مساحة اللون

مساحة اللون هي منظمة محددة من الألوان. في تركيبة مع التنميط الجهاز المادي ، فإنه يسمح للتمثيلات استنساخ اللون ، في كل من التمثيلات التناظرية والرقمية. قد تكون مساحة اللون عشوائية ، مع تعيين ألوان معينة لمجموعة من عينات الألوان المادية والأسماء أو الأرقام المطابقة مثل مجموعة Pantone ، أو منظم رياضيًا ، كما هو الحال مع نظام NCS أو Adobe RGB أو sRGB. النموذج الملون هو نموذج رياضي مجرد يصف الطريقة التي يمكن بها تمثيل الألوان كمجموعة من الأرقام (على سبيل المثال ، ثلاثية في RGB أو رباعية في CMYK) ؛ ومع ذلك ، فإن نموذج اللون مع عدم وجود وظيفة ربط مرتبطة إلى فراغ لون مطلق هو نظام ألوان عشوائياً بدرجة أو بأخرى بدون ارتباط بأي نظام تفسير ألوان عالمي. تؤدي إضافة وظيفة تعيين محددة بين نموذج لون ومساحة لون مرجعية داخل فضاء اللون المرجعي إلى “بصمة” محددة ، تعرف باسم النطاق اللوني ، وبالنسبة لنموذج لون معين ، يحدد هذا فراغ اللون. على سبيل المثال ، يكون كل من Adobe RGB و sRGB عبارة عن فئتين مختلفتين للون مطلق ، كلاهما يعتمدان على نموذج ألوان RGB. عند تحديد فراغ اللون ، يكون المعيار المرجعي المعتاد هو فضاءات الألوان CIELAB أو CIEXYZ ، والتي تم تصميمها خصيصًا لتشمل جميع الألوان التي يمكن أن يراها الإنسان العادي.

بما أن “فراغ اللون” يعرّف توليفة معينة من نموذج الألوان ووظيفة التعيين ، فغالبًا ما تستخدم الكلمة بشكل غير رسمي لتعريف نموذج الألوان. ومع ذلك ، على الرغم من تحديد تحديد مساحة اللون تلقائيًا لنموذج اللون المرتبط ، فإن مثل هذا الاستخدام غير صحيح بالمعنى الدقيق. على سبيل المثال ، على الرغم من أن العديد من مساحات الألوان المحددة تعتمد على نموذج ألوان RGB ، فلا يوجد شيء مثل مساحة ألوان RGB المفرد.

التاريخ
في عام 1802 ، افترض توماس يونغ وجود ثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية (المعروفة الآن بالخلايا المخروطية) في العين ، وكل منها كان حساسًا لمدى معين من الضوء المرئي. طور هيرمان فون هيلمهولتز نظرية يونغ هيلمهولتز في عام 1850: أن الأنواع الثلاثة من المستقبلات الضوئية المخروطية يمكن تصنيفها على أنها تفضيلات قصيرة (زرقاء) ، مفضّلة في الوسط (أخضر) ، وتفضيل طويل (أحمر) ، وفقًا لاستجابتها. إلى الأطوال الموجية للضوء التي تصيب شبكية العين. يفسر الدماغ القوة النسبية للإشارات التي يتم اكتشافها من خلال ثلاثة أنواع من الأقماع بأنها لون مرئي. ولكن من غير الواضح أنهم فكروا في الألوان كنقاط في فراغ اللون.

من المحتمل أن يكون مفهوم الفضاء الملون يرجع إلى هيرمان جراسمان ، الذي طوره على مرحلتين. أولاً ، قام بتطوير فكرة مساحة المتجه ، والتي سمحت بالتمثيل الجبراني للمفاهيم الهندسية في الفضاء {n displaystyle n} n. يصف فيرنلي ساندر (1979) أسس جراسمان للجبر الخطي كما يلي:

” أصبح تعريف الفضاء الخطي (مساحة المتجه) … معروفًا على نطاق واسع في حوالي عام 1920 ، عندما نشر هيرمان وييل وغيره من التعريفات الرسمية. في الواقع ، مثل هذا التعريف قد منحه منذ ثلاثين عامًا Peano ، الذي كان على دراية تامة بعمل Grassmann الرياضي. لم يضع غراسمان تعريفا رسميا — لم تكن اللغة متوفرة – ولكن لا شك في أنه كان يمتلك هذا المفهوم. ”
مع هذه الخلفية المفاهيمية ، في عام 1853 ، نشر جراسمان نظرية حول كيفية مزج الألوان ؛ لا يزال يتم تدريسها وقوانينها الملونة الثلاثة ، كما قانون Grassmann.

