Kapitola 2 Barvy, barvy, barviˇ cky 2.1
Vn´ım´ an´ı barev
Svˇetlo, kter´e vn´ım´ame, pˇredstavuje viditelnou ˇc´ast elektromagnetick´eho spektra. V nˇem se vyskytuj´ı vˇsechny zn´am´e druhy z´aˇren´ı, napˇr. gama z´aˇren´ı ˇci infraˇcerven´e z´aˇren´ı. Lidsk´e oko vn´ım´a pouze oblast vlnov´ ych d´elek 380 aˇz 720 nm. Uvnitˇr t´eto oblasti vn´ım´ame z´aˇren´ı s urˇcitou vlnovou d´elkou jako barvu. Jak tedy vn´ım´ame barvy? Tak napˇr´ıklad, kdyˇz b´ıl´e svˇetlo dopadne na ˇcerven´ y objekt, tento objekt absorbuje (pohlt´ı) vˇsechny sloˇzky b´ıl´eho svˇetla kromˇe ˇcerven´e. Objekt pak odr´aˇz´ı z´aˇren´ı v ˇcerven´e ˇc´asti spektra. Jak jiˇz v minul´em stolet´ı zjistil pan Heimholz, lidsk´e oko m´a buˇ nky (receptory), kter´e jsou citliv´e na ˇcervenou, zelenou a modrou barvu, tyto barvy jsou t´eˇz z´akladn´ımi sloˇzkami b´ıl´eho svˇetla. Kombinac´ı r˚ uzn´ ych u ´rovn´ı tˇechto tˇr´ı z´akladn´ıch barev je lidsk´ y mozek schopen vn´ımat tis´ıce jemnˇejˇs´ıch barevn´ ych odst´ın˚ u. Elektromagnetick´e z´aˇren´ı s kratˇs´ımi vlnov´ ymi d´elkami nese v´ıce energie. V oblasti paprsk˚ u x nese z´aˇren´ı dostateˇcnou energii, kter´a umoˇzn ˇuje prostoupit vˇetˇs´ım objemem hmoty (napˇr. lidsk´e tˇelo). Toho se vyuˇz´ıv´a v l´ekaˇrstv´ı. Tak´e gama paprsky maj´ı v´ yznam v l´ekaˇrstv´ı. Obrazy z´ıskan´e pomoc´ı gama z´aˇren´ı se pouˇz´ıvaj´ı pro odhalen´ı funkc´ı. Infraˇcerven´e z´aˇren´ı vyd´avaj´ı zahˇr´at´e objekty. Toho vyuˇz´ıvaj´ı modern´ı pˇr´ıstroje pro noˇcn´ı vidˇen´ı. Za svˇeteln´ y zdroj nejˇcastˇeji bereme Slunce, ale je j´ım i ˇz´arovka. Svˇeteln´ y zdroj vys´ıl´a paprsky vˇsech frekvenc´ı, kter´e se skl´adaj´ı ve v´ ysledn´e b´ıl´e svˇetlo. Toto svˇetlo se naz´ yv´a achromatick´e. Paprsky svˇetla dopadaj´ı na objekty, nˇekter´e frekvence se odraz´ı, jin´e jsou pohlceny. Odraˇzen´e svˇetlo pˇrij´ım´a naˇse oko a mozek zpracov´av´a a rozpozn´a v´ yslednou barvu. Pro popis svˇetla se kromˇe frekvence pouˇz´ıv´a jeˇstˇe jas, sytost a svˇetlost. Jas odpov´ıd´a intenzitˇe svˇetla, sytost urˇcuje ˇcistotu barvy a svˇetlost urˇcuje velikost achromatick´e sloˇzky ve svˇetle s urˇcitou dominantn´ı frekvenc´ı (napˇr. svˇetle nebo tmavˇe modr´a). 1
2
ˇ KAPITOLA 2. BARVY, BARVY, BARVICKY
Obr´azek 2.1: Barevn´e spektrum
2.1.1
Jak funguje lidsk´ e oko
Lidsk´e oko je velmi sloˇzit´ y org´an. Pˇr´ıchoz´ı obraz je prom´ıt´an na s´ıtnici. Tato fotocitliv´a vrstva pokr´ yv´a dvˇe tˇretiny vnitˇrn´ıho povrchu oka. Obsahuje dva druhy receptor˚ u: tyˇcinky a ˇc´ıpky. Tyˇcinek je v´ıce (120 × 106 ) a zajiˇst’uj´ı noˇcn´ı vidˇen´ı. Jsou ˇ ıpky (8 × 106 ) n´am zprostˇredkov´avaj´ı barevn´e vidˇen´ı. Tyˇcinky a tak´e v´ıce citliv´e. C´ ˇc´ıpky nejsou pravidelnˇe rozm´ıstˇeny po cel´e s´ıtnici. Kaˇzd´ y ˇc´ıpek je pˇripojen k nervov´emu zakonˇcen´ı. Oproti tomu je vˇzdy nˇekolik tyˇcinek propojeno pouze k jednomu nervu. Vˇsechny sign´aly z ˇc´ıpk˚ u a tyˇcinek jsou pomoc´ı zrakov´eho nervu pˇred´av´any do mozku. Zaj´ımavost´ı je, ˇze po cestˇe informace do mozku dojde k rekombinaci informac´ı. Z p˚ uvodn´ıch tˇr´ı hodnot ˇcerven´a, zelen´a a modr´a dojde do mozku informace o pomˇeru ˇcerven´a-zelen´a, ˇzlut´a-modr´a, zelen´a-ˇcerven´a.
