и белого). Сам спектральный цвет в этом ряду посередине , ближе к низу к нему добавляется черный и цвет становится насыщенным, ближе к верху к нему добавляется белый и цвет становится светлым.
В квадрате же по оси х меняются цвета спектра, а по оси у сверху вниз теряется яркость, к цвету добавляется серый -он становится мягким.

Вот еще одна более простая схема яркости и мягкости, светлоты и насыщенности

Наверху - яркий теплый зеленый цвет , внизу - тот же цвет с добавлением серого, то есть мягкий теплый зеленый цвет .
Сам цвет находится посередине. Слева - его более светлые варианты, справа - его более насыщенные варианты.

Как можно сделать вывод : и яркие и мягкие цвета бывают светлыми и темными.

Что интересно : при добавлении черного и белого цвет может менять свою "температуру" - характеристику тепло-холод, становясь холоднее. Поскольку и черный и белый, как вы помните, считаются холодными цветами. Особенно это заметно у ярких цветов. Сравните сам цвет, что в середине, самые светлые и самые темные его оттенки. Поэтому, если вам идет один из вариантов цвета - далеко не факт, что пойдет все разнообразие его светлых и темных оттенков.

В общем,если обобщить теорию о характеристиках цвета, получим:

теплый - цвет с теплыми полутонами
холодный - цвет с холодными полутонами
яркий - цвет без добавления серого
мягкий - цвет с добавлением серого
светлый - цвет с добавлением белого
темный - цвет с добавлением черного

Что касается ахроматических цветов, то черный и белый - яркие цвета, серый - мягкий.
Черный - насыщенный цвет, белый - светлый, что же касается серого , то зависит от того, чего в нем больше - белого или черного . Средний серый , который получается при смешивании противоположных цветов - нейтрален, так как в нем 50% белого и 50% черного.

Цветовой тон

То, что в профессиональном лексиконе художников обозначается словом «цвет», в научном цветоведении определяется термином «цветовой тон».

Цветовой тон - качество хроматического цвета, при определении которого называют цвет красным, желтым, голубым, зеленым; особенность цвета отличаться от других цветов спектра. В нашем сознании цветовой тон ассоциируется с окраской хорошо знакомых предметов. Многие названия цветов произошли от объектов с характерным цветом: песочный, изумрудный, шоколадный, вишневый, что указывает на неразрывную связь цвета с предметным миром. Термины «светлота» и «цветовой тон» тесно связаны по своему содержанию с понятиями «свет» и «цвет». В натуре цветовой тон и светлота выступают неразделимо. И их разделение есть одна из условностей изобразительного искусства, зависящая от творческой установки художника, типа его видения, используемых им материала и техники. Однако между понятиями «светлота» и «цветовой тон» нельзя провести абсолютного разграничения и теоретически. Если, например, мы берем синюю краску, в различной степени разбавленную белилами, то имеем светлотные градации или изменения ее по светлоте. То же самое будет и со всякой другой краской, но если мы возьмем одну из светлотных градаций синей и одну из светлых градаций красной. То должны будем иметь розовую и голубую краски. «Живопись есть передача тоном (т.е. светосилой цвета), плюс цвет, видимого материала» -- говорил Н. П. Крымов. Это еще раз свидетельствует о том, что всякое красочное пятно заключает в себе цвет, характеризующийся тремя связанными между собой показателями - «светлота», «цветовой тон», «насыщенность». И при изменении краски по светлоте происходит у одних красок меньше, у других - больше изменение по цветовому тону.

Насыщенность

Насыщенность - сила цвета - степень отличия хроматического цвета от равного с ним по светлоте серого цвета; степень приближения к чистому спектральному цвету или процентное содержание цвета в данном оттенке. Чем ближе цвет приближается к спектральному, чем сильнее его отличие от серого цвета, тем он насыщеннее. Розовый, светло-желтый, светло-голубой или темно-коричневый являются малонасыщенными цветами. В практике малонасыщенные цвета получают путем добавления к хроматическому цвету белой или черной краски. От примеси белил цвет светлеет, от черной краски - темнеет. Потемнение или посветление цвета всегда понижает его насыщенность. Насыщенность зависит и от цветового тона. Желтый цвет всегда насыщеннее красного, красный - синего.

