Что такое палитра цветов в информатике. Представление цвета в компьютере

10.08.2023

Растровая и векторная графика.

Подавляющее большинство компьютерной графики относится к двум видам: растровая и векторная.

В растровой графике главным элементом является пиксель (сокращение от английских слов picture element, элемент изображения). Пиксель ¾ это элементарный квадратный элемент растрового изображения, внутри которого цвет, яркость и другие свойства остаются неизменными. Все изображение состоит из мельчайших квадратов одинакового размера, каждый из них обладает определенным цветом и яркостью, и это записано в файле.

Иначе говоря, принцип такой: берем окружающую непрерывную реальность, делим ее на мелкие квадраты и по квадратам вносим в компьютер. Если квадраты-пиксели незаметны глазом, то цифровое изображение выглядит вполне естественно.

Почти все устройства ввода графики в персональный компьютер и вывода из него построены по растровому принципу, изображение в них оцифровано в виде точек растра. Рисунки или фотографии, вводимые в компьютер, например, со сканера или через Интернет, будут растрового типа.

Мерой величины пикселей является разрешение . Разрешение ¾ это количество пикселей, отнесенное к единице длины – одному дюйму. Разрешение измеряется в точках на дюйм ¾ dpi (dots per inch). Один дюйм равен 2,54 см.

В векторной графике основным элементом является линия. Точнее сегмент : отрезок линии ограниченный двумя опорными точками. Все линии-сегменты рисунка записаны в файле в виде определенных математических формул. Также определенным образом записаны цвет, толщина и другие свойства сегментов и опорных точек. Сегменты, соединяясь друг с другом через опорные точки, образуют контуры . Замкнутые контуры могут быть заполнены цветом, градиентом, текстурой и пр.

Назначение векторной графики – создание рисунков, логотипов, деловой графики и пр.; простых и бедных в живописном плане, но точно очерченных. Такой рисунок не является точным отражением реальности, он выражает некие смыслы и образы, понятные другим людям. Кстати, текст – это тоже векторная графика, все буквы созданы из векторных контуров.

Представление цвета в компьютере.

Как уже было сказано, в компьютере все выражается в виде комбинации нулей и единиц, в том числе и цвет. Имеются различные варианты описания цвета, ниже приведены самые распространенные из них.

а) Режим Bitmap. Это самое элементарное представление – побитовое, цвет пикселя или векторного объекта кодируется одним битом. Так можно закодировать только два варианта – черный и белый цвет (или любой другой набор их двух цветов, например, красный и зеленый). В режиме Bitmap обычно представляется текст, а также штриховая графика – черные рисунки на белом фоне.

б) Режим Grayscale. Для кодирования яркости тоновых черно-белых иллюстраций используется один байт (8 разрядов), что дает в результате для каждой точки 2 8 = 256 градаций серого цвета. Этого вполне достаточно для черно-белой тоновой графики, в большей детализации нужды нет.

в) Индексный режим – здесь одним байтом кодируется цвет, всего может получиться те же 256 цветов. Разумеется, такое небольшое количество цветовых кодов снижает качество изображения.

Бывает, что при создании рисунков используется именно индексный режим. Вызывается имеющаяся в программе индексная палитра и выбирается подходящий цвет. Если нет необходимости, или желания провести более детальный выбор, то на этом раскраска заканчивается.

Индексный режим часто применяется в Интернете, где существенную роль играет время загрузки веб-страницы. Время будет тем меньше, чем меньше размер страницы. Экономия на описании цвета тоже дает выигрыш в размере Интернет-баннеров.

г) Режим True Color или цветовая модель RGB .ТерминTrue Color относится только в мониторам, а термин RGB гораздо шире.В основе этой модели заложены три цвета: красный, зеленый и синий. Red, Green, Blue, модель названа по первым буквам английских названий этих цветов (рисунок 1). Наше зрение устроено таким образом, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем смешения этих трех основных цветов.

