Tryb kolorów / modele RGB i CMYK

Tryb kolorów (tryb obrazu) określa sposób łączenia kolorów na podstawie pewnej liczby kanałów w modelu kolorów w obrazach rastrowych (potocznie zwanych bitmapami). Stosowanie poszczególnych modeli kolorów skutkuje różną szczegółowością kolorów i różnymi rozmiarami plików.

---

TRYB KOLORÓW:

---

Wyróżnia się 3 podstawowe tryby koloru:

• tryb czarno-biały – piksel zajmuje jeden bit;
• tryb monochromatyczny – piksel zajmuje 1, 2 lub więcej bajtów – wartość liczbowa jest wprost powiązana z jasnością piksela (liniowo lub nieliniowo);
• tryb kolorów indeksowany – obraz składa się z dwóch części:
  • tablicy kolorów najczęściej o 16 lub 256 pozycjach, w której każdy definiowany jest jak w trybie kolorowym bezpośrednim, zwykle z pełnej dla danego urządzenia palety kolorów;
  • obrazu, w którym każdy piksel jest indeksem do tablicy kolorów – ten sposób zapisu występuje np. w kartach graficznych VGA czy plikach w formacie GIF, gdzie istnieje tablica 256 kolorów, więc indeks zajmuje 1 bajt,
• tryb kolorów bezpośredni – każdy piksel przechowuje kolor indywidualnie; dla modelu RGB rozróżnia się:
  • high color (15 lub 16 bitów) – piksel zajmuje 2 bajty, gdzie przechowywany jest kolor w formacie 555 lub 565 bitów na każdą składową RGB,
  • true color (24 bity) – piksel zajmuje 3 lub 4 bajty, gdzie 4. bajt jest nieużywany albo służy jako kanał alfa.

TRYB GRAFICZNY – to rozdzielczość oraz liczba kolorów, w jakich można wyświetlić dany piksel. Karta graficzna obsługuje następujące tryby graficzne:

• 8 bitów – pseudokolor (256 kolorów) Sposób kodowania barwy na ekranie monitora umożliwiający jednoczesne przedstawienie na ekranie 2⁸, czyli 256 kolorów. Liczbę tę komputer przekazuje, używając ośmiu bitów (dwa do potęgi ósmej). Określenie 8-bitowy
  kolor jest nieco mylące, gdyż w tym wypadku karta graficzna koduje obraz widoczny na monitorze za pomocą 18 bitów (po sześć bitów na kaŜdą składową koloru RGB). Przed wyświetleniem obrazu na monitorze komputer tworzy tablicę 256 kolorów wybranych z
  palety 262 144 kolorów (ta liczba to właśnie 2¹⁸, czyli 18 bitów). Tablica kolorów jest oczywiście modyfikowana dla każdego obrazu. W opisany wyżej sposób działa np. karta graficzna VGA.
• 16 bitów – kolor pełny (32768 kolorów) Sposób kodowania barwy na ekranie monitora umożliwiający jednoczesne przedstawienie 2¹⁶, czyli 65536 kolorów. Barwa niebieska (B) i zielona (G) koloru RGB opisywana jest przez pięć bitów, a barwa czerwona (R) – sześcioma (w sumie 16 bitów). Na kolor czerwony przeznaczonych jest więcej bitów,
  ponieważ oko ludzkie jest w stanie odróżnić większą liczbę odcieni tego koloru. Niektórzy producenci kart graficznych zmodyfikowali ten tryb, opisując każdą składową RGB pięcioma bitami – w ten sposób karta graficzna może wyświetlić na ekranie jednocześnie 2¹⁵, czyli 32 768 kolorów. Tryb 16-bitowego koloru zwany jest również High Color.
• 24-bitowy kolor Sposób kodowania barwy na ekranie monitora umożliwiający przedstawienie 2²⁴ czyli 16 777 216 kolorów. W użyciu jest także nazwa True Color (kolor wierny, prawdziwy).
• 32-bitowy kolor Rozwinięta wersja standardu 24-bitowego koloru. Dodatkowe osiem bitów (zwane kanałem alfa) nie jest używane do odwzorowania większej liczby barw, lecz do zwiększania szybkości przesyłania obrazu, a także przekazywania specyficznych (nie
  mieszczących się w podstawowych 24 bitach) informacji, takich jak efekty specjalne kolorów czy kontrola poprawności wyświetlania barw. 32 i 48 bitów – spotyka się w zastosowaniach profesjonalnych.

