Kolorimetrija i multimedija - 2007 -

Kolorimetrija i multimedijaKolorimetrija i multimedija

dr.sc. Marin Milković, dipl.ing.dr.sc. Marin Milković, dipl.ing.

Veleučilište u VaraždinuStudij “Multimedija, oblikovanje i primjena”Veleučilište u VaraždinuStudij “Multimedija, oblikovanje i primjena”

Cilj kolegijaCilj kolegija

razjasniti svrhu i ulogu boje kao univerzalnog jezika u razjasniti svrhu i ulogu boje kao univerzalnog jezika u multimedijskim sustavimmultimedijskim sustavim

upoznavanje sa terminologijom vezanom uz sintetiziranje i upoznavanje sa terminologijom vezanom uz sintetiziranje i specificiranje bojaspecificiranje boja

stjecanje znanja iz područja stjecanje znanja iz područja mjerenja, modeliranja i mjerenja, modeliranja i upravljanja upravljanja informacijama o boji informacijama o boji

upoznavanje saupoznavanje sa transformacij transformacijamaama informacija o boji između različitih informacija o boji između različitih medija medija i prostora bojai prostora boja

U svakodnevnom životu, naviknuli smo vjerovati da su boje objekata koji nas okružuju nepromjenjive i stalne.

To je posljedica naše sklonosti pamćenja boja, umjesto da zastanemo, pobliže ih pogledamo i proučimo.

Evans, 1943.

Teme kolegijaTeme kolegija

Što je kolorimetrija?Što je kolorimetrija? definicijadefinicija područje djelovanjapodručje djelovanja podijelapodijela

Pojam bojePojam boje

Zašto i kako vidimo boju?Zašto i kako vidimo boju? izvori svijetla i TBSizvori svijetla i TBS promatrani obijekt i njihove površinske karakteristike promatrani obijekt i njihove površinske karakteristike

(apsorpcija, refleksija i transmisija)(apsorpcija, refleksija i transmisija) osijet vida i vizualni sustav čovijekaosijet vida i vizualni sustav čovijeka

Miješanje bojaMiješanje boja aditivnoaditivno suptraktivnosuptraktivno rastersko i optičkorastersko i optičko


Definiranje informacija o bojiDefiniranje informacija o boji verbalna verbalna spektralnaspektralna tristimulusna tristimulusna

Definiranje karakteristika bojaDefiniranje karakteristika boja fizikalne fizikalne (dominantna valna duljina, čistoća pobude, luminacija)(dominantna valna duljina, čistoća pobude, luminacija) psihofizikalne psihofizikalne (ton, zasićenje i svjetlina)(ton, zasićenje i svjetlina)

Određivanje (mjerenje) bojeOdređivanje (mjerenje) boje tehnike mjerenjatehnike mjerenja

denzitometrijadenzitometrija vizualna i instrumentalna kolorimetrijavizualna i instrumentalna kolorimetrija spektrofotometrijaspektrofotometrija

područje primjenepodručje primjene mjerni uređaji i aplikacijemjerni uređaji i aplikacije


Modeliranje izgleda bojeModeliranje izgleda boje Intuitivni modeli bojaIntuitivni modeli boja

Munsell, NSAMunsell, NSA HLS, HSB, HLS, CIE L*C*hHLS, HSB, HLS, CIE L*C*h°° Pantone, Toyo, Trumach, HKSPantone, Toyo, Trumach, HKS

Kolorimetrijski modeli bojaKolorimetrijski modeli boja Tristimulusni prostor boja i CIE XYZTristimulusni prostor boja i CIE XYZ CIE dijagram kromatičnostiCIE dijagram kromatičnosti CIE UCSCIE UCS CIE L*u*v* i CIE L*a*b*CIE L*u*v* i CIE L*a*b*

Modeli boja uređajaModeli boja uređaja aditivniaditivni ( RGB, sRGB ... )( RGB, sRGB ... ) auptraktivni auptraktivni ( CMY i CMYK )( CMY i CMYK ) modeli boja za video-signalemodeli boja za video-signale (YUV, YcbCr, YPbPr, Kodak YCC) (YUV, YcbCr, YPbPr, Kodak YCC)

Modeli za opis pojavnosti bojaModeli za opis pojavnosti boja Guth, Nayatani, Hunt, CIE CAM02Guth, Nayatani, Hunt, CIE CAM02

Zašto kolorimetrija?

U reprodukcijskom procesu boje i kolornih slika, osiguranje ispravne pojave boje na reprodukciji ili usklađivanje jedne kolor reprodukcije sa drugom (postizanje korespodentnosti), kroz čitavu našu povijest bio je zadatak iskusnih i dobro obučenih majstora-eksperata, čiji je rad graničio s umjetnošću.

Nevedeni proces bio je subjektivan u većini slučajeva te temeljen na metodi pokušaja i pogrešaka. Situacija se počela mijenjati tek krajem 19 stoljeća. Usljed brzog napretka znanosti, dolazilo je do sve veće potrebe za komunikacijom, a time i za umažanjem informacija koje su se opisivale različitim karakteristkama boje (u prvom redu tiskani medij, a zatim fotografija, film, video i računarska grafika-internet) što je rezultiralo potrebom za razvojem eksplicitnijih i objektivnijih metoda opisa i kontrole (mjerenja) karakteristika koje definiraju boju.

Potreba za egzaktnim opisivanjem i modeliranjem izgleda boje dovela je do razvoja znanstvene discipline koju nazivamo kolorimetrija.

KOLORIMETRIJA je znanstvena disciplina koja se u prvom redu bavi mjerenjem i uspoređivanjem boja postavljajući pri tom modele boja u kojima se one prezentiraju na način kako ih čovjek vidi.

Definicija kolorimetrije

Ultimativni (konačni) cilj kolorimetrije je izgradnja objektivnih modela opisa boje (matematičkim putem), kako bi se opisao ljudski doživljaj boje izazvan fizičkim stimulusom (odnosno matematički opisala percepcija karakteristika svijetlosti koja je reflektirana, transmitirana ili emitirana od strane promatranoga objekata).

(usklađivanje fizikalno mjerljivih veličina stimulusa pa percepcijom doživljaja – osjećajem)

Cilj kolorimetrije

Po području djelovanja: bazična napredna

Po metodama analizePo metodama analize vizualnavizualna

vizualni kolorimetri vizualni kolorimetri ( Wright, 1928. )( Wright, 1928. ) atlasi bojaatlasi boja

instrumentalnainstrumentalna kolorimetrikolorimetri spektrofotometrispektrofotometri spektokolorimetrspektokolorimetr

Podijela kolorimetrije

Objašnjenje podjele po području djelovanja:

bazična kolorimetrijaili kolorimetrija u užem smislu je postupak koji se koristi kako bi se predvidjelo da li se dva vizualna stimulusa (sa različitim ukupnim intenzitetom i spektralnom raspodjelom) mogu uskladiti u percepciji boje u određenim i definiranim uvjetima gledanja. Ovaj postupak “predviđanja” temelji se na određivanju tristimulusnih vrijednosti dvaju vizualnih stimulusa. Ukoliko su tristimulusne vrijednosti jednoga vizualnoga stimulusa indentične tristimulusnim vrijednostima drugog vizualnog stimulusa postići će se kod standardnog promatrača (u definiranim i ograničenim ujetima promatranja) usklađenost u percepciji boje navedenih stimulusa.

napredna kolorimetrijaili kolorimetrija u svom širem smislu podrazumjeva metode procjenjivanja pojavnosti boje kolornih stimulusa, prezentiranih promatraču u složenim uvjetima promatranja kakva su prisutna u svakodnevnom životu. Navedeno se smatra konačnim (ultimativnim) ciljem kolorimetrije, ali poradi enormne kompleksnosti, postignuti rezultati su još uvjek vrlo daleko od ciljanih.

Wysetzki, 1973.

Podijela kolorimetrije

Pojam “boja” u hrvatskom jeziku obuhvaća više različitih značenja od kojih razlikujemo tri osnovna:

Definicija boje

Prvi je pojam materijalne naravi i vezan je za tvar kao nosioca obojenja, te ga obično nazivamo imenom pojedinih pigmenata (npr. kromova-zelena, cinkova-bijela ili kobalt-plava)

Drugi pojam odnosi se fizikalno mjerljiv stimulus (određena dominantna valna duljina svjetlosti vidljivoga dijela spektra) koji uzrokuje percepciju boje.

Specificiranje boja isključivo kao čisto fizikalni fenomen spada u domenu spektrofotometrije i spektroradiometrije, čiji produkt je spektralna informacija.

To je potpuni i jasni opis boje koja napušta površinu, dobiven mjerenjem energije na svakoj valnoj dužini, međutim, ona ne opisuje kako ljudsko oko doživljava tu informaciju, niti razjašnjava odnose među bojama

Pojam “boja” u hrvatskom jeziku obuhvaća više različitih značenja od kojih razlikujemo tri osnovna:

Pojam boje

Treći je pojam apstraktne naravi te izražava osjet u čovjeku izazvan percepcijom svjetlosti emitirane od nekog izvora ili reflektirane od površine nekoga tijela, koji se javlja kad gledamo obojenu tvar (određeni stimulusi se pod određenim definiranim uvjetima gledanja percipiraju kao njihova boja).

Taj percipirani osjet izražavamo riječima koje opisuju boju, pa kažemo da je nešto zeleno, crveno ili žuto.

Na osnovi ovoga (trećeg) poimanja dane su mnogobrojne definicije boje, od kojih su izdvojive sljedeće:

Boja je subjektivan psihofizikalni doživljaj izazvan elektromagnetskim zračenjem valne duljine u rasponu od 380 do 750 nm (psihički doživljaj nastao fizičkim stimulusom - elektromagnetskim valom).

Definicija boje

Boja je svojstvo sustava vizualne percepcije sačinjeno od kombinacije kromatskog i akromatskog sadržaja.

Navedeno svojstvo može se opisati kromatskim nazivom boja kao što je žuta, narančasta, smeđa, crvena, purpurna, zelena, plava, ... ili akromatskim nazivom boja kao što je bijela, siva, crna, uz dodatak pridjeva kao što su svijetla, tamna, prigušena, ... ili kombinacijom navedenih naziva i pridjeva.

(CIE definicija 845-02-18)

Zašto i kako vidimo boju?Zašto i kako vidimo boju?

Postojanje doživljaja boje uopće uvijetovano je sa ? Postojanje doživljaja boje uopće uvijetovano je sa ?

U početku bjaše tama, U početku bjaše tama, ... i reče bog neka bude... i reče bog neka bude SVIJETLO.SVIJETLO.

Knjiga postankaKnjiga postanka

Zašto i kako vidimo boju?Zašto i kako vidimo boju?

Postojanje doživljaja boje uopće uvijetovano je sa ? Postojanje doživljaja boje uopće uvijetovano je sa ?

izvorom svjetla (vidljivog dijela spektra elektromagnetskog zračenja) koji je

potreban za pobuđivanje osjeta vida,

objekt koji se promatra i njegove osobine koje moduliraju svjetlost

(svojstva apsorpcije, refleksije, raspršivanja i transmisije svjetlosti),

osjet vida i vizualni sustav čovjeka.

Zašto i kako vidimo boju?Zašto i kako vidimo boju? - - IZVORI SVIJETLAIZVORI SVIJETLA

SvjetlostSvjetlost je elektromagnetski val koji nastaje poremećajem je elektromagnetski val koji nastaje poremećajem elektromagnetskog polja.elektromagnetskog polja.

Kao i svaki drugi val i svjetlost se može opisati veličinom prostiranja Kao i svaki drugi val i svjetlost se može opisati veličinom prostiranja (amplitudom)(amplitudom) i brzinom prostiranja i brzinom prostiranja (frekvencijom).(frekvencijom).Valna duljina Valna duljina (velična prostiranja)(velična prostiranja) je udaljenost koju svijetlost prijeđe u je udaljenost koju svijetlost prijeđe u smjeru širenja za jednu osnovnu periodu (izračunava se kao kvocijent smjeru širenja za jednu osnovnu periodu (izračunava se kao kvocijent brzine elektromagnetskog vala i njegove frekvencije). brzine elektromagnetskog vala i njegove frekvencije).

