Кіріспе

Қызыл, жасыл және көк түске негізделген түс үлгісі

RGB түс үлгісі – аддитивті түс үлгісі болып табылады. RGB түс үлгісінің басты мақсаты – теледидарлар мен компьютерлер сияқты электрондық жүйелерде кескіндерді қабылдау, көрсету және бейнелеу, алайда ол дәстүрлі фотосуретке түсіруде және түсті жарықтандыруда да қолданылады. Электрондық дәуірге дейін RGB түс үлгісі адамның түстерді қабылдауына негізделген берік теорияға ие болды. RGB – құрылғыға тәуелді түс үлгісі: әртүрлі құрылғылар бірдей RGB мәнін әртүрлі анықтайды немесе қайта жасайды, себебі түс элементтері (мысалы, люминофорлар немесе бояулар) және олардың жеке қызыл, жасыл және көк деңгейлеріне реакциясы өндірушіден өндірушіге, тіпті бір құрылғының уақыт өте келе өзгеруі мүмкін. Сондықтан RGB мәні түс басқарудың қандай да бір түрінсіз әртүрлі құрылғыларда бірдей түсті білдірмейді. Типик RGB кіріс құрылғылары – түрлі-түсті теледидарлар мен бейнекамералар, кескіш сканерлер және цифрлық камералар. Типик RGB шығыс құрылғылары – әртүрлі технологиялардың телевизорлары (ЭЛТ, LCD, плазма, OLED, кванттық нүктелер және т.б.), компьютерлер мен ұялы телефондардың дисплейлері, бейнепроекторлар, көп түсті LED дисплейлер және Jumbotron сияқты үлкен экрандар. Ал түсті принтерлер RGB құрылғылары емес, әдетте CMYK түс үлгісін пайдаланатын, түсті азайту принципінде жұмыс істейтін құрылғылар болып табылады.

