Modele i przestrzenie koloru Pantone - międzynarodowy standard identyfikacji kolorów do celów przemysłowych (w tym poligraficznych) opracowany i aktualizowany przez amerykańską firmę Pantone Inc. System Pantone standaryzuje w szczególności kolory dostępne w procesie CMYK, tj. poligraficznej technice reprodukcji koloru przy użyciu 4 podstawowych barw farby drukarskiej - Cyan, Magenta, Yellow, black. Jednak większość z zestawu 1114 kolorów opisanych w standardzie Pantone nie daje się wiernie reprezentować w procesie CMYK. Wymagają one zastosowania 15 bazowych pigmentów (wliczając biały i czarny). Kolory identyfikowane są kodami literowo-cyfrowymi, np. PMS134. 1
Wiele krajów używa standardu Pantone do precyzyjnego określania barw swoich flag narodowych. Model koloru - matematyczny system opisu koloru w przestrzeni parametrów, w specyficznym układzie współrzędnych, np. RGB, gdzie parametry R, G i B przyjmują wartości z ustalonego zakresu: jako liczby ułamkowe od 0 do 1 lub, alternatywnie, jako liczby całkowite od 0 do 255. Do określenia koloru potrzebne jest prócz samego parametrycznego modelu - jego powiązanie z przestrzenią rzeczywistych kolorów, a więc określenie jakiej fizycznej długości fali świetlnej odpowiada dany punkt w układzie RGB. Przestrzeń kolorów to pewien model koloru wraz z odwzorowaniem tego modelu w ustalony "fizyczny" układ kolorów. Np. przestrzenie "Adobe RGB" i "srgb" to dwie różne przestrzenie kolorów bazujące na tym samym modelu - różniące się ww. odwzorowaniem. 2
Gamut - obraz odwzorowania modelu, np. gamut CRT Przestrzenie bazujące na modelach RGB i CMYK opisują zdolność reprodukcji koloru przez fizyczne urządzenia - odp. monitory ekranowe i urządzenia poligraficzne w procesie CMYK, natomiast ludzka percepcja koloru lepiej modelowana jest przez system Lab. Przestrzeń Lab Isnieje wiele standardów Lab, np. CIE-Lab (Commission Internationale d'eclairage) używany jest jako fizyczna przestrzeń odniesienia, w którą odwzorowywane są inne modele koloru. Standardy Lab zbudowane są na bazie tzw. trójchromatycznego modelu percepcji barw, CIE 1931 XYZ. Ponieważ Lab ma w zamierzeniu być najwierniejszym modelem percepcji koloru przez człowieka, system ten doskonalony jest wraz z postępem wiedzy neurofizjologicznej dotyczącej wzroku. 3
Percepcja barw przez oko polega na jednoczesnej stymulacji komórek nerwowych w siatkówce, tzw. czopków. Występują one w trzech rodzajach, przy czym każdy z nich reaguje na inny zakres długości fal - długie (barwa czerwona), średnie (barwa zielona) i krótkie (barwa niebieska). Wykres poniżej pokazuje przybliżoną wrażliwość poszczególnych rodzajów czopków na bodźce świetlne. Odkrycie czopków w siatkówce i ich funkcji stało się podstawą trójskładnikowej teorii postrzegania barw. Jako parametry XYZ przyjęto 4
gdzie funkcja I jest spektralnym rozkładem mocy promieniowania docierającego do siatkówki. Współrzędne w przestrzeni Lab są nieliniowymi transformatami wielkości X, Y, Z, por. np. http://en.wikipedia.org/wiki/lab_color_space Transformacje te dobierane są tak aby zwykła Euklidesowa odległość w przestrzeni Lab odpowiadała możliwie wiernie różnicowaniu koloru przez ludzkie oko. A więc jeśli A-B < A-C to kolory A i B powinny dla nas być bardziej zbliżone niż A i C. Nie jest to na ogół prawdą w przestrzeniach CIE XYZ, ani tym bardziej RGB. L oznacza jasność (lightness) barwy, o