” كما لاحظنا أولاً Grassmann … مجموعة الضوء لديها بنية مخروط في الفضاء الخطي اللانهائي الأبعاد. ونتيجة لذلك ، ترث مجموعة حاصل (فيما يتعلق بالميسرامية) لمخروط الضوء البنية المخروطية ، والتي تسمح بتمثيل اللون كمخروط محدب في الفضاء الخطي 3 D ، والذي يشار إليه باسم مخروط اللون. ”
أمثلة

يمكن إنشاء الألوان في الطباعة باستخدام فراغات اللون استنادًا إلى نموذج ألوان CMYK ، وذلك باستخدام الألوان الأساسية المطروحة للصباغ (السماوي (C) والأرجواني (M) والأصفر (Y) والأسود (K)). لإنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد لمساحة لونية معينة ، يمكننا تعيين مقدار اللون الأرجواني إلى محور X للتمثيل ، وكمية السماوي إلى محور Y الخاص به ، ومقدار اللون الأصفر إلى محور Z الخاص به. توفر المساحة ثلاثية الأبعاد الناتجة موقعًا فريدًا لكل لون ممكن يمكن إنشاؤه من خلال الجمع بين هذه الأصباغ الثلاثة.

يمكن إنشاء الألوان على شاشات الكمبيوتر مع مسافات لونية تعتمد على نموذج ألوان RGB ، وذلك باستخدام الألوان الأساسية المضافة (الأحمر والأخضر والأزرق). يقوم تمثيل ثلاثي الأبعاد بتعيين كل من الألوان الثلاثة للمحاور X و Y و Z. ﻻﺣظ أن اﻷﻟوان اﻟﺗﻲ ﺗم ﺗوﻟﯾدھﺎ ﻋﻟﯽ ﺷﺎﺷﺔ ﻣﺣددة ﺳﺗﮐون ﻣﺣدودة ﺑواﺳطﺔ وﺳط اﻻﺳﺗﻧﺳﺎخ ، ﻣﺛل اﻟﻔوﺳﻔور (ﻓﻲ ﺷﺎﺷﺔ CRT) أو اﻟﻣرﺷﺣﺎت واﻟﺿوء اﻟﺧﻟﻔﻲ (ﺷﺎﺷﺔ LCD).

هناك طريقة أخرى لإنشاء ألوان على جهاز العرض باستخدام مساحة ألوان HSL أو HSV ، استنادًا إلى التدرج ، التشبع ، السطوع (القيمة / السطوع). مع هذه المساحة ، يتم تعيين المتغيرات للإحداثيات الأسطوانية.

يمكن تمثيل العديد من فضاءات الألوان كقيم ثلاثية الأبعاد بهذه الطريقة ، لكن البعض لها أبعاد أكثر أو أقل ، وبعضها ، مثل Pantone ، لا يمكن تمثيله بهذه الطريقة على الإطلاق.

تحويلات
تحويل مساحة اللون هو ترجمة تمثيل اللون من أساس إلى آخر. يحدث هذا عادة في سياق تحويل صورة يتم تمثيلها في مساحة لونية واحدة إلى فراغ لون آخر ، والهدف هو جعل الصورة المترجمة تبدو مشابهة بقدر الإمكان إلى الصورة الأصلية.

كثافة RGB
يتم تنفيذ نموذج ألوان RGB بطرق مختلفة ، اعتمادًا على قدرات النظام المستخدم. إلى حد بعيد ، يعد التجسد الأكثر استخدامًا عامًا اعتبارًا من عام 2006 هو تنفيذ 24 بت ، مع 8 بتات ، أو 256 لونًا منفصلاً لكل قناة. لذلك فإن أي مساحة ألوان تعتمد على نموذج RGB 24 بت هذا يقتصر على نطاق 256 × 256 × 256 × 16.7 مليون لون. تستخدم بعض التطبيقات 16 بت لكل مكون لإجمالي 48 بتًا ، مما ينتج عنه النطاق الكامل الذي يحتوي على عدد أكبر من الألوان المميزة. هذا مهم بشكل خاص عند العمل مع فضاءات ألوان واسعة النطاق (حيث توجد معظم الألوان الأكثر شيوعًا بالقرب من بعضها) ، أو عندما يتم استخدام عدد كبير من خوارزميات الترشيح الرقمية بشكل متتابع. ينطبق نفس المبدأ على أي مساحة لونية تعتمد على نفس نموذج اللون ، ولكن يتم تنفيذها في أعماق بت مختلفة.

