قياس اللون. DTP - النشر المكتبي

يعتمد إدراك اللون على الخصائص الفيزيائية للضوء، أي الطاقة الكهرومغناطيسية، وعلى تفاعلها مع المواد الفيزيائية، وكذلك على تفسيرها بواسطة النظام البصري البشري. هذه المشكلة واسعة للغاية ومعقدة ومثيرة للاهتمام. وسنتناول أهم المفاهيم وأساسيات الظواهر الفيزيائية المتعلقة بالألوان وأنظمة تمثيل الألوان والتحولات بينها.

يرى الجهاز البصري البشري الطاقة الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية من 400 إلى 700 نانومتر كضوء مرئي (1 نانومتر = 10 -9 م). يتم استقبال الضوء إما مباشرة من مصدر، مثل المصباح الكهربائي، أو بشكل غير مباشر عن طريق الانعكاس أو الانكسار من سطح الجسم.

يكون المصدر أو الجسم عديم اللون إذا كان الضوء المرصود يحتوي على جميع الأطوال الموجية المرئية بكميات متساوية تقريبًا. يظهر المصدر اللوني باللون الأبيض، ويظهر الضوء اللوني المنعكس أو المنكسر باللون الأبيض أو الأسود أو الرمادي. الكائنات التي تعكس أكثر من 80% من الضوء الصادر من مصدر أبيض لالونيًا تظهر باللون الأبيض، وأقل من 3% تظهر باللون الأسود. القيم المتوسطة تنتج ظلال مختلفة من اللون الرمادي. من الملائم مراعاة شدة الضوء المنعكس في النطاق من 0 إلى 1، حيث يتوافق 0 مع الأسود، و1 مع الأبيض، والقيم المتوسطة إلى الرمادي.

إذا كان الضوء المدرك يحتوي على أطوال موجية بكميات غير متساوية تعسفية، فإنه يسمى لوني (المعنى الرئيسي هو عبارة "المدركة" و "التعسفية"). قد يُنظر إلى بعض مخاليط الألوان اللونية على أنها ألوان لونية). إذا تركزت الأطوال الموجية في الطرف العلوي من الطيف المرئي، فسيظهر الضوء باللون الأحمر أو المحمر، مما يعني أن الطول الموجي السائد يقع في المنطقة الحمراء من الطيف المرئي. إذا تركزت الأطوال الموجية في الجزء السفلي من الطيف المرئي، فإن الضوء يظهر باللون الأزرق أو المزرق، أي أن الطول الموجي السائد يقع في الجزء الأزرق من الطيف. ومع ذلك، فإن الطاقة الكهرومغناطيسية ذات طول موجي معين ليس لها أي لون. ينشأ الإحساس بالألوان نتيجة لتحول الظواهر الفيزيائية في عين الإنسان ودماغه. يعتمد لون الجسم على توزيع الأطوال الموجية لمصدر الضوء وعلى الخصائص الفيزيائية للكائن. يبدو الجسم ملونًا إذا كان يعكس أو ينقل الضوء فقط في نطاق ضيق من الأطوال الموجية ويمتص جميع الأطوال الموجية الأخرى. عندما تتفاعل الألوان الساقطة والضوء المنعكس أو المنقول، يمكن أن تحدث نتائج غير متوقعة. على سبيل المثال، عندما ينعكس الضوء الأخضر عن جسم أبيض، يظهر كل من الضوء والجسم باللون الأخضر، ولكن إذا أضاء الضوء الأخضر على جسم أحمر، فسيظهر باللون الأسود لأنه لا ينعكس منه ضوء على الإطلاق.

على الرغم من صعوبة التمييز بين الخفة والسطوع، إلا أن الخفة بشكل عام تعتبر خاصية للأجسام غير المضيئة أو العاكسة وتتراوح من الأسود إلى الأبيض، في حين أن السطوع هو خاصية للأجسام ذاتية الإضاءة أو الانبعاثية وتتراوح من منخفض إلى منخفض. عالي.

تعتمد خفة أو سطوع جسم ما على حساسية العين النسبية لأطوال موجية مختلفة. ويمكن ملاحظة أنه في ضوء النهار، تصل حساسية العين إلى الحد الأقصى عند طول موجة يبلغ حوالي 550 نانومتر، وعند حواف النطاق المرئي للطيف تنخفض بشكل حاد. ويسمى المنحنى وظيفة الحساسية الطيفية للعين. وهو مقياس للطاقة الضوئية أو شدتها مع الأخذ بعين الاعتبار خصائص العين.

يتم تحديد التمثيل النفسي الفيزيولوجي للضوء من خلال درجة اللون والتشبع والخفة. يسمح لك Hue بتمييز الألوان، ويحدد التشبع الدرجة التي يتم بها إضعاف (تخفيف) لون معين باللون الأبيض. بالنسبة للون النقي تكون 100% وتتناقص مع إضافة اللون الأبيض. تشبع اللون اللوني هو 0%، وخفته تساوي شدة هذا الضوء.

إن المعادلات النفسية الفيزيائية للون والتشبع والخفة هي الطول الموجي والنقاء والسطوع. تنتج الطاقة الكهرومغناطيسية ذات الطول الموجي الواحد في الطيف المرئي لونًا أحادي اللون. يظهر هنا توزيع الطاقة للضوء أحادي اللون بطول موجة 525 نانومتر، وللضوء الأبيض ذو الطاقة E 2 وطول موجي مهيمن قدره 525 نانومتر مع الطاقة E 1 . يتم تحديد اللون بواسطة الطول الموجي السائد، ويتم تحديد النقاء بنسبة E 1 و E 2. قيمة E 2 هي الدرجة التي يتم بها تخفيف اللون النقي ذو الطول الموجي 525 نانومتر باللون الأبيض: إذا اقترب E 2 من الصفر فإن نقاء اللون يقترب من 100%، وإذا اقترب E 2 من E 1 فإن الضوء يصبح قريباً من الأبيض ونقائه يميل إلى الصفر. يتناسب السطوع مع طاقة الضوء ويعتبر شدة لكل وحدة مساحة.

عادة لا توجد ألوان أحادية اللون نقية، ولكن خليط منها. تعتمد نظرية المكونات الثلاثة للضوء على افتراض وجود ثلاثة أنواع من المخاريط الحساسة للألوان في الجزء المركزي من شبكية العين. الأول يدرك الأطوال الموجية الواقعة في منتصف الطيف المرئي، أي اللون الأخضر؛ والأطوال الموجية الثانية في الطرف العلوي من الطيف المرئي، أي اللون الأحمر؛ الموجات القصيرة الثالثة من الجزء السفلي من الطيف، أي اللون الأزرق. الحساسية النسبية للعين () هي الحد الأقصى للأخضر والحد الأدنى للأزرق. إذا تعرضت الأنواع الثلاثة من المخاريط لنفس المستوى من السطوع (الطاقة لكل وحدة زمنية)، فسيظهر الضوء باللون الأبيض. يحتوي الضوء الأبيض الطبيعي على جميع الأطوال الموجية للطيف المرئي؛ ومع ذلك، يمكن الحصول على الإحساس بالضوء الأبيض عن طريق مزج أي ثلاثة ألوان، طالما لم يكن أي منها عبارة عن مزيج خطي من اللونين الآخرين. وهذا ممكن بسبب الخصائص الفسيولوجية للعين التي تحتوي على ثلاثة أنواع من المخاريط. تسمى هذه الألوان الثلاثة الأساسية.

في رسومات الكمبيوتر، يتم استخدام نظامين لخلط الألوان الأساسية: الأحمر الإضافي والأخضر والأزرق (RGB) والسماوي والأرجواني والأصفر (CMY) (). ألوان أحد النظامين مكملة للآخر: السماوي إلى الأحمر، والأرجواني إلى الأخضر، والأصفر إلى الأزرق. اللون المكمل هو الفرق بين اللون الأبيض ولون معين: السماوي هو الأبيض ناقص الأحمر، والأرجواني هو الأبيض ناقص الأخضر، والأصفر هو الأبيض ناقص الأزرق. على الرغم من أن اللون الأحمر يمكن اعتباره مكملاً للسماوي، إلا أن اللون الأحمر والأخضر والأزرق تقليديًا يعتبر ألوانًا أساسية، والسماوي والأرجواني والأصفر هي مكملاتها. ومن المثير للاهتمام أنه لا يوجد لون أرجواني في قوس قزح أو طيف المنشور، أي أنه يتم إنشاؤه بواسطة النظام البصري البشري.

أما بالنسبة للأسطح العاكسة مثل أحبار الطباعة والأفلام والشاشات غير المضيئة فيستخدم نظام الطرح CMY. في الأنظمة الطرحية، يتم طرح الأطوال الموجية للون الإضافي من الطيف الأبيض. على سبيل المثال، عندما ينعكس الضوء أو ينتقل عبر جسم أرجواني، يتم امتصاص الجزء الأخضر من الطيف. إذا انعكس الضوء الناتج أو انكسر بواسطة جسم أصفر، فسيتم امتصاص الجزء الأزرق من الطيف ويبقى اللون الأحمر فقط. بمجرد انعكاسه أو انكساره في جسم أزرق، يصبح اللون أسودًا لأنه يتم التخلص من الطيف المرئي بأكمله. تعمل مرشحات الصور على هذا المبدأ.

يعد نظام الألوان المضافة RGB مفيدًا للأسطح المضيئة مثل شاشات CRT أو المصابيح الملونة. يكفي إجراء تجربة بسيطة للغاية للتأكد من أن الحد الأدنى لعدد الألوان للمعادلة (التركيب) لجميع ألوان الطيف المرئي تقريبًا هو ثلاثة. دع ضوء التحكم التعسفي أحادي اللون يسقط على بعض الخلفية. يحاول المراقب موازنة لون الخلفية وتشبعها وخفة الخلفية بشكل تجريبي بجوار ضوء التحكم باستخدام تيارات ضوئية أحادية اللون ذات كثافات مختلفة. إذا تم استخدام لون آلي (معادل) واحد فقط، فيجب أن يكون طول موجته هو نفس طول اللون المرجعي. بمساعدة تيار ضوئي أحادي اللون، يمكن معادلة لون واحد فقط. ومع ذلك، إذا كنت لا تأخذ في الاعتبار لون وتشبع الضوء المرجعي، فيمكنك مساواة الألوان بالخفة. ويسمى هذا الإجراء قياس الضوء.

بهذه الطريقة، يتم إنشاء نسخ أحادية اللون من الصور الملونة. إذا كان لدى الراصد مصدران أحاديا اللون تحت تصرفه، فيمكنه معادلة عدد أكبر من عينات المراقبة، ولكن ليس كلها. وبإضافة لون آلي ثالث، يمكن الحصول على جميع متغيرات التحكم تقريبًا، بشرط أن تكون هذه الألوان الثلاثة موزعة على نطاق واسع عبر الطيف وألا يكون أي منها عبارة عن مزيج خطي من الألوان الأخرى، أي أنها ألوان أساسية. الاختيار الجيد هو عندما يقع اللون الأول في منطقة الطيف ذات الأطوال الموجية الطويلة (الأحمر)، والثاني في الأطوال الموجية المتوسطة (الأخضر)، والثالث في الأطوال الموجية الأقصر (الأزرق). يتم التعبير عن الجمع بين هذه الألوان الثلاثة لمساواة اللون المرجعي أحادي اللون رياضيًا كـ C = rR + gG + bB، حيث يكون اللون C للضوء المرجعي؛ تيارات الضوء الآلي R وG وB باللون الأحمر والأخضر والأزرق؛ r، g، b الكميات النسبية لتدفقات الضوء R، G، B بقيم تتراوح من 0 إلى 1.

ومع ذلك، فإن إضافة ثلاثة ألوان أساسية لا يؤدي إلى مساواة جميع الألوان المرجعية. على سبيل المثال، لإنتاج لون أزرق مخضر، يقوم المراقب بدمج الضوء الأزرق والأخضر، لكن مجموعهما يبدو أخف من العينة. إذا قمت بإضافة اللون الأحمر لجعله أكثر قتامة، فستكون النتيجة أفتح، لأن طاقات الضوء تتراكم. وهذا يعطي المراقب فكرة: إضافة ضوء أحمر إلى العينة لجعلها أخف وزنا. يعمل هذا الافتراض بالفعل، ويتم إكمال المعادلة. رياضيًا، فإن إضافة الضوء الأحمر إلى ضوء التحكم يتوافق مع طرحه من تياري الضوء المتساويين الآخرين. بالطبع، هذا مستحيل فيزيائيا، لأن شدة الضوء السلبية غير موجودة. رياضيًا، يتم كتابة هذا بالشكل C + rR = gG + bB أو C = -rR + gG + bB.

يتم عرض الوظائف r وg وb لمعادلة الألوان لتدفقات الضوء أحادية اللون ذات الأطوال الموجية 436 و546 و700 نانومتر. بمساعدتهم، يمكنك مساواة جميع الأطوال الموجية للطيف المرئي. لاحظ أنه عند جميع الأطوال الموجية باستثناء حوالي 700 نانومتر، تكون إحدى الوظائف سالبة دائمًا. وهذا يتوافق مع إضافة ضوء الجهاز إلى ضوء التحكم. يدرس قياس الألوان هذه الوظائف.

ويلاحظ المراقب أيضًا أنه عند مضاعفة شدة الضوء المرجعي، تتضاعف شدة كل ضوء آلي أيضًا، أي 2C = 2rR + 2gG + 2bB. أخيرًا، اتضح أن نفس الضوء المرجعي يتم معادلة بطريقتين مختلفتين، وقد لا تكون قيم r وg وb هي نفسها. تسمى الألوان الآلية لمجموعتين مختلفتين من r وg وb بوحدات القياس لبعضها البعض. من الناحية الفنية، هذا يعني أنه يمكن مطابقة الضوء المرجعي بمصادر مركبة مختلفة مع توزيعات غير متساوية للطاقة الطيفية. يظهر في الصورة توزيعان مختلفان تمامًا للانعكاس الطيفي ينتجان نفس اللون الرمادي المتوسط.

تم تلخيص نتائج التجارب في قوانين جراسمان:

تتفاعل العين مع ثلاثة محفزات مختلفة، مما يؤكد طبيعة اللون ثلاثية الأبعاد. يمكن اعتبار المحفزات، على سبيل المثال، الطول الموجي السائد (لون الخلفية)، والنقاء (التشبع) والسطوع (الخفة) أو الألوان الحمراء والخضراء والزرقاء؛
الألوان الأربعة تعتمد دائمًا خطيًا، أي cC = rR + gG + bB، حيث c, r, g, b<>0. لذلك، بالنسبة لخليط من لونين (cC) 1 و (cC) 2، تكون المساواة (cC) 1 + (cC) 2 = (rR) 1 + (rR) 2 + (gG) 1 + (gG ) 2 - (ب ب) 1 + (ب ب) 2 . إذا كان اللون C 1 يساوي اللون C واللون C 2 يساوي اللون C، فإن اللون C 1 يساوي اللون C 2 بغض النظر عن بنية أطياف الطاقة C، C 1، C 2؛
إذا كان في خليط من ثلاثة ألوان يتغير أحدها باستمرار بينما تظل الألوان الأخرى ثابتة، فإن لون الخليط سيتغير باستمرار، أي أن مساحة اللون ثلاثية الأبعاد مستمرة.

