مساحة اللون

الموسوعة الحرة
مقارنة بين بعض نطاقات الألوان RGB وCMYK على مخطط ألوان CIE 1931 xy
مقارنة بين درجات اللونية المحصورة في بعض فضاءات الألوان

فضاء اللون هو تنظيم محدد للألوان . وبالاقتران مع تحديد خصائص الألوان الذي تدعمه أجهزة مادية متنوعة، فإنه يدعم تمثيلات قابلة للتكرار للألوان ، سواء كان هذا التمثيل تناظريًا أو رقميًا . قد يكون فضاء اللون اعتباطيًا، أي بألوان مُجسّدة ماديًا مُخصصة لمجموعة من عينات الألوان المادية ذات أسماء ألوان مُقابلة (بما في ذلك أرقام منفصلة في مجموعة بانتون ، على سبيل المثال ) ، أو مُهيكلًا بدقة رياضية (كما هو الحال مع نظام NCS ، وAdobe RGB ، و sRGB ). يُعد "فضاء اللون" أداة مفاهيمية مفيدة لفهم إمكانيات الألوان لجهاز معين أو ملف رقمي. عند محاولة إعادة إنتاج اللون على جهاز آخر، يُمكن لفضاءات الألوان أن تُظهر ما إذا كان من الممكن الاحتفاظ بتفاصيل الظلال/الإضاءة وتشبع اللون، ومقدار التأثر بأي منهما.   

نموذج اللون هو نموذج رياضي مجرد يصف كيفية تمثيل الألوان كأزواج من الأرقام (مثل الثلاثيات في RGB أو الرباعيات في CMYK )؛ ومع ذلك، فإن نموذج اللون بدون دالة ربط مرتبطة بمساحة لونية مطلقة هو نظام لوني اعتباطي إلى حد ما، لا يرتبط بأي نظام عالمي معروف لتفسير الألوان. إضافة دالة ربط محددة بين نموذج اللون ومساحة لونية مرجعية تُنشئ ضمن تلك المساحة "بصمة" محددة، تُعرف باسم نطاق الألوان ، وبالنسبة لنموذج لون معين، يُحدد هذا النطاق مساحة لونية. على سبيل المثال، Adobe RGB وsRGB مساحتان لونيتان مطلقتان مختلفتان، وكلاهما مبني على نموذج اللون RGB. عند تعريف مساحة لونية، يكون المعيار المرجعي المعتاد هو مساحتا اللون CIELAB أو CIEXYZ ، المصممتان خصيصًا لتشمل جميع الألوان التي يمكن للإنسان العادي رؤيتها. [ 1 ]

بما أن مصطلح "فضاء اللون" يُحدد تركيبة معينة من نموذج اللون ودالة الربط، فإنه يُستخدم غالبًا بشكل غير رسمي للإشارة إلى نموذج اللون. مع ذلك، ورغم أن تحديد فضاء اللون يُحدد تلقائيًا نموذج اللون المرتبط به، إلا أن هذا الاستخدام غير دقيق من الناحية الفنية. على سبيل المثال، على الرغم من أن العديد من فضاءات الألوان المحددة تعتمد على نموذج ألوان RGB ، إلا أنه لا يوجد ما يُسمى بفضاء ألوان RGB المفرد .

تاريخ

افترض توماس يونغ وهيرمان هيلمهولتز أن شبكية العين تتكون من ثلاثة أنواع مختلفة من مستقبلات الضوء للأحمر والأخضر والأزرق.

في عام ١٨٠٢، افترض توماس يونغ وجود ثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية (المعروفة الآن بالخلايا المخروطية ) في العين، كل منها حساس لنطاق معين من الضوء المرئي. [ ٢ ] طوّر هيرمان فون هيلمهولتز نظرية يونغ-هيلمهولتز في عام ١٨٥٠، حيث نصّت على إمكانية تصنيف أنواع المستقبلات الضوئية المخروطية الثلاثة إلى مستقبلات ضوئية قصيرة المدى ( زرقاء )، ومستقبلات ضوئية متوسطة المدى ( خضراء )، ومستقبلات ضوئية طويلة المدى ( حمراء )، وذلك وفقًا لاستجابتها لأطوال موجات الضوء الساقطة على الشبكية . ويُفسّر الدماغ القوة النسبية للإشارات التي تستقبلها هذه الأنواع الثلاثة من المخاريط على أنها لون مرئي. لكن من غير الواضح ما إذا كان هؤلاء قد اعتبروا الألوان نقاطًا في فضاء لوني.

