Giới Thiệu Về Các Hệ Màu Trong Màn Hình Đồ Họa

Mức độ thuần tới hạn được xác định bởi tỉ số chiều dài CF và CG. Những màu mà buộc phải sử dụng bước sóng trội của màu bù để biểu diễn thường có màu tía thẫm và hay nằm ở phần dưới của biểu đồ CIE

Một công cụ khác của biểu đồ CIE là xác định gam màu hay còn gọi là khoảng màu khi kết hợp hai màu lại với nhau. Mọi cặp màu I, J bất kì khi phối màu sinh ra hàng loạt các gam màu mới thuộc đường thẳng IJ phụ thuộc và tỉ lệ I và J .Khi màu thứ ba không được dùng thì các gam màu tạo thành sẽ nằm trong tam giác tạo bởi I, J và K

Theo như hình dạng của biểu đồ màu không phải tất cả các màu đều tạo ra được từ ba màu cơ bản Red, Blue, Green trong vùng nhìn thấy vì không một tam giác nào mà ba đỉnh của nó thuộc vùng nhìn thấy của biểu đồ lại có thể bao phủ lên toàn bộ vùng đó được.

Biểu đồ màu cũng được dùng để so sánh những gam màu có thể trên các màn hình màu và các thiết bị in ấn khác nhau. Có một vấn đề nảy sinh với hệ thống màu CIE . Giả sử khoảng cách từ màu

C1=( X1, Y1, Z1 ) đến màu C‘1= C1 + C

Và khoảng cách từ màu C2=( X2, Y2, Z2 ) đến màu C‘2= C2 +  C Với C = ( X,  Y, Z)

Trong cả 2 trường hợp, khoảng cách từ C1 đến C‘1 và C2 đến C‘2 đều bằng

C.Tuy nhiên trong thực tế chúng được cảm nhận không bằng nhau vì sự thay đổi của chúng qua phổ khác nhau. Vì vậy một không gian màu cảm nhận đều, mà trong 2 cặp màu có khoảng cách bằng nhau được cảm nhận bằng nhau bởi người dùng là cần thiết.

Năm 1976 không gian màu CIE LUV được phát triển để đáp ứng lại nhu cầu đó. Với (Xu , Yu, Zu ) là những tọa độ màu được xem là màu trắng thì không gian màu được xác định bởi:

L*= 116( Y/Yn)13-16; Y/Yn>0.01

𝑢∗ = 13𝐿∗(𝑢′ − 𝑢′𝑛 )

𝑣∗ = 13𝐿∗(𝑣′ − 𝑣′𝑛 )

u'= 4𝑋

𝑋+15𝑌+3𝑍

; 𝑣′ = 9𝑌

𝑋+15𝑌+3𝑍

; 𝑢𝑛

= 4𝑋 𝑛

𝑋 𝑛 +15𝑌𝑛 +3𝑍 𝑛

; 𝑣𝑛

= 9𝑌𝑛

𝑋 𝑛 +15𝑌𝑛 +3𝑍 𝑛

6.3. Giới thiệu về các hệ màu trong màn hình đồ họa

Mô hình màu: Là một chỉ số kỹ thuật của một hệ tọa độ màu ba chiều và tập các màu nhỏ thành phần có thể trông thấy được trong hệ thống tọa độ màu thuộc một gam màu đặc trưng

Mục đích của mô hình màu: Cho phép các chỉ số kỹ thuật quy ước của một số loại màu sắc thích hợp với các màu sắc của một số gam màu khác

Ba mô hình mầu định hướng phần cứng được sử dụng rộng rãi là:

+ RGB: Dùng với các màn hình CRT

+ YIQ: Trong hệ thống tivi màu băng tần rộng

+ CYM: Sử dụng cho một số thiết bị in màu

6.3.1. Mô hình màu RGB

Hệ màu RGB mô tả màu sắc bằng ba thành phần Red, Green, Blue trong một mô hình gọi là "không gian màu". Không gian này được minh họa bằng một khối lập phương với các trục chính R, G, B.