Vidljiva svijetlost je samo mali dio spektra elektromagnetskih valova, a Vidljiva svijetlost je samo mali dio spektra elektromagnetskih valova, a može se definirati kao energija zračenja nekog izvora čije se valne može se definirati kao energija zračenja nekog izvora čije se valne dužine kreću u rasponu od 380 do 750 nm.dužine kreću u rasponu od 380 do 750 nm.

Dominantnu valnu duljinu svjetlosti unutar navedenog raspona čovijek Dominantnu valnu duljinu svjetlosti unutar navedenog raspona čovijek percipira kao njezinu boju.percipira kao njezinu boju.


Vidljiva svijetlostVidljiva svijetlost je samo mali dio spektra elektromagnetskih valova, a je samo mali dio spektra elektromagnetskih valova, a može se definirati kao energija zračenja nekog izvora čije se valne dužine može se definirati kao energija zračenja nekog izvora čije se valne dužine kreću u rasponu od 380 do 750 nm, odnosno izraženo frekvencijom od kreću u rasponu od 380 do 750 nm, odnosno izraženo frekvencijom od 790 do 385 THz.790 do 385 THz.


Dominantnu valnu duljinu svjetlosti u rasponu do 380 do 750 nm Dominantnu valnu duljinu svjetlosti u rasponu do 380 do 750 nm čovijek percipira kao njezinu boju.čovijek percipira kao njezinu boju.

Elektromagnetsko zračenje ispod 380 nm nazivamo ultraljubičasto, a Elektromagnetsko zračenje ispod 380 nm nazivamo ultraljubičasto, a iznad 750 nm infracrveno.iznad 750 nm infracrveno.

Pojam koji nazivamo bijela svjetlost nema svoju vlastitu valnu dužinu Pojam koji nazivamo bijela svjetlost nema svoju vlastitu valnu dužinu već nastaje mješanjem valnih dužina svih vidljivih frekvencija.već nastaje mješanjem valnih dužina svih vidljivih frekvencija.

Odnosno bijela svijetlost je kombinacija (zbroj) svih valnih dužina Odnosno bijela svijetlost je kombinacija (zbroj) svih valnih dužina koje su vidljive našem oku.koje su vidljive našem oku.

Navedeno se može prezentirati konkretnim eksperimentom koji je Navedeno se može prezentirati konkretnim eksperimentom koji je proveo Issac Newton 1671. godine, propuštanjem bijele svjetlosti proveo Issac Newton 1671. godine, propuštanjem bijele svjetlosti kroz optičku prizmu (pri čemu se ona razlaže na svoje komponente).kroz optičku prizmu (pri čemu se ona razlaže na svoje komponente).


Newton, 1671.Newton, 1671.

Moriotte, 1717.Moriotte, 1717.


Nastajanje svijetlaNastajanje svijetla

Svijetlo nastaje u “izvorima svijetla” koji se po općoj nomenklaturi Svijetlo nastaje u “izvorima svijetla” koji se po općoj nomenklaturi dijele na:dijele na:

- primarne i sekundarne- primarne i sekundarne- točkaste ili plošne- točkaste ili plošne- hladni i temeljeni na zračenju crnoga tijela- hladni i temeljeni na zračenju crnoga tijela

Primarni izvori svjetla su oni koji direktno emitiraju odnosno isijavaju svjetlosnu energiju (sunce, žarulja, UV lampa). Primarni ili izravni izvori svjetla emitiraju najčešće kontinuirani spektar koji ljudsko oko vidi kao bijelo svjetlo.

Sekundarni ili neizravni izvori svjetla su oni koji emitiraju, reflektiraju ili transmitiraju već primljenu energiju zračenja. Oni su u osnovi prenosioci energije zračenja (a to su gotovo sva tijela u prirodi).



Svijetlo nastaje u “izvorima svijetla” koji se po općoj nomenklaturi Svijetlo nastaje u “izvorima svijetla” koji se po općoj nomenklaturi dijele na: dijele na:

- primarne i sekundarne- primarne i sekundarne- točkaste ili plošne- točkaste ili plošne- hladni i temeljeni na zračenju crnoga tijela- hladni i temeljeni na zračenju crnoga tijela

Točkasti (ili hipotetski) izvori isjavaju svijetlost u raznim smjerovima. To su u osnovi primarni izvori promatrani s determinirane udaljenosti.

Međutim oni su u osnovi matematička apstrakcija jer promjenom udaljenosti (dovoljnim približavanjem) u stvari vidimo tijela pomoću svjetlosti koja se emitira sa njihove površine. U tom slučaju govorimo o plošnim izvorima.



Hladni (ili luminiscentni) izvori emitiraju svjetlost bez zagrijavanja. Tekućine ili kruta tijela mogu se ugrijati do visokih temperatura i pri tome emitirati svjetlost isijavanjem.

Mnogi izvori koji emitiraju svjetlost isijanjem, emitiraju svjetlost čiji je spektralni sastav (ili boja) u određenoj vezi s onim crnog tijela pa govorimo o temperaturi boje svjetlosti (TBS).

Temperatura boje svjetla (TBS) fizikalno se objašnjava kao emisija odnosno spektralna gustoća zračenja crnog tijela. Svjetlina i boja idealnog crnog tijela ovisi o njegovoj temperaturi.

Velika energija izvora daje bijelu - svjetliju boju, a mala energija izvora tamniju – crnu, odnosno što je veća energija zagrijavanja veća je i temperatura boje svjetla, te se tako mijenja i njihova svjetlina.

Za svaku temperaturu boje svijetla postoji dani izvora


Prikaz spektralne emisije različitih temperatura idealnoga crnog tijela u vidljivom dijelu spektra, normaliziane na način da svi imaju istovjetnu vrijednost kod valne dužine od 560 nm.


CIE standardni izvori svijetla (1931):

A izvor - klasično umjetno svjetlo - žarulja s volframovom niti (2856 ° K),

B izvor - filtrirano sunčevo svijetlo (4874 ° K),

C izvor - sunčevo dnevno svjetlo (6774 ° K),

D izvor - izvedeni izvori svjetla (5500 ° K, 6500 ° K, 7500 ° K), E izvor - izoenergetsko svjetlo, hipotetski izvor koji na svim valnim

duljinama zrači jednaku količinu energije (5600 ° K),

F izvor - flourescentni izvori od F1 do F12 ( F2 = 4260 K, F8 = 5000 K, F11 = 4000 K)





Modulacija svjetlosti od strane promatranih objekata

Svjetlost dolazi do našeg oka iz izravnih ili neizravnih izvora. Svjetlost koja dolazi do našega oka iz neizravnih izvora (objekata koji nas okružuju) posjeduje određene karakteristike koje nam omogućuju da te objekte vidimo “u boji”.

Drugim riječima neizravni izvori svjetla moduliraju upadnu energiju zračenja primljenu od primarnih izvora na način da je reflektiraju, apsorbiraju, raspršuju ili transmitiraju.

Tijela oko nas možemo vidjeti samo onda kada iz smjera njihove površine u naše oko dopire određeni svjetlosni tok.

Odnosno tijela možemo vidjeti samo onda kada zrače svjetlosnu energiju (kada se ona reflektira ili transmitira od njih).


Obojena tijela moduliraju upadni tok svjetlosti u smislu promjene dominantne valne dužine i intenziteta.

Boja nekog objekta upravo najviše ovisi o stupnju apsorpcije, refleksije, raspršivanja i transmisije.

Pri tome mora biti ispunjen zakon očuvanja energije koji kaže da količina apsorbirane, reflektirane, raspršene i propuštene zračene svjetlosne energije mora biti jednaka upadnoj zračenoj svjetlosnoj energiji na svakoj valnoj duljini.

Idealno prozirni ili transparentni objekti su oni koja transmitiraju svo upadno zračenje.

Idealno crno tijelo/površina je ono koje apsorbira sve upadno zračenje, dok je idealno bijelo tijelo/površina ono koje reflektirala sve upadno zračenje.

Neutralna (akromatska) ili siva tijela/površine su ona koja reflektiraju ili transmitiraju upadno zračenje podjednako na svim valnim duljinama. To je cijeli raspon površina/tijela od bijele preko sive do crne, koja ne izazivaju doživljaj boje u užem smislu, već se doživljavaju kao bijela, siva ili crna.

Međutim, takva idealna tijela (crno i bijelo) u prirodi ne postoje.


Kod obojenih (kromatskih) tijela apsorpcija, odnosno refleksija ovisi između ostalog i o njihovoj boji.

Obojena tijela/površine reflektiraju ili transmitiraju selektivno pojedine komponente (valne dulžine) upadne bijele svjetlosti, koje ne apsorbiraju.

Pri tome se selekcija upravo odnosi na boju koju vidimo.

Obojena tijela imaju najveći stupanj refleksije pri onim valnim dužinama koje odgovaraju boji tih tijela, odnosno uzorak je onoga obojenja čije su valne duljine u najvećem iznosu reflektirane odnosno transmitirane.


Apsorpcija, refleksija i transmisija u funkciji boje

Boja predmeta određena je spektralnom refleksijom koja je definirana omjerom reflektiranog svjetla određene valne dužine i upadnog toka svjetla.

R=Ir /Io

R – refleksija (reflektancija)Ir – intenzitet reflektiranog svijetlaIo – intenzitet upadnog toka svijetla

Kada refleksija postoji, tada je uzorak onoga obojenja čije valne duljine najviše reflektira, npr. u slučaju kada bijela svijetlost (sa svoje tri komponente: ljubičasto plavom, zelenom i crvenom) padne na crvenu površinu, doći će do refleksije crvene komponente, dok će se druge dvije komponente apsorbirati na površini tijela.



Ukoliko neko tijelo apsorbira sve upadno zračenje (idealno crno tijelo), tada od njegove površine nema refleksije u smijeru našega oka, pa to tijelo ne vidimo.

A=Ia/Io

A – apsorpcija (apsorbancija)Ia – intenzitet apsorbiranog svijetlaIo – intenzitet upadnog toka svijetla



T=It /Io

T – transparencija (transmitancija)It – intenzitet transmitiranog svijetlaIo – intenzitet upadnog svijetla

Ako je tijelo prozirno, ono će prenositi (transmitirati) primljenu energiju zračenja. U tom slučaju prijenos je određen spektralnom transmisijom.Spektralna transmisija definirana je omjerom transmitiranog svjetla određene valne duljine i upadnog toka svjetla (T=It /Io).

MEHANIZMI PERCEPCIJE BOJAPregled kroz povijesni razvoj

Helenski filozofi, sljedbenici Pitagore (582.-500. g.p.n.e) vjerovali su da je vid neka vrsta osjeta, slično kao i dodir. Da svjetlost putuje iz našega oka kako bi “dodirnula” objekte i omogućila nam da ih vidimo. Vjerovali su da je podrijetlo svjetlosti u našem oku nekakva unutarnja “vatra” - ista ona koja zagrijava naše tijelo.

Platon (428.-348. g.p.n.e.) je smatra (ili vijerovao), stoga što objekte nije mogao vidjeti noću, da naš vid uz “unutarnju vatru” omogućuje i dnevna svjetlost ili neki drugi izvor svjetlosti (vatra).

– bio je vrlo blizu

MEHANIZMI PERCEPCIJE BOJA Pregled kroz povijesni razvoj

Veliki arapski fizičar Ibn Al-Haithen (935.-1039.), odbacio je ideje skolstičkih učenjaka i postavio hipoteze da svijetlost koja oslikava objekte dolazi u naše oko od objekata samih.