zakresie wartości 0 (czarny) do 100 (biały). Parametr a przyjmuje wartości ujemne i dodatnie, określając zmienność od zieleni do purpury, podobnie dla b, oznaczającego zmienność od błękitu do żółtego. Gamut ludzkiej percepcji nie wypełnia całej przestrzeni barw opisywanych modelem Lab. Przestrzenie RGB, CMYK i HSV Red, Green, Blue - 3 składniki barwy, parametry modelujące powstawanie koloru na ekranach monitorów kineskopowych i ciekłokrystalicznych. Nie jest to w ogólności model absolutny, odwzorowanie 3 liczb w przestrzeń kolorów zależy od rodzaju urządzenia reprodukującego i jego ustawień (jasność, kontrast itp.). Model absolutny to np. Adobe RGB, który szczegółowo określa parametry czystych barw R, 5
G, B w odniesieniu do CIE XYZ, a także niektóre parametry techniczne monitora (w szczególności jego luminancję dla punktu białego i czarnego - ilość światła emitowaną przez jednostkę pow. ekranu). RGB jest addytywnym modelem barw, kolory powstają przez sumowanie sygnałów w poszczególnych kanałach. Jasność wynikowego koloru zależy z grubsza od sumy sygnałów składowych. Przestrzeń barw RGB jest często wizualizowana jako sześcian w przestrzeni parametrów R, G i B. 6
Cyan, Magenta, Yellow, black - model oparty o barwy dopełniające do podstawowych R, G, B: C = W - R M = W - G Y = W - B gdzie W oznacza kolor biały (White). Jest to model subtraktywny - barwy powstają prze odejmowanie poszczególnych składników od światła białego. 7
Model ten odpowiada zjawisku powstawania barwy przez odbicie światła od powierzchni przedmiotów. Powierzchnia przedmiotów barwnych pochłania część spektrum padającego na nie światła, światło odbite docierające do obserwatora wywołuje w oku wrażenie koloru. 8
C, M, Y odpowiadają pigmentom nanoszonym w procesie poligraficznym na papier. Każdy z nich, odbijając białe światło, pochłania odpowiednią cześć spektrum, a światło odbite tworzy w oku obserwatora wrażenie barwy. Nałożenie wszystkich 3 pigmentów produkuje kolor czarny (całe spektrum padającego światła jest absorbowane). W praktyce jednak wygląda on jak brudny brąz. Dlatego używa się dodatkowego wyciągu czarnego K: czarny tusz jest tańszy niż C, M i Y, a ponadto użycie 3 pigmentów powodowałoby wolniejsze schnięcie wydrukowanego materiału, rozmazywanie szczegółów itp. Intensywność poszczególnych pigmentów regulowana jest w druku gęstością siatki rastra - biały papier wyzierający pomiędzy punktami rastra "rozrzedza" dany pigment. Każdy z wyciągów wykorzystuje inny kąt nachylenia siatki rastra, tak aby uniknąć nakładania się pigmentów. Różnice między reprodukcją barw w przestrzeniach RGB i CMYK są na ogół znaczne, bo istotnie różnią się ich gamuty: Adobe Photoshop przy wyborze kolorów ostrzega, gdy dany kolor leży poza gamutem CMYK 9
Dlatego też nie istnieje prosty mechanizm konwersji RGB - CMYK, w praktyce konwersje takie realizowane są przez tzw. color management systems z wykorzystaniem profilów ICC (International Color Consortium) właściwych dla konkretnych urządzeń graficznych. Hue, Saturation, Value (czasem Brightness, Lightness, Intensity) - alternatywna reprezentacja przestrzeni RGB, która lepiej oddaje relacje właściwe ludzkiej percepcji barwy, zachowując prostotę obliczeniową. H określa numerycznie barwę (w skali kątowej 0-360º, w odniesieniu do koła barw), S - nasycenie, natomiast V - jasność koloru (B, L, I to inne miary jasności) 10