5. ZJAWISKO BARWY Barwa pochodzi od światła. Światło jest przenoszone przez fale elektromagnetyczne o określonych długościach. Widzialne długości fal można zaobserwować pomiędzy 380 a 780 nm. (1 nanometr = jednej milionowej milimetra, 10-9 m). Jeżeli jedna lub kilka długości fal z powyższego zakresu dominuje w świetle, wtedy rozkład światła w widmie jest nierówny i widzimy konkretną barwę. Jeżeli rozkład długości fal w widmie jest zrównoważony, wtedy widzimy biel lub szarość. Np. światło o długości fali 780 nm to czerwień. Barwa może być zawarta formie ciała fizycznego, np. farby czy tonera lub w formie źródła energii świetlnej, np. kolorowa żarówka, monitor czy telewizor. PERCEPCJA (WRAŻENIE) BARWY Wrażenie barwy jest to zinterpretowany przez mózg efekt padania światła na oko. Białe światło jest mieszaniną wszystkich kolorów widma. Ale większość przedmiotów jest postrzegana przez światło odbite albo przechodzące przez nie. Człowiek widzi barwy dzięki trzem elementom: światło - oko mózg. W oku znajduje się siatkówka, która zawiera dwa rodzaje receptorów (komórek): pręcików i czopków. Pręciki rozpoznają poziomy jasności. Czopki reagują na barwy. Są trzy rodzaje czopków. Jedne wyczulone są na zakres 400-500 nm światła zakres niebieski, drugie na zakres 500-600 nm czyli zakres zielony, a trzecie na zakres 600-700 nm zakres czerwony. Przedmioty wydają się kolorowe ponieważ odbijają lub transmitują pewne części widma i absorbują inne. Np. czerwony przedmiot odbija światło czerwone a pochłania pozostałe. Całe światło jest pochłaniane widzimy CZERŃ. Całe światło jest odbijane widzimy BIEL. Światło przechodzi przez ciało widzimy ciało BEZBARWNE. Część światła jest pochłaniana, a reszta odbijana barwa jest sumą fal odbitych. Część światła jest pochłaniana, a reszta transmitowana barwa jest sumą fal przechodzących. Część światła jest odbijana, a reszta transmitowana dwie barwy różne, które są sumą fal odbitych i sumą fal przechodzących.
DEFINICJA BARWY Barwa jest to wrażenie (percepcja) wzrokowe, wywołane w mózgu przez padające na oko promieniowanie świetlne. Barwę definiują trzy atrybuty: kolor, nasycenie i jasność. KOLOR (ton, odcień) jest to różnica jakościowa barwy (np. zielony, żółty, czerwony itp.) Tzw. koło barw. NASYCENIE jest to odstępstwo barwy od bieli (np. czerwień-róż-biel, zieleń-seledyn-biel) Tzw. siła barwy: nasycona lub neutralna szarość. JASNOŚĆ jest to wielkość zmieniająca barwę w zależności od natężenia światła. Tzw. jaskrawość, luminancja. Barwa jasna lub ciemna: bliższa bieli czy czerni. Jasność nie dotyczy barwy ani nasycenia. Rys. 1 Rys. 2 Na rysunku 1.: Cztery różne kolory barw: cyan, czerwony, żółty i zielony. Cztery różne nasycenia wybranej barwy: czerwona 0%, 30%, 60%, 100%. Cztery różne poziomy jasności czysta biel, 30% szarości, 60% szarości, czerń. BARWY NEUTRALNE (ACHROMATYCZNE) Są to barwy, które nie mają atrybutów kolor i nasycenie, ale są opisywane zgodnie z ich jasnością. Biały, szary i czarny to barwy neutralne. Neutralna barwa subtraktywna farby lub tonery kolorowe, których składowe (c, m, y) występują w równych proporcjach. Rezultatem jest szarość lub czerń. Neutralna barwa addytywna jeżeli światła RGB występują w równych proporcjach wtedy rezultatem będzie szarość lub biel. Pary barw przeciwnych są to barwy świateł i farb, które łączone razem dają barwę neutralną, np. czerwona + niebieskozielona, zielona + purpurowa, żółta + niebieska (rys. 2). Barwy powyższe są nazywane addytywnymi barwami pierwszorzędowymi (RGB) i subtraktywnymi barwami pierwszorzędowymi (CMY).
