Аддитивная и субтрактивная системы цвета

Министерство образования  Российской Федерации

Тульский государственный  университет

 

 

 

Кафедра ЭВМ

 

Реферат

 

 

«ЦВЕТОДЕЛЕНИЕ»

 

 

 

Выполнил: студент гр.220222

Смирнов К.А.

 

                                                                                       Проверила: Первак И.Е.

                                                                                                                       

 

 

 

 

 

 

Тула 2003

 

 

1.1 Аддитивная и субтрактивная системы цвета:

Все рассматриваемые  ранее изображения представляли собой монохроматические изображения, т.е. не рассматривался вопрос о частотах излучения v или длинах волн ﮑ светового потока Ф(x,y,z,t). Введём понятие частотного спектра светового излучения (не путать с пространственным спектром). Под частотным спектром понимают совокупность частот монохроматических колебаний, которыми можно представить свет любого источника. Графически спектр изображают как распределение интенсивности по частотам или долинам волн (рис. 29). В теории различают два вида спектров: сплошной (рис. 29, а) и дискретный (рис. 29, б). Ниже будет использоваться только понятие частотного спектра.

 В цветном изображении каждый элемент сцены формирует свое распределение светового потока (излученного или отраженного) Ф по частотам спектра v. Это различие и лежит в основе определения цветного изображения. Следовательно, цвет является измеряемой величиной.

Если рассматривать  световой поток в виде сигнала  Ф(х,у,z,t,v), аргументом которого наряду с координатами пространства х, у, z, временем t является частота излучения v, то очевидно, что этот сигнал также может быть дискретизирован по параметру v, т.е. представлен в виде

где vi-я монохроматическая спектральная составляющая излучения;

J- количество монохроматических спектральных составляющих, на которые раскладывается изображение.

Как правило, разделение света на J частотных составляющих производится на уровне преобразований световых потоков, например, путем использования светофильтров, имеющих узкий спектральный диапазон. Если абстрагироваться от исследованных выше процессов дискретизации по пространственным координатам и времени, то сигнал приемника, воспринимающего i-й спектральный диапазон излучения (рис. 30), имеет вид

где I(v) - распределение интенсивности светового потока по частотам спектра;

Gi(v)- функция спектральной чувствительности приемника i-го спектрозонального канала излучения.

     Выбор функций Gi(v) является основой для классификации воздействующих спектров по координате v. Нормированное значение функции Vi имеет вполне определенный физический смысл: оно отражает долю энергии, зарегистрированной в i-м спектральном интервале, по отношению ко всей зарегистрированной энергии:

      В основе трехцветной теории цветового зрения лежит возможность представления произвольного цвета сложением в нужной пропорции трех основных цветов изображения (J=3). При этом различают аддитивную и субтрактивную системы цветовоспроизведения. При аддитивном цветовоспроизведении имеются три источника излучения цветов: красного, зеленого и синего, расположенных настолько близко друг от друга, что излучения от них воспринимаются глазом оператора как исходящие из одной точки экрана. Заданный цвет воспроизводится путем изменения соотношения интенсивностей излучений. При субтрактивном излучении белый свет приобретает нужный оттенок, проходя последовательно через голубой, пурпурный и желтый фильтры.

Частными случаями разделения спектра  белого цвета на спектральные составляющие являются международные системы  ХУZ и RGB, в которых количество спектральных интервалов разложения изображения равняется трем (рис 31). Кривые спектральной чувствительности в указанных системах определяются функциями относительной спектральной чувствительности трех рецепторов феноменологической модели зритёльного анализатора человека. Каждой точке диаграммы ХУZ (рис.31,а) приписывается определенная цветность, адекватная ощущениям, вызываемым при воздействии светового излучения на глаз человека.

На практике используют некоторые усредненные диаграммы цветовоспроизведения, полученные аддитивным уравниванием цветов. Опыты с аддитивным уравниванием цветов проводятся по схеме, приведенной на рис. 32. На поверхность идеального диффузно отражателя проецируется световое пятно С с произвольной спектральной плотностью. На ту же поверхность проецируется пятно белого цвета W, а также перекрывающиеся пятна R, G, В трех основных цветов со спектральными плотностями, приведенными на рис. 32:

  Сначала интенсивности трех основных цветов устанавливаются так, что бы общая часть пятен имела ту же светлоту, цветовой тон и насыщенность, что и опорный белый цвет W. Интенсивности IR, IB, IG измеряют в каких-либо физических единицах, например в ваттах. Они являются величинами, уравнивающими опорный белый цвет. Затем интенсивности IR, IB, IG основных цветов устанавливают так, чтобы добиться уравнивания заданного цвета С. Если уравнивание достигается, записывают интенсивности IRС, IBС, IGС и вычисляют нормированные величины, которые называются координатами цвета.

Если данный цвет уравнять не удается, от трех основных цветов переходят к двум. Если уравнивание достигнуто наложением на цвет С красного цвета, то

и в этом случае координата lRC отрицательная. Если добиться уравнивания не удается, нужно попробовать уравнять сочетанием R и G или сочетанием R и В.

