Centrum znalostí společnosti BenQ

Jak definujeme „přesnou“ barvu?

2018/01/15

Jak definujeme „přesnou“ barvu? Jak lze „přesně“ kvantifikovat barvu? Než tento námět nakousneme, promluvme si, proč je kvantifikace barvy důležitá pro fotografy, designéry, odborníky na zobrazování, lidi v textilním průmyslu a další.

Když se snažíme popsat barvu, nejčastěji ji v mysli spojíme s určitým objektem. Například, když popisujeme červenou barvu, obvykle pro její popis použijeme jablko. Ale o jakém druhu jablka mluvíme? Máme na mysli stejné jablko? Podívejte se na obrázek 1. Zde je mezi různými odrůdami jablka nejméně sedm odstínů červené. Nemluvě o tom posledním; to ani není červené! Proto existují nesrovnalosti, když k popisu barev používáme objekty. Musíme najít způsob, jak eliminovat nesrovnalosti v komunikaci.

Obrázek 1: Různé odrůdy jablek

Lidé mají tendenci pro vyjádření přesného měření používat čísla. Například používáme čísla k popisu délky, hmotnosti atd. Proto potřebujeme způsob vyjádření barev v číselných formách. Jedině tak můžeme říct, že barva A a barva B jsou stejné, protože mají stejnou číselnou hodnotu. V roce 1913 definovala komise CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) hodnoty Tristimulus (hodnoty XYZ) pro kvantifikaci barev, které lidé mohou vnímat. Hodnoty XYZ jsou udávány vynásobením následujících tří atributů – spektrálního rozložení výkonu zdroje světla, odrazivosti objektu a funkce standardního pozorovatele k popisu charakteristik lidského zrakového systému. Výsledkem je, že když barva A a barva B mají stejnou hodnotu XYZ, můžeme říci, že barva A a barva B vypadají stejně.

Obrázek 2: Vzorec pro výpočet hodnot XYZ

Další výhodou definování barev v číselných hodnotách je, že můžeme barvy snadno vyjádřit v diagramu se souřadnicovým systémem. A ten vytváří barevný prostor. Obrázek 3 ukazuje diagram chromatičnosti xy CIE z roku 1931 znázorňující všechny barvy, které lidé mohou vnímat. Tento diagram však nereflektuje citlivost lidského zrakového systému. Vezměte například modrou a zelenou barvu. Lidé jsou velmi citliví na modrou a méně citliví na zelenou: trochu víc červené vnímáme jako fialovou a trochu zelené, vnímáme jako azurovou. Tento jev není reflektován na obr. 3, diagramu chromatičnosti xy CIE 1931. Výsledkem je, že v roce 1976 byl navržen chromatický diagram u‘ v‘, který reflektuje vnímání lidského zrakového systému.

Obrázek 3: Diagram chromatičnosti xy CIE 1931

Obrázek 4: Diagram chromatičnosti u‘v‘ CIE 1976

Nyní jsme definovali systém, který popisuje barvy v číselné podobě.

Další otázkou je, jak můžeme barvy měřit?

K měření délky použijeme pravítko a k měření hmotnosti váhu. Když měříme barvy, musíme nejprve změřit světlo. Měření světla není tak jednoduché jako používání pravítka nebo váhy, ale existují nástroje, které vám pomohou. Pro měření spektrálního rozložení výkonu světla můžeme například použít spektromadiometr.

Nicméně tyto přístroje jsou objemné a drahé a není snadné je přenášet. Proto bylo vyvinuto zjednodušené zařízení nazvané kolorimetr. Kolorimetr měří světlo přes sadu filtrů XYZ, takže je rychlejší než spektrometr, ale méně přesný.

*Filtry XYZ: Optické filtry, které napodobují optické charakteristiky hodnot XYZ (trichromatické hodnoty) z hlediska propustnosti na vlnovou délku.

