Värimalli - matemaattinen malli , jolla kuvataan värien esitystä lukujen muodossa (yleensä kolmesta, harvemmin - neljästä arvosta), joita kutsutaan värikomponenteiksi tai värikoordinaateiksi . Kaikki mallin antamat mahdolliset väriarvot määrittelevät väriavaruuden .
Värimalli määrittää vastaavuuden henkilön havaitsemien värien ja tulostelaitteisiin muodostuneiden värien välillä (ehkä tietyissä olosuhteissa).
Ihminen on trikromaatti - silmän verkkokalvolla on kolmen tyyppisiä reseptoreita (kartioita) , jotka vastaavat värinäöstä . Voidaan olettaa, että jokainen kartiotyyppi antaa oman vasteen tietylle näkyvän spektrin aallonpituudelle .
Tärkeä ominaisuus (kaikille fyysisesti toteutettaville väreille) on sekä vastefunktioiden että kaikkien värien värikoordinaattien ei-negatiivisuus. Ihmissilmän kartiovasteisiin perustuva järjestelmä on LMS-värimalli .
Historiallisesti värin mittaamiseen on käytetty toista väriavaruutta - XYZ - referenssivärimallia , jonka Kansainvälinen valaistuskomissio ( French Commission internationale de l'éclairage, CIE ) määritteli tiukasti matemaattisesti vuonna 1931. CIE XYZ -malli on päämalli lähes kaikille muille tekniikan aloilla käytettäville värimalleille.
David Wrightin [2] ja John Guildin [3] 1920 -luvun lopulla ja 1930-luvun alussa tekemät kokeet antoivat perustan värinsovitustoimintojen määrittämiselle . Värinsovitustoiminnot määriteltiin alun perin 2 asteen näkökenttään (käytettiin sopivaa kolorimetriä ). Vuonna 1964 CIE:n komitea julkaisi lisätietoa 10 asteen näkökentästä. Joten, samoin kuin LMS-koordinaatit, XYZ-väri asetetaan seuraavasti:
missä on jonkin fotometrisen energiasuureen, esimerkiksi säteilyvuon, energian kirkkauden jne., spektritiheys absoluuttisesti tai suhteellisesti.Mallia varten olosuhteet on otettu niin, että Y-komponentti vastasi signaalin visuaalista kirkkautta ( - tämä on sama monokromaattisen säteilyn suhteellinen spektraalinen valotehokkuus päivänäön kannalta, jota käytetään kaikissa valofotometrisissa suureissa), Z koordinaatti vastasi S-vastetta ("lyhyt", lyhyt aallonpituus, "sininen") kartioita, ja X-koordinaatti oli aina ei-negatiivinen. Vastekäyrät normalisoidaan siten, että kaikkien kolmen käyrän alla oleva pinta-ala on sama. Tämä tehdään siten, että yhtenäisellä spektrillä, jonka värin katsotaan olevan valkoinen kolorimetrisissä havainnointiolosuhteissa, on samat XYZ-komponenttien arvot, ja tulevaisuudessa väriä analysoitaessa olisi helpompi määrittää. värisävy yksinkertaisesti vähentämällä yhtä suuret XYZ-arvot väristä. Vastefunktiot ja XYZ-koordinaatit eivät myöskään ole negatiivisia kaikille fyysisesti toteutettavissa oleville väreille. Ilmeisesti jokaiselle XYZ:n yhdistelmälle ei ole monokromaattista spektriviivaa (vastaten sateenkaaren väriä), joka vastaisi näitä koordinaatteja. Oikealla olevassa kaaviossa X on punainen käyrä, Y on vihreä ja Z on sininen.
XYZ-väriavaruus ei määrittele heti ihmisen verkkokalvolla olevien kartioiden vasteita, koska se on erittäin voimakkaasti muunnettu värimalli väriarvojen saamiseksi ja vastaavasti kyky erottaa spektri toisesta fotometrisestä kirkkaudesta alkaen. säteilystä (Y). Itse kirkkautta Y ei voida tulkita "vihreiden" kartioiden vasteeksi; tämä päivänäön toiminto, joka on kolmiärsyke, asetetaan kaikkien todellisten reseptorivasteiden avulla. Aluksi CIE 1931 XYZ -malli saatiin muuntamalla CIE 1931 RGB -malli, joka puolestaan on tulosta eri spektrikoostumusten säteilyn sekoitusta ja visuaalista vertailua koskevasta suorasta kokeesta. Mikä tahansa värimalli voidaan muuntaa XYZ-malliksi, koska tämä malli määrittelee kaikki värien sekoittamisen säännöt ja asettaa rajoitukset kaikille samanvärisille säteilyn spektrikoostumuksille.
