6. Práce s barvou

1. 6. Práce s barvou Zdeněk Töpfer ztopfer@volny.cz

2. 6. Práce s barvou • Co je barva • Počítače a barvy • Správa barev • Správa barev v Adobe Photoshop • Psychologie vnímání barev • Barevná kompozice ve fotografii 6. Práce s barvou

3. 6.1 Co je barva • Barva je vlastností objektu • Barva je vlastností světla • Barva je vjem vznikající v pozorovateli Barva je událost vznikající vždy mezi třemi účastníky: zdrojem světla, objektem a pozorovatelem. Barevná událost je pak vjemem vznikajícím v pozorovateli a způsobeným paprsky světla určitých vlnových délek, vyzařovanými zdrojem světla a modifikovanými objektem. 6. Práce s barvou

4. 6.1 Světlo a barevná událost Fotony a vlny • Vlnové délky světla se pohybují v řádu nanometrů • Spektrum - celý rozsah energetických hladin (vlnových délek), jichž nabývají fotony při svém šíření prostorem a časem. • Lidské oko je schopné zachytit jen velmi malou část celého spektra, nacházející se zhruba mezi vlnovými délkami 380 nm až 700 nm. • Rozdílné vlnové délky vyvolávají v lidech vjemy rozdílných barev. 6. Práce s barvou

5. 6.1 Světlo a barevná událost 6. Práce s barvou

6. 6.1 Světlo a barevná událost Spektrální charakteristika světla odpovídá spektrální energii • Většina světel v reálném životě je tvořena směsicí fotonů o různých vlnových délkách. Skutečná barva, kterou vidíme, závisí na poměru a zastoupení jednotlivých vlnových délek (neboli na spektrální energii) zachycených vaším okem. 6. Práce s barvou

7. 6.1 Světlo a barevná událost 6. Práce s barvou

8. 6.1 Zdroje světla Pojmem zdroj světla označujeme jakýkoliv předmět vyzařující velká množství fotonů, jejichž vlnové délky odpovídají viditelné části spektra. 6. Práce s barvou

9. 6.1 Zdroje světla 6. Práce s barvou

10. 6.1 Zdroje světla Typy zdrojů světla • Černé těleso - vyzařují fotony vznikající pouze snižováním tepelné energie atomů - typickým příkladem jsou žárovky či hvězdy • Denní světlo - je výsledkem záření nejznámějšího černého tělesa, kterým je Slunce, a následného filtrování atmosférou • Elektrické výbojové lampy (výbojky) - jsou tvořeny uzavřenou trubicí obsahující plyn • Počítačové monitory - jsou zdrojem světla, neboť emitují fotony 6. Práce s barvou

11. 6.1 Teplota chromatičnosti 6. Práce s barvou

12. 6.1 Svítidla • Svítidla - zdroje světla, jejichž spektrální energie byla buď změřena nebo nějakým způsobem formálně definována. • Mezinárodní komise pro osvětlování (CIE – Commission Internationale de l’Eclairage) Svítidlo A: wolframová žárovka Svítidlo B: sluneční světlo s náhradní teplotou chromatičnosti 4874 K Svítidlo C: sluneční světlo s náhradní teplotou chromatičnosti 6774 K - starší Svítidlo D: řada svítidel simulujících sluneční světlo – nejčastěji s náhradní teplotou chromatičnosti 5000 K jako D50 a 6504 K jako D65 Svítidlo E: teoretické svítidlo s konstantní energií Svítidlo F: fluorescenční svítidla 6. Práce s barvou

13. 6.1 Objekt a barevná událost Odrazivost a propustnost • Při dopadu světla na povrch objektu dochází k reakci světla s povrchem, čímž je ovlivněna barva světla. • Míra, s jakou objekt odráží určité vlnové délky a jiné zase absorbuje, se nazývá spektrální odrazivostí (reflektancí). • Propustný objekt musí být alespoň částečně průsvitný, aby umožňoval průchod světla. Fluorescence • Schopnost absorbovat fotony o určité energii (vlnové délce) a vyzařovat fotony s nižší energií (větší vlnovou délkou). • Fluorescence je však nejvíce znatelná tehdy, mají-li fotony dopadajícího světla vlnové délky odpovídající neviditelné ultrafialové části spektra a fotony vyzářeného světla vlnové délky nacházející se ve viditelné části spektra. 6. Práce s barvou

