Teoria światła i barwy

Teoria światła i barwy
Powstanie wrażenia barwy – Światło może docierać do oka bezpośrednio ze źródła światła lub
po odbiciu od obiektu.
Z oka do mózgu – Na siatkówce tworzony pomniejszony i odwrócony obraz obserwowanego
obiektu. Receptory siatkówki przekształcają informację o natężeniu światła i długości fal
świetlnych na impulsy, które przez nerw wzrokowy przesyłane są do mózgu. Mózg interpretuje te
informacje jako jasność i barwę.
Atrybuty barwy:



odcień barwy (kolor, ton, Hue) – różnica jakościowa barwy (np. czerwony, zielony),
określana w fizyce przez dominującą długość fali
nasycenie (Saturation) – odstępstwo barwy od bieli (np. czerwień, róż, biel), w fizyce
określana przez stosunek udziału w jej widmie fali dominującej do ilości fal o innych
długościach
jasność (wartość, Value) – wskazuje, czy barwa jest bliższa bieli, czy czerni (np. czysta biel,
szarości, czerń), w fizyce jest proporcjonalna do całki z widmowego rozkładu energii
MODELE BARW
Każdy model barw posiada własną przestrzeń kolorów, a co za tym idzie – własny zakres kolorów
możliwych do oraz indywidualny lub barwy (sposób ich tworzenia i identyfikowania. Wszystkie
kolory opisywane są określonymi wartościami liczbowymi, wzrost lub obniżenie powoduje zmianę
odcienia (zmiana jednego parametru) lub barwy (zmiana więcej niż jednego parametru).
Podstawowe rodzaje barw:
RGB i HSB – wykorzystywane w urządzeniach wyświetlających, np. monitorach komputerów
CMY i CMYK - wykorzystywany w urządzeniach drukujących
CIE La*b – model niezależny od urządzenia
MODEL BARW RGB - wynika z właściwości ludzkiego oka. Wrażenie widzenia dowolnej barwy
można wywołać przez wymieszanie w ustalonych proporcjach trzech wiązek światła – czerwonej,
zielonej, niebieskiej. Model RGB ukierunkowany jest na sprzęt tworzący barwę w wyniku emisji
światła – monitory, skanery, cyfrowe aparaty fotograficzne. Używa się go do przygotowania plików
graficznych przeznaczonych do prezentacji, np. w Internecie.
Model RGB składa się z 3 kolorów, nazywanych barwami podstawowymi: R – red czerwony, G –
Green zielony, B – blue niebieski. Barwy podstawowe to trzy barwy proste, dobrane w taki sposób,
że przez mieszanie można uzyskać wrażenie dowolnej barwy prostej. Każda barwa inna niż biała
może być odwzorowana przez pewną proporcję zmieszania trzech barw podstawowych. Model
RGB to model addytywny, oznacza to, że podczas mieszania barw RGB można otrzymać kolory
wtórne w wyniku zsumowania światła (odpowiada to mieszaniu barw w naturze, np. mieszając
taką samą ilość farby czerwonej i niebieskiej otrzymamy kolor fioletowy).
1
Wartości liczbowe barw RGB są przedstawiane w skali od 0 do 255 (jeśli wybierzemy wartości
trzech składowych po 255 to otrzymamy kolor biały, jeśli wybierzemy wartości trzech składowych
po 0 to otrzymamy kolor czarny. Oznacza to, że im wyższe są wartości składowych tym jaśniejsza
jest barwa). Każda z barw reprezentowana jest przez jeden bajt, zatem może przyjmować 256
wartości (bo 28=256). W rezultacie mieszając trzy barwy, możemy otrzymać 16 777 216 kolorów.
Model HSB – zwany także modelem HSL lub HSV Punktem wyjścia jest percepcja kolorów u
człowieka. W modelu HSB nie stosuje się mieszania kolorów składowych i jest on niezależny od
urządzenia.
Poszczególne atrybuty modelu HSB to:



