TEORIA BARW (elementy) 1. Podstawowe wiadomości o barwach

Transkrypt

1 TEORIA BARW (elementy) 1. Podstawowe wiadomości o barwach definicja barwy (fizjologiczna) wrażenie wzrokowe powstałe w mózgu na skutek działającego na oko promieniowania 1

2 maszyny nie posiadają tak doskonałego narzędzia jak oko - stąd czasami widzą inaczej 2

3 atrybuty barwy w przestrzeni barw: Kolor, zwany też odcieniem lub (rzadziej) walorem. Nasycenie determinuje udział koloru w barwie. Gdy dodajemy światło białe, uzyskujemy promieniowanie niezmienione w kolorze, jak np. niebieskie -> błękitne -> białe. Jasność (jaskrawość) jest atrybutem określającym, ile czerni zawiera odpowiednia barwa albo ile bieli usunięto bądź dodano do pewnej barwy. Brightness, - określa światło białe, odnosi się do oceny światła białego. ogólne wrażenie jasności Brightness dla barwy - ilość światła białego, z którego wywodzi się światło wywołujące wrażenie tej barwy Intensity, intensywność koloru - jest to ocena jako przyrównanie do możliwości źródła światła. Intensywność barwy jest to liczba określająca proporcję ilości światła do maksymalnej zdolności źródła. Saturation, nasycenie koloru - opisuje proporcję ilości składnika chromatycznego do ilości barwy. Organizacja CIE - Międzynarodowa Komisja ds. Oświetlenia (Commission Internationale de I'Eclairage) - prezentuje pojęcie nasycenia jako wartość maksymalnej intensywności składnika chromatycznego barwy w świetle Brightness. Można też nasycenie rozpatrywać jako: liczbę określającą proporcje ilości składnika chromatycznego barwy do ilości barwy, z której wyjęto ten składnik. Luminance, luminancja koloru - ocena intensywności światła w ustalonych warunkach pomiarowych (najczęściej w odniesieniu do jednostki powierzchni). Lightness, średnie światło białe - Jeżeli z obrazu kolorowego chcielibyśmy zrobić obraz o treści czarno-białej, to punkty obrazu czarno-białego będą miały luminację równą Lightness. CIE taką wartość luminancji nazwała terminem Lightness. Tak więc ten termin odnosi się tylko do oceny luminancji. 3

4 Ww własności są ze sobą ściśle powiązane Prawo Betzolda-Brueck'ego: w zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą jasności zachodzą zmiany barwy postrzeganej. 1 znaczne zwiększenie jasność barwy przesuwa kolory pasma niebiesko fioletowego widma w stronę błękitu, zaś pasma czerwono pomarańczowego w stronę koloru żżóół łłt teeggoo. zmniejszenie jasności powoduje zanikanie barw żżóół łłt tyycchh i błękitnych. 1 Cohen S., Williams R., Skanowanie i drukowanie. Jak to zrobić? Wydawnictwo: Helion,

5 1.1. Widmo barw Izaak Newton przeprowadził doświadczenie dotyczące rozszczepialności światła białego przez pryzmat, które wyjaśniło, że barwa mocno zależy od załamania światła. Widmo jest właśnie rezultatem rozszczepionego światła białego. 2 Zauważył, że fale, które są dłuższe zaginają się słabiej, a krótkie zaginane są silniej. Wiąże się to z rozszczepianiem się światła białego na składowe. 2 Duch W., Fascynujący świat komputerów, Wydawnictwo Nakom, Poznań

6 1.2. Tworzenie barw Synteza addytywna polega na nakładaniu się na siebie świateł trzech barw podstawowych - czerwonej, zielonej i niebieskiej, dla uzyskania barwy wynikowej. tak utworzona barwa zawsze będzie jaśniejsza niż tworzące ją barwy podstawowe. Dzieje się tak, ponieważ barwa mieszana zostaje uzupełniona barwami widma światła białego. Kilka przykładów tworzenia barw: - Zmieszanie addytywnych barw podstawowych, występujących w pełnej intensywności, daje barwę białą. - Pomieszanie barw podstawowych w takich samym proporcjach, ale nie przy pełnej intensywności, daje odcień szarości. - Jeżeli wszystkie światła trzech barw podstawowych (czerwonej, zielonej i niebieskiej) będą wygaszone, wtedy otrzymamy czerń. - Jeżeli zmieszamy addytywną barwę niebieską z barwą zieloną, wtedy - otrzymamy barwę drugorzędową niebieskozieloną. - Jeżeli zmieszamy barwę niebieską z barwą czerwoną, wtedy otrzymamy barwę drugorzędową purpurową. - Jeżeli natomiast zmieszamy addytywną barwę czerwoną z barwą zieloną, wtedy - otrzymamy barwę drugorzędową żżół łttąą. - Zmieszanie addytywnych barw podstawowych w różnych proporcjach daje najróżniejsze barwy mieszane. 6

