Цветовая модель CMYK

К отражаемым цветам относятся цвета, которые сами не излучают, а используют белый свет, вычитая из него определенные цвета. Такие цвета называются субтрактивными ("вычитательными"), поскольку они остаются после вычитания основных аддитивных.

Основных субтрактивных цветов будет три: голубой, пурпурный, желтый (рис. 5).

Рис. 5. Цветовая модель CMYK

Перечисленные цвета составляют так называемую полиграфическую триаду. Эти цвета поглощают красную, зеленую и синюю составляющие белого цвета. При этом большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге. Каждому пикселю в CMYK-изображении присваиваются значения, определяющие процентное содержание триадных красок.

При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трех должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски остается белый цвет.

Следует отметить, что существует проблема, именуемая "баланс по серому цвету" (невозможно создать нейтральный серый, используя равные площади голубой, пурпурной и желтой растровой точки).

Для компенсации этих и других недостатков в число основных красок была добавлена черная краска (она позволяет получить чистый насыщенный черный цвет и нейтральные тона).

Именно эта краска добавила последнюю букву в название модели CMYK.

С — это Cyan (голубой), М — это Magenta (пурпурный), Y - Yellow (желтый), К — это Blac K (Черный), т. е. от слова взята не первая, а последняя буква. По другой версии: буква «К» — это сокращение от слова Key ("ключевой", "основной", "контурный"), поскольку черный цвет играет основную роль в обеспечении резкости печати.

Замечание

Пурпурный цвет, по утверждениям физиков, отсутствует в солнечном свете, а предстает в природе только в форме пигментов, например красок, которые поглощают зеленые оттенки, но отражают синие и красные.

Модели RGB и CMYK, хотя и связаны друг с другом, однако их взаимные переходы друг в друга (конвертирование) никогда не происходят без потерь. И речь идет лишь о том, чтобы уменьшить потери до приемлемого уровня. Это вызывает необходимость очень сложных калибровок всех аппаратных частей, составляющих работу с цветом, — сканера, монитора (по нему судят о цвете и корректируют его), принтера. Процесс калибровки буде рассмотрен позднее.

Цветовой охват

Цвет может быть представлен в природе, на экране монитора, на бумаге. Во всех случаях возможный диапазон цветов, или цветовой охват, будет разным.

Самым широким он будет, естественно, в природе, в этом случае он ограничивается только возможностями нормального человеческого зрения (например, человек совсем не воспринимает инфракрасного излучения без специальных устройств).

Часть из того, что существует в природе, может передать монитор. На экране нельзя точно передать, например, чистые голубой и желтый цвета.

Часть из того, что показывает монитор, можно напечатать на принтере, при этом совсем не передаются цвета, составляющие, которых имеют очень низкую плотность.

Итак, что же означает термин «цветовой охват»?
Как показали эксперименты, проведённые ещё в начале прошлого века, обработка информации нашим глазом и нашим мозгом не однозначна, и полностью описать человеческое зрение в RGB-системе невозможно – на самом деле кривые спектральной чувствительности разных типов колбочек существенно сложнее.

В результате экспериментов была создана система, описывающая весь диапазон цветов, воспринимаемых нашим глазом. Её графическое отображение получило название CIE-диаграммы

(рис. 6).

CIE – латинская аббревиатура названия организации «Международная комиссия по освещению» (Committee International of Elucidation), утверждающей международные стандарты в области освещения.

Вернемся к рисунку.

Рис. 6. CIE диаграмма

Внутри закрашенной области находятся все цвета, воспринимаемые нашим глазом.

Контур этой области соответствует чистым, монохроматическим цветам, а внутренняя область – соответственно, немонохроматическим, вплоть до белого цвета (он отмечен белой точкой).

На CIE-диаграмме, в качестве точки белого, обычно отмечают так называемую "точку плоского спектра", имеющую координаты x=y=1/3.

С помощью CIE-диаграммы, любой цвет, воспринимаемый человеческим глазом, может быть определен с помощью двух координат по осям диаграммы (x и y).

Рис. 6. CIE диаграмма

Как определить цветовую область данного устройства?

Для этого необходимо пометить на CIE-диаграмме точки цветов, которые генерируют составляющие источники, например точки красного, зеленого и синего цветов конкретного цветного монитора, а затем соединить их прямыми линиями. В результате полученный треугольник отразит только те цвета, которые в состоянии генерировать данное устройство. Именно этот треугольник и называется "цветовой охват" данного устройства.

Максимально возможный цветовой охват для системы с тремя базовыми цветами даёт так называемый (гипотетический) «лазерный дисплей» (большой треугольник на рисунке), базовые цвета в котором формируются тремя лазерами, красного, зелёного и синего цветов.

Лазер имеет очень узкий спектр излучения, лучи монохромны, поэтому координаты соответствующих базовых цветов будут лежать, на границе диаграммы.
Как видно из рисунка, даже лазерный (идеальный) дисплей не способен воспроизвести все цвета, какие видит человеческий глаз, хотя и достаточно близок к этому. Маленький треугольник соответствует реальному монитору.

Управление цветом

Представим, для примера, структуру RGB-фотографии струйного принтера. Это решётка из цветных точек, каждая из которых имеет значения Red, Green и Blue от 0 до 255. Например, R0,G0,B0 – это чёрный, а R255,G0,B0 – это красный. Но какой именно это чёрный и какой именно красный?

Если поместить рядом два любых, взятых случайным образом, черных предмета, их чёрный цвет будет разным.

Если сравнить красный цвет, который может показать монитор с каплей красных чернил из картриджа принтера, то они тоже будут разные.

Можно подмешать в эту каплю жёлтого цвета, ведь, строго говоря, чернила в картридже не красные, а малиновые, но всё равно они будут разные.

И даже если сделать поправку на то, что монитор светится, а бумага отражает свет, то и тут они одинаковыми не станут.

Два разных монитора одной и той же модели при одинаково выставленных в меню настройках могут давать различную картинку.

Разная, так же бумага, условия освещения.

Следовательно, необходимо какое-то «промежуточное звено» между красной точкой R255,G0,B0 и системой, которая рисует этот цвет на мониторе и печатает на принтере, потому что просто этих трёх чисел для корректного воспроизведения цвета недостаточно.

Это должно быть «промежуточное звено», которое, например, подсказывает системе, какие изменения необходимо сделать при просмотре или печати фото, для того чтобы соблюсти адекватность. Причём, каждый раз вносить эти изменения в саму фотографию, крайне неудобно. Следовательно, нужен не связанный с конкретными фотографиями «движок» и описания устройств, такие, чтобы можно было ими оперировать.

В качестве таких описаний выступают профили устройств (что это такое и как их построить будет рассмотрено позднее), а «движка» - система управления цветом, которая профили использует.

В Windows (версии до Vista) система называется ICM, а с Vista называется WCS и нужна для автоматической подстройки цвета между устройствами (мониторами, принтерами, сканерами и цифровыми камерами). Иными словами система обеспечивает единое цветовое пространство для принтера, монитора, сканера и других устройств.

Принцип работы показан на рис 7.

Рис. 7. Принцип работы системы управления цветом

Разные профили мониторов компенсируют разницу цветов мониторов, и мы видим один и тот же цвет.

Профиль цифровой камеры описывает, как именно она регистрирует цвет, так что мы можем учитывать это при просмотре и печати.

Профиль принтера позволяет достаточно точно воспроизвести фотографию на подходящей бумаге.

Таким образом, для точного воспроизведения цвета, необходимо построить профили устройств.

Мониторы калибруют и профилируют при помощи колориметра, который вешается на экран на шнуре и считывает цвет множества цветных квадратов, чёрных квадратов и белых квадратов (рис. 8).

Рис. 8. Колориметр X - rite

Другой конец шнура подключен к порту компьютера, например к USB, и колориметр передаёт программе данные о цвете.

Программа, «зная», что она выдала на экран и что «увидел» колориметр, определяет, какое искажение даёт монитор.

Это позволяет регулировать яркость, контрастность и цветовую температуру кнопками на мониторе, т.е. выполнить калибровку.

Это также позволяет построить профиль, который компенсирует искажение (профилирование). Делать нужно и калибровку, и профилирование, если монитор это позволяет.

Рис. 9. Тестовая шкала для построения

Профиля сканера.

Чтобы профилировать сканер, с его помощью сканируют тестовое изображение (рис. 9), а потом программа подгружает в себя эталонный вариант такого же изображения, анализирует разницу и строит профиль.

Рис. 10. Построение профиля принтера

Цветные принтеры профилируют, печатая на них специальные шкалы из тех же квадратиков, а потом прикасаясь к ним поочередно спектрофотометром (рис. 10). Например, программа запрашивает квадрат 10, оператор прикасается спектрофотометром, программа получает значение и, «помня», какого цвета изначально предполагался квадрат 10, определяет, какое искажение вносит принтер. Шаблоны для профилирования показаны на рис. 11.

Рис. 11. Шаблоны для профилирования