قوائم
كانت CIE 1931 XYZ لون الفضاء واحدة من المحاولات الأولى لإنتاج مساحة لون تعتمد على قياسات إدراك اللون البشري (الجهود السابقة كانت من قبل جيمس كلارك ماكسويل ، كونيغ و ديتريتسي ، وأبني في إمبريال كوليدج) ، وهي أساس للجميع تقريبا مساحات لون أخرى. مساحة لون CIERGB هي رفيق ذو علاقة خطية بـ CIE XYZ. تتضمن مشتقات CIE XYZ الإضافية CIELUV و CIEUVW و CIELAB.

عام
يستخدم RGB خلط ألوان مضاف ، لأنه يصف نوع الضوء الذي يجب أن ينبعث لإنتاج لون معين. تخزن RGB القيم الفردية للأحمر والأخضر والأزرق. RGBA هو RGB مع قناة إضافية ، ألفا ، للإشارة إلى الشفافية.

تتضمن مساحات الألوان الشائعة استنادًا إلى نموذج RGB sRGB و Adobe RGB و ProPhoto RGB و scRGB و CIE RGB.

يستخدم CMYK خلط الألوان الطرفي المستخدم في عملية الطباعة ، لأنه يصف أي نوع من الأحبار يلزم تطبيقه بحيث ينعكس الضوء من الركيزة ومن خلال الأحبار ينتج لونًا معينًا. يبدأ المرء مع الركيزة البيضاء (قماش ، صفحة ، الخ) ، ويستخدم الحبر لطرح اللون من اللون الأبيض لإنشاء صورة. يخزن CMYK قيم الحبر للأزرق السماوي والأرجواني والأصفر والأسود. توجد العديد من فراغات ألوان CMYK لمجموعات مختلفة من الأحبار ، والركائز ، وخصائص الضغط (التي تغير وظيفة كسب النقاط أو نقلها لكل حبر وبالتالي تغير المظهر).

تم استخدام YIQ سابقًا في NTSC (أمريكا الشمالية ، اليابان وفي أماكن أخرى) البث التلفزيوني لأسباب تاريخية. يخزن هذا النظام قيمة luma مشابهة تقريبًا إلى (و في بعض الأحيان تم تعريفها بشكل خاطئ على أنها) النصوع ، إلى جانب قيمتي Chroma كتقديرات تقريبية للكمية النسبية للأزرق والأحمر في اللون. وهو مشابه لمخطط YUV المستخدم في معظم أنظمة التقاط الفيديو وفي تلفزيون PAL (أستراليا ، أوروبا ، باستثناء فرنسا ، والذي يستخدم تقنية SECAM) ، فيما عدا أنه يتم تدوير مساحة اللون YIQ بمقدار 33 درجة فيما يتعلق بمساحة اللون YUV واللون يتم تبديل المحاور. يتم تدوير نظام YDbDr الذي يستخدمه تلفزيون SECAM بطريقة أخرى.

YPbPr هو إصدار محسوب من YUV. هو الأكثر شيوعًا في شكله الرقمي ، YCbCr ، يُستخدم على نطاق واسع في أنظمة ضغط الفيديو والصورة مثل MPEG و JPEG.

xvYCC هو معيار جديد للفضاء اللوني للفيديو الرقمي الدولي تنشره اللجنة الانتخابية المستقلة (IEC 6) 1966/02/04 ). وهو يستند إلى معايير ITU BT.601 و BT.709 ولكنه يمتد إلى ما يتجاوز نطاق عمليات R / G / B الأولية المحددة في هذه المعايير.

غالباً ما يستخدم HSV (تدرج اللون ، التشبع ، القيمة) ، المعروف أيضاً بـ HSB (تدرج اللون ، التشبع ، السطوع) من قبل الفنانين لأنه غالباً ما يكون أكثر طبيعية للتفكير في لون من حيث اللون والتشبع أكثر من حيث الألوان الإضافية أو المطروحة المكونات. HSV هو تحويل لمساحة اللون RGB ، ومكوناتها وقياس الألوان لها علاقة بمساحة لون RGB التي اشتقت منها.

HSL (تدرج اللون ، التشبع ، الخفة / النصوع) ، والمعروف أيضًا بـ HLS أو HSI (درجة اللون ، التشبع ، الكثافة) تشبه إلى حد كبير HSV ، مع “lightness” لتحل محل “السطوع”. الفرق هو أن سطوع اللون النقي يساوي سطوع اللون الأبيض ، في حين أن خفة اللون النقي تساوي خفة اللون الرمادي المتوسط.

تجاري
نظام ألوان Munsell
نظام مطابقة بانتون (PMS)
نظام الألوان الطبيعية (NCS)

لأغراض خاصة
يتم استخدام مساحة RG Chromaticity في تطبيقات رؤية الكمبيوتر. يظهر لون الضوء (أحمر ، أصفر ، أخضر ، الخ) ، لكن ليس شدته (داكن ، مشرق).
يتم استخدام فضاء لون TSL (الصبغة والتشبع والإنارة) في الكشف عن الوجه.