ومن المعروف من تجارب كهذه أن الجهاز البصري قادر على تمييز ما يقارب 350 ألف لون. إذا كانت الألوان تختلف فقط في النغمات، فإن الألوان في الجزء الأزرق والأصفر من الطيف تختلف أطوالها الموجية السائدة بمقدار 1 نانومتر، بينما عند حواف الطيف بمقدار 10 نانومتر. ما يقرب من 128 درجة لون مرئية بوضوح. إذا تغير التشبع فقط، فلن يعد النظام البصري قادرًا على التمييز بين العديد من الألوان. هناك 16 درجة من تشبع اللون الأصفر و 23 درجة من اللون البنفسجي الأحمر.

تسمح الطبيعة ثلاثية الأبعاد للضوء بتعيين قيمة كل محفز على محور نظام متعامد (). وينتج عن ذلك مساحة ألوان مكونة من ثلاثة مكونات. يمكن تمثيل أي لون C كمتجه بمكونات rR وgG وbB. ويرد وصف تفصيلي لمساحة اللون ثلاثية الأبعاد في عمل ماير. يعطي تقاطع المتجه C مع مستوى الوحدة الأوزان النسبية لمكوناته الحمراء والخضراء والزرقاء. وتسمى هذه القيم أو الإحداثيات اللونية: r" = r/(r + g + b)، g" = g/(r + g + b)، b" = b/(r + g + b).

وبالتالي، r" + g" + b" = 1. عند عرض مستوى الوحدة، نحصل على رسم بياني ملون (). يعرض بوضوح العلاقة الوظيفية بين لونين ويعرض ضمنيًا العلاقة مع اللون الثالث، على سبيل المثال b" = 1 - ص" - ز". إذا تم نقل وظائف ضبط اللون () إلى مساحة ثلاثية الأبعاد، فلن تكمن النتيجة بالكامل في المثمن الموجب. سيحتوي الإسقاط على المستوى أيضًا على قيم سلبية، مما يؤدي إلى تعقيد الحسابات الرياضية.

في عام 1931، عُقد اجتماع للجنة الدولية للإضاءة (ICE) (Commission International de l'Eclairage) في إنجلترا، حيث تمت مناقشة المعايير الدولية لتحديد وقياس الألوان للرسم البياني الملون ثنائي الأبعاد الخاص بـ ICE 1931 و مجموعة من ثلاث وظائف لتفاعل العين، والتي تزيل القيم السلبية وتكون أكثر ملاءمة للمعالجة. الألوان الأساسية لـ CIE مشتقة من وظائف تفاعل العين القياسية ().

يتم تحديد الألوان الأساسية الافتراضية لـ CIE بـ X، Y، Z. في الواقع، لا وجود لها، لأنه بدون الجزء السلبي لا يمكن أن تتوافق مع الضوء المادي الحقيقي. تم اختيار مثلث XYZ ليشمل الطيف المرئي بأكمله. إحداثيات اللونية CIE هي: x = X/(X + Y + Z)، y = Y/(X + Y + Z)، z = Z/(X + Y + Z) وx + y + z = 1 ( * ). من خلال إسقاط مثلث XYZ على المستوى xy، يتم الحصول على مؤامرة ألوان CIE. تمثل إحداثيات اللونية x وy الكميات النسبية لألوان XYZ الأساسية الثلاثة المطلوبة لتكوين أي لون. ومع ذلك، فهي لا تحدد سطوع (كثافة) اللون الناتج. يتم تحديد السطوع بواسطة الإحداثي Y، ويتم ضبط X وZ على المقياس المناسب. باستخدام هذه الاتفاقية، تحدد (x، y، Y) كلاً من اللون والنصوع. التحويل العكسي لإحداثيات اللونية إلى إحداثيات اللون XYZ هو: X = x * (Y/y)، Y = Y، Z = (1 - x - y) * (Y/y) (**).

قررت اللجنة توجيه مثلث XYZ بحيث تضاف الكميات المتساوية من الألوان الأساسية الافتراضية لـ XYZ إلى اللون الأبيض.

يظهر مخطط الألوان لعام 1931 CIE في . الكفاف الذي يشبه الجناح هو الموقع الهندسي للنقاط لجميع الأطوال الموجية المرئية، أي خط من الألوان الطيفية. تتوافق الأرقام الموجودة على الكفاف مع الطول الموجي عند نقطة معينة. يوجد اللون الأحمر في الزاوية اليمنى السفلية، والأخضر في الأعلى، والأزرق في الزاوية اليسرى السفلية من الرسم البياني. يُطلق على الجزء الذي يصل بين طرفي المنحنى اسم الخط الأرجواني. يتوافق المنحنى الموجود داخل الكفاف مع لون الجسم الأسود تمامًا عند تسخينه من 1000 درجة مئوية إلى ما لا نهاية. يشير الخط المنقط إلى درجة الحرارة، بالإضافة إلى الاتجاهات التي تكون فيها العين أقل قدرة على تمييز تغيرات اللون. اللون الأبيض المرجعي هو نقطة الطاقة المتساوية E(x = 0.333، y = 0.333)، ومصادر MKO القياسية A(0.448، 0.408)، B(0.349، 0.352)، C(0.310، 0.316)، D 6500 (0.313، 0.329). المصدر A يُقارب اللون الدافئ لمصباح فتيلة التنجستن المملوء بالغاز عند درجة حرارة 2856 درجة كلفن. وهو "أكثر احمرارًا" بكثير من الألوان الأخرى. المصدر B يتوافق مع ضوء الشمس عند الظهر، وC يتوافق مع إضاءة منتصف النهار مع سماء ملبدة بالغيوم. تم قبول المصدر C باعتباره اللون المرجعي الأبيض من قبل لجنة معايير التلفزيون الوطنية (NTSC). المصدر D 6500، الموافق لإشعاع الجسم الأسود عند 6504 درجة كلفن، أكثر خضرة إلى حد ما. يتم استخدامه كاللون الأبيض المرجعي في العديد من شاشات التلفزيون.

كما ترون، مخطط الألوان مريح للغاية. للحصول على لون إضافي، عليك مواصلة الخط المستقيم الذي يمر عبر هذا اللون والأبيض المرجعي حتى يتقاطع مع الجانب الآخر من المنحنى. على سبيل المثال، اللون المكمل للون الأحمر البرتقالي لـ C 4 (ل = 610 نانومتر) هو اللون الأزرق والأخضر لـ C 5 (ل = 491 نانومتر). عند إضافة اللون ومكمله بنسبة معينة، تكون النتيجة اللون الأبيض. من أجل العثور على الطول الموجي السائد للون، تحتاج إلى مواصلة الخط المستقيم الذي يمر عبر اللون الأبيض المرجعي ولون معين حتى يتقاطع مع خط اللونيات الطيفية. على سبيل المثال، الطول الموجي السائد للون C 6 هو 570 نانومتر، وهو اللون الأصفر والأخضر. إذا كان الخط المستقيم يتقاطع مع خط اللون الأرجواني، فإن هذا اللون ليس له طول موجي مهيمن في الجزء المرئي من الطيف. في هذه الحالة، يتم تعريفه على أنه طول موجي مهيمن إضافي بمؤشر "c"، أي أن الخط المستقيم يستمر من اللون عبر اللون الأبيض المرجعي في الاتجاه المعاكس. على سبيل المثال، الطول الموجي السائد للون C 7 هو 500 نانومتر.

تقع الألوان النقية أو المشبعة بالكامل (100٪) على خط اللونيات الطيفية. يعتبر اللون الأبيض المرجعي مخففًا تمامًا، أي أن نقائه هو 0%. لحساب نقاء الألوان المتوسطة، تحتاج إلى إيجاد نسبة المسافة من اللون الأبيض المرجعي إلى لون معين إلى المسافة من اللون الأبيض المرجعي إلى خط اللونيات الطيفية أو الأرجوانية. على سبيل المثال، نقاء اللون لـ C 6 يساوي a/(a + b)، وC 7 يساوي c/(c + d).

يتم تحديد إحداثيات اللونية CIE لخليط من لونين وفقًا لقوانين جراسمان عن طريق إضافة الألوان الأساسية. خليط الألوان C 1 (x 1 , y 1 , z 1 ) و C 2 ( x 2 , y 2 , z 2 ) هو C 12 = (x 1 + x 2) + (y 1 + y 2) + ( ض 1 + ض 2).

باستخدام المعادلتين أعلاه (*) و (**) وإدخال الرموز T 1 = Y 1 /y 1، T 2 = Y 2 /y 2، نحصل على إحداثيات لون الخليط: x 12 = (x 1 T) 1 + x 2 T 2 )/(T 1 + T 2)، ص 12 = (ص 1 T 1 + ص 2 T 2)/(T 1 + T 2)، Y 12 = Y 1 + Y 2. بهذه الطريقة، يمكنك إضافة المزيد من الألوان إذا قمت بإضافة ألوان جديدة إلى الخليط تباعًا.

يظهر رسم بياني للونية CIE مع أسماء الألوان المتصورة الشائعة. في نقوش الحروف الصغيرة، تتوافق أسماء الألوان المختصرة مع اللاحقة "-ovat"، على سبيل المثال yG هو مصفر-الأخضر (الأصفر العش-أخضر). يغير كل لون في منطقته التشبع أو النقاء من الصفر تقريبًا بالقرب من المصدر (لون الباستيل) إلى الكامل (الغني) بالقرب من خط اللونيات الطيفية. لاحظ أن درجات اللون الأخضر تحتل الجزء العلوي من الرسم البياني بالكامل تقريبًا، بينما تتجمع درجات اللون الأحمر والأزرق في الجزء السفلي من خط اللون الأرجواني. ولذلك، فإن المساحات والمسافات المتساوية على الرسم البياني لا تتوافق مع اختلافات إدراكية متساوية. ومن أجل تصحيح هذا القصور، تم اقتراح العديد من التحولات لهذا الرسم البياني.

لا يغطي التلفزيون الملون والأفلام والطباعة متعددة الألوان وما إلى ذلك النطاق الكامل أو سلسلة الألوان في الطيف المرئي. التدرج اللوني الذي يمكن إعادة إنتاجه في النظام الإضافي هو مثلث على الرسم البياني CIE مع رؤوس بألوان RGB الأساسية. يمكن الحصول على أي لون داخل المثلث من الألوان الأساسية. يعرض الجدول التدرج اللوني لألوان RGB الأساسية لشاشات CRT التقليدية وفي معيار NTSC. للمقارنة، يتم أيضًا عرض نظام ألوان CMY الطرحي، مختزلًا إلى إحداثيات CIE، والذي يُستخدم في السينما الملونة. لاحظ أن تغطيتها ليست مثلثة وأنها أوسع من تغطية شاشة الألوان؛ أي أن بعض الألوان المنتجة في الفيلم لا يمكن إعادة إنتاجها على شاشة التلفزيون. بالإضافة إلى ذلك، تظهر الألوان الأساسية لـ CIE XYZ، ملقاة على خط اللونية الطيفية: الأحمر 700 نانومتر، الأخضر 543.1 نانومتر، الأزرق 435.8 نانومتر. بمساعدتهم، تم الحصول على وظائف التعادل على .

تعتمد النظرية الحديثة للون على نظرية هيلمهولتز وهيرينج حول الأحاسيس اللونية ثلاثية الألوان. تعتمد نظرية اللون المقبولة حاليًا على القوانين الثلاثة لإضافة الألوان التي وضعها جراسمان.

ووفقاً للقانون الأول، يمكن اعتبار أي لون مزيجاً من ثلاثة ألوان مستقلة خطياً، أي ثلاثة ألوان لا يمكن الحصول على أي منها بإضافة اللونين الآخرين.

ويترتب على القانون الثاني أن التدرج اللوني بأكمله مستمر، أي أنه لا يمكن أن يوجد لون غير مجاور للألوان الأخرى. ومن خلال التغيرات المستمرة في الإشعاع، يمكن تحويل أي لون إلى آخر.

ينص القانون الثالث لإضافة الألوان على أن أي لون يتم الحصول عليه عن طريق إضافة عدة مكونات يعتمد فقط على ألوانها ولا يعتمد على تركيباتها الطيفية. وبناء على هذا القانون يمكن الحصول على نفس اللون من خلال مجموعات مختلفة من الألوان الأخرى. من المقبول الآن بشكل عام اعتبار أي لون مزيجًا من الألوان الأزرق والأخضر والأحمر، وهي مستقلة خطيًا. ومع ذلك، وفقًا للقانون الثالث لخلط الألوان، هناك مجموعات أخرى لا حصر لها من ثلاثة ألوان مستقلة خطيًا.

اعتمدت اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) ألوان الإشعاع الأحادي اللون بأطوال موجية 700 و546.1 و435.5 نانومتر، وتم تحديدها ر, ز, ب.

إذا تم ترتيب هذه الألوان الأساسية الثلاثة في الفضاء على شكل ثلاثة متجهات تنبثق من نقطة واحدة، فهذا يدل على متجهات الوحدة المقابلة ص, ز, ب, ثم أي لون ف, يمكن التعبير عنها كمجموع متجه:

F = ص ص + زز + ب ب

أين ر, ز, ب - وحدات الألوان، بما يتناسب مع عدد الألوان الأساسية في اللون الإجمالي الناتج؛ تسمى هذه الوحدات إحداثيات اللون.

إحداثيات الألوان تميز اللون بشكل فريد، أي أن الشخص لا يرى اختلافًا في الألوان التي لها نفس الإحداثيات. ومع ذلك، فإن إحداثيات الألوان المتساوية لا تعني التركيب الطيفي المتساوي. يتم استدعاء العينات التي يتميز لونها بأطياف مختلفة، ولكن لها نفس إحداثيات اللون metameric. يعتمد لون العينة المرسومة التي يراها الشخص على الضوء الذي ينظر إليها. تختلف العينات Metameric التي تظهر بنفس اللون تحت مصدر واحد تحت مصدر آخر.

النظام المعتمد للتعبير عن بيانات قياس اللون هو X, ي, ز. في هذا النظام، يتم اعتبار الألوان الثلاثة الأساسية هي ألوان غير موجودة بالفعل، ولكنها مرتبطة خطيًا بالألوان R وG و في.
اللون في النظام XYZيتم التعبير عنها كمجموع متجه:

و=س س+ص+زز

على عكس النظام آر جيفيجميع الألوان الحقيقية في النظام XYZلها إحداثيات إيجابية. سطوع الألوان الأساسية Xو ذاتخذت يساوي الصفر، وبالتالي فإن سطوع اللون فيمكن تمييزها بتنسيق لون واحد فقط ي,

تظهر في الشكل 1 الإحداثيات المحددة للألوان النقية طيفيًا ذات الأطوال الموجية المختلفة (إحداثيات ألوان محددة).

تسمى نسبة إحداثيات اللون إلى مجموع الإحداثيات الثلاثة إحداثيات اللونية.تتم الإشارة إلى إحداثيات اللونية المقابلة لإحداثيات اللون X، ذ،ض

س=X/(X+Y+Z)، إلخ.

ومن الواضح أن:

X+ ذ +ض=1

ومن الواضح أيضًا أن إحداثيات اللونية تظل دون تغيير عند زيادة أو نقصان جميع إحداثيات الألوان بشكل متناسب. وبالتالي، تتميز الإحداثيات اللونية بشكل فريد فقط اللونية,ولكن لا تؤخذ في الاعتبار سطوعالألوان. حقيقة أن مجموع كل إحداثيات اللونية يساوي واحدًا يسمح لنا باستخدام إحداثيين فقط لوصف اللونية، وهذا بدوره يجعل من الممكن تمثيل اللونية بيانيًا في الإحداثيات الديكارتية.

التمثيل البياني للونية في الإحداثيات X، ذيسمى الرسم البياني الملون (الشكل).