14. 6.1 Pozorovatel a barevná událost Trichromazie: červená, zelená,modrá • Rozlišování všech barev je u lidí založeno na schopnosti rozeznat tři základní barvy, vycházející z „tříkanálové“ skladby sítnice. • Další vlastnosti lidského zraku jasou schopnost rozeznávat barvy protikladné, barevná setrvačnost či nelinearita. 6. Práce s barvou

15. 6.1 Lidské oko 6. Práce s barvou

16. 6.1 Lidské oko • Přední zakřivenou část oka tvoří rohovka, která směruje paprsky do zadní části oka a zaostřuje je. • Čočka provádí další mírné zaostření. Hlavně je však důležitá pro barevné vidění. • Čočka vykonává funkci ultrafialového filtru, zabraňujícího poškození sítnice vysokoenergetickým ultrafialovým zářením. • Čočka v průběhu stárnutí žloutne, čímž se snižuje naše schopnost rozpoznávat malé změny modrých a zelených odstínů. Naproti tomu lidský zrak je nejcitlivější na odstíny žluté barvy, a to bez ohledu na věk. • Sítnice představuje poměrně složitou vrstvu nervových buněk lemujících zadní část oka. Tyto buňky mají schopnost vnímat světlo a nazývají se světločivé buňky neboli receptory. • Existují dva typy receptorů, nazvané podle jejich tvaru tyčinky a čípky. 6. Práce s barvou

17. 6.1 Lidské oko • Tyčinky zajišťují vidění v podmínkách nízkého osvětlení, např. za šera. • Čípky jsou citlivé v podmínkách vysoké hladiny osvětlení. • V sítnici lidského oka se nachází asi 120 miliónů čípků a 6 miliónů tyčinek. • Přesně ve středu sítnice se nachází malá prohlubeň, která se nazývá žlutá skvrna – je místem nejostřejšího vidění v celém oku • Čípky lze rozdělit na tři typy. Jeden typ reaguje především na světlo delších vlnových délek, přičemž jeho citlivost v oblasti středních a krátkých vlnových délek je velmi nízká. Druhý typ čípků reaguje převážně na světlo středních vlnových délek. Poslední je tvořen čípky, které jsou citlivé na světlo krátkých vlnových délek. 6. Práce s barvou

18. 6.1 Lidské oko - citlivost 6. Práce s barvou

19. 6.1 Lidské oko Trichromazie a tristimulace • Trichromazie (třísložková teorie, Young-Helmholtzova teorie barevného vidění) je teorie, která říká, že lidské oko obsahuje tři typy receptorů pro vnímání barev. • Pojmem tristimulace se označují experimenty a měření lidského barevného vidění, jejichž součástí jsou tři různé barevné podněty, které má testovaný pozorovatel nastavit tak, aby výsledný vjem odpovídal cílovém předem danému podnětu. • Trichromazie je pro správu barev velmi důležitá, protože říká, že téměř každou barvu lze simulovat pomocí pouze tří dobře zvolených základních barev světla. Dvě barvy nejsou dostačující a čtyři jsou již zbytečné. 6. Práce s barvou

20. 6.1 Základní barvy Aditivní základní barvy • Výsledná barva vzniká přidáváním červené, zelené a modré složky k černé. Subtraktivní základní barvy • Výsledná barva vzniká odečítáním azurové, purpurové a žluté od bílé. Jak aditivní, tak i subtraktivní základní barvy fungují vlastně tak, že nějakým způsobem ovlivňují či upravují vlnové délky světla vstupujícího do našeho oka a vyvolávajícího barevné vjemy v receptorech. 6. Práce s barvou

21. 6.1 Základní barvy 6. Práce s barvou

22. 6.1 Barevné prostory Umělá trichromatická zařízení • Skenery, fotoaparáty. 6. Práce s barvou

