Разница между цветностью (Chroma) и насыщенностью (Saturation)

Д-р Дэвид Бриггс (Dr. David Briggs)

Слова цветность и насыщенность часто используются как синонимы, но Международной комиссией по освещению (Commission Internationale de l’Eclairage (CIE)), чья терминология получила широкое признание в качестве стандарта в области науки и техники, они определяются как отдельные понятия. Разница заключается в важном различии между цветами света, достигающего сетчатки наших глаз от различных частей объекта и цвета, который мы воспринимаем, как принадлежащий самому объекту. В терминах CIE:

Определение насыщенности

Насыщенность определяется двумя атрибутами внешнего вида оцениваемой области, поэтому, также как и эти атрибуты (полнота цвета и яркость), она полностью зависит от свойств света, отражаемого от этой области и попадающего на сетчатку глаза. Насыщенность – это относительная полнота цвета этого света, независимая от его яркости или его степени белизны, и это наше восприятие его относительного энергетического дисбаланса по спектру, оцениваемое нашими визуальными рецепторами. На рисунке 1 показаны три ряда областей, в каждом из которых насыщенность должна выглядеть относительно постоянной. В пределах каждого ряда свет, излучаемый областями, имеет одно и то же соотношение уровней RGB, варьируясь только в яркости, и видится, соответственно, как относительно чистый красный свет (высокая насыщенность, R1-R3), белый свет (нулевая насыщенность, W1-W3) и соотношение компонентов красного и белого света (умеренная насыщенность, P1-P3).

Рисунок 1. Области с высокой насыщенностью (R1-R3), умеренной насыщенностью (P1-P3) и нулевой насыщенностью (W1-W3).

Параметр, называемый "Насыщенность" (S) в цветовом пространстве HSB, используемый, к примеру, в цветовой палитре Adobe Photoshop, является физической оценкой насыщенности цвета RGB по сравнению с максимально возможной насыщенностью для угла его оттенка (Hue, H). Он основан на очень простом расчете по его r, g и b компонентам (вставка на рис. 1). В других цифровых цветовых пространствах и контекстах так называемая "насыщенность" может быть совсем другим параметром, например, цветностью или какой-нибудь относительной цветностью.

Влияние освещения на цветность и насыщенность

Если мы посмотрим на мир через отверстие в экране, в которое видно лишь небольшое пятно света, мы сможем описать оттенок, яркость, полноту цвета и насыщенность этого света, но мы не сможем сказать, представляет ли темное, тусклое световое пятно темный, тусклый объект в ярком свете, или яркий, цветной объект в тусклом свете. Для того чтобы воспринимать цвета объектов, мы должны иметь возможность сравнивать разные области в поле зрения. По мере того, как уровень освещенности объекта растет, его яркость и полнота цвета увеличиваются, но его светлота (т.е. значение value в системе Munsell) и цветность, или, соответственно, яркость и полнота цвета "оцениваемые по отношению к яркости аналогично освещенной области, выглядящей белой или прозрачной", постоянны при различных уровнях освещения, а поэтому воспринимаются как атрибуты, принадлежащие самому объекту (рисунок 2). Светлота – это наша оценка эффективности объекта в качестве отражателя / пропускателя света в целом, а цветность является нашей оценкой эффективности объекта в качестве спектрально-селективного отражателя / пропускателя; для того, чтобы объект имел высокую цветность, он должен отражать / пропускать насыщенный свет в относительно больших количествах.

Рисунок 2. Иллюстрация определений светлоты и цветности

Цветность, насыщенность и полнота цвета

На рисунках 2 и 3 области с рис.1показаны в двух разных контекстах, демонстрируя очень разное восприятие цветности и светлоты. Когда яркость области, оцениваемой как белая, меняется синхронно с яркостью и полнотой цвета каждого ряда насыщенности, области визуально поддерживают равномерный уровень светлоты и цветности, и, таким образом, выглядят, как имеющие один и тот же физический цвет (рис. 2). Но, при оценке в сравнении с белой областью с неизменной светлотой, каждый ряд насыщенности выглядит как различающийся по светлоте и цветности (рис. 3). Теперь ряды насыщенности образуют линии, исходящие из области черной точки и следующие по путям относительно равномерного соотношения цветности и светлоты, в отличие от вертикальных линий равномерной цветности. Этого и следовало ожидать, так как цветность и светлота являются полнотой цвета и яркостью, оцениваемыми по отношению к одному и тому же белому, поэтому их соотношение сводится к соотношению полноты цвета к яркости, то есть насыщенности. Эти исходящие линии равномерной насыщенности имеют важное значение для художников, так как они определяют цвета изображения, формирующие облик равномерно окрашенного, рассеяно отражающего свет объекта, повернутого в сторону источника света. Иллюстрируя различие между насыщенностью и цветностью в двух словах, R1 и R3 имеют одну и ту же высокую насыщенность, потому что они оба излучают свет, который выглядит относительно чистым красным, но при оценки относительно одного и того же белого, R3 имеет более высокую цветность, т.к. он излучает больше этого насыщенного красного света, и поэтому его полнота цвета выше.