čtvrtek 28. srpna 2008

Barvy snadno a rychle 1

Pryč je černobílý film, pryč je černobílá fotografie, pryč je černobílá televize, pryč jsou černobílé tiskárny. Žijeme ve století barev. Vítejte v barevném rychlokurzu.
Na to, že barvy fyzikálně neexistují je kolem nich opravdu živo.





Barvy fyzikálně neexistují.
Jak to? Jedná se totiž o elektromagnetické záření vlnové délky 480 až 750 nanometrů, které má shodou okolností a náhod tu vlastnost, že ho vidíme. Tedy oko to vidí, mozek to vyhodnotí a každé odpovídající vlnové délce přiřadí název určité barvy. Má to elektromagnetické vlnění vlnovou délku 625 až 740 nm? Pak je to červená. Má to vlnovou délku 565 – 590 nm? Je to žlutá. 520 až 565 je co? Správně – zelená.

Barevný model RGB.
Co bílá barva? Trochu problém – bílá fyzikálně neexistuje. Bílá je směsí všech barev. Pro vytvoření bílého světla potřebujeme směs nejméně tří barev. Červené (red), zelené (green) a modré (blue). Evoluční shodou okolností jsou tyto barvy na začátku, prostředku a konci toho, co z celého elektromagnetického spektra vidíme. Z počátečních písmen anglických názvů vznikne rovnice R + G + B = White (bílá). Máme tady barevný model RGB.

Existuje ještě nějaké jiná barva, která fyzikálně neexistuje? Ano. Pokud smícháme barvy z opačných konců spektra tj. modrou a červenou, vznikne jejich smíšením fialová barva. Tato barva nemá vlastní vlnovou délku ale vzniká součtem dvou jiných barev. Mozek tento součet vyhodnotí jako fialovou barvu a zařadí do barevného systému, aniž by se nad tím nějak pozastavoval.

Oko.
Oko je složeno z čočky – normální čočka co ohýbá světlo, dále pak zorničky – to je clona, která reguluje množství dopadajícího světla, a pak světločivých tyčinek. Ve tmě máme zorničky rozšířené a dopadá jimi hodně světla, za jasného dne máme zorničky jako špendlíky a usilovně se sháníme po slunečních brýlích. Světlocitlivé tyčinky jsou citlivé na červenou, zelenou a modrou barvu. Teda měly by být. Fyziologicky se nedá rozlišit, která tyčinka reaguje na kterou barvu. Aspoň doposud se to nepovedlo. Obrazový vjem je veden do mozku a tam se složí do obrazu.

Mozek.
Mozek s tím má docela potíže, protože díky fyzikálním vlastnostem čočky to vidí vlastně vzhůru nohama, takže si to musí otočit. Taky si musí smíchat barvy a přiřadit je jednotlivým barevným vjemům. Také různým barevným odstínům věnuje různou míru pozornosti. Nejlépe dokáže rozeznat odstíny zelené. (Proč asi?) Odstíny červené barvy rozeznává nejhůře. Žlutou barvu dokáže rozeznat o 0,1 sekundy dříve než jiné barvy. (Proč asi?) Proto se natírají výstražné pruhy žluto černě a ne bílo černě, což by bylo z hlediska kontrastu logické. Různí lidé mají různé vnímání barevnosti. Pokud se sejdou dva lidé a mluví o nějaké barvě nikdy se nemohou dohodnout, co tím myslí dokud si ji nějakým způsobem neukážou ve vzorníku. (V tom logu má být tahle modrá a tahle červená.) Také proto jsou sondy vyslané na Mars polepeny barevnými kalibračními proužky, aby se pak odesílané barevné fotografie daly barevně kalibrovat.

Duha.
První poznatky o tom, že se bílá barva (sluneční svit) skládá z různých barevných světel měl každý trochu vyspělý evoluční organismus, když se podíval na duhu na obloze. Pokud prší a svítí slunce, pak na rozhraní vzduch, dešťové kapky se světlo rozkládá na jednotlivé barevné složky a tvoří tak duhu. Kontrolní otázka: „Obsahuje duha fialovou barvu?"

