Цветовая модель rgb.

В модели RGB основными цветами являются красный, зеленый и синий. Данная модель используется в основном при отображении графических изображений на экране монитора, телевизора, сотового телефона и т. д. Смешением трех основных цветов синтезируются все остальные цвета, их условные яркости (интенсивности) задаются вещественными числами от 0 до 1 (значение 1 соответствует максимальной яркости соответствующего цвета, которую может изобразить графическое устройство). Модель RGB определяет пространство цветов в виде единичного куба с осями «яркость красной компоненты», «яркость зеленой компоненты» и «яркость синей компоненты».

Характерные особенности RGB-модели

• Любая точка куба (r, g, b) определяет некоторый цвет.

• Точка (0, 0, 0) соответствует черному цвету, точка (1, 1, 1) — белому, а линия (0, 0, 0) - (1, 1, 1) описывает все градации серого цвета: от черного до белого.

• При движении по прямой от (0, 0, 0) через точку (r, g, b) получаем все градации яркости цвета (r, g, b), от самой темной до самой яркой. Например, (1/4, 1/4, 0) — темно- коричневый цвет, (1/2, 1/2, 0) — коричневый, (3/4, 3/4, 0) — желто-коричневый, (1, 1, 0) — желтый.

• На гранях куба {r = 0}, {g = 0} и {b = 0} расположены самые насыщенные цвета.

• Чем ближе точка к главной диагонали (0, 0, 0)-(1, 1, 1), тем менее насыщен соответствующий цвет.

У цветовой модели RGB есть физиологическое обоснование. Человеческий глаз содержит четыре типа зрительных рецепторов: «палочки» (рецепторы интенсивности) и

три типа «колбочек» (рецепторы цветовых оттенков). Колбочки каждого типа чувствительны к свету в своем узком диапазоне длин волн, для колбочек разных типов максимумы чувствительности приходятся на разные длины волн, диапазоны чувствительности частично перекрываются:

Тип колбочек	Диапазон длин волн	Максимум чувствительности
Красные	от 760 до 550 нм	-610 нм
Зеленые	от 650 до 450 нм	-550 нм
Синие	от 550 до 380 нм	-450 нм
Общий спектр видимого света	от 760 до 380 нм	555 нм (дневное зрение) 510 нм (ночное зрение)

Именно благодаря неравномерной спектральной чувствительности и перекрытию диапазонов чувствительности человеческий глаз способен различать огромное количество цветов (около 10 млн).

Если направить в глаз составной световой сигнал с правильно подобранным соотношением яркостей красного, зеленого и синего цветов, то зрительные центры мозга не смогут отличить подмену и сделают вывод, что наблюдается нужный цвет! Такой механизм синтеза цветовых оттенков используется во всех современных типах цветных мониторов, телевизоров, дисплеев сотовых телефонов.

Чтобы использовать математическую RGB-модель для реального компьютерного представления графической информации, необходимо произвести квантование цветового пространства, т. е. найти способ представлять вещественные значения яркостей цветовых компонент в дискретной форме

Наиболее простой способ добиться этого — перевести вещественные числа из интервала [0; 1) в интервал целых чисел от 0 до N - 1 путем умножения на целое число N, с последующим округлением. Фактически, интервал [0; 1) разбивается на N равных подинтервалов вида

Разбиению на подинтервалы подвергают каждую из цветовых осей. Количество подинтервалов на «красной», «зеленой» и «синей» осях (N_r, N_g , N_b) может быть различным, но чаще принимается, что N_r = N_g = N_b = N.

После квантования каждый цвет представляется триадой целых неотрицательных чисел (k_r, k_g, k_b), 0 <= k_i < N_i Числа N_i обычно выбирают равными степени двойки , а величину М, равную сумме m_r + m_g + т_b, называют глубиной цвета или глубиной цветности.

Ниже приведена таблица наиболее распространенных видеорежимов с указанием количества отображаемых цветов

Видеорежим	Глубина цвета	Количество отображаемых цветов
256 цветов	8	28 = 256
High Color	16	216 = 65 536
True Color	24	224= 16 777 216

Пример. В современных компьютерах в видеорежиме TrueColor на хранение информации об одной цветовой компоненте используется 1 байт, для сохранения цвета точки — 3 байта: т_r = т_g = т_b = 8, N_r = N_g = N_b = 2⁸ = 256, N_r × N_g × N_b =2⁸⁺⁸⁺⁸ = 16777216.

Глубины цветности 24 бита для мониторов вполне достаточно, чтобы создать видимость непрерывности шкалы цветовых оттенков. Особенности человеческого зрения таковы, что если на экране монитора изобразить две фигуры, цвета которых при глубине цвета 24 бита отличаются не более чем на 1 в каждой цветовой компоненте, то человек не сможет заметить разницу.

В таблице для стандарта TrueColor приведены двоичные значения уровней интенсивности некоторых цветов:

Название цвета	Интенсивность основных цветов
	Красный	Зеленый	Синий
черный	00000000	00000000	00000000
красный	11111111	00000000	00000000
зеленый	00000000	11111111	00000000
синий	00000000	00000000	11111111
голубой	00000000	11111111	11111111
пурпурный	11111111	00000000	11111111
желтый	11111111	11111111	00000000
белый	11111111	11111111	11111111

Пример. В видеорежиме HighColor цвет каждой точки кодируется 16 битами. На глубину красного и синего цвета отводится 5 бит, на глубину зеленого — 6 бит: m_r = m_b = 5, m_g = 6. Следовательно, шкала яркостей зеленого цвета содержит в два раза больше уровней, чем шкалы яркостей красного и синего цветов. Для экономии памяти биты цветовых компонент каждой точки записывают в два байта вместо трех.

Задача. Подсчитайте объем памяти, требуемый для сохранения изображения всего экрана для видеорежима с размером экрана 1024 х 768 пикселей и с глубиной цвета 24 бита.

Решение. Экран монитора представляет собой прямоугольный растр, поэтому суммарное количество пикселей равно 1024 × 768 = 786 432 пикселей. Для видеорежима с глубиной цвета 24 бита требуется 3 байта на каждый пиксель, так что общий объем требуемой памяти составит 1024 × 768 × 3 = 2 359 296 байт = = 2,25 Мбайт.

Для непосредственной цифровой записи 1 секунды цветного видеоизображения без звука (25 кадров размером 1024 × 768 пикселей) потребуется примерно 60 Мб (25 × 1024 × 768 × 3 = 58 982 400 байт). Для записи двухчасового фильма необходимо около 400 Гб.