Hoe beschrijven we kleuren? Onafhankelijke kleurmodellen

In 1931 is er op verzoek van de "Commission Internationale de l’Eclairage" (Internationale Commissie voor Verlichting) een kleurmodel ontwikkeld dat onafhankelijk is van apparaten. Het is gemaakt op basis van onderzoek bij een groep van ongeveer twintig personen die kleuren correct konden onderscheiden. Deze groep kreeg in een zeer smal gezichtsveld (2o) verschillende kleuren te zien en had de taak deze te onderscheiden. Statistische analyse van de reacties maakte het mogelijk om een standaard waarnemersmodel te ontwikkelen. Het toont de gemiddelde menselijke capaciteiten in termen van kleurwaarneming (bijv. golflengtebereik, gevoeligheid, enz.). Op basis van het standaard waarnemersmodel werd het CIE XYZ-model ontwikkeld – het eerste apparaatonafhankelijke kleurenmodel. De CIE XYZ -methode wordt een kleurruimte genoemd die als referentie en standaard wordt gebruikt voor andere kleurruimten die zijn gecreëerd door de “Commission Internationale de l’Eclairage” (CIE LUV, CIE Lab). Het concept van de driechromatische waarden van XYZ is gebaseerd op het idee om kleuren te zien, wat zegt dat het oog bestaat uit drie soorten fotoreceptoren waarmee je de drie basiskleuren (rood, groen, blauw) kunt zien, terwijl alle kleuren zijn mengsels van de drie basiskleuren. Daarom wordt de kleur beschreven in de trichromatische coördinaten X,Y,Z. Deze coördinaten komen overeen met de respectievelijke percentages van de drie basiskleuren R (rood), G (groen) en B (blauw).

De driedimensionale beschrijving van CIE XYZ werd getransformeerd in een tweedimensionale CIE xyY-ruimte. Het converteert de kleurcomponenten X, Y, Z naar de trichromatische coördinaten x, y, Y. De x- en y-coördinaten zijn verantwoordelijk voor kleurkwaliteit en Y voor helderheid. De xyY-ruimte wordt weergegeven in de kleurenruimte, de chromaticiteitsgrafiek, als een Maxwell-driehoek of een kleurendriehoek. Dit wordt weergegeven als een gebied dat wordt omsloten door twee lijnen – een monochromatische kleurcurve en een rechte paarse lijn. Als gevolg van de werk aan de kwestie van de perceptie van kleurverschil, uitgevoerd door Wright, MacAdam en Stiles, werd de kwestie van uniformiteit van de kleurruimte gecreëerd. Wanneer de CIE XYZ-ruimte het bereik van het verschil in kleurwaarneming bepaalt (afb. hieronder), verschijnen ellipsen van verschillende grootte (de zogenaamde MacAdam-ellips). Ze worden gevormd in groene gebieden, als ellipsen met een relatief grote diameter en in blauwe gebieden, maar hier met een relatief kleine diameter. Dus als we twee punten in zo’n ruimte markeren, kan het menselijk oog ze waarnemen als twee subjectief verschillende tinten. Aan de andere kant kunnen twee punten die even ver van elkaar verwijderd zijn in het bereik van groene kleuren, de kleuren bepalen waartussen het menselijk oog het verschil niet zal opmerken, dat wil zeggen dat het een subjectief bepaalde kleur zal zijn. Dankzij onderzoek naar de uniformiteit van kleurruimte, werden CIE LUV en CIE Lab ook gemaakt. Het CIE LUV -model is ontstaan (in 1960) als resultaat van de transformatie van xy-variabelen in uv-variabelen. Ze moesten de verschillen tussen kleuren beter weergeven. Bij nader onderzoek bleek echter dat zo’n set variabelen de gebieden rond bruin, oranje en geel sterk beperkt. De genoemde tinten zijn erg belangrijk in de schilderkunst, vooral in olie- of natuurfoto’s, daarom moesten verdere pogingen tot transformatie