Қосымша бояулар

RGB түстерін құру үшін үш жарық сәулесі (бір қызыл, бір жасыл және бір көк) бір-біріне қосылуы керек (мысалы, қара экраннан шығу немесе ақ экраннан шағылысу арқылы). Әр үш сәуле сол түстің құрамдас бөлігі деп аталады, және олардың әрқайсысы толық сөнгеннен толық жануға дейін кез келген қарқындылыққа ие болуы мүмкін. RGB түстік моделі аддитивті болып табылады, яғни егер әртүрлі түстердің (жиілік) жарық сәулелері кеңістікте біріктірілсе, олардың жарық спектрлері толқын ұзындығы бойынша қосылып, нәтижесінде жалпы спектр пайда болады. Бұл бояулар, сыялар, бояулар және басқа да заттарға қатысты түстің субтрактивті моделінен, әсіресе CMY түстік моделінен өзгеше, олардың түсі біз оларды көретін жарықтың белгілі бір компоненттерін (жиіліктерін) шағылыстыруға байланысты. Аддитивті модельде, егер алынған спектр, мысалы, үш түсті біріктіру нәтижесінде тегіс болса, адамның көзі торшаға тікелей түскенде ақ түсті қабылдайды. Бұл субтрактивті модельге қарама-қарсы, онда қабылданатын нәтижелі спектр боялған беттер сияқты шағылыстыратын беттерден шығады. Қарапайым тілмен айтқанда, бояу өзінің түсінен басқа барлық түстерді сүзіп тастайды; екі араласқан бояу олардың арасындағы ортақ түс компонентін қоспағанда, барлық түстерді сүзіп тастайды, мысалы, сары мен көк түстің ортақ компоненті ретінде жасыл, қызыл мен сары түстің ортақ компоненті ретінде қызыл, ал қызыл-көк пен көк түстің ортақ компоненті ретінде күлгін. Мажанта, көк және сары түстердің арасында түс компоненті болмайды, сондықтан нөлдік қарқындылық спектрін қара түске айналдырады. Әрбір компоненттің нөлдік қарқындылығы ең қара түсті (жарық жоқ, қара деп есептеледі) береді, ал әрқайсысының толық қарқындылығы ақ түсті береді; бұл ақтың сапасы негізгі жарық көздерінің сипатына байланысты, бірақ олар дұрыс теңдестірілсе, нәтиже жүйенің ақ нүктесіне сәйкес келетін бейтарап ақ түс болады. Барлық компоненттердің қарқындылығы бірдей болған кезде, қарқындылыққа байланысты сұр түстің көлеңкесі, қараңғы немесе ашық болады. Қарқындылық әртүрлі болған кезде, негізгі түстердің ең күшті және ең әлсіз қарқындылығының айырмасына байланысты, түстің қанықтығы аз немесе көп болады. Компоненттердің бірі ең күшті болған кезде, түс осы негізгі түске жақын түске (қызыл, жасыл немесе көк) жақын болады, ал екі компонент бірдей күшті болған кезде, түс екіншілік түстің түсіне (көк, қызыл немесе сары түстің көлеңкесі) жақын болады. Екіншілік түс тең қарқындылықтағы екі негізгі түстің қосындысынан құралады: көк - жасыл + көк, қызыл - көк + қызыл, ал сары - қызыл + жасыл. Әрбір екіншілік түс бір негізгі түстің толықтырғышы болып табылады: көк қызылға, қызыл жасылға, ал сары көк түске толықтырады. Барлық негізгі түстер тең мөлшерде араластырылғанда, ақ түс пайда болады. RGB түстік моделі өзі қызыл, жасыл және көк түстердің колориметриялық мағынасын анықтамайды, сондықтан оларды араластыру нәтижелері абсолютті емес, негізгі түстерге қатысты болып белгіленеді. Қызыл, жасыл және көк түстердің нақты хроматикасы анықталғанда, түстік модель sRGB немесе Adobe RGB сияқты абсолютті түстік кеңістікке айналады; толық ақпарат алу үшін RGB түстік кеңістігіне қараңыз.

Қызыл, жасыл және көк түстерді таңдаудың физикалық қағидалары

Негізгі түстерді таңдау адам көзінің физиологиясына байланысты; жақсы бастапқы түстер – бұл адамның торлы қабатындағы конус жасушаларының әртүрлі толқын ұзындығындағы жарыққа реакциясы арасындағы айырмашылықты барынша арттыратын және осылайша үлкен түсті үшбұрыш құрайтын стимулдар. Адам көзіне тән жарыққа сезімтал фоторецептор жасушаларының үш түрі (конус жасушалары) сары (ұзын толқынды немесе L), жасыл (орташа немесе M) және күлгін (қысқа немесе S) жарыққа ең жақсы реакция жасайды (ең жоғары толқын ұзындығы тиісінше 570 нм, 540 нм және 440 нм). Түсті фотосуретті қайта өндіру үшін қараңғы бөлмеде экранға үш сәйкес келетін проекция қажет болды. Адитивті RGB моделі және қызғылт-жасыл-көк сияқты түрленулер Autochrome Lumière түсті тақталарында және Joly түсті экраны мен Paget процесі сияқты басқа экранды тақта технологияларында, XX ғасырдың басында қолданылды. Түсті фотосуреттерді үш жеке тақтаға түсіруді басқа пионерлер де қолданды, мысалы, ресейлік Сергей Прокудин-Горский 1909 жылдан 1915 жылға дейінгі кезеңде. Мұндай әдістер 1960 жылға дейін қымбат және өте күрделі үш түсті карбро Автотип процесін пайдалана отырып сақталды. Қолданылған жағдайда, үш тақталы фотосуреттерден басылымдар жасау бояулар немесе пигменттер арқылы жүзеге асырылды, сүзгіленген түсірілімдердің теріс тақталарын қарапайым түрде пайдаланып, толықтырылатын CMY моделін қолдану арқылы: кері қызыл – көк тақта береді, және т.с.с.

