Смешиванием каких цветов создается изображение на экране монитора или телевизора

Обновлено: 23.09.2022

Жидкокристаллическая технология формирования изображения (LCD) - основана на способности жидких кристаллов менять свою прозрачность (пропускать свет) в зависимости от уровня напряжения, которое к ним прикладывается. Если не вдаваться в поляризационные сложности, то жидкие кристаллы работают как диафрагма в фотоаппарате, плавно меняя количество света, который проходит сквозь них, от полностью белого до черного цвета.

Так как задняя подсветка LCD-матрицы белая, то перед ней (со стороны зрителей) располагают специальный цветной светофильтр. Получается, что каждой LCD-ячейке соответствует пиксель светофильтра красного, зеленого или синего цвета (RGB), который она подсвечивает. Из подобных триад создается любой оттенок цветного изображения на экране телевизора.

Плазменная технология формирования изображения (PDP) – основана на свечении инертных газов при их ионизации. Плазменная панель телевизора представляет собой набор огромного количества маленьких стеклянных капсул, заполненных смесью неона и ксенона, задняя стенка каждой из которых покрыта цветным люминофором (красным, зеленым или синим). Три капсулы разного цвета составляют один пиксель цветного изображения матрицы.

При подаче на ячейку напряжения в ней происходит ионизация газа (холодная плазма) с последующим излучением ультрафиолета, который начинает светиться цветом присутствующего люминофора. Меняя напряжение, приложенное к капсулам, можно менять яркость их свечения и создавать различные оттенки цвета.

OLED технология формирования изображения (Organic Light Emitting Display) – основана на использовании свечения органических светодиодов различного цвета при подаче на них управляющего напряжения. На сегодняшний день это наиболее перспективная технология, в развитие которой вкладываются огромные деньги.

К преимуществам данной технологии можно отнести высокие показатели контрастности и яркости, а также низкие энергозатраты при использовании. Кроме того, OLED-экраны являются более тонкими (примерно 3-5 мм), а за счет больших углов обзора можно создавать крупноэкранные телевизоры модной ныне изогнутой формы.

К недостаткам OLED-технологии относят высокую стоимость производства крупных панелей, которая на данный момент не позволяет производить телевизоры для массовой аудитории потребителей. Для примера можно сказать, что на сегодняшний день 11-дюймовый OLED-телевизор обойдется вам в несколько тысяч долларов. Поэтому ныне экономически оправдан выпуск OLED-экранов только небольших размеров, которые широко используются в различных мобильных устройствах.

Кроме того, серьезным недостатком органических светодиодов является короткий срок их службы. В среднем OLED-элементы качественно работают примерно 20 000 часов, что в три раза меньше, чем их LCD-конкуренты.

Технология 3D – создание у телезрителей иллюзии просмотра объемного изображения, которая основана на особенностях бинокулярного человеческого зрения. В целом, когда говорят о 3D-изображении, имеют в виду стереоскопическую картинку, каждая часть которой снята под разным углом, а затем сводится зрительным аппаратом человека в единый объемный образ.

Существуют два метода формирования телевизионного стереоизображения: активный и пассивный.

При активном методе два стереокадра передаются на экран телевизора последовательно, но настолько быстро, что человеческий зрительный аппарат воспринимает их одновременно. Для правильного восприятия последовательных стереокадров отдельно каждым глазом применяются специальные синхронизированные активные очки затворного типа. То есть когда передается кадр для левого глаза, правый окуляр очков на мгновение становится непрозрачным (закрывает изображение шторкой). На следующем кадре закрывается уже левый окуляр очков.

К сильным сторонам активного метода можно отнести качество отображения мелких деталей картинки, обусловленное сохранением высокого разрешения экрана. Действительно, в данном случае кадры передаются последовательно в полном формате 1080p.

Слабыми моментами активного 3 D можно назвать сравнительную дороговизну технологии, а также повышенную утомляемость глаз, вызванную постоянным мерцанием затворных шторок очков.

Созданием телевизоров с активным 3D сегодня занимаются компании Samsung, Sharp, Sony, а также частично Panasonic и Philips.

При пассивном типе формирования 3D-изображения картинка разбивается на два полукадра (вертикальных или горизонтальных), которые выводятся на экран одновременно. Для их пространственного разделения используются специальные пассивные очки с эффектом поляризации. То есть специальные поляризационные фильтры позволяют каждому глазу одновременно видеть только свою картинку.

Сильными сторонами пассивного метода 3D являются простота и дешевизна реализации, а также низкие нагрузки на зрительный аппарат человека.

