BenQ znalostné centrum

Ako definujeme presnú farbu?

2018/01/15

Ako definujeme presnú farbu? Ako môžeme kvantifikovať farbu v „presnom“ móde? Skôr ako prejdeme na túto tému, povedzme si trochu viac o tom, prečo je kvantifikácia farby dôležitá pre fotografov, dizajnérov, odborníkov na zobrazovanie, ľudí v textilnom priemysle a pod.

Keď sa pokúsime opísať farbu, najbežnejším spôsobom, ako to urobiť, je odkazovať na objekt s farbou na mysli. Napríklad, keď opíšeme farbu „červená“, ľudia zvyčajne používajú „jablko“ na opis „červenej“. Ale o akom jablku hovoríme? Myslíme na to isté jablko? Pozrite sa na obrázok 1, existuje aspoň sedem rôznych odtieňov „červenej“ medzi rôznymi druhmi jablka. Nehovoriac o poslednom; to ani nie je červené! Preto existujú nezrovnalosti, keď používame objekty na popis farieb. Musíme nájsť spôsob, ako znížiť rozdiely v komunikácii.

Obrázok 1: Rôzne odrody jabĺk

Ľudia majú tendenciu používať „čísla“ na vyjadrenie presného merania. Napríklad používame čísla na opis dĺžky, hmotnosti atď. Preto potrebujeme spôsob, ako vyjadriť farby v numerických formách, takže by sme mohli povedať, že farba A a farba B sú rovnaké, pretože majú rovnaké číselné hodnoty. V roku 1913 CIE (International Commission of l'Eclairage) definovala hodnoty Tristimulus (hodnoty XYZ) na kvantifikáciu farieb, ktoré ľudia môžu vnímať. Hodnoty XYZ sú konštruované vynásobením nasledujúcich troch atribútov: spektrálne rozdelenie výkonu zdroja osvetlenia, odrazivosť objektu a funkcie štandardného pozorovania na opis charakteristík ľudského vizuálneho systému. V dôsledku toho, keď farba A a farba B majú rovnaké hodnoty XYZ, môžeme povedať, že farba A a farba B vyzerajú rovnako.

Obrázok 2: Vzorec na výpočet hodnôt XYZ

Ďalšou výhodou definovania farieb v číselných hodnotách je, že by sme mohli jednoducho vyjadriť farby v diagrame so súradnicovým systémom. A to vytvára farebný priestor. Obrázok 3 znázorňuje CIE 1931 xy diagram chromaticity, ktorý predstavuje všetky farby, ktoré ľudia môžu vnímať. Tento diagram však skutočne neodráža citlivosť ľudského vizuálneho systému. Vezmite si napríklad modrú a zelenú. Ľudia sú veľmi citliví na modrú a menej citliví na zelenú: o niečo viac červenej poznáme ako fialovú a trochu zelenej poznáme ako azúrovú. Tento jav sa neodzrkadľuje na obrázku 3, diagram CIE 1931 xy chromatickosti. V dôsledku toho bol v roku 1976 navrhnutý chromatický diagram u’ v’, ktorý odráža pocit ľudského vizuálneho systému.

Obrázok 3: CIE 1931 xy diagram chromatickosti

Obrázok 4: CIE 1976 u’v’ diagram chromatickosti

Teraz sme definovali systém popisujúci farby v číselnej forme.

Ďalšia otázka je, ako merať farby?

Mohli by sme použiť pravítko na meranie dĺžky a použiť váhu na meranie hmotnosti. Keď zmeníme farby, musíme najprv zmerať svetlo. Meranie svetla nie je také jednoduché ako použitie pravítka alebo váhy, existujú však nástroje, ktoré vám pomôžu. Mohli by sme napríklad použiť spektrorádiometer na meranie spektrálneho rozloženia výkonu svetla.

Tieto nástroje sú však objemné a drahé a nie je ľahké ich prenášať. Preto bolo vyvinuté zjednodušené zariadenie s názvom „kolorimeter“. Kolorimeter meria svetlo cez súpravu filtrov XYZ, takže rýchlosť je vyššia ako pri spektrorádiometri, ale s menšou presnosťou.

* Filtre XYZ: Optické filtre napodobňujú optické charakteristiky hodnôt XYZ (tristimulusové hodnoty) z hľadiska priepustnosti na vlnovú dĺžku.