H – Hue – JASNOŚĆ – odcień lub inaczej ton barwy, określający potocznie kolor, niezależnie
od czystości i jasności barwy. Zakres skali składowej obejmuje wszystkie kolory tęczy od
czerwonego do fioletowego i wyrażany jest w stopniach od 0-360o
S – Saturation – NASYCENIE – określa siłę koloru, bądź inaczej jego odległość od koloru
szarego. Nasycenie mierzone jest w skali 0%-100% Wartość 0% ustawia odcień szarości
dla koloru, a wartość 100% oznacza maksymalne nasycenie barwą.
B – Brightness – JASNOŚĆ - określa udział bieli w danym kolorze. Jest ona mierzona w
skali 0%-100% Wartość 0% tego atrybutu ustawia kolor czarny, a wartość 100% kolor
biały (jasność może być opisana jako oddalenie od czerni, a zbliżenie do bieli, inaczej
przyciemnienie lub rozjaśnienie).
2
Model CMY – to model substraktywnego mieszania barw, oparty o trzy
podstawowe barwy proste:
 Cyan C (turkusowa)
 Magenta M (purpurowa)
 Yellow Y (żółta)
Model CMY ukierunkowany jest na sprzęt drukujący: drukarki, maszyny drukarskie.
Model CMYK – zawiera oprócz podstawowych barwy prostych
 Cyan C (turkusowa)
 Magenta M (purpurowa)
 Yellow Y (żółta)
 dodatkową barwę K – blacK (czarna)
Farby czarnej używa się dla wydobycia głębi kolorów i podkreślenia kontrastów. Model CMYK jest
powszechnie stosowany w urządzeniach drukujących, głównie w przemyśle poligraficznym. W
oparciu o niego przygotowuje się pliki graficzne przeznaczone do druku.
Wartości liczbowe barw w CMYK przedstawiane są w skali od 0-100 (jeśli weźmiemy maksymalne
wartości wszystkich składowych kolorów to otrzymamy kolor czarny, natomiast wszystkie wartości
minimalne spowodują kolor wynikowy biały, oznacza to, że im wyższe są wartości składowych,
tym ciemniejsza barwa.
Prawo Grassmana: Każdą dowolnie wybraną barwę można otrzymać za pomocą
trzech niezależnych liniowo barw. Trzy barwy tworzą układ niezależnych liniowo
barw, jeżeli dowolne zsumowanie dwóch z nich nie może dać barwy trzeciej.

Między barwami RGB i CMY zachodzi szczególna współzależność. Każde dwie barwy
jednego zestawu składają się (odpowiednio: addytywnie lub substraktywnie) na
jedną z drugiego zestawu. W wyniku zmieszania farby żółtej (Y) z purpurową (M),
otrzymamy czerwień taką jak światło czerwone R. Z kolei zmieszanie światła
niebieskiego (B) z zielonym (G) da światło turkusowe, jak kolor Cyan (C).
3
Model CIE LA*B* (Lab, Lab Color) to teoretyczny model kolorów zawierający
wszystkie kolory rozpoznawalne przez ludzkie oko, w tym RGB i CMYK. Model CIE LA*B*
stanowi trójwymiarową przestrzeń barwy, opisywaną trzema parametrami:



L- LUMINACJA, określa jasność i przyjmuje wartość od 0 do 100
a – określa zakres od czerwieni do zieleni
b – określa zakres od żółtego do niebieskiego
Model Lab*b* składa się z trzech kanałów: dwóch dla zakresu kolorów: a i b oraz kanału jasności
L. Kanał a zawiera kolory od ciemnozielonego do karmazynowego, kanał b od jasnoniebieskiego
do intensywnie żółtego. Model ten jest coraz bardziej popularny, jest wykorzystywany do obliczeń
na barwach przez systemy zarządzania barwami CMS (system CMS to system zarządzania
barwami, którego zadaniem jest zapewnienie niezależności kolorów od urządzeń peryferyjnych)
4
*System zarządzania kolorem (CMS, ang. Color Management System) – standard systemowy, który umożliwia
wierne odwzorowanie kolorystyczne danego produktu (reprodukcja kolorów). CMS pozwala na utworzenie
dokładnie takich samych profili kolorystycznych na wszystkich urządzeniach.
5