Як ми визначаємо точність кольорів?

Як ми визначаємо точність кольорів? Як можна точно визначити колір? Перш ніж перейти до цієї теми, давайте поговоримо, чому кількісний аспект кольору відіграє важливу роль у роботі фотографів, дизайнерів, фахівців із зображення, співробітників текстильних галузей тощо.

Коли ми намагаємось описати колір, найчастіше посилаємося на об’єкт, з яким він асоціюється. Наприклад, описуючи червоний колір, люди зазвичай згадують яблуко. Але про яке яблуко ми говоримо? Чи думаємо ми про те саме яблуко? Погляньте на зображення 1. На ньому наведено щонайменше сім різних відтінків червоного серед різних сортів яблук. Не кажучи вже навіть про останнє. Це навіть не червоний! Тому існують розбіжності, коли ми описуємо кольори за допомогою об’єктів. Через це потрібно знайти спосіб зменшити розбіжності в спілкуванні.

Рисунок 1. Різні сорти яблук

Люди здебільшого виражають точні показники за допомогою цифр. Наприклад, за допомогою цифри ми описуємо довжину, вагу тощо, тому нам потрібен спосіб вираження кольорів у числових формах. Завдяки цьому ми зможемо точно сказати, що колір А та колір В однакові, тому що мають однакові числові значення. Ще в 1913 році Міжнародна комісія з освітленості (CIE) визначила хроматичні координати (значення XYZ) кількісного визначення кольорів, які сприймає людина. Значення XYZ отримано на основі множення трьох атрибутів: спектрального розподілу потужності джерела освітлення, відбиття об’єкта та критерію ідеального спостерігача. Усі ці атрибути описують характеристики зорової системи людини. У результаті, якщо колір A та колір B мають однакові значення XYZ, ми можемо сказати, що ці кольори виглядають однаково.

Рисунок 2. Формула розрахунку значень XYZ

Ще одна перевага визначення кольорів у числових значеннях — це те, що ми можемо легко виразити кольори на діаграмі із системою координат. Це створює колірний простір. На зображенні 3 представлена хроматична діаграма моделі XY, визначена комітетом CIE в 1931 році. На ній наведено всі кольори, які людина сприймає. Проте ця діаграма точно не відображає чутливість людської зорової системи. Наприклад, розглянемо синій і зелений кольори. Люди дуже чутливі до синього кольору та менш чутливі до зеленого. Трохи насиченіший червоний ми сприймаємо як фіолетовий, а трохи насиченіший зелений — як блакитний. Це явище не показано на зображенні 3 з визначеною комітетом CIE в 1931 році хроматичною діаграмою моделі XY. Як наслідок, у 1976 році запропоновано нову хроматичну діаграму відображення чутливості людської зорової системи — діаграму UV.

Рисунок 3. Хроматична діаграма моделі XY, визначена комітетом CIE в 1931 році

Рисунок 4. Хроматична діаграма моделі UV, визначена комітетом CIE в 1976 році

Тепер ми визначили систему опису кольорів у числовій формі.

Наступне питання полягає в тому, як вимірюються кольори?

Довжина вимірюється за допомогою лінійки, а маса — за допомогою ваг. Говорячи про кольори, ми повинні спочатку виміряти світло. Це не так просто зробити, як за допомогою лінійки або ваг, але існують інструменти, які допомагають вирішити цю проблему. Наприклад, спектральний розподіл потужності світла можна виміряти за допомогою спектрорадіометра.

Проте цей інструмент громіздкий і дорогий. Його нелегко носити із собою. Отже, спеціалісти розробили простіший прилад, який називається колориметр. Колориметр вимірює світло через набір фільтрів XYZ. Цей варіант значно швидший у порівнянні зі спектрорадіометром, але менш точний.

* Фільтри XYZ: оптичні фільтри, які імітують характеристики значень XYZ (хроматичні координати) за різними довжинами хвиль спектра.