يحتوي الرسم البياني الملون على نقاط تتوافق مع الألوان النقية طيفيًا. تقع على منحنى مفتوح. اللون الأبيض يتوافق مع النقطة C مع إحداثيات اللونية X = 0.3101 و ص = 0.3163. يتم تقليص نهايات المنحنى بواسطة قطعة توجد عليها نغمات أرجوانية غائبة في الطيف. يُشار إلى الطول الموجي للون الأرجواني برقم أولي ويساوي الطول الموجي للون المكمل، أي اللون الواقع عند النقطة عند تقاطع الخط المستقيم الذي يمر بنقطة هذا اللون الأرجواني و النقطة مع, مع منحنى من الألوان النقية الطيفية. على الأجزاء التي تربط النقطة البيضاء بالنقاط الموجودة على محيط الرسم التخطيطي، توجد ألوان من نفس درجة اللون.

درجة اللون (الطول الموجي السائد) -هذا الطول الموجي المطابق للحد الأقصى في طيف الانعكاس للعينة (أو طيف الإرسال لعينة شفافة)، أو الطول الموجي للإشعاع أحادي اللون الذي يجب إضافته إلى اللون الأبيض لإنتاج لون معين.

نقاء اللون (التشبع)يتم تعريف أي لون على أنه نسبة سطوع المكون أحادي اللون إلى مجموع سطوع المكونات أحادية اللون والأبيض. السطوع -وهذه هي الكمية التي تميز كمية الضوء المنعكس من العينة. كما ذكرنا سابقًا، يعتبر السطوع في نظام الألوان الثلاثة هو قيمة إحداثيات اللون ي.

إذا أخذنا بعض الألوان على الرسم البياني الملون وأشرنا إليها بنقطة أ،فإن سطوعه الإجمالي سيكون مساوياً لـ يأ, وسيتم التعبير عن سطوع المكون أحادي اللون، المتناسب مع المسافة النسبية للون من النقطة البيضاء، بنسبة: Yll2/(l1+l2).

وهكذا يمكن وصف اللون بثلاث طرق، وذلك باستخدام ثلاث كميات لوصفه على أية حال:

1) إحداثيات الألوان X, ي, ز,

2) الإحداثيات اللونية Xو فيبالتزامن مع إحداثيات اللون Y؛

3) درجة اللون ل, نقاء اللون صوالسطوع ي.

قياس البياض.
أحد المؤشرات الرئيسية للأصباغ والحشوات البيضاء هو بياضها. بياضيسمون الدرجة التي يقترب فيها اللون من اللون الأبيض المثالي. يُطلق على السطح الذي يعكس بشكل منتشر كل الضوء الواقع عليه في كامل المنطقة المرئية من الطيف اللون الأبيض المثالي. ومع ذلك، يمكن أخذ عينة بيضاء مفضلة أخرى كمعيار.

هناك عدد لا بأس به من الطرق الطيفية واللونية المختلفة لتقييم البياض. في أغلب الأحيان، يتم استخدام قيم اختلافات اللون بين العينة المقاسة والمعيار المقبول لتقييم بياض الأصباغ البيضاء. يتم حساب البياض W في هذه الحالة بواسطة الصيغة:

DE - اختلاف اللون الكامل.

لتبسيط حسابات الألوان، وبالتالي زيادة دقتها، كان من المرغوب فيه للغاية التخلص من قيم الإحداثيات السلبية. لم يتمكن نظام RGB وجميع نظائره، بناءً على ثلاثيات الألوان الطيفية، من تلبية هذا المطلب. لذلك، طورت CIE نظام الألوان XYZ، حيث تم استبدال الألوان الحقيقية بثلاثة ألوان غير قابلة للتكرار ( رسمي بحت)الزهور تسمى تقليديا " X», « ي" و " ز».

الألوان X وY وZ تقع خارج مجال الألوان الحقيقية. يتم اختيارها بحيث يغطي ΔXYZ الموقع الطيفي بالكامل، وتكون حسابات السطوع للألوان الحقيقية بسيطة قدر الإمكان:

الشكل 54: رسم بياني ملون لنظام RGB، مع تطبيق الألوان الأساسية لنظام XYZ

إحداثيات الألوان الأساسية لنظام XYZ (مكتوبة بنظام RGB):

(X)  (r = 1.2750. g = – 0.2778، b = 0.0028) (Y)  (r = – 1.7393، g = 2.7673، b = – 0.0280) (Z)  (r = – 0.7431، g = 0.1409) ، ب = 022)

أليخنا ("عديم الضوء") - الموقع الهندسي للنقاط ذات السطوع الصفري.

من الشكل 54، يترتب على ذلك أن اللونين الأساسيين "X" و"Z" يقعان على الأليشن، لذلك لا يساهمان في سطوع اللون - لحساب السطوع يكفي معرفة مقدار اللون فقطي.

تم اختيار كميات الوحدات للألوان الأساسية لهذا النظام بحيث يعطي مجموع الألوان الأساسية اللون الأبيض E، تمامًا كما هو الحال عند إضافة الألوان [R] و [G] و [B]. يُطلق على هذا الأسلوب اسم "مطابقة E البيضاء":

[X] + [Y] + [Z] = [R] + [G] + [B] = E (9.12)

لذلك، تم اختيار الألوان التالية لتكون الألوان الأساسية لنظام XYZ:

[X]  (ص= 2.36461، ز= – 0.51515، ب= 0.00526) - “ لونX»

[Y]  (ص= – 0.89654, ز= 1.42640. ب= – 0.01441) - « لوني»

[Z]  (ص= – 0.46807، ز= 0.08875، ب= 1.00921) - « لونز»

معادلة اللون في النظامXيز

في نظام XYZ، تكون معادلة الألوان بنفس الشكل الموجود في نظام RGB:

C=X[X] + Y[Y]+ Z[Z]، (9.13)

حيث X وY وZ هي أرقام الألوان الأساسية [X] و[Y] و[Z] على التوالي

ولنتذكر مرة أخرى أنه وفقا لمبدأ بناء نظام الألوان قيد النظر، فإن كميات الألوان المدرجة في المعادلة (9.13) هي كميات موجبة تماما.

وحدة الألوان (م) والإحداثيات اللونية { س, ذ, ض} يتم حسابها بالطريقة القياسية:

م = X+Y+Z، (9.14)

والفرق الوحيد بين نظام XYZ ونظام RGB هو أن إحداثيات اللونية في نظام XYZ لا يمكن قياسها مباشرة في التجربة، ويتم التعبير عنها من خلال الإحداثيات الموجودة مسبقًا (r، g، b) باستخدام الصيغ:

، (9.16) حيث

أ = (0.66700ص + 1.13239جم + 1.20058ب) (9.17)

لاحظ أنه إذا قمنا في الصيغ (9.16) بحذف المعامل "A" (ضع A1)، فستظل جميع التعبيرات المكتوبة صالحة، فقط لن تشير بعد الآن إلى ترجمة إحداثيات اللونية (r،g،b) (x,y,z) ولكن لإعادة حساب إحداثيات الألوان من نظام إلى آخر (R,G,B)(X,Y,Z).

نحصل على تعبير عن الضوءالتدفق في النظام XYZ:

(1) نستخدم حقيقة مطابقة أنظمة RGB وXYZ بلون أبيض واحد E:

النظام RGB ® Ф E = 1 Ф R + 1 Ф G + 1 Ф V (A)

النظام XYZ 2 ® Ф E = 1 Ф X + 1 Ф Y + 1 Ф Z = Ф Y (B)

وبمساواة التعبيرين (أ) و(ب) نجد ФY:

Ф Y = Ф R + Ф G + Ф В »1.00 م + 4.59 م + 0.06 م = 5.65 م

القيمة الدقيقة: Ф Y =5.6508 lm

(2) بمعرفة ФY، نعبر عن التدفق الضوئي في نظام XYZ:

F [C] = Y·Фy =5.6508·Y (9.18)

تتيح لك الصيغة المكتوبة التحديد من الإحداثيات المعروفة (X، Y، Z) التدفق الضوئي للون معين. للألوان الفردية في الصيغة (9.18) بدلاً من " ي"يجب استبداله" في" نظرًا لأن المعرفة الدقيقة لكمية لون معين (أي المعرفة الدقيقة للتدفق الضوئي) لا تؤثر على خصائص الجودة، في بعض الأحيان يتم حذف المضاعف "5.6508". في هذه الحالة يعتقد

Ф [Ц] = Y (9.19)

القيمة "F [C]" موجودة بالفعل نسبيشخصية. وبطبيعة الحال، فإن السطوع المحسوب من هذا التدفق الضوئي سيكون نسبيًا أيضًا. في. لتمييز السطوع المحسوب باستخدام الصيغة المبسطة (9.19) عن ذلك الذي تم الحصول عليه باستخدام دقيقالصيغة (9.18) تسمى أيضًا "السطوع وفقًا للصيغة المبسطة". « السطوع النسبي».

إحداثيات محددة للإشعاع أحادي اللون (منحنيات الإضافة) في النظام XYZ

يتم الحصول على القيم الموجودة في نظام XYZ عن طريق الحساب. تسلسل الإجراءات مشابه تمامًا للحسابات في نظام RGB 3. لدينا:

(9.20)

انتبه إلى الميزة المهمة للصيغ (9.20) - إحداثيات محددة. تعمل هذه الحقيقة على تبسيط الحسابات وتسمح بالتحقق المستقل. وتظهر نتائج الحساب في الشكل 9.7. ومن الواضح أن إحداثيات محددةلجميع الإشعاعات في نظام XYZ دائما إيجابية!

الشكل 51 - إحداثيات ألوان محددة لجميع الألوان الطيفية النقية في نظام CMYK. الطاقة: 1/683 واط

يوضح هذا الرسم البياني الكميات التي يجب خلط الألوان الأساسية لنظام XYZ (مع الأخذ في الاعتبار الكميات الفردية) لإعادة إنتاج لون الإشعاع أحادي اللون بطول موجة π وقدرة 5.6508 / 683 واط

يوضح الشكل 51 الإحداثيات المحددة للألوان الطيفية ذات الأطوال الموجية المختلفة (في نظام XYZ)

تمامًا كما هو الحال في نظام RGB، غالبًا ما يتم حذف العامل المشترك في الصيغ (9.20) - وهو في هذه الحالة "683 / 5.6508" - أثناء العمليات الحسابية: فهو ليس مهمًا للحساب خصائص الجودةالألوان. لفهم ما إذا كان المضاعف قد تم حذفه أم لا بالنسبة لمنحنيات جمع محددة، ما عليك سوى إلقاء نظرة على المنحنى: إذا كانت القيمة القصوى تساوي واحدًا، فسيتم حذف المضاعف. وباستخدام هذا المعيار البسيط، نستنتج ذلك بسهولة عند رسم 52، تم بالفعل حذف المضاعف الإجمالي.

مخطط ألوان نظام XYZ

الشكل 52 - الرسم البياني للألوان لنظام XYZ

النقطة E هي لون أبيض متساوي الشدة (متساوي التحفيز). النقطتان A وB هي بعض الألوان.

الطول الموجي السائد ( lect d ) على مخطط ألوان نظام XYZ

لتحديد الطول الموجي السائد lect d لبعض الألوان المعطاة A، من الضروري رسم شعاع من النقطة E عبر نقطة اللون حتى يتقاطع مع حدود مجال الألوان الحقيقية. ولإيجاد الطول الموجي للون الإضافي α c، يتم تمرير الشعاع في الاتجاه المعاكس، حتى يتقاطع مع حدود مجال الألوان الحقيقية.

دعونا نلاحظ السمات الهامة للزهور الأرجوانية:

(1) إذا كانت النقطة lect c تنتمي إلى خط من الألوان الأرجوانية، فلا يوجد لون إضافي لهذا اللون

(2) اللون البنفسجي من الألوان المعقدة (خليط من الألوان الحمراء والبنفسجية) لذا فهو يتميز بطريقة خاصة. للعثور على lect d، يتم توجيه الشعاع ليس إلى خط الألوان الأرجوانية، ولكن في الاتجاه المعاكس، نحو الموقع الطيفي. في هذه الحالة، يتم وضع علامة "/" أو "-" بجوار الرقم الذي تم العثور عليه. على سبيل المثال، بالنسبة للنقطة B: "5d = – 506 نانومتر" أو "5d / = 506 نانومتر".

النقاء اللوني (PK) على مخطط ألوان نظام XYZ

يتم تحديد النقاء اللوني للون معين A (انظر الشكل 9.7) من خلال بعده عن النقطة البيضاء E: من النقطة A أقربإلى النقطة E، النقاء أقلوالعكس من النقطة أ أقرب إلى الطيفية موضعالطهارة أكثر. باستخدام الإحداثيات اللونية المعروفة (x,y)، يتم حساب النقاء اللوني على النحو التالي:

من خلال الإحداثيات "x" (9.21)

من خلال الإحداثيات "ص"، (9.22)

حيث x  و y  هما إحداثيات اللون النقي طيفيًا "lect d" لنفس نغمة اللون المحدد (نقطة "الطول الموجي السائد" للون معين)، بالنسبة للألوان الأرجوانية x lect و y lect مأخوذة على خط الألوان الأرجوانية؛

x E و y E - إحداثيات النقطة E (ما يسمى " مرجع اللون الأبيض")، يُفترض عادةً أن x E ≈y E ≈1/3.

الشكل 53 - النقاء اللوني للون معين أ

لذا، فإن الصيغة (9.21) أو (9.22) تسمح لنا بالتعبير عن النقاء اللوني من خلال إحداثيات اللونية. لسهولة الحساب، يحتوي الرسم البياني الملون عادة على ما يسمى « خطوط طهارة مشروطة متساوية"(اسم آخر: « خطوط متساوي التشبع المشروط »).

التشبع المشروط ر فييتم إدخالها وفقا للصيغ:

من خلال إحداثيات "x" (9.23)

من خلال إحداثيات "ص" (9.24)

في الشكل 53، رسم بياني ملون لنظام XYZ مع خطوط مرسومة للتشبع الشرطي

بمقارنة صيغ النقاء اللوني (9.21) و (9.22) مع الصيغ (9.23) و (9.24) للنقاء المشروط نحصل على:

لنفكر في حالتين متطرفتين لاستخدام الصيغة (9.25):

بالنسبة للألوان الموجودة بالقرب من النقطة E: P في ≈ 0  P K ≈ 0.

بالنسبة للزهور القريبة من الموضع: P في ≈ 100%، y  /y ~1  P K ≈ 100%

من السهل أن نرى ذلك في الأمثلة المذكورة أعلاه P K ≈ P c. وهكذا، بالنسبة للزهور ذات النقاء المشروط المنخفض والعالي P in النقاء اللونيالألوان PK ممكن تقريبي الطهارة المشروطةالألوان.