Hình 6.9. Mô hình không gian màu RGB

Mỗi màu trong không gian RGB đều được biểu diễn như là một vector thông qua ba vector cơ sở là Red, Green, Blue. Do đó, ứng với các tổ hợp khác nhau của ba màu này sẽ cho ta một màu mới.

Trong hình lập phương mỗi màu gốc (Red, Green, Blue) được đặt vào góc đối diện với các màu bù nó. (Hai màu bù nhau là hai màu mà khi kết hợp tạo thành màu trắng hay xám (grey). Như vậy Red đối diện với Cyan, Green đối diện với Magenta, Blue đối diện với Yellow. Giá trị xám nằm trên đường chéo nối các đỉnh (0,0,0) và (1,1,1) của hình lập phương. Thường các trục R, G, B được chuẩn hóa. Khi kết hợp hai màu lại với nhau thì màu sinh ra có vector bằng tổng các vector thành phần.

Gam màu được thể hiện trong hệ màu RGB được xác định bằng những đặc tính của hiện tượng phát quang của các chất phốt pho trong màn hình CRT.

Hai màn hình CRT với hai loại chất phốt pho khác nhau sẽ cho ra các gam màu khác nhau. Sự biến đổi màu được định rò trong gam màu của một CRT khác. Chúng ta có thể thay đổi gam màu của một CRT này sang một CRT khác thông qua các ma trận chuyển đổi M1và M2 từ không gian RGB của từng màn hình tới không gian màu (X, X, Z).

Công thức biến đổi:

𝑋 𝑋 𝑟 𝑋 𝑔 𝑋 𝑏 𝑅

𝑌 = 𝑌𝑟 𝑌𝑔 𝑌𝑏. 𝐺

𝑍 𝑍 𝑟 𝑍 𝑔 𝑍 𝑏 𝐵

Với 𝑋 𝑟 , 𝑋 𝑔 , 𝑋 𝑏 là các trọng số tương ứng với các màu trong hệ RGB của màn hình. Tương tự Y, Z. Việc xác định M là hệ số chọn màu thông qua ma trận 3×3 của các trọng số trên. Chúng ta viết lại công thức như sau:

𝑋 𝑅

𝑌 =M 𝐺

𝑍 𝐵

Với M1 và M2 là những ma trận hệ số, sự biến đổi qua lại giữa gam màu của hai màn hình theo CIE được mô tả bằng M2-1* M1. Điều đó có nghĩa là việc biến đổi đó thông qua RGB của màn hình một tới RGB của màn hình hai.

Nếu màu C1 là gam màu của một hình nhưng không là gam màu của màn hình hai, màu tương ứng C2=M2* M1 sẽ bên ngoài khối lập phương đơn vị .

Các sắc độ màu cho mỗi mẫu phốt pho RGB luôn có sẵn như là thông số kỹ thuật kỹ thuật của công nghệ CRT. Nếu không các thiết bị so màu cũng có thể được sử dụng để đo trực tiếp cá giá trị mẫu tọa độ màu, hay một thiết bị đo quang phổ cũng như có thể được sử dụng để đo P(λ) và sau đó chúng có thể được biến đổi thành tọa độ màu bằng các phương trình (*)(**)(***)

k=100

𝑃(𝜆)𝑦 𝜆dλ

(*)

x= 𝑋

(𝑋+𝑌+𝑍)

; y= 𝑌

(𝑋+𝑌+𝑍)

; z= 𝑍

(𝑋+𝑌+𝑍)

(**)

x=𝑥 Y , y=Y , z=1−𝑥−𝑦Y (***)

𝑦 𝑦

Biểu thị các tọa độ thông qua (Xr, Yr) cho màu đỏ (Xg, Yg) cho màu xanh và (Xb,Yb) cho màu lam và xác định Cr như sau:

