База знаний BenQ

Как мы определяем «точный» цвет?

2018/01/15

Как мы определяем «точный» цвет? Как можно измерить цвет «точно»? Прежде чем погрузиться в эту тему, давайте немного поговорим о том, почему измерение цвета важно для фотографов, дизайнеров, специалистов в области графики, людей, занятых в текстильной промышленности, и др.

Когда мы описываем какой-либо цвет, обычно мы упоминаем объект, окрашенный в этот цвет. Например, чтобы описать «красный» цвет люди обычно приводят в пример «яблоко». Но о каком именно яблоке мы говорим? Мы думаем об одном и том же яблоке? Посмотрите на Рис. 1: здесь представлено как минимум семь различных оттенков «красного» на разных яблоках. Не говоря уже о последнем — оно вообще не красное! Поэтому возможны несоответствия, когда мы используем объекты для описания цветов. А нам необходимо минимизировать эти несоответствия в процессе общения.

Рис. 1: Различные сорта яблок

Для выражения точных измерений люди предпочитают использовать числа. Например, мы используем числа для описания длины, веса и т. д. Поэтому нам необходима возможность выражать цвета в числовой форме, чтобы мы могли сказать, что цвет А и цвет Б — одинаковые, потому что имеют одинаковые числовые значения. Еще в 1913 г., Международная комиссия по освещению (CIE) определила цветовые координаты (значения XYZ) для числового представления цветов, воспринимаемых человеческим зрением. Значения XYZ рассчитываются путем умножения следующих трех показателей: спектрального распределения излучения источника света, отражательной способности объекта и функций стандартного наблюдателя, описывающих характеристики зрительной системы человека. Таким образом, если цвет А и цвет Б имеют одинаковые значения XYZ, мы можем утверждать, что цвет А и цвет Б — одинаковые.

Рис. 2: Формула расчета значений XYZ

Другое преимущество числового выражения цветов заключается в том, что мы можем легко отобразить цвета в виде графика с системой координат. Так формируется цветовое пространство. На Рис. 3 изображен разработанный CIE в 1931 г. график цветности XY, на котором представлены все цвета, доступные человеческому зрению. Тем не менее, этот график не совсем точно отображает чувствительность зрительной системы человека. Для примера возьмем синий и зеленый цвета. Человек очень чувствителен к синему цвету и менее чувствителен к зеленому: если добавить немного больше красного цвета, мы воспримем цвет как фиолетовый, а если немного зеленого, то как голубой. Этот феномен не отражен на Рис. 3: график цветности XY CIE 1931 г. Как следствие, в 1976 г. был предложен график цветности UV, учитывающий чувствительность зрительной системы человека.

Рис. 3: График цветности XY CIE 1931 г.

Рис. 4: График цветности UV CIE 1976 г.

Итак, мы определили систему для выражения цветов в числовой форме.

Следующий вопрос: как мы измеряем цвета?

Для измерения длины мы можем использовать линейку, для измерения веса — весы. При измерении цветов сначала необходимо измерить свет. Измерить свет не так просто, как длину или вес, но существуют инструменты, которые могут помочь в этом. Например, можно воспользоваться спектрорадиометром для измерения спектрального распределения излучения света.

Однако такие инструменты громоздки и дорого стоят, поэтому их трудно взять с собой. Поэтому был разработан более простой прибор, называемый «колориметр». Колориметр измеряет свет, пропускаемый через набор фильтров XYZ. Измерение осуществляется быстрее, чем при помощи спектрорадиометра, но с меньшей точностью.

*Фильтры XYZ: Оптические фильтры, имитирующие оптические характеристики значений XYZ (координаты цвета), выраженные в коэффициенте пропускания для определенной длины волны.

Как уже упоминалось ранее, одинаковые числовые значения XYZ означают, что цвета выглядят одинаково. Но бывают случаи, когда при разных значениях XYZ цвета все же выглядят очень похожими. Например, для яркого света в ярком помещении и более тусклого света в затемненном помещении измеряемые значения XYZ будут разными (из-за разной интенсивности света), но цвета света мы все же воспринимаем одинаково. Это происходит из-за адаптивности нашей зрительной системы. Другой случай — сравнение цветов на разных носителях. Например, на мониторе и на бумаге. Следовательно, нам нужна другая система измерения, учитывающая феномен адаптации. В целях такого «упорядочения» цветов было разработано и предложено цветовое пространство L*a*b* (см. Рис. 5). В рамках этого пространства самому яркому уровню света в кадре или на носителе (например, бумаге) присваивается значение 100, а все остальные цвета в кадре или на носителе упорядочиваются относительно самого яркого света. Как следствие, мы теперь можем сравнивать свет разной интенсивности или цвета на разных носителях.

Рис. 5: Цветовое пространство L*a*b*

Когда мы смотрим на два похожих, но немного различающихся цвета, мы задаемся вопросом, насколько близки эти цвета? Не зная числовых значений этих цветов, мы можем сказать, что они близки. Но насколько? И что значит «близки» с учетом того, что разные люди воспринимают цвета по-разному. Используя цветовые пространства XYZ или L*a*b*, можно вычислить разницу между цветами. Вычислив расстояние между двумя цветами в определенном цветовом пространстве (обычно используется цветовое пространство L*a*b*), мы получим значение отличия. Это значение отличия называется «цветовой разницей». Для обозначения цветовой разницы используется Delta E*.

Самая простая версия формулы цветовой разницы называется Delta E* 76 (Delta E*ab).

В текстильной и полиграфической промышленности используется более сложная формула. Она была предложена в 1994 г. и потому называется Delta E* 94.

В 2000 г. ученые разработали новую версию формулы расчета цветовой разницы, точнее отражающую восприятие зрительной системы человека. Он называется Delta E* 2000 (Delta E* 00). Большой объем проведенных научных исследований позволил добиться высокой корреляции между расчетными значениями и человеческим восприятием. Поэтому Delta E*00 стала международным стандартом и рекомендована для использования во всех научно-исследовательских работах.

Как видно из приведенных выше формул, необходимы два набора значений L*a*b*. Чтобы установить точность определенного цвета, потребуется набор измеренных значений L*a*b* и набор заданных значений L*a*b*. Измеренные значения мы можем получить при помощи приборов, упомянутых ранее, но где взять «заданные» или «стандартные» значения? «Заданные» или «стандартные» значения можно взять из стандартных таблиц (Рис. 6). Для всех цветов, представленных в этих таблицах, указаны заданные значения L*a*b*. Значения для этих таблиц устанавливаются очень тщательно, чтобы не превысить допустимое отклонение. Поскольку значения в этих таблицах не меняются, их можно использовать для сравнения.

Для определения точности цвета часто используются значения, рассчитанные по формуле Delta E*00. Delta E*00 < 1,00 означает, что два цвета, расположенные рядом, неразличимы для экспертов. При Delta E*00 < 3,00 цвета неразличимы для обычного человека. (Под экспертами подразумеваются специалисты в области цветоведения или опытные фотографы, дизайнеры, специалисты в области графики и т. п.)

Итак, мы узнали, как использовать числа для определения цветов и зачем это нужно. Мы также установили различия между цветовыми пространствами, такими как XYZ и L*a*b*. И, наконец, мы познакомились с методами измерения цвета и определения цветовой разницы. Используя значения дельта Е*00, мы можем установить точность цвета.

Рис. 6-1: Таблица Classic ColorChecker от X-rite

Рис. 6-2: Таблица Digital ColorChecker SG от X-rite

TOP