Як зазначалося раніше, якщо ми маємо набір значень XYZ з однаковими числами, можна сказати, що ці кольори виглядають однаково. Проте існують випадки, коли значення XYZ різні, але кольори все одно дуже схожі. Наприклад, якщо порівняти яскраве світло у світлій і темній кімнатах, виміряні значення XYZ відрізнятимуться (через різну інтенсивність світла), але ми все одно сприймаємо той самий колір освітлення. Це пов’язано з адаптацією візуальної системи. Інший приклад — порівняння кольорів із різних носіїв, наприклад, із монітора та друкованого паперу. Отже, потрібна інша метрика кількісного визначення цього явища адаптації. Згодом фахівці запропонували колірну модель L*a*b* (зображення 5), яка мала на меті нормалізувати цей феномен. У цьому колірному просторі найвищий рівень світлості середовища або носія (наприклад, паперу) має значення 100, а інші нормалізуються відповідно до цього значення. У результаті тепер ми можемо порівняти світло з різною інтенсивністю або кольори з різних носіїв.

Рисунок 5. Колірний простір L*a*b*

Розглядаючи два подібні кольори, ми часто замислюємося над їхньою схожістю. Без числового значення ми можемо сказати, що так, ці кольори схожі. Проте наскільки схожі? Крім того, як визначити «схожі», враховуючи, що сприйняття кольорів у людей відрізняється. За допомогою колірного простору XYZ або L*a*b* ми можемо визначити різницю між кольорами. Обчисливши відстань між двома кольорами в певному просторі (зазвичай використовується колірний простір L*a*b*), ми можемо отримати значення відмінності. Це значення називається колірною відмінністю. Зазвичай колірна відмінність позначається за допомогою показника Delta E*.

Найпростіша версія формули колірної відмінності виглядає так: Delta E* 76 (Delta E*ab).

У текстильній і графічній промисловостях використовується складніша формула. Її представили в 1994 році, і саме тому вона називається Delta E* 94.

У 2000 році дослідники розробили нову версію формули колірної відмінності, яка дає змогу по-справжньому відобразити те, що сприймає людська зорова система. Вона називається Delta E 2000 (Delta E*00). Завдяки великій кількості досліджень, на основі яких удалося досягти високої відповідності між розрахунковими значеннями та сприйняттям людей, формула Delta E*00 стала міжнародним стандартом, і її рекомендовано використовувати у всіх наукових дослідженнях.

Як видно з наведених вище формул, потрібно два набори значень L*a*b*. Щоб оцінити точність певного кольору, знадобиться набір виміряних значень L*a*b* і набір визначених значень L*a*b*. Ми могли б отримати виміряні значення за допомогою інструментів, згаданих раніше, але як отримати визначені або стандартні значення? Визначені або стандартні значення можна отримати за допомогою стандартних таблиць (зображення 6). У цих таблицях визначено значення L*a*b* усіх доступних у них кольорів. Кожна з них ретельно продумана та відповідає вимогам допустимих відхилень. Саме тому значення з цих таблиць можна використовувати як еталонні, оскільки вони не змінюються.

Щоб визначити точність кольору, часто використовують формулу Delta E*00. Показник Delta E*00 < 1,00 означає, що експерти не відчувають різниці між двома кольорами, що порівнюються. Показник Delta E*00 < 3,00 означає, що типова особа не відчуває суттєвої різниці. (Експертами ми називаємо фахівців у галузі науки про колір або досвідчених фотографів, дизайнерів, фахівців з обробки зображень тощо.)

Підіб’ємо підсумки. Ми дізналися про те, як визначати та підтверджувати точність кольорів на основі цифрових значень. Ми також визначили різницю між кожним колірним простором, як-от XYZ і L*a*b*. Урешті-решт, ми дізналися про способи вимірювання кольорів і визначення різниці між ними. Ми можемо судити про точність кольору на основі значень Delta E*00.

Рисунок 6-1. Таблиця перевірки класичних кольорів X-rite

Рисунок 6-2. Таблиця перевірки цифрових кольорів X-rite