Reprezentace a vytváření barev

Základní charakteristika barevných prostorů CIE, RGB, HLS a CMYK. Jaké informace popisuje histogram u obrazových dat? Jak se vytváří a k čemu se používají doplňkové barvy? O čem vypovídá gamut?

Barva

Barva je určitá délka elektromagnetického vlnění. Pro lidské oko je toto vlnění viditelné od 380 do 750 nm. Sluneční světlo obsahuje všechny barvy světla - to, jak barevný se nám předmět zdá, závisí na tom, jakou část světla jeho povrch pohlcuje a odráží. Bílé předměty veškeré dopadající světlo odráží, zatímco černé jej pohlcují a mění na tepelnou energii. Lidské oko je schopné rozlišit cca 17 000 odstínů chromatických barev a asi dalších 300 odstínů šedi.

Interakce barev

Tradičně se v teorii barev mluví o třech základních barvách – červená, modrá a žlutá (RYB model – red, yellow, blue – existují i další modely, tento model, který vytvořil J. W. Goethe je však nejpoužívanější). Kombinací těchto primárních barev získáme sekundární barvy – zelenou, oranžovou a fialovou. Jejich následným smíšením vzniká terciální skupina barev – žlutooranžová, červenooranžová, červenofialová, modrofialová, modrozelená a žlutozelená. To dohromady dává celkový počet 12 barev, které po uspořádání vytváří tzv. barevný kruh. Pokud do tohoto barevného kruhu přidáme barvy neutrální, tedy černou, bílou a šedou, můžeme tak mícháním a úpravou jasu a sytosti získat jakoukoliv další existující barvu. Obecně se v teorii barev používá následující terminologie:

• odstín – neboli barevný tón, tato vlastnost odlišuje jednotlivé barvy od sebe, bez ohledu na jejich světlost a sytost

• světlost – neboli jas, charakterizuje odlišení dané barvy od černé/bílé

• sytost – či intenzita, která vyjadřuje účast čisté barvy a do jaké míry je prosta příměsi šedé, neboli nakolik je barva „čistá“

Barvy lze dále rozdělit na:

• chromatické barvy – všechny barvy kromě achromatických

• achromatické barvy – tzv. neutrální, patří sem černá, bílá a šedá – liší se pouze úrovní jasu a sytosti

• monochromatické barvy – variace jednoho odstínu na základě hodnot sytosti

Vnímání barev je čistě subjektivní záležitost. Navíc je kulturně zakořeněno, například černá barva je v západní kultuře barvou smutku, v Japonsku je smuteční barvou naopak bílá. Přesto existují obecná pravidla, jak dosáhnout barevné harmonie, jak docílit toho, že je určitá kombinace barev v souladu a pro příjemce nějakým způsobem příjemná.

Munsellův model barevného kola

Kombinace různých barevných odstínů mohou spolu působit různě, což lze vyčíst z jejich pozice v rámci barevného kola. Dvěma extrémními případy jsou analogické barvy, barvy, které spolu v barevném kole sousedí. Jsou od sebe vzájemně rozeznatelné, ale jsou-li kombinovány, působí harmonicky a vytvářejí určitý pocit (chlad, teplo,…) a komplementární (doplňkové) barvy, které jsou v barevném kole umístěny naproti sobě. Jejich smíšením vznikne neutrálně šedý odstín, při společném použití působí kontrastně. Další možností je využít tři barvy, které na barevném kruhu tvoří trojúhelník. Takové barevné schéma se nazývá trojné.

Barevné modely

Teoretický barevný model matematicky popisuje vytvoření jednotlivých barev z několika dílčích složek. Využívá k tomu jak technické možnosti, tak specifické vlastnosti lidského oka. Člověk je schopen vidět až 168 milionů barev (najednou je jich schopen ale rozeznat jen 10 tisíc), přičemž na různé barvy je různě citlivý. Navíc je schopen vnímat barevné body jen do určité velikosti, pokud se jejich rozměr zmenší pod určitou mez, barevné body splývají a tvoří barevné plochy. Počítače se jednoduše řečeno snaží nedokonalými prostředky technicky napodobovat něco, co v plné šíři umí pouze příroda. Prostor dosažitelných barev v daném modelu nazýváme barevný “gamut”.

Barevné modely jsou jedním ze způsobů, jak zorganizovat barvy a jak vymezit prostor obsahující odstíny, které je schopen člověk vnímat, které jsme schopni tisknout nebo které jsme schopni zobrazit na monitoru počítače. Jde o principy kombinace základních barev, odstínu, jasu a sytosti v počítačové grafice. Slouží k popisování způsobu namíchání základních barev tak, aby se dosáhlo co největší podoby výsledné barvy realitě. Prvním takovým modelem byl v roce 1931 model CIE 1931, který v dvojrozměrném modelu zobrazoval všechny barvy s plným jasem. V současnosti se používají čtyři základní modely - RGB, CMYK, HSV (HSL), z nichž každý se hodí pro jiný typ použití (monitory, tisk, ad.).

Jednotlivé modely lze rozdělit podle toho, na jakém principu jsou založeny:

• modely založené na fyziologii lidského oka - RGB model, CMYK model
• modely zaměřené na fyzikálním měření spektrální odrazivosti - diagram CIE
• psychologické a psychofyzikální modely - HSB (HSV) model

CIE 1931

CIE 1931

Barevný model CIE 1931 pracuje pouze s tónem barvy a sytostí. Na křivce ve tvaru podkovy jsou vyneseny všechny barvy spektra od fialové po červenou (tzv. přirozené barvy), na spojnici krajních bodů leží tzv. nepřirozené barvy (ty, jež se nevyskytují po rozložení světla hranolem). Všechny barvy vzniklé mísením dvou libovolných lze v diagramu nalézt na spojnici těchto dvou.