К недостаткам пассивного метода можно отнести снижения качества отображения картинки за счет уменьшения разрешения в два раза (в вертикальной или горизонтальной области), которое происходит за счет одновременной демонстрации двух картинок на полном экране.

Активным пропагандистом пассивной технологии и созданием на ее основе телевизоров является компания LG.

Типы LCD-матриц

Наиболее распространенная на сегодняшний день жидкокристаллическая технология создания цветного телевизионного изображения подразумевает использование матриц нескольких типов, каждая из которых имеет как сильные, так и слабые стороны.

TN ( Twisted Nematic) – наиболее ранняя технология создания LCD-матриц, отличающаяся скрученным по спирали расположением жидких кристаллов в ячейке.

Данная технология обеспечивала простоту производства телевизионных экранов и мониторов, стоила недорого, а также обеспечивала наибольшую скорость отклика ячейки. К ее характерным недостаткам можно отнести малые углы обзора экранов, а также характерное выцветание картинки и существенное снижение ее яркости. Кроме того, неодновременный поворот кристаллов не позволял добиться насыщенного черного цвета на экране.

Усовершенствованными вариантами технологии TNявляются STN (Super Twisted Nematic) и DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic) которые были разработаны специально для улучшения углов обзора и цветопередачи.

IPS ( In- Plane Switching) – более совершенная технология, разработанная компанией Hitachi, которая добилась изначально параллельного расположения жидких кристаллов в одной плоскости. Исходя из этого, поворот всех кристаллов под воздействием электрического поля происходит одновременно и одинаково.

К недостаткам технологии IPS можно отнести относительно низкую скорость отклика, более высокие производственно-технологические затраты, а также пониженный уровень контрастности экрана. Эти недостатки в разной степени устранили усовершенствованные варианты технологии S-IPS (LG, Philips) и SA-SFT (NEC).

MVA(Multi-Domain Vertical Alignment) – компромиссная технология, разработанная японской компанией Fujitsu, призванная усреднить минусы и плюсы, присущие более ранним разработкам TN иIPS. Fujitsu применила так называемое мультидоменное расположение кристаллов, при котором зрители, смотрящие на экран под разными углами, могли видеть усреднено равные оттенки цветовой палитры.

На сегодняшний день технология MVA является наиболее перспективной, поэтому специалисты продолжают работать над ее совершенствованием и снижением стоимости производства подобных экранов.

Компания Samsung со временем развила технологию MVA, создав собственную разработку под названием PVA (Patterned Vertical Alignment) , которая обеспечивает несколько большие углы обзора матрицы, но зато отличается более длительным временем отклика ячеек.

LED-подсветка – важный элемент формирования изображения на экране ЖК-телевизора путем подсветки матрицы массивами излучающих светодиодов (Light Emitting Diode). Как известно, цветные пиксели, из которых состоит жидкокристаллическая матрица, не могут сами светиться, а поэтому нуждаются во внешней подсветке.

Светодиодная подсветка явилась достойной альтернативой более традиционного варианта освещения матрицы при помощи флуоресцентных ламп с холодным катодом (CCFL) и впервые была применена в телевизорах южнокорейской компании Samsung. LED-подсветка матрицы требует меньших энергетических затрат, позволяет создавать более компактные телевизионные панели, но сама светодиодная технология пока обходится производителям примерно в два раза дороже, чем традиционная CCFL.

На сегодняшний день производители LCD-телевизоров используют три типа светодиодной подсветки:

Для описания цветовых оттенков, которые могут быть воспроизведены на экране компьютера и на принтере, разработаны специальные средства — цветовые модели (системы цветов).

Цвет может получиться в процессе излучения и в процессе отражения. Поэтому цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности:

  • Аддитивные модели (RGB). Служат для получения цвета на мониторе.
  • Полиграфические модели (CMYK). Служат для получения цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования.
  • Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSВ.

С экрана монитора человек воспринимает цвет как сумму излучения трёх базовых цветов: красного (Red), зелёного (Green), синего (Blue).


Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре).

Цвет на экране получается при суммировании лучей трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого из них достигает \(100\), то получается белый цвет. Минимальная интенсивность трёх базовых цветов даёт чёрный цвет.

Для описания каждого составляющего цвета требуется \(1\) байт (\(8\) бит) памяти, а чтобы описать один цвет, требуется \(3\) байта, т.е. \(24\) бита, памяти.

Для кодирования одного цвета пикселя определяется длина двоичного кода, которая называется глубиной цвета .

Рассчитать глубину цвета можно по формуле: N = 2 i , где N —количество цветов в палитре, i — глубина цвета.

