रंग स्थानों के बारे में

मैं शिक्षा द्वारा एक प्रोग्रामर हूं, लेकिन काम पर मुझे छवि प्रसंस्करण से निपटना पड़ा। और फिर रंग स्थानों की एक अद्भुत और बेरोज़गार दुनिया मेरे लिए खुल गई। मुझे नहीं लगता कि डिजाइनर और फ़ोटोग्राफ़र अपने लिए कुछ नया सीखेंगे, लेकिन शायद यह ज्ञान कम से कम किसी के लिए उपयोगी होगा, और सबसे दिलचस्प होगा।

रंग मॉडल का मुख्य कार्य एक एकीकृत तरीके से रंगों को सेट करना संभव बनाना है। वास्तव में, रंग मॉडल विशिष्ट समन्वय प्रणालियों को परिभाषित करते हैं जो आपको विशिष्ट रूप से रंग निर्धारित करने की अनुमति देते हैं।

आज सबसे लोकप्रिय निम्नलिखित रंग मॉडल हैं: आरजीबी (मुख्य रूप से मॉनिटर और कैमरों में उपयोग किया जाता है), सीएमवाई (के) (मुद्रण में उपयोग किया जाता है), एचएसआई (व्यापक रूप से मशीन दृष्टि और डिजाइन में उपयोग किया जाता है)। कई अन्य मॉडल हैं। उदाहरण के लिए, CIE XYZ (मानक मॉडल), YCbCr, आदि। निम्नलिखित इन रंग मॉडल का एक संक्षिप्त अवलोकन है।

आरजीबी रंग घन

ग्रासमैन के कानून से, एक योजक (यानी सीधे उत्सर्जित वस्तुओं से रंगों के मिश्रण पर आधारित) का विचार रंग प्रजनन मॉडल उत्पन्न होता है। पहली बार, ऐसा मॉडल 1861 में जेम्स मैक्सवेल द्वारा प्रस्तावित किया गया था, लेकिन इसे बहुत बाद में सबसे बड़ा वितरण प्राप्त हुआ।

RGB मॉडल में (अंग्रेजी लाल से - लाल, हरा - हरा, नीला - नीला), सभी रंगों को विभिन्न अनुपातों में तीन मूल (लाल, हरा और नीला) रंगों को मिलाकर प्राप्त किया जाता है। अंतिम एक में प्रत्येक आधार रंग का हिस्सा संबंधित त्रि-आयामी अंतरिक्ष में एक समन्वय के रूप में माना जा सकता है, इसलिए इस मॉडल को अक्सर रंग घन कहा जाता है। अंजीर में। 1 एक रंग घन मॉडल दिखाता है।



सबसे अधिक बार, मॉडल बनाया गया है ताकि घन एकल हो। बेस रंगों से संबंधित बिंदु कुल्हाड़ियों पर झूठ बोलने वाले क्यूब के कोने पर स्थित हैं: लाल - (1; 0; 0), हरा - (0; 1; 0), नीला - (0; 0; 1)। इस मामले में, द्वितीयक रंग (दो बुनियादी मिश्रण करके प्राप्त) घन के अन्य कोने पर स्थित हैं: घन - (0; 1; 1), मैजेंटा - (1; 0; 1); और पीला - (1; 1; 0)। काले और सफेद रंग मूल (0; 0; 0) पर स्थित हैं और मूल (1 (1; 1) से सबसे दूर बिंदु पर हैं। अंजीर। घन के केवल कोने दिखाता है।



RGB मॉडल में रंगीन चित्र तीन अलग-अलग छवि चैनलों से निर्मित होते हैं। टैब में। रंगीन चैनलों में मूल छवि के अपघटन को दर्शाता है।