إضافة المضافة من لونين على مخطط ألوان النظام XYZ

يقع لون خليط مضاف من إشعاعين C على القطعة التي تربط نقاط الألوان المختلطة. تقسم النقطة C القطعة C 1 C 2 إلى جزأين، تتناسب أطوالهما عكسيا مع وحدات الألوان التي يتم خلطها:

الشكل 54 - إضافة إضافية للونين على الرسم البياني الملون لنظام XYZ

"اللون الأول" C 1 → وحدة الألوان "m 1"

"اللون الثاني" C 2 → وحدة الألوان "م 2"

ج = ج 1 + ج 2 – اللون الإجمالي:

وبالتالي، من أجل الحصول على اللون المشار إليه على الرسم البياني الملون بالنقطة A، من الضروري مزج اللون الطيفي النقي من نفس النغمة " d" واللون الأبيض "E" في النسبة:

إيجاد نتيجة المزج الإضافي بين لونين (في نظام XYZ) (الشكل 54)

لاحظ أنه يمكن العثور على نتيجة إضافة عدة ألوان بطريقة تحليلية بحتة، دون استخدام الرسم البياني الملون. في الواقع، وفقا لخصائص ناقلات الألوان:

حيث X 1، Y 1، Z 1 هي إحداثيات ألوان أول الألوان المضافة (Ts 1)، X 2، Y 2، Z 2 هي إحداثيات ألوان ثاني الألوان المضافة (Ts 2)، X ، Y، Z هي إحداثيات الألوان لمجموع الألوان (C = C 1 + C 2).

في حالتنا، يتم تعيين الألوان بشكل مختلف، مع بعضها البعض إحداثيات اللونية: تس 1 (س 1، ص 1)، تس 2 (س 2، ص 2). لذلك، قبل استخدام الصيغ (9.26)، فمن الضروري احسب إحداثيات اللون(X i، Y i، Z i) لكل لون من الألوان التي تتم إضافتها، بناءً على معرفة "كميتها".

للتبسيط، نفترض أن أعداد الألوان المراد إضافتها يتم تحديدها عن طريق التحديد من وحدات الألوان: C 1  m 1، C 2  m 2. باستخدام الصيغتين التسلسليتين (9.15) و (9.26) نحصل على:

(9.27)

حيث (x، y) هي إحداثيات اللونية المطلوبة للون الإجمالي C.

4.3 أساسيات قياس الألوان الكمي. مخطط ألوان CIE

يمكن قياس أي لون بناءً على ظاهرة خلط الألوان. يمكن الحصول على جميع الألوان الموجودة عن طريق مزج ثلاثة ألوان مستقلة عن بعضها البعض - الأحمر والأخضر والأزرقيؤخذ بكميات معينة. يتم تحديد هذه الألوان الأساسية بواسطة الحروف الأولى من الأسماء الإنجليزية لهذه الألوان:

ر- أحمر (أحمر)، ز- الأخضر (الأخضر)، في- أزرق.

عند الخلط، تتشكل تدفقات الضوء أبيض(عند سطوع وأطوال موجية معينة ر, زو ب).

من وجهة نظر كمية، الألوان المستقلة الرئيسية هي واحدة .

الشكل 55 - منشور الجص مع حقول المقارنة

(أبسط جهاز قياس)

مجالات مقارنة اللون والسطوع - الحواف الشرطية

المنشور الأبيض مضاء بلون أحادي اللون

الإشعاع - جوثلاثة إشعاعات حمراء مستقلة بشكل متبادل - ر، أخضر - زوالأزرق - بزهور

في الشكل. يوضح الشكل 55 منشور الجبس، والتي تسمى حوافها تقليديًا حقول المقارنة (هذا هو أبسط جهاز لقياس الضوء).

سيتم الإشارة إلى أحد الحقول، المضاءة ببعض الألوان اللونية، بالحرف جوالثاني - ثلاثة ألوان أساسية ر، ز، ب.

يعكس الجص الأبيض الضوء الأبيض بشكل عشوائي، وبالتالي فإن حقل المقارنة الأول سيكون له نفس لون الضوء الذي يضيئه ج، وسيكون له سطوع يحدده حجم التدفق الضوئي المنعكس من مجال المقارنة هذا.

صندوق المقارنة الثاني مضاء بالألوان ر، ز، ب، ينبغي أن لا يمكن تمييزه عن الأول سواء من حيث اللونية(درجة اللون ونقاء اللون) , وكذلك في السطوع.

يتم التعبير عن شرط هوية كلا حقلي المقارنة رياضياً بالصيغة (انظر الشكل 55، أ):

كلا الحقلين لهما نفس اللون والسطوع، مما يعني أن تدفقات الضوء التي تنيرهما متساوية في الحجم واللون.

الصيغة (1) هي معادلة لونية توضح أنه للحصول على لون مطابق للون C يجب عليك المزج

ص"وحدات حمراء ر، ز"الوحدات الخضراء ز"و ب"وحدات زرقاء ب. هكذا ، ص"، ز"و ب"-هذا معاملات معادلة اللون، يوضح عدد الوحدات التي يجب أخذها من كل لون من الألوان الأساسية للحصول على لون معين C. وتسمى هذه المعاملات إحداثيات اللون(ص"، ز"، ب"). يعمل ص"ر"، ز"ز، ب"بهي مكونات اللون C وتسمى مكونات اللون.

تظهر التجارب على مزج الألوان أنه بالنسبة لعدد من الألوان C، من أجل الحصول على المساواة بين حقلي المقارنة من حيث اللونية والسطوع، إلى اللون C الذي يضيء أحد حقول المقارنة، من الضروري إضافة مقدار معين من أحد حقول المقارنة. الألوان الأساسية (انظر الشكل 55، ب).

على سبيل المثال، بالنسبة لأحد هذه الألوان C، ستبدو معادلة اللون كما يلي:

(2)

لكل لون من هذه الألوان C، يتم الحصول على هوية حقول المقارنة فقط من خلال علاقة واحدة محددة بينهما ص"،ز"، ب"، وإلى أحد الألوان C للحصول على مساواة الألوان في حقول المقارنة من الضروري إضافة كمية معينة من الألوان رللآخرين - الألوان زإلى الثالث - الألوان ب.

دعونا ننقل مكون اللون ز"ز(2) إلى الجانب الأيمن

الهويات:

(3)

مع هذا النوع من كتابة معادلة اللون، يتم تقليديًا تعيين قيمة سالبة لأحد مكونات اللون.

الألوان الأساسية ر, ز, بفي النظام المقبول لتحديد الألوان هي دائملذلك يتم تحديد اللون C المحدد بالكامل (من حيث اللونية والسطوع) من خلال إحداثيات اللون ص"، ز"، ب"،كون كميات متغيرة.

في كثير من الحالات، تتطلب الممارسة فقط خصائص اللون الجودةالإشعاع من مصدر الضوء أو تدفق الضوء المنعكس من سطح الجسم. في هذه الحالة، من المناسب استخدام القيم النسبية لإحداثيات الألوان، وهي نسبة كل من إحداثيات الألوان ص"،ز"و ب"إلى مجموعهم ص"+ز"+ب".

يتم استدعاء القيم النسبية لإحداثيات الألوان إحداثيات اللونيةويتم تعيينها ص، ز، ب:

(5)

لذلك، يتم تحديد الخاصية النوعية للون (اللونية) من خلال ثلاثة إحداثيات لونية ص، ز، ب،في المجموع يساوي واحد.

وبناء على ذلك، يمكن تصوير أي لون بيانيا.

وكما هو معروف فإن المجموع الجبري، أي مع مراعاة إشارة (الشكل 56) للعمودين، السقوط من أي نقطة داخل أو خارج مثلث متساوي الأضلاع إلى أضلاعه يساوي ارتفاعه.

لنأخذ ارتفاع المثلث متساوي الأضلاع يساوي واحدًا. فيكون مجموع الخطوط المتعامدة المرسومة من أي نقطة داخلها أو خارجها على أضلاعها يساوي واحدًا. وبما أن مجموع إحداثيات اللونية يساوي أيضًا واحدًا، فإن كل عمودي يسقط من نقطة داخل (خارج) المثلث متساوي الأضلاع إلى جوانبه يمكن أن يمثل أحد إحداثيات اللونية (انظر الشكل 53).

الشكل 56 - التمثيل الرسومي للون باستخدام نموذج ثلاثي

صورة للون باستخدام مثلث الألوان، الذي توجد عند رؤوسه الألوان الأساسية ر, ز, ب

وبناءً على ذلك، يمكن تمثيل أي لون بنقطة داخل (أو خارج) مثلث متساوي الأضلاع ارتفاعه يساوي واحدًا.

في رؤوس مثلث الألوان هذا توجد الألوان الأساسية. ر، ز، ب.

جميع الألوان التي يمكن الحصول عليها عن طريق مزج الألوان الأساسية الثلاثة مباشرة ر، ز، بطبقاً للمعادلة (1) يتم وضعها داخل مثلث الألوان)، (الشكل 1). أ). انخفض العمودي من نقطة ج، الذي تم تصويره داخل المثلث، فإن جوانبه تساوي إحداثيات اللونية المقابلة وفي الوحدة الكلية.

عمودي يسقط على الجانب المقابل لرأس المثلث حيث يقع اللون ر، يعطي إحداثيات اللونية ص. وانخفضت الخطوط المتعامدة المتبقية على جوانب المثلث الواقع مقابل الرؤوس التي تحتوي على الألوان زو في، إعطاء إحداثيات اللونية زو ب. في هذه الحالة، جميع الإحداثيات اللونية الثلاثة ص، زو ب-إيجابي .

تلك الألوان التي لا يمكن الحصول عليها عن طريق خلط الألوان مباشرة ر، جو ب،تقع خارج مثلث الألوان (انظر الشكل 3، ب). في هذه الحالة، انخفض العموديون من نقطة اللون جعلى جانبي المثلث تساوي أيضًا إحداثيات اللونية المقابلة وفي المجمل - الوحدة.

ومع ذلك، على عكس الخيار أ)، في الخيار ب) إحدى إحداثيات اللونية (- ص) عن السلبية. هذه الحالة تتوافق مع المعادلة (3).

في أول نظام قياس لوني دولي ثلاثي الألوان لتحديد ألوان RGB، مبني على المبادئ الموضحة أعلاه، تم أخذ القيم التالية للإشعاع أحادي اللون كألوان أساسية:

- ر(أحمر) - 700 نانومتر،

- ز(الأخضر) - 546.1 نانومتر،

- ب(أزرق) - 435.8 نانومتر.

تم الحصول على اللون الأحمر باستخدام مصباح وهاج ومرشح أحمر، وتم الحصول على اللونين الأخضر والأزرق عن طريق عزل الإشعاع بأطوال موجية 546.1 و 435.8 نانومتر من الطيف الإشعاعي لمصباح الزئبق.

نظام قياس الألوان ثلاثي الألوانتم تسمية نظام تحديد اللون، والذي يعتمد على القدرة على إعادة إنتاج لون معين بواسطة المضافةخلط ثلاثة ألوان أساسية ر, ز، و ب.

تدفقات الضوء من الألوان الأساسية واحدة ر, ز، و بيتم تحديده بحيث عند مزجه في وسط مثلث متساوي الأضلاع، يتم الحصول على اللون الأبيض.

على جوانب مثلث الألوان توجد الألوان الناتجة عن مزج الألوان. ر, ز، و ب، وتقع في رؤوس المثلث. توجد على منصفات المثلث الألوان التي يتم الحصول عليها عن طريق مزج كل لون من الألوان الأساسية مع اللون الأبيض الموجود في المركز. من أجل رسم موضع جميع الألوان الطيفية الأخرى على مثلث الألوان، تحتاج إلى معرفة قيمة اللونية (إحداثيات اللونية ص، ز،و ب) لجميع الألوان الطيفية. تم الحصول على هذه القيم مرة واحدة نتيجة للدراسات المختبرية، والتي تتمثل في معادلة لون حقلي مقارنة من خلال إضاءة أحدهما بالتتابع بإشعاع طيفي أحادي اللون لكامل المنطقة المرئية من الطيف بفاصل 5 نانومتر، و والثاني مع مجموعات من الألوان الأساسية ر, ز، و ب.

في الشكل. ويبين الشكل 57 مثلث الألوان مع خط من الألوان الطيفية حسب هذه الدراسات. تشير الأرقام الموجودة على طول خط الألوان الطيفية إلى الأطوال الموجية (بالنانومتر) للألوان الطيفية المقابلة.

الشكل 57 - مثلث الألوان مع خط من الألوان الطيفية

جميع الألوان الطيفية باستثناء الألوان الأساسية ر, ز، و ب، تقع هنا خارج مثلث الألوان، وبالتالي فإن إحدى إحداثيات الألوان سلبية لكل منها.

يسمى هذا الرسم البياني الرسومات الملونة. على الخط الذي يربط اللون الأحمر بطول موجي 700 نانومتر والبنفسجي بطول موجي 400 نانومتر توجد الألوان الأرجوانية النقية غير الطيفية.

وهكذا فإن لونيات جميع الألوان تقع على الرسم البياني للألوان في المنطقة المحدودة بمنحنى الألوان الطيفية (على شكل لسان ممدود) والخط المستقيم من الألوان الأرجوانية. معرفة الإحداثيات اللونية ص"،ز"و ب"أي لون (منبعث أو منعكس)، يمكن حساب إحداثيات اللون [انظر. الصيغة (4)] وقم بتطبيق اللون C1 على الرسم البياني الملون.

على خط مستقيم يربط الأبيض ه(في المركز الهندسي للمثلث بي جي آر) مع اللون C1 والممتد إلى خط الألوان الطيفية، سيتم تحديد موقع الألوان التي تم الحصول عليها عن طريق مزج اللون الطيفي بنسب مختلفة (مع درجة اللون 1) واللون الأبيض ه.أحد هذه الألوان هو اللون Ts1. جميع الألوان تقع على خط مستقيم 1 ه، لها نفس درجة اللون 1، ولكنها تختلف عن بعضها البعض في نقاء (تشبع) اللون، أي في درجة التخفيف باللون الأبيض.

على خط الألوان الطيفية يكون تشبع اللون 100%.

بالنسبة للون C1، تكون درجة نقاء اللون أكبر من 0 وأقل من 100%. يمكن إنشاء أي لون أقل من 100% نقي (أي ليس طيفيًا) عن طريق خلط أي عدد من أزواج الألوان. الألوان الموجودة على منحنى الألوان الطيفية هي ألوان الطيف المشبعة بنسبة 100% (الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، السماوي، النيلي، البنفسجي) وخليط من الألوان المتجاورة مع بعضها البعض. يتم تعريف الألوان الأرجوانية أيضًا على أنها مشبعة بنسبة 100٪.

جميع مزايا نظام الألوان المدروس (في شكل رسم بياني ملون) ووضوحه وإمكانية الوصول إليه لا تستبعد عيبه الرئيسي - التواجد فيه إحداثيات اللونية السلبيةمما يعقد حسابات الألوان بشكل كبير. من الناحية الهندسية، يرجع ذلك إلى حقيقة أن مثلث الألوان مبني على أساس الألوان ر, زو ب، ينتهي حتماً داخل خط الألوان الطيفية والأرجوانية.

ليس من الممكن إنشاء نظام ألوان لا توجد فيه إحداثيات لونية سلبية باستخدام أي إشعاعات أحادية اللون كألوان أساسية.

إن أوجه القصور في نظام تحديد الألوان هذا أجبرت العلماء منذ فترة طويلة في مجال قياس الألوان على العمل على إنشاء نظام أكثر تقدمًا وخاليًا من الإحداثيات اللونية السلبية.