Модель хорошо подходит для объектов, испускающих свет, в частности для экранов мониторов. Сканеры, цифровые камеры и прочие устройства ввода графики в компьютер тоже работают в модели RGB, ведь в конечном итоге человек видит электронное изображение на экране монитора.

Для кодирования яркости каждого из основных цветов используется по 256 значений, то есть один байт или 8 разрядов. Всего на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. А всего система кодирования обеспечивает однозначное определение 2 24 ≈ 16,8 миллионов различных цветов.

На самом деле такого огромного количества цветов на экране не требуется, человек различает около 200 000 цветовых оттенков. Но такова уж система кодирования – на каждый канал отводится не меньше, чем по одному байту. А при обработке файлов бывает, что избыток оттенков может оказаться полезным и даже необходимым.

Рис. 1. Цветовая модель RGB.

д) Цветовая модель CMYK (рисунок 2).Здесь основными цветами являются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow), черный (Black). В обозначении цветовой модели для черного цвета взята не первая буква, а последняя, чтобы не было путаницы с буквой В системы RGB.

Рис. 2. Цветовая модель CMYK.

Эту модель используют для описания отраженного цвета, главным образом в полиграфии. Большая часть цветной печатной продукции выполняется в модели CMYK (имеется шестикрасочный и пантонный виды печати, но рассмотрение этих деталей выходит за рамки данного курса). При печати цветного электронного изображения, даже на офисном принтере, происходит автоматическое преобразование RGB в CMYK.

При отражении света от поверхности часть света поглощается, и цвет определяется теми световыми волнами, которые поверхностью не поглотились. Чем больше положено различных красок, тем больше поглощение, меньше отражение, тем темнее выглядит поверхность. Смешение всех красок будет давать черный цвет. А отсутствие какого-либо поглощения будет давать полное отражение, как в зеркале. Если на зеркало падает белый цвет, то это нулевое окрашивание.

При испускании света все наоборот – чем больше испускается световых волн, тем выше яркость света. Равномерное испускание всех световых волн соответствует белому цвету. А отсутствие испускания (отражением здесь мы пренебрегаем) соответствует черному цвету.

Как следует из сказанного, модели RGB и CMYK описывают противоположные процессы. Поэтому в RGB всем нулевым индексам соответствует черный цвет, а всем единицам белый. В CMYK наоборот: все нули это белый цвет, а единицы – черный.

В теории модели RGB и CMY (без K) зеркально противоположны: основные цвета одной модели являются дополнительными для другой и наоборот (рисунки 1 и 2). Для чего же вводится еще и черный цвет?

Дело в том, что при переходе к реально используемым при печати краскам теория не работает. Смешение голубой, пурпурной и желтой красок дает не черный, а темно-бурый цвет. А между тем, черный цвет является основным в полиграфии: текст как правило печатается черным, да и много выпускается не цветной, черно-белой продукции. Поэтому возникает необходимость во введении отдельной, черной координате в цветовой модели.

Понятия света и цвета в компьютерной графике являются основополагающими. Свет можно рассматривать двояко: либо как поток частиц различной энергии, либо как поток электромагнитных волн.

Понятие цвета тесно связано с тем, как человек воспринимает свет. Можно сказать, что ощущение света формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаз.

Источник или объект является ахроматическим , если наблюдаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах. Ахроматическими цветами являются белый, черный, градации серого цвета. Например, белыми выглядят объекты ахроматически отражающие более 80 % света белого источника, а черными – менее 3 %.

Если воспринимаемый свет содержит длины волн в неравных количествах, то он называется хроматическим .

Считается, что в глазе человека существует три группы цветовых рецепторов (колбочек), каждая из которых чувствительна к определенной длине световой волны. Каждая группа формирует один из трех основных цветов : красный, зеленый, синий.