KOMPRESJA – jest to technika zmniejszania ilości pamięci zajmowanej przez plik z obszarem graficznym. Kompresja plików graficznych polega m.in. na redukcji informacji o obrazie – np. zamiast 9 pikseli obrazka, program uśrednia je i zapamiętuje jako jeden.
Dwa podstawowe sposoby zmniejszania objętości plików graficznych to redukcja kolorów i redukcja rozdzielczości.

Istnieją dwie grupy kompresji:
• bez utraty jakości– tzn. kiedy zdjęcie, które poddaliśmy kompresji rozkompresujemy otrzymamy obraz identyczny z pierwotnym.
• z utratą jakości– technika ta zapewnia doskonały poziom kompresji, ale niestety pozbawia rysunek-zdjęcie pewnych drobnych szczegółów.

---

Tryb kolorów i przestrzenie barw
– MODELE RGB i CMYK –

---

PRZESTRZEŃ BARW to widma fal elektromagnetycznych z zakresu od 380 do 780 nm (to znaczy światła widzialnego), których matematyczne modele są przedstawiane w trójwymiarowej przestrzeni barw. Dzięki tym modelom barwę można opisać nie tylko przez podanie jej widma, ale przez modele w różnym stopniu zbliżone do ludzkiej percepcji barwy, związanej z fizjologią oka ludzkiego.

Jak widać na powyższym rysunku zakres widma przestrzeni LAB jest największy, podczas gdy zakres widma przestrzeni CMYK odpowiadającej możliwościom drukarskim, jest najmniejszy.

Najważniejsze przestrzenie barw ujęto w normach międzynarodowych. Stosuje się je w różnych dziedzinach przemysłu (farbiarskim, tekstylnym, spożywczym, fotograficznym). Istnieją różne modele przestrzeni barw, między innymi:

• RGB (oraz RGB z kanałem alfa)
• CMYK
• CIEXYZ (CIE1931)
• CIELab (CIE1976)
• CIELUV
• HSV oznaczane również jako HSB
• HSL, HSI
• YUV oraz YIQ

MODELE KOLORÓW – modele kolorów to techniki uzyskiwania barw. Inaczej powstaje kolorowy rysunek na papierze, np. druk zdjęcia, a inaczej uzyskuje się go na monitorze komputera. Do tworzenia barw opracowano dwa podstawowe modele kolorów – CMYK i RGB.

Praktycznie wszystkie urządzanie przeznaczone do prezencji oraz obróbki plików takie jak monitory, skanery i aparaty fotograficzne pracują w przestrzeni RGB, natomiast niemal wszystkie urządzenia drukujące pracują w przestrzeni CMYK.

Ekran komputera czy telefonu jest urządzeniem, które samo z siebie emituje światło. Papier, tektura i nadruk, który na nich widzimy, nie świecą. To, czy je widzimy i w jakim kolorze je widzimy, zależy od światła odbitego. Farby, tusze i tonery to nic innego jak substancje o różnym stopniu pochłaniania światła widzialnego. Najprościej mówiąc, nie wszystko co jesteśmy w stanie zobaczyć na ekranie, da się wydrukować.

Dlaczego nie używa się tylko jednej przestrzeni kolorystycznej? 
Podczas mieszania trzech podstawowych barw w przestrzeni RGB jesteśmy w stanie uzyskać większość kolorów i odcieni, ale nie otrzymamy jednego koloru-czarnego zamiast niego powstanie biały. Dlatego też przy wydruku używamy trzech pierwszych barw, jakie zostają stworzone ze zmieszania kolorów: cyan, magenta i yellow. Z połączenia tych trzech kolorów powstaje kolor zbliżony do czerni.  

Aby jednak nie tracić tuszy aż z trzech pojemników i otrzymać prawdziwą czerń postanowiono dodać do palety kolor czarny i w ten sposób powstaje przestrzeń drukowana CMYK.

Jak widać na powyższym rysunku model CMYK nie jest w stanie uzyskać dokładnego odwzorowania barw w obrębie koloru Blou, Red i Green, co w praktyce oznacza utratę intensywności tychże barw w druku, względem tego co wyświetla monitor. Przykład na zdjęciu poniżej:

A zatem model kolorów CMYK jest wykorzystywany w druku, a tryb RGB jest odpowiedni w przypadku obrazów do stron internetowych lub wiadomości e-mail (dodatkowo zmniejsza rozmiar pliku przy zachowaniu jakości kolorów).