عفا عليها الزمن
تحتوي مساحات الألوان المبكرة على مكونين. لقد تجاهلوا إلى حد كبير الضوء الأزرق لأن التعقيد الإضافي لعملية ثلاثية المكونات لم يوفر سوى زيادة هامشية في الإخلاص عند مقارنته بالقفز من اللون الأحادي إلى لون المكونين.

RG لفيلم تكنيكولور المبكر
RGK للطباعة في وقت مبكر اللون
مساحة لون مطلق
في علم الألوان ، هناك معنيان لمصطلح فضاء اللون المطلق:

مساحة اللون التي يرتبط فيها الاختلاف الإدراكي بين الألوان بشكل مباشر بالمسافات بين الألوان الممثلة بالنقاط في فراغ اللون.
فراغ اللون حيث تكون الألوان لا لبس فيها ، أي حيث يتم تحديد ألوان الألوان في الفضاء بشكل متغاير بدون الرجوع إلى عوامل خارجية.
في هذه المقالة ، نركز على التعريف الثاني.

تعد CIEXYZ و sRGB و ICtCp أمثلة على فراغات اللون المطلقة ، مقارنةً بمساحة لون RGB عامة.

يمكن جعل مساحة اللون غير المطلقة مطلقة من خلال تحديد علاقتها بالكميات اللونية المطلقة. على سبيل المثال ، إذا تم قياس الألوان الحمراء والخضراء والزرقاء في الشاشة تمامًا ، مع الخصائص الأخرى للشاشة ، فيمكن اعتبار قيم RGB على جهاز العرض هذه مطلقة. يشار أحيانًا إلى L * a * b * على أنه مطلق ، على الرغم من أنه يحتاج أيضًا إلى مواصفة النقطة البيضاء لجعله كذلك.

من الطرق الشائعة لإنشاء مساحة لونية مثل RGB إلى لون مطلق تحديد ملف تعريف ICC يحتوي على سمات RGB. هذه ليست الطريقة الوحيدة للتعبير عن اللون المطلق ، ولكنها المعيار في العديد من الصناعات. ألوان RGB المحددة بواسطة ملفات التعريف المقبولة على نطاق واسع تشمل sRGB و Adobe RGB. تسمى عملية إضافة ملف تعريف ICC إلى رسم أو مستند أحيانًا بوضع العلامات أو التضمين. لذا ، فإن وضع العلامات يشير إلى المعنى المطلق للألوان في هذا الرسم أو المستند.

تحويلات
يمكن تحويل لون في فراغ لون مطلق إلى فراغ لون مطلق آخر ، والعودة مرة أخرى ، بشكل عام ؛ ومع ذلك ، قد تحتوي بعض مسافات الألوان على قيود شاملة ، ولن ينتج عن تحويل الألوان التي تقع خارج النطاق اللوني نتائج صحيحة. من المحتمل أيضًا أن يكون هناك أخطاء التقريب ، خاصة إذا تم استخدام النطاق الشائع من 256 قيمة مميزة فقط لكل مكون (لون 8 بت).

جزء واحد من تعريف الفضاء الملون المطلق هو ظروف المشاهدة. نفس اللون ، الذي يتم مشاهدته تحت ظروف إضاءة طبيعية أو اصطناعية مختلفة ، سيبدو مختلفًا. قد يستخدم الأشخاص المتورطون مهنيًا في مطابقة الألوان غرف عرض مضاءة بإضاءة قياسية.

من حين لآخر ، توجد قواعد دقيقة للتحويل بين فراغات اللون غير المطلقة. على سبيل المثال ، يتم تعريف مسافات HSL و HSV كتعيينات RGB. كلاهما غير مطلق ، ولكن يجب أن يحافظ التحويل بينهما على نفس اللون. ومع ذلك ، بشكل عام ، يعد التحويل بين فراغين غير مطلقين (على سبيل المثال ، RGB إلى CMYK) أو بين مسافات ألوان مطلقة وغير مطلقة (على سبيل المثال ، RGB إلى L * a * b *) مفهومًا لا معنى له تقريبًا.

مساحات عشوائية
هناك طريقة مختلفة لتحديد مساحات اللون المطلقة مألوفة لدى العديد من المستهلكين كبطاقة الحامل المستخدمة لتحديد الطلاء والأقمشة وما شابه ذلك. هذه طريقة للموافقة على لون بين طرفين. وهناك طريقة أكثر تحديدًا لتعريف الألوان المطلقة هي نظام Pantone Matching System ، وهو نظام مملوك يحتوي على بطاقات حامل ووصفات يمكن للطابعات التجارية استخدامها لصنع أحبار ذات لون معين.