23. 6.1 Barevné prostory Metamerie Metamerie je jev, který nám umožňuje vytvoření totožného barevného vjemu pomocí dvou odlišných barevných vzorků. Přitom odlišnými barevnými vzorky se míní dva objekty s rozdílnými spektrálními charakteristikami. Dva spektrálně odlišné vzorky barev vyvolávající stejná barevný vjem se nazývají metamery. Můžeme také říci, že určitého osvětlení či pro určitého pozorovatele jsou dané dvě barvy metamerní. Metamerie vzniká proto, že lidské oko rozděluje všechna dopadající spektra mezi tři typy čípků, které na ně reagují. Dva stimuly mohou mít zásadně odlišné spektrální charakteristiky, avšak pokud jsou oba rozděleny mezi tři typy čípků, které stimulují stejným způsobem, bude výsledkem shodný barevný vjem. 6. Práce s barvou

24. 6.1 Barevné prostory 6. Práce s barvou

25. 6.1 Barevné prostory Nelinearita: intenzita a jas Další důležitou vlastností lidského oka je to, že je nelineární. Lidské oko nereaguje na vzrůstající intenzitu shodným nárůstem jasu (což je vjem, který vidíte) v mozku. Achromatická složka: jas Pojmem jas se označuje naše vnímání intenzity (počtu fotonů dopadajících do oka). Ze všech tří vlastností barvy – jasu, odstínu a sytosti – se právě jas nějakým způsobem vymyká. Příčinou je pravděpodobně naše schopnost zaznamenat změny jasu i při nízké hladině osvětlení. Jas popisuje kvantitu světla, zatímco odstín a sytost popisují jeho kvalitu. 6. Práce s barvou

26. 6.1 Barevné prostory Chromatické složky: odstín a sytost Odstín a sytost jsou vlastností pouze barevného vidění. Odstín je vlastnost barvy umožňující nám vnímání její dominantní vlnové délky. Sytost označuje čistotu barvy neboli její „odlišnost“ či „vzdálenost“ od neutrální šedi. Označujeme tak vlastně míru, do jaké je tato vlnová délka ovlivněna jinými vlnovými délkami. 6. Práce s barvou

27. 6.1 Barevné prostory 6. Práce s barvou

28. 6.1 Měření barvy Měření barvy • Nemůžeme měřit barvu, ale pouze světlo. Kolorimetrie • Kolorimetrie je vědou o předpovídání barevných shod, jak by je vnímal typický člověk. • Hlavním cílem kolorimetrie je vytvoření numerického modelu, na jehož základě by bylo možné říci, kdy k metamerii dojde a kdy nikoliv. Diagram chromatičnosti • Je matematickou transformací kolorimetrického prostoru • Vytváří užitečnou mapu světa námi vnímaných barev. • Zobrazuje aditivní vztahy mezi barvami. 6. Práce s barvou

29. 6.1 Chromatický diagram CIE 1931 Gamut lidského vidění 6. Práce s barvou

30. 6.1 Barevná setrvačnost Barevná setrvačnost Barevná setrvačnost je jednou z nejdůležitějších vlastností zrakového systému. Je to tendence vnímat objekty se stále stejnou barvou i při měnících se podmínkách osvětlení. I když se změní skladba světla (čili jeho spektrální charakteristika) odraženého od objektu, náš zrakový systém vnímající podněty i z okolních objektů tuto změnu „přiřadí“ osvětlení a nikoliv objektu. 6. Práce s barvou

31. 6.2 Matematické modely barev V případě skutečných RGB zařízení, mezi která patří monitory, skenery a digitální fotoaparáty, pracujeme přímo s červeným, zeleným a modrým světlem. V případě filmů a tisku sice také pracujeme s červeným, zeleným a modrým světlem, ovšem v tomto případě nepřímo prostřednictvím CMY pigmentů, umožňujících „odečítání“ daných vlnových délek od bílého pozadí. Naneštěstí jsou tyto matematické modely barev značně neurčité. Soubor určený pro barevný tisk v soustavě RGB nebo CMYK totiž neobsahuje přímo barvy, ale jen jakési recepty na jejich vytvoření, které si pak každé zařízení interpretuje podle svých možností. 6. Práce s barvou