В цветоведении часто измеряют не насыщенность, воспринимаемую визуально, а так называемую чистоту, или колориметрическую насыщенность цвета, которая определяется отношением яркости спектральной составляющей к общей яркости цвета. Чистота цвета - относительная величина и обычно выражается в процентах. Чистота спектральных цветов принимается за единицу, или за 100 процентов, а чистота ахроматических цветов равна нулю. Зная цветовой тон, светлоту и насыщенность цвета, можно количественно измерить любой цвет. Малейшее изменение одной из трех определяющих цвет величин влечет за собой изменение цвета. Метод определения цвета по трем перечисленным характеристикам, удобный тем, что цвет можно определить количественно, успешно применяется в различных областях науки и техники, в том числе в полиграфии, текстильном производстве, цветном телевидении и т.д., где для измерения цвета применяют специальные приборы - спектрофотометры и колориметры различных систем. Все методы определения цвета в колориметрии основаны на сравнении цветов, которые лежат в одной плоскости и находятся в одинаковых условиях освещения. В живописи при работе с натуры художник должен анализировать и сравнивать цвета, присущие сложным по форме объемным объектам или предметам, которые, как правило, находятся в окружении цветовой среды или предметов другого цвета и которые расположены на нескольких, иногда достаточно удаленных друг от друга планах и, следовательно, и различных условиях освещения.

Цветовой круг

Цвета спектра - красный, желтый, синий - называют основными цветами. Их нельзя получить смешением других цветов. Если смешать два крайних цвета спектра - красный и фиолетовый, то получится новый промежуточный цвет - пурпурный. В результате мы имеем восемь цветов, считающихся в практике наиболее важными: это желтый, оранжевый, красный, пурпурный, фиолетовый, синий, голубой и зеленый. Замкнув эту полоску в кольцо, можно получить цветовой круг с той же последовательностью цветов, как в спектре. Если в цветовом круге из восьми цветов смешивать соседние цвета в различных пропорциях, то можно получить множество промежуточных оттенков. Смешивая оранжевый с желтым, получим оранжево-желтый и желто-оранжевый и т.д. Цветовые круги могут быть различными по количеству содержащихся в них цветов, но не более 150, т.к. большего количества глаз не различает.

Цветовой круг можно разделить на две части так, чтобы в одну часть вошли красные, оранжевые, желтые и желто- зеленые цвета, а в другую - голубо-зеленые, голубые, синие, фиолетовые. Первые из них называют теплыми цветами, вторые - холодными. Отнесение цветов к теплым или холодным основано на том, что красные, оранжевые и желтые цвета напоминают цвет огня, солнечного света, раскаленных предметов; голубые, синие, фиолетовые цвета напоминают цвет воды, воздушной дали, льда. Чистый зеленый цвет считается нейтральным. Он может быть теплым, если в нем будут заметны желтоватые оттенки, и холодным, если в нем будут преобладать голубоватые и синеватые оттенки.

Насыщенность цвета (интенсивность) – это степень выраженности определенного тона. Понятие идет следующим после яркости. Фото.

Насыщенность(интенсивность) – это степень выраженности определенного цвета. Оно действует в переделе одного , где степень насыщенности определяется чистотой отражения определенного спектра от поверхности. Чем точнее и полнее идет отражении, тем более насыщенный оттенок мы видим. Если поверхность не идеально отражает одну волну, а имеется примесь, то такие оттенки обычно бледнее. Они могут быть сероватыми, коричневатыми, или с другим отливом, их можно характеризовать как пыльные, запотевшие, сложные, мягкие и пр. Насыщенные цвета можно характеризовать как яркие, броские, полные, выразительные, эффектные и т. д.

Понятие «насыщенность» так же связано с . Но если яркость — относительная величина: броским может быть и белый цвет, то насыщенность атрибут хроматического тона. Чистый тон, без примеси серого, с умеренным присутствием белого или черного — является эталоном данного понятия.
В противоположность этому определению будет блеклость оттенка — чем выше загрязнение краски, тем сложнее полученный оттенок и ближе к сером. Бледность, бледность можно определить, как отсутствие яркости, однако мы так же понимаем, что это светлый, приглушенный (пастельный) тон или со значительной примесью серого.

ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ НА ЭТУ ТЕМУ (нажать на картинку)