Теледидар

Қол жетімді электронды теледидар дамығанға дейін, 1889 жылы Ресейде механикалық түрде сканерленетін түсті жүйелерге патенттер алынған. Түсті теледидардың пионері Джон Логи Бэйрд 1928 жылы әлемдегі алғашқы RGB түсті хабар таратуын, ал 1938 жылы Лондонда әлемдегі алғашқы түсті хабар беруді көрсетті. Оның тәжірибелерінде сканерлеу және көрсету механикалық түрде, түсті дөңгелектерді айналдыру арқылы жүзеге асырылды. Колумбия телерадиокомпаниясы (CBS) 1940 жылы эксперименталды RGB өрістік тізбектелген түсті жүйені бастады. Кескіндер электрлік түрде сканерленді, бірақ жүйеде әлі де қозғалатын бөлік болды: мөлдір RGB түсті дөңгелек тік сканерлеумен синхронды түрде секундына 1200 айналымнан жоғары жылдамдықпен айналды. Камера және катодты сәулелі түтік (CRT) екеуі де монохромды болды. Түс камерада және қабылдағыштағы түсті дөңгелектермен қамтамасыз етілді. Соңғы уақыттарда түсті дөңгелектер Texas Instruments монохромды DLP бейнелеу құрылымына негізделген өрістік проекциялық теледидар қабылдағыштарында қолданылды. Түсті CRT дисплейлері үшін қазіргі заманғы RGB көлеңке маскасы технологиясын 1938 жылы Германияда Вернер Флехсиг патенттеген.

Жеке компьютерлер

1970 жылдардың соңы мен 1980 жылдардың басындағы Apple II және VIC 20 сияқты жеке компьютерлер композиттік бейнені пайдаланды. Commodore 64 және Atari 8 биттік компьютерлер S Video туындыларын қолданды. IBM 1981 жылы IBM PC үшін Color Graphics Adapter (CGA) арқылы 16 түстік схеманы (қызыл, жасыл, көк және қарқындылыққа арналған әрқайсысы бір биттен) енгізді, кейіннен 1984 жылы Enhanced Graphics Adapter (EGA) арқылы жақсартылды. Truevision 1987 жылы компьютерлер үшін шынайы түсті графикалық картаны (TARGA) алғаш рет жасады, бірақ 1987 жылы Video Graphics Array (VGA) пайда болғанға дейін RGB танымал бола алмады, себебі адаптер мен монитор арасындағы қосылыстағы аналогтық сигналдар RGB түстерінің өте кең диапазонына мүмкіндік берді. Шындығында, тағы бірнеше жыл күтуге тура келді, өйткені бастапқы VGA карталары EGA сияқты палитрамен басқарылатын, бірақ VGA-ға қарағанда көбірек еркіндікпен, алайда VGA ұшқыштары аналогты болғандықтан, VGA-ның кейінгі нұсқалары (әртүрлі өндірушілермен Super VGA деген бейресми атаумен жасалған) ақырында шынайы түс қосты. 1992 жылы журналдар шынайы түсті Super VGA жабдықтарын кеңінен жарнамалады.