Ke stejnému jevu dochází pokud necháme bílé světlo procházet hranolem. Při průchodu hranolem se bílé světlo rozkládá na jednotlivé složky a vidíme pak jednotlivé barvy. Tento jev je reversní, to znamená, že smícháním barevných světel vznikne bílá.

Využití RGB v praxi.
Barevný RGB model najdeme naprosto všude. Je přítomen v televizi, ve scanneru, ve fotoaparátu, v monitorech, všude tam, kde potřebujeme světlem reprodukovat obraz.

Pokud si budeme hrát a zesilovat, nebo zeslabovat jednotlivá barevná světla, dosáhneme tím toho, že se nám podaří namíchat téměř libovolný barevný odstín. Pokud to míchání budeme dělat rychle a předem si připravíme na stínítku obrazovky jednotlivé barevné kapičky, pak při vhodném osvícení elektronovým paprskem se na chvilku ta barevná kapička rozzáří. Pokud se nám povede si připravit matici v jednom směru s 640 body a v druhém směru s 480 body u každého 3 barevné kapičky a osvítíme to 3 paprsky odpovídajícími barvám RGB, tak aby každý paprsek dopadal na svou barvu, pak vyrobíme televizi, nebo monitor se základním rozlišením VGA.

Scanery a fotoaparáty zase fungují tak, že snímají dopadající světlo, rozdělí ho na jednotlivé RGB složky a pak tyto složky nechají dopadnout na světlocitlivý člen, třeba fototranzistor. Tam se změří jak je to příslušné světlo tlusté a přiřadí se mu určitá číselná hodnota. Tyto číselné hodnoty se napíšou do paměti, a když se to pošle vhodným způsobem na monitor uvidíme obrázek.

Zatím jsme se pohybovali v oblasti přímého světla, pro účely opakování je třeba říct, že světlo je elektromagnetické vlnění, které vidíme. Jsou to stejné elektromagnetické vlny které šíří rozhlas, televizi, mobilní telefony, wifi, teplo, rentgen, kosmické záření, UV záření. Prostě tu část, kterou vidíme, nazýváme světlo. Pozn.: Teplo sice nevidíme, ale docela jistě ho cítíme. Teplo je také elektromagnetické vlnění.

Proč mají věci různou barvu?
Může za to odražené světlo. Když přímé světlo dopadne na předmět, jednotlivé barevné složky jsou pohlceny materiálem ze kterého je předmět vyroben. Pokud předmět pohltí všechno záření a nic neodrazí vidíme, že žádnou barvu nevidíme – tím jsme definovali černou barvu. Předmět, který pohltí veškeré světelné záření a nic neodrazí je černý. Předmět, který odrazí všechno je bílý. Když materiál pohltí veškeré záření a odrazí elektromagnetické vlny o vlnové délce 565 až 590 nanometrů – ano je to žlutý předmět. Když všechno pohltí a odráží záření o vlnové délce 500 až 520 nm – je to azurový předmět. Když všechno pohltí a odráží záření o vlnové délce 625 až 740 a zároveň odráží vlnovou délku 430 až 500 nm – je to purpurový předmět. Je to složité? Prostě vidíme tu barvu, kterou předmět nepohltí, ale odrazí.

Přímé barvy
Pokud budeme chtít něco nakreslit, máme dvě možnosti. Můžeme nasbírat jednotlivé barevné kamínky, rozemlít je na pigment, rozmíchat v nějakém pojivu, třeba v oleji a získat tak jednotlivé barvy se kterými budeme malovat. Získáme tak paletu jednotlivých barev. Dobrým příkladem jsou vzorníky barev pro nátěry, pastelky, vodovky, malířské barvy atd. Tomuto způsobu se říká reprodukce pomocí přímých barev. Prostě si dojdeme do krámu pro plechovku určité barvy a tuto barvu použijeme.

Pokud však budeme chtít obrázek vyrábět opakovaně, vzniká problém. Ke každé barvě v obrázku je potřeba vyrobit speciální barvu a opakovaně přes sebe tisknout tolikrát, kolik je v obrázku barev. Tento postup se někdy používá v umělecké litografii, nebo v sítotisku, nebo tehdy, když obrázek neobsahuje moc barev, ale pro reprodukci fotografií je tento postup dost k ničemu.