MODELE BARW MODEL CIE Yxy Model zaproponowany w roku 1931 przez Międzynarodową Komisję Oświetlenia (CIE, Commission Internationale d'eclairage) jako międzynarodowy standard miary kolorów. Przestrzeń barw zawartych w krzywoliniowym stożku. Jego oś pionowa Y to luminancja - miara atrybutu barwy jasność. Przestrzeń prostopadła do osi luminancji to wykres chromatyczności CIE Yxy - zwany trójkątem chromatyczności (lub: trójkątem Maxwella, zelówką czy podeszwą ) Na krawędzi części krzywoliniowej wykresu chromatyczności znajdują się tzw. barwy proste (są to wszystkie barwy widma światła białego). Wszystkie te barwy są nasycone. Odcinek prostoliniowy (od 380 nm do 780 nm) tworzy tzw. barwy purpury, nie leżące w widmie światła białego, lecz światła fioletowego 380 nm (powstającego przez zmieszanie w różnych proporcjach skrajnych barw widma białego) i światła czerwonego 780 nm. Barwy proste i barwy purpury tworzą barwy czyste. Wewnątrz trójkąta znajdują się barwy nienasycone, które mogą też powstawać przez mieszanie w różnych proporcjach trzech barw liniowo niezależnych na obrzeżu wykresu: RGB. Środek wykresu chromatyczności jest bielą. Właśnie ta biel została rozszczepiona w widmo barw prostych znajdujących się na obrzeżu widma. W trójkącie definiowane są dwa atrybuty barwy: kolor i nasycenie. Kolor zmienia się wraz z kątem obrotu wokół środka ciężkości trójkąta. Nasycenie zmienia się wzdłuż linii prostych, przechodzących przez punkt ciężkości. Jasność zmienia się wzdłuż pionowej osi Y. Model CIE Yxy stał się wzorcem dla stworzenia wszystkich modeli barw opartych na przestrzeni CIE (CIE La*b*, HSB, HSL, HIV).
MODEL HSB Model HSB odwzorowuje sposób postrzegania kolorów przez człowieka. Kolory są w nim opisywane przez trzy podstawowe cechy: Barwa (hue), która jest długością fali światła odbitego lub przechodzącego przez obiekt. Mówiąc przystępniej, barwa jest identyfikowana z nazwą koloru, taką jak czerwony, pomarańczowy czy zielony. Miarą barwy jest jej położenie na standardowym kole kolorów, wyrażone w stopniach od 0 do 360. Nasycenie (saturation) oznacza siłę lub czystość koloru, czyli stosunek szarości do czystego odcienia i jest wyrażane w procentach od 0% (szary) do 100% (czysty kolor, pełne nasycenie). W standardowym kole kolorów nasycenie wzrasta w miarę zbliżania się do krawędzi koła i maleje ku jego środkowi. Jasność (brightness), która określa względną jasność koloru i wyraża się zazwyczaj w procentach od 0 (czerń) do 100 % (biel). Model HSB jest używany w Photoshopie do definiowania kolorów w palecie Kolor lub oknie dialogowym Próbnik kolorów. Tryb HSB nie jest dostępny dla tworzenia i edycji obrazków. Model HSB A. Nasycenie B. Barwa C. Jasność D. Wszystkie barwy
MODEL La*b* Model koloru L*a*b jest oparty na modelu koloru zaproponowanym w roku 1931 przez Międzynarodową Komisję Oświetlenia (CIE, Commission Internationale d'eclairage) jako międzynarodowy standard miary kolorów. W roku 1976 pierwotny model poprawiono i nazwano CIE L*a*b. Model L*a*b został zaprojektowany, tak by nie zależał od konkretnego urządzenia, to znaczy, żeby odtwarzał takie same kolory niezależnie od urządzenia generującego wyjściowy obrazek -- monitora, drukarki czy komputera. Kolor L*a*b tworzony jest ze składnika luminacji albo jasności (L) oraz z dwóch składników chromatycznych - składnika a (zmieniającego się od zielonego do czerwonego) oraz składnika b (zmieniającego się od niebieskiego do żółtego). MODEL RGB Duża część widzialnego widma światła może być otrzymywana przez mieszanie trzech podstawowych składników światła kolorowego w różnych proporcjach i natężeniach. Składniki te są znane jako kolory podstawowe: czerwony, zielony i niebieski (red, green i blue = RGB). Przy mieszaniu trzech kolorów podstawowych powstają kolory wtórne: cyjan, magenta i żółty. Ponieważ kolory podstawowe łączą się ze sobą dając kolor biały, zwane są także kolorami addytywnymi. Powstała biel odbija całe światło, trafiając z powrotem do oka. Kolory addytywne używane są w oświetlaniu, sprzęcie wideo, kamerach filmowych i monitorach. Monitor na przykład tworzy kolory emitując światło przez luminofory: czerwony, zielony i niebieski.