RGB және дисплейлер

RGB түстер моделінің кең таралған қолданысы – катодты сәулелі түтікшеде (CRT), сұйық кристалды дисплейде (LCD), плазмалық дисплейде немесе теледиод, компьютер мониторы немесе үлкен экран сияқты органикалық жарықдиодты (OLED) дисплейде түстерді көрсету. Экрандағы әрбір пиксель үш кішкентай, өте жақын бірақ бөлек тұрған RGB жарық көздерін басқару арқылы жасалады. Көру қашықтығы жеткілікті болғанда, жеке көздерді ажырату мүмкін емес, ал көз оны белгілі бір түс ретінде қабылдайды. Барлық пиксельдер тікбұрышты экран бетінде орналасып, түсті кескінді құрайды. Цифрлық кескінді өңдеу кезінде әрбір пиксел компьютер жадында немесе интерфейс жабдықтамасында (мысалы, графикалық картада) қызыл, жасыл және көк түс компоненттерінің екілік мәндері түрінде бейнеленеді. Дұрыс басқарылған жағдайда, бұл мәндер кейбір құрылғылардың ішкі сызықтық еместігін түзету үшін гамма-түзету арқылы интенсивтілікке немесе кернеуге түрлендіріледі, нәтижесінде дисплейде қажетті интенсивтілік қайта жанданады. Sharp компаниясы шығарған Quattron RGB түстерін пайдаланады және сары түсті қосымша пиксель ретінде қосады, бұл қол жетімді түстердің санын арттыруға септігін тигізеді.

Видеоэлектроника

RGB сонымен қатар бейнеэлектроника саласында қолданылатын компоненттік бейнесигнал түріне қатысты термин. Ол үш жеке кабель/контакт арқылы берілетін үш сигналдан – қызыл, жасыл және көк түстен тұрады. RGB сигнал форматтары көбінесе монохромды бейнеге арналған RS 170 және RS 343 стандарттарының өңделген нұсқаларына негізделген. Бұл типтегі бейнесигнал Еуропада кеңінен қолданылады, себебі ол стандартты SCART коннекторы арқылы берілетін ең жоғары сапалы сигнал болып табылады. Бұл сигнал RGBS деп белгілі (4 BNC/RCA ұштары бар кабельдер де бар), бірақ ол компьютер мониторларында қолданылатын RGBHV-мен толық үйлесімді (әдетте 15 пинді D-sub немесе 5 BNC ұштарымен аяқталатын 15 пинді кабельдерде беріледі), ол жеке көлденең және тік синхронизация сигналдарын тасымалдайды. Еуропадан тыс аймақтарда RGB бейнесигнал форматы ретінде кең таралмаған; S-Video көптеген Еуропа емес аймақтарда оның орнын басады. Дегенмен, әлемдегі барлық дерлік компьютер мониторлары RGB қолданады.

Сызықтық емес

Классикалық CRT құрылғыларында, үдетілген электрондардың флуоресценттік экрандағы белгілі бір нүктеге тиюінен туындайтын жарықтық, электрондық қарудың басқару торларына қолданылатын кернеуге пропорционал емес, кернеутің кеңейтілген функциясына пропорционалды. Бұл ауытқудың шамасы гамма мәні деп белгіленеді, ол осы мінез-құлықты жақсы сипаттайтын қуат заңы функциясының аргументі болып табылады. Сызықты жауап гамма мәні 1.0-қа тең, бірақ нақты CRT құрылғыларының сызықтық еместігі гамма мәні 2.0-ден 2.5-ке дейін болады. Сол сияқты, теледидар және компьютер дисплейлеріндегі шығыс қарқындылығы R, G және B қолданылатын электр сигналдарына (немесе оларды цифрлық-аналогтық түрлендіргіштер арқылы басқаратын файл деректерінің мәндеріне) тікелей пропорционал емес. Типтік стандартты 2.2 гамма CRT дисплейінде (0.5, 0.5, 0.5) RGB мәнінің кіріс қарқындылығы 50% орнына толық жарықтықтың шамамен 22% -ын (1.0, 1.0, 1.0) шығарады. Дұрыс жауап алу үшін, кескін деректерін кодтау кезінде гамма түзетуі қолданылады, сондай-ақ құрылғының түс калибрлеу процесінің бір бөлігі ретінде қосымша түзетулер де жасалуы мүмкін. Гамма, қара-ақ және түсті теледидарларға да әсер етеді. Стандартты түсті теледидарда, хабар тарату сигналдары гамма түзетіледі.

