Jak definiujemy „dokładne” kolory? Jak możemy określić kolor w „dokładny” sposób? Zanim przejdziemy do tego tematu, porozmawiajmy trochę o tym, dlaczego kwantyfikacja koloru jest ważna dla fotografów, projektantów, specjalistów od przetwarzania obrazu, ludzi z branży tekstylnej i innych.
Kiedy próbujemy opisać kolor, najczęstszym sposobem jest odniesienie się do przedmiotu w danym o kolorze. Na przykład gdy opisujemy kolor „czerwony”, ludzie zwykle używają „jabłka”, aby opisać kolor „czerwony”. Ale o jakim jabłku mówimy? Czy myślimy o tym samym jabłku? Spójrz na rysunek 1, istnieje co najmniej siedem różnych odcieni czerwieni wśród różnych odmian jabłek. Nie wspominając o ostatnim. Nie jest nawet czerwone! W związku z tym istnieją rozbieżności, gdy używamy obiektów do opisania kolorów. Musimy też znaleźć sposób na ograniczenie rozbieżności w komunikacji.
Rysunek 1: Różne odmiany jabłek
Ludzie zwykle używają „liczb” do wyrażenia dokładnego pomiaru. Liczby wykorzystujemy na przykład, aby opisać długość, wagę itd. Dlatego potrzebujemy sposobu wyrażania kolorów w formie liczbowej, abyśmy mogli powiedzieć, że kolor A i kolor B są takie same, ponieważ mają te same wartości liczbowe. W 1913 r. Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa (Commission Internationale de l'Eclairage, CIE) zdefiniowała wartości trójbodźca (wartości XYZ) służące do ilościowego określania kolorów, które ludzie są zdolni postrzegać. Wartości XYZ są konstruowane przez pomnożenie następujących trzech atrybutów: rozkład mocy spektralnej źródła światła, odbicie obiektu oraz funkcje standardowego obserwatora do opisu cech ludzkiego układu wzrokowego. W rezultacie gdy kolor A i kolor B mają te same wartości XYZ, możemy powiedzieć, że kolor A i kolor B są takie same.
Rysunek 2: Wzór do obliczania wartości XYZ
Kolejną zaletą definiowania kolorów w wartościach liczbowych jest możliwość łatwego wyrażania kolorów w schemacie z układem współrzędnych. A to tworzy przestrzeń koloru. Rysunek 3 przedstawia schemat chromatyczności xy CIE 1931, który reprezentuje wszystkie kolory, które ludzie są zdolni postrzegać. Wykres ten nie odzwierciedla jednak wrażliwości ludzkiego układu wzrokowego. Weźmy na przykład niebieski i zielony. Ludzie są bardzo wrażliwi na kolor niebieski i mniej wrażliwi na zieleń: odrobina czerwieni sprawia, że widzimy kolor fioletowy, a odrobina zieleni sprawia, że widzimy kolor cyjan. Zjawisko to nie jest widoczne na rys. 3, schemat chromatyczny CIE 1931. W związku z tym w 1976 r. zaproponowano schemat chromatyczny u’v’ do odzwierciedlenia odczuć ludzkiego układu wzrokowego.
Rysunek 3: Schemat chromatyczny CIE 1931
Rysunek 4: Schemat chromatyczny CIE 1976 u’v’
Zdefiniowaliśmy system opisujący kolory w postaci liczbowej.
Następne pytanie brzmi: jak mierzymy kolory?
Do pomiaru długości można użyć linijki, a do pomiaru masy — wagi. Gdy mierzymy kolory, musimy najpierw zmierzyć światło. Mierzenie światła nie jest tak łatwe jak użycie linijki czy wagi, ale istnieją pomocne narzędzia. Możemy użyć na przykład spektroradiometru do pomiaru rozkładu mocy spektralnej światła.
Jednak instrumenty te są nieporęczne i drogie, a ich przenoszenie nie jest łatwe. W związku z tym opracowano bardziej uproszczone urządzenie zwane „kolorymetrem”. Kolorymetr mierzy światło przez zestaw filtrów XYZ, więc szybkość jest większa niż w przypadku spektroradiometru, ale mniejsza jest dokładność.
*Filtry XYZ: Filtry optyczne naśladujące charakterystyki optyczne wartości XYZ (wartości trójbodźca) w zakresie transmitancji na długości fali.