MODEL CMYK W modelu CMYK wykorzystuje się fakt zróżnicowanej absorbcji światła przez farby naniesione na papier. Gdy białe światło pada na farby półprzezroczyste, część jego widma jest absorbowana. Kolor, który nie został zaabsorbowany, odbija się i wraca do oka. Teoretycznie, połączenie czystych pigmentów cyjanu, magenty i żółtego powinno tworzyć czerń absorbującą wszystkie kolory. Dlatego właśnie kolory te nazywa się subtraktywnymi. Ponieważ wszystkie farby do drukarek zawierają zanieczyszczenia, połączenie trzech wymienionych farb daje w rzeczywistości kolor brudnobrązowy, który musi być uzupełniony czarną farbą (K), by dawać prawdziwą czerń. (Litera K zamiast B jak "black" została tu użyta, by uniknąć nieporozumień, ponieważ B mogłoby również oznaczać blue - niebieski). Łączenie tych farb w celu odtworzenia koloru nazywa się czterobarwnym procesem druku. Kolory subtraktywne (CMY) i addytywne (RGB) są kolorami komplementarnymi. Każda para kolorów subtraktywnych tworzy kolor addytywny i odwrotnie.
WZORNIKI czyli SYSTEMY DOPASOWANIA BARW Ponieważ istnieją duże różnice w odbiorze barwy w skanerze, na monitorze i na wydruku, dlatego producenci farb stworzyli mapy barw - czyli wzorniki. Wzorniki takie tworzone są na różnym podłożu. Najczęściej w komputerowych programach graficznych wykorzystuje się następujące systemy dopasowania barw: PANTONE, TRUMATCH, FOLCOLTONE i TOYO. SYSTEM PANTONE PROCESS (PPS) Barwy PPS oparte są na modelu CMYK, tzn. każda barwa wybrana z tego systemu może być wydrukowana przy pomocy nie większej od czterech liczby farb: cyan, magenta, yellow, black. PPS nazywany jest także wzornikiem farb triadowych. Wzornik PPS wykonywany jest dla dwóch standardów: Europa i SWOP (Specifications for Web Offset Publications). SYSTEM PANTONE MATCHING (PMS) PMS określa tzw. barwy znakowane, dodatkowe, specjalne, spot lub solid. Barwy PMS nie są oparte na modelu CMYK (czyli nie są drukowane farbami triadą), lecz powstają przez zmieszanie innych czterech podstawowych farb określonych przez system (wzornik) producenta. W przypadku Pantone są to: Yellow, Yellow 012, Orange 021, Warm Red, Red 032, Rubine Red, Rhodamine Red, Purple, Fiolet, Blue 072, Reflex Blue, Process Blue, Greek, Black i Transp. White. Każda farba powstaje przez procentowe zmieszanie nie więcej niż 4 farb podstawowych (np. Pantone 1505 składa się z Pantone Or. 021 i Pantone Trans.Wt.). Wykorzystywanie PMS określa się drukowaniem farbą z puszki. Programy graficzne umożliwiają tworzenie wielostopniowych (co 1% w zakresie 0-100%) rozjaśnień barw znakowanych, tzw. tint. Podstawowym wzornikiem systemu jest Pantone Color Formula Guide (PCFG). Zawiera on 1012 kolorowych próbek z opisem i składem farb. Po 7 sztuk na listku. We wzorniku znajdują się także farby fluorescencyjne i metaliczne. Dzieli się on na dwie części: Coated wydrukowany na papierze powlekanym (kredzie), Uncoated wydrukowany na papierze niepowlekanym (offsetowym). Wzornikiem rozszerzającym możliwości poprzednich jest Pantone Color Tint Selektor: zawiera ponad 60 000 próbek barw, uzyskanych przez tinty rastrowe barw PCFG także w wersji Coated i Uncoated. Od roku 2001 firma Pantone posiada także wzornik na papierze matowym (Pantone Formula Guide Solid Matte) w wersji Coated i Uncoated. SYSTEM PANTONE SOLID TO PROCESS Jest to wzornik opisujący farby dodatkowe PMS farbami triadowymi CMYK (Pantone Process Color Imaging Guide PPCIG). Na listku znajdują się dwie kolumny próbek.