Ako bolo uvedené vyššie, keď máme súbor hodnôt XYZ s rovnakými číslami, môžeme povedať, že tieto farby vyzerajú rovnako. Existujú ale situácie, keď hodnoty XYZ nie sú rovnaké, ale stále vyzerajú veľmi podobne. Napríklad, keď vidíme jasné svetlo v jasnej miestnosti v porovnaní s tmavším svetlom v tmavej miestnosti, namerané hodnoty XYZ nie sú rovnaké (kvôli rôznym intenzitám svetla, ale stále vidíme rovnakú farbu svetla. Je to spôsobené prispôsobením nášho vizuálneho systému. Ďalším scenárom je porovnanie farieb z rôznych médií. Napríklad z monitora a z vytlačeného papiera. Preto potrebujeme inú metriku na kvantifikáciu tohto adaptačného javu. L*a*b* farebný priestor (ukázaný na obrázku 5) bol navrhnutý a postavený na tento účel „normalizácie“. Definuje najjasnejšiu úroveň svetla v scéne alebo médiu (napr. papier) ako 100 a normalizuje všetky ostatné farby na scéne alebo médiu podľa najjasnejšieho svetla. V dôsledku toho teraz môžeme porovnať svetlo s rôznymi intenzitami alebo farby z rôznych médií.

Obrázok 5: L*a*b* farebný priestor

Keď sa pozrieme na dva podobné, ale mierne odlišné farby, budeme sa diviť, ako blízko tieto farby sú? Bez použitia číselných hodnôt na vyjadrenie farieb, mohli by sme povedať „je to blízko“. Ale ako blízko? A čo je definícia „blízko“, pretože vnímanie farieb sa líši od človeka k človeku. S farebným priestorom XYZ alebo farebným priestorom L*a*b* môžeme kvantifikovať rozdiel medzi farbami. Výpočtom vzdialenosti medzi dvomi farbami v určitom farebnom priestore (zvyčajne sa používa L*a*b* farebný priestor) je možné získať hodnotu rozdielu. Táto rozdielová hodnota sa nazýva „farebný rozdiel“. Obvykle používame odchýlku Delta E* na označenie „farebného rozdielu“.

Najjednoduchšia verzia vzorca farebného rozdielu sa nazýva odchýlka Delta E* 76 (odchýlka Delta E* ab).

Zložitejší vzorec sa používa v textilnom a grafickom priemysle. Bol oznámený v roku 1994, preto sa nazýva odchýlka Delta E*94.

V roku 2000 výskumníci vyvinuli novú verziu vzorca na rozlíšenie farieb, aby skutočne odrážali to, čo vníma ľudský vizuálny systém. Nazýva sa odchýlka Delta E* 2000 (odchýlka Delta E*00). Vzhľadom na veľké množstvo výskumných štúdií na dosiahnutie vysokej korelácie medzi vypočítanými hodnotami a ľudským vnímaním sa odchýlka Delta E*00 stala medzinárodnou normou a odporúča sa, aby sa použila vo všetkých vedeckých výskumných prácach.

Ako sme videli vo vyššie uvedených vzorcoch, sú potrebné dve množiny hodnôt L*a*b*. Ak potrebujeme posúdiť presnosť konkrétnej farby, potom je potrebná množina nameraných hodnôt L*a*b* a množina definovaných hodnôt L*a*b*. Získané namerané hodnoty by sme mohli získať pomocou vyššie uvedených nástrojov, ale ako získať „definované“ alebo „štandardné“ hodnoty? „Definované“ alebo „štandardné“ hodnoty je možné získať použitím štandardných tabuliek (obrázok 6). Tieto farebné grafy majú definované hodnoty L*a*b* pre všetky farby v grafe a každý graf je vyrobený veľmi starostlivo, aby splnil toleranciu. Preto by sa tieto grafy mohli použiť ako referencia, pretože sa hodnoty nezmenia.

Ak chcete posúdiť presnosť farby, často sa používa odchýlka Delta E*00. Odchýlka Delta E*00 < 1,00 znamená, že neexistuje žiadny rozdiel medzi odborníkmi pri porovnávaní dvoch farieb vedľa seba. Odchýlka Delta E*00 < 3,00 znamená, že pre typickú osobu nie je žiadny významný rozdiel. (Experti znamenajú odborníkov na farebné vedy alebo skúsených fotografov, dizajnérov, profesionálov v oblasti zobrazovania atď.)

Stručne povedané, dozvedeli sme sa, ako používať čísla na definovanie farieb a ich odôvodnenie. Identifikovali sme tiež rozdiely medzi každým farebným priestorom, ako napríklad XYZ a L*a*b*. Nakoniec sme sa naučili spôsoby, ako merať farby a ako definovať farebné rozdiely. Pomocou hodnôt odchýlky Delta E*00 môžeme posúdiť, či je farba presná, alebo nie.

Obrázok 6-1: Graf klasického kalibračného zariadenia X-Rite ColorChecker Chart

Obrázok 6-2: Graf digitálneho kalibračného zariadenia X-Rite ColorChecker SG

TOP