وفي عام 1931 . اعتمدت اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) ووافقت على نظام قياس لوني جديد لتحديد اللون - XYZ. تم بناء هذا النظام، مثل النظام السابق، على أساس ثلاثة ألوان أساسية، تسمى تقليديا X, يو زوالتي يتم عزلها في هذا النظام. المساحة الكاملة للألوان الموجودة محاطة هنا داخل مثلث قائم الزاوية، حيث توجد الألوان الأساسية عند رؤوسه X, يو ز. يتم وضع الرسم البياني للألوان في هذا النظام بطريقة تجعل جميع الإحداثيات اللونية للألوان الموجودة إيجابية. التعبير عن الألوان الأساسية X, يو زمن خلال الألوان ر, زو بيتم تنفيذها من خلال سلسلة من التحولات الرياضية . لا ينبغي إعطاء الوحدات X وY وZ أي معنى آخر هنا غير تلك المحسوبة. عبارات ل X, يو زيتم الحصول عليها عن طريق تحويل المعادلات في النظام اللوني RGB. تصف معادلة الألوان عملية خلط الألوان. يتم التعبير عن أي لون موجود C في النظام XYZعلى النحو التالي:

الشكل 58 - ترتيب الألوان الأساسية X, يو زعلى مخطط ألوان النظام RGB

هنا، كما هو الحال في النظام RGB, س"، ذ"، ض"هي إحداثيات الألوان.

إحداثيات اللونية اكس، يو زيتم التعبير عنها من خلال إحداثيات الألوان:

(8)

بناءً على قيم الإحداثيات اللونية ص، زو بتم حساب إحداثيات الألوان في نظام القياس اللوني XYZ لجميع الألوان الطيفية.

مستقلة، على النحو التالي من المساواة X+ ي+ ز= 1، هما اثنان فقط من إحداثيات اللونية الثلاثة.

مخطط الألوان في النظام XYZيتم الحصول عليها عن طريق رسم أحد الإحداثيات اللونية على طول المحور الإحداثي وعلى طول محور الإحداثي السيني - واحد آخر لجميع الألوان الطيفية والأكثر نقاءً .

في النظام اللوني XYZالرسم البياني الملون المقبول عمومًا هو المحور الإحداثي الذي يتم رسم إحداثيات اللونية عليه. ي(المحور العمودي)، والمحور السيني هو إحداثيات اللونية X(المحور الأفقي).

منذ X+ ي+ ز= 1 إذن معرفة إحداثيات اللونية Xو ييمكنك الحصول على قيمة الإحداثيات اللونية الثالثة زعن طريق طرح قيمة الإحداثيات من وحدة المجموع Xو ي. لذلك، في هذا الرسم البياني يمكنك استخدام إحداثيتين فقط X و Y، مما يبسط الحسابات والرسم البياني للرسم البياني نفسه.

وهكذا، فإن الجدول الزمني القياسي ICE XYZعبارة عن شبكة إحداثيات مستطيلة ذات محاور Xو يمثلث قائم الزاوية (والذي لا يظهر في أغلب الأحيان على الرسم البياني). تمثل الشبكة المستطيلة جزء الحقل من هذا المستطيل. تحتوي الشبكة على طول المحاور الإحداثية والإحداثية من خلال قسم واحد (يمكن أن تكون أقل أو أكثر) على تسميات لأقسام المحاور يو Xمثل أعشار الوحدة.

في الزاوية اليسرى السفلية حيث تتقاطع المحاور (تتقارب) يو X، - قيمة صفر للمقاييس المرجعية، ثم على طول المحور الإحداثي يهناك تقسيمات (من خلال مربع واحد) من 0.1 إلى 0.8، وعلى طول محور الإحداثي السيني X- الأقسام من 0.1 إلى 0.7.

المألوفة لنا منحنىخط اللون الطيفي (يشبه اللسان)، مغلق عند القاعدة (بزاوية مع المحور X) خط مستقيم من الزهور الأرجوانية. بواسطة محيط محيط الرسم البياني الملون يحتوي على قيم درجات الألوان (بالنانومتر) بالتسلسل التالي: البنفسجي - في الزاوية اليسرى السفلية، فوقه - الأزرق، السماوي، الأخضر (خلف الجزء العلوي من الرسم البياني على اليمين)، الأصفر والأخضر والأصفر , البرتقالي، أحمر.

وفي القسم السفلي المستقيم - القيم التقليدية للأطوال الموجية لعدد من الألوان الأرجوانية (مع العلامة " : 500" –560" ) من الأحمر إلى الأرجواني. في الجزء العلوي من الرسم البياني، حيث يحدث الانتقال من الأزرق إلى الأخضر ومن الأخضر إلى الأصفر والأخضر، يتم تمديده (الفواصل الزمنية بين قيم درجات الألوان أكبر). في الجزأين الأيسر والأيمن، الأقرب إلى القاعدة، يتم ضغط الرسم البياني (قيم درجات الألوان قريبة جدًا من بعضها البعض).

توجد نقطة بيضاء في منتصف حقل الرسم البياني ه. على الخطوط المستقيمة التي تربط اللون الأبيض (E) مع الألوان الطيفية (على خط منحني) والألوان الأرجوانية (على خط مستقيم)، توجد الألوان غير المشبعة، الناتجة عن مزج الألوان الطيفية أو الأرجوانية مع اللون الأبيض.

لا يعطي الرسم البياني CIE (مثل عجلات الألوان) صورة لخلط الألوان الطيفية والأرجوانية مع الأسود والرمادي بدرجات متفاوتة من الإضاءة. وهذا متأصل في نماذج الألوان ثنائية الأبعاد. وهذا هو عيبهم. توفر النماذج ثلاثية الأبعاد فقط صورة كاملة لخلط جميع الألوان (لوني مع لوني) (انظر الموضوع 5).

الشكل 59 - مخطط ألوان CIE. لتحديد الطول السائد

تتم الإشارة إلى الأطوال الموجية (نانومتر) للألوان الطيفية أو الأطوال الموجية الإضافية للألوان الأرجوانية على طول خط الأطوال الموجية اللونية الطيفية

لون أحادي اللون.

النقطة اللونية للإشعاع القياسي ( أ, في, مع, د 65 MKO) أو للضوء المتساوي الطاقة ( ه). نقطة على الرسم البياني مع- لون الإشعاع C MKO (ضوء النهار)؛ نقطة ر- لون صبغة الكادميوم الحمراء (الطول الموجي 605 نانومتر). نقاء اللون - حاصل تقسيم القطعة رياللكامل طول الخط (حتى النقطة 605)

في الشكل. توضح الصفحة 1.14 مخطط ICE لعام 1931. النقطة مع(داخل مجالها) يدل على لون الإشعاع ويشير إلى التركيب الطيفي لأشعة الشمس المتناثرة أثناء النهار. تم تقديم معايير إشعاعية جديدة تم تطويرها لاحقًا بواسطة ICE، بالإضافة إلى مع- ضوء النهار، تسميات إضافية:

- أ MKO - ضوء من مصباح وهاج مع خيوط التنغستن، قوة 500 واط؛

- في MKO - ضوء النهار - ضوء الشمس المباشر (تركيبته الطيفية).

أدت التحسينات الإضافية إلى ظهور التدوين د MKO هي المراحل المختلفة لضوء النهار: د 55, د 65 (التركيب الطيفي لضوء النهار النموذجي في النطاق 300-830 نانومتر)، د 75. على شبكة الإحداثيات لمخطط CIE، يمكن وضع الرموز في أماكن مختلفة، على مسافة مناسبة من النقطة ه- ضوء متساوي الطاقة (اختلاط جميع الألوان الطيفية – الأبيض).

وهكذا، في الرسوم البيانية الحديثة لـ CIE، والتي تعد أداة رسومية مرئية ومريحة للبحث في مجال قياس الألوان وتحديد (حساب) الألوان , كنقطة مرجعية، يتم استخدام النقاط اللونية لمختلف مراحل ضوء النهار (المنتشر)، وأشعة الشمس المباشرة والضوء الاصطناعي (المصابيح المتوهجة 500 واط)، والتي تم تحديدها، كما هو موضح أعلاه، بالأحرف - أ, ب, ج, د 55, د 65, د 75.

يتيح لك ذلك حساب التغييرات في لون معين (سواء كان نقيًا أو مشبعًا أو مختلطًا أو مبيضًا) اعتمادًا على الإضاءة الطبيعية أو الاصطناعية المختلفة.

المحاضرة 5. أنظمة الألوان في الرسومات الحاسوبية

نموذج الألوان RGB

نموذج الألوان CMYK

نموذج الألوان HSB

نموذج الألوان HSL

نموذج الألوان في مختبر CIE

الألوان المفهرسة

تحويل نماذج الألوان

5.1 مفهوم نموذج الألوان

يُنظر إلى العالم من حول الشخص في الغالب بالألوان. لا يحتوي اللون على مكون إعلامي فحسب، بل يحتوي أيضًا على مكون عاطفي. العين البشرية هي أداة حساسة للغاية، ولكن لسوء الحظ، إدراك اللون أمر شخصي. من الصعب جدًا أن تنقل إلى شخص آخر إحساسك بالألوان.

وفي الوقت نفسه، تتطلب العديد من الصناعات، بما في ذلك الطباعة وتكنولوجيا الكمبيوتر، أساليب أكثر موضوعية لوصف ومعالجة الألوان.

تم اختراع نماذج ألوان مختلفة لوصف اللون. يتم تقسيم الأكثر استخدامًا إلى ثلاث فئات كبيرة: تعتمد على الجهاز (وصف اللون فيما يتعلق بجهاز إعادة إنتاج لون معين، على سبيل المثال، شاشة - RGB، CMYK)، مستقلة عن الجهاز (للحصول على وصف لا لبس فيه لمعلومات اللون - XYZ) ، مختبر) والنفسية (بناءً على ميزات الإدراك البشري - HSB، HSV، HSL) (الشكل 60).

الشكل 60 - التسلسل الهرمي لنماذج الألوان

في برامج تحرير الرسوم، يمكن استخدام العديد من نماذج الألوان لتعيين معلمات اللون للكائنات، اعتمادًا على المهمة. تختلف هذه النماذج في مبادئ وصف مساحة اللون الواحدة الموجودة في العالم الموضوعي.

نموذج ألوان 5.2 RGB.

تظهر العديد من الألوان لأن الكائنات التي تنبعث منها تتوهج.

وتشمل هذه الألوان، على سبيل المثال، الضوء الأبيض , الألوان على شاشات التلفاز، والشاشات، وشاشات السينما، وأجهزة عرض الشرائح، وما إلى ذلك. هناك عدد كبير من الألوان، ولكن تم تحديد ثلاثة منها فقط، والتي تعتبر أساسية (أساسية): الأحمر، الأخضر، الأزرق.

عندما يتم خلط لونين أساسيين، يصبح اللون الناتج أفتح: مزج الأحمر والأخضر ينتج اللون الأصفر، وخلط الأخضر والأزرق ينتج سماويًا، والأزرق والأحمر ينتج اللون الأرجواني. عندما يتم مزج الألوان الثلاثة، تكون النتيجة بيضاء. تسمى هذه الألوان المضافة.

الشكل 61 - نموذج الألوان RGB

يسمى النموذج المعتمد على هذه الألوان بنموذج الألوان RGB- حسب الحروف الأولى من الكلمات الإنجليزية رإد (الأحمر)، زرين (أخضر)، بلو (الأزرق) (الشكل 61).

الشكل 62 - خلط الألوان المضافة

يتم تمثيل هذا النموذج كنظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد. يعكس كل إحداثي مساهمة المكون المقابل في لون معين في النطاق من الصفر إلى القيمة القصوى. والنتيجة هي نوع من المكعب، بداخله "توجد" كل الألوان، وتشكل مساحة لونية (الشكل 63).

الشكل 63 - نموذج RGB

من المهم ملاحظة النقاط والخطوط الخاصة لهذا النموذج.

أصل الإحداثيات: عند هذه النقطة جميع المكونات تساوي الصفر، ولا يوجد إشعاع، وهذا يعادل الظلام، أي أنها نقطة سوداء.
نقطة، الأقربللمشاهد: عند هذه النقطة جميع المكونات لها قيمتها القصوى، والتي تعطي اللون الأبيض.
على الخط الذي يربط هذه النقاط (على طول قطري المكعب)، هناك ظلال رمادية: من الأسود إلى الأبيض. وذلك لأن المكونات الثلاثة كلها متماثلة وتتراوح من الصفر إلى القيمة القصوى.
ويسمى هذا النطاق أيضًا بالمقياس الرمادي.

في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم الآن استخدام 256 تدرجًا (ظلال) من اللون الرمادي. على الرغم من أن بعض الماسحات الضوئية لديها القدرة على تشفير ما يصل إلى 1024 ظلًا من اللون الرمادي وما فوق.

تعطي ثلاثة رؤوس للمكعب ألوانًا أصلية نقية، بينما تعكس الثلاثة الأخرى خليطًا مزدوجًا من الألوان الأصلية.

المزايا التي لا شك فيها لهذا الوضع هي أنه يسمح لك بالعمل مع جميع الألوان البالغ عددها 16 مليون لون، لكن العيب هو أنه عند طباعة الصورة، يتم فقدان بعض هذه الألوان، خاصة الألوان الأكثر سطوعًا والأكثر تشبعًا، كما يوجد أيضًا مشكلة مع الألوان الزرقاء. RGBهذا النموذج، بالطبع، ليس مألوفًا تمامًا للفنان أو المصمم، ولكن يجب قبوله وفهمه نظرًا لحقيقة أن الماسح الضوئي وشاشة العرض يعملان مع هذا النموذج - وهما الرابطان الأكثر أهمية في معالجة معلومات الألوان. نموذج اللونتم تطويره في الأصل لوصف اللون على شاشة ملونة، ولكن بما أن الشاشات تختلف من طراز إلى آخر والشركة المصنعة، فقد تم اقتراح العديد من نماذج الألوان البديلة للمطابقة "متوسط"شاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، إس آر جي بيو RGBأدوبيRGB . نموذج اللونيمكن استخدام ظلال مختلفة من الألوان الأساسية ودرجات حرارة الألوان المختلفة (المهمة

"النقطة البيضاء" RGB)، ومعدل تصحيح غاما مختلف. عرض الألوان الأساسيةوفقا للتوصيات XYZالاتحاد الدولي للاتصالات

في الفضاء

: درجة الحرارة البيضاء: 6500 كلفن (ضوء النهار): RGBشاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، XYZالأحمر: x = 0.64 y = 0.33 الأخضر: x = 0.29 y = 0.60 الأزرق: x = 0.15 y = 0.06 يغالبًا ما يرتبط بالسطوع عند تحويل الصورة إلى أبيض وأسود):

X = 0.431 * R + 0.342 * G + 0.178 * B Y = 0.222 * R + 0.707 * G + 0.071 * B Z = 0.020 * R + 0.130 * G + 0.939 * B R = 3.063 * X - 1.393 * Y - 0.476 * Z G = -0.969 * س + 1.876 * ص + 0.042 * ض ب = 0.068 * س - 0.229 * ص + 1.069 * ض 5.3 التمثيل العددي بالنسبة لمعظم التطبيقات، قم بتنسيق القيم ص، ز شاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، ب يمكن اعتبارها تنتمي إلى الجزء الذي يمثل الفضاء RGBفي النموذج مكعب 1×1×1.

الشكل 64 – نموذج الألوان على شكل مكعب توجد عند رؤوسه الألوان الأساسية

في أجهزة الكمبيوتر، يتم تمثيل كل إحداثي بشكل تقليدي بواسطة واحدثماني ، والتي يُشار إلى قيمها بالأعداد الصحيحة للراحة من 0 إلى 255 ضمناً. يرجى ملاحظة أن مساحة الألوان المعوضة عن جاما هي الأكثر استخدامًا. "متوسط"، عادة بمؤشر 1.8 ( ماك) أو 2.2 ( جهاز كمبيوتر).