Tek su u 15 stoljeću Leonardo da Vinci (1452.1519.) i kasnije Kepler (1571.-1630.) dali prva “ispravnija” objašnjenja vezana uz anatomiju oka, optiku i svijetlost, dovoljna da objasne ljudski vid terminima i načinima koje koristimo i danas (pecepcija boje, sustavi odnosa među bojama, simultani kontrast, kolorni filteri kojima se je ustanovljavala “smjesa” boja i sl).

U 18 stoljeću Isaac Newton je eksperimentalno razjasnio rastavljanje bijele svijetlosti na pojedine boje pomoću prizme. Newton je svojim eksperimentima dokazao da je boja objekata u direktnoj vezi sa njihovom spektralnom refleksijom. Da svijetlost nije obojena i da se percepcija boja odvija u ljudskom vizualnom sustavu (ne samo u oku već da je u to uključen i mozak).

MEHANIZMI PERCEPCIJE BOJA

Objašnjenje osjeta odnosno doživljaja boja prema modernim spoznajama razjašnjeno je “zonskom teorijom viđenja boja” koja objedinjuje teoriju suprotnih procesa i trikromatsku teoriju.

Trikromatska teorija temelji se na radovima znanstevnika s kraja 19 stoljeća (Maxwell, Yung i Helmholtz), koji su smatrali da je fundamentalna baza za sva razmatranja vidljivosti i doživljaja boja pretpostavka trikromatskog dizajna ljudskoga oka, odnosno činjenica da ljudsko oko (njegova mrežnica) posjeduje tri tipa nezavisnih “senzora” za boje (čunjića) koji približno korespondiraju crvenom, zelenom i ljubičasto-plavom dijelu spektra (što je naknadno dokazao MacNichol 1964. godine). Stoga svaku boju koju želimo generirati ili reproducirati možemo dobiti miješanjem tri vrste pigmenata. Young je pretpostavljao da se prilikom gledanja nekoga objekta tri slike navedenoga objekta koje odgovaraju kromatskim primarnim područjima valnih dužina stvaraju na trima tipovima receptora S,M i L, te da se navedne slike u mozgu kombiniraju (zbrajaju) u obojeni doživljaj promatranoga objekta.

MEHANIZMI PERCEPCIJE BOJA

Objašnjenje osjeta odnosno doživljaja boja prema modernim spoznajama razjašnjeno je “zonskom teorijom viđenja boja” koja objedinjuje teoriju suprotnih procesa i trikromatsku teoriju.

Hering-ova teorija ili teorija suprotnih procesa (Ewald Hering “On the Theory of Light Senese”, 1870) pretpostavlja da čunjići koji se nalaze u mrežnici ljudskoga oka nisu osjetljivi na tri kromatska područja (crveno, zeleno i ljubičasto-plavo), već da generiraju signal na osnovi principa suprotnih parova boja. Promatrajući boje, Hering je ustanovio da se određeni tonovi nikada ne mogu percipirati zajedno. Odnosno moguće je percipirati žućkasto-zelenu ili ljubićasto-plavu boju ali ne i bijelo-crnu ili žuto-plavu. Suprotni parovi boja su ljubičasto-žuta, crveno-zelena i bijelo-crna. Razlog ovoj teoriji leži u činjenici da pojedini defekti koji uključuju sljepost na pojedine boje, podrazumijevaju sljepost na parove suprotnih boja. Tako čovjek koji ne vidi ili vremenom izgubi osjećaj za crvenu boju ujedno izgubi i osjećaj za njenu suprotnu boju - zelenu. Isto vrijedi i za sljepilo na plavu boju pri čemu se gubi i osjećaj za raspoznavanje žute boje.

Trikromatsko i tristimulusno su dva povezana, ali vrlo često i dva pomiješana pojma.

Pojam trikromatsko (također poznat kao trikomponentna Young-Helmoltz -ova teorija vidljivosti boja) odnosi se na teoretski model, u današnje vrijeme putem “zonske teorije vidljivosti” na mnoge načine i verificiran, prema kojem ljudsko oko sadrži tri vrste receptora (L, M i S čunjića) koji omogućavaju ljudsku percepciju boja.

Pojam tristimulusni odnosi se na eksperimente i mjerenja ljudskog sustava percepcije boja, koji uključuju tri kolorna stimulusa, putem kojih se prilikom eksperimenta koristimo da bismo ih uskladili što točnije s bojama testnog objekta.

Drugim riječima, pojam trikromatsko odnosi se na tri vrste kolor receptora koji čine osnovu ljudskog vida boja, dok se pojam tristimulusni odnosi na veličine u eksperimentu koji koristi tri stimulusa da bi se potvrdile i izmjerile trikromatske vrijednosti.

POJAM TRIKROMATSKI I TRISTIMULUSNI

PRINCIP MIJEŠANJA BOJA

Aditivno

Suptraktivno

Rastersko

Optičko

Princip nastajanja tri-kromatske smjese

ADITIVNO MIJEŠANJE BOJA

Aditivni sustav mješanja boja je temeljni sustav, a važan je stoga što se temelji na fiziologiji ljudskog oka.

To je mješanje svjetlosnih podražaja, bez selektivne adsorpcije t.j. modulacije pojedinih komponenti prije ulaska u oko.

Svjetlosni podražaji ulaze u oko istovremeno na isto mjesto mrežnice, a do aditivnog mješanja dođe kada se aktiviraju čunjići koji su vrlo blizu.

Aditivno miješanje je kombiniranje primarnih podražaja boje koje istovremeno emitiraju primarni izvori svjetla.


Primarni podražaji, koje nazivamo i primarne boje aditivne sinteze, odgovaraju trima spektralnim područjima, koje nazivamo: ljubičasto-plavo (435,8 nm), zeleno (646,1 nm) i crveno (700 nm).

Mješanjem (zbrajanjem) dvaju primara aditivne sinteze, nastaje jedna primarna boja suptraktivne sinteze.

Navedena novonastala primarna boja suptraktivne sinteze ujedno je i sekundarna boja aditivne sinteze.

Tako će miješanjem (adiranjem) ljubičasto-plave i zelene boje (podražaja) nastati boja suptraktivne sinteze koju nazivamo zeleno-plava ili CYAN.

Zbrajanjem dvaju primara koji odgovaraju kratkim (S) i srednjim (M) valnim duljinama, a koje nazivamo ljubičasto-plava i zelena boja u istim omjerima, sintetizira se doživljaj koji nazivamo zeleno-plava (engl. cyan) boja.


Primarne boje aditivne sinteze su: ljubičasto-plava (435,8 nm), zelena (646,1 nm) i crvena (700 nm).

Mješanjem (zbrajanjem) dvaju primarnih boja aditivne sinteze, nastaje jedna primarna boja suptraktivne sinteze.

Tako će miješanjem (adiranjem) ljubičasto-plave i crven boje (podražaja) nastati boja suptraktivne sinteze koju nazivamo purpurana ili MAGENTA.

Zbrajanjem primara koji odgovaraju kratkim (S) i većim (L) valnim duljinama, a koje nazivamo ljubičasto-plava i crvena boja u istom omjeru, sintetizira se doživljaj koji nazivamo purpurna (engl. magenta) boja.



Mješanjem (zbrajanjem) dvaju primarnih boja aditivne sinteze, nastaje jedna primarna boja suptraktivne sinteze.

Tako će miješanjem (adiranjem) crvene i zelene boje (podražaja) nastati boja suptraktivne sinteze koju nazivamo žuta ili YELLOW.

Zbrajanjem primara koji odgovaraju većim (L) i srednjim (M) valnim duljinama, a koje nazivamo crvena i zelena boja, u istom omjeru, stvara se doživljaj koji se naziva žuta (engl. yellow) boja.



Mješanjem (zbrajanjem) svih triju primarnih boja aditivne sinteze, u istom omjeru nastaje (potpunom aditivnom sintezeom) nastaje doživljaj koji nazivamo bijela boja.

Tako će miješanjem (adiranjem) ljubičasto-plave, crvene i zelene boje (podražaja) nastati bijela.

Kao što sa optičkom prizmom rastavljamo bijelu svijetlost, zbrajanjem svih triju boja aditivne sinteze koje u usnovi predstavljaju tri spektralana područja ponovno dobivamo bijelu boju.

U aditivnoj sintezi nema crne boje.


Svaka se nijansa određene boje može dobiti mješanjem tri osnovne boje aditivne sinteze, ali se nijedna osnovna boja aditivne sinteze ne može dobiti miješanjem druge dvije osnovne boje (bilo koje vrste sinteze).

Definicija:

Postupak kombiniranja primarnih aditivnih podražaja koje nazivamo ljubičasto-plava, zelena i crvena boja, a koje istovremeno emitiraju primarni izvori svjetla u različitim omjerima i s različitim intenzitetima, naziva se aditivna sinteza odnosno aditivno miješanje boja.

SUPTRAKTIVNO MIJEŠANJE BOJA

Suptraktivna sinteza također polazi od bijelog svjetla.

Međutim, u ovom se slučaju, bijelom svjetlu s pomoću filtera oduzimaju pojedini dijelovi spektra.

Pa tako kada netko kaže da ima doživljaj cyan (zeleno-plave) boje, to je ustvari nadimak za postupak kojim su bijelom svjetlu oduzete više valne duljine (subtraktor viših valnih duljina), tako da u ljudskom oku ne dolazi do podražaja L čunjića, već samo M i S čunjića. Po istom se principu stvaraju doživljaji koje nazivamo zeleno-plava i žuta boja.

Ako se bijelom svjetlu oduzmu sva tri područja, odnosno cjelokupna svjetlost, tada nisu podraženi ni S, niti M niti L čunjići pa imamo doživljaj koji nazivamo crna boja.


- uzrokuje promjenu doživljaja boje prolaskom svjetla ili refleksijom svjetla sa obojene ili pigmentne površine.

Suptraktivna sinteza je miješanje svjetlosnih podražaja pomoću selektivne adsorpcije, pri čemu postoji modulacija pojedinih komponenti boja izvan ljudskog oka.

Pri tome se misli na miješanje obojenih otopina ili pigmenata u nekom supstitutu, djelovanje obojenih filtera ili otisnutih obojenih površina jedne preko druge, koje oduzimaju upadnoj svijetlosti određene dijelove spektara.

Primarne boje suptraktivne sinteze su: zeleno-plava, purpurna i žuta.


Ko što je navedeno suptraktivna sinteza također polazi od bijelog svjetla. Međutim u ovom se slučaju, kao što je navedeno bijelom svjetlu pomoću svojstava “filtera” oduzimaju pojedini dijelovi spektra.

Tako se pomoću:

ŽUTOG filtera oduzima bijeloj svijetlosti LJUBIČASTO-PLAVA komponentaPURPURNOG filtera oduzima bijeloj svijetlosti ZELENA komponentaZELENO-PLAVOG filtera oduzima bijeloj svijetlosti u CRVENA komponenta

Totalnom suptraktivnom sintezom odnosno upotrebom sva tri filtera nastaje CRNA BOJA odnosno nema boje.


Mješanjem dviju boja suptraktivne sinteze dobiti ćemo onu boju aditivne sinteze koja je sudjelovala u izgradnji i jedne i druge.

PURPURNA + ŽUTA ----> CRVENAZELENO-PLAVA + ŽUTA ----> ZELENAPURPURNA + ZELENO-PLAVA ----> LJUBIČASTO-PLAVA

Osnova suptraktivne sinteze je modulacija svijetlosnih podražaja reflektiranih s pigmentirane površine.

Ta reflektirana svijetlost je obojena, odnosno neko tijelo/površina je onoga obojenja čije valne duljine u najvećem iznosu reflektira.


Definicija: Suptraktivna sinteza je postupak moduliranja vidljive svjetlosti koji se zasniva na oduzimanju pojedinih područja valnih duljina koja odgovaraju nižim (S), srednjim (M) i višim (L) valnim duljinama, u različitim omjerima i intenzitetima, kako one ne bi mogle doći u ljudsko oko i izazvati osjećaj doživljaja pojedine boje.