Рис. 1.6. Кривые реакции глаза

Если длины волн светового потока сконцентрированы у верхнего края видимого спектра (около 700 Нм), то свет воспринимается как красный. Если длины волн сконцентрированы у нижнего края видимого спектра (около 400 Нм), то свет воспринимается как синий. Если длины волн сконцентрированы в середине видимого спектра (около 550 Нм), то свет воспринимается как зеленый.

С помощью экспериментов, построенных на этой гипотезе, были получены кривые реакции глаза, показанные на рис. 1 .6.

Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощности ,яркости иосвещенности . Визуальные параметры ощущения цвета характеризуютсясветлотой ,насыщенностью ицветовым тоном .

Светлота – это различимость участков, сильнее или слабее отражающих свет. Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называютпорогом .

Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического («чистого») излучения того же светового тона. Насыщенность характеризует степень ослабления (разбавления) данного цвета белым и позволяет отличать розовый от красного, голубой от синего.

Цветовой тон позволяет различать основные цвета, такие, как красный, зеленый, синий.

Цветовые модели

Как видим из вышеизложенного, описание цвета может опираться на составление любого цвета на основе основных цветов или на такие понятия, как светлота, насыщенность, цветовой тон. Применительно к компьютерной графике описание цвета также должно учитывать специфику аппаратуры для ввода/вывода изображений. В связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения цвета были разработаны различные цветовые модели. Цветовые модели позволяют с помощью математического аппарата описать определенные цветовые области спектра. Цветовые модели описывают цветовые оттенки с помощью смешивания нескольких основных цветов.

Основные цвета разбиваются на оттенки по яркости (от темного к светлому), и каждой градации яркости присваивается цифровое значение (например, самой темной – 0, самой светлой – 255). Считается, что в среднем человек способен воспринимать около 256 оттенков одного цвета. Таким образом, любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и обозначить его набором цифр – цветовых координат.

Таким образом, при выборе цветовой модели можно определять трехмерное цветовое координатное пространство, внутри которого каждый цвет представляется точкой. Такое пространство называется пространством цветовой модели.

Профессиональные графические программы обычно позволяют оперировать с несколькими цветовыми моделями, большинство из которых создано для специальных целей или особых типов красок: CMY, CMYK, CMYK256, RGB, HSB, HLS, L*a*b, YIQ, Grayscale (Оттенки серого) и Registration color. Некоторые из них используются редко, диапазоны других перекрываются.

Цветовая модель RGB. В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Каждый канал - R, G или B имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Например: (255, 64, 23) – цвет, содержащий сильный красный компонент, немного зелёного и совсем немного синего. Естественно, что этот режим наиболее подходит для передачи богатства красок окружающей природы. Но он требует и больших расходов, так как глубина цвета тут наибольшая – 3 канала по 8 бит на каждый, что дает в общей сложности 24 бита.

Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами.

Цветовым пространством RGB модели является единичный куб.

Рис. 1.7. Цветовое пространство RGB модели

Цветовые модели CMY и CMYK . Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой),Magenta(пурпурный, или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Поэтому можно описать соотношения между RGB иCMYмоделями следующим образом:

Модель CMYявляетсясубтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью. Как уже говорилось, в CMY-модели описываются цвета на белом носителе, т. е. краситель, нанесенный на белую бумагу, вычитает часть спектра из падающего белого света. Например, на поверхность бумаги нанесли голубой (Cyan) краситель. Теперь красный свет, падающий на бумагу, полностью поглощается. Таким образом, голубой носитель вычитает красный свет из падающего белого.

Такая модель наиболее точно описывает цвета при выводе изображения на печать, т. е. в полиграфии.

Поскольку для воспроизведения черного цвета требуется нанесение трех красителей, а расходные материалы дороги, использование CMY-модели является не эффективным. Дополнительный фактор, не добавляющий привлекательности CMY-модели, – это появление нежелательных визуальных эффектов, возникающих за счет того, что при выводе точки три базовые цвета могут ложиться с небольшими отклонениями. Поэтому к базовым трем цветам CMY-модели добавляют черный (blacK) и получают новую цветовую модель CMYK.

Для перехода из модели CMY в модель CMYKиногда используют следующее соотношение:

K = min(C, M, Y );

C = C – K ;

M =M –K ;

Y =Y –K .

Соотношения преобразования RGB в CMY и CMY в CMYK-модель верны лишь в том случае, когда спектральные кривые отражения для базовых цветов не пересекаются. Поэтому в общем случае можно сказать, что существуют цвета, описываемые в RGB-модели, но не описываемые в CMYK-модели.

Существует также модель CMYK256, которая используется для более точной передачи оттенков при качественной печати изображений.

Цветовые модели HSV и HLS. Рассмотренные модели ориентированы на работу с цветопередающей аппаратурой и для некоторых людей неудобны. Поэтому модели HSV, HLS опираются на интуитивные понятия тона насыщенности и яркости.

В цветовом пространстве модели HSV(Hue,Saturation,Value), иногда называемойHSB(Hue,Saturation,Brightness), используется цилиндрическая система координат, а множество допустимых цветов представляет собой шестигранный конус, поставленный на вершину.

Основание конуса представляет яркие цвета и соответствует V = 1. Однако цвета основанияV = 1 не имеют одинаковой воспринимаемой интенсивности. Тон (H ) измеряется углом, отсчитываемым вокруг вертикальной осиOV . При этом красному цвету соответствует угол 0, зелёному – угол 120и т. д. Цвета, взаимно дополняющие друг друга до белого, находятся напротив один другого, т. е. их тона отличаются на 180. ВеличинаS изменяется от 0 на осиOV до 1 на гранях конуса.

Конус имеет единичную высоту (V = 1) и основание, расположенное в начале координат. В основании конуса величиныH иS смысла не имеют. Белому цвету соответствует параS = 1,V = 1. ОсьOV (S = 0) соответствует ахроматическим цветам (серым тонам).

Процесс добавления белого цвета к заданному можно представить как уменьшение насыщенности S , а процесс добавления чёрного цвета – как уменьшение яркостиV . Основанию шестигранного конуса соответствует проекция RGB куба вдоль его главной диагонали.

Рис. 1.8. Цветовое пространство HSV модели

Еще одним примером системы, построенной на интуитивных понятиях тона насыщенности и яркости, является система HLS (Hue,Lightness,Saturation). Здесь множество всех цветов представляет собой два шестигранных конуса, поставленных друг на друга (основание к основанию).

Рис. 1.9. Цветовое пространство HLS-модели

Полноцветные и индексированные изображения. Как мы увидели, цвета пикселов можно определять, явно задавая несколько параметров цвета. Например, вRGB-модели конечный цвет определяется тремя слагаемыми для трех основных цветов. Такой подход позволяет формировать так называемыеполноцветные изображения.

Второй подход заключается в том, что в первой части файла, хранящего изображение, хранится «палитра» ,в которой с помощью одной из цветовых моделей кодируются цвета, присутствующие на изображении. А вторая часть, которая непосредственно описывает пикселы изображения, фактически состоит из индексов в палитре. Изображения, формируемые таким способом, называются изображениями синдексированной палитрой .

Частным случаем индексированного изображения является черно-белое изображение. В подобном изображении могут быть только 2 цвета - чёрный и белый, кодируемые соответственно 0 и 1. Глубина изображения составляет в данном случае 1 бит. Эта глубина очень плохо подходит к представлению фотореалистичных образов и применяется лишь для специализированных изображений.

Достоинством палитры является возможность существенно сократить размер файла с изображением. Недостатком является возможность потери цветов при ограниченном размере палитры. Обычно размер палитры составляет до 256-ти цветов.

Из широкого цветового пространства выбираются любые N цветов, и их координаты (обычно: R , G и B ) хранятся в специальной таблице - палитре . Данные растровой графики , использующие палитру, представляют собой массив , где хранятся номера (индексы) цветов в палитре.

Палитровая графика позволяет совместить широкий цветовой охват изображения с невысоким расходом памяти.

