Человеку на протяжении всей своей жизни часто приходится иметь дело с оценкой цвета как на бытовом уровне, так и в профессиональной деятельности. Особенно это касается специалистов, практически постоянно сталкивающихся с цветовыми оценками в своей работе. Полиграфистам, кинематографистам, работникам телевидения, текстильной промышленности, дизайнерам да и многим другим необходимо знать численные характеристики цветов, уметь устанавливать допуски на цветовоспроизведение, определять точность воспроизведения цвета. Это значит, что им нельзя обойтись без цветовых измерений.
Измерить цвет означает выразить его через какие-либо величины, определяющие его место среди множества цветов, выраженных в некоторой системе.
Учение об измерении цвета называется метрологией цвета, или колориметрией. Наряду с собственно измерением цвета колориметрия изучает вопросы его систематизации и математического описания. Одним из главных требований, предъявляемых к метрологии, является однозначность и воспроизводимость результатов. Однозначность подразумевает, что одна и та же величина должна всегда давать одинаковые численные значения, а воспроизводимость означает сопоставимость полученных результатов.
Колориметрия использует две основные системы измерения цвета.
Первая - колориметрическая система - состоит в определении цветовых координат, то есть численных характеристик, по которым можно не только описать цвет, но и воспроизвести его.
Вторая - система спецификаций - представляет собой набор цветов (атлас), в котором выбирают цвет, тождественный воспроизводимому (измеряемому).
Колориметрические системы
Первая стандартная колориметрическая система была принята в 1931 году на VIII сессии Международной комиссии по освещению - МКО (в литературе вместо МКО часто используется обозначение CIE - от французского названия Commission Internationale de L'Eclairage). Резолюцией МКО в качестве трех линейно независимых цветов были выбраны следующие монохроматические излучения: красный R (l=700 нм, легко выделяемый красным светофильтром из спектра лампы накаливания); зеленый G (l=546,1 нм - линия е в спектре ртутной лампы); синий В (l=435,8 нм - линия g в спектре ртутной лампы) [1].
Колориметрическая система, использующая эти цвета в качестве основных, получила название RGB (RGB происходит от сокращений соответствующих английских слов: R, red - красный; G, green - зеленый; B, blue - синий).
Сразу же следует особо отметить, что в современной литературе, описывающей обработку цветных изображений с помощью компьютеров, встречается также термин "система RGB". Однако, в отличие от системы МКО, речь в данном случае идет о цветах RGB, имеющих специфическую принадлежность к характеристикам цветопреобразующих узлов сканера или видеомонитора. У этих цветов нет фиксированных длин волн, относительно которых проводятся все измерения, и поэтому термин "система RGB" здесь вряд ли уместен. О таких цветах речь идти не будет.
На сессии МКО в том же 1931 году была принята еще одна система. Ее составляющие цвета были более насыщенными, чем спектральные. Поскольку таких цветов в природе нет, то она получила название XYZ. Данная колориметрическая система была получена искусственно, путем пересчета из цветовых координат RGB.
Выбор цветов XYZ вытекал из задач, поставленных при разработке этой системы. Основными из них являлись упрощение расчетов и отсутствие отрицательных координат, что неизбежно, если за основные принимать цвета RGB.
В настоящее время рабочей является международная колориметрическая система XYZ. В ней обычно выражают результаты измерений, а система RGB выполняет вспомогательную, иногда контрольную функцию. Тем не менее следует еще раз отметить, что именно система RGB явилась основой системы XYZ.
Цветовое пространство
Займемся теперь пространственным воображением. Из законов Грассмана (см. врезку) следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве. Трехмерное пространство для геометрического изображения цвета принято называть цветовым пространством. В нем каждому цвету будет соответствовать определенная точка, а каждой точке пространства - соответствующий цвет.
В цветовой системе координат каждый цвет выражается через основные цвета этой системы, причем они должны быть линейно независимы (то есть ни один из них не должен получаться сложением двух других). Положение точки в пространстве, характеризующей тот или иной цвет, задается тремя координатами. Эту же точку можно рассматривать и как конец вектора, проведенного из начала координат (рис. 1).
Рис. 1.
Произвольная цветовая координатная система. Вектор цвета.
Положение самого цветового вектора в цветовом пространстве и его длина не зависят от выбора основных [2], а определяются цветностью и яркостью цвета. Вектор цвета любого излучения можно представить цветовым уравнением.
Для начала рассмотрим, что собой представляет цветовое пространство на примере системы RGB. Выразим некоторый цвет Ц в виде цветового уравнения. Цветовым уравнением называется уравнение, показывающее, в каких количествах нужно взять основные, чтобы в результате их смешения получить цвет, зрительно неотличимый от выражаемого уравнением. Пусть в нашем случае Ц - выражаемый уравнением цвет; R, G, B - цветовые координаты цвета Ц в системе основных RGB или, иными словами, количества основных, необходимые для получения цвета Ц; R, G, B - цвета излучений, принятые за основные. Тогда, в нашем случае, цветовое уравнение можно записать следующим образом:
Рис. 2.
Рис. 3.
Рис. 4.
Рис. 5.
Рис. 6.
Рис. 7.
Рис. 8.