الشكل 65 - التمثيل العددي لنموذج الألوان

في HTMLمستخدم دخول #RrGgBb ، ويسمى أيضا سداسي عشري : يتم كتابة كل إحداثي كرقمين سداسي عشري، بدون مسافات (انظر ألوان HTML).

على سبيل المثال، دخول #RrGgBbأبيض - #FFFFFF. كولوريف - النوع القياسي لتمثيل الألوان فيه Win32. يستخدم لتحديد اللون في RGBاستمارة. الحجم - 4 بايت. عند تحديد أي RGBالألوان، اكتب قيمة متغيرة كولوريفيمكن تمثيلها في سداسي عشري لذا: 0x00bbggrrrr، زز، ب - قيمة شدة مكونات اللون الأحمر والأخضر والأزرق على التوالي.

الحد الأقصى لقيمتها هو 0xFF .

تحديد متغير النوع كولوريفيمكن القيام به على النحو التالي:

COLORREF C = (ص،ز،ب) ;

ب، ز شاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، ص - شدة (في النطاق من 0 إلى 255) للمكونات الزرقاء والخضراء والحمراء للون المكتشف، على التوالي ج . إنه أزرق ساطعيمكن تعريف اللون بأنه ( 0,0,255 ), أحمركيف ( 255,0,0 ), أرجواني مشرق- (255,0,255 ), أسود - (0,0,0 )، أ أبيض - (255,255,255 ).

وبما أن النموذج يستخدم ثلاث قيم مستقلة، فيمكن تمثيله كنظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد .

يعكس كل إحداثي مساهمة أحد المكونات في اللون الناتج في النطاق من صفر إلى القيمة القصوى (لا تهم قيمته العددية في الوقت الحالي، وعادة ما يكون هذا هو الرقم 255، أي يتم رسم المستوى الرمادي في كل قناة من قنوات الألوان على كل محور).

والنتيجة هي بعض مكعب، بداخلها "نكون"تشكيل جميع الألوان مساحة اللون النموذجيةRGB . أي لون يمكن التعبير عنه رقميًا يقع ضمن هذه المساحة.

الشكل 66 – نموذج الألوان ثلاثي الأبعاد

حجم هذا المكعب (عدد الألوان الرقمية)من السهل حسابها: حيث يمكن رسم 256 قيمة على كل محور، ثم 256 مكعبة (أو 2 إلى القوة الرابعة والعشرين) يعطي الرقم 16,777,216.

وهذا يعني أنه في نموذج اللون RGBويمكن وصف أكثر من 16 مليون لون، ولكن باستخدام نموذج الألوان RGBلا تضمن أن يتم توفير هذا العدد من الألوان على الشاشة أو على المطبوعات. وبمعنى ما، فإن هذا الرقم هو بالأحرى الحد الأقصى (محتمل) فرصة. ومن المهم ملاحظة النقاط والخطوط الخاصة بهذا النموذج: الأصل: عند هذه النقطة جميع المكونات تساوي الصفر، ولا يوجد إشعاع، وهو ما يعادل الظلام، أي أنها نقطة سوداء.

النقطة الأقرب إلى العارض: عند هذه النقطة، تكون جميع المكونات في أقصى قيمة لها، مما يؤدي إلى اللون الأبيض.

الشكل 67 - نموذج ألوان ثلاثي الأبعاد ذو قطري توجد عليه ظلال اللون الرمادي

على الخط الذي يربط هذه النقاط (انحرافي) , هناك ظلال رمادية : من الأسود إلى الأبيض. يحدث هذا لأن قيم المكونات الثلاثة هي نفسها وتتراوح من الصفر إلى القيمة القصوى. ويسمى هذا النطاق أيضًا بالمقياس الرمادي. . في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم الآن استخدام 256 تدرجًا (ظلال) من اللون الرمادي. على الرغم من أن بعض الماسحات الضوئية لديها القدرة على تشفير 1024 درجة من اللون الرمادي .

ثلاثة رؤوس من المكعب تعطي ألوانًا أصلية نقية، بينما تعكس الثلاثة الأخرى ألوانًا مزدوجة (ثنائي) خلط الألوان الأصلية: الأحمر والأخضر ينتجان الأصفر، والأخضر والأزرق ينتجان اللون السماوي، والأحمر والأزرق ينتجان اللون الأرجواني.

الشكل 67 – مكعب الألوان

تجدر الإشارة إلى أن نموذج تركيب الألوان المضافة له قيود. . على وجه الخصوص، ليس من الممكن الحصول على اللون الأزرق باستخدام مصادر الألوان الأساسية التي يمكن تحقيقها فعليًا (كما هو الحال من الناحية النظرية - عن طريق خلط المكونات الزرقاء والخضراء)، يتم إنشاؤه على شاشة العرض باستخدام بعض الحيل التقنية.

بالإضافة إلى ذلك، يعتمد أي لون ناتج بشكل كبير على نوع المصادر المستخدمة وحالتها، وستبدو معلمات الألوان الرقمية نفسها مختلفة على الشاشات المختلفة، وفي الواقع، على الطراز RGB هي مساحة اللون الخاصة بجهاز معين، مثل الماسح الضوئي أو الشاشة.

هذا النموذج بالطبع ليس واضحًا على الإطلاق للفنان أو المصمم، ولكن يجب قبوله وفهمه نظرًا لكونه الأساس النظري لعمليات مسح الصور وتصورها على شاشة العرض.

سيتم إعطاء رموز الألوان ضمن سلسلة من المحاضرات حول معايير الألوان والكتالوجات، حيث سأقوم بنشر قوائم الألوان مع الرموز. ونتناول هنا مبادئ تشغيل الأنظمة، وبعض المصطلحات الخاصة في المجلات الخاصة الحديثة، مثل المثلث اللوني، المخطط اللوني، الموضع، التدرج اللوني . سنحاول في هذا القسم فهم جوهر هذه المصطلحات والغرض منها باستخدام مثال RGB - نماذج (على الرغم من أنه يمكن القيام بذلك بناءً على أي نموذج ألوان آخر) .

لنبدأ النظر في هذه المفاهيم بمبدأ تكوين مستوى من الألوان الفردية . طائرة من الألوان الواحدة (س ) (الشكل 3.5)يمر عبر القيم الفردية للألوان الأساسية المحددة المرسومة على محاور إحداثيات السطوع. لون واحد في قياس الألوان، اللون الذي يسمى مجموع إحداثياته (أو بمعنى آخر، وحدة الألوان t)يساوي 1. لذلك يمكننا أن نفترض ذلك طائرة س ، تقاطع محاور الإحداثيات في النقاط ب ص (ص = 1، ز = 0، ب = 0)، ب ز (ص = 0، ز = 1، ب = 0) شاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، ب ب (ص = 0، ز = 0، ب = 1) ، يكون موقع وحدة النقاط في الفضاء RGB (الشكل 69).

الشكل 68 - مستوى الألوان المفردة وتشكيل مثلث اللونية اللونية

كل نقطة طائرات لون واحد (س) تتبع التطابقات ناقلات اللون ثقب الطائرة في النقطة المقابلة على مسافة من مركز الإحداثيات :

م = (ر 2 +ز 2 +ب 2 ) 0.5 = 1.

وبالتالي، يمكن تمثيل لون أي إشعاع على المستوى بنقطة واحدة . ويمكن للمرء أيضًا أن يتخيل نقطة مقابلة اللون الأبيض (ب). ويتكون من تقاطع المحور اللوني مع الطائرة س (الشكل 69)

توجد في رؤوس المثلث نقاط من الألوان الأساسية ويتم تحديد نقاط الألوان التي يتم الحصول عليها عن طريق مزج أي ثلاثة ألوان أساسية وفقًا لقاعدة الإضافة الرسومية. ولذلك يسمى هذا المثلث مثلث اللونية، أو مخطط اللونية. اسم آخر غالبا ما يوجد في الأدب هو موضع ، والذي يمكن تفسيره على أنه موضع جميع الألوان التي ينتجها جهاز معين .

في قياس الألوان، ليست هناك حاجة للجوء إلى التمثيلات المكانية لوصف اللون. يكفي للاستخدام مستوى المثلث اللوني (الشكل 3.5) . في ذلك، يمكن تحديد موضع نقطة من أي لون من خلال إحداثيين فقط، ومن السهل العثور على الثالث من الاثنين الآخرين، حيث أن مجموع إحداثيات اللونية (أو الوحدة) يساوي دائمًا 1. لذلك، يمكن لأي زوج من الإحداثيات اللونية أن يكون بمثابة إحداثيات نقطة في نظام إحداثيات مستطيل على المستوى. لذلك، اكتشفنا أنه يمكن التعبير عن اللون بيانياً كمتجه في الفضاء أو كنقطة تقع داخل المثلث اللوني. لماذا يحب الكمبيوتر نموذج RGB؟

نموذج الألوان في حزم الرسومات RGBتستخدم لإنشاء ألوان الصورة على شاشة العرض، وعناصرها الرئيسية عبارة عن ثلاثة أضواء كاشفة إلكترونية وشاشة مطبقة عليها ثلاثة فوسفورات مختلفة. تمامًا مثل الأصباغ البصرية للأنواع الثلاثة من المخاريط، هذه الفوسفورلها خصائص طيفية مختلفة. لكن على عكس العين، فهي لا تمتص الضوء، بل تنبعث منه . ينبعث أحد الفوسفور باللون الأحمر عند تعرضه لشعاع إلكتروني، والآخر ينبعث باللون الأخضر، والثالث ينبعث باللون الأزرق.

يسمى أصغر عنصر في الصورة التي ينسخها الكمبيوتر بكسل (بكسل من عنصر الصورة). عند العمل بدقة منخفضة، لا تكون وحدات البكسل الفردية مرئية. ومع ذلك، إذا نظرت إلى الشاشة البيضاء لجهاز العرض قيد التشغيل من خلال عدسة مكبرة، فسترى أنها تتكون من العديد من النقاط الفردية ذات الألوان الحمراء والخضراء والزرقاء (الشكل 3.6، 2)، مجتمعة في RGB- عناصر على شكل ثلاثيات من النقاط الرئيسية . لون كل بكسل مستنسخ بواسطة شريط سينمائي (عناصر صورة RGB) يتم الحصول عليه عن طريق مزج الألوان الأحمر والأزرق والأخضر لنقاط الفوسفور الثلاث الموجودة فيه.

عند عرض صورة على الشاشة من مسافة معينة، تتغير مكونات الألوان هذه RGB -دمج العناصر، مما يخلق وهم اللون الناتج.

الشكل 69 - يعتمد تشغيل الشاشة على الإثارة باستخدام شعاع إلكتروني مكون من ثلاثة أنواع من الفوسفور (1)؛ تتكون شاشة المراقبة من ثلاثيات عديدة من النقاط الحمراء والخضراء والزرقاء تسمى البكسلات (2).

الشكل 70 - رسم تخطيطي للصور بالبكسل

الشكل 71 - البكسل في شاشة LCD

الشكل 72 - رسم تخطيطي لأنبوب أشعة الكاثود
الشكل 73 - تكوين وإخراج اللون في شاشة أشعة الكاثود

لتعيين اللون والسطوع للنقاط التي تشكل صورة الشاشة، تحتاج إلى ضبط قيم الكثافة لكل مكون من المكونات RGB -عنصر (بكسل) .في هذه العمليةتُستخدم قيم الشدة للتحكم في قوة ثلاثة مصابيح كشاف إلكترونية , مثيرة وهج النوع المقابل من الفوسفور. وفي الوقت نفسه، يتم تحديد عدد تدرجات الشدة دقة اللون, أو، بمعنى آخر، عمق الألوان، الذي يميز الحد الأقصى لعدد الألوان المستنسخة. أرز. 3.7يظهر الرسم التخطيطي للتشكيل لون 24 بت، توفير القدرة على اللعب 256x256x256=16.7 مليون زهرة. أحدث الإصدارات من برامج تحرير الرسوميات الاحترافية (مثل، على سبيل المثال، CorelDRAW 9، Corel Photo-Paint 9، Photoshop 5.5)جنبا إلى جنب مع المعيار عمق الألوان 8 بتيدعم عمق الألوان 16 بت، والذي يسمح لك بإعادة إنتاج 65.536 ظلًا من اللون الرمادي . الشكل 74 - كل مكون من مكونات الألوان الثلاثة لثالوث RGB يمكن أن يأخذ واحدة من 256 قيمة منفصلة - من الحد الأقصى للكثافة (255) إلى الشدة الصفرية، المقابلة للون الأسود.على الشكل 75يتم تقديم توضيح لكيفية الحصول على ستة ألوان (من أصل 16.7 مليون) باستخدام التوليف الإضافي. كما ذكرنا سابقًا، عندما تكون مكونات الألوان الثلاثة في أقصى حد لها، يظهر اللون الناتج باللون الأبيض. إذا كانت كثافة جميع المكونات صفر، فإن اللون الناتج هو أسود نقي.

شكل 75 - رسم توضيحي لتشكيل 6 من 16.7 مليون لون محتمل عن طريق تغيير شدة كل من المكونات الثلاثة R وG وB لنموذج الألوان RGB.

حدود نموذج RGB

على الرغم من أن نموذج اللون RGBعلى الرغم من أنها بسيطة ومرئية للغاية، إلا أن تطبيقها العملي يثير مشكلتين خطيرتين:

1) الاعتماد على الأجهزة 2) قيود التدرج اللوني.

المشكلة الأولى تتعلق بكون اللون ناتج عن خلط مكونات اللون RGBيعتمد العنصر على نوع الفوسفور . وبما أنه يتم استخدام أنواع مختلفة من الفوسفورات في تكنولوجيا إنتاج أنابيب الصور الحديثة، فإن ضبط نفس شدة حزم الإلكترونات في حالة الفوسفورات المختلفة سيؤدي إلى تخليق ألوان مختلفة.

على سبيل المثال، إذا قمت بتطبيق ثلاثية معينة على الوحدة الإلكترونية للشاشة RGB-القيم، دعنا نقول ص = 98، ز = 127شاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، ب = 201فمن المستحيل أن نقول بشكل لا لبس فيه ما ستكون نتيجة الخلط. تحدد هذه القيم ببساطة شدة الإثارة للفوسفورات الثلاثة لعنصر صورة واحد. يعتمد اللون الذي تحصل عليه على التركيب الطيفي للضوء المنبعث من الفوسفور. لذلك، في حالة التوليف الإضافي، من أجل تحديد اللون بشكل لا لبس فيه، إلى جانب تحديد ثالوث قيم الكثافة، من الضروري معرفة الخصائص الطيفية للفوسفور.

هناك أسباب أخرى تؤدي إلى الاعتماد على الأجهزة RGB-نماذج حتى للشاشات التي تنتجها نفس الشركة المصنعة. ويرجع ذلك، على وجه الخصوص، إلى حقيقة أن الفوسفور يتقادم أثناء التشغيل. والتغيير في خصائص انبعاث الأضواء الإلكترونية .

للقضاء (أو على الأقل التقليل)التبعيات RGB- نماذج من الأجهزة تستخدم أجهزة وبرامج معايرة مختلفة .

التدرج اللوني هي مجموعة الألوان التي يمكن للشخص أو الجهاز تمييزها، بغض النظر عن آلية إنتاج اللون (الانبعاث أو الانعكاس).

الشكل 76 - مناطق التدرج اللوني لنماذج الألوان المختلفة

يتم تفسير التدرج اللوني المحدود بحقيقة أنه باستخدام التوليف الإضافي، من المستحيل بشكل أساسي الحصول على جميع ألوان الطيف المرئي (وقد تم إثبات ذلك نظريا!) . وخاصة بعض الألوان مثل الأزرق النقي أوأصفر نقي , لا يمكن إعادة إنشائها بدقة على الشاشة .