Cr = Xr+ Yr + Zr

Chúng ta có thể tính cho màu đỏ gốc theo:

Xr= Xr /( Xr+ Yr + Zr) = Xr/Cr = xr* Cr Yr= Yr /( Xr+ Yr + Zr) = Yr/Cr =yr* Cr Zr= Zr /( Xr+ Yr + Zr) = Zr/Cr =𝑧 𝑟 * Cr

Với cách xác định tương tự cho Cg và Cb phương trình có thể được viết như sau:

𝑋

𝑌 =

𝑍

𝑥 𝑟 ∗ 𝐶 𝑟 𝑥 𝑔 𝐶 𝑔 𝑥 𝑏 𝐶 𝑏

𝑦𝑟 ∗ 𝐶 𝑟 𝑦𝑔 𝐶𝑔 𝑦 𝑏 𝐶 𝑏

(1 − 𝑥 𝑟 − 𝑦𝑟 )𝐶𝑟 (1 − 𝑥 𝑔 − 𝑦𝑔 )𝐶 𝑔 (1 − 𝑥 𝑏 − 𝑦 𝑏 )𝐶 𝑏

𝑅

. 𝐺

𝐵

Các ẩn số Cr, Cg, Cb có thể được tìm bằng hai cách

Cách thứ nhất: Những thể sáng Yr , Yg và Yb của màu đỏ, màu lam sáng nhất có thể được đo với một quang kế chất lượng cao. Những thước đo này thể sáng này có thể được kết hợp với các đại lượng yr, yg, yb đã biết để tính giá trị

Cr=Yr /yr Cg=Yg /yg Cb= Yb / yb Cách thứ hai:

𝑋 𝑤

𝑌𝑤=

𝑍 𝑤

𝑥 𝑟 𝑥 𝑔 𝑥 𝑏

𝑦𝑟 𝑦𝑔 𝑦 𝑏

(1 − 𝑥 𝑟 − 𝑦𝑟 ) (1 − 𝑥 𝑔 − 𝑦𝑔 ) (1 − 𝑥 𝑏 − 𝑦 𝑏 )

𝑅

. 𝐺

𝐵

𝑋 𝑤

=𝑥

𝑌𝑤

𝑍

𝑤 𝑦 𝑤

𝑤 =𝑧

𝑌𝑤

𝑤 𝑦 𝑤

Ưu điểm:

Không gian RGB là chuẩn công nghiệp cho các thao tác đồ họa máy tính. Các thao tác màu sắc có thể được tính toán trên các không gian màu khác nhưng cuối cùng cần phải chuyển về không gian RGB để có thể hiển thị trên màn hình (do thiết kế của phần cứng dựa trên mô hình RGB).

Có thể chuyển đổi qua lại giữa không gian RGB với các không gian màu khác như CIE, CMY, HSL, HSV ...

Các thao tác tính toán trên không gian RGB thường đơn giản hơn.

Nhược điểm:

Các giá trị R,G,B của một màu là khác nhau đối với các màn hình khác nhau : Nghĩa là các giá trị R,G,B của một màu trên màn hình màu này sẽ không sinh ra đúng màu đó trên một màn hình khác.

Sự mô tả các màu trong thế giới thực đối với không gian RGB còn nhiều hạn chế bởi vì không gian RGB không hoàn toàn phù hợp với sự cảm nhận màu sắc của

con người. Hai điểm phân biệt trong không gian RGB, với mắt người có thể hoặc không thể là thể hiện của hai màu khác nhau

6.3.2.Mô hình màu CMY

Hình 6.10. Mô hình màu CMY

Là phần bù tương ứng cho các màu đỏ, lục, lam và chúng được sử dụng như những bộ lọc loại trừ các màu này từ ánh sáng trắng. Vì vậy CMY còn được gọi là các phần bù loại trừ của màu gốc