7 Synteza subtraktywna Subtraktywne tworzenie barw -sposób powstawania barw wynikowych jest podobny jak powyżej. Podstawową różnicą są barwniki, które nakłada lub miesza się ze sobą tak aby powstała oczekiwana barwa wynikowa. Pigment, jaki otrzymamy zawsze jest ciemniejszy od tych które brały udział w jego tworzeniu. 3 Jest to zjawisko odwrotnie jak w metodzie addytywnej. Kilka przykładów tworzenia barw metodą subtraktywną: - Jeżeli barwniki (farby) w barwach: niebieskozielona, żżół łttaa, purpurowa zostaną nałożone w maksymalnych stężeniach, otrzymamy barwę czarną. - Natomiast, jeżeli wszystkie te barwy wystąpią w stężeniach równych, ale innych niż minimalne i maksymalne, powstanie odcień szarości. - Jeżeli zmieszamy subtraktywną barwę żżół łttąą z barwą purpurową, otrzymamy barwę wynikową czerwoną. - Jeżeli zmieszamy subtraktywną barwę żżół łttąą z niebieskozieloną, otrzymamy barwę wynikową zieloną. - Jeżeli wreszcie zmieszamy barwę purpurową z niebieskozieloną, otrzymamy barwę wynikową niebieską. - Zaś zmieszanie farby żżół łtteej j, purpurowej i niebieskozielonej w proporcjach, odpowiednio, 100%, 25% i 25% da barwę ciemnożółtą. - W ten sposób możliwe jest otrzymanie dowolnej barwy, za wyjątkiem białej, ale na szczęście produkowany papier jest zazwyczaj biały. 3 Dąbrowa T, Krajewska E., Różnica barw w reprodukcji poligraficznej i sposoby jej określania, Politechnika Warszawska, Instytut Poligrafii. 7

8 1.3 Przestrzenie barw ściśle definicje odczytywania i tworzenia barw, opisane składowymi. stworzone w celu ustandaryzowania reprodukcji barw Przestrzeń RGB Monitor, telewizor, skaner, naświetlarka filmów... Przestrzeń barw RGB stosowana w oprogramowaniu graficznym - dla urządzeń bazujących na świetle. Poziomy jasności barw RGB od 0 do 255 co jeden - 256*256*256 = Definiowanie barw w modelu RGB. barwa czarna - punkt (0,0,0) - zerowa intensywność wszystkich składowych. biel - punkt (1,1,1) poziomy szarości od czerni do bieli - odcinek (przekątna) od (0,0,0) do (1,1,1) inne punkty, ogólnie a*(r,g,b) - wektory od (0,0,0) - reprezentują różne nasilenie barwy Model RGB definiuje jawnie intensywność ale dla indywidualnych składowych R,G,B. Składowe RGB są ortogonalne, niezależne od siebie (składowa = 0 - zero intensywności barwy podstawowej, składowa = 1 - intensywność maksymalna. 4 Hebisz T., Multimedia i grafika komputerowa, wykład MODELE BARW 8

9 W praktyce liczba możliwych od przedstawienia barw jest dużo mniejsza niż w teorii (niedoskonałość sprzętu graficznego). Monitor wyświetla każdy kolor za pomocą trzech barw pierwszorzędowych. Biel to maksymalne ilości świateł R, G i B. Czerń - kiedy nie jest emitowane światło. Luminofory, Luminofory, fosforyzując w odpowiednich kombinacjach R, G i B, symulują odtwarzanie barw obrazu. Proces nakładania (mieszania) się świateł odbywa się w oku, dzięki czemu możliwe jest postrzeganie żądanej barwy wynikowej np. - Do otrzymania barwy niebieskozielonej - zmieszanie barw zielonej i niebieskiej. - Do otrzymania barwy purpurowej - zmieszanie barwy niebieskiej z czerwoną. - Do otrzymania barwy żżół łtteej j - zmieszanie barw czerwonej i zielonej. 9

