Цветовая модель hsb.

Цветовая модель HSB (Hue-Saturation-Brightness) описывает цветовое пространство через такие характеристики цвета, как цветовой оттенок, насыщенность и яркость.

Определение 11. Чистый цветовой тон — один из цветов спектрального разложения света. Цветовой оттенок — смесь чистого цветового тона с серым цветом. Насыщенность цвета, или степень чистоты цвета — доля чистого тона в цветовой смеси (чем больше серого, тем меньше насыщенность). Яркость характеризуется общей светлостью смешиваемых цветов (чем больше черного, тем меньше яркость).

В модели HSB цвет описывается тройкой чисел {цветовой оттенок, яркость, насыщенность}. Рассмотрим ряд цветов: красный, темно-красный, красновато-черный, алый, розовый, бледно-розовый. В модели HSB эти цвета — производные от красного цвета и отличаются друг от друга только яркостью и насыщенностью красного оттенка. Такое описание цвета (в отличие от моделей RGB и CMYK) очень точно передает субъективное восприятие цвета человеком, а не технические особенности воспроизведения цветов. Подобные описания широко используются во всех областях искусства и производства, где приходится иметь дело с цветом.

Пространство цветов модели HSB имеет форму вложенных концентрических конусов с общей вершиной и общей осью симметрии. Цвета с одинаковой насыщенностью расположены на конической поверхности с определенным углом при основании. Цвета с одинаковой яркостью расположены по кругу — сечению объемного конуса плоскостью, перпендикулярной его оси. При этом вершина конуса соответствует черному цвету. Цвета с одинаковым оттенком расположены в полуплоскости, проходящей через ось симметрии конуса.

Таким образом, пространство HSB организовано следующим образом (рис. Цветовое пространство модели HSB):

• ось конуса — это ось яркости;

• ось цветовых оттенков — окружность в основании конуса;

• насыщенность цвета определяется как угол между осью симметрии конуса и лучом, проходящим через вершину конуса и заданную точку.

желтый

красный

пурпурный

фиолетовый

Ось цветовых

оттенков

насыщенность

черный

рис. Цветовое пространство модели HSB

Ось цветовых оттенков строится следующим образом: цвета спектра, от красного до фиолетового, и оттенки фиолетово-красного (которых нет в спектре) размещаются на окружности. Точку, соответствующую чистому красному цвету, принимают за ноль на круговой шкале цветовых оттенков. Все величины измеряют либо в градусах (0°-360°), либо в условных единицах от 0 до 1. На оси конуса расположены оттенки серого цвета. Чем ближе к краю конуса, тем насыщеннее цвета. Так красный - 0°, желтый - 60°, зеленый - 120°, голубой - 180°, синий - 240°, пурпурный - 300°.

Чтобы использовать математическую модель HSB для компьютерного представления графической информации, надо, как и для моделей RGB и CMYK, провести квантование цветового пространства, т. е. непрерывно изменяемые значения компонент цвета представить в дискретной форме. В ОС Windows каждая из HSB - характеристик описывается одним байтом, т. е. шкала значений разделена на 256 уровней.

Вопрос. Для чего к цветовым оттенкам на цветовой шкале были добавлены оттенки фиолетово-красного цвета?

Ответ. Проходя сквозь призму или дифракционную решетку, световые лучи с различными длинами волн отклоняются на разные углы: призмы и дифракционные решетки осуществляют пространственное разделение света. Если за призмой поставить белый экран, то преломленный в призме луч белого света создаст на экране разноцветную полосу — спектр. Каждый цвет спектра является монохромным (как излучение лазера) — он создается лучами определенной длины волны. В спектре присутствуют цветовые оттенки от красного до фиолетового, но нет промежуточных оттенков фиолетово-красного, так что спектральные цвета нельзя «замкнуть» в непрерывную круговую ось. Однако в природе такие цвета есть, например малиновый, пурпурный и т. д. (но они имеют принципиально составной характер). Разомкнутость спектральной цветовой оси была досадной помехой на пути создания математической модели, поэтому ученые просто добавили в цветовую шкалу мнимые «чистые оттенки» фиолетово-красного и тем самым замкнули ее. Масштаб на цветовой оси был выбран так, чтобы субъективно наиболее контрастные цвета оказались расположены друг напротив друга на цветовом круге.

Все три рассмотренные цветовые модели (RGB, CMYK, HSB) описывают одно и то же реально существующее цветовое пространство. Их взаимный анализ позволяет отметить следующее:

• в цветовом пространстве модели HSB очень хорошо видна связь между моделями RGB и CMYK: на цветовом круге основные цвета одной модели расположены точно напротив основных цветов другой модели;

• кроме того, если на цветовом круге отметить точками основные цвета RGB-модели, то они образуют равносторонний треугольник, то же самое можно сказать и относительно модели CMYK;

• цвета модели HSB, которые не попадают в этот треугольник, в RGB-модели будут непредставимы. То же самое можно сказать и относительно модели CMYK.

Модель HSB позволяет представить (закодировать) практически все цвета, воспринимаемые человеком. Модели RGB и CMYK описывают возможности компьютерных устройств по воспроизведению цвета. И оказывается, что некоторые цвета в принципе не могут быть воспроизведены на компьютере.

Вопрос. С какой целью основные цвета RGB-модели расположены на цветовой оси модели HSB так, что они образуют равносторонний треугольник?

Ответ. Равносторонний треугольник имеет наибольшую площадь среди всех треугольников, вписанных в заданную окружность (почему?), т. е. при таком выборе основных цветов количество воспроизводимых цветов при переходе от модели HSB к модели RGB будет максимальным.

Вопросы и задания.

1. Будем считать, что каждый пиксель черно-белого изображения кодируется 1, если он окрашен, и 0 — в противном случае. Декодируйте черно-белое изображение, оцифрованное следующим образом (каждая строка изображения закодирована здесь четырехзначным шестнадцатеричным числом):

а) 0070 00FC 00F7 00FF 8078 С060 С070 FFF8 FFB8 FF38 8Е78 E0F0 7FE0;

б) 0100 0180 01С0 01Е0 01F0 01F8 01FC 01FE 0180 0180 7FFE 3FFC 1FF8 0FF0.

2. Рассчитайте объем видеопамяти, необходимой для хранения графического изображения, занимающего весь экран монитора с разрешением 640 × 480 и количеством отображаемых цветов, равным 65 536.

3. Подсчитайте объем информации, передаваемой от видеоадаптера к монитору в видеорежиме 1024 × 768 пикселей с глубиной цвета 24 бита и частотой обновления экрана 85 Гц.

4. Вы хотите работать с разрешением 1600 × 1200 пикселей, используя 16777216 цветов. В магазине продаются видео­карты с памятью 512 Кбайт, 2 Мбайта, 4 Мбайта и 64 Мбайта. Какие из них можно купить для вашей работы?

5. Зачем нужны видеокарты с размером видеопамяти 128 Мб и более?

6. При печати цветного изображения на бумаге используется модель CMYK. Голубой цвет является дополнительным к красному (поглощает его на бумаге). Синий цвет поглощается желтым, а зеленый — пурпурным. Черный цвет получается, если нанести на бумагу все три поглощающих цвета. Сказанное выше занесено в три строки таблицы. Заполните остальные строки последнего столбца таблицы.