Интенсивность каждого из трёх цветов — это один байт (т.е. число в диапазоне от \(0\) до \(255\)), т.е. каждая составляющая может принимать \(256\) значений.

Таким образом, с использованием трёх составляющих можно описать \(256⋅256⋅256 = 16777216 \)различных цветовых оттенков, а, значит, модель RGB имеет приблизительно \(16,7\) миллионов различных цветов.

6.jpg

При печати изображений на принтерах используется цветовая модель, основными красками в которой являются голубая (Cyan), пурпурная (Magenta) и жёлтая (Yellow).

Чтобы получить чёрный цвет, в цветовую модель был включен компонент чистого чёрного цвета (BlacK). Так получается четырёхцветная модель, называемая CMYK .

Область применения цветовой модели CMYK — полноцветная печать. Именно с этой моделью работает большинство устройств печати.

Из-за несоответствия цветовых моделей часто возникает ситуация, когда цвет, который нужно напечатать, не может быть воспроизведен с помощью модели CMYK (например, золотой или серебряный). В этом случае применяются краски Pantone.

Все файлы, предназначенные для вывода в типографии, должны быть конвертированы в CMYK . Этот процесс называется цветоделением .

При просмотре CMYK -изображения на экране монитора одни и те же цвета могут восприниматься немного иначе, чем при просмотре RGB -изображения.

В модели CMYK невозможно отобразить очень яркие цвета модели RGB , модель RGB , в свою очередь, не способна передать тёмные густые оттенки модели CMYK , поскольку природа цвета разная.

Отображение цвета на экране монитора часто меняется и зависит от особенностей освещения, температуры монитора и цвета окружающих предметов. Кроме того, многие цвета, видимые в реальной жизни, не могут быть выведены при печати, не все цвета, отображаемые на экране, могут быть напечатаны, а некоторые цвета печати не видны на экране монитора.

HSB — это цветовая трёхканальная модель, которая характеризует параметры цвета. Цветовой тон (Hue), насыщенность (Saturation), яркость (Brightness).

Существует распространенное заблуждение, что все электронные устройства (особенно одной модели и одного производителя) воспроизводят одинаковые цвета. Однако, это не всегда соответствует действительности. Вы когда-нибудь задумывались о том, что заставляет одну и ту же картинку выглядеть по-разному?

Существует распространенное заблуждение, что все электронные устройства (особенно одной модели и одного производителя) воспроизводят одинаковые цвета. Однако, это не всегда соответствует действительности. Для наглядности проведем простой эксперимент: поставим рядом два монитора с одним и тем же изображением на экране. С вероятностью как минимум 95% изображение на разных мониторах будет выглядеть по-разному, при этом вы, скорее всего, окажетесь в ситуации, подобной той, что показана на Рис. 1. Рассмотрим в качестве примера четыре одинаковых монитора (хотя в данном случае достаточно было бы и просто четырех мониторов совершенно любых моделей и любых производителей).



Рис. 1: Разная цветопередача на устройствах одного типа

Другой пример случая, когда можно столкнуться с подобным явлением — покупка нового телевизора. Большинство из нас просто идет в супермаркет электроники и на месте выбирает подходящую модель из числа тех, что представлены на полках магазина. Свой выбор мы делаем, исходя из индивидуальных предпочтений в части цвета или качества изображения (ну и естественно, цены). Совсем не сложно определить, при производстве каких дисплеев производители особенно постарались, чтобы обеспечить воспроизведение изображения наивысшего, по их мнению, качества. Этот же принцип действует и в отношении мониторов, проекторов, принтеров и другой техники. При этом, учитывая, что изображение исходит от одного источника (трансляция определенного, фирменного контента магазина или встроенных в телевизор видеоматериалов), что же заставляет картинку выглядеть по-разному? Вы когда-либо задавали себе этот вопрос?

Помимо того, что определенную настройку цветовых параметров производит сам производитель или магазин, есть еще две причины, по которым цвета, воспроизводимые разными устройствами, выглядят по-разному. Первая причина заключается в том, что в разных типах устройств используются разные методы смешения цветов, или типы цветового синтеза. Вторая причина касается различий в деталях и компонентах массового производства.


Рисунок 2: (a) Смешивание цветов с помощью окрашенного света гаммы RGB. / (b) Смешивание цветов с помощью красителей гаммы CMY.