Barevný model CMY
Nejlepší bude vymyslet takový způsob, kdy s použitím co nejmenšího počtu pigmentů získáme možnost namíchat co největší množství barev. Připomeneme si, že pro míchání světel potřebujeme 3 barvy R, G, B, které dohromady vyrobí bílé světlo.

Podobně pro míchání pigmentů potřebujeme jenom 3 barevné pigmenty. Azurový (cyan), žlutý (yellow) a purpurový (magenta) pigment. Dostáváme tak barevný model CMY a rovnici C + M + Y = černá (black).

Když smícháme tyto tři pigmenty dohromady vznikne černá. Jak k tomu dojde? To co odrazí azurový pigment, nemá šanci se odrazit, protože to odražené pohltí žlutá a purpur. To, co odrazí purpur pohltí žlutý a azurový pigment, a to co se odrazí od žluté pohltí azur a purpur. Takže nakonec se neodrazí nic a vidíme černou barvu. K tomuto poznatku došel snad každý, kdo na hodinách malování ve škole smíchal jednotlivé barvičky až dostal špinavě hnědou až černou barvu. Ale vedlejším poznatkem je to, že smícháním vhodného množství azurového, purpurového a žlutého pigmentu, můžeme vytvořit téměř libovolnou jinou barvu.

Takže máme dvě rovnice
R+G+B = bílá
C+M+Y = černá
jedna je pro míchání přímých světel a používá se pro práci se světly
druhá je pro míchání pigmentů a používá se pro reprodukci barev pomocí odraženého světla.
O těchto barevných modelech se říká, že jsou komplementární (doplňkové). Jednoduché že?
Pokud si s těmito rovnicemi matematicky pohrajeme tak si můžeme určit i další barevné modely. Například barevný model Jas, barevnost, saturace, nebo model: Lightness (jas), a, b, kde a, b jsou nepravé barvy. Jednotlivé barevné modely je možné mezi sebou přepočítávat. Barevný model Lab je definován tak, aby měl teoreticky největší barevný prostor. (Aby se do něj vešly veškeré myslitelné barvy.)

Pro účely barevné reprodukce jsou barvy definovány barevným modelem a číselným vyjádřením, které má zajistit opakovatelnost jejich výroby. Jednotlivé barevné modely jsou různě tlusté (vejde se do nich různé množství barev), takže převodem mezi jednotlivými modely se mohou barvy ztrácet a vůbec různě měnit.

Barevný model CMYK

Nic není tak jednoduché, jak to vypadá. Teoreticky to vypadá naprosto krásně C+M+Y = černá, ale prakticky je to na nic. Pigmenty nejsou dokonalé. Ať je to jak chce, ať si mamka slzy utírá, prostě určité množství dopadajícího záření se odrazí. Proto při smíchání pigmentů nevznikne dokonale černá barva, ale nějaká taková tmavohněď. Není to hezké. Proto se do tohoto teoreticky úžasného modelu zanáší úmyslně chyba. Vezme se prostě opravdu černočerná barva a tou se vytiskne to, co má být černé. Teoreticky to tam sice nemá co dělat, ale prakticky to bez toho nefunguje. Dostáváme tak barevný model azurová (Cyan), purpurová (Magenta), žlutá (Yellow), černá (blacK). CMYK. Pokud vás zajímá, proč se černá barva (black) označuje písmenem K, pak je to proto aby se nepletla s barvou Blue.

Pro barevnou reprodukci tedy potřebujeme nejméně 4 barvy, i když teoreticky by měly stačit jen tři.

Opakování.
K výrobě libovolné barvy pomocí světel potřebujeme červené, zelené a modré světlo.
Jejich vhodným smícháním vznikne téměř libovolná další barva.
K výrobě libovolné barvy pomocí pigmentů potřebujeme žlutý, azurový, purpurový a černý pigment.
Jejich smícháním vznikne téměř libovolná další barva.