10 Przestrzeń CIE XYZ (Commission Internationale de I'Eclairage) Podstawową właściwością tej przestrzeni jest to, że pozwala ona w sposób jednoznaczny zdefiniować każdą postrzeganą barwę przez trzy współrzędne. Przestrzeń ta wykorzystuje trzy nie występujące w naturze, lecz stworzone wyłącznie na potrzeby tej przestrzeni barwy podstawowe X, Y, Z do opisu barw. Przestrzeń CIE XYZ posłużyła do opracowania wszystkich pozostałych przestrzeni niezależnych od urządzeń (np. CIE Lab). Przestrzeń odniesieniowa CIE XYZ odwołuje się do wyników badań postrzegania barw dokonanych w dokładnie określonych warunkach i jest środkiem zapewniającym dokładną reprodukcję barw, niezależnie od urządzeń wejścia, wyjścia i wyświetlania. Opracowana została przez Międzynarodową Komisje ds. Oświetlenia (Commission Internationale de I'Eclairage) w 1931 r. 10

11 11

12 Przestrzeń CIE Lab Swoiste połączenie RGB i CMY(K) Przestrzeń CIE Lab opisywana jest przez: L (przedstawiające jasność, światło), a (przedstawiające zakres od czerwieni do zieleni) oraz b (przedstawiające zakres od żżół łtteego do niebieskiego). Barwy umieszczone są w elipsoidzie (kuli) o trzech prostopadłych osiach. Ponieważ barwy zawarte w elipsoidzie CIE Lab stanowią największą przestrzeń, jaką udało się opisać matematycznie, wszystkie pozostałe modele oparte na CIE XYZ można przedstawić za pomocą współrzędnych Lab. Opisywana przestrzeń zawiera cały zakres barw widzianych przez oko. Największą zaletą tej przestrzeni jest jej niezależność od urządzeń. 12

13 Przestrzeń HSB, HSV UwB na podstawie widzenia barw przez człowieka umożliwia definiowanie barw przy pomocy intuicyjnych atrybututów takich jak: odcień (ang. Hue), nasycenie (ang. saturation, intensity, chroma) i jasność (ang. lightness, value, brightness). Oba modele, RGB i HSB, mają równorzędne znaczenie w grafice komputerowej. Model HSB opisuje kolor w stopniach od prawego poziomego promienia tarczy barwnej w kierunku odwrotnym do ruchu wskazówek zegara. Z kolei dwa pozostałe pojęcia definiujące barwy nasycenie i jasność są określane procentowo. 5 Przykładowo, CorelDRAW v9. umożliwia zdefiniowanie barwy poprzez wartości jej atrybutów: H (kolor) 360, S (nasycenie) 100, B (jasność) co w efekcie daje około 3,6 min barw. 6 Paint Shop Pro v8. umożliwia wprowadzanie wartości z przedziału od 0 do 255, z krokiem co 1. Zapewnia to możliwość uzyskania barw. Definiowanie barw w modelu HSB lub HSV. 5 Dąbrowa T., Krajewska E., Różnica barw w reprodukcji poligraficznej i sposoby jej określania, Politechnika Warszawska Instytut Poligrafii 13

14 14

15 Przestrzeń CMY(K) W celu uzyskania jakiegoś koloru miesza się trzy farby, pigmenty o barwie: niebieskozielonej, purpurowej i żżół łtteej j. (CMY = C Cyan, M Magenta, Y Yellow). Przestrzeń CMY wg subtraktywnego modelu barw - bazuje na mieszaniu farb. W wyniku pomieszania trzech barw podstawowych uzyskuje się barwę czarną. Definiowanie barw w modelu CMY-K. Dla zmniejszenia zużycia materiałów eksploatacyjnych, stosuje się czwartą, dodatkową farbę o barwie czarnej (CMYK = C Cyan, M Magenta, Y Yellow i K - BlacK albo Key). 7 6,7 Dąbrowa T., Krajewska E., Różnica barw w reprodukcji poligraficznej i sposoby jej określania, Politechnika Warszawska Instytut Poligrafii 15

16 Matematyczne zobrazowanie modelu CMY ma postać sześcianu Y żółta = (0,0,1) zielona = (1,0,1) cyjan = (1,0,0) C czerwona = (0,1,1) czarna = (1,1,1) M magenta = (0,1,0) niebieska = (1,1,0) - w punkcie, od którego wychodzą osie występuje brak barwy (podkład, papier). - Sześcian CMY ma trzy osie prostopadłe, odpowiadające barwom składowym farb, wzdłuż których wzrasta ich nasycenie. Największą wartość nasycenia uzyskuje się na końcu osi. - W przestrzeni CMYK mamy do czynienia z liniową zależnością czerni od innych barw. - uzyskanie żądanej barwy wynikowej przez zdefiniowanie poziomów jasności barw składowych (maksymalnie 256 poziomów jasności każdej barwy, przelicznych na procenty). Barwy zdefiniowane w przestrzeni RGB nie muszą pokrywać się z tymi, które reprezentuje przestrzeń CMYK (dotyczy to przede wszystkim barw z zakresu błękitu i czerwieni). Praca z grafiką w RGB, zapis końcowy w CMYK. 16