В первую очередь, рассмотрим теорию смешения цветов, как таковую. Существует два способа смешения цветов, или типа цветового синтеза. Первый предусматривает использование окрашенного света, второй — красителей. На Рисунке 2a показано, как для смешивания цветов используется красный, зеленый и синий свет. На Рисунке 2b показано смешивание красителей: сине-зеленого, пурпурного и желтого. Рисунок 2a также иллюстрирует, как при смешивании красного, зеленого и синего света получается белый. Смешение красного света с зеленым дает желтый, а при добавлении друг к другу красного и синего получается пурпурный.

При этом, разница между ними состоит в том, что при создании цветов методом аддитивного синтеза при помощи красителей или чернил, последние должны быть нанесены на подложку (бумагу или холст). На Рис. 2b белый цвет соответствует цвету бумаги или холста. Смешивание сине-зеленого и пурпурного красителей на подобных поверхностях дает в результате синий цвет. А смешав пурпурный с желтым, получите красный. Соединив вместе красители всех трех цветов: сине-зеленого, пурпурного и желтого — теоретически, вы получите черный.

Мониторы и телевизоры воспроизводят цвет путем излучения света. Однако, экраны - не способны отобразить полный диапазон цветов, которые видимы человеческим глазом. Их диапазон цвета ограничен. Любой отображаемый цвет воспроизводится сочетанием трех цветовых каналов RGB ( R - Красный, G - Зеленый, и B - Синий) .Этот способ получения цветов называют аддитивной (additive) первичной моделью, так как по мере увеличения яркости отдельных цветов результирующий цвет также становится ярче (добавляется к черному). Если цвета двух из цветовых каналов смешаны в равных пропорциях, создается вторичный цвет. Синий и зеленый - получают голубой. Фиолетовый получается при смешивании красного и синего. Красный и зеленый - желтый. Если красный, зеленый, и синий свет смешан в равной пропорции Вы получаете белый цвет, а их отсутствие - черный.

Как цвета напечатаны?

В реальной жизни глаз воспринимает цвет в соответствии с субтрактивной моделью. Солнечный свет содержит все видимые цвета. Когда он падает на объект, часть цветов поглощается, а часть - отражается. Отраженный цвет попадает в глаз и образует изображение объекта. Аналогичным образом работают и краски на бумаге. Смешивание красок позволяет получать различные цвета. Субтрактивные основные цвета, используемые в большинстве принтеров и печатных машинах : голубой (cyan), пурпурный (magenta), и желтый (yellow).

Теоретически, если мы напечатали бы поверхность с равным количеством голубой, пурпурной и желтой красок, мы должны получить Черный, потому что все цвета были бы поглощены. Практически, однако, этот цвет выглядит грязно коричневым. Именно поэтому при печати добавляется черная краска четвертым цветом. Таким образом, для нормальной четырехцветной печати используются цвета CMYK (Сyan, Magenta, Yellow, blacK). Для практических целей, это также означает, что обычная печать многокрасочной продукции допускает цвета, которые можно получить, смешав четыре основные цвета. (Все другие цвета должны печататься другими дополнительными (Spot) красками). Цветовой охват печати таким образом меньше, чем видимый спектр, а также меньше, чем цветовой охват монитора (исключая некоторые цвета синей области, которые невозможно отобразить на мониторе - если монитор не имеет расширенный цветовой охват) . Ясно, что мы нуждаемся в системе, которая однозначно трактует цвет не зависимо от устройств отображения. По этой причине были созданы аппаратно независимые цветовые модели. подробнее.
В математическом описании цвета присутствуют условия и допущения - так не свойственные точным наукам, как - то : при таком-то нормированном освещении, при таком-то угле фотометрического поля, на таком-то фоне, такого-то размера, а так же наблюдатель стандартный т.е. имеет цветовое зрение без отклонений от нормы - все эти величины оговорены и если они выдержаны, то Мы можем определить значение цвета, а если не выдержаны?, а если это разноцветное изображение с разными по размеру цветовыми пятнами, цвета которых влияют друг на друга. Попробуйте завести заказчика в комнату с освещением D50 нужной интенсивности ( ~ 40вт лампочка в комнате 18 м 2 - он ведь пойдет смотреть к окну), да еще показать цветопробу на желтоватой бумаге - уверяя, что она белая. В общем наука о цвете пока далека от совершенства и не стоит ждать от систем управления цветом больше, чем они могут предложить - повторяемость результата и в некоторой степени предсказуемость цвета. И уж совсем не стоит слепо доверять CMS - цветоделение (т.е. перевод изображения из одного цветового пространства, RGB или L*a*b*, - в цветовое пространство, которое описывает условия печати изображения - CMYK). Как бы качественно не было подготовлено изображение в RGB - оно нуждается в тонкой доводке в цветовой модели CMYK.

Читайте также: