Другие колориметрические системы

Система UVW

Если все три цветовые координаты (r', g', b') или (x', y', z') для каких–либо двух или более излучений равны, то их цвета одинаковы. Если координаты различны, то различны и цвета излучений. Если при различии координат равны трехцветные координаты, то различны только яркости излучений, а цветности одинаковы. Равенство цветностей графически выражается тем, что точки цветов совпадают на цветовом треугольнике. Если цветности различны, то и точки цветов находятся на графике в разных местах. Чем больше различие, тем дальше должны отстоять друг от друга точки цветов.

На первый взгляд может показаться, что расстояние между точками цветов на графике является мерой различия цветов (естественно, нас интересуют зрительно воспринимаемые различия). Но в действительности количественно степень различия цветов по данному графику определить нельзя, т.к. данные о различиях цветов и мера различия в этот график не заложены. На графике отражены только данные колориметрических опытов, а в колориметрических опытах устанавливалось только равенство цветов. Величины зрительных различий при этом не измерялись.

Вместе с тем количественное выражение цветовых различий имеет огромное практическое значение; например в полиграфии.

Раньше, при обсуждении яркости, насыщенности и цветового тона, мы уже говорили о мерах различий, но ощущение цвета едино. Поэтому практически наиболее важна единая мера цветовых различий. Вопрос об этой единой мере достаточно сложен, т.к. речь идет о количественном сравнении разных качеств.

В области цветовых измерений именно колориметрический метод позволяет ввести единую количественную меру для измерения цветовых различий, т.к. величины трех цветовых координат учитывают одновременное изменение всех трех характеристик цвета.

Если мы нанесем на цветовой график XYZ пороговые разности для различных цветов, то мы получим вокруг точек этих цветов эллипсы различных размеров на которых лежат точки цветов различия между которыми и исходным воспринимаются одинаково. Очевидно, что на графике, на котором геометрическое расстояние между точками может служить мерой различия цветов эти эллипсы должны выродиться в окружности равного диаметра. Такой график называют равноконтрастным.

Такой график можно получить путем проекции графика XYZ на плоскость UV, находящуюся под углом к плоскости XY. В результате мы получаем равноконтрастный цветовой график UVW .

При таких преобразованиях цветовых графиков сохраняются все свойства старых графиков. Полученный график является цветовым графиком новой колориметрической системы UVW . Ее связь с системой XYZ выражается следующей зависимостью:

(\begin{matrix} u' \\ v' \\ w' \end{matrix}) = (\begin{matrix} 2/3 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 1/2 & 3/2 & 1/2 \end{matrix}) x (\begin{matrix} x' \\ y' \\ z' \end{matrix})

Система CMY (CMYK)

Голубой, пурпурный и желтый цвета являются дополнительными к красному, зеленому и синему цветам соответственно. Они получили название основных субтрактивных цветов, поскольку эти цвета являются результатом вычитания некоторого цвета из белого. В случае модели CMY (Cyan, Magenta, Yellow) рассматривается то же цветовое пространство, что и для модели RGB, только в начале координат теперь находится не черный цвет (отсутствие света), а белый. В модели CMY цвета задаются не теми величинами, которые добавляются к черному, а значениями, которые вычитаются из белого.

Знание модели CMY оказывается полезным, когда приходится иметь дело с полиграфическими устройствами.

Преобразовать модель RGB в CMY и обратно очень легко:

(\begin{matrix} c' \\ m' \\ y' \end{matrix}) = (\begin{matrix} 1 \\ 1 \\ 1 \end{matrix}) - (\begin{matrix} r' \\ g' \\ b' \end{matrix})

На самом деле из–за особенностей процесса печати на практике используется несколько модифицированная модель CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, and Black) в которую добавлен четвертый цвет — суммарный.

Система YIQ

Цветовая модель YIQ заслуживает внимания из–за своего использования в цветном телевидении. "В старину" было черно–белое, вы помните? Эта модель представляет собой некоторый вариант кодирования цветов RGB, осуществляемого с целью повышения эффективности их передачи в эфир, а также для обеспечения совместимости с черно–белым телевидением. Координата Y в модели YIQ представляет собой в действительности то же самое, что и координата Y в системе XYZ, т.е. это основной цвет, спектральное распределение энергии которого соответствует кривой спектральной чувствительности глаза. Компонента Y цветного телевизионного видеосигнала отображается на экране черно–белого телевизора как интенсивность (яркость) света. Преобразование модели RGB в модель YIQ, задается следующим образом:

(\begin{matrix} y' \\ i' \\ q' \end{matrix}) = (\begin{matrix} 0.30 & 0.59 & 0.11 \\ 0.60 & 0.28 & 0.32 \\ 0.21 & 0.52 & 0.31 \end{matrix}) x (\begin{matrix} r' \\ g' \\ b' \end{matrix})

В цветовой модели YIQ используется свойство человеческого зрения — большая чувствительность к изменениям светлоты, чем к изменениям цветового тона или насыщенности. Отсюда следует, что для представления координаты Y следует выделить большую полосу частот (количество битов), чем для представления координат I и Q, обеспечивая тем самым более высокое разрешение по Y и "экономию" полосы частот. Кроме того, объекты, занимающие маленькую площадь поля зрения, не вызывают ощущения цвета они воспринимаются только в соответствии с их интенсивностью. Следовательно, для координат I и Q требуется меньшее пространственное разрешение, чем для координаты Y.