RGB және камералар

Түсті теледидарлар мен 1990 жылдарға дейін жасалған бейнекамераларда кіріп келетін жарық призмалар мен сүзгілер арқылы үш негізгі RGB түске бөлінетін, әр түс жеке бейнекамера түтігіне (немесе түсіру түтігіне) жіберілетін. Бұл түтіктер катодты сәулелі түтіктердің бір түрі, оларды КЭҚ дисплейлерімен шатастырмау керек. 1980-ші жылдары коммерциялық тұрғыдан пайдалы зарядталған құрылғы (CCD) технологиясының пайда болуымен, бірінші кезекте, түсіру түтіктерi осы типтегі сенсорлармен ауыстырылды. Кейіннен, жоғары интеграциялық электроника қолданылды (көбінесе Sony компаниясы қолданды), бұл аралық оптиканы жеңілдетіп, тіпті алып тастады, соның нәтижесінде үй бейнекамераларының көлемі кішірейіп, толыққанды бейнекамералардың жасалуына әкелді. Қазіргі веб-камералар мен камерасы бар ұялы телефондар – мұндай технологияның ең кішкентай коммерциялық түрлері. CMOS немесе CCD бейне сенсорын пайдаланатын фотокамералар көбінесе RGB моделінің бірнеше нұсқаларын қолданады. Байер сүзгісінде жасыл түс қызыл және көк түске қарағанда екі есе көп детекторлармен қамтамасыз етіледі (қатынасы 1:2:1), бұл хроматикалық ажыратымдылыққа қарағанда жарықтық ажыратымдылықты арттыру үшін жасалады. Сенсорда қызыл, жасыл және көк детекторлардың торлары бар, бірінші қатар RGRGRGRG, келесі GBGBGBGB және осы тізбек келесі қатарларда қайталанады. Әрбір канал үшін жетіспейтін пиксельдер демозайкалау процесінде интерполяция арқылы алынып, толық кескінді құрайды. Сонымен қатар, камераның RGB өлшемдерін стандартты RGB түсті кеңістікке, мысалы sRGB-ге бейімдеу үшін басқа да процестер қолданылды.

RGB және сканерлер

Компьютерлік техникада бейне сканері – бейнелерді (баспа мәтінін, қолжазбаны немесе нысанды) оптикалық түрде сканерлеп, оны компьютерге жіберілетін цифрлық бейнеге айналдыратын құрылғы. Жазық, барабан және пленка сканерлері сияқты басқа форматтар да бар, олардың көпшілігі RGB түсін қолдайды. Олар стандартты телефон желілері арқылы тиісті қабылдағыштарға аналогты амплитудалық модуляция сигналдары түрінде тізбектеп сканерленген жолдарды жібере алатын ертедегі телефотографиялық енгізу құрылғыларының жалғасы болып саналады; мұндай жүйелер 1920 жылдардан бастап 1990 жылдардың ортасына дейін баспасөзде қолданылды. Түсті телефотографиялар үш бөлек RGB сүзгісінен өткен бейнелер ретінде бірінен соң бірі жіберілді. Қазіргі кезде қолжетімді сканерлер көбінесе бейне сенсор ретінде CCD немесе контактілі бейне сенсорын (CIS) пайдаланады, ал ескі барабан сканерлері фотокөбейтуші түтікті қолданады. Алғашқы түсті пленка сканерлері галогендік шам мен үш түсті сүзгі дөңгелегін қолданғандықтан, бір түсті бейнені сканерлеу үшін үш экспозиция қажет болды. Жылумен байланысты проблемалардың, оның ішінде сканерленген пленканың зақымдану қаупінің салдарынан, бұл технология кейіннен қыздырмайтын жарық көздерімен, мысалы, түсті светодиодтармен (LED) ауыстырылды.

