11

Название диапазона		Длины волн, λ	Частоты, ν	Источники
Радиоволны	Сверхдлинные	более 10 км	менее 30 кГц	Атмосферные явления. Переменные токи в проводниках и электронных потоках (колебательные контуры).
	Длинные	10 км — 1 км	30 кГц — 300 кГц
	Средние	1 км — 100 м	300 кГц — 3 МГц
	Короткие	100 м — 10 м	3 МГц — 30 МГц
	Ультракороткие	10 м — 1 мм	30 МГц — 300 ГГц[4]
Инфракрасное излучение		1 мм — 780 нм	300 ГГц — 429 ТГц	Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях.
Видимое (оптическое) излучение		780—380 нм	429 ТГц — 750 ТГц
Ультрафиолетовое		380 — 10 нм	7,5×1014 Гц — 3×1016 Гц	Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов.
Рентгеновские		10 — 5×10−3 нм	3×1016 — 6×1019 Гц	Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц.
Гамма		менее 5×10−3 нм	более 6×1019 Гц	Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад.

Лю́мен (обозначение: лм, lm) — единица измерения светового потока в СИ.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд × ср). Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.

Световой поток типовых источников

Тип	Световой поток (люмен)	лм/ватт
Лампа накаливания 40 Вт	415—460[1]	10
Лампа накаливания 60 Вт	790—830[1]	13
Лампа накаливания 100 Вт	1550—1630[1]	15
Газоразрядная лампа 35 Вт ("автомобильный ксенон")	3000—3100	93
Светодиод Cree XP-G 1 Вт	139-142[2]	139-142
Cветодиод P7 SSC 10 Вт	около 700	70
Cветодиод CreeMC-E 10 Вт	около 770	77
Люминесцентная лампа 40 Вт	2480	62
Солнце	3,8 × 1028[3]

Законы Грассмана

В середине прошлого века немецкий ученый Герман Грассман сформулировал три закона аддитивного синтеза цвета.

Первый закон (трехмерности)

Любой цвет однозначно выражается тремя, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в том, что ни один из этих трех цветов нельзя получить сложением двух остальных.

Второй закон (непрерывности)

При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.

Третий закон (аддитивности)

Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, а не от спектрального состава. Следствием является аддитивность цветовых уравнений: если цвета смешиваемых излучений описаны цветовыми уравнениями, то цвет смеси выражается суммой цветовых уравнений.

Схематическое изображение цветового куба RGB

RGB – аддитивная модель. Каждую точку (цвет) C() внутри единичного куба можно представить взвешенной векторной суммой основных цветов, используя единичные векторы R, G и B:

C() = (R, G, B) = R R + G G + B B,

где параметры R, G и B принимают значения из диапазона [0, 1].

Три функции подбора цветов для основных цветов rgb

1 .

Цвета в окрестности 500 нм можно подобрать, только «вычитая» некоторую долю красного света из комбинации синего и зеленого.

2 .

3. Для того, чтобы смешиванием компонент R, G и B получить белый цвет, яркости соответствующих источников не должны быть равны друг другу, а находиться в пропорции:

LR : LG : LB = 1 : 4.5907 : 0.0601

Монохроматические излучения: красный R (l=700 нм, легко выделяемый красным светофильтром из спектра лампы накаливания); зеленый G (l=546,1 нм - линия е в спектре ртутной лампы); синий В (l=435,8 нм - линия g в спектре ртутной лампы).

Три функции выравнивания цветов для отображения спектральных частот из диапазона примерно от 400 до 700 нм

В трехмерном пространстве цветов XYZ любой цвет C() представляется как

C() = (X, Y, Z),

где X, Y и Z вычисляются из функций подбора цвета (рис. 1.2):

X = k _{visible } f_X­­ () I() d;

Y = k _{visible } f_Y () I() d;

Z = k _{visible } f_Z () I() d.

Параметр k в этих формулах равен 683 люмен/ватт, где люмен – единица измерения излучения в единичный телесный угол для «стандартного» точечного источника света. Функция I() представляет спектральное излучение (избирательная интенсивность света в определенном направлении), а функция подбора цветов f_Y выбирается так, чтобы параметр Y был равен яркости этого цвета.

Величины X, Y, Z удобно нормировать на сумму X + Y + Z, представляющую общую лучистую энергию. Тогда нормированные величины можно вычислить следующим образом:

.

Поскольку x + y + z = 1, любой цвет можно представить, используя только величины x и y. Кроме того, мы нормировали набор параметров на общую энергию, так что параметры x и y зависят теперь только от оттенка и чистоты, поэтому они часто называются координатами цветности. Однако сами по себе значения x и y не позволяют полностью описать все свойства цвета. Полное описание цвета обычно дается с помощью трех значений: x, y и светимости (яркости) Y. Оставшиеся величины МКО вычисляются как

,

где z = 1 – x – y. С помощью координат цветности (x, y) на двухмерной диаграмме можно представить все цвета.

