Jak popíšeme barvy? Nezávislé barevné modely

V roce 1931 byl na žádost "Commission Internationale de l’Eclairage" (Mezinárodní komise pro osvětlení) vyvinut barevný model nezávislý na zařízeních. Byl vytvořen na základě výzkumu provedeného na skupině asi dvaceti osob, které byly schopny správně rozlišovat barvy. Této skupině byly ukázány ve velmi úzkém zorném poli (2o) různé barvy a měla za úkol je odlišit. Statistická analýza odpovědí umožnila vyvinout standardní model pozorovatele. Ukazuje zprůměrované lidské schopnosti z hlediska vnímání barev (např. rozsah vlnových délek, citlivost atd.). Na základě standardního modelu pozorovatele byl vyvinut model CIE XYZ – první barevný model nezávislý na zařízení. Metoda CIE XYZ je označována jako barevný prostor, který je považován za referenční a standard pro jiné barevné prostory vytvořené „Commission Internationale de l’Eclairage“ (CIE LUV, CIE Lab). Koncept tříchromatických hodnot XYZ je založen na myšlence vidění barev, která říká, že oko je tvořeno třemi typy fotoreceptorů, které umožňují vidět tři základní barvy (červenou, zelenou, modrou), přičemž všechny barvy jsou směsi tří základních barev. Proto je barva popsána v trichromatických souřadnicích X,Y,Z. Tyto souřadnice odpovídají příslušným procentům tří základních barev R (červená), G (zelená) a B (modrá).

Trojrozměrný popis CIE XYZ byl transformován do dvourozměrného CIE xyY prostoru. Převádí barevné složky X, Y, Z na trichromatické souřadnice x, y, Y. Souřadnice x a y jsou zodpovědné za barevnost a Y za jas. Prostor xyY je reprezentován v barevném prostoru, což je graf chromatičnosti, jako Maxwellův trojúhelník nebo barevný trojúhelník. Ta je prezentována jako plocha ohraničená dvěma čarami – monochromatickou barevnou křivkou a rovnou fialovou čárou. V důsledku práce na problematice vnímání barevné diference, kterou provedli Wright, MacAdam a Stiles, vznikla problematika uniformity barevného prostoru. Když prostor CIE XYZ určí rozsahy rozdílu vnímání barev (obr. níže), pak se objeví elipsy různých velikostí (tzv. MacAdamova elipsa). Budou se tvořit v zelených oblastech, jako elipsy s relativně velkým průměrem a v modrých oblastech, zde však s relativně malým průměrem. Když tedy v takovém prostoru označíme dva body, lidské oko je může vnímat jako dva subjektivně odlišné odstíny. Na druhou stranu dva body stejně vzdálené v rozsahu zelených barev mohou určovat barvy, mezi kterými lidské oko rozdíl nepozná, tedy půjde o subjektivně určenou jednu barvu. Díky provádění výzkumu uniformity barevného prostoru byly také CIE LUV a CIE Lab vytvořené. Model CIE LUV vznikl (v roce 1960) jako výsledek transformace xy proměnných na uv proměnné. Měly lépe odrážet rozdíly mezi barvami. Během dalšího výzkumu se ale ukázalo, že takový soubor proměnných silně omezuje oblasti kolem hnědé, oranžové a žluté. Zmíněné odstíny jsou v malbě velmi důležité, zejména na olejových nebo přírodních fotografiích, proto bylo nutné provést další pokusy o transformaci. V roce 1976 byly vyvinuty proměnné u’ a v’, čímž vznikl prostor CIE LU’V’ . Důležité je, že písmeno "L" v názvech zde pochází ze slova "lightness" a stejně jako "Y" v modelu xyY definuje jas. Obě získaná barevná znázornění jsou znázorněna na obrázku níže: a) graf CIE uv b) graf CIE u’v’ Druhý nejčastěji používaný barevný model nezávislý na zařízení je CIE Lab . Jedná se o další transformaci prostoru CIE XYZ, který vznikl v roce 1976. Při jeho definování se předpokládalo, že barvy, které jsou od sebe ve stejné vzdálenosti, budou vnímány jako stejně odlišné. Za předpokladu, že barva nemůže být zároveň fialová a modrá a žlutá nebo zelená, byly pro popis vybrány tyto složky: L – jas (jas), a – barva od zelené po purpurovou a b – barva od modré po žlutou. . Důležitou výhodou daného modelu je však snadné srovnání barev. Rozdíl mezi dvěma barvami v prostoru CIE Lab je vyjádřen jako ΔE, která se vypočítá z následujícího vztahu: ΔE je normální euklidovská vzdálenost mezi dvěma body v trojrozměrném prostoru. Předpokládá se, že standardní pozorovatel rozpozná barevný rozdíl podle následujících ukazatelů: 0 < ΔE < 1 – nevidí žádný rozdíl, 1 < ΔE < 2 – rozdíl si všimne pouze zkušený pozorovatel, 2 < ΔE < 3,5 – také nezkušený pozorovatel si všimne rozdílu, 3,5 < ΔE < 5 – pozorovatel si všimne jasného barevného rozdílu, 5 < ΔE – pozorovatel vnímá obě barvy jako zcela odlišné. Stejně jako prostor CIE XYZ souvisí i model CIE Lab s přímým vnímáním barev lidským okem. Proto jej označujeme jako barevný model nezávislý na zařízení. Barevný prostor CIE LCh používá stejné schéma jako barevný prostor CIE Lab, ale místo pravoúhlých souřadnic používá cylindrické souřadnice. V tomto barevném prostoru je L jas a je to stejný parametr jako L v prostoru CIE Lab, C je sytost a h je odstín. Hodnota sytosti barev C je 0 ve středu koule, což je obraz barevného prostoru a roste podle vzdálenosti od středu. Stín h je úhel, jehož měření začíná na ose + a a je vyjádřeno ve stupních. Barevný prostor Hunter Lab byl vyvinut v roce 1966 společností RS Hunter jako vizuálně homogennější barevný prostor než CIE 1931 Yxy a velmi podobný CIE Lab. V současné době se používá v různých oblastech, včetně průmyslu nátěrových hmot ve Spojených státech, je však aplikován méně často než prostor CIE Lab vyvinutý o něco později, který si získal více příznivců. Váhy Hunter Lab a CIE Lab používají mírně odlišné funkce k výpočtu hodnot Lab pomocí trichromatických komponent XYZ jako argumentů. Hunter Lab provádí transformaci pomocí odmocnin, zatímco CIE Lab využívá funkce krychlové odmocniny. Další rozdíl je patrný v rozsahu jednotlivých barevných ploch. Hunterova škála se zmenšuje ve žluté oblasti barevného prostoru a rozšiřuje se v modré. Stupnice CIE Lab je na druhé straně mírně rozšířena ve žluté oblasti, což je patrnější, když je hodnota CIE ze vzorku menší než jedna. Další výhodou stupnice CIE Lab je, že obvykle lépe odráží vizuální hodnocení barevných rozdílů u velmi tmavých barev.