يُعزى مفهوم فضاء الألوان على الأرجح إلى هيرمان غراسمان ، الذي طوره على مرحلتين. أولًا، طور فكرة الفضاء المتجهي ، الذي أتاح التمثيل الجبري للمفاهيم الهندسية في فضاء ذي أبعاد n . [ 3 ] يصف فيرنلي-ساندر (1979) أسس غراسمان للجبر الخطي على النحو التالي: [ 4 ]

أصبح تعريف الفضاء الخطي (الفضاء المتجهي) معروفًا على نطاق واسع حوالي عام ١٩٢٠، عندما نشر هيرمان فايل وآخرون تعريفات رسمية. في الواقع، كان بيانو قد قدم تعريفًا مشابهًا قبل ذلك بثلاثين عامًا ، وكان مُلمًا تمامًا بأعمال غراسمان الرياضية. لم يضع غراسمان تعريفًا رسميًا - إذ لم تكن اللغة المستخدمة آنذاك متوفرة - ولكن لا شك في أنه كان يمتلك المفهوم.

انطلاقاً من هذه الخلفية المفاهيمية، نشر غراسمان في عام 1853 نظرية حول كيفية مزج الألوان؛ ولا تزال هذه النظرية وقوانينها الثلاثة للألوان تُدرّس حتى اليوم، وتُعرف باسم قانون غراسمان . [ 5 ]

كما أشار غراسمان أولاً... فإن مجموعة الضوء لها بنية مخروطية في الفضاء الخطي اللانهائي الأبعاد. ونتيجة لذلك، فإن مجموعة خارج القسمة (فيما يتعلق بالتماثل اللوني) لمخروط الضوء ترث البنية المخروطية، مما يسمح بتمثيل اللون كمخروط محدب في الفضاء الخطي ثلاثي الأبعاد، والذي يُشار إليه باسم مخروط اللون. [ 6 ]

أمثلة

مقارنة بين نموذجي ألوان CMYK و RGB . توضح هذه الصورة الفرق بين كيفية ظهور الألوان على شاشة الكمبيوتر (RGB) وكيفية ظهورها في عملية طباعة CMYK معينة.

يمكن إنشاء الألوان في الطباعة باستخدام مساحات لونية تعتمد على نموذج ألوان CMYK ، باستخدام الألوان الأساسية الطرحية للصبغة ( السماوي ، والأرجواني ، والأصفر ، والمفتاح [لإنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد لمساحة لونية معينة، يمكننا تخصيص مقدار اللون الأرجواني لمحور السينات ، ومقدار اللون السماوي لمحور الصادات، ومقدار اللون الأصفر لمحور العين. توفر المساحة ثلاثية الأبعاد الناتجة موقعًا فريدًا لكل لون ممكن من خلال دمج هذه الأصباغ الثلاثة .

يمكن إنشاء الألوان على شاشات الحاسوب باستخدام مساحات لونية تعتمد على نموذج ألوان RGB ، وذلك باستخدام الألوان الأساسية المضافة ( الأحمر والأخضر والأزرق ). في التمثيل ثلاثي الأبعاد ، يُخصص كل لون من هذه الألوان الثلاثة للمحاور X وY وZ. وتتأثر الألوان المعروضة على شاشة معينة بنوع وسيط العرض، مثل الفوسفور (في شاشة CRT ) أو المرشحات والإضاءة الخلفية (في شاشة LCD ).

هناك طريقة أخرى لإنشاء الألوان على الشاشة وهي استخدام نموذج ألوان HSL أو HSV ، الذي يعتمد على درجة اللون والتشبع والسطوع ( القيمة/ الإضاءة ). في هذا النموذج، تُسند المتغيرات إلى إحداثيات أسطوانية .