worden ondernomen. In 1976 werden de variabelen u’ en v’ ontwikkeld, waardoor de CIE LU’V’- ruimte ontstond. Het is belangrijk dat de letter "L" in de namen hier afkomstig is van het woord "lichtheid" en net als de "Y" in het xyY-model, definieert deze helderheid. Beide verkregen kleurweergaven worden weergegeven in de onderstaande afbeelding: a) CIE uv-diagram b) CIE u’v’-diagram De tweede meest gebruikte kleurmodel onafhankelijk van het apparaat is het CIE Lab . Dit is een andere transformatie van de CIE XYZ-ruimte, die in 1976 werd gecreëerd. Bij het definiëren ervan werd aangenomen dat kleuren die zich op dezelfde afstand van elkaar bevinden, als even verschillend zullen worden waargenomen. Ervan uitgaande dat de kleur niet tegelijkertijd paars en blauw en geel of groen kan zijn, zijn voor de beschrijving de volgende componenten gekozen: L – helderheid (luminantie), a – kleur van groen naar magenta en b – kleur van blauw naar geel . Een belangrijk voordeel van een bepaald model is echter het gemak van kleurvergelijking. Het verschil tussen de twee kleuren in de CIE Lab-ruimte wordt uitgedrukt als ΔE, dat wordt berekend uit de volgende relatie: ΔE is de normale Euclidische afstand tussen twee punten in de driedimensionale ruimte. Aangenomen wordt dat een standaard waarnemer het kleurverschil herkent aan de hand van de volgende indicatoren: 0 < ΔE < 1 – ziet geen verschil, 1 < ΔE < 2 – alleen een ervaren waarnemer merkt het verschil, 2 < ΔE < 3,5 – ook een onervaren waarnemer waarnemer merkt het verschil op, 3,5 < ΔE < 5 – de waarnemer merkt een duidelijk kleurverschil op, 5 < ΔE – de waarnemer neemt de twee kleuren waar als totaal verschillend. Net als de CIE XYZ-ruimte is het CIE Lab-model gerelateerd aan de directe waarneming van kleuren door het menselijk oog. Daarom noemen we het een apparaatonafhankelijk kleurenmodel. CIE LCh -kleurruimte gebruikt hetzelfde schema als CIE Lab-kleurruimte, maar gebruikt cilindrische coördinaten in plaats van rechthoekige. In deze kleurruimte is L de helderheid en is het dezelfde parameter als L in de CIE Lab-ruimte, is C de verzadiging en is h de tint. De kleurverzadigingswaarde C is 0 in het midden van de bol, het beeld van de kleurruimte en neemt toe met de afstand tot het centrum. Schaduw h is de hoek waarvan de meting begint op de + a-as en wordt uitgedrukt in graden. De Hunter Lab -kleurruimte werd in 1966 door RS Hunter ontwikkeld als een visueel homogenere kleurenruimte dan de CIE 1931 Yxy en zeer vergelijkbaar met het CIE Lab. Het is momenteel in gebruik in verschillende gebieden, waaronder de verfindustrie in de Verenigde Staten, wordt echter minder vaak toegepast dan de iets later ontwikkelde CIE Lab-ruimte, die meer aanhang heeft gekregen. Zowel Hunter Lab- als CIE Lab-weegschalen gebruiken enigszins verschillende functies om Lab-waarden te berekenen met XYZ-trichromatische componenten als argumenten. Hunter Lab voert de transformatie uit met vierkantswortels, terwijl CIE Lab kubische wortelfuncties gebruikt. Een ander verschil is zichtbaar in het bereik van individuele kleurvlakken. De Hunter-schaal krimpt in het gele gebied van de kleurruimte en breidt uit in het blauw. De CIE Lab-schaal daarentegen is iets uitgebreid in het gele gebied, wat duidelijker is wanneer de CIE-waarde van het monster minder dan één is. Een bijkomend voordeel van de CIE Lab-schaal is dat deze meestal de visuele beoordeling van kleurverschillen voor zeer donkere kleuren beter weergeeft.