RGB मॉडल में, प्रत्येक रंग घटक के लिए बिट्स की एक निश्चित संख्या आवंटित की जाती है, उदाहरण के लिए, यदि प्रत्येक घटक के लिए 1 बाइट आवंटित किया जाता है, तो इस मॉडल का उपयोग करके 2 ^ (3 * 8) ≈16 मिलियन रंगों को एन्कोड किया जा सकता है। व्यवहार में, इस तरह की कोडिंग बेमानी है, क्योंकि अधिकांश लोग इतने सारे रंगों में अंतर करने में असमर्थ हैं। अक्सर तथाकथित तक सीमित उच्च रंग मोड जिसमें प्रत्येक घटक कोडिंग के लिए 5 बिट्स आवंटित किए जाते हैं। कुछ एप्लिकेशन 16-बिट मोड का उपयोग करते हैं जिसमें 5 बिट्स को R और B घटकों को एन्कोडिंग के लिए और 6 बिट्स को G घटक को एन्कोडिंग के लिए आवंटित किया जाता है। यह मोड, सबसे पहले, हरे रंग के प्रति एक व्यक्ति की उच्च संवेदनशीलता को ध्यान में रखता है, और दूसरी बात, यह कंप्यूटर वास्तुकला सुविधाओं के अधिक कुशल उपयोग की अनुमति देता है। एकल पिक्सेल को एन्कोडिंग के लिए आवंटित बिट्स की संख्या को रंग की गहराई कहा जाता है। टैब में। अलग-अलग रंग की गहराई के साथ एक ही छवि को एन्कोडिंग करने के उदाहरण दिए गए हैं।

घटाव CMY और CMYK मॉडल

घटिया मॉडल CMY (अंग्रेजी सियान - सियान, मैजेंटा - मैजेंटा, पीला - पीला) का उपयोग छवियों की हार्ड कॉपी (प्रिंट) प्राप्त करने के लिए किया जाता है, और किसी तरह से आरजीबी रंग घन का एंटीपोड है। यदि RGB मॉडल में बेस रंग प्रकाश स्रोतों के रंग हैं, तो CMY मॉडल रंग अवशोषण मॉडल है।

उदाहरण के लिए, एक पीले रंग की डाई के साथ लेपित कागज नीले प्रकाश को प्रतिबिंबित नहीं करता है, अर्थात। हम कह सकते हैं कि पीली डाई परावर्तित सफेद प्रकाश से नीले रंग को घटाती है। इसी तरह, एक नीली डाई परावर्तित प्रकाश से लाल घटती है, और एक बैंगनी रंग हरे रंग को घटाता है। इसीलिए इस मॉडल को सबट्रैक्टिव कहा जाता है। RGB मॉडल से CMY मॉडल में रूपांतरण एल्गोरिथ्म बहुत सरल है:



यह माना जाता है कि आरजीबी रंग रेंज [0; 1] में हैं। यह देखना आसान है कि सीएमवाई मॉडल में काले रंग को प्राप्त करने के लिए, समान अनुपात में सियान, मैजेन्टा और पीले को मिलाना आवश्यक है। इस विधि में दो गंभीर कमियां हैं: सबसे पहले, मिश्रण के परिणामस्वरूप प्राप्त काला "वास्तविक" काले रंग की तुलना में हल्का दिखाई देगा, और दूसरी बात, इससे महत्वपूर्ण डाई लागत होती है। इसलिए, व्यवहार में, सीएमवाई मॉडल को सीएमवाईके मॉडल में विस्तारित किया जाता है, तीन रंगों में काला जोड़ा जाता है।

रंग अंतरिक्ष रंग, संतृप्ति, तीव्रता (HSI)

पहले चर्चा की गई RGB और CMY (K) रंग मॉडल हार्डवेयर कार्यान्वयन के मामले में काफी सरल हैं, लेकिन उनमें एक महत्वपूर्ण दोष है। किसी व्यक्ति के लिए इन मॉडलों में निर्दिष्ट रंगों के साथ काम करना बहुत मुश्किल है, क्योंकि एक व्यक्ति, जब रंगों का वर्णन करता है, तो मूल घटकों के वर्णित रंग में सामग्री का उपयोग नहीं करता है, लेकिन थोड़ा अलग श्रेणियों में।

सबसे अधिक बार, लोग निम्नलिखित अवधारणाओं के साथ काम करते हैं: रंग टोन, संतृप्ति और लपट। इसी समय, रंग टोन के बारे में बात करते हुए, आमतौर पर उनका मतलब बिल्कुल रंग होता है। संतृप्ति इंगित करती है कि वर्णित रंग कितना सफेद (गुलाबी, उदाहरण के लिए, लाल और सफेद का मिश्रण है) से पतला है। लपट की अवधारणा का वर्णन करना सबसे कठिन है, और कुछ मान्यताओं के साथ, लपट को प्रकाश की तीव्रता के रूप में समझा जा सकता है।