يمكن تمثيل العديد من مساحات الألوان كقيم ثلاثية الأبعاد بهذه الطريقة، ولكن بعضها له أبعاد أكثر أو أقل، وبعضها الآخر، مثل بانتون ، لا يمكن تمثيله بهذه الطريقة على الإطلاق.

تحويل

تحويل فضاء اللون هو عملية تحويل تمثيل اللون من نظام ألوان إلى آخر. ويحدث هذا عادةً عند تحويل صورة ممثلة بنظام ألوان معين إلى نظام ألوان آخر، بهدف جعل الصورة المحولة تبدو مشابهة قدر الإمكان للصورة الأصلية.

كثافة RGB

يُطبَّق نموذج ألوان RGB بطرق مختلفة، تبعًا لإمكانيات النظام المستخدم. وكانت النسخة الأكثر شيوعًا في الاستخدام العام حتى عام 2021 هي...يُعدّ هذا تطبيقًا ذا 24 بت ، حيث يحتوي على 8 بتات، أو 256 مستوى لوني منفصل لكل قناة . [ 7 ] وبالتالي، فإن أي مساحة لونية مبنية على نموذج RGB ذي 24 بت هذه تقتصر على نطاق 256×256×256 ≈ 16.7 مليون لون. تستخدم بعض التطبيقات 16 بتًا لكل مكون، أي 48 بتًا إجمالًا، مما ينتج عنه نفس النطاق اللوني مع عدد أكبر من الألوان المتميزة. يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية عند العمل مع مساحات لونية واسعة النطاق (حيث تقع معظم الألوان الشائعة متقاربة نسبيًا)، أو عند استخدام عدد كبير من خوارزميات الترشيح الرقمي بشكل متتابع. ينطبق المبدأ نفسه على أي مساحة لونية مبنية على نفس نموذج اللون، ولكن مُطبّقة بأعماق بت مختلفة .

القوائم

كان فضاء الألوان CIE 1931 XYZ من أوائل المحاولات لإنتاج فضاء ألوان قائم على قياسات إدراك الإنسان للألوان (سبقته جهود جيمس كليرك ماكسويل ، وكونيغ وديتيريسي، وأبني في إمبريال كوليدج ) [ 8 ] ، وهو الأساس لجميع فضاءات الألوان الأخرى تقريبًا. يُعد فضاء الألوان CIERGB نظيرًا خطيًا لفضاء CIE XYZ. ومن مشتقات CIE XYZ الأخرى: CIELUV و CIEUVW و CIELAB .

نوعي

مزج الألوان الإضافي: ثلاث مصابيح متداخلة في فراغ، تضاف معًا لتكوين اللون الأبيض.
مزج الألوان بالطرح: ثلاث بقع من الطلاء على ورق أبيض، يتم طرحها معًا لتحويل الورق إلى اللون الأسود.

يستخدم نظام RGB مزج الألوان الجمعي ، لأنه يحدد نوع الضوء اللازم لإنتاج لون معين. يخزن RGB قيمًا منفصلة للأحمر والأخضر والأزرق. أما RGBA فهو RGB مع قناة إضافية، ألفا، للدلالة على الشفافية. تشمل مساحات الألوان الشائعة المبنية على نموذج RGB: sRGB و Adobe RGB و ProPhoto RGB و scRGB و CIE RGB .

يستخدم نظام CMYK مزج الألوان الطرحي في عملية الطباعة، لأنه يحدد نوع الأحبار اللازمة لتطبيقها بحيث ينتج الضوء المنعكس من الركيزة عبر الأحبار لونًا محددًا. تبدأ العملية بركيزة بيضاء (قماش، ورقة، إلخ)، ثم يُستخدم الحبر لطرح اللون من الأبيض لإنشاء الصورة. يخزن نظام CMYK قيم الأحبار السماوي والأرجواني والأصفر والأسود. توجد العديد من مساحات ألوان CMYK لمجموعات مختلفة من الأحبار والركائز وخصائص الطباعة (التي تُغير معامل تكبير النقطة أو دالة النقل لكل حبر، وبالتالي تُغير المظهر).