RGB

RGB je tzv. aditivní model. V praxi to znamená, že barvy jsou tvořeny kombinací světel tří barev - červené (R), zelené (G) a modré (B). Každá barva může být číselně vyjádřena trojčíslím ve formátu (R, G, B), kdy hodnoty intenzity jednotlivých barev mohou dosahovat od 0 do 255. Složení všech tří světel ve správní intenzitě vznikne bílá barva (255, 255, 255). Proto, že se k vytváření barev používají světla, se tento model používá nejčastěji na monitorech a projektorech.

RGB vs. CMYK

CMYK

Model CMYK je subtraktivní – je založen na schopnosti tiskových barev pohlcovat světlo. Složením všech čtyř pigmentů (C – azurová, M – purpurová, Y – žlutá a K – černá) vzniká černá barva (na rozdíl od modelu RGB, kde složením barev vzniká bílá). Barva může být v modelu CMYK vyjádřena pomocí procentního zastoupení jednotlivých složek (C, M, Y, K). V modelu CMYK nejčastěji pracují tiskárny. Pokud budete tisknout obrázek, raději vždy zkontrolujte, jestli máte barevné zobrazení RGB nebo CMYK. CMYK nabízí mnohem menší barevnou škálu než RGB, ale vytištěné barvy budou ostré a budete mít jistotu, že výsledky výtisk bude vypadat stejně jako před tiskem na monitoru.

HSB (HSV)

Barevný model, který vychází z lidského vnímání barev. Pro vyjádření barvy se používají číselné vyjádření hodnot odstínu (Hue = barva), sytosti (S = příměs jiné barvy) a jasu (Value, Brightness = tmavost barvy). Nejčastěji se tento model používá v grafických aplikacích při úpravě obrázků a volbě konkrétní barvy. Netvoří ho dílčí barvy, ale hodnoty odstínu, sytosti a jasu. Odstín využívá barevného kruhu, je tedy udáván ve stupních od 0 do 360. Sytost i jas se udávají v rozmezí od 0 do 100%. Hlavní výhodou je modelu HSB je možnost korekce jasu a sytosti bez změny odstínu, proto se využívá při barevných korekcích – člověk si dokáže představit, jak bude vypadat červená po přidání jasu, ovšem jen těžko si představí, jak bude vypadat po přimíchání více zelené složky.

Bitová hloubka

Monitory zobrazují jednotlivé barvy za použití různých kombinací barev RGB - každý pixel se skládá ze tří subpixelů těchto tří barev. Pokud splynou barvy z těchto světelných zdrojů, dochází k míchání, tedy k vytvoření barvy nové. Každá z těchto primárních barev je udávána v hodnotách 0-255. Zápis barvy tak má podobu tří čísel oddělených čárkou, přičemž 0,0,0 značí barvu černou a 255,255,255 barvu bílou. To odpovídá skutečnosti, že součet nejvyšších intenzit barev v režimu RGB dává dohromady bílou, součet nejnižších hodnot černou (což je technicky vzato trochu podvod, přesněji řečeno získáme barvu podkladu, která je nejčastěji černá).

Decimální zápis barev se používá hlavně v grafických programech, webové technologie ale častěji používají zápis hexadecimální. Decimální zápis světle modré barvy vypadá takto: 102,153,204 (postupně hodnoty červené, zelené a modré), hexadecimální zápis totožné barvy však vypadá takto: #6699cc.

Bitová hloubka, někdy též barevná hloubka, je termín vyjadřující počet bitů použitých k popsání barvy v obrázku, resp. počet bitů na jeden pixel. Jeden bit může být použit k pospání dvou barev – např. černá/bílá. Dva bity mohou popsat čtyři barvy, tři bity osm barev atd. Zde platí jednoduchý vztah – čím vyšší bitová hloubka, tím více barev lze zobrazit, tím větší však bude výsledný soubor. Barevný režim 24 bitů umožňuje zobrazit přesně 16 777 216 barev (neboli 2²⁴), tato hloubka je též označována „True Color“, neboli věrná barva, a je zároveň považována za kvalitativní standart např. při zpracovávání fotografií.

Histogram

Histogram je graf četnosti – ukazuje, jak jsou ve snímku zastoupeny jednotlivé odstíny každé z barev (RGB histogram) či šedi (jasový histogram). Jasový histogram, který se v praxi používá častěji, vznikne poměrným součtem jednotlivých RGB histogramů (s poměry červená 0,3, zelená 0,59, modrá 0,11). V praxi může histogram uživateli poskytnout informaci o tom, zda je obraz (fotografie) technicky kvalitní, či nikoliv. Pokud má histogram některý z extrémních průběhů, poukazuje na fakt, že je fotografie přeexponovaná či podexponovaná (případně obojí), nebo že má zobrazovaná scéna malý kontrast.

Gamut

Barevný gamut představuje množinu zobrazitelných hodnot z určitého barevného prostoru, tj. to, jaké barvy je zařízení schopno zobrazit či zaznamenat.

Související články

Rozdíl mezi elektronickou a tištěnou prezentací grafiky
Principy vnímání barev - fyzikální a fyziologická omezení
Základní principy digitální reprezentace obrazových informací
RGB
Gamut
Barevná hloubka

Klíčová slova

barvy, modely, gamut, bitová hloubka, histogram