2.2
Barevn´ e modely
Pˇri tisku nebo zobrazen´ı obr´azku jsou vytv´aˇreny jeho barvy vˇetˇsinou pomoc´ı tˇri sloˇzek - ˇcerven´a (red), zelen´a (green), modr´a (blue), kter´e nab´ yvaj´ı vˇetˇsinou hodnot od 0 do 255. (V nˇekter´ ych syst´emech m˚ uˇze b´ yt rozmez´ı jin´e, napˇr. 0,1) To odpov´ıd´a k´odov´an´ı kaˇzd´e ze sloˇzek RGB v jednom bytu. Hodnota nula znamen´a, ˇze dan´a barva nen´ı ve v´ ysledn´e v˚ ubec zastoupena, hodnota 255 znamen´a, ˇze dan´a sloˇzka m´a nejvˇetˇs´ı intenzitu. M´ame tedy tˇri barvy (R,G,B) a jejich hodnotami m˚ uˇzeme urˇcit 2563 = 16777216 barev. Lidsk´e oko dok´aˇze rozpoznat asi deset milion˚ u barev, proto je tento poˇcet dostateˇcn´ y. Tyto barvy oznaˇcujeme jako true color. V minulosti byla term´ınem
´ MODELY 2.2. BAREVNE
3
true color oznaˇcov´ana i zaˇr´ızen´ı o 15 resp 16 bitech na pixel (32768 resp. 65536 barev). Pro reprodukci, tj. zobrazen´ı barev se pouˇz´ıvaj´ı dvˇe metody: subtraktivn´ı a aditivn´ı m´ıch´an´ı barev. 1. Aditivn´ı metoda Kdyˇz pouˇzijeme ˇcerven´e, zelen´e a modr´e svˇetlo (RGB) pouˇz´ıv´ame aditivn´ı m´ıch´an´ı barev. Term´ın aditivn´ı – doplˇ nkov´e znamen´a, ˇze zaˇcneme s ˇcern´ ym pozad´ım a pˇrid´av´ame jednotliv´e barevn´e RGB sloˇzky pro vytvoˇren´ı konkr´etn´ıho barevn´eho odst´ınu. Kombinac´ı vˇsech tˇr´ı RGB barev vznikne b´ıl´a barva. Barevn´a televize, poˇc´ıtaˇcov´ y monitor, scanner a jeviˇstn´ı osvˇetlovac´ı technika pracuje t´ımto zp˚ usobem. Sloˇzen´ım (kombinac´ı) tˇr´ı z´akladn´ıch barev vzniknou dalˇs´ı barvy. 2.Subtraktivn´ı metoda Subtraktivn´ı m´ıch´an´ı barev je opaˇcn´ y k aditivn´ımu. Zaˇc´ın´ame s b´ıl´ ym pozad´ım a pˇrid´av´ame barvy Cyan, Magenta a Yellow (zkratka CMY), abychom jejich pˇrekryt´ım vytvoˇrili ˇcernou barvu. Subtraktivn´ı metoda se pouˇz´ıv´a v tiskov´em pr˚ umyslu, kde se obvykle tiskne na b´ıl´ y pap´ır. CMY pigmenty absorbuj´ı (odeˇc´ıtaj´ı) konkr´etn´ı vlnov´e d´elky dopadaj´ıc´ıho svˇetla a naopak dovoluj´ı ostatn´ım, aby se od potiˇstˇen´eho pap´ıru odrazily. Tak tedy Cyan absorbuje (pohlt´ı - odeˇcte) ˇcervenou ˇc´ast dopadaj´ıc´ıho svˇetla. Magenta absorbuje zelen´e svˇetlo a Yellow absorbuje modr´e svˇetlo. Kdyˇz slouˇc´ıme subtraktivn´ı barvy z´ısk´ame opˇet z´akladn´ı aditivn´ı barvy. ˇ a barva, kter´a vznik´a sm´ısen´ım vˇsech sloˇzek CMY vˇsak nen´ı ˇcistˇe ˇcern´a, Cern´ jedn´a se sp´ıˇse o tmavˇe hnˇedou. Z tohoto d˚ uvodu se k sloˇzk´am CMY pˇrid´av´a samostatn´a ˇcern´a barva K (blacK). Vznik´a tak prostor CMYK.