Түс тереңдігі

RGB түстер моделі – компьютерлік есептеулерде түстерді кодтаудың ең көп таралған әдістерінің бірі, және әртүрлі цифрлық өрнектеулер қолданылады. Олардың барлығының негізгі ерекшелігі – компоненттер бойынша мүмкін болатын мәндерді кванттау (техникалық тұрғыдан алғанда, үлгі алу) белгілі бір диапазон ішіндегі тек толық сандарды пайдалану арқылы жүзеге асырылады, әдетте 0-ден екінің белгілі бір дәрежесінен бірді кемітуге дейін (2n – 1) оларды біттердің белгілі бір топтарына сыйдыру үшін. Түс başına 1, 2, 4, 5, 8 және 16 биттік кодтамалар жиі кездеседі; RGB түсі үшін қолданылатын биттердің жалпы саны әдетте түс тереңдігі деп аталады.

Геометриялық бейнелеу

Түстер көбінесе үш компонент арқылы анықталады, бұл тек RGB моделінде ғана емес, CIELAB және Y'UV сияқты басқа түс модельдерінде де осылай. Сондықтан, үш өлшемді көлем компоненттік мәндерді Евклид кеңістігіндегі стандартты декарттық координаттар ретінде қарастыру арқылы сипатталады. RGB моделі үшін бұл 0–1 диапазонындағы теріс емес мәндерді пайдалана отырып, (0, 0, 0) нүктесіне қара түсті тағайындап, үш ось бойымен қарқындылықтың өсуімен (1, 1, 1) нүктесіндегі ақ түске дейін бейнеленген куб түрінде көрсетіледі, бұл қара түске қарама-қарсы орналасқан. RGB үштігі (r, g, b) кубтың ішіндегі, оның беттеріндегі немесе қабырғаларындағы берілген түстің үш өлшемді координатасын көрсетеді. Бұл тәсіл екі берілген RGB түсінің түс ұқсастығын олардың арасындағы қашықтықты есептеу арқылы анықтауға мүмкіндік береді: қашықтық неғұрлым қысқа болса, ұқсастық соғұрлым жоғары. Гамуттан тыс түстерді есептеу де осылай жүзеге асырылуы мүмкін.

Түстерді басқару

Түстерді дәл көшіру, әсіресе кәсіби жағдайда, өндіріс процесіне қатысқан барлық құрылғылардың түс басқаруын талап етеді, олардың көпшілігі RGB қолданады. Түс басқару құрылғыға тәуелсіз бірнеше айқын түрлендірулерге әкеледі (sRGB, XYZ, L*a*b*).

RGB моделі мен жарық/қаңырлық форматтары арасындағы байланыс

NTSC үшін YIQ, PAL үшін YUV, SECAM үшін YDBDR және компоненттік бейне үшін YPBPR сияқты әртүрлі теледидар және бейне стандарттарында қолданылатын барлық жарықтық-түстік форматтар түс айырмашылығы сигналдарын пайдаланады. Олар арқылы RGB түсті суреттерді хабар тарату/жазу үшін шифрлап, кейін оларды көрсету үшін RGB-ге айналдырып шифрдан тастауға болады. Бұл аралық форматтар бұрыннан бар қара-ақ теледидар форматтарымен үйлесімді болу үшін қажет болды. Сонымен қатар, осы түс айырмашылығы сигналдарына толық RGB сигналдарына қарағанда аз мәліметтер көлемі қажет. Сол сияқты, қазіргі кездегі JPEG және MPEG сияқты жоғары тиімді цифрлық түсті сурет деректерін қысу схемалары RGB түсін YPBPR негізіндегі цифрлық жарықтық-түстік формат – YCBCR форматында ішкі түрде сақтайды. YCBCR-ді пайдалану компьютерлерге түстік арналармен (әдетте 4:2:2 немесе 4:1:1 қатынаста) сапасы төмендетіліп, үлесті субсамплинг жасауға мүмкіндік береді, бұл нәтижесінде файлдың көлемін азайтады.