32. 6.2 Matematické modely barev Proč CMYK? • Teoreticky platí, že čistá azurová absorbuje 100 % veškerého červeného světla. Podobně purpurová absorbuje zelené a žlutá modré světlo. • Kombinace CMY barviva by měla absorbovat veškeré světlo, což bychom vnímali jako černou barvu. Tak dokonale čistá barviva však v praxi obvykle nemáme k dispozici, a proto černá někdy vychází jako nazelenale černá nebo tmavohnědě černá. • Chceme-li tedy tisknout skutečna kvalitní černou, nezbývá než použít černý inkoust. 6. Práce s barvou

33. 6.2 Matematické modely barev Čísla uložená v souborech RGB a CMYK nepředstavují skutečné barvy. Namísto toho definují množství barviv, která zařízení používají k tomu, aby vyvolala vjem barvy. RGB na monitoru RGB na skeneru CMYK při tisku 6. Práce s barvou

34. 6.2 Systémy kódování barev Systém, který používají počítače ke kódování barev do číselné podoby, je jednoduchý. Barvy jsou tvořeny kanály, které se dále dělí na různé úrovně tónů. Všechny barvy jsou směsí červené, zelené a modré o různé intenzitě. Počet kanálů bude roven třem. Počet úrovní tónů bude obvykle roven 256, aby odpovídal minimálnímu počtu úrovní tónů potřebných k vytvoření vjemu spojitého tónu. 6. Práce s barvou

35. 6.2 Systémy kódování barev Čím se jednotlivá zobrazovací zařízení (monitory), vstupní zařízení (skenery a digitální fotoaparáty) a výstupní zařízení (tiskárny a systémy pro tisk obtahů) navzájem odlišují? Základní parametry • Barva a jas jednotlivých základních barviv • Barva a jas bílého a černého bodu • Charakteristiky reprodukce tónů jednotlivými barvivy Barviva (základní barvy) • Jsou zřejmým faktorem ovlivňujícím schopnost nějakého zařízení reprodukovat určitou barvu. • Přesná barva použitého barviva určuje rozsah barev, které dané zařízení dokáže reprodukovat. Tomuto rozsahu se říká barevný gamut zařízení. • Hustota základních barviv je jejich schopnost pohlcovat světlo. 6. Práce s barvou

36. 6.2 Systémy kódování barev Bílý bod a černý bod • Bílý i černý bod mají určitou barvu a hustotu (tmavost). • Barva bílého bodu je důležitější než jeho hustota, protože lidské oko používá barvu bílé jako referenční bod pro vnímání všech ostatních barev. • Adaptaci na bílý bod oko provádí okamžitě a zcela bezděčně. • Barva bílého bodu je určena jak světlem osvětlujícím daný výstup, tak i barvou samotného papíru. • V případě černého bodu je důležitější jeho hustota, protože hustota černé omezuje dynamický rozsah (což je rozsah úrovní jasu, které zařízení dokáže reprodukovat). 6. Práce s barvou

37. 6.2 Systémy kódování barev Charakteristiky reprodukce tónů Základní způsob měření a modelování charakteristiky reprodukce Tónů nějakého zařízení se nazývá křivka reprodukce tónů. Ta definuje vztah mezi vstupními veličinami a výslednými hodnotami jasu. V případě monitorů, skenerů a digitálních fotoaparátů se křivka reprodukce tónů nazývá gamma křivkou, u tiskáren se nazývá křivkou bodového zisku. Hodnota gamma má svůj fyzikální původ právě u CRT monitorů. Popisuje vztah mezi vnímaným jasem monitoru a napětím na elektrodě, která emituje elektrony. Ty poté dopadají na luminofor, kde je jejich energie přeměněna na viditelné záření. 6. Práce s barvou

