CIE XYZ и Стандартный Наблюдатель

Главное цветовое пространство CIE — это пространство CIE XYZ. Оно построено на основе зрительных возможностей так называемого Стандартного Наблюдателя, то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе проведенных комитетом CIE длительных исследований человеческого зрения.

Комитет CIE провел множество экспериментов с огромным количеством людей, предлагая им сравнивать различные цвета, а затем с помощью совокупных данных этих экспериментов построил так называемые функции соответствия цветов (color-matching functions) и универсальное цветовое пространство (universal color space), в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для среднестатистического человека. Функции соответствия цветов — это значения каждой первичной составляющей света — красной, зеленой и синей, которые должны присутствовать, чтобы человек со средним зрением мог воспринимать все цвета видимого спектра. Этим трем первичным составляющим были поставлены в соответствие координаты X, Y и Z.

По этим значениям X, Y и Z комитет CIE построил Диаграмму Цветности xyY (xyY Chromaticity Diagram) и определил видимый спектр как трехмерное цветовое пространство. Оси этого цветового пространства аналогичны цветовому пространству HSL. Однако пространство xyY нельзя описать как цилиндрическое или сферическое. Комитет CIE обнаружил, что человеческий глаз воспринимает цвета неодинаково и, следовательно, цветовое пространство, отображающее диапазон нашего зрения, имеет несколько перекошенную форму.

xy-диаграмма цветности имеет “естественные” очертания, поскольку в диапазоне между пурпурными и красными тонами мы более чувствительны к небольшим измененям цвета, чем в диапазоне между зелеными и желтыми тонами. Можно заметить, что левая часть диаграммы в желтой и зеленой областях имеет более “вытянутую” форму, а в белой, красной и пурпурной зонах она более плотная.

Представленная на иллюстрации xy-диаграмма наглядно показывает, что цветовые пространства RGB-монитора и CMYK-принтера существенно ограничены. Чтобы перейти к дальнейшим рассуждениям, необходимо также подчеркнуть, что показанные здесь гаммы RGB и CMYK не являются стандартными. Их описания будут меняться при переходе от одного конкретного устройства к другому, а гамма XYZ не зависит от устройства, то есть является повторяемым стандартом.

CIE L*a*b*

Конечной целью комитета CIE была разработка повторяемой системы стандартов цветопередачи для производителей красок, чернил, пигментов и других красителей. Самая важная функция этих стандартов — предоставить универсальную схему, в рамках которой можно было бы устанавливать соответствие цветов. В основу этой схемы легли Стандартный Наблюдатель и цветовое пространство XYZ; однако несбалансированная природа пространства XYZ (как показано на диаграмме цветности xyY) сделала эти стандарты трудными для четкой адресации.

В результате CIE разработал более однородные цветовые шкалы — CIE L*a*b* и CIE L*u*v. Из этих двух моделей более широко применяется модель CIE L*a*b*. Хорошо сбалансированная структура цветового пространства L*a*b* основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов “красный/зеленый” и “желтый/синий” можно воспользоваться одними и теми же значениями.

Когда цвет представляется в пространстве CIE L*a*b*, величина L* обозначает светлоту, a* — величину красной/зеленой составляющей, а b* — величину желтой/синей составляющей. Это цветовое пространство во многом напоминает трехмерные цветовые пространства — такие как HSL.

CIE L*C*H°

Цветовая модель L*a*b* использует прямоугольные координаты на базе двух перпендикулярных осей: желтый-синий и зеленый-красный. Цветовая модель CIE L*C*H° использует то же самое XYZ-пространство, что и L*a*b*, но здесь используются цилиндрические координаты Светлота (Lightness), Насыщенность (Chroma) и угол поворота Цветовой тон (Hue). Эти координаты подобны координатам модели HSL (Hue, Saturation, Lightness — Цветовой тон, Насыщенность, Светлота). Атрибуты обеих цветовых моделей — и L*a*b* и L*C*H° — можно получить путем замера спектральных данных цвета и прямого преобразования XYZ-значений или непосредственно из колориметрических XYZ-значений. Когда набор числовых значений будет спроецирован на каждое из измерений, мы можем точно определить конкретное положение цвета в цветовом пространстве L*a*b*. Приведенная ниже диаграмма показывает соотношение координат L*a*b* и L*C*H° в цветовом пространстве L*a*b*. Позднее мы вернемся к этим цветовым пространствам, когда будем обсуждать пределы допустимости и способы контроля цвета.

Эти трехмерные пространства дают нам логическую схему, внутри которой можно вычислять соотношения между двумя или несколькими цветами. “Расстояние” между двумя цветами в этих пространствах показывает их “меру близости” друг другу.

Как вы помните, цветовая гамма наблюдателя — это не единственный составной элемент цвета, изменяющийся в зависимости от конкретной просмотровой ситуации. На внешний вид цвета также влияют условия освещения. При описании цвета посредством трехмерных данных мы должны также описывать спектральный состав источника света. Но каким источником мы пользуемся? Комитет CIE и в этом случае попытался ввести стандартные источники света.