KOMPLEMENTARNE BOJE

Mješanjem dvaju osnovnih boja aditivne sinteze nastaje jedna od boja suptraktivne sinteze.

Tada je ta novonastala boja suptraktivne sinteze komplementarna s trećom bojom aditivne sinteze koja nije sudjelovala u miješanju.

Komplementarne boje su:

LJUBIČASTO-PLAVA i ŽUTAZELENA i PURPURNACRVENA i ZELENO-PLAVA

KOMPLEMENTARNE BOJE

Karakteristike komplementarnih boja su da svojim mješanjem daju crnu boju, što bi značilo da na pigmentiranoj površini boje suptraktivne sinteze apsorbiraju svoje komplementarne boje aditivne sinteze.

Tako cijan boja apsorbira crvenu, zelena boja apsorbira purpurnu, a žuta ljubičasto-plavu boju.

Vrijedi i obrnuto.

OPTIČKO MIJEŠANJE BOJA

Optičko miješanje boja temelji se na ograničenjima ljudskog vizualnog sustava (tromosti oka i nemoći razdvajanja).

Optičko miješanje je stapanje pojedinih osjeta boje do kojeg dolazi zbog fizioloških ili psiholoških sposobnosti za osjet ili doživljavanje boja.

RASTERSKO MIJEŠANJE BOJA

U pojedinim slučajevima krivo se interpretira – zamjenjuje sa suptraktivnom sintezom.

Rastersko miješanje boja ne odgovara niti jednom od prethodno opisanih modela (aditivni i suptraktivni).

Aditivni model ne odgovara jer se ne radi o direktnom miješanju podražaja boja. Isto tako ne odgovara niti suptraktivni model jer on teoretski vrijedi samo za optički homogene medije, kao što su optički filteri ili kolor materijali.

Različita odstupanja navedenih modela od rasterskog modela miješanja boja javljaju se zbog površinske refleksije, totalne refleksije sa sloja tiskarske boje, utjecaja debljine sloja tiskarske boje, pojave rasterskog polja do kojeg dolazi zbog raspršivanja svjetla u papiru, utjecaja podloge i slično.

U rasterskom miješanju boja obojenost moduliramo kombiniranjem i prekrivanjem rasterskih točkica, zasićenjem rasterskih točkica ili brojem točkica (uporabom frekventne ili amplitudne modulacije), dok svjetlinu korigiramo dodavanjem onih točkica koje su komplementarne osnovnoj obojenosti.


Zbog moduliranja i prekrivanja točkica, gdje se radi uglavnom o suptraktivnom miješanju u trikromatskom rasterskom polju nailazimo na elemente koji uzrokuju žuti, purpurni, zeleno-plavi, ljubičasto-plavi, zeleni, crveni i skoro crni osjećaj boje. Osim njih nailazimo i na neotisnute površine odnosno elemente bijelog ili toniranog papira, stoga apsorpcija komplementarnih boja kao što je vidljivo iz slike nije realna, ipak svi ti osjećaji se miješaju i dolazi do jedinstvenog osjećaja boje.

Ukupan doživljaj boje (F) u rasterskom načinu miješanja boja je zbroj u modelu 8 osnovnih i 16 izvedenih doživljaja boja, otisnutih rasterskih elemenata na nekoj površini, koji mogu, ali ne moraju dospjeti u naše oko.

F = Fy + Fm + Fc + Fym + Fmc + Fyc + Fw + Fcm

Fm

Fy

Fc

Fcm

Fyc

Fym

Fcmyk

Fw


Naime, rastrirane (točkice) boje otisnute jedna pored druge mogu stvoriti u našem oku iluziju mnogih drugih boja. Stoga, zbog kombinacije svih načina miješanja govorimo o rasterskom miješanju boja.

Rastersko miješanje boja najjednostavnije možemo definirati kao stapanje osjećaja boja koji su prouzročeni suptraktivnim miješanjem primarnih podražaja, a modulirani su vrlo malim elementima (rasterske točkice), tako da ih oko ne može razdvajati.

OPISIVANJE IZGLEDA BOJEVIZUALNIM KOLORIMETROM

Vizualna kolorimetrija je najstarija, najdirektnija i najtočnija metoda objektivnog procjenjivanja i kvalificiranja boja.

Temelji se na tristimulusnom vizualnom eksperimentu usklađivanja percepcije i doživljaja boja. Ujedno je i najkompliciranija s obzirom na broj ponavljana s ciljem postizanja točnih podataka.

Jedan od prvih kolorimetara, konstuirao je za potrebe primjene u kemijskoj analizi spojeva Jules Duboscq (1817).

Prvi laboratorijski vizualni kolorimetar namjenjen isključivo za potrebe mjerenja i određivanja boja, koji je radio na osnovi principa Grassmanovih (Hermann Gunther Grassmann) zakona iz 1853. godine, konstruirao je W. D. Wright 1928. godine na Londonskom kraljevskom koledžu.

Negdje u isto vrijeme (oko 1931. godine) John Guild iz Nacionalnoga laboratorija za fiziku iz Londona konstruirao je prvi komercijalni vizualni kolorimetar.

OPISIVANJE IZGLEDA BOJEVIZUALNIM KOLORIMETROM

Vizualni kolorimetar je instrument za mjerenje boje na način sličan ljudskom doživljaju koji principe svoga rada temelji na vizulanom tristimulusnom eksperimentu usklađivanja boja.

U vizualnom tristimulusnom eksperimentu promatrač gleda vidno polje kroz otvor u zastoru, čime se osigurava da vidi samo ispitivanu plohu, bez utjecaja okoline na subjektivni osjet boje.

VIZUALNA KOLORIMETRIJA

Svjetlo koje pada na gornju polovinu bijelog zaslona dolazi iz bijelog izvora svjetla, dok je donji dio zaslona osvijetljen pomoću bijelog svjetla koje dolazi iz tri različita izvora (tri stimulusa ili podražaj) koji emitiraju primare aditivne sinteze (crveni, zeleni i ljubičasto-plavi).

Oba dijela zaslona promatraju se istovremeno. Podešavanjem količine pojedinih komponenti na donjoj polovini zaslona moguće je dobiti boju jednaku onoj na gornjoj polovini zaslona, odnosno boji uzorka.

VIZUALNA KOLORIMETRIJA

Sam mjereni uređaj sadrži u sebi sustav uspoređivanja i usklađivanja boja po jednakosti, pa ako su postignuti uvjeti za jednakost boja pomoću dva para boja vrijedi jednakost zbroja. Ukoliko se jednakost ne može postići nikakvom kombinacijom zbrajanja tri primara odnosno aditivnom sintezom (slučaj kada su ispitivane boje više zasićene od boja koje se mogu dobiti u kolorimetru), tada se boja koja se uspoređuje osvjetljava komplementarnim svjetlom, pri čemu postaje manje zasićena te se može uspoređivati s primarima. Međutim primjena komplementarnih boja i njihovih filtera (kolorimetar sa 6 filtera) proizilazi iz suptraktivne sinteze, odnosno predstavlja računanje sa negativnim tristimulusnim vrijednostima.

Upotrebom vizualnih kolorimetara mogu se dobiti apsolutni rezultati, ali oni vrijede samo za jednog promatrača, odnosno za njegov osjet vida i percepciju boja.

Ponovljive tristimulusne vrijednosti mogu se izmjeriti samo pomoću fotoelektričnih kolorimetara kojima je princip rada identičan. Pri tome se koriste isključivo standardizirani izvori svjetala i filtera, dok je ljudsko oko zamjenjeno optoelektroničkim senzorom sa ugrađenim specifikacijama standardnog promatrača.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA

Mjerenje boja instrumentalnim kolorimetrom temelji se na prethodno opisanom vizualnom tristimulusnom eksperimentu, odnosno na uspoređivanju ispitivane boje s bojom nastalom u kolorimetru miješanjem triju osnovnih stimulusa (crvenog, zelenog i ljubičasto-plavog) prema Grassman-ovim zakonima koji glase :

I. zakon: Svaki doživljaj boje može se imitirati s tri nezavisna primarna stimulusa (podražaja) koji su odgovarajuće izabrani, tako da se svaki osjet može imitirati samo jednom kombinacijom određenih osnovnih stimulusa. Svaka boja, nezavisno od spektralnog sastava svjetlosti koje ju je izazvalo može se jednoznačno odrediti s tri broja, odnosno omjerom u kojem treba aditivno pomiješati osnovna tri stimulusa da bi se dobo doživljaj tražene boje.

II. zakon: Ako dva različita stimulusa daju isti doživljaj boje, on ostaje isti ako se promijeni intenzitet zračenja obaju podražaja (bez promjene spektralnog sastava). Prema tom zakonu, ton i zasićenje boje koji zajedno definiraju kromatičnost boje nezavisni su od svjetline.

III. zakon: Dva stimulusa koji imaju različiti spektralni sastav, a daju isti doživljaj boje vladaju se jednako i pri miješanju s nekim trećim stimulusom.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA

Uz Grassman-ove zakon, osnovu instrumentalne kolorimetrije čine:

• definirani spektralni sastav filtera koji se koriste za generiranje R, G i B primara,

• definirani spektralni sastav svjetla kojim se osvjetljava uzorak

• definirani promatrač, odnosno "standardni promatrač".

Standardni promatrač je hipotetski promatrač koji percipira boje po nekakvoj statističkoj raspodjeli svih ljudi (bez vidnih anomalija) koji kod instrumentalne kolorimetrije prilikom tristimulusnog vizualnog eksperimenta zamjenjuje čovjeka.

Prilikom mjerenja za standardnoga promatrača ujedno su definirana i dva kuta promatranja s obzirom na veličinu vidnog polja u vizualnom tristimulusnom eksperimentu i to kut od 20 (CIE, 1931.) i kut od 100 (CIE, 1964.).

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA- tristimulusna informacija

Iz prethodno navedenoga, jasno je da se za kvantitativno opisivanje boje u vizualnim i instrumentalnim kolorimetrijskim mjerenjima koristimo kombinacijama triju primarnih stimulusa, odnosno tzv. tristimulusnim funkcijama.

Tristimulusna informacija predstavlja opis pojave boje kako ona izgleda pod određenim uvjetima gledanja, predočena u obliku tristimulusne funkcije kojima odgovaraju tri dijela spektra.

Tristimulusna informacija jednoznačno određuje boju na taj način da dvije boje s jednakim tristimulusnim funkcijama, pod jednakim uvjetima promatranja, standardni promatrač doživljava kao jednake.

Takve dvije boje nazivaju se bezuvjetno jednakima. Vrijedi i obratno, u slučaju

kada dvije boje standardni promatrač pod jednakim uvjetima promatranja, doživljava kao jednake, tada i njihove tristimulusne funkcije moraju biti jednake.

Dvije boje koje standardni promatrač doživljava kao jednake, a imaju različite stimulusne funkcije, nazivaju se uvjetno jednakima (ovisne o uvjetima promatranja: izvor svjetla, kut gledanja i sl.)

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA- temeljena na spektrokolorimetriji

Osim tristimulusnom informacijom (koja je u osnovi psihofizikalna informacija) opis neke boje može biti dan i fizikalnom, u mjerenjima točnijom spektralnom informacijom.

Primjena preciznih spektrometrijskih metoda, čiji je rezultat spektralna informacija u kolorimetrijskim mjerenjima kojima je osnova tristimulusna informacija naziva se spektrokolorimetrija.

Spektrokolorimetrija (stariji naziv je spektrofotometrija) je znantno pospiješila kvalitativnu i kvantitativnu točnost mjerenja boje.

Spektrokolorimetrijska mjerenja temelje se na CIE standardima pri čemu su definirano:

•geometrija osvjetljavanja, •izvori svjetla kojima osvjetljavamo uzorke,•pojam spektralne osjetljivosti i standardnog promatrača •spektralni sastav filtera za dobijanje boja.


Mjerenja spektrometrima temelje se na sljedećem principu:

U spektrometru se iz bijelog svjetla pomoću monokromatora (uređaj koji iz polikromatske svjetlosti izdvajaju monokromatsku svjetlost) izdvoje pojedinačne valne duljine te se s njima osvjetljava ispitivani uzorak i etalon bijelog (površina koja reflektira praktično sve upadno svjetlo).

Postupak se provodi redom s monokromatskim svjetlima duž čitavog spektra (od 380 do 750 nm, najčešće korakom od 20 nm).

Reflektirani tokovi svjetla s mjerenoga uzorka i bijelog etalona su različiti i mogu se usporediti različitim postupcima (jedan od načina je dovođenje tih tokova na fotoćeliju koja ih pretvara u električne impulse koje zatim na mjernoj skali očitavamo kao reflektanciju).

Iz dobivenih reflektancija i njima odgovarajućih valnih dužina određujemo vrijednost spektralne informacije (koja daje potpuni i jasni fizički opis boje objekta) iz čega je moguće konstruirati krivulju koja prikazuje stimulusnu funkciju, odnosno spektrometrijsku krivulju.


Prikaz spektrokolorimetrijske krivulje.

Navedenu funkciju možemo konstruirati povezivanjem rezultata mjerenja faktora refleksije ili relativnog zračenja u pojedinim valnim područjima, odnosno u pojedinom monokromatskom svjetlu.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA- spektralna informacija

Spektralna informacija je potpuni i jasni opis boje dobivena mjerenjem energije svjetla na svakoj valnoj dužini.

Ona predstavlja iznos svake od boja spektra sadržane u svjetlosti koja se ovisno o vrsti objekta reflektira, transmitira ili emitira.

To je informacija o fizikalnim karakteristikama svjetla koja napušta površinu.

Ona ne opisuje kako ljudsko oko doživljava tu informaciju.

Spektralna informacija ne dozvoljava jednostavno matematičko rukovanje s ciljem rasvjetljavanja odnosa među bojama (nije moguće napraviti grafikone više boja i izračunati kako njihova međusobna blizina utječe na njih).

Grafički prikaz spektralne informacije je spektrometrijska krivulja (funkcija) koja pokazuje promjene u refleksiji, transmisiji ili apsorpciji duž valnih duljina vidljivog dijela spektra.

Karakteristike:

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA- karakteristike spektrokolorimetara

Spektrometar koji je dovoljno osjetljiv za otkrivanje malih promjena u intenzitetu svjetla i koji ima odgovarajuće filtere kao što su npr. status T i status A može izvršavati sve denzitometrijske funkcije.

Spektrometar koji posjeduje informacije o CIE standardnom promatraču, krivuljama spektralne emisije za standardne iluminatore, te pomoćne algoritme za izračunavanje CIE tristimulusnih vrijednosti može izvršavati sve kolorimetrijske funkcije.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA- relacije između tristimulusne i spektralne informacije

Relacije između spektralne informacije kao fizikalnoga načina opisa boje i tristimulusne informacije kao piskofizikalne metode opisa boje, moguće je sažeti usljedeći nekoliko rečenica:

Tristimulusnu informaciju nije moguće prevesti u spektralnu informaciju.

Svaka spektralna informacija proizvedena iz tristimulusne informacije bila binešto proizvoljno.

Postoji neodređeni broj prostora koji će proizvesti dobivene tristimulusne vrijednosti pod određenim uvjetima.

Spektralna informacija može biti prevedena u bilo koji oblik tristimulusne informacije za bilo koji uređaj, pod bilo kojim uvjetima.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAODREĐIVANJE OPTIČKE GUSTOĆE BOJE

različito obojene podloge imaju različiti

stupanj refleksije upadnog svijetla

Temelji denzitometrije


Određivanje optičke gustoće obojenih uzoraka provodi se postupcima koji se svrstavaju u denzitometrijske mjerne metode.

Denzitometrijske metode temelje se na određivanju stupnja refleksije i transmisije s ciljem izračunavanja optičke gustoće izražene u obliku bezdimenzionalnih logaritamskih vrijednosti.

Denzitometrijske veličine su sa razine perceptualne uniformnosti puno jednostavnije za rukovanje u matematičkim izrazima, nego što je uporaba

vrijednosti faktora refleksije i transmisije.

Razlog tomu je što je i ljudski vizualni sustav ne-linearan, odnosno mi vidimo jednake razlike između tonova ili jednakomjerno stupnjevanje tonova

od bijelog, preko različitih nijansi sivog, pa sve do crnog u sličnom međusobno odnusu kao i vrijednosti izražene u logaritamskim jedinicama).

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA ODREĐIVANJE OPTIČKE GUSTOĆE BOJE I NELINEARNOST U PERCEPCIJI

Nelinearnost je stalna pojava u ljudskoj percepciji, i to ne samo u vizualnom sustavu nego i kod mnogih drugih osjetila (npr. ukoliko dodamo dvije žličice šećera umjesto jedne ili za dvostruko pojačamo intenzitet zvuka na radiju, nećemo ostvariti osjet nečeg duplo slađeg ili glasnijeg), slično je i sa drugim perceptualnim sposobnostima.

Nelinearnost se naročito očituje u percepciji u odnosu između intenziteta svjetlosti (koji predstavlja broj fotona koji dolaze do osjetilnih stanica oka) i svjetline (koja je ustvari osjećaj koji se generira u ljudskom mozgu - naša percepcija intenziteta).

U slučaju kada se npr. za dvostruko poveća intenzitet nekoga svjetla, ljudski mozak navedenu pojavu neće percipirati kao dvostruko svjetlije, odnosno nema linearnog odnosa između intenziteta i svjetline, već je taj odnos u obliku krivulje slične logaritamskoj.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAODREĐIVANJE OPTIČKE GUSTOĆE BOJE I NELINEARNOST U PERCEPCIJI

Receptorske stanice u ljudskom oku (štapići) mogu se pobuditi u varijacijama do čak 1 000 000 različitih intenziteta, međutim ljudski mozak ne radi toliku diferencijaciju u doživljaju.

Niz sukcesivnih tonova od bijele do crne, koje prosječni promatrač može osjetiti, iznosi oko 200.

U slučaju da neki otisak na kojem se nalazi otisnuta crna točka na bijeloj podlozi, promatramo pod dnevnim svjetlom ili pak pod mjesečinom, razlika u intenzitetu svjetlosti može biti i do 1 000 000 : 1, međutim, mi nećemo imati ni približno toliku razliku u doživljaju.

Razlog tome je što ljudski mozak ne obrađuje toliki raspon intenziteta, koliko osjetila mogu percipirati, već informacije obrađuje na način da veći broj različitih ulaznih informacija (inputa) mapira u mnogo manji broj doživljaja. Jednostavno se smatra da nam nije potrebna tolika diferencijacija, jer te informacije s evolucijskog stajališta nisu bitne za funkcioniranje čovjeka.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAIZRAČUNAVANJE OPTIČKE GUSTOĆE BOJE

Denzitometar je fotoelektrični uređaj koji mjeri refleksiju odnosno transmisiju, određujući pritom veličinu optičke gustoće (logaritamsku vrijednost opaciteta ili neprozirnosti) koju označavamo sa D. (od engleske riječi Density = gustoća)

Denzitometri imaju, za razliku od spektrofotometara nedefiniran izvor svjetla, a mogu imati ugrađene polarizirajuće filtere ili filtere boja aditivne sinteze pomoću kojih se mjeri gustoća obojenja njihovih komplementarnih boja suptraktivne sinteze.

Vrijednosti optičke gustoće određuju se putem sljedećih formula:

D = log O

O=1/T ili O=1/R T=It/Io R=Ir/Io D=log 1/T = log (Io/It) D=log 1/R = log (Io/Ir)

D - optička gustoća (gustoća zacrnjenja/obojenja) O - opacitet ili neprozirnostT - transparencija (propusnost)R - reflektancija (refleksija)Io - intenzitet upadnog toka svjetlostiIt - intenzitet transmitiranog (propuštenog) svjetlaIr - intenzitet reflektiranog (odbijenog) svjetla

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJA ODNOS IZMEĐU OPTIČKE GUSTOĆE BOJE TE REFLEKSIJE I TRANSMISIJE

Transparentna podloga

Neprozirna podloga

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAODNOS IZMEĐU OPTIČKE GUSTOĆE BOJE TE REFLEKSIJE I TRANSMISIJE


Neprozirna podloga

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAPRINCIP RADA REFELEKSIONIH I TRANSPARENTNIH DENZITOMETARA


Neprozirna podloga


Kod denzitometrijskih mjerenja važno je napomenuti da su refleksija i transparencija u osnovi funkcije valne dužine, te je stoga za određivanje optičke gustoće, prilikom mjerenja potrebno koristiti funkcije koja opisuje na koji način refleksija i transparencija moraju biti definirane za jednadžbu optičke gustoće. Navedene funkcije nazvane prema imenima pripadajućih filtera, jer djeluju na način da odvoje jednu krivulju od ostalih.

ANSI (American National Standards Institute) je odredio grupe poznatih krivulja nazvanih ANSI status kvalifikacije za usklađivanje denzitometara prema vrstama materijala u boji.

Status T (refleksni) koristi se za mjerenje materijala u umjetničkoj grafici; kao što su probni otisci i reprodukcije.Status E (refleksni) koristi se u Europi umjesto statusa T za mjerenje materijala u umjetničkoj graficiStatus A (refleksni ili transparentni) koristi se za mjerenje fotografskih materijala u bojiStatus M (transparentni) koristi se za mjerenje negativ filma u boji


Status A (refleksni ili transparentni) koristi se za mjerenje fotografskih materijala u boji


Status E (refleksni) koristi se u Europi umjesto statusa T za mjerenje materijala u umjetničkoj grafici


Status M (transparentni) koristi se za mjerenje negativ filma u boji


Status T (refleksni) koristi se za mjerenje materijala u kao što su probni otisci i reprodukcije.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAANALITIČKA I INTEGRALNA OPTIČKA GUSTOĆA

S obzirom na primjenu (vrstu uzoraka koji se mjeri) optička gustoća se može razdijeliti na analitičku i integralnu.

Analitička optička gustoća mjeri se na jednoslojnim uzorcima i to filterom komplementarne boje. Ovo mjerenje se prakticira u proizvodnji kolor fotomaterijala za isptivanje pojedinačnih slojeva.

Integralna optička gustoća prdstavlja postotak prekrivenosti površine Di (%), a mjeri se na višeslojnim uzorcima u kojima su slojevi nanošeni jedan iznad drugog. Integralna optička gustoća predstavlja zbroj analitičkih optičkih gustoća i pratećih optičkih gustoća nastalih uslijed neželjene apsorpcije.

Također je važno napomenuti da se integralna optička gustoća često mjeri u tri spektralna područja: ljubičasto- plavom, zelenom i crvenom, te one se često nazivaju i trobojne gustoće (ili gustoće obojenja).

Transparentno mjerenje (na filmu) daje direktnu veličinu za Di, dok mjerenja na tiskovnoj podlozi nisu tako jednostavna jer radi različitih debljina nanosa boje zrake se ne reflektiraju pravilno nego raznoliko.


Integralnu integralnu optičku gustoću možemo odrediti kao logaritam omjera ukupne površine rasterskog polja (elementarnog kvadrata) So i nepokrivenog dijela te površine (nepokriveni dio elementarnog kvadrata) So -Sg.

Di = log ((So / (So - Sg))

gdje Di označava integralnu optiču gustoću, S ukupnu površinu koja se mjeri, Sg udio prekrivene (zacrnjene) površine, odnosno vrijednost RTV.

Odnos između raster tonske vrijednosti (RTV) i integralne gustoće zacrnjenja (Di) može se izraziti pomoću formule:

RTV (%) = (1 - 1 / 10Di) * 100

Raster tonska vrijednost predstavlja udio jedinične površine koji je prekriven bojilom, izražen u postotcima.


Važno je napomenuti da odnos između RTV i Di nije linearan, već više nalikuje logaritamskoj krivulji.