38. 6.2 Gamma křivka 6. Práce s barvou

39. 6.2 Barevné modely Barevné modely závislé na zařízení Barevné modely RGB a CMYK jsou závislé na zařízení. Z toho vyplývá: • Stejná sada hodnot RGB či CMYK může vést k zobrazení různých barev na různých zařízeních. • Chceme-li na různých zařízeních zobrazit stejnou barvu, musíme vždy změnit sadu hodnot RGB či CMYK, kterou do daného zařízení odesíláme. 6. Práce s barvou

40. 6.2 Barevné modely Barevné modely nezávislé na zařízení Existují matematické modely barev, které jsou nezávislé na zařízení. Místo toho, aby tyto modely používaly čísla k vyjádření barev, které má dané zařízení zobrazit, snaží se využít čísla k přímému modelování lidského barevného vnímání. V roce 1931 CIE vytvořila matematický model barev s názvem CIE XYZ (1931). Tento model byl jedinečný tím, že se snažil o matematickou reprezentaci barev, jaké by vnímali lidé s normálním barevným viděním Za zmínku stojí model CIELAB. Ten je používán v aplikacích Adobe. Program Adobe Photoshop umožňuje dokonce jednotlivé obrazy ukládat a editovat přímo v CIELAB. 6. Práce s barvou

41. 6.2 Rozsahy a gamuty Omezení zařízení – gamut a dynamický rozsah Základní vlastností všech výstupních zařízení je pevný rozsah barev a tónů, který tato zařízení mohou reprodukovat. Tomuto rozsahu říkáme barevný gamut zařízení. Gamut je přirozeně omezen těmi nejsytějšími barvami, se kterými zařízení pracuje – a to jsou základní barviva, která jsou v daném zařízení použita. Další vlastností výstupních zařízení (tiskáren i monitorů) je také konečný dynamický rozsah – rozsah jasů, který je zařízení schopné zpracovat a reprodukovat. Vstupní zařízení nemají žádný barevný gamut, ale mají pevný dynamický rozsah. To je takový rozsah jasů, při kterém je skener či digitální fotoaparát ještě schopen zaznamenat rozdíly úrovní jasu. 6. Práce s barvou

42. 6.2 Rozsahy a gamuty Mapování tónů a gamutu Barevný gamut nějakého zařízení není totožný s jeho barevným prostorem. Gamut pouze představuje mezní hodnoty – nejbělejší bílou, nejčernější černou a další nejsytější barvy, které je zařízení schopné reprodukovat. Barevný prostor zařízení neobsahuje pouze hranice vymezené gamutem, ale i informace o chování daného zařízení mezi těmito hranicemi. 6. Práce s barvou

43. 6.2 Rozsahy a gamuty Gamut barevného modelu CMYK a barevného prostoru sRGB 6. Práce s barvou

44. 6.2 Rozsahy a gamuty Porovnání barevného prostoru sRGB a barevného prostoru Adobe RGB 6. Práce s barvou

45. 6.3 Správa barev Systémy pro správu barev provádějí dvě základní úlohy: • Musí zjistit, jaké vnímané barvy představují hodnoty RGB či CMYK. Těmto hodnotám přiřazují specifický barevný význam a činí je tak jednoznačnými • Musí zajistit zachování této informace při předávání údajů z jednoho zařízení do druhého. Mění hodnoty RGB či CMYK, které odesíláme do různých zařízení (např. monitorů, inkoustových tiskáren či ofsetových strojů) tak, aby každé z těchto zařízení přiřadilo dané sadě hodnot stejnou barvu. 6. Práce s barvou

46. 6.3 Uzavřený systém správy barev 6. Práce s barvou

47. 6.3 Uzavřený systém správy barev 6. Práce s barvou

48. 6.3 Otevřený systém správy barev 6. Práce s barvou

49. 6.3 Prostor propojení profilů Prostor propojení profilů (Profile Connection Space – PCS) • slouží pro všechny transformace • problém propojení m vstupních zařízení s n výstupními zařízeními (m x n) redukuje na m + n propojení 6. Práce s barvou

50. 6.3 Prostor propojení profilů 6. Práce s barvou