Формулы преобразования цветовых координат RGB в XYZ:

X = 0,431 R + 0,342 G + 0,178 B;

Y = 0,222 R + 0,707 G + 0,071 B;

Z = 0,020 R + 0,130 G + 0,939 B.

Формулы преобразования цветовых координат XYZ в RGB:

R = 3,242 X – 1,538 Y – 0,499 Z;

G = –0,970 X + 1,876 Y + 0,042 Z;

B = 0,056 X – 0,204 Y + 1,057 Z.

Е сли пиксель в модели RGB имеет чистый красный цвет (100% R, 0% G, 0% В), то в модели CMYK он должен иметь равные значения пурпурного и желтого цветов (0% С» 100% М, 100% Y, 0% К).

Важно то, что вместо сплошных цветных областей про­грамма цветоделения создает растры из отдельных точек (рис. 2.8), причем эти точечные растры слегка повернуты друг относительно друга так, чтобы точки разных цветов не накладывались одна поверх другой, а располагались рядом.

Рис. 2.В Точечные растры для четырехцветной печати

CMYK-цвета

Маленькие точки различных цветов, близко расположен­ные друг к другу, кажутся сливающимися вместе. Именно так наши глаза воспринимают результирующий цвет.

В моделях RGB и CMYK различна природа получения цветов. Поэтому цвет, который мы видим на мониторе, до­статочно трудно точно повторить при печати. Обычно на эк­ране цвет выглядит несколько ярче по сравнению с тем же самым цветом, выведенным на печать.

Цветовым охватом называется все множество цветов, ко­торые могут быть созданы в цветовой модели. Самый широ­кий цветовой охват — натуральный — включает все разли­чимые глазом цвета. По сравнению с ним цветовой охват RGB несколько меньше, а охват CMYK — еще меньше, чем RGB. На рис. 2.9 схематически показан весь видимый спектр цветов, а также цветовой охват RGB и CMYK.

Важно понимать, что количество цветов, которое может быть воспроизведено при печати, намного меньше того, что может быть создано на экране монитора. Поэтому в некото­рых графических редакторах предусмотрены предупрежда­ющие указатели, появляющиеся в том случае, если цвет, со­зданный в модели RGB, выходит за рамки цветового охвата CMYK.

Цветовая модель HSI, HSB и другие.

Цветовая схема RGB идеально приспособлена для аппаратной реализации. Кроме того, она удачно согласована со зрительной системой человека в том смысле, что человеческий глаз восприимчив к красному, зеленому и синему – первичным основным цветам. К сожалению, система RGB плохо приспособлена для описания цветов таким образом, как это свойственно человеку.

Глядя на окрашенный объект, человек описывает его с помощью цвета (цветового тона), насыщенности и светлоты /2/. Цветовой тон является характеристикой, которая описывает собственно цвет, тогда как насыщенность дает меру того, в какой степени некоторый чистый цвет разбавлен белым. Светлота является субъективной характеристикой, которая практически не подается измерению. Она соответствует понятию интенсивности (полутоновой яркости) в ахроматическом случае и является одним из ключевых параметров для описания цветового восприятия. Интенсивность – основная характеристика монохромных (полутоновых) изображений. Эта величина может быть измерена и легко поддается интерпретации. В модели, которая носит название цветовая модель HSI (Hue – цветовой тон, Saturation – насыщенность, Intensity – интенсивность), яркостная информация отделена от цветовой (рис. 1.4). В результате модель HSI представляет собой идеальное средство для построения алгоритмов обработки изображений, поскольку в ее основе лежит естественное и интуитивно близкое разрабатывающему алгоритмы человеку описание цвета.

Цветовая модель HSI

Рис. 1.4

Hue — цветовой тон, (например, красный, зелёный или сине-голубой). Варьируется в пределах 0—360°, однако иногда приводится к диапазону 0—100 или 0—1.

Saturation — насыщенность. Варьируется в пределах 0—100 или 0—1. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. А чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому.

Value (значение цвета) или Brightness — яркость. Также задаётся в пределах 0—100 и 0—1.

Модель была создана Элви Реем Смитом, одним из основателей Pixar, в 1978 году.

Пусть RGB-координаты нормированы так, что их значения лежат в диапазоне [0, 1], HSI-координаты – так, что H  [0, 360], S  [0, 1], I  [0, 1]. Тогда формулы преобразования цветов из RGB в систему HSI имеют следующий вид:

где ;

;

.

Для преобразования цветов из HSI в RGB в зависимости от значения H необходимо использовать различные формулы:

Если H  [0, 120),

B = I (1 – S);

;

G = 3I – (R + B).

Если H  [120, 240),

H = H – 120;

R = I (1 – S);

;

B = 3I – (R + G).

Если H  [240, 360],

H = H – 240;

G = I (1 – S);

;

R = 3I – (G + B).