INSTRUMENTALNA KOLORIMETRIJAREFLEKSIONA DENZITOMETRIJA

U praktično primjeni, poradi svoje jednostavnosti, denzitometrijska mjerenja koriste se kao sredstvo kontrole različitih parametara tiskarskog procesa.

Mjerenje karakteristika boja u tiskarskom procesu vrši se pomoću filtera u tri spektralna područja: ljubičasto-plavom, zelenom i crvenom (RGB) kako bi se odredile vrijednosti njima komplementarnih boja; žuti, purpurni i zeleno-plavi (CMY).

Mjerenjem kroz filtere komplementarnih boja, uzorak koji se određuje, s obzirom na refleksiju, definira se kao “crno tijelo”, te se stoga često određivanje optičke gustoće naziva i određivanje “gustoće zacrnjenja”.

Konkretno, u grafičkoj tehnologiji mjerenje se najčešće provodi na nizu precizno definiranih polja (poznate RTV) koje nazivamo mjerni klinovi.


Rezultati mjerenja karakteristika otisnutih boja suptraktivne sinteze (sa mjernih klinova) u tiskarskom procesu provodi se u tri spektralna područja (ljubičato-plavom, zelenom i crvenom).

Prikupljeni rezultati najčešće se prezentiraju putem tablice na sljedeći način:

Iz prezentiranih rezultata, moguće je odrediti niz karakteristika tiskarskog procesa koje su vezani uz karakteristike reprodukcije boja.


Nakon provedenih mjerenja, na osnovi dobivenih vrijednosti (prezentiranih u prethodnoj tablici) moguće je izračunati sljedeće karakteristike:

1) Ukupni nanos 2) Ton boje i pogreška tona3) Sivoća boje4) Efikasnost5) Nalijeganje boje na boju6) Prirast geometrijske veličine rasterskog elementa7) Optički efikasnu površinu


1) Ukupni nanos - odnosno maksimalni ton boje

Ukupni nanos je podatak o maksimalnom tonu koji se može reproducirati u konkretnom tiskarskom procesu.

To je u osnovi vrijednost maksimalne optičke gustoće Dmax koja se ostvaruje na reprodukciji te time određuje intenzitet boje, ali indirektno predstavlja i vrijednost ukupnog nanos bojila.

Naročito je važan podatak o nanosi bojila istog tona jer time se ujedno pokazuje i kvaliteta tiskarskog procesa.

Važno je napomenuti da nanos bojila možemo mjeriti pomoću denzitometra samo indirektno (ali nikako ne možemo reći da denzitometrom mjerimo nanos bojila) jer zbog nepoželjne refleksije koja se uvijek događa (bez obzira na kvalitetu bojila) nije moguće precizno direktno određivanje debljine nanosa bojila iz razloga što relacije između debljine nanosa bojila i optičke gustoće nisu linearne, ali je moguće određivanje efektivne vrijednosti optičke gustoće.


2. Ton boje i pogreška tona (Hue & Hue error)

Određivanje pogreške tona moderni denzitometri imaju u pravilu ugrađen u sebi.

Vrijednos koju nazivamo ton boje određujemo putem iznosa svjetla koje se reflektira odnosno apsorbira.

Idealna boja suptraktivne sinteze na reprodukciji bi apsorbirala 1/3 spektra, a reflektirala 2/3.

Odnosno konkretno:Purpurna boja apsorbira zeleni dio spektra a reflektira ljubičasto-plavi i crveni.Zeleno-plava boja apsorbira crveni dio spektra a reflektira ljubičasto-plavi i zeleni.Žuta boja apsorbira ljubičasto-plavi dio spektra a reflektira crveni i zeleni.

Pogreška tona je veličina koja određuje iznos boje u kojem njena refleksija nije idealna, odnosno gdje postoji pomak prema drugom dijelu spektra. Velična pograške tona se izražava u postotcima (%).



Praktično određivanje pogreške tona zasniva se na uspoređivanju idealnog stanja s realnim, odnosno, potrebno je odrediti standard koji se naknadno prati u reprodukcijskom procesu.

Primjer.Određuje se pogreška tona od 0% i od nje se prate pomaci. Purpurna boja sa pogreškom od 0%, kao što je gore navedeno, reflektirala bi sve crvene i

ljubičasto-plave zrake. Ako bi imala pogrešku 100% prema crvenoj boji, tada bi crvenu reflektirala 100%, a plavu 0%, te bi tada imali doživljaj crvene, a ne purpurne.

Pogreška tona može se odrediti denzitometrijskim mjerenjem kroz crveni, zeleni i ljubičasto-plavi filter i uvrštavajući te vrijednosti u formulu:

pogr T = [ ( M – L ) / ( H – L ) ] * 100%

pogr T - pogreška tonaL - Low - najniža optička gustoćaM - Medium - srednja optička gustoćaH - High - najviša optička gustoća



Primjer izračunavanja pogreške tona za purpurnu boju, na osnovi rezultata mjerenja prezentiranih u prethodnoj tablici.

pogr T = [ ( M - L ) / ( H - L ) ] * 100%

pogr T = (0,7-0,1) / (1,3-0,1) * 100% = 50 %

Usmjerenje pogreške tona ovisi o tome koja od tri izmjerene optičke gustoće srednja, koja je najniža, a koja je najviša.

Pograške tona za žutu i purpurnu boju, u pravilu su usmjerene prema crvenoj boji, dok je pogreška tona plavo-zelene boje, u pravilu usmjerena prema ljubičasto-plavoj.


3. Sivoća boje (Grayness)

Čistoća boje, odnosno zasićenje, određuje se kao mjera za odsustvo sive.

Doživljaj boje postaje siv kada boja reflektira manje zraka svjetla onih osnovnih boja sa kojima je otisnut, nego li bijela tiskovna podloga.

Čista boja ima malu optičku gustoću, pri mjerenju kroz najmanje jedan filter boja aditivne sinteze u odnosu na ostale boje.

Što je manje sivog u osnovnim bojama, njihova čistoća je veća, odnosno manji je akromatski udio u tim bojama.

Akromatsko ili sivo područje boje je svako područje koje je izvedeno (otisnuto) sa sve tri boje suptraktivne sinteze u bilo kojem omjeru.

Primjer:Otisnuta purpurna boja bi trebala reflektirati kompletni ljubičasto-plavi i crveni

dio spektra (koje ju izgrađuju), a postaje siva kada počne reflektirati manje navednih zraka boja nego li bijeli papir na kojem je otisnuta.


3. Sivoća boje (Grayness)

Sivost se može odrediti (u postotnim vrijednostima) pomoću najmanje i najveće optičke gustoće ostvarene mjerenjem pripadajućeg uzorka, prema formuli:

g = L / H * 100 %

Primjer izračunavanja sivosti za zeleno-plavu boju, na osnovi rezultata mjerenja prezentiranih u u prethodnoj tablici.

g = [L / H ] * 100% = 0,3 / 1,5 * 100% = 20%

Izračunavanjem pogreške tona i sivoće ujedno određujemo i nečistoću tiskarskih procesnih bojila, budući da nije moguće koristiti idealno čista bojila (boje se onečišćuju mješanjem sa ostalim bojama, nečistoćom stroja, i sl..).


HEG dijagram

Ukoliko, naprimjer pretpostavimo da je neka boja otisnuta različitim omjerima zeleno-plave, purpurne i žute boje.

Mjerenjem boje kroz sva tri filtera boja aditivne sinteze moguće je prikazati udjele svih boja na izmjerenoj površini pomoću grafikona koji se naziva HEG dijagram (Hue Error i Grayness).


4. Efikasnost boje

Prilikom razjašnjavanja denzitometrijske karakteristike koju nazivamo “ton boje” narečeno je da bi jedno idealizirano procesno bojilo apsorbiralo 1/3, a reflektiralo 2/3 spektra.

Odgovor na pitanje kako dobro se ta apsorpcija i refleksija događaju u stvarnosti je, zapravo mjera efikasnosti procesnog bojila.

Uglavnom je iznos reflektiranog svjetla manji od iznosa koji bi se trebao reflektirati, odnosno apsorpcija je veća.

Efikasnost osnovnih boja može se odrediti kao udio nepoželjnog dijela apsorpcije prema željenom dijelu apsorpcije.

Ef = [ 1 - ( L+ M ) / 2H ] * 100 %

Ef - efikasnost bojeoznake L, M i H istovjetne kao i u prethodnim formulama.


4. Efikasnost boje

Primjer određivanja vrijednosti “efikasnosti” za zeleno-plavu boju uzorka na osnovi vrijednosti iz prethodne tablice.

Ef = [ 1 - (L+M) / 2H] * 100 %

Ef = (0,3 + 0,6) / (2 x 1,5) * 100% = 70%


4. Naljeganje boje (Trapping)

Kao rezultat lošeg međusobnog prihvaćanja boje na prethodno već otisnutu boju, u procesu višebojnog tiska, može doći do pomaka boje u opsgu obojenja, odnosno do nepravilnog nalijeganja boje na boju (tzv. iskliznuće boje).

Za određivanje trapinga često se koristi Preucil-ova jednadžba:

Tp = (Dop - D1) / (D2 - Do) * 100%

u kojoj oznaka: D1 predstavlja vrijednost optičke gustoće prve bojeD2 predstavlja vrijednost optičke gustoće druge bojeDo predstavlja vrijednost optičke gustoće tiskovne podlogeDop (Dover print) predstavlja vrijednost gustoće obojenja obje boje,koja bi trebala iznostiti Dop=D1+D2, ali je zbog odgovarajuće neaditivnosti i nekvalitetnog naljeganja uvjek manja od definirane (zbrojenih vrijednsti) Dop < D1+D2.


4. Naljeganje boje (Trapping)

Osim Prencilove jednadžbe za određivanje vrijednosti pravilnog nalijeganja boja moguće je još koristiti i sljedeće formule:

Childers -ova metoda:Tp = 10 - (Dop-D1-D2) * 100%

Brunner -ova metoda Tp = (1 - 10 Dop-Do) / (1 - 10 - ((D1-Do)+D2-Do))) * 100%

Ritz -ova metoda:Tp = (1 - 10 -(Dop-D1)) / (1 - 10 -D2) * 100%


5. Prirast veličine rasterskog elementa (Doot gain)

Prirast veličine rasterskog elementa (Doot gain) podrazumijeva promjenu veličine rasterske točkice u obliku pozitivske deformacije, odnosno prirasta veličine površine kružnog vijenca na rasterskoj točkici.

Sam prirast veličine rasterske točkice sastoji se od optičkog dijela prirasta - deformacije i mehaničkog dijela prirasta, odnosno geometrijske deformacije.


6. Optički efikasna površina

Optički efikasna (aD) površina je karakteristika koja procjenjuje raster tonske vrijednosti onako kako ih oko vidi.

Izražava se bezdimenzionalnim jedinicama (poput relativne rasterske površine). Optički efikasna površina je veličina koja pokazuje koliki dio ulazne svjetlosti

apsorbira rastersko polje, bez obzira na veličinu rasterskih točkica.

Optički efikasna površina jednaka je relativnoj rasterskoj površini samo ukoliko su ispunjeni sljedeći uvjeti:- ukoliko su sve rasterske točkice jednakomjerno obojene,- ukoliko koristimo idealno transparentna bojila,- ukoliko se svjetlost u 100% iznosu reflektira s površine tiskovnog elementa.


4. Optički efikasna površina

Optički efikasna površina izračunava se prema formuli (Murray-Davies):

aD= (1-10-(Dt-Do)) / (1-10-(Ds-Do))

Dt predstavlja optičku gustoća polja rasterske boje, Ds predstavlja optičku gustoću polja punog tona, Do predstavlja optičku gustoću podloge na kojoj se izvodi otisak.

Ukoliko npr.

- kažemo da aD neke otisnute površine izosi 0,75 to znači da rastersko polje apsorbira 75% ulazne svjetlosti, a njegova integralna optička gustoća odgovara 75%-tnoj raster-tonskoj vrijednosti, bez obzira kakva je ona stvarno.