यदि हम विकर्ण सफेद-काले रंग की दिशा में RGB घन के प्रक्षेपण पर विचार करते हैं, तो हमें एक षट्भुज मिलता है:



सभी ग्रे रंगों (क्यूब के विकर्ण पर झूठ) को फिर केंद्र बिंदु पर प्रक्षेपित किया जाता है। RGB मॉडल में उपलब्ध सभी रंगों को एनकोड करने के लिए इस मॉडल का उपयोग करने के लिए, आपको लपट (या तीव्रता) (I) के ऊर्ध्वाधर अक्ष को जोड़ने की आवश्यकता है। परिणाम एक हेक्सागोनल शंकु है:



इस मामले में, टोन (एच) लाल रंग की धुरी के सापेक्ष कोण द्वारा निर्धारित किया जाता है, संतृप्ति (एस) रंग की शुद्धता की विशेषता है (1 का मतलब बिल्कुल शुद्ध रंग है, और 0 ग्रे की छाया से मेल खाती है)। यह समझना महत्वपूर्ण है कि ह्यू और संतृप्ति को शून्य तीव्रता पर परिभाषित नहीं किया गया है।



आरजीबी से एचएसआई में रूपांतरण एल्गोरिथ्म निम्नलिखित सूत्रों का उपयोग करके किया जा सकता है:



एचएसआई रंग मॉडल डिजाइनरों और कलाकारों के बीच बहुत लोकप्रिय है, जैसा कि यह प्रणाली टोन, संतृप्ति और चमक का प्रत्यक्ष नियंत्रण प्रदान करती है। समान गुण इस मॉडल को मशीन विजन सिस्टम में बहुत लोकप्रिय बनाते हैं। टैब में। बढ़ती और घटती तीव्रता के साथ छवि में परिवर्तन दिखाता है, टोन (रोटेशन ± 50 ° किया जाता है) और संतृप्ति।

मॉडल CIE XYZ

एकजुट करने के लिए, एक अंतरराष्ट्रीय मानक रंग मॉडल विकसित किया गया था। प्रयोगों की एक श्रृंखला के परिणामस्वरूप, अंतर्राष्ट्रीय प्रकाश आयोग (CIE) ने प्राथमिक (लाल, हरे और नीले) रंगों के अतिरिक्त घटता को निर्धारित किया। इस प्रणाली में, प्रत्येक दृश्य रंग प्राथमिक रंगों के एक निश्चित अनुपात से मेल खाता है। उसी समय, किसी व्यक्ति द्वारा दिखाई देने वाले सभी रंगों को प्रतिबिंबित करने के लिए विकसित मॉडल के लिए, बुनियादी रंगों की एक नकारात्मक संख्या को पेश करना पड़ा। CIE के नकारात्मक मूल्यों से दूर होने के लिए, तथाकथित को पेश किया अवास्तविक या काल्पनिक प्राथमिक रंग: X (काल्पनिक लाल), Y (काल्पनिक हरा), Z (काल्पनिक नीला)।

रंग का वर्णन करते समय, एक्स, वाई, जेड के मूल्यों को मानक मुख्य उत्तेजना कहा जाता है, और उनके आधार पर प्राप्त निर्देशांक को मानक रंग निर्देशांक कहा जाता है। मानक जोड़ घटता X (λ), Y (λ), Z (λ) (अंजीर देखें।) औसत प्रेक्षक की संवेदनशीलता का वर्णन मानक उत्तेजनाओं के लिए करते हैं:



मानक रंग निर्देशांक के अलावा, सापेक्ष रंग निर्देशांक की अवधारणा अक्सर उपयोग की जाती है, जिसकी गणना निम्नलिखित सूत्रों का उपयोग करके की जा सकती है:



यह देखना आसान है कि x + y + z = 1, और इसका मतलब है कि सापेक्ष निर्देशांक की एक अनूठी परिभाषा के लिए, किसी भी जोड़ी का मूल्य पर्याप्त है, और इसी रंग स्थान को दो-आयामी ग्राफ के रूप में दर्शाया जा सकता है:



इस तरह से परिभाषित कई रंगों को CIE त्रिकोण कहा जाता है।
यह नोटिस करना आसान है कि CIE त्रिकोण केवल रंग टोन का वर्णन करता है, लेकिन किसी भी तरह से चमक का वर्णन नहीं करता है। चमक का वर्णन करने के लिए, एक अतिरिक्त अक्ष पेश किया गया है, निर्देशांक (1/3; 1/3) (तथाकथित सफेद रंग) के साथ एक बिंदु से गुजर रहा है। परिणाम CIE रंग निकाय है (चित्र देखें):



इस शरीर में औसत पर्यवेक्षक के लिए दिखाई देने वाले सभी रंग शामिल हैं। इस प्रणाली का मुख्य नुकसान यह है कि इसका उपयोग करने पर, हम केवल दो रंगों के संयोग या अंतर को बता सकते हैं, लेकिन इस रंग स्थान के दो बिंदुओं के बीच की दूरी रंग अंतर की दृश्य धारणा के अनुरूप नहीं है।

मॉडल CIELAB

CIELAB को विकसित करने का मुख्य लक्ष्य मानव धारणा के संदर्भ में CIE XYZ प्रणाली की गैर-शुद्धता को समाप्त करना था। संक्षिप्त नाम LAB आमतौर पर CIE L * a * b * रंग स्थान को संदर्भित करता है, जो वर्तमान में अंतर्राष्ट्रीय मानक है।

CIE L * a * b सिस्टम में, L निर्देशांक का अर्थ है लपट (0 से 100 तक), और a, b निर्देशांक हरे-मैजेंटा और नीले-पीले के बीच की स्थिति को इंगित करते हैं। निर्देशांक को CIE XYZ से CIE L * a * b * में परिवर्तित करने के सूत्र नीचे दिए गए हैं:


जहां (Xn, Yn, Zn) CIE XYZ अंतरिक्ष में सफेद बिंदु के निर्देशांक हैं, और


अंजीर में। रंग शरीर CIE L * a * b * की धाराएँ लपट के दो मूल्यों के लिए प्रस्तुत की जाती हैं:



CIE XYZ प्रणाली की तुलना में CIE L * प्रणाली में Euclidean दूरी (((L1-L2) ^ 2 + (a1 ^ * - a2 ^ *) ^ 2 + (b1 ^ * - b2 ^ * *)) * b * रंग के अंतर को किसी व्यक्ति द्वारा बेहतर माना जाता है, हालांकि, अत्यंत जटिल CIEDE2000 रंग अंतर के लिए मानक सूत्र है।

टीवी रंग अंतर रंग प्रणालियों

YIQ और YUV रंग प्रणालियों में, रंग सूचना को एक luminance सिग्नल (Y) और दो रंग अंतर संकेतों (क्रमशः IQ और UV) के रूप में दर्शाया जाता है।

इन रंग प्रणालियों की लोकप्रियता मुख्य रूप से रंगीन टेलीविजन के आगमन के कारण है। क्योंकि वाई घटक में मूल रूप से ग्रेस्केल में मूल छवि शामिल है, वाईआईक्यू सिस्टम में सिग्नल प्राप्त किया जा सकता है और पुराने काले और सफेद टेलीविजन, और नए रंग वाले दोनों पर सही ढंग से प्रदर्शित किया जा सकता है।

दूसरा, शायद अधिक महत्वपूर्ण प्लस, इन स्थानों में से छवि के रंग और चमक के बारे में जानकारी का अलगाव है। तथ्य यह है कि मानव आंख चमक में परिवर्तन के लिए बहुत संवेदनशील है, और रंग में परिवर्तन के लिए बहुत कम संवेदनशील है। यह आपको कम गहराई के साथ रंग जानकारी को स्थानांतरित करने और संग्रहीत करने की अनुमति देता है। यह मानव आंख की इस विशेषता पर है कि सबसे लोकप्रिय छवि संपीड़न एल्गोरिदम आज (जेपीईजी सहित) निर्मित हैं। निम्नलिखित सूत्र का उपयोग RGB से YIQ में अनुवाद करने के लिए किया जा सकता है: