فضاهای رنگی

 

موضوع این مقاله، توصیف رنگهای شکل گرفته در رایانه یا همان فضاهای رنگی است. رنگ پدیده پیچیده‌ای است. برای توصیف آن، چند مدل رنگی اختراع شده است. هر کدام از آنها مزایا و معایب خود را دارند. برخی از آنها از طریق تشعشع قابل دستیابی هستند و برخی دیگر توسط انعکاس تولید میشوند. برخی از این مدلها، رنگهایی را به نمایش میگذارند که مستقل از ابزاری است که آنها را بازتولید کرده است، در حالیکه برخی دیگر به ابزار تولیدکننده خود وابسته هستند. یک مجموعه از رنگها که توسط مدل رنگی قابل نمایش است را فضای رنگی گویند. رایج‌ترین مدلهای رنگی شامل مواردی است که در ادامه توضیح داده میشوند.

 

 

مدل RGB

 

این مدل مشهورترین مدل رنگی است. هر پیکسل توسط یک ترکیب سه‌تایی از رنگهای اصلی که شامل قرمز (Red)، سبز (Green) و آبی (Blue) است، نمایش داده میشود. برای تولید یک رنگ خاص، رنگهای قرمز و سبز و آبی با نسبتهای مشخصی با هم ترکیب میشوند. به همین دلیل است که این مدل را یک مدل جمع‌شونده (additive) میگویند. زمانیکه هر سه مقدار رنگهای اصلی صفر باشد، رنگ سیاه حاصل میشود و بالعکس، برای حداکثر مقدار در هر سه رنگ، رنگ سفید بدست می‌آید. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است:

 

شکل 1- فضای رنگی RGB

 

این روش نمایش رنگ به طور گسترده در مانیتورهای رایانه‌ها، تلویزیونها و ابزار مشابه (که با تشعشع کار میکنند) استفاده میشود. هر جزء نمایشگر، شدت نور مشخصی برای فسفرهای رنگی اصلی قرمز، سبز و آبی در نظر میگیرد. به همین دلیل است که این مدل رنگی بسیار پرکاربرد است و نمایش تصاویر بر روی مانیتورهای رایانه‌ها بسیار طبیعی به نظر میرسد.

این مدل رنگی به ابزار مورد نظر وابسته است. مانیتورهای مختلف (حتی در صورت یکسان بودن سازنده و مدل دستگاه) رنگها را اندکی متفاوت نشان میدهند. حتی یک دستگاه خاص نیز در طول زمان رنگها را متفاوت به نمایش میگذارد (به دلیل فرسوده شدن فسفرهای رنگی، کاهش کیفیت و غیره).

 

 

مدل CMY(K)

 

تمام رنگها حاصل تابش نیستند. بیشتر اشیاء در این دنیا چیزی از خود ساطع نمیکنند اما همچنان رنگی به نظر میرسند. این اشیاء رنگی دیده میشوند زیرا نور میتواند دچار انعکاس شود. زمانیکه نور به یک شیء برخورد میکند، برخی از طول موجها جذب آن شده و برخی از آنها منعکس میشوند. زمانیکه تمام طول موجها منعکس شوند (و چیزی جذب نشود) شیء به رنگ سفید دیده میشود. حال اگر تمام طول موجها جذب شوند (و چیزی منعکس نشود) به رنگ سیاه دیده میشود. در فضای رنگی RGB، اگر به یک رنگ اصلی نیاز داشته باشیم باید دو رنگ اصلی دیگر را حذف کنیم. در واقع، ما از رنگ سفید بخشهایی را کم میکنیم تا به رنگ مورد نیاز برسیم. به همین دلیل است که به این مدل، مدل تفریق‌شونده (subtractive) گفته میشود (در مقایسه با کانال رنگی جمع‌شونده RGB که رنگها به پایه رنگ سیاه اضافه میشوند.

مدل تفریق‌شونده مشابه RGB، مدل رنگی است که CMY نامیده میشود. این مدل از رنگهای فیروزه‌ای (Cyan)، ارغوانی (Magenta) و زرد (Yellow) به عنوان رنگهای اصلی استفاده میکند. این رنگها به این دلیل به عنوان رنگهای اصلی این فضای رنگی انتخاب شده‌اند که با کم کردن رنگ قرمز، رنگ فیروزه‌ای حاصل میشود و با کم کردن رنگ سبز، رنگ ارغوانی و همچنین با کم کردن رنگ آبی، رنگ زرد (بنابراین میتوان فضای CMY را معکوس RGB دانست). این مساله در شکل زیر نشان داده شده است:

 

شکل 2- فضای رنگی CMY

 

دقت کنید که رنگهای این مدل رنگی بسیار درجه اشباع کمتری نسبت به کانال RGB دارند. این قضیه مربوط به پیچیدگی‌های مدل تفریق‌شونده است. اگر یک شیء چیزی از خود ساطع نکند، بسیار دشوار است که رنگ شفاف و با اشباع بالایی داشته باشد.

در تئوری، مدل تفریق‌شونده CMY برای کار چاپ مناسب است. هر جزء آن میزان جوهر لازم برای رنگهای اصلی آن را تعیین میکند. برای داشتن رنگ سیاه باید تمام جوهرها ترکیب شوند. هر چند که در عمل، استفاده از این مدل امکانپذیر نیست. مساله این است که برای اینکه مدل CMY درست کار کند، شما باید از جوهرهای خالص و غیرترکیبی ایده‌آل استفاده کنید. از طرفی تولید چنین مواد رنگ‌دهنده ایده‌آل و خالصی (حداقل با قیمت مناسب) ممکن نیست. اما اگر از جوهرهای ناخالص استفاده کنیم، نتیجه مناسب را نخواهیم گرفت. برای مثال اگر هر سه جوهر ترکیب شوند، به جای سیاه رنگ قهوه‌ای کثیف حاصل میشود.

این مشکل با اضافه کردن یک جزء رنگی سیاه به سه‌گانه CMY حل شده است. این مدل رنگی اصلاح شده تحت عنوان CMYK (K به معنی سیاه – black – است که در آن حرف آخر به جای حرف اول – B – که ممکن است با آبی اشتباه گرفته شود، انتخاب شده است) شناخته میشود. این مدل امکان چاپ رنگ سیاه خالص را میدهد (و از مدل سه‌تایی ارزانتر است) و در عمل بسیار از آن استفاده میشود. هر چند که استفاده از چهار جزء به جای سه جزء برخی مشکلات را نیز در پی دارد. از آنجاییکه بیشتر عکسها از طریق مدل RGB ذخیره میشوند، ما برای چاپ آنها نیاز به تبدیل از مدل RGB به CMYK قبل از چاپ داریم. تبدیل RGB به CMY بسیار ساده است – تنها باید پیکسلها را معکوس کنید اما تبدیل به CMYK بسیار دشوارتر است و باید روش خاصی برای این کار استفاده شود.

 

 

مدل HSL

 

مدلهای رنگی که به صورت جمع یک سری از رنگهای اصلی نمایش داده میشوند، لزوما همیشه برای استفاده مناسب نیستند. این مدلها چندان شهود کافی از رنگها به دست نمیدهند. افراد غیر حرفه‌ای به سختی میتوانند نحوه تغییر کانالهای رنگی RGB یا CMYK برای تولید یک رنگ روشنتر یا تغییر رنگ را درک کنند. به همین دلیل است که مدلهای رنگی دیگری پیشنهاد شده‌اند. به جای استفاده از شدت نور رنگهای اصلی، هر پیکسل تصویر به صورت مجموعه‌ای از خصوصیات رنگها نمایش داده میشود. یک مثال از چنین مدلی، HSL است که هر پیکسل در آن شامل بخشهای رنگ (Hue)، اشباع (Saturation) و شدت نور (Lightness) میشود.

بخش Hue، شدت رنگ (سیری) است. در مدل HSL، این بخش به صورت یک زاویه بر روی چرخ رنگی نشان داده میشود (شکل زیر). درجه صفر رنگ قرمز است، درجه 120 رنگ سبز و درجه 240 رنگ آبی است. نقطه مقابل هر نقطه در چرخ رنگی، رنگ مکمل نامیده میشود. دقت کنید که رنگهای اصلی فضای RGB به نوعی مکمل رنگهای اصلی CMY هستند.

 

شکل 3- فضای رنگی HSL

 

اشباع، عمق یا خلوص رنگ است. رنگهای با اشباع کم، به رنگ خاکستری نزدیک هستند و رنگهای با اشباع بالا به رنگ اصلی. در چرخ رنگی، اشباع به صورت فاصله از مرکز چرخ تعیین میشود.

شدت نور در واقع همان شدت رنگ است. شدت کم، رنگ را به صورت تیره نشان میدهد که نزدیک به سیاه میشود. شدت زیاد، رنگ را به سمت سفید میبرد. توجه داشته باشید که مقادیر خیلی کم یا زیاد شدت نور، حداکثر اشباع ممکن را کاهش میدهد (رنگ سیاه یا سفید به اندازه کافی به هیچ رنگ اصلی نزدیک نمیتواند بشود).

ممکن است چنین به نظر آید که این مدل رنگی مستقل از ابزار است، اما در واقع چنین نیست. از دیدگاه ریاضی، این مدل به نوعی نمایش RGB به شکل جدید است. به همین دلیل است که هرگز این مدل برای ذخیره تصاویر استفاده نمیشود. هر چند که این مدل اغلب در فرآیندهای پردازش تصویر به کار میرود.

 

 

مدل Lab

 

مدل Lab یک مدل رنگی پیچیده است که امکان نمایش طیف وسیعی از رنگها را میدهد. مدل Lab به صورت مستقل از ابزار است و گستره آن شامل گستره هر دو مدل RGB و CMYK میشود و بنابراین به عنوان فرمت میانی برای تبدیل بین فضاهای رنگی RGB و CMYK بسیار مناسب است. در Lab، هر رنگ با مختصات یک نقطه در یک سیستم سه محوره نمایش داده میشود. محور اول، شدت نور است و دو محور دیگر، a و b، محورهای رنگی هستند.

محور شدت نور از سیاه به سفید میرود و تمامی سایه روشنهای خاکستری روی این محور قرار میگیرند.

محور a، از سبز به ارغوانی میرود که مقادیر منفی سبز و مقادیر مثبت ارغوانی هستند.

محور b، از آبی به زرد میرود که مقادیر منفی آبی و مقادیر مثبت زرد هستند.

 

شکل 4- فضای رنگی Lab

 

 

مدل خاکستری (grayscale)

 

یک مدل رنگی خاص وجود دارد که تنها یک کانال برای ذخیره کردن میزان شدت نور پیکسل دارد. بنابراین، این مدل اجزاء رنگی (اطلاعات مربوط به رنگ) ندارد. تصاویر خاکستری معمولا کاربرد خاص دارند همچون تصویربرداری پزشکی.

 

 

 

 

منبع: https://www.graphicsmill.com