Ako popíšeme farby? Nezávislé farebné modely

V roku 1931 bol na žiadosť „Commission Internationale de l’Eclairage“ (Medzinárodná komisia pre osvetlenie) vyvinutý farebný model nezávislý od zariadení. Vznikla na základe výskumu uskutočneného na skupine asi dvadsiatich osôb, ktoré boli schopné správne rozlíšiť farby. Tejto skupine sa ukázali vo veľmi úzkom zornom poli (2o) rôzne farby a mala za úlohu ich odlíšiť. Štatistická analýza odpovedí umožnila vyvinúť štandardný model pozorovateľa. Zobrazuje spriemerované ľudské schopnosti z hľadiska vnímania farieb (napr. rozsah vlnových dĺžok, citlivosť atď.). Na základe štandardného modelu pozorovateľa bol vyvinutý model CIE XYZ – prvý farebný model nezávislý na zariadení. Metóda CIE XYZ sa označuje ako farebný priestor, ktorý sa berie ako referencia a štandard pre iné farebné priestory vytvorené „Commission Internationale de l’Eclairage“ (CIE LUV, CIE Lab). Koncept trojchromatických hodnôt XYZ je založený na myšlienke videnia farieb, ktorá hovorí, že oko je tvorené tromi typmi fotoreceptorov, ktoré umožňujú vidieť tri základné farby (červenú, zelenú, modrú), pričom všetky farby sú zmesou troch základných farieb. Preto je farba opísaná v trichromatických súradniciach X,Y,Z. Tieto súradnice zodpovedajú príslušným percentám troch základných farieb R (červená), G (zelená) a B (modrá).

Trojrozmerný popis CIE XYZ bol transformovaný na dvojrozmerný CIE xyY priestor. Prevádza farebné zložky X, Y, Z na trichromatické súradnice x, y, Y. Súradnice x a y sú zodpovedné za farebnosť a Y za jas. Priestor xyY je reprezentovaný vo farebnom priestore, čo je graf chromatickosti, ako Maxwellov trojuholník alebo farebný trojuholník. Toto je prezentované ako oblasť ohraničená dvoma čiarami – monochromatickou farebnou krivkou a rovnou fialovou čiarou. V dôsledku prácou na problematike vnímania farebného rozdielu, ktorú realizovali Wright, MacAdam a Stiles, vznikla problematika uniformity farebného priestoru. Keď priestor CIE XYZ určuje rozsahy rozdielu vnímania farieb (obr. nižšie), potom sa objavia elipsy rôznych veľkostí (tzv. MacAdamova elipsa). Vzniknú v zelených oblastiach, ako elipsy s relatívne veľkým priemerom a v modrých oblastiach, tu však s relatívne malým priemerom. Keď teda v takomto priestore označíme dva body, ľudské oko ich môže vnímať ako dva subjektívne odlišné odtiene. Na druhej strane dva body rovnako vzdialené v rozsahu zelených farieb môžu určiť farby, medzi ktorými ľudské oko rozdiel nepostrehne, teda pôjde o subjektívne určenú jednu farbu. Vďaka výskumu jednotnosti farebného priestoru boli CIE LUV a CIE Lab tiež vytvorené. Model CIE LUV vznikol (v roku 1960) ako výsledok transformácie xy premenných na uv premenné. Mali lepšie odrážať rozdiely medzi farbami. Počas ďalšieho výskumu sa však ukázalo, že takýto súbor premenných výrazne obmedzuje oblasti okolo hnedej, oranžovej a žltej. Spomínané odtiene sú v maľbe, najmä na olejových alebo prírodných fotografiách, veľmi dôležité, preto bolo potrebné vykonať ďalšie pokusy o premenu. V roku 1976 boli vyvinuté premenné u’ a v’, čím vznikol priestor CIE LU’V’ . Dôležité je, že písmeno „L“ v názvoch tu pochádza zo slova „lightness“ a rovnako ako „Y“ v modeli xyY definuje jas. Obe získané farebné znázornenia sú zobrazené na obrázku nižšie: a) CIE uv graf b) CIE u’v’ graf Druhý najčastejšie používaný farebný model nezávislý od zariadenia je CIE Lab . Ide o ďalšiu transformáciu priestoru CIE XYZ, ktorý vznikol v roku 1976. Pri jeho definovaní sa predpokladalo, že farby, ktoré sú od seba v rovnakej vzdialenosti, budú vnímané ako rovnako odlišné. Za predpokladu, že farba nemôže byť súčasne fialová a modrá a žltá alebo zelená, boli pre popis zvolené tieto zložky: L – jas (jas), a – farba od zelenej po purpurovú a b – farba od modrej po žltú. . Dôležitou výhodou daného modelu je však ľahké porovnávanie farieb. Rozdiel medzi dvoma farbami v priestore CIE Lab je vyjadrený ako ΔE, ktorý sa vypočíta z nasledujúceho vzťahu: ΔE je normálna euklidovská vzdialenosť medzi dvoma bodmi v trojrozmernom priestore. Predpokladá sa, že štandardný pozorovateľ rozpozná farebný rozdiel podľa nasledujúcich ukazovateľov: 0 < ΔE < 1 – nevidí rozdiel, 1 < ΔE < 2 – rozdiel si všimne iba skúsený pozorovateľ, 2 < ΔE < 3,5 – aj neskúsený pozorovateľ si všimne rozdiel, 3,5 < ΔE < 5 – pozorovateľ si všimne zreteľný farebný rozdiel, 5 < ΔE – pozorovateľ vníma tieto dve farby ako úplne odlišné. Podobne ako priestor CIE XYZ, aj model CIE Lab súvisí s priamym vnímaním farieb ľudským okom. Preto ho označujeme ako farebný model nezávislý od zariadenia. Farebný priestor CIE LCh používa rovnakú schému ako farebný priestor CIE Lab, ale namiesto pravouhlých súradníc používa valcové súradnice. V tomto farebnom priestore je L jas a je rovnaký parameter ako L v priestore CIE Lab, C je sýtosť a h je odtieň. Hodnota sýtosti farieb C je 0 v strede gule, čo je obraz farebného priestoru a zvyšuje sa podľa vzdialenosti od stredu. Tieň h je uhol, ktorého meranie začína na osi + a a je vyjadrené v stupňoch. Farebný priestor Hunter Lab bol vyvinutý v roku 1966 spoločnosťou RS Hunter ako vizuálne homogénnejší farebný priestor ako CIE 1931 Yxy a veľmi podobné laboratóriu CIE Lab. V súčasnosti sa používa v rôznych oblastiach vrátane priemyslu náterových hmôt v Spojených štátoch, avšak používa sa menej často ako priestor CIE Lab, ktorý sa vyvinul o niečo neskôr, čo si získalo viac priaznivcov. Váhy Hunter Lab aj CIE Lab používajú mierne odlišné funkcie na výpočet hodnôt Lab pomocou trichromatických komponentov XYZ ako argumentov. Hunter Lab vykonáva transformáciu pomocou odmocnin, zatiaľ čo CIE Lab používa funkcie kubickej odmocniny. Ďalší rozdiel je viditeľný v rozsahu jednotlivých farebných plôch. Hunterova stupnica sa zmenšuje v žltej oblasti farebného priestoru a rozširuje sa v modrej. Na druhej strane stupnica CIE Lab je v žltej oblasti mierne rozšírená, čo je zreteľnejšie, keď je hodnota CIE zo vzorky menšia ako jedna. Ďalšou výhodou stupnice CIE Lab je, že zvyčajne lepšie odráža vizuálne hodnotenie farebných rozdielov pre veľmi tmavé farby.