Jos muodostamme muodollisesti osan XYZ-avaruudesta tason mukaan, voimme kirjoittaa kaksi jäljellä olevaa lineaarisesti riippumatonta koordinaattia muotoon
. samanlainen, mutta valinnainen:Tällaista osaa kutsutaan kromaattiseksi kaavioksi (kromaattisuusdiagrammi).
XYZ-avaruudessa piste (X,0,0), kuten se on helppo laskea kaavoilla, vastaa kromaattisen kaavion pistettä xy=(1,0). Vastaavasti piste XYZ=(0,Y,0) vastaa pistettä xy=(0,1) ja lopuksi piste XYZ=(0,0,Z) vastaa pistettä xy=(0,0). Voidaan nähdä, että kaikki todelliset värit, jotka saadaan millä tahansa säteilyn spektrikoostumuksella, mukaan lukien monokromaattiset (spektrivärit), eivät saavuta sellaisia "puhtaita" arvoja. Tämä kuvio seuraa värien sekoitussäännöstä ja on osoitus siitä, että on mahdotonta saada vastausta joistakin kartioista ilman vastausta toisilta (vaikkakin hyvin pieni), ja myös siitä, että kirkkaudella Y ei voi olla nolla tai pieni arvo minkä tahansa kartion tietylle vasteelle.
XyY-väriavaruus voidaan asettaa asettamalla krominanssiarvoksi (x, y) tietylle Y-kirkkauden arvolle.
Tässä tapauksessa ei-negatiivisuusehto täyttyy edelleen x- ja y-koordinaateille.
Älä sekoita Y - vaaleutta XYZ - ja xyY - malleissa Y - vaaleuteen YUV - tai YCbCr - malleissa .
Jos kaikki mahdolliset spektrin yksiväriset värit on merkitty xy-kromaattiseen kaavioon, ne muodostavat avoimen ääriviivan, ns. spektrilokuksen. Tämän ääriviivan sulkemista "kielen" tyvestä kutsutaan violetiksi viivaksi. Kaikki värit, jotka voidaan toteuttaa tietyn kirkkauden spektriviivojen summana, ovat tämän ääriviivan sisällä. Eli ääriviivan ulkopuolella on XYZ-väripisteitä, joilla, vaikka niillä on positiivisia arvoja jokaiselle komponentille, vastaavaa vastausta kartioista ei kuitenkaan saada annetulla kirkkaudella (vakio ).
Samanaikaisesti tällaisia värejä (sekä värejä, joilla on negatiiviset koordinaatit yleensä) voidaan käyttää laskelmissa. Esimerkiksi Prophoto RGB -avaruuden perusväreiksi valittiin fyysisesti toteuttamattomia värejä .
Värimallit voidaan luokitella käyttötarkoituksensa mukaan:
Kaikki mallit pelkistetään XYZ:ksi sopivilla matemaattisilla muunnoksilla. Esimerkkejä voidaan harkita:
Yxy-kaaviota käytetään havainnollistamaan eri värientoistolaitteiden - näyttöjen ja tulostimien - väriavaruuden ominaisuuksia (eng. color gamut ) niiden vastaavien värimallien kautta.
Kuten jo mainittiin, mikä tahansa XYZ-lukujen kolmikko voidaan liittää tiettyihin RGB- tai CMYK-avaruuden koordinaatteihin. Joten väri vastaa värikanavien kirkkautta tai värien tiheyttä. Värin fyysinen toteutettavuus laitteessa asettaa ehdon koordinaattien ei-negatiivisuudesta. Siten vain osa Yxy:n osajoukosta voidaan toteuttaa fyysisesti laitteella. Tätä aluetta kutsutaan laitteen väriavaruudeksi.
Tietyllä väriskaalalla on yleensä monikulmion muotoinen, jonka kulmat muodostuvat ensisijaisten tai ensisijaisten värien pisteistä. Sisäalue kuvaa kaikkia värejä, jotka tietty laite pystyy toistamaan.
Oikeanpuoleisessa kuvassa on erilaisten renderöintiapuvälineiden väriskaalat:
Värilliset mallit | ||
---|---|---|