7. Optička deformacija

Optička deformacija je razlika između optički efikasne površine i teoretski definirane relativne površine.

OD = aD - aT

Integralna optička gustoća rasterskog polja na otisku ovisi o relativnoj rasterskoj površini na kopirnom predlošku, optičkoj gustoći punog polja, deformaciji rasterske točkice na tiskovnoj formi, kao i o deformaciji tiska.

Ako je nanos boje takav da se rastersko polje počinje zatvarati, dobivamo osjet (doživljaj), kao da integralna gustoća zacrnjenja/obojenja pripada nekom drugom resterskom polju s većom relativnom rasterskom površinom.

U području tankih nanosa boja, slučaj je obrnut. Tu drugu zamišljenu rastersku površinu definira optički efikasna površina.

Osjetljivost na optičku deformaciju najviše je izražena kod RTV-a od 70% do 80%, jer ljudsko oko najslabije osjeća razliku među njima.

Važno je napomenuti da je optička deformacija uvijek veća od geometrijske deformacije.

MODELIRANJE IZGLEDA BOJE

Intuitivni modeli bojaIntuitivni modeli boja Munsell, NSAMunsell, NSA HLS, HSB, HLS, CIE L*C*hHLS, HSB, HLS, CIE L*C*h°° Pantone, Toyo, Trumach, HKSPantone, Toyo, Trumach, HKS

Kolorimetrijski modeli bojaKolorimetrijski modeli boja Tristimulusni prostor boja i CIE XYZTristimulusni prostor boja i CIE XYZ CIE dijagram kromatičnostiCIE dijagram kromatičnosti CIE UCSCIE UCS CIE L*u*v* i CIE L*a*b*CIE L*u*v* i CIE L*a*b*

Modeli boja uređaja Modeli boja uređaja aditivni aditivni ( RGB, sRGB ... )( RGB, sRGB ... ) auptraktivni auptraktivni ( CMY i CMYK )( CMY i CMYK ) modeli boja za video-signale (YUV, YcbCr, YPbPr, modeli boja za video-signale (YUV, YcbCr, YPbPr,

Kodak YCC)Kodak YCC)

Modeli za opis pojavnosti bojaModeli za opis pojavnosti boja Guth, Nayatani, Hunt, CIE CAM02Guth, Nayatani, Hunt, CIE CAM02

INTUITIVNI MODELI BOJE

Intuitivni modeli boja u pojedinoj lieraturi još se nazivaju i sustavi notiranja (označavanja) boja (Colour Notation Systems) ili sustavi poređenja boja (Colour Oreder Systems) i dijele se u tri osnovne kategorije:

intuitivni modeli temeljeni na aditivnoj sintezi (Ostwaldov krug boja) intuitivni modeli temeljeni na suptraktivnoj sintezi (Tintometar) intuitivni modeli temeljeni na percepcij boja i pojavnosti boja (Munsell, NCS, ...)

Intuitivni modeli boja pokušavaju izostavljajući fizikalne karakteristike boja, isključivo na osnovi ljudske intuicije o međusobnom odnosu među bojama, iste razvrstati i organizirati prema definiranom redosljedu temeljenom na određenim perceptualnim karakteristikama boja koje se opisuju riječima kao što su: sličnost, ton, zasićenje, kromatičnost, svjetlina, jačina, komplementarnost, redosljed i sl.

Stoga, u većini slučajeva intuitivni modeli boja posjeduju i svoja tzv. fizička redosljedna utjelovljenja, odnosno svoje atlase, čipseve i slično.


Problemom razvrstavanja boja i postavljanja odnosa među njima, među prvima ozbiljnije su se počeli baviti šveđani Frosius i Brenner koji su početkom 17 stoljeća zasebno objavili prve krugove boja odnosno mape boja postavljajući pri tome boje u određene međusobne relacije.

Newton je 1671. godine na osnovi eksperimeta razlaganja bijele svijetlosti putem optičke prizme na spektarske boje, te na osnovi njihovog tona, odnosno poređaja u spektru konstruirao zatvoreni krug boja koji je sadržavao sedam osnovnih boja: crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo i purpurna.

Goethe je kasnije (Theory of Colours, 1840), otkrićem komplementarnosti boja, navedeni Newtonov krug boja reducirao na šest boja. U Gotheovom krugu boje su bile poredane na način da su se komplementarne boje nalazile nasuprot jedna drugoj.


Daljnjim razvojem zanosti o percepciji boja i pojavom trikromatske ili Helmholtz-ove teorije (sve boje mogu nastati mješanjem triju osnovnih boja i mogu se percipirati zahvaljujući postojanju tri vrste fotoreceptorskih stanica u ljudskom oku) i teorije suprotnih procesa ili Hering-ove teorije (mehanizmi viđenja suprotnih parova boja), krajem 19 stoljeća dolazi do razvoja novih modela poređenja i razvrstavanja boja s obzirom na karakteristike boja koje su bile razjašnjene navedenim teorijama.

Na osnovi Heringove teorije, švedski fizičar Tryggve Johansson (1905-1950), razvio je sustav poređenja boja, koji je pošto se temeljio na prirodi viđenja boja čovjeka nazvan NCS sustav (Natural Colour System).

Navedeni sustav sastoji se od 4 elementarne boje: crvene, žute, zelene i plave koje su tvorile krug boja te crne i bijele koje su tvorile nivoe.

Međutim, u njemu niti ton, a niti i zasićenje nisu postavljeni kao fundamentalni atributi boje, već su boje poredane kao relacije između suprotnih parova i to crveno - zelenog i žuto - plavog.

NCS je postao standard za opisivanje boja švedskih arhitekata i dizajnera u prvoj polovici dvadesetog stoljeća.

NAČINI INTUITIVNOG OPISA BOJA

Jedan od najčešćih načina intuitivnog opisa boje temelji se na osnovnim uvjetovanim subjektivnim pereceptualnim karakteristikama koje nazivamo : ton, zasićenje i svjetlina.

Tonom boje nazivamo atribut vizualnoga doživljaja na osnovi kojega je neka promatrana površina ili objekt sličan jednoj od percepcija suprotnih parova boja koje nazivamo (crvena, zelena, žuta i ljubičasto-plava) ili određenoj kombinaciji dviju od navedenih percepcija boja.

Ton boje je uzrokovan različitim valnim duljinama i opisuje boju koju osjeća naše oko.

Za razliku od ostalih elektromagnetskih valova kod elektromagnetskih valova duljina od 380 do750 nm postoji mogućnost izdvajanja pojedinih valnih dužina, a time i dobivanja monokromatskog svjetla.


Zasićenje je karakteristika koja pokazuje stupanj odstupanja boje od akromatske boje iste svjetline, odnosno predstavlja odstupanje boje od svoje potpune vrijednosti (ne sadrži akromatsku komponentu).

Zasićenje je to manje što se miješaju boje udaljenije u spektru.

Zasićenje se još može definirati i kao stupanj sivosti u boji.

Boja nastala miješanjem uvijek je manje zasićena od boja od kojih je nastala.

Prikaz promjene zasićenja prilikom mješanja različito udaljenih boja(Boja l1+2 je više zaićena od boje l1+3. Što se više povećava udaljenosti boja koje se mješaju, njihovom produktu smanjuje se zasićenje).


Svjetlina je atribut vizualnoga doživljaja na osnovi kojega neka uspoređivana površina u odnosu na neku definiranu površinu emitira (reflektira) više ili manje svjetla.

Svjetlina boje je karakteristika koja opisuje sličnost boje s nizom akromatskih boja, od crne preko sive do bijele.

Svjetlina određuje stupanj crne boje u određenoj boji. Količina crne boje u određenoj boji određuje njenu refleksiju.

Za ton i zasićenje se kaže da su to veličine koje predstavljaju kromatične vrijednosti boje ili kvalitete, dok svjetlina (ili veličine koje se odnose na luminaciju), najčešće, predstavlja kvantitetu boje.

Što je veličina reflektancije veća to je boja svjetlija.

ODNOSI IZMEĐU OSNOVNIH PSIHOFIZIKALNIH I FIZIKALNIH VELIČINA BOJA

Sve navedene perceptualne subjektivne karakteristike opisa boje (ton, zasićenje i svjetlina) ovisne su o promatraču, uvjetima promatranja, osvjetljenju i sl.Međutim, navedenim subjektivnim perceptualnim karakteristikama mogu se procesom karakterizacije pridružiti objektivne fizikalno mjerljive veličine.

Odnosno perceptualnoj karakteristici koju nazivamo ton boje odgovara fizikalna veličina dominantne valne duljine.

Perceptualnoj karakteristici koju nazivamo zasićenje odgovara fizikalna veličina koju nazivamo čistoća pobude.

Čistoća pobude definira se kao odnos luminancije svjetlosti pojedine frekvencije prema luminanciji pomiješane te iste svjetlosti s akromatskom svjetlošću.

Perceptualnoj karakteristici koju nazivamo svjetlina odgovara fizikalno mjerljiva veličina koju nazivamo luminancija.

Luminacija se definira kao odnos luminantnog toka emitiranog po jediničnom prostornom kutu izvora svjetlosti prema površini izvora projiciranog na ravninu okomitu na liniju svjetlosti.

Munsell-ov sustav prikaza boja

Munsellov sustav prikaza boja (Albert H. Munsell, 1858.-1918.) ili HVC model boja jedan je od prvih intuitivnih modela za prikaz perceptualnih atributa boja.

Ujedno to je i jedini intuitivni model za koji od dana predstavljanja (1905.) do današnjih dana postoji kontinuiranost primjene obojenih fizičkih uzorka (tzv. obojeni Munsell-ovi čipsovi i Munsell-ov atlas boja) koji su prihvaćeni u vrlo velikom broju od strane mnogih nacionalnih standardizacijskih ustanova i organizacija.

Munsell-ov model organiziranosti i poređaja boja zasnovan je na ljudskoj osjetljivosti za razlike i odnose među bojama koji omogućuje određivanje komplementarnih boja, balansa i kombinacije boja.

Uz navedeno definirane su i sljedeće karakteristike: mogućnost izdvajanja komponenti ovisno o boji (kromatičnosti), odnosno odvajanje svjetline od tona boje i zasićenja što omogućuje prikaz boje u dvije dimenzije.

Također postoji jedinstvenost u zapažanjima između boja. Razmak između uzoraka boje odgovara ljudskim razlikama percepcije među bojama (perceptualna uniformiranost). Omogućeno je jasno i precizno označavanje boja za potrebe komunikacije (Munsell-ov atlas boja, izveden je na različitim podlogama: mat ili sjajnim).


Munsellov atlas boja prvi puta komercijalno je predstavljen 1915. godine. Konačna unaprijeđena verzija atlasa koja je i danas u uporabi predstavljena je 1931. godine, od strane Optičkog udruženja Amerike (OSA - Optical Society of America).

OSA je kolorimetrijski specificiralo Munsell-ov atlas boja (Munsell Book of Colors) sa CIE standardnim C izvorom i kutem gledanja od 20.

Munsell-ov atlas boja sadrži oko 1500 uzoraka raspoređenih na 40 stranica konstantnoga tona, pri čemu je svaka stranica tona uređena na način da se svjetlina povećava od nogu prema glavi a zasićenje od hrpta knjige do vanjskog ruba.

Atlas je standardno dostupan otisnut na papiru u matt i sjajnoj izvedbi, ali postoje i opširnije izvedbe i na drugim materijalima.


U Munsellovom modelu svaka je boja određena s tri veličine: tonom – Munsell hue, zasićenjem – Munsell chroma i svjetlinom/sjajnošću - Munsell value .

Veličina Munsell Hue (ton) podijeljena je 10 integralnih cijelina i to u pet osnovnih tonova boja: 5R (crvena), 5Y (žuta), 5G (zelena), 5B (plava) i 5P (purpurna) i pet međutonova sa oznakama 5YR, 5GY, 5BG, 5PB i 5RP. Svaka od integralnih cjelina podjeljena je u daljnjih deset cjelina, odnosno ukupno 100 tonova.