Obr´azek 2.2: Citlivost lidsk´eho oka na barvy
ˇ KAPITOLA 2. BARVY, BARVY, BARVICKY
4
Obr´azek 2.3: Barevn´ y syst´em RGB Uˇzivatelsky vˇsak zad´av´an´ı barev pomoc´ı prostor˚ u RGB nebo CMY nen´ı snadn´e. Odhadnout, kter´e barvy a v jak´em pomˇeru sm´ıchat k v´ ysledn´emu odst´ınu nen´ı v˚ ubec intuitivn´ı, proto se zavedly dalˇs´ı barevn´e modely pro snaˇzˇs´ı pr´aci s barvami (vyuˇz´ıvaj´ı se v grafick´ ych softwarech). Modely HSV, HLS Barva je definov´ana opˇet trojic´ı sloˇzek. Nejsou to ale barvy jako u RGB ˇci CMYK. Hlavn´ı vyuˇzit´ı je v grafick´ ych programech pro snadnˇejˇs´ı m´ıch´an´ı barev. Jsou to ty liˇsty pˇri n´avrhu barvy, kde lze jednoduˇse zmˇenit svˇetlost ˇci sytost barvy. HSV Hue (barevn´ y t´on)+Saturation(sytost)+Value(jas) HLS - Hue (barevn´ y t´on)+Lightness(svˇetlost)+Saturation(sytost) Modely CIE, YUV, YIQ Kaˇzdou barvu vn´ım´a kaˇzd´ y ˇclovˇek jinak. Z´aleˇz´ı na u ´navˇe oˇc´ı, svˇetle okol´ı. Pˇresn´e rozliˇsov´an´ı barev tr´apilo v dobˇe pˇred n´astupem poˇc´ıtaˇc˚ u zejm´ena v´ yrobce barev pro tisk´arny a textilky, a tak se v roce 1931 seˇsli odborn´ıc´ı na barvy v organizaci CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) a vytvoˇrili hypotetick´eho standardn´ıho pozorovatele a jemu odpov´ıdaj´ıc´ı barevn´ y prostor, nez´avisl´ y na pouˇzit´e technologii. Tento prostor, dnes naz´ yvan´ y CIE-XYZ, umoˇzn ˇuje popsat jakoukoliv barvu (dokonce i takovou, kterou nelze nam´ıchat ze tˇrech z´akladn´ıch), ˇci pˇresnˇeji vjem z t´eto barvy, pouze dvˇema hodnotami (velmi zjednoduˇsenˇe je lze nazvat pomˇern´a ˇcervenost a pomˇern´a modrost). Tˇret´ı hodnotou je pak svˇetlost barvy. Po n´astupu poˇc´ıtaˇc˚ u vznikla potˇreba pˇrizp˚ usobit prostor CIE-XYZ tak, aby bylo moˇzn´e co nejomezenˇejˇs´ım poˇctem bit˚ u, kter´e budou kaˇzd´e sloˇzce pˇridˇeleny, pokr´ yt co nejl´epe moˇznosti barevn´eho rozliˇsen´ı oka. A tak vznikly barevn´e prostory CIE
´ 2.3. KONTROLN´I OTAZKY
5
Obr´azek 2.4: Barevn´e modely HSV, HLS
Obr´azek 2.5: Barevn´ y model CIE L*u*v* a CIE L*a*b*, oba znaˇcnˇe v´ ypoˇcetnˇe n´aroˇcn´e. To sice nevad´ı pˇri pˇr´ıpravˇe pro tisk, ale pˇri zobrazov´an´ı v re´aln´em ˇcase ano. S dalˇs´ımi podobn´ ymi prostory pˇriˇsli tv˚ urci norem pro barevn´e televizn´ı vys´ıl´an´ı (YUV, YIQ).
2.3
Kontroln´ı ot´ azky
1. Jakou funkci maj´ı tyˇcinky a ˇc´ıpky?
ˇ KAPITOLA 2. BARVY, BARVY, BARVICKY
6
2. Popiˇste aditivn´ı metodu m´ısen´ı barev. 3. Popiˇste subtraktivn´ı metodu m´ısen´ı barev. 4. Co znamen´a RGB? 5. Jak´a barva vznikne sm´ısen´ım ˇcerven´e a zelen´e? 6. Proˇc se zavedly barevn´e modely HSV a HLS? 7. Co to je CIE?
2.4
Literatura
http://www.dtpstudio.cz/obchod/Gretag/rychlokurz.html http://www.root.cz/clanky/nez-zacneme-skenovat/ http://developer.apple.com/documentation/mac/ACI/ACI-48.html http://viz.aset.psu.edu/gho/sem_notes/color_2d/index.html http://dx.sheridan.com/advisor/cmyk_color.html