Принятый в США, Канаде и ряде стран американского континента стандарт телевизионного сигнала NTSC используются оба эти свойства при преобразовании модели YIQ в видеосигнал. Впрочем, другие системы телевизионного вещания используют эту же модель.

Система HSV

Цветовые модели RGB, CMY и YIQ являются аппаратно–ориентированными. В отличии от них предложенная Смитом модель HSV (Hue, Saturation, Value) ориентированна на человека. В ее основу положены интуитивно понятные и применяемые художниками понятия разбела, оттенка и тона.

Цветовое пространство, определяемое моделью, представляет собой шестигранный конус. Основание конуса соответствует значению V = 1; цвета при этом имеют максимальную интенсивность. Плоскость с постоянным значением V представляет собой куб в пространстве RGB. Величина H выражается углом, отсчитанным от красного. Цвета идут в спектральном порядке и замыкаются пурпурным. Величина S меняется от нуля на оси конуса, до единицы на его гранях. Т.к. насыщенность измеряется относительно цветового охвата, задаваемого моделью, а не относительно графика XYZ, поэтому это не то же самое, что чистота.

Преобразование координат уже не удается задать в виде системы уравнений, поэтому не будем его описывать вовсе.

Система HLS

В основе цветовой модели HLS (Hue, Lightness, Saturation), применяемой фирмой Tektronix, лежит система Освальда (о ней мы уже вспоминали, говоря о систематизации цветов). Эта модель образует пространство в форме двойного конуса. Цветовой тон задается углом поворота вокруг вертикальной оси конусов, причем за начало отсчета принят синий цвет, хотя иногда из соображений совместимости с моделью HSV берут за начало отсчета красный цвет. Цвета идут в спектральном порядке и замыкаются пурпурным.

Вообще эту систему можно считать за простое преобразование системы HSV — замена шестигранного конуса на круглый и вытягивание основания конуса во второй, симметричный конус. Обе модели очень наглядны и просты в использовании.

HWB

HWB - это цилиндрическо-координатное представление точек цветовой модели RGB, аналогичное HSL и HSV. Стандарт был разработан создателем HSV Элви Рэем Смитом в 1996 году для решения некоторых проблем с HSV. HWB был разработан, чтобы быть более интуитивно понятным для людей и немного быстрее вычислять. Первая координата H (Hue) совпадает с координатой Hue в HSL и HSV. W и B означают Белизну и Черноту соответственно и находятся в диапазоне 0–100% (или 0–1). Ментальность модели заключается в том, что пользователь может выбрать основной оттенок, а затем «смешать» его с белым и/или черным, чтобы получить желаемый цвет.

HWB приобрел известность в 2014 году после его использования в Цветном модуле CSS4.

HWB очень тесно связана с HSV, и поэтому формулы преобразования довольно просты. Перед преобразованием из HWB, если сумма белизны и черноты превышает 100%, оба компонента должны быть пропорционально уменьшены, чтобы получить сумму 100%.

HSV to HWB	HWB to HSV	RGB to HWB
${\begin{aligned}H&=H\\W&=(1-S)V\\B&=1-V\end{aligned}}$	${\begin{aligned}H&=H\\S&=1-{\frac {W}{1-B}}\\V&=1-B\end{aligned}}$	${\begin{aligned}H&=\ldots \\W&=\min(R,G,B)\\B&=1-\max(R,G,B)\end{aligned}}$

Предварительная спецификация CSS4 включает в себя несколько примеров цветов HWB:

H=0°÷360° [W=B=0%]
0°	30°	60°	90°	120°	150°	180°	210°	240°	270°	300°	330°

H = 0° Reds
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 30° Red-Yellows (Oranges)
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 60° Yellows
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 90° Yellow-Greens
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 120° Greens
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 150° Green-Cyans
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 180° Cyans
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 210° Cyan-Blues
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 240° Blues
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 270° Blue-Magentas
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 300° Magentas
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%

H = 330° Magenta-Reds
B W	000%	020%	040%	060%	080%	100%
000%
020%
040%
060%
080%
100%