Jak wspomniano wcześniej, gdy mamy zestaw wartości XYZ z tymi samymi liczbami, możemy powiedzieć, że te kolory wyglądają tak samo. Zdarza się jednak, że wartości XYZ nie są takie same, ale nadal wyglądają bardzo podobnie. Na przykład gdy widzimy jasne światło w jasnym pomieszczeniu, a nie ciemniejsze światło w ciemnym pomieszczeniu, zmierzone wartości XYZ nie są takie same (z powodu różnych intensywności światła, ale nadal postrzegamy ten sam kolor światła). Wynika to ze zdolności adaptacji naszego układu wzrokowego. Kolejnym scenariuszem jest porównanie kolorów z różnych nośników. Na przykład jeden z monitora i jeden z zadrukowanego papieru. Potrzebujemy tutaj innej miary, aby określić to zjawisko adaptacji. Do celów tej „normalizacji” zaproponowano zatem i skonstruowano Przestrzeń kolorów L*a*b* (przedstawioną na rysunku 5). Określa ona najjaśniejszy poziom światła na scenie lub nośniku (np. papier) jako 100 i normalizuje wszystkie pozostałe kolory na scenie lub nośniku według najjaśniejszego światła. W rezultacie możemy porównać światło z różnymi intensywnościami lub kolorami różnych nośników.
Rysunek 5: Przestrzeń kolorów L*a*b*
Kiedy przyglądamy się dwóm podobnym, ale nieco innym kolorom, zastanawiamy się nad tym, na ile podobne są te kolory? Bez użycia wartości liczbowych do określania kolorów możemy powiedzieć „są podobne”. Ale na ile podobne? No, i co jest definicją „podobieństwa”, ponieważ postrzeganie kolorów przez różne osoby jest różne. Dzięki przestrzeni kolorów XYZ lub przestrzeni kolorów L*a*b* możemy określić różnicę pomiędzy kolorami. Obliczając odległość między dwoma kolorami w określonej przestrzeni kolorów (zazwyczaj używana jest przestrzeń kolorów L*a*b*), można uzyskać wartość różnicy. Różnica ta nosi nazwę „Różnica kolorów”. Zazwyczaj do określenia różnicy kolorów używamy parametru delta E*.
Najprostsza wersja formuły różnicy kolorów nosi nazwę delta E* 76 ( delta E*ab).
Bardziej złożona formuła jest stosowana w przemyśle tekstylnym i grafice artystycznej. Została ogłoszona w 1994 r., dlatego nazywa się delta E* 94.
W 2000 r. badacze opracowali nowszą wersję formuły różnicy koloru, która ma rzeczywiście odzwierciedlać, co postrzega układ wzrokowy człowieka. Nazywa się ona delta E*2000 (delta E*00). Ze względu na dużą liczbę badań naukowych, aby osiągnąć wysoki poziom korelacji pomiędzy obliczonymi wartościami a postrzeganiem ludzkim, parametr delta E*00 stał się już standardem międzynarodowym, którego stosowanie zaleca się we wszystkich badaniach naukowych.
Jak widać w powyższych formułach, wymagane są dwa zestawy wartości L*a*b*. Jeśli konieczne jest dokonanie oceny dokładności określonego koloru, potrzebny jest zestaw zmierzonych wartości L*a*b* i zestaw zdefiniowanych wartości L*a*b*. Zmierzone wartości możemy uzyskać za pomocą wspomnianych wcześniej przyrządów, ale w jaki sposób uzyskać wartości „zdefiniowane” lub „standardowe”? Wartości „zdefiniowane” lub „standardowe” można uzyskać za pomocą standardowych wykresów (rysunek 6). Te wykresy kolorów zdefiniowały wartości L*a*b* dla wszystkich kolorów na wykresie, a każdy wykres jest bardzo starannie sporządzony w celu spełnienia tolerancji. W związku z tym wykresy te mogą zostać wykorzystane jako punkt odniesienia, ponieważ wartości nie ulegną zmianie.
Do oceny dokładności koloru często stosowany jest parametr delta E*00. Wartość delta E*00 < 1,00 oznacza, że nie istnieje żadna zauważalna różnica dla ekspertów przy porównywaniu dwóch kolorów obok siebie. Wartość delta E*00 < 3,00 oznacza brak znaczących różnic dla typowych osób. (Eksperci to specjaliści w dziedzinie nauk o kolorach lub doświadczeni fotografowie, projektanci, specjaliści ds. obrazowania itp.)
Podsumowując, dowiedzieliśmy się, jak używać liczb do definiowania kolorów, i poznaliśmy uzasadnienie. Określiliśmy również różnice pomiędzy poszczególnymi przestrzeniami kolorów, np. XYZ i L*a*b*. I wreszcie poznaliśmy sposoby pomiaru kolorów i definiowania różnic pomiędzy kolorami. Korzystając z wartości parametru delta E*00, możemy ocenić, czy kolor jest dokładny, czy nie.
Rysunek 6-1: Klasyczny wykres ColorChecker kalibratora X-rite
Rysunek 6-2: Cyfrowy wykres ColorChecker SG kalibratora X-rite