Наконец, когда не удается  добиться уравнивания ни одним из рассмотренных способов, на основной цвет С накладывают два опорных цвета, при этом две координаты цвета l принимают отрицательные значения.

Наряду с аддитивной схемой применяется субтрактивный способ уравнивания цветов, основанный на последовательном пропускании белого цвета через светофильтры.

1.2 Аксиомы колориметрии Гроссмана

Опыты по уравниванию цветов позволили Гроссману сформулировать восемь аксиом, являющихся основой колориметрии:

1. Любой цвет может  быть уравнен смесью не более  чем трех цветов.

2. Уравнивание, достигнутое  при данной интенсивности света, сохраняется в широком диапазоне интенсивностей.

З. Смесь цветов не может  быть разделена человеческим глазом на отдельные компоненты.

4. Яркость смеси цветов  равна сумме яркостей ее компонентов.

5. Закон сложения. Если  цвет М эквивалентен цвету N, а цвет Р - цвету Q, то смесь цветов {М, Р} эквивалентна смеси {N,Q}.

6. Закон вычитания. Если смесь цветов {М, Р} эквивалентна смеси {N,Q} и если цвет Р эквивалентен цвету Q, то цвет М эквивалентен цвету N.

7. Закон транзитивности. Если цвет М эквивалентен цвету N, а цвет N - цвету Р, то цвет М эквивалентен цвету Р.

8. Справедливо одно  из следующих соотношений:

({М, N, Р} = {R, G, В}):

- lс единиц цвета С уравниваются смесью из lм единиц цвета М, lN единиц цвета N и lр единиц цвета Р;

- смесь из lс единиц цвета С и lм единиц цвета М уравнивается смесью из lN единиц цвета N и lP единиц цвета Р;

- смесь из lс единиц цвета С, lм единиц цвета М и lN единиц цвета N уравнивается lP единицами цвета Р.

Координаты lRC, lBC, lGC применяются для формирования света произвольного цвета. Для этого используются характеристики одной из типовых систем представления цветности, приведенные на рис. 31. Каждый из графиков R(ﮑ), G(ﮑ), B(ﮑ) или X(ﮑ), Y(ﮑ), Z(ﮑ) представляет собой функцию сложения. Цвет с произвольной спектральной плотностью С(ﮑ) уравнивается с помощью функции

Согласно второй аксиоме  Гроссмана, общая интенсивность светового потока не влияет на цветовосприятие, следовательно, цветовой тон и насыщенность можно выразить нормированными координатами цвета, которые называются координатами цветности:

      Очевидно, что i3 = 1- (i1 +i2), поэтому для описания цветности достаточно двух координат. На рис. 33 приведен график цветности для основных цветов, построенный в координатах i1, i2.

 Набор основных  цветов для формирования произвольного  цвета может быть выбран неоднозначно. Цветное изображение описывается с помощью красной, зеленой и синей координат цвета или произвольной (линейной или нелинейной) обратимой функцией от этих величин. Если красная, зеленая и синяя координаты цвета квантуются по отдельности, то число и расположение уровней квантования выбираются по тем же правилам, что и при квантовании монохроматических изображений.

Психофизиологические  исследования показывают, что глаз наиболее чувствителен к изменениям яркости в синей области спектра, умеренно чувствителен к изменениям яркости в зеленой области  спектра и наимёнее чувствителен к красной области. Это делает возможным построение схем цветового компандирования, позволяющих при одинаковом объеме передаваемых/хранимых данных получить более эффективное распределение уровней квантования по кодам. Обобщенная блок-схема системы квантования цветных изображений приведена на рис. 34.

Три координаты цвета lR, lG, lB описывающие исходное изображение, преобразуются в три компоненты вектора х: х1, х2, x3, которые и поступают в устройство,осуществляющее квантование сигнала по уровню. Затем квантованные компоненты  d1, d2, d3 преобразуются обратно в исходную систему координат, в результатеполучаются величины dR, dG, dB. При такой системе квантования цветовое               пространство, имеющее координаты lR, lG, lB разбивается на параллелепипеды, ограниченные неравенствами:

причем сигналу Ic,попадающему в каждый такой параллелепипед, ставится в соответствие код {d J(R), d J(G), d J(B)}, которому, в свою очередь, на экране

устройства отображения с высоким  разрешением соответствует свечение экрана с интенсивностью d RJ(R), d GJ(G), d BJ(B), где Ri, Gi, Bi - интервалы квантования по соответствующим цветам, приведенные к исходной системе RGB; d J(R), d J(G), d J(B) - оптимальные уровни квантования (рис. 35).

Оптимальные уровни квантованного сигнала d RJ(R), d GJ(G), d BJ(B)  и оптимальные интервалы квантования Ri, Gi, Bi могут быть найдены по методикам отыскания подобных величин для монохромного сигнала.

2. Библиографический  список

Отображение графической информации: Учебное пособие / Е.В. Ларкин, И.Е. Первак;

ТулГУ, Тула, 2000. 108с.