Jak bylo uvedeno výše, když máme množinu hodnot XYZ se stejnými čísly, mohli bychom říci, že tyto barvy vypadají stejně. Ale existují případy, kdy hodnoty XYZ nejsou shodné, a přesto vypadají velmi podobně. Například když vidíme jasné světlo ve světlých místnostech ve srovnání s tmavším světlem v tmavé místnosti, naměřené hodnoty XYZ nejsou stejné (kvůli různým intenzitám světla), avšak stále vidíme stejnou barvu světla. To je dáno adaptací našeho zrakového systému. Dalším případem je porovnání barev z různých médií. Například jedno z monitoru a jedno z tištěného papíru. Potřebujeme tedy další metrický systém ke kvantifikaci tohoto adaptačního jevu. Barevný prostor L*a*b* (viz obrázek 5) byl navržen a vytvořen pro účel této „normalizace“. Definuje nejsvětlejší úroveň světla ve scéně nebo na médiu (např. papíru) jako 100 a podle tohoto nejjasnějšího světla normalizuje všechny ostatní barvy ve scéně nebo médiu. V důsledku toho můžeme nyní srovnávat světlo s různou intenzitou nebo barvami z různých médií.

Obrázek 5: Barevný prostor L*a*b*

Když se podíváme na dvě podobné, ale mírně odlišné barvy, můžeme se pouze dohadovat, jak blízké tyto barvy jsou. Bez použití číselných hodnot reprezentujících barvy bychom mohli říci, že jsou si blízké. Ale jak moc blízké? A jaká je vlastně definice toho, co je „blízké“, když se vnímání barev člověk od člověka liší. Pomocí barevného prostoru XYZ nebo L*a*b* můžeme rozdíl mezi barvami kvantifikovat. Při výpočtu vzdálenosti mezi dvěma barvami v určitém barevném prostoru (obvykle se používá barevný prostor L*a*b*) je možné získat rozdílovou hodnotu. Tato rozdílová hodnota se nazývá „rozdíl barev“. Pro označení „rozdílu barev“ obvykle používáme označení delta E*.

Nejjednodušší verze vzorce barevného rozdílu se nazývá delta E* 76 (delta E* ab).

Složitější vzorec se používá v textilním a grafickém průmyslu. Byl oznámen v roce 1994, a proto se nazývá delta E* 94.

V roce 2000 vědci vyvinuli novou verzi vzorce barevného rozdílu, aby skutečně reflektoval to, co vnímá lidský zrakový systém. Ten se nazývá delta E* 2000 (delta E* 00). Vzhledem k velkému počtu výzkumných studií pro dosažení vysoké korelace mezi vypočítanými hodnotami a vnímáním člověka se delta E* 00 stala mezinárodní normou a doporučuje se používat ve všech vědeckých výzkumných pracích.

Jak jsme viděli ve výše uvedených vzorcích, vyžadují se dvě sady hodnot L*a*b*. Pokud potřebujeme posoudit přesnost určité barvy, pak je nutný soubor naměřených hodnot L*a*b* a soubor definovaných hodnot L*a*b*. Naměřené hodnoty můžeme získat pomocí dříve zmíněných nástrojů, ale jak získat „definované“ nebo „standardní“ hodnoty? Definované nebo standardní hodnoty lze získat pomocí standardizovaných grafů (obrázek 6). Tyto barevné grafy mají definované hodnoty L*a*b* pro všechny barvy v grafu a každý graf se vytváří velice pečlivě, aby splnil toleranci. Tyto grafy tak lze použít jako reference, protože se jejich hodnoty nebudou měnit.

Při posuzování přesnosti barvy se často používá delta E* 00. Delta E* 00 < 1,00 znamená, že pro odborníky neexistuje při porovnávání dvou barev vedle sebe žádný vnímatelný rozdíl. Delta E* 00 < 3,00 znamená, že není přítomen žádný významný rozdíl pro typickou osobu. (Odborníky rozumíme profesionály v oblasti chromatičnosti nebo zkušené fotografy, designéry či profesionály v oblasti zobrazování apod.)

Když si to shrneme, dozvěděli jsme se, jak k definování barev používat čísla a proč to vlastně děláme. Také jsme si uvedli rozdíly mezi jednotlivými barevnými prostory, jako jsou XYZ a L*a*b*. A nakonec jsme si něco řekli o způsobech měření barvy a definování barevných rozdílů. Pomocí hodnot delta E* 00 můžeme posoudit, zda je barva přesná, nebo ne.

Obrázek 6-1: Klasický graf ColorChecker X-Rite

Obrázek 6-2: Digitální graf ColorChecker SG X-Rite

TOP