Палитровые видеорежимы

Палитровые режимы - видеорежимы , в которых каждый пиксель может принимать один из небольшого (от 2 до 256) количества цветов. Видеопамять в таких режимах делится на две части: таблицу цветов (палитру), которая содержит значения красного, зелёного и синего для каждого из цветов, и кадровый буфер , в котором для каждого пикселя хранится номер цвета в палитре.

Как правило, палитру можно изменять независимо от кадрового буфера. Если каким-то образом на экран попала картинка в неправильной палитре, возникает специфический видеоэффект.

Чтобы вывести на 256-цветный экран изображение, в котором более чем 256 цветов, требуется построить палитру, приближающую потребные цвета. Качественное построение 256-цветной палитры может занимать довольно много времени (до нескольких секунд на компьютерах того времени). Поэтому там, где требуется скорость (веб , игры , воспроизведение видео) палитра жёстко задаётся в графических данных , а не строится динамически.

Палитровые спецэффекты

Тот факт, что палитру можно менять независимо от кадрового буфера, широко применяется в видеоиграх для получения очень быстрых спецэффектов . Вот (не исчерпывающий) список игр с подобными видеоэффектами.

Doom : вспышки экрана, когда герой подбирает предмет или ранен, а также изменение цвета изображения при пользовании скафандром.
Warcraft II : плеск воды. Интересно, что в редакторе Warcraft II плеск воды также реализован - разумеется, только в 256-цветных режимах.

Также осветление-затемнение цвета в палитровых играх выполняется очень быстро (хоть и некачественно) с помощью таблиц замены цветов - в одну-две машинных команды на пиксель. В Doom с помощью замены цветов реализованы темнота, прибор ночного видения и неуязвимость; практически во всех стратегиях того времени (да и в том же Doom) - перекраска опознавательных знаков в цвет игрока. В truecolor эти же операции приходится делать покомпонентно, зачастую с дорогостоящим умножением , что требует намного больше процессорного времени.

Сравнение с HighColor и TrueColor

Преимущества:

Малый расход памяти.
Быстрые палитровые спецэффекты.

Недостатки:

Неполный набор цветов.
Построение оптимальной палитры для полноцветного изображения может потребовать больших вычислительных ресурсов.

Палитровые файлы

Палитровые, или индексированные файлы - графические файлы, устроенные аналогичным образом. Как и в палитровых видеорежимах, заменой палитры можно перекрашивать объекты (например, в компьютерной игре встречаются автомобили шести цветов, при этом в файлах данных хранится одна картинка автомобиля с шестью палитрами). См.

Основные виды цветовых палитр

Существуют три основные палитры цветов:

1. Самая известная и популярная - RAL . Впервые стандарт RAL был представлен в 1927 году Немецким Институтом Гарантий Качества и Сертификации (Райх Аусшлюс фюр Лифербедингунген - RAL) по просьбе производителей лакокрасочной продукции. Институт установил стандарт на цветовое пространство, разделив его на диапазоны и обозначив каждый цвет однозначным цифровым индексом. Номера четырёхзначные, (№ XXXX) где 1xxx - жёлтые (27 шт) , 2xxx - оранжевые (12 шт), 3xxx - красные (22 шт), 4xxx - фиолетовые (10 шт), 5xxx - синие (23 шт), 6xxx - зеленые (32 шт), 7xxx - серые (37 шт), 8xxx - коричневые (19 шт), 9xxx - светлые и тёмные (12шт). Для определения цвета по системе RAL издаются вееры, каталоги и программное обеспечение. Всего содержится более двух тысяч оттенков по RAL.