كان نظام YIQ يُستخدم سابقًا في بث التلفزيون بنظام NTSC ( أمريكا الشمالية واليابان وغيرها ) لأسباب تاريخية. يخزن هذا النظام قيمة إضاءة (luma ) تُشابه تقريبًا (وأحيانًا يُشار إليها خطأً باسم) [ 9 ] [ 10 ] سطوع الصورة ، بالإضافة إلى قيمتين للون (chroma) كتمثيل تقريبي للنسب النسبية للونين الأزرق والأحمر. وهو مشابه لنظام YUV المستخدم في معظم أنظمة التقاط الفيديو [ 11 ] وفي نظام PAL ( أستراليا وأوروبا ، باستثناء فرنسا التي تستخدم نظام SECAM )، إلا أن فضاء ألوان YIQ مُدار بزاوية 33 درجة بالنسبة لفضاء ألوان YUV، كما أن محاور الألوان معكوسة. أما نظام YDbDr المستخدم في تلفزيون SECAM، فيتم تدويره بطريقة مختلفة.

يُعد YPbPr نسخة مُصغّرة من YUV. ويُشاهد بشكل شائع في شكله الرقمي، YCbCr ، والذي يُستخدم على نطاق واسع في أنظمة ضغط الفيديو والصور مثل MPEG و JPEG .

xvYCC هو معيار دولي لمساحة ألوان الفيديو الرقمي، صادر عن اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC 61966-2-4). وهو يستند إلى معياري الاتحاد الدولي للاتصالات BT.601 و BT.709 ، ولكنه يوسع نطاق الألوان ليشمل ألوانًا تتجاوز الألوان الأساسية الأحمر والأخضر والأزرق المحددة في هذين المعيارين.

يُستخدم نظام HSV ( الصبغة ، التشبع ، القيمة )، المعروف أيضًا باسم HSB (الصبغة، التشبع، السطوع )، بكثرة من قِبل الفنانين لأنه من الأسهل عادةً التفكير في اللون من حيث الصبغة والتشبع بدلاً من مكوناته اللونية المضافة أو المطروحة. يُعدّ HSV تحويلاً لمساحة ألوان RGB، وتكون مكوناته وقياساته اللونية نسبيةً لمساحة ألوان RGB التي اشتُقّ منها.

نظام HSL ( اللون ، التشبع ، السطوع / الإضاءة )، المعروف أيضاً باسم HLS أو HSI (اللون، التشبع، الشدة )، يشبه إلى حد كبير نظام HSV ، مع استبدال "السطوع" بـ "السطوع". والفرق هو أن سطوع اللون النقي يساوي سطوع اللون الأبيض، بينما سطوع اللون النقي يساوي سطوع اللون الرمادي المتوسط.

تجاري

أغراض خاصة

  • يُستخدم فضاء اللونية RG في تطبيقات رؤية الحاسوب . وهو يُظهر لون الضوء (أحمر، أصفر، أخضر، إلخ)، ولكنه لا يُظهر شدته (داكن، ساطع).
  • يتم استخدام مساحة ألوان TSL (اللون، التشبع، والإضاءة) في اكتشاف الوجه .

مهجور

كانت مساحات الألوان المبكرة تتكون من عنصرين. وقد تجاهلت إلى حد كبير الضوء الأزرق لأن التعقيد الإضافي لعملية مكونة من 3 عناصر لم يوفر سوى زيادة طفيفة في الدقة عند مقارنتها بالقفزة من اللون الأحادي إلى اللون المكون من عنصرين.

مساحة اللون المطلقة

في علم الألوان ، يوجد معنيان لمصطلح فضاء اللون المطلق :

  • فضاء لوني يكون فيه الاختلاف الإدراكي بين الألوان مرتبطًا بشكل مباشر بالمسافات بين الألوان كما هو ممثل بنقاط في الفضاء اللوني، أي فضاء لوني موحد . [ 12 ] [ 13 ]
  • فضاء لوني تكون فيه الألوان واضحة لا لبس فيها، أي أن تفسيرات الألوان في هذا الفضاء محددة قياسًا لونيًا دون الرجوع إلى عوامل خارجية. [ 14 ] [ 15 ]

في هذه المقالة، نركز على التعريف الثاني.