Kolumna prawa zawiera barwy znakowane systemu PMS a lewa zawiera najbliższe im barwy, możliwe do uzyskania farbami triasowymi CMYK. Programy graficzne też mogą tłumaczyć PMS na CMYK. INNE SYSTEMY DOPASOWANIA BARW Jednym z nich jest dwuczęściowy (Coated i Uncoated) Pantone Hexachrome Color Selektor. Kolorami podstawowymi jest sześć farb: cyan, agenta, yellow, black, orange i greek (CMYKOG). Ponadto PANTONE oferuje jeszcze: Pastel Color Formula Guide, Metalic Color Guide, Black Colors and Effects, Color and Black Selektor, Two-Color Selektor. W systemie TRUMATCH barwy oparte są na modelu CMYK, zaś sama barwa ikreślana jest współrzędnymi modelu HSB. W systemie FOLCOLTONE zarówno barwy oparte są na modelu CMYK, jak i samą barwę określają współrzędne modelu CMYK. W systemie TOYO barwy określane są w modelu CIE La*b*. Do wyświetlania barwy te są konwertowane na model RGB, zaś do drukowania na model CMYK.
CMS SYSTEMY ZARZĄDZANIA BARWAMI Systemy CMS (Color Management System) służą do przenoszenia koloru (z urządzenia na urządzenie podczas przepływu prac) i zapewnia niezależności kolorów od urządzeń wejściowych i wyjściowych. Przykładami najlepszych systemów zarządzania barwami są: ColorTune-Fotoflow (Agfa), ColorSync (Apple), Kodak CMS (Kodak), Cobra Match (Barco NV). Przyczyny niezgodności w odwzorowywaniu barw: Praca urządzeń w różnych modelach barw CMYK, CMY, RGB, CMYKOG. Różne gamy barw odwzorowywane przez różne urządzenia np. skaner może zeskanować barwy, których nie wyświetli monitor i nie wydrukuje drukarka. Indywidualne cechy urządzeń nawet tego samego producenta np. różne skanery mogą różnie odczytywać ten sam obraz i inaczej go zapisać.
Funkcjonowanie CMS Elementy składowe CMS (Color Management System): - Niezależna od urządzenia modelowa przestrzeń barw - Profile barwne urządzeń cyfrowego przepływu prac - Algorytm przekształcania wzajemnego modeli barw - Algorytm renderowania barw spoza gamy ad. 1. niezależna od urządzeń przestrzeń barw to tzw. PCS (Profile Connection Space) zdefiniowana jako przestrzeń CIE La*b*. ad. 2. profil barw urządzenia zawiera dwie grupy informacji: a) model barw oraz gamę barw urządzenia, b) odchylenie barw od standardowego wzorca oraz sposób ich korekcji do wartości poprawnych ad. 3. służy do zarządzania zbiorem profili barwnych urządzeń i dokonywania transformacji danych cyfrowych cyfrowych jednego modelu barw (np. RGB) do innego (np. Lab); nosi on nazwę CMM (Color Matching Metod) ad. 4. Zespół czynności umożliwiający przekształcenie kolorów leżących poza gamą danego urządzenia i możliwie najlepsze dopasowanie kolorów zawartych w gamie urządzenia; Zrzutowanie (rendering) barwy z gamy obrazu na barwy gamy urządzenia wyjścia. Są cztery metody takiego renderingu:
- Percepcyjny lub fotograficzny (wszystkie barwy gamy także te leżące w gamie urządzenia są przekształcane do gamy urządzenia, ale pozostają nienaruszone związki względne między barwami. Wykorzystane właściwości oka ludzkiego, które jest czułe bardziej na związki między barwami, aniżeli na same kolory - dla tonalnych obrazów cyfrowych). - Absolutny (barwy obrazu leżące poza gamą urządzenia, są przeniesione na brzeg gamy urządzenia). - Względny (barwy spoza gamy przenoszone są do gamy urządzenia z zachowaniem atrybutu kolor i jasność, ale o zmieniającym się nasyceniu). - Nasyceniowy (barwy spoza gamy przenoszone są do gamy urządzenia z jednoczesnym maksymalnym ich nasyceniem; zachowana jest tzw. chroma, jasność może ulec zmianie; metoda stosowana do zachowania barw wyrazistych i możliwie najczystszych).