ولكن على الرغم من أن العين البشرية قادرة على تمييز ألوان أكثر من الشاشة، RGB- النموذج كافٍ تمامًا لإنشاء الألوان والظلال اللازمة لإعادة إنتاج الصور الواقعية على شاشة الكمبيوتر.

المحاضرة 6. نموذج الألوان CMYK

تشمل الألوان المنعكسة الألوان التي لا تبعث من تلقاء نفسها، ولكنها تستخدم الضوء الأبيض عن طريق طرح ألوان معينة منه. تسمى هذه الألوان مطروح("الطرح")، لأنها تبقى بعد طرح المواد المضافة الرئيسية. من الواضح أنه في هذه الحالة سيكون هناك ثلاثة ألوان طرحية رئيسية، خاصة وأنها سبق ذكرها: سماوي، أرجواني، أصفر (الشكل 77).

الشكل 77 –خلط الألوان الطرحية

تشكل هذه الألوان ما يسمى بثالوث الطباعة. عند الطباعة بأحبار من هذه الألوان، يتم امتصاص المكونات الحمراء والخضراء والزرقاء للضوء الأبيض بحيث يمكن إعادة إنتاج معظم طيف الألوان المرئي على الورق. يتم تعيين قيم لكل بكسل في مثل هذه الصورة تحدد النسبة المئوية لألوان المعالجة (على الرغم من أن كل شيء في الواقع أكثر تعقيدًا).

عندما يتم خلط مكونين مطروحين، يصبح اللون الناتج داكنًا، ولكن عندما يتم خلط الثلاثة معًا، يجب أن تكون النتيجة سوداء. في حالة الغياب التام للطلاء يبقى اللون أبيض (ورقة بيضاء).

ونتيجة لذلك، اتضح أن القيم الصفرية للمكونات تعطي اللون الأبيض، والقيم القصوى يجب أن تعطي اللون الأسود، وقيمها المتساوية - ظلال من اللون الرمادي، بالإضافة إلى ذلك، هناك ألوان طرحية نقية ومجموعاتها المزدوجة. وهذا يعني أن النموذج الموصوف فيه يشبه نموذج RGB (الشكل 78).

الشكل 88 –نموذج الألوان CMYK

لكن المشكلة هي أن هذا النموذج مصمم لوصف أحبار الطباعة الحقيقية، والتي - للأسف - بعيدة عن أن تكون مثالية مثل الشعاع الملون. لديهم شوائب، لذلك لا يمكنهم تغطية نطاق الألوان بأكمله بالكامل، وهذا يؤدي، على وجه الخصوص، إلى حقيقة أن خلط ثلاثة ألوان أساسية، والتي ينبغي أن تعطي اللون الأسود، يعطي نوعا من اللون الداكن غير المحدد ("القذر")، وهذا لون بني غامق أكثر من اللون الأسود العميق.

وللتعويض عن هذا النقص، تمت إضافة الحبر الأسود إلى أحبار الطباعة الرئيسية. كانت هي التي أضافت الحرف الأخير إلى اسم العارضة كميك، على الرغم من أنه ليس معتادًا تمامًا: مع- هذا جيان (أزرق)، م- هذا موكيلتا (الأرجواني)، ي - يأصفر (أصفر)، و (انتباه!) ل- هذا أسود (أسود) أي ليس الأول بل الحرف الأخير مأخوذ من الكلمة.

لتلخيص نماذج الألوان RGB وCMYK، يجب القول أنها تعتمد على الأجهزة. إذا كنا نتحدث عن RGB، فاعتمادًا على الفوسفور المستخدم في الشاشة، ستختلف قيم الألوان الأساسية. الوضع أسوأ مع CMYK. نحن هنا نتحدث عن أحبار الطباعة ومميزات عملية الطباعة والوسائط. وبالتالي، يمكن أن تبدو الصورة نفسها مختلفة على أجهزة مختلفة.

وبالتالي، على الرغم من أن نماذج RGB وCMYK مرتبطة ببعضها البعض، فإن التحولات المتبادلة بينهما (التحويل) لا تحدث دون خسارة، نظرًا لاختلاف التدرج اللوني الخاص بهما. ونحن نتحدث فقط عن تقليل الخسائر إلى مستوى مقبول.

يتطلب هذا معايرة معقدة للغاية لجميع أجزاء الأجهزة المشاركة في التعامل مع اللون: الماسح الضوئي (يُدخل الصور)، والشاشة (التي تحكم على اللون وتضبط معلماته)، وجهاز الإخراج (يقوم بإنشاء النسخ الأصلية للطباعة)، والمطبعة ( الذي ينفذ المرحلة النهائية).

الورقة أصلا أبيض. وهذا يعني أن لديها القدرة على عكس كامل نطاق ألوان الضوء الذي يضربها. كلما كانت جودة الورق أفضل، كلما كان ذلك أفضل يعكس جميع الألوان، ويبدو لنا أكثر بياضا. كلما كان الورق سيئًا، كلما زادت الشوائب وقل بياضه، وكلما كان عكس الألوان أسوأ، ونعتبره رماديًا.

والمثال المعاكس هو الأسفلت. الأسفلت الجيد الذي تم وضعه حديثًا (بدون حصى) - مثالي أسود. أي أن لونه في الحقيقة لا نعرفه، ولكنه بحيث يمتص كل ألوان الضوء الساقط عليه، فيبدو لنا أسودًا. مع مرور الوقت، عندما يبدأ المشاة أو السيارات في السير على الأسفلت، يصبح الأمر كذلك "متسخ"- أي تسقط على سطحه مواد تبدأ بعكس الضوء المرئي (الرمل، الغبار، الحصى).

يتوقف الأسفلت عن اللون الأسود ويصبح "رمادي". لو استطعنا "للغسيل"الإسفلت من التراب - سوف يتحول إلى اللون الأسود مرة أخرى.

الأصباغ هي مواد تمتص لونًا معينًا. إذا امتصت الصبغة كل الألوان ماعدا اللون الأحمر فسنرى في ضوء الشمس "أحمر"صبغ وسوف ننظر فيه "الطلاء الأحمر". وإذا نظرنا إلى هذه الصبغة تحت ضوء مصباح أزرق فإنها ستتحول إلى اللون الأسود وسوف نخطئ في فهمها "الطلاء الأسود".

ومن خلال تطبيق أصباغ مختلفة على الورق الأبيض، فإننا نقوم بتقليل عدد الألوان التي يعكسها. من خلال طلاء الورق بطلاء معين، يمكننا جعله بحيث تمتص الصبغة جميع ألوان الضوء الساقط باستثناء لون واحد - اللون الأزرق. وبعد ذلك ستبدو لنا الورقة مطلية باللون الأزرق.

الشكل 79 -مخطط انعكاس اللون من السطح حسب الصبغة والألوان الممتصة

الشكل 80 –التمثيل البصري لتكوين اللون على سطح أبيض (ورق)

وبناء على ذلك، هناك مجموعات من الألوان، من خلال مزجها يمكننا امتصاص جميع الألوان التي تعكسها الورقة بالكامل وجعلها سوداء. تم اشتقاق هذا المزيج تجريبيا "أرجواني-سماوي-أصفر" (CMY) - سماوي/أرجواني/أصفر.

من الناحية المثالية، من خلال مزج هذه الألوان، سنحصل على اللون الأسود. ومع ذلك، في الممارسة العملية، لا يعمل هذا بسبب الصفات التقنية للصبغة. أفضل ما يمكننا الحصول عليه هو اللون البني الداكن الذي يشبه اللون الأسود بشكل غامض. علاوة على ذلك، سيكون من غير الحكمة استخدام الدهانات الثلاثة الباهظة الثمن فقط للحصول على اللون الأسود الأساسي. لذلك، في تلك الأماكن التي تحتاج إلى اللون الأسود، بدلا من مزيج من ثلاثة ألوان، يتم تطبيق الصبغة السوداء المعتادة الرخيصة. وبالتالي إلى الجمع كميعادة يتم إضافة حرف ك (أسودك)- يدل على اللون الأسود.

لا يوجد لون أبيض في المخطط، لأنه لدينا بالفعل - إنه لون الورق. في تلك الأماكن التي تحتاج إلى اللون الأبيض، لا يتم تطبيق الطلاء ببساطة. وهذا يعني غياب اللون في المخطط كميكيتوافق مع اللون الأبيض.

يسمى نظام الألوان هذا مطروح، والذي يترجم تقريبًا إلى "طرح/حصري". بمعنى آخر، نأخذ اللون الأبيض (وجود جميع الألوان)ومن خلال تطبيق الدهانات وخلطها، نقوم بإزالة ألوان معينة من اللون الأبيض حتى تتم إزالة جميع الألوان بالكامل - أي نحصل على اللون الأسود.

تعتمد جودة الصورة على الورق على عدة عوامل: جودة الورق (كم هي بيضاء)‎جودة الأصباغ (كم هي نظيفة)‎جودة ماكينة الطباعة (مدى دقة ودقة تطبيق الطلاء)‎جودة فصل الألوان (مدى دقة تحلل مجموعة الألوان المعقدة إلى ثلاثة ألوان), جودة الإضاءة (ما مدى امتلاء طيف الألوان في مصدر الضوء - إذا كان صناعيًا).

تسمح الطبيعة ثلاثية الأبعاد لإدراك اللون بعرضها في نظام إحداثيات مستطيل. يمكن تمثيل أي لون كمتجه، ومكوناته هي الأوزان النسبية للأحمر والأخضر والأزرق، محسوبة باستخدام الصيغ

وبما أن هذه الإحداثيات مجموعها دائمًا ما يصل إلى واحد، وكل إحداثيات تقع في النطاق من 0 إلى 1، فإن جميع نقاط الفضاء الممثلة بهذه الطريقة ستقع في نفس المستوى، وفقط في مثلث مقطوع عنه بواسطة المثمن الإيجابي لنظام الإحداثيات (الشكل 2.5 أ). من الواضح أنه مع مثل هذا التمثيل، يمكن وصف مجموعة نقاط هذا المثلث بأكملها باستخدام إحداثيين، حيث يتم التعبير عن الثالث من خلالهما من خلال العلاقة

وهكذا ننتقل إلى التمثيل ثنائي الأبعاد للمنطقة، أي. لإسقاط المنطقة على المستوى (الشكل 2.5 ب).

أرز. 2.5.

وباستخدام هذا التحول، تم تطوير المعايير الدولية لتحديد وقياس الألوان في عام 1931. كان أساس المعيار هو ما يسمى بالرسم البياني الملون ثنائي الأبعاد لـ CIE. نظرًا لأنه، كما أظهرت التجارب الفيزيائية، لا يمكن الحصول على جميع ظلال الألوان الممكنة عن طريق إضافة ثلاثة ألوان أساسية، فقد تم اختيار المعلمات الأخرى التي تم الحصول عليها من دراسة التفاعلات القياسية للعين للضوء باعتبارها أساسية. هذه المعلمات نظرية بحتة، حيث يتم إنشاؤها باستخدام القيم السلبية لمكونات اللون الرئيسية. تم إنشاء مثلث الألوان الأساسية لتغطية كامل نطاق الضوء المرئي. بالإضافة إلى ذلك، فإن كمية متساوية من الألوان الافتراضية الثلاثة تضيف ما يصل إلى اللون الأبيض. يتم إنشاء إحداثيات اللونية بنفس الطريقة كما في الصيغة أعلاه:

عندما يتم إسقاط هذا المثلث على مستوى، يتم الحصول على رسم بياني ملون CIE. لكن إحداثيات اللونية تحدد فقط الكميات النسبية للألوان الأساسية، دون تحديد سطوع اللون الناتج. يمكن تحديد السطوع بالإحداثيات وتحديده بناءً على القيم باستخدام الصيغ

يظهر مخطط ألوان CIE في الشكل. 2.6. تغطي المنطقة المحددة بالمنحنى الطيف المرئي بأكمله، ويسمى المنحنى نفسه خط اللونية الطيفية. تشير الأرقام في الشكل إلى الطول الموجي عند النقطة المقابلة. يتم اعتبار النقطة المقابلة لإضاءة منتصف النهار في ظل الظروف الملبدة بالغيوم بمثابة اللون الأبيض المرجعي.

مخطط الألوان مناسب لعدد من المهام. على سبيل المثال، يمكنك استخدامه للحصول على لون إضافي: للقيام بذلك، تحتاج إلى رسم شعاع من هذا اللون من خلال نقطة مرجعية حتى يتقاطع مع الجانب الآخر من المنحنى (الألوان هي إضافيلبعضها البعض إذا تم الحصول على اللون الأبيض عند إضافته بنسبة مناسبة). ولتحديد الطول الموجي السائد للون ما، يتم أيضًا رسم شعاع من النقطة المرجعية حتى يتقاطع مع هذا اللون ويستمر حتى يتقاطع مع أقرب نقطة على الخط اللوني.

تستخدم قوانين جراسمان لخلط لونين. دع لونين يتم تحديدهما على الرسم البياني CIE بواسطة الإحداثيات و. ثم خلطهم يعطي اللون. إذا قدمنا التدوين ، ثم نحصل

مخطط ألوان نظام XYZ

الشكل 52 - الرسم البياني للألوان لنظام XYZ

النقطة E هي لون أبيض متساوي الشدة (متساوي التحفيز). النقطتان A وB هي بعض الألوان.

§ الطول الموجي السائد ( lect d ) على مخطط ألوان نظام XYZ

لتحديد الطول الموجي السائد π d للون معين A، من الضروري رسم شعاع من النقطة E عبر نقطة اللون حتى يتقاطع مع حدود مجال الألوان الحقيقية. ولإيجاد الطول الموجي للون الإضافي α c، يتم تمرير الشعاع في الاتجاه المعاكس، حتى يتقاطع مع حدود مجال الألوان الحقيقية.

دعونا نلاحظ السمات الهامة للزهور الأرجوانية:

(1) إذا كانت النقطة lect c تنتمي إلى خط من الألوان الأرجوانية، فلا يوجد لون إضافي لهذا اللون

§ النقاء اللوني (P K) على الرسم البياني اللوني لنظام XYZ

يتم تحديد النقاء اللوني للون معين A (انظر الشكل 9.7) من خلال بعده عن النقطة البيضاء E: من النقطة A أقربإلى النقطة E، النقاء أقلوالعكس من النقطة أ أقرب إلى الموقع الطيفيالطهارة أكثر. باستخدام الإحداثيات اللونية المعروفة (x,y)، يتم حساب النقاء اللوني على النحو التالي:

- من خلال الإحداثيات "x" (9.21)

- من خلال الإحداثيات "ص"، (9.22)

حيث x l و y l هما إحداثيات اللون النقي طيفيًا " lect d " لنفس نغمة اللون المحدد (نقطة "الطول الموجي السائد" للون معين)، بالنسبة للألوان الأرجوانية x lect و y lect تؤخذ على خط الألوان الأرجوانية؛

x E و y E - إحداثيات النقطة E (ما يسمى " مرجع اللون الأبيض»),
عادة ما تفترض x E ≈y E ≈1/3.

لذا، فإن الصيغة (9.21) أو (9.22) تسمح لنا بالتعبير عن النقاء اللوني من خلال إحداثيات اللونية. لسهولة الحساب، يحتوي الرسم البياني الملون عادة على ما يسمى "خطوط النقاء المشروط المتساوي"(اسم آخر: "خطوط التشبع الشرطي المتساوي").