17 Modele telewizyjne YUV, YQI TV czarno-biała (rok 1926) TV kolor w USA pierwszy nadajnik dla publicznej telewizji kolorowej. Praktycznie - dwa modele bardzo podobne do siebie. Różnice wynikają z różnych rozstrzygnięć technicznych przez niezależnych od siebie konstruktorów i projektantów sygnału telewizyjnego. W Europie telewizja oparta jest o model YUV, podział ze względu na sposób kodowania składowych modelu: PAL i SECAM. Symboliczne litery w nazwie modelu posiadają określenia w ramach tylko tych modeli. Na przykład symbolu Y nie należy kojarzyć z takimi samymi symbolami w innych modelach. USA, Kanada, Japonia - system nadawania telewizji kolorowej nazywany NTSC. Model opisu kolorów w tym systemie nazywany jest YQI. We wszystkich tych modelach Luminancja jest taka sama - możliwość odtwarzania obrazu co najmniej czarno białego. Składowa Y nazywana luminancją mniej więcej odpowiada światłu Lightness definiowanemu przez organizację CIE, ale wartościowo jest inna od definicji pochodzących od tej organizacji. Dla praktyków jest to treść czarno-biała obrazu w pełni kolorowego. 17

18 1.4. Profile ICM (ICC) Profilei barw odpowiednich urządzeń wejścia, wyjścia i wyświetlania w plikach o rozszerzeniu ICM (ang. Image Color Matching) 8 lub ICC. W profilach ICM są zapisane dane dotyczące różnic barw danego urządzenia. Podstawa funkcjonowania systemu zarządzania kolorami. Jeżeli posiadamy profile do wszystkich urządzeń, które wykorzystujemy w procesie obróbki grafiki, wtedy system (SO WINDOWS) może podjąć działania mające na celu zapewnienie jak największej wierności odtwarzania barw. właściwości danego urządzenia / ustawienia / zarządzanie kolorami Zarządzanie kolorami SO Windows bazujące na profilach ICM nie zawsze zapewnia najlepsze rezultaty. Dodatkowo nie wszystkie firmy dołączają do swoich urządzeń profile ICM. Profil - swego rodzaju standard przemysłowy srgb Color Space Profile Color Menagement System (CMS) CMS (ang. Color Management System) 9 to profesjonalny systemem zarządzania barwą wykorzystywany w celu uzyskania maksymalnej zgodności kolorów. Systemy CMS działają poprzez przekształcanie barw z przestrzeni zależnej od urządzenia na barwy przestrzeni od urządzeń niezależnej (np. CIE Lab). Odbywa się to przy udziale profili barw. Przykładowo, skaner, aparat cyfrowy, naświetlarka filmów barwnych i monitor pracują w trybie RGB, natomiast drukarki czy maszyny offsetowe w trybie CMY lub CMYK. Oczywiście, przestrzenie RGB i CMY lub CMYK są przestrzeniami zależnymi od urządzeń. Ponieważ oprócz różnic w przestrzeniach barw mogą wystąpić różnice pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami urządzeń (nawet w obrębie jednego modelu), tworzone są profile zawierające indywidualną charakterystykę konkretnego urządzenia. 8 Centrum pomocy i obsługi technicznej MS Windows XP 9 Centrum pomocy i obsługi technicznej MS Windows XP 18

19 WIN 2000 Przykłady CMS: Agfa ColorTune, Apple ColorSync, Cobra Match i Kodak CMS. 10 Prawidłowe wyznaczenie profilu nie oznacza jeszcze, że urządzenie będzie odtwarzało barwy idealnie. Równie istotne pozostają także ustawienia parametrów użytkowych urządzeń wejścia, wyjścia i wyświetlania. Zaleca się możliwie najczęstsze kalibrowanie urządzeń w miarę ich używania. Aby nie dopuścić do sytuacji, kiedy profil urządzenia (np. drukarki) będzie spowalniał prace całego systemu, zaleca się używanie firmowych ustawień neutralnych. Wspomaganie sprzętowe PANTONE huey korekcja ustawień monitora (90 $) 10 Duch W., Fascynujący świat komputerów,wydawnictwo Nakom, Poznań