Часть1

Обман зрения

Почему же сразу «обман»? Как вы, наверное, знаете, свет — это электромагнитное излучение, воспринимаемое рецепторами сетчатки глаза. В свою очередь рецепторы способны посылать нервные импульсы в мозг и формировать там ощущение какого-либо цвета. Как выяснилось, рецепторы бывают трех видов, и каждый из них реагирует только на «свои», определенные длины волн, соответствующие красному, зеленому или синему цвету. Сложение интенсивностей импульсов от каждого их вида в разных пропорциях дает некий промежуточный цвет. Белый, к примеру, образуется при одновременном одинаковом уровне раздражения всех трех видов.

Цвет разделяют на излучаемый и отражаемый. С излученным, думаю, все понятно — он попадает в глаз непосредственно от активного источника (лампы, огня). А вот отраженный образуется путем поглощения освещаемой поверхностью части упавших на нее световых волн и отражением остальных. Так, при дневном освещении объект имеет белый цвет, если отражает весь падающий на него свет, черный — если весь свет, наоборот, поглощает, а красный — если поглощает весь световой поток, за исключением составляющей, соответствующей красному цвету (она отражается и попадает на сетчатку глаза).

Восприятие цвета у всех людей несколько различается. Для того чтобы хоть как-то математически описать цвет, в 1931 г. Международной комиссией по освещению (CIE — Commission Internationale de L?Eclairage) была разработана система XYZ, охватывающая все цвета и оттенки, которые только может видеть человек. В дальнейшем, после усовершенствования XYZ, создается модель цветового пространства CIELab (рис. 1): по оси вверх — увеличение яркости цвета; от оси a к оси b по периметру окружности — изменение цветового тона, а по радиусу — изменение насыщенности цвета и на ее основе известные нам цветовые системы RGB и CMYK. В результате CIELab позволяет отдельно оперировать такими характеристиками, как цвет, цветовой тон, яркость, насыщенность. Надо понимать, что цветовая система описывает только некоторые цвета из общего цветового пространства. Например, изменить яркость в RGB невозможно! Вы, вероятно, возразите: мол, в Photoshop легко увеличить яркость изображения. Да, но не с помощью наращивания составляющих RGB, так как при этом изменяются исходные цвета пикселов, причем не равномерно, а путем математического пересчета цвета RGB в пространство Lab. Именно в нем и изменяется яркость цвета, а затем он конвертируется обратно в RGB.

Рис.1. Цветовая модель CIELab

Так почему же были созданы системы RGB и CMYK? Как известно, ощущение цвета у человека формируется с помощью трех цветовых составляющих: красной, зеленой и синей. В излучающих источниках, в частности в кинескопах, получить их довольно просто — надо лишь заставить светиться точки люминофора разных цветов. Если светящиеся точки красного, зеленого и синего разместить близко друг от друга, то человеческий глаз будет воспринимать их как один целый элемент — пиксел. Изменяя интенсивность их свечения в разных пропорциях, можно получать практически все другие цвета и оттенки. Значит, на экране монитора отображается цвет не отдельного элемента изображения, а триады цветовых составляющих, за счет которых наше зрение и формирует в мозге ощущение цвета того самого элемента. Этот способ называется аддитивным (от английского add — суммировать, складывать), а цветовая система на его основе — RGB.

Но как же быть с печатными изображениями и отраженным светом? Ведь нельзя же формировать цвет триадами и аддитивным синтезом — здесь необходимо получать цвет светом, отраженным от поверхности. А поскольку в основном на поверхность падает солнечный свет (т. е. белый), то требуется каким-то образом выделить из него необходимый цвет, отразить его, а все другие составляющие — поглотить. Озадачившись этим вопросом, научное сообщество в очередной раз «напрягло» комиссию CIE и получило решение в виде системы CMY (Cyan — голубой, Magenta — пурпурный, Yellow — желтый). Было установлено, что голубой поглощает только красный цвет, пурпурный — зеленый, а желтый — синий (диаметрально противоположные цвета поглощают друг друга — вот так!). Благодаря этой особенности были созданы полиграфические краски, работающие как светофильтры (рис. 2). Из света, проходящего сквозь них, вычиталось все лишнее, а нужная цветовая составляющая проходила и отражалась от поверхности бумаги. Любые иные цвета получались при наложении базовых красок CMY друг на друга в разных пропорциях. Однако возникали проблемы с «радикально черным цветом», как и у Кисы Воробьянинова из «Двенадцати стульев». Он имел оттенок, правда, не зеленый, а бурый. Вот и было решено добавить в систему отдельную черную составляющую, а чтобы не возникало путаницы (B — black могло трактоваться и как blue — синий), взяли букву K (последнюю в слове black). Назвали такой метод субтрактивным (от английского subtract — вычитать), а систему, основанную на нем, — CMYK. Но поскольку у CMYK диапазон цветности меньше, чем у RGB, то при конвертировании изображения из RGB в CMYK теряются некоторые оттенки.

Рис.2 Одинарное и двойное наложение красок

Печатное дело

А теперь посмотрим, как практически теория цвета воплощается в жизнь и как современные печатающие устройства формируют изображение на бумаге. Лет 10—15 назад никто и представить себе не мог, что в домашних условиях с помощью аппарата размером с хлебницу можно будет делать полноцветные распечатки фотографического качества. В то время их удавалось получать только на громоздких и дорогостоящих полиграфических машинах. Одним из самых быстрых и качественных способов печати считался офсетный. Он используется и по сей день (например, этот журнал также напечатан офсетным методом), а технологии печати на персональных лазерных и струйных принтерах в свое время создавались именно на его основе. Вобщем, суть этого метода заключается в том, что сначала делается цветоделение печатаемого изображения, т. е. оно раскладывается на четыре изображения, каждое из которых соответствует интенсивностям базовых цветов CMYK в исходном (рис. 3). Далее они выводятся на четыре отдельные негативные фотопленки (самые светлые области прозрачны, а самые темные — нет). Потом изображения переносятся на алюминиевые печатные офсетные пластины, у которых с одной стороны нанесен полимерный слой.

Рис.3 и 4. Разложение на цвета и печать изображения

Пленки размещаются на этих пластинах и экспонируются, т. е. освещаются лампой с ультрафиолетовым излучением. Через темные участки лучи не проходят, а через светлые — проходят и разрушают располагающийся под ними полимер. Затем разрушенные участки полимерного слоя вымываются, и получается некоторое рельефное изображение, аналогичное тому, что было на пленке. Когда пластины для каждой из четырех цветовых (CMYK) составляющих исходного изображения подготовлены, то они устанавливаются в печатную машину на отдельные барабаны. Подаваемые туда соответствующие краски удерживаются лишь углублениями на полимерном слое пластин (откуда был вымыт разрушенный полимер) и через систему валиков переносятся с вращающихся барабанов на бумагу, где снова совмещаются в одно полноцветное изображение (рис. 4). Вы спросите: «А что же общего здесь с принтерами?!» Ответ дается в следующей части статьи. В ней пойдет речь о растрировании, GDI и PostScript, а также о некоторых проблемах, связанных с формированием цвета при печати на принтерах для дома и малого офиса.

Окончание в следующем номере

Об авторе:

Руслан Ризванов — студент Харьковского университета радиоэлектроники, с ним можно связаться по адресу rizvanov_ruslan@mail.ru

700