Tập hợp màu thành phần biểu diễn trong hệ tọa độ Đề-các cho mô hình màu CMY giống như mô hình màu RGB ngoại trừ màu trắng được thay thế màu đen ở tại nguồn sáng

Các màu thường được tạo thành bằng cách loại bỏ hoặc được bù từ ánh sáng trắng hơn là được thêm vào những màu tối

Khi xem xét các thiết bị in màu trên giấy, chẳng hạn như in tĩnh điện hay in phun. Khi bề mặt giấy được bao phủ bởi lớp mực màu xanh tím, sẽ không có tia màu đỏ phản chiếu từ bề mặt đó. Màu xanh tím đã loại bỏ phần màu đỏ phản xạ khi có tia sáng trắng, mà bản chất là tổng hợp của ba màu đỏ, lục và lam

Vì thế ta có thể coi màu cyan là màu trắng trừ đi màu đỏ và đó cũng là màu lam cộng màu lục. Tương tự như vậy ta có màu đỏ thẫm (magenta) hấp thụ màu lục, vì thế nó tương đương với màu đỏ cộng màu lam. Và cuối cùng màu vàng hấp thụ màu lam sẽ bằng màu đỏ cộng với lục

𝐶 1 𝑅

𝑀=1−𝐺

𝑌 1 𝐵

Khi bề mặt của thực thể được bao phủ bởi xanh tím và vàng, chúng sẽ hấp thụ hết các phần màu đỏ và xanh lam của bề mặt.

Khi đó chỉ tồn tại duy nhất màu lục bị phản xạ từ sự chiếu sáng của ánh sáng trắng . Trong trường hợp khi bề mặt được bao phủ bởi cả ba màu xanh tím, vàng và đỏ thẫm, hiện tượng hấp thụ xảy ra cả trên ba màu đỏ , lục và lam, do đó là màu đen sẽ là màu của bề mặt.

Những mối liên hệ này có thể được mô tả bởi phương trình sau: Vector đơn vị cột RGB miêu tả cho màu trắng và CMY miêu tả cho màu đen Sự biến đổi từ RGB thành CMY là:

𝐶 1 𝑅

𝑀=1−𝐺

𝑌 1 𝐵

Một mô hình màu tương tự , CMYK, sử dụng thêm màu đen( viết tắt là K) như màu thứ tư, được sử dụng trong quá trình in bốn màu của việc in ấn trong một số thiết bị in ấn

Với các chỉ số kỹ thuật CMY quy định, màu đen được sử dụng để thay thế cho các vị trí có thành phần ngang bằng theo C, M, Y. Mối quan hệ được viết theo công thức sau:

K= min(C, M, Y) C=C-K;

M=M-K;

Y=Y-k;

6.3.3. Mô hình màu YIQ

YIQ là sự thay đổi của RGB thông qua khả năng truyền phát và tính tương

thích

YIQ sử dụng hệ tọa độ đề các 3 chiều với tập các thành phần nhìn thấy được biểu diễn như một khối đa diện lồi trong khối lập phương RGB

Sự biến đổi RGB thành YIQ

𝑌 0.299 0.587 0.114 𝑅

𝐼 =0.596 −0.275 −0.321−𝐺

𝑄 0.212 −0.523 0.311 𝐵

Những đại lượng hàng đầu tiên phản ánh mối liên hệ quan trọng của màu lục và màu đỏ và mối liên hệ không quan trọng của màu sáng lam.

Nghịch đảo của ma trận biến đổi RGB thành YIQ được sử dụng cho sự biến đổi YIQ thành RGB

Phương trình trên được viết với giả sử chỉ số màu RGB dựa trên cơ sở tiêu chuẩn phốt pho RGB NTSC với các giá trị theo CIE là:

Red	Green	Blue
X	0.67	0.21	0.14
Y	0.33	0.71	0.08