التشبع المشروط آر فييتم إدخالها وفقا للصيغ:

- من خلال الإحداثيات "x" (9.23)

- من خلال الإحداثيات "ص" (9.24)

في الشكل 53، رسم بياني ملون لنظام XYZ مع خطوط مرسومة للتشبع الشرطي

بمقارنة صيغ النقاء اللوني (9.21) و (9.22) مع الصيغ (9.23) و (9.24) للنقاء المشروط نحصل على:

(9.25)

لنفكر في حالتين متطرفتين لاستخدام الصيغة (9.25):

للألوان الواقعة بالقرب من النقطة E: Р в ≈ 0 Þ Р K ≈ 0.

بالنسبة للزهور القريبة من الموضع: P in ≈ 100%، y l /y ~1 Þ P K ≈ 100%

من السهل أن نرى ذلك في الأمثلة المذكورة أعلاه P K ≈ P c. وهكذا، بالنسبة للزهور ذات النقاء المشروط المنخفض والعالي P in النقاء اللونيالألوان PK ممكن يساوي تقريبا النقاء المشروطالألوان.

§ إضافة المضافة من لونين على مخطط ألوان النظام XYZ

يقع لون خليط مضاف من إشعاعين على القطعة التي تربط نقاط الألوان المختلطة. تقسم النقطة C القطعة C 1 C 2 إلى جزأين، تتناسب أطوالهما عكسيا مع وحدات الألوان التي يتم خلطها:

الشكل 54 - إضافة إضافية للونين على الرسم البياني الملون لنظام XYZ

"اللون الأول" C 1 → وحدة الألوان "m 1"

"اللون الثاني" C 2 → وحدة الألوان "م 2"

ج = ج 1 + ج 2 – اللون الإجمالي:

وبالتالي، من أجل الحصول على اللون المشار إليه على الرسم البياني الملون بالنقطة A، من الضروري مزج اللون الطيفي النقي من نفس النغمة "l d" واللون الأبيض "E" في النسبة:

إيجاد نتيجة المزج الإضافي بين لونين (في نظام XYZ) (الشكل 54)

(9.26)

حيث X 1، Y 1، Z 1 هي إحداثيات الألوان لأول الألوان التي تمت إضافتها (C 1)،
X 2 , Y 2 , Z 2 - إحداثيات الألوان للثاني من الألوان المضافة (ج 2)،
X، Y، Z - إحداثيات اللون للون الإجمالي (C = C 1 + C 2).

في حالتنا، يتم تعيين الألوان بشكل مختلف، مع بعضها البعض إحداثيات اللونية: تس 1 ®(س 1، ص 1)، تس 2 ®(س 2، ص 2). لذلك، قبل استخدام الصيغ (9.26)، فمن الضروري حساب إحداثيات اللون(X i، Y i، Z i) لكل لون من الألوان التي تتم إضافتها، بناءً على معرفة "كميتها".

للتبسيط، نفترض أنه يتم تحديد أعداد الألوان المراد إضافتها من خلال تحديد وحدات الألوان: Ts 1 ® m 1، Ts 2 ® m 2. باستخدام الصيغتين التسلسليتين (9.15) و (9.26) نحصل على:

(9.27)

حيث (x، y) هي إحداثيات اللونية المطلوبة للون الإجمالي C.

4.3 أساسيات قياس الألوان الكمي. مخطط ألوان CIE

يمكن قياس أي لون بناءً على ظاهرة خلط الألوان. يمكن الحصول على جميع الألوان الموجودة عن طريق مزج ثلاثة ألوان مستقلة عن بعضها البعض - الأحمر والأخضر والأزرقيؤخذ بكميات معينة. يتم تحديد هذه الألوان الأساسية بواسطة الحروف الأولى من الأسماء الإنجليزية لهذه الألوان:

ر- أحمر (أحمر)، ز- الأخضر (الأخضر)، في- أزرق.

عند الخلط، تتشكل تدفقات الضوء أبيض(عند سطوع وأطوال موجية معينة ر, زو ب).

من وجهة نظر كمية، الألوان المستقلة الرئيسية هي واحدة .

الشكل 55 - منشور الجص مع حقول المقارنة

(أبسط جهاز قياس)

مجالات مقارنة اللون والسطوع - الحواف الشرطية

المنشور الأبيض مضاء بلون أحادي اللون

الإشعاع - جوثلاثة إشعاعات حمراء مستقلة بشكل متبادل - ر، أخضر - زوالأزرق - بزهور

في الشكل. يوضح الشكل 55 منشور الجبس، والتي تسمى حوافها تقليديًا حقول المقارنة (هذا هو أبسط جهاز لقياس الضوء).

سيتم الإشارة إلى أحد الحقول، المضاءة ببعض الألوان اللونية، بالحرف جوالثاني - ثلاثة ألوان أساسية ر، ز، ب.

يتم التعبير عن شرط هوية كلا حقلي المقارنة رياضياً بالصيغة (انظر الشكل 55، أ):

كلا الحقلين لهما نفس اللون والسطوع، مما يعني أن تدفقات الضوء التي تنيرهما متساوية في الحجم واللون.

الصيغة (1) هي معادلة لونية توضح أنه للحصول على لون مطابق للون C يجب عليك المزج

على سبيل المثال، بالنسبة لأحد هذه الألوان C، ستبدو معادلة اللون كما يلي:

لكل لون من هذه الألوان C، يتم الحصول على هوية حقول المقارنة فقط من خلال علاقة واحدة محددة بينهما ص"، ز"، ب"، وإلى أحد الألوان C للحصول على مساواة الألوان في حقول المقارنة من الضروري إضافة كمية معينة من الألوان رللآخرين - الألوان زإلى الثالث - الألوان ب.

دعونا ننقل مكون اللون ز"ز(2) إلى الجانب الأيمن

الهويات:

مع هذا النوع من كتابة معادلة اللون، يتم تقليديًا تعيين قيمة سالبة لأحد مكونات اللون.

يتم استدعاء القيم النسبية لإحداثيات الألوان إحداثيات اللونيةويتم تعيينها ص، ز، ب:

لذلك، يتم تحديد الخاصية النوعية للون (اللونية) من خلال ثلاثة إحداثيات لونية ص، ز، ب،في المجموع يساوي واحد.

وبناء على ذلك، يمكن تصوير أي لون بيانيا.

وكما هو معروف فإن المجموع الجبري، أي مع مراعاة إشارة (شكل 56) للعمودين الساقطين من أي نقطة تقع داخل أو خارج مثلث متساوي الأضلاع على أضلاعه، يساوي ارتفاعه.

الشكل 56 - التمثيل الرسومي للون باستخدام نموذج ثلاثي

صورة للون باستخدام مثلث الألوان، الذي توجد عند رؤوسه الألوان الأساسية ر, ز, ب

وبناءً على ذلك، يمكن تمثيل أي لون بنقطة داخل (أو خارج) مثلث متساوي الأضلاع ارتفاعه يساوي واحدًا.

في رؤوس مثلث الألوان هذا توجد الألوان الأساسية. ر، ز، ب.

ومع ذلك، على عكس الخيار أ)، في الخيار ب) إحدى إحداثيات اللونية (- ص) عن السلبية. هذه الحالة تتوافق مع المعادلة (3).

- ر(أحمر) - 700 نانومتر،

- ز(الأخضر) - 546.1 نانومتر،

- ب(أزرق) - 435.8 نانومتر.

الشكل 57 - مثلث الألوان مع خط من الألوان الطيفية

على خط الألوان الطيفية يكون تشبع اللون 100%.

الشكل 58 - ترتيب الألوان الأساسية X, يو زعلى مخطط ألوان النظام RGB

هنا، كما هو الحال في النظام RGB, س"، ذ"، ض"هي إحداثيات الألوان.

إحداثيات اللونية اكس، يو زيتم التعبير عنها من خلال إحداثيات الألوان:

مستقلة، على النحو التالي من المساواة X+ ي+ ز= 1، هما اثنان فقط من إحداثيات اللونية الثلاثة.

المألوفة لنا منحنىخط من الألوان الطيفية (يشبه اللسان)، مغلق عند القاعدة (بزاوية مع المحور). X) خط مستقيم من الزهور الأرجوانية. على طول محيط مخطط الألوان توجد قيم درجات الألوان (بالنانومتر) بالتسلسل التالي: البنفسجي - في الزاوية اليسرى السفلية، فوقه - الأزرق، السماوي، الأخضر (خلف الجزء العلوي من الرسم البياني على اليمين)، الأصفر والأخضر والأصفر , البرتقالي والأحمر.

توجد نقطة بيضاء في منتصف حقل الرسم البياني ه. على الخطوط المستقيمة التي تربط اللون الأبيض (E) مع الألوان الطيفية (على خط منحني) والألوان الأرجوانية (على خط مستقيم)، توجد ألوان غير مشبعة يتم الحصول عليها من مزج الألوان الطيفية أو الأرجوانية مع الأبيض.

الشكل 59 - مخطط ألوان CIE. لتحديد الطول السائد

لون أحادي اللون.

- أ MKO - ضوء من مصباح وهاج مع خيوط التنغستن، قوة 500 واط؛

- في MKO - ضوء النهار - ضوء الشمس المباشر (تركيبته الطيفية).

المحاضرة 5. أنظمة الألوان في الرسومات الحاسوبية

نموذج الألوان RGB

· نموذج الألوان CMYK

· نموذج الألوان HSB

· نموذج الألوان HSL

نموذج الألوان في مختبر CIE

· الألوان المفهرسة

· تحويل نماذج الألوان

5.1 مفهوم نموذج الألوان

الشكل 60 - التسلسل الهرمي لنماذج الألوان

نموذج ألوان 5.2 RGB.

تظهر العديد من الألوان لأن الكائنات التي تنبعث منها تتوهج.

الشكل 61 - نموذج الألوان RGB

الشكل 62 - خلط الألوان المضافة

الشكل 63 - نموذج RGB

من المهم ملاحظة النقاط والخطوط الخاصة لهذا النموذج.

· أصل الإحداثيات: عند هذه النقطة جميع المكونات تساوي الصفر، ولا يوجد إشعاع، وهذا يعادل الظلام، أي أنها نقطة سوداء.

· نقطة، الأقربللمشاهد: عند هذه النقطة جميع المكونات لها قيمتها القصوى، والتي تعطي اللون الأبيض.

· على الخط الذي يربط هذه النقاط (على طول قطر المكعب) توجد ظلال رمادية: من الأسود إلى الأبيض. وذلك لأن المكونات الثلاثة كلها متماثلة وتتراوح من الصفر إلى القيمة القصوى. ويسمى هذا النطاق أيضًا بالمقياس الرمادي. في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم الآن استخدام 256 تدرجًا (ظلال) من اللون الرمادي. على الرغم من أن بعض الماسحات الضوئية لديها القدرة على تشفير ما يصل إلى 1024 ظلًا من اللون الرمادي وما فوق.

· ثلاثة رؤوس للمكعب تعطي ألواناً أصلية نقية، والثلاثة الأخرى تعكس خليطاً مزدوجاً من الألوان الأصلية.

هذا النموذج، بالطبع، ليس مألوفًا تمامًا للفنان أو المصمم، ولكن يجب قبوله وفهمه نظرًا لحقيقة أن الماسح الضوئي وشاشة العرض يعملان مع هذا النموذج - وهما الرابطان الأكثر أهمية في معالجة معلومات الألوان.

نموذج اللون RGBتم تطويره في الأصل لوصف اللون على شاشة ملونة، ولكن بما أن الشاشات تختلف من طراز إلى آخر والشركة المصنعة، فقد تم اقتراح العديد من نماذج الألوان البديلة للمطابقة نموذج اللونشاشة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، "متوسط"و إس آر جي بي. نموذج اللون RGBيمكن استخدام ظلال مختلفة من الألوان الأساسية ودرجات حرارة الألوان المختلفة (المهمة "النقطة البيضاء")، ومعدل تصحيح غاما مختلف.

عرض الألوان الأساسيةRGBوفقا للتوصيات عرض الألوان الأساسية, في الفضاءXYZ: درجة الحرارة البيضاء: 6500 كلفن(ضوء النهار):

الأحمر: س = 0.64 ص = 0.33
الأخضر: س = 0.29 ص = 0.60
الأزرق: س = 0.15 ص = 0.06

مصفوفات تحويل الألوان بين الأنظمة RGBو XYZ(قيمة يغالبًا ما يرتبط بالسطوع عند تحويل الصورة إلى أبيض وأسود):

X = 0.431 * ص + 0.342 * ز + 0.178 * ب
ص = 0.222 * ص + 0.707 * ز + 0.071 * ب
Z = 0.020 * R + 0.130 * G + 0.939 * B

ص = 3.063 * س - 1.393 * ص - 0.476 * ض
غ = -0.969 * س + 1.876 * ص + 0.042 * ض
ب = 0.068 * س - 0.229 * ص + 1.069 * ض

5.3 التمثيل العددي
بالنسبة لمعظم التطبيقات، قم بتنسيق القيم ص، ز و ب يمكن اعتبارها تنتمي إلى الجزء الذي يمثل الفضاء RGBفي النموذج مكعب 1×1×1.

الشكل 64 – نموذج الألوان على شكل مكعب توجد عند رؤوسه الألوان الأساسية

الشكل 65 - التمثيل العددي لنموذج الألوان

على سبيل المثال، دخول #RrGgBbأبيض - #FFFFFF.
كولوريف - النوع القياسي لتمثيل الألوان فيه Win32. يستخدم لتحديد اللون في RGBاستمارة. الحجم - 4 بايت. عند تحديد أي RGBالألوان، اكتب قيمة متغيرة كولوريفيمكن تمثيلها في سداسي عشري لذا:
0x00bbggrrrr، زز، ب - قيمة شدة مكونات اللون الأحمر والأخضر والأزرق على التوالي.

الحد الأقصى لقيمتها هو 0xFF .

تحديد متغير النوع كولوريفيمكن القيام به على النحو التالي:

COLORREF C = (ص،ز،ب) ;

ب، ز و ص - شدة (في النطاق من 0 إلى 255) للمكونات الزرقاء والخضراء والحمراء للون المكتشف، على التوالي ج . إنه أزرق ساطعيمكن تعريف اللون بأنه ( 0,0,255 ), أحمركيف ( 255,0,0 ), أرجواني مشرق- (255,0,255 ), أسود - (0,0,0 )، أ أبيض - (255,255,255 ).

وبما أن النموذج يستخدم ثلاث قيم مستقلة، فيمكن تمثيله على النحو التالي: نظام الإحداثيات ثلاثي الأبعاد.

الشكل 66 – نموذج الألوان ثلاثي الأبعاد

حجم هذا المكعب (عدد الألوان الرقمية)من السهل حسابه: حيث يمكنك الرسم على كل محور 256 القيم إذن 256 مكعب (أو 2 إلى القوة الرابعة والعشرين) يعطي رقما 16 777 216 .

وهذا يعني أنه في نموذج اللونRGBويمكن وصف أكثر من 16 مليون لونولكن باستخدام نموذج الألوان RGBلا تضمن أن يتم توفير هذا العدد من الألوان على الشاشة أو على المطبوعات. وبمعنى ما، فإن هذا الرقم هو بالأحرى الحد الأقصى (محتمل) فرصة.
من المهم ملاحظة النقاط والخطوط الخاصة بهذا النموذج:
أصل:عند هذه النقطة جميع المكونات متساوية صفر، فلا يوجد إشعاع، وهو ما يعادل الظلام، أي هذا نقطة سوداء.