Toto jsou nejmenší množství světel/pigmentů potřebných k reprodukci barev.
Pokud vás zajímá, proč se tam vyskytuje to slovo téměř, pak je to proto, že tyto barevné systémy nemohou reprodukovat všechny viditelné barvy. Dochází k určitému omezení barevnosti. Obrázek vytištěný z tiskárny je viditelně méně barevný než diapozitiv, případně obrázek na monitoru a pokud nás paměť neklame, tak barvy na dovolené byly naprosto úžasné, což bohužel digitální fotoaparát nějak nezachytil.

Prostě s barvami jsou potíže.




Související články:
Barvy snadno a rychle 2




Rubrika: Teorie všeho | 27.08.2008, 23:08:00

10 komentářů:

  1. Díky za úžasné \"polopatistické\" vysvětlení. Ne, že bych nevěděla, jak to ASI je, ale nevěděla jsem to přesně. Až budu potřebovat něco zopakovat, doufám, že tento tvůj blog tu bude navěky, abych si to tu zase našla. Díky předem! :-)

    Mně se zdá úžasné, jaký je ten náš mozek šikula. Všechno (nejen barvy, teplo, světlo) je jen vlnění. A udělat z toho vlnění romantiku: barvy, tvary, materiály.... to je skvělé. Díky tomu nás život baví. Připomíná mi to stejnej \"podvod\" jako v kaleidoskopu, kde se přesypávají jenom úlomky sklíček a my to vnímáme jako nádherné vzory. Myslím, že tohle člověka odděluje od zvířat. Že vidí svět krásný. Zvířata duha nedojme. Velmi pravděpodobně ji nevidí. Taky jim na nic není, není k jídlu, tak co by se jí zabývala.

    P.S. Já mám jednoduchý automatický analogický foťáček a mám fotky mnohem krásnější než digiťáci. Jsou věrné a přesně takové, jaké byly. - já je tak vidím! :-)) (Ale taky nešetřím na filmu a na zpracování.)

    OdpovědětVymazat
  2. Děěkuji. S barvami je legrace takže mě to vyprovokovalo k pokračování.
    http://vlada.bloguje.cz...hle-2.php

    OdpovědětVymazat
  3. Tak to je všechno hezké, ba přímo hezčí nežli předtím, ale na druhou stranu já nutně potřebuji udělat černobílé fotky z negativu z r. 1968 a nikde jsem nenarazila, že by to dělali. Takže co pak s tím?

    OdpovědětVymazat
  4. Pořád ještě existují minilaby, kde to dělají. V Praze např. Ultralab ve Vladislavově ul.

    OdpovědětVymazat
  5. Díky za odkazy, asi jsem se ptala moc na okraji, a tam mne odmítali. Příští týden to využiji.

    OdpovědětVymazat
  6. \"Světlocitlivé tyčinky jsou citlivé na červenou, zelenou a modrou barvu.\" Určitě tyčinky? Neměly by to spíš být čípky?

    OdpovědětVymazat
  7. Takhle by to mělo být anatomicky přesně:
    Sítnice je vnitřní vrstva, která je tvořena nervy a nervovými zakončeními v podobě tyčinek a čípků (fotoreceptorů). Tyčinky reagují i na velmi slabé světlo, ale rozlišují pouze černou a bílou barvu. Čípky reagují pouze na silný zdroj světla a rozlišují barvy. Na sítnici je skládán viděný obraz a pomocí zrakového nervu je předáván do mozku.

    OdpovědětVymazat
  8. Pokud byste to chteli presneji , ale na vice gilu, kouknete na muj zatim stale nedokonceny serial.Prvni dil je:
    http://roj.bloguje.cz...o-kruhu.php

    OdpovědětVymazat
  9. jsou tam chybky...viditelne svetelne spektrum je od 380-780...tycinky a cipky,prijimajici svetlo,nejsou primo na povrchu ocni jamky,hned za koncem obalu bulvy,ale pod vrstvou tkane ktera je chrani ...nepamatuju si to presne,muzu kouknout do ucebnice,matura z biologie uz neni tak cerstva :))

    OdpovědětVymazat
  10. Ahoj...zajimalo by me proc se rika, ze cerna barva je horka barva...Vzdyt Arabi zijou ve 40 stupnovych horkach, ale jeden vedle druheho jsou zahaleni v cernem. Existuje k tomuto jednoduche vysvetleni? Dekuji...

    OdpovědětVymazat