2. Более современная и быстрорастущая NCS (англ. Natural Color System, естественная система цвета). Эта цветовая модель была предложенная Скандинавским институтом цвета (Skandinaviska Färginstitutet AB), Стокгольм, Швеция в 1979 году. Она основана на системе противоположных цветов и нашла широкое применение в промышленности для описания цвета продукции. При описании цвета по NCS используются шесть простых цветов: белый , чёрный , красный , жёлтый , зелёный и голубой (то есть таких, которые нельзя описать сочетанием двух других). Все остальные цвета представлены сочетанием основных (например, оранжевый - одновременно красноватый и желтоватый). Это облегчает интуитивное понимание цвета из его кодированной записи, в то время как в таких системах как RGB мысленная визуализация цвета по трём цифрам довольно сложна. В описании цвета учитывается близость к черному - темнота цвета, чистота цвета (насыщенность) и процентное соотношение между двумя основными цветами. Полная запись цвета может также включать кодовую букву, обозначающую версию стандарта NCS. Например, цвета шведского флага в системе NCS определяются следующим образом: Для определения цвета по системе NCS издаются каталоги и программное обеспечение. Последняя редакция цветового веера содержит 1950 цветов.

3. Pantone . Используется в основном в полиграфии. Разработанная американской фирмой Pantone Inc в середине XX века. Использует цифровую идентификацию цветов изображения для полиграфии печати как смесевыми, так и триадными красками. Эталонные пронумерованные цвета напечатаны в специальной книге, страницы которой веерообразно раскладываются. Существует множество каталогов образцов цветов Pantone, каждый из которых рассчитан на определённые условия печати. Например, для печати на мелованной, немелованной бумаге, каталог для металлизированных красок (золотая, серебряная) и т. д. Производитель настаивает на том, что «веера» необходимо ежегодно заменять, так как за это время процесс выцветания и истирания изображения делает цвета неточными.

Цветовые палитры в компьютерной графике

Цветовые палитры - часть графического интерфейса

Внешние ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Палитра цвета" в других словарях:

Глубина цвета битовое изображение 8 битная шкала серого 8 битный цвет 15/16 bit: Highcolor 24 bit: Truecolor 30/36/48 bit: Deep Color См. также Цветовая модель RGB Цветовая модель CMYK Цветовая палитра Видимое излучение Цвета в Web (Цвета HTML) У … Википедия

палитра - глубина цвета Например, глубина цвета на экране монитора может характеризоваться числом бит (для представления цвета) на пиксел. Так глубина цвета 16 бит на пиксел (65536 цветов) носит название High Color, а 24 бита на пиксел (16,7 млн.цветов)… … Справочник технического переводчика

палитра - ы, ж., ПАЛЕТРА ы, ж. palette f., ит. paletta, > пол. paleta. 1. иск. Дощечка, пластинка с вырезом для большого пальца, на которой живописец растирает и смешивает краски. БАС 1. ПалЕтра у живописцев называется ручная дощечка для красок… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Глубина цвета битовое изображение 8 битная шкала серого 8 битный цвет 15/16 bit: Highcolor 24 bit: Truecolor 30/36/48 bit: Deep Color См. также Цветовая палитра Видимое излучение Цвета в Web Существуют несколько основных способов представления… … Википедия

Палитры цветов в системах цветопередачи R G B , C M Y K и HSB

Как человек воспринимает цвет?

Человек воспринимает свет с помощью цветовых рецепторов (колбочек), находящихся на сетчатке глаза.

Колбочки чувствительны к красному, зеленому и синему цветам (базовые цвета).

Сумма красного, зеленого и синего цветов воспринимается человеком как белый .

Их отсутствие - как черный , а различные их сочетания - как многочисленные оттенки цветов .

Исходя из особенностей физиологии восприятия цвета, с экрана монитора человек лучше всего воспринимает цвет как сумму излучения трех базовых цветов: красный, зеленый, синий.

Такая система цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов (Red , Green , Blue).

Цвет из палитры можно определить с помощью формулы:

Color = R + G + B

R, G, B – базовые цвета, которые принимают значения от 0 до 255

Так при глубине цвета в 24 бита на кодирование каждого из базовых цветов выделяется по 8 бит, тогда для каждого из цветов возможны N=2 8 =256 уровней интенсивности.