تُعد CIEXYZ و sRGB و ICtCp أمثلة على مساحات الألوان المطلقة، على عكس مساحة ألوان RGB العامة .

يمكن جعل فضاء الألوان غير المطلق مطلقًا بتحديد علاقته بالكميات اللونية المطلقة. على سبيل المثال، إذا تم قياس الألوان الأحمر والأخضر والأزرق في شاشة بدقة، إلى جانب خصائص أخرى للشاشة، فيمكن اعتبار قيم RGB على تلك الشاشة مطلقة. يُشار أحيانًا إلى فضاء الألوان CIE 1976 L*, a*, b* بأنه مطلق، على الرغم من أنه يحتاج أيضًا إلى تحديد نقطة بيضاء ليصبح كذلك. [ 16 ]

إحدى الطرق الشائعة لتحويل مساحة لونية مثل RGB إلى لون مطلق هي تعريف ملف تعريف ICC ، الذي يحتوي على خصائص RGB. هذه ليست الطريقة الوحيدة للتعبير عن لون مطلق، لكنها المعيار في العديد من الصناعات. تشمل ألوان RGB المُعرّفة بواسطة ملفات تعريف مقبولة على نطاق واسع sRGB و Adobe RGB . تُسمى عملية إضافة ملف تعريف ICC إلى رسم أو مستند أحيانًا بالوسم أو التضمين ؛ وبالتالي، يُحدد الوسم المعنى المطلق للألوان في ذلك الرسم أو المستند.

أخطاء التحويل

يمكن تحويل لون من فضاء لوني مطلق إلى فضاء لوني مطلق آخر، والعكس صحيح، بشكل عام؛ إلا أن بعض الفضاءات اللونية قد تكون لها قيود على نطاقها اللوني ، ولن ينتج عن تحويل الألوان التي تقع خارج هذا النطاق نتائج صحيحة. كما يُحتمل حدوث أخطاء تقريب، خاصةً عند استخدام النطاق الشائع الذي يقتصر على 256 قيمة مميزة لكل مكون ( لون 8 بت ).

أحد عناصر تعريف فضاء اللون المطلق هو ظروف الرؤية. فاللون نفسه، عند رؤيته تحت ظروف إضاءة طبيعية أو اصطناعية مختلفة ، سيبدو مختلفًا. وقد يستخدم المختصون في مطابقة الألوان غرفًا مخصصة للعرض، مضاءة بإضاءة موحدة.

أحيانًا، توجد قواعد دقيقة للتحويل بين فضاءات الألوان غير المطلقة. على سبيل المثال، يُعرَّف فضاءا HSL وHSV على أنهما تحويلان لـ RGB. كلاهما غير مطلق، ولكن يجب أن يحافظ التحويل بينهما على اللون نفسه. مع ذلك، بشكل عام، يُعدّ التحويل بين فضاءي ألوان غير مطلقين (مثلًا، من RGB إلى CMYK ) أو بين فضاءي ألوان مطلق وغير مطلق (مثلًا، من RGB إلى L*a*b*) مفهومًا غير ذي معنى تقريبًا.

مساحات عشوائية

هناك طريقة أخرى لتحديد مساحات الألوان المطلقة مألوفة لدى العديد من المستهلكين، وهي بطاقة العينات اللونية، المستخدمة لاختيار الدهانات والأقمشة وما شابه. تُعد هذه طريقة للاتفاق على لون بين طرفين. أما الطريقة الأكثر توحيدًا لتحديد الألوان المطلقة فهي نظام مطابقة بانتون ، وهو نظام خاص يتضمن بطاقات عينات لونية ووصفات يمكن للطابعات التجارية استخدامها لصنع أحبار بلون محدد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ غرافيسن، ينس (نوفمبر 2015). "مقياس فضاء اللون" (ملف PDF) . النماذج الرسومية . 82 : 77-86 . doi : 10.1016/j.gmod.2015.06.005 . S2CID 33425148. تاريخ الاسترجاع: 28 نوفمبر 2023 . 
  2. ↑ يونغ، ت. (1802). "محاضرة بيكريان: في نظرية الضوء والألوان" . معاملات الجمعية الملكية بلندن الفلسفية 92 : 12-48 . doi : 10.1098 /rstl.1802.0004 .
  3. ↑ هيرمان غراسمان ونشأة الجبر الخطي
  4. ↑ فيرنلي-ساندر، ديزموند (ديسمبر 1979). "هيرمان غراسمان ونشأة الجبر الخطي" . المجلة الرياضية الأمريكية الشهرية . 86 (10): 809-817 . doi : 10.1080/00029890.1979.11994921 . ISSN 0002-9890 . 
  5. ^ جراسمان ح (1853). "Zur Theorie der Farbenmischung" . Annalen der Physik und Chemie . 89 (5): 69– 84. بيب كود : 1853AnP...165...69G . دوى : 10.1002/andp.18531650505 .
  6. ↑ لوغفينينكو، أ. د. (2015). "البنية الهندسية للون" . مجلة الرؤية . 15 (1): 16. doi : 10.1167/15.1.16 . PMID 25589300 . 
  7. ↑ كيرنين، مارك (2021-08-26). "لماذا تحتاج إلى معرفة عمق بت الألوان الذي تدعمه شاشتك" . لايف واير . تم الاسترجاع في 2022-07-04 .
  8. ↑ ويليام ديفيد رايت، 50 عامًا على جهاز المراقبة القياسي CIE لعام 1931. Die Farbe، 29 :4/6 (1981).
  9. ↑ تشارلز بوينتون، "يُعتبر كل من YUV و'السطوع' ضارين: دعوة إلى مصطلحات دقيقة في الفيديو"، نسخة إلكترونية محررة من قِبل المؤلف للملحق أ من كتاب تشارلز بوينتون، الفيديو الرقمي والتلفزيون عالي الوضوح: الخوارزميات والواجهات ، مورغان كوفمان، 2003 .
  10. ↑ تشارلز بوينتون، الإضاءة الثابتة ، 2004
  11. ↑ دين أندرسون. "مساحات الألوان في أجهزة التقاط الإطارات: RGB مقابل YUV" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-07-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-04-2008 .
  12. ^ هانز ج. فولز (2001). اختبار الألوان الصناعية: الأساسيات والتقنيات . وايلي-VCH. رقم ISBN 3-527-30436-3.
  13. ↑ غونتر بوكسباوم؛ جيرهارد بفاف (2005). أصباغ صناعية غير عضوية . وايلي-في سي إتش. رقم ISBN 3-527-30363-4.
  14. ^ جوناثان ب. كنودسن (1999). رسومات جافا ثنائية الأبعاد . أورايلي. ص. 172 . رقم ISBN  1-56592-484-3. مساحة اللون المطلقة.
  15. ^ بيرنيس إلين روجوويتز. ثراسيفولوس ن باباس؛ سكوت جي دالي (2007). الرؤية البشرية والتصوير الإلكتروني XII . جاسوس. رقم ISBN 978-0-8194-6605-1.
  16. ↑ يود-رين تشين؛ جورج إي. ماير؛ شو-آي. تو (2005). أجهزة الاستشعار البصرية وأنظمة الاستشعار للموارد الطبيعية وسلامة وجودة الأغذية . SPIE. ISBN 0-8194-6020-6.
  • أسئلة وأجوبة حول الألوان ، تشارلز بوينتون
  • علم الألوان ، دان بروتون
  • مساحات الألوان ، رولف جي. كوهني (أكتوبر 2003)
  • مساحات الألوان – الخلفية الإدراكية والتاريخية والتطبيقية ، ماركو تكالتشيتش (2003)
  • تنسيقات الألوان لمعالجة الصور والفيديو - تحويل الألوان بين RGB و YUV و YCbCr و YPbPr.
  • PixFC-SSE – مكتبة C لتحويلات تنسيقات الألوان المحسّنة بتقنية SSE. 
  • تقنية كونيكا مينولتا سينسينج: تواصل دقيق للألوان
  • هايام، نيكولاس جيه، فضاءات الألوان والتصوير الرقمي ، من كتاب برينستون المصاحب للرياضيات التطبيقية