Veličina Munsel Chroma (zasićenost) predstavlja stupanj pomaka veličine Munsel Hue (tona) prema neutralnoj akromatskoj osi u rasponu od 0 (neutralna siva) u središtu do 10 ili 14 na obodu (ovisno o gamutu medija).

Veličina Munsell Value predstavlja sivi stepenasti klin koji ima nivoe između nula (0 = idealna crna boja) i deset (10 = apsolutna bijela boja) i koji su vizualno prema navedenom principu perceptualno uniformirano razmaknuti.

Osnova veličine Munsell Value uzima u obzir činjenicu da ljudsko oko ne registrira svjetlinu linearno, već logaritamski. U Munsell-ovom atlasu boja zbog ograničenja vezanih za gamut (nemogućnost postizanja idealnih boja - crne i bijele na fizičkim objektima), predočene su vrijednosti Munsell Value u rasponu od 0.5 do 9.5.


U navedenom sustavu ton boje (Munsell Hue) označava se slovima i brojem, drugi broj koji označava boju predstavlja zasićenje (Munsell Chroma) u rasponu od 0 do 14 i raste od središta prema obodu. Svjetlina boje (Munsell Value) nanosi se okomito kroz centar sustava i označava se brojevima od 0 (bijela) do 10 (crna).

Npr. neka boja u Munsellovom sustavu označava se na sljedeći način:

10R 4/6

gdje 10R označava ton boje, broj 4 označava svjetlinu boje, a posljednji broj 6 zasićenje boje.

HSB I HLS MODELI BOJA

Model boja pod nazivom HSB sustav konstruirao je A. R. Smith, 1978. godine derivacijom direktno iz RGB modela boja.

Naziv HSB model boja temelji se na engleskim kraticama perecptualnih atributa Hue, Saturation i Brightness, što prevedeno na hrvatski jezik znači: ton, zasićenost i svjetlina (bjelina).

HSB model boja je organiziran tako da se u krugu boje na međusobnoj udaljenosti od 1200 nalaze tri aditivna primara R, G i B raspoređena u obliku trokuta (tako da su što je moguće više udaljeni jedan od drugoga).

Između aditivnih primara nalaze boje koje nastaju njihovim mješanjem, odnosno primari suptraktivne sinteze C, M i Y. Na opisani način omogućeno je da su suprotne boja u krugu komplementarne. Zelena se nalazi nasuprot purpurnoj, plava nasuprot žutoj, a crvena nasuprot zeleno-plavoj.

Navedenim razmještajem boja percepcija njihovoga tona usklađena je s mehanizmima ljudske perecpecije prema Hering-ovoj teoriji suprotnih procesa.


Nedostatci HSB modela boja:

Jedan od većih problema HSB modela boja je u tome što ne uzima u obzir nelinearnost svjetline, odnosno nije postignuta perceptualna uniformiranost svjetline.

Tako svjetlina od npr. 50% zapravo ovisi o tonu boje o kojoj se radi.

Nije postignuta ni neovisnost kromatičnosti o svjetlini, pa tako npr. žuta ispada šest puta intenzivnija od plave boje s istom svjetlinom.

Razlog je u tome što se maksimalna vrijednost svjetline nalazi na istoj ravnoj plohi heksagona zajedno sa svim ostalim čistim bojama.

HSB sustav iako je pogodan za periferne jedinice računala kao što su monitori i skeneri, nije intuitivan i praktičan za primjenu u aplikacijama.


Intuitivni model boja pod nazivom HLS model boja, čije ime tvore kratice atributa: Hue, Luminescance i Saturation (ton, svjetlina i zasićenje) razvila je tvrtka Tektronix 1977. godine s ciljem primjene u računalnim sustavima kao alternativu HSB modelu boja zbog neuspjšnog u definiranja vrijednosti svjetline.

HLS model boja pokušao je riješiti probleme svjetline koji su se javljali u HSB modelu na način da je model izveden sa dva heksagona koja su spojena na svojim ravnim gornjim plohama.

Na taj je način za dvostruko je povećana vrijednost koja opisuje svjetlinu, u odnosu na prethodni HSB model.

Tvrka Tekstronix je 1990. godine razvila je još jedan intuitivni model boja TekHVC (Hue, Value, Chroma), koncipiran geometrijski na HLS modelu boja s razlikom da se vrijednost svjetline (V) izračunava iz uniformirane veličin L* iz CIE kolorimetrijskoga modela boja CIE L*u*v*.


Prikaz konstrukcije HSB modela boja (lijevo) i HLS modela boja (desno)


Obojenje (H) se kod oba modela, definira kao kut u rasponu od 0° do 360°, i to na sljedeći način:

0° - crvena (R), 60° - žuta (Y), 120° - zelena (G), 180° - zeleno-plava (C), 240° - plava (B), 300° - purpurna (M).

Zasićenost (S) raste s odmicanjem od središta tijela, tako da je na obodu najveća. Izražava se u postotcima, od 0% do 100%. Zasićenost u središtu iznosi 0%, a na obodu 100%.

Svjetlina (B) kod HSB modela, odnosno (L) kod HLS modela prikazuje se u postotcima u rasponu od 0% do100%.

Matematički gledano HSB i HLS modeli boja su sustavi s polarnim koordinatama koji imaju diskontinuitet na vrijednosti od 0 do 359,9 stupnjeva.

INTUITIVNI ATLASI BOJA

Pantone sustav boja jedan je od najznačajnih s obzirom na grafičku struku, a temelji se na dva atlasa i recepturama mješanja boja. Prvi atlas boja (Pantone Color Formula Guide) sastoji se od 1012 uzoraka otisnutih kombinacijama Pantone spot boja sa pripadajućim formulama omjera miješanja, izvedenih na premazanim i nepremazanim papirima. Drugi atlas boja (Pantone Process Color Imaging Guide) sastoji se od 924 uzorka otisnutih na sjajnim ili mat papirima, sa formulacijom omjera procesnih boja suptraktivne sinteze (CMYK) za postizanje navedenih uzoraka.

Trumach sustav boja (Trumach ColorFinder) je atlas boja temeljen na preko 2000 uzoraka otisnutih procesnim bojilima (CMYK), koji su međusobno organiziranai (poredani) nešto malo perceptualno uniformiranije nego li Pantone sustav. Druga prednost Trumach sustava je da u svom digitalnom obliku omogućuje korisnicima računalnih aplikacija, odabir pojedinog uzorka iz ponuđenih te otiskivanje istih na pisaču, stroju za digitalni tisak ili tiskarskom stroju, kako bi se odredila korelacija percepcije između CRT prikaza i CMYK otiska te na taj način omogućio točniji odabir željene boje, s obzirom na njezinu pojavnost u drugom mediju.

Tvrtla Agfa je na način sličan prethodno opisanom, odnosno otiskivanjem 16 000 uzoraka procesnih boja u kombinacijama od 0% do 100% i korakom od 5%, na osnovi PostScript koda izradila atlas boja (PostScript Proces Colour Guide) na premazanim i nepremazanim papirima.

MODELI BOJA UREĐAJA

Modeli boja uređaja najčešće su orijentirani na sklopovnu podršku pojedinog uređaja te im nije prioritet prikazivati boje u svezi sa psihofizikalnim veličinama, već sa veličinama i karakteristikama koje su bitne za funkcionalnost pojedinog uređaja. Tipični primjeri takvih modela predstvljaju:

RGB prostor boja (koristi se za procesiranje vizualnih signala na uređajima koji prilikom interpretacije boja koriste primare aditivne sinteze kao što su zasloni računala, skeneri, digitalne kamere i sl.)

i

CMY prostor boja (koristi se za modeliranje boje na pojedinim uređajima ili medijima koji se služe primarima suptraktivne sinteze, u prvom redu grafički otisci).

Za navedene modele boja često kažemo da su zavisni jer ovise o značajkama uređaja na kojem se primjenjuju.


RGB model boja je trodimenzionalno tijelo koje se predočava kao heksaedar (kocka), kojemu su tri osnovne koordinate boje aditivne sinteze: crvena (Red), zelena (Green) i ljubičasto-plava (Blue).

U ishodištu sustava nalazi se crna boja, a nasuprot (s obzirom na prostornu dijagonalu kocke) nalazi se bijela boja. Na bridovima kocke koji su nastali spajanjem koordinata koje odgovaraju kombinaciji dvaju primara aditivne sinteze nalaze se tri sekundarne boje: zeleno-plava, purpurna i žuta.

Prethodno spomenuta prostorna dijagonala, kojoj su krajnje točke crna i bijela boja, naziva se još i akromatska dijagonala i na njoj su smještene sve nijanse sive boje.


CMY model boja je također trodimenzionalno tijelo (heksaedar) u čijem se ishodištu nalazi bijela boja, a na suprotnom kraju dijagonale crna (suprotno od RGB modela).

Osnovne koordinate predstavljaju primari suptraktivne sinteze: zeleno-plava (Cyan), purpurna (Magenta) i žuta (Yellow),

a na bridovima koje tvore dva primara suptraktivne sinteze nalaze se crvena, zelena i ljubičasto-plava boja.


Pojedine boje u navedenim modelima označavaju se koordinatama na tijelu kocke kojoj je dužina brida predstavljena jediničnom vrijednošću, koja ujedno predstavlja apsolutnu vrijednost pojedinoga primara R, G i B odnosno C, M i Y. Ishodište kocke označeno je sa nula, a ukupna vrijednost sva tri primara sa (1,1,1).

Kod računalnih aplikacija, poradi jednostavnijeg opisa, bridovi kocke raspodjeljeni su na 256 jednakih dijelova, u rasponu od 0 do 255 (vrijednost od 8 bita po boji) što omogućuje definiranje raspona od 16.7 miliona boja.

Problem u trodimenzionalnim RGB i CMY modelima boja je u tome što nisu zorni i intuitivni. Kada se navedu tri broja (0 do 255) nemoguće je zamisliti koja je to boja. Uz navedeno, u takvom koordinatnom sustavu slične boje nisu susjedne.

Prostorna udaljenost između boja u dijagaramu ništa nam ne govori o njihovom odnosu, pa relativno mala razlika u numeričkoj vrijednosti jedne od komponenti boje rezultira često relativno velikom razlikom u percepciji boja.


Opseg boja koji se mogu prikazati RGB i CMYK modeli boja definiran je kromatskim vrijednostima njihovih primara.

Najveći nedostatak svih modela boja koji su ovisni o uređaju je različito prikazivanje boja na različitim uređajima.

Riješenje navedenoga problema postiže se postupcima koje nazivamo kalibracija i karakterizacija.

Kalibracija je podešavanje (ugađanje) medija, uređaja ili procesa tako da on daje ponovljive vrijednosti. Kako bi se ostvarila visoka vjernost u procesu reprodukcije boja prvi korak koji se mora poduzeti je da se osigura da medij može konzistentno reproducirati istovjetne boje iz istovjetnih ulaznih podataka (informacija o boji).

Karakterizacija definira odnose između prostora boja medija, uređaja ili procesa i uniformiranih prostora boja CIE sustava na kojima se temelji kolorimetrija.


U prethodnim dijelovima knjige navedeno je da su svi RGB modeli zavisni prostor boja, odnosno da njihove karakteristike reproduciranja ovise o pojedinom uređaju.

Kako bi se izbjegla opisana situacija IEC (International Electrotechnical Commission) je 1998. godine definirao (karaktrizirao) standardni prostor boja (sRGB) za primjenu kod aditivnih uređaja te njegove karakteristike reproduciranja stavio u usku vezu sa CIE sustavima.

Izračunavanje sRGB vrijednosti iz CIE XYZ veličina izvodi se putem sljedeće matrice:

KOLORIMETRIJSKI MODELI BOJA

Iako RGB modeli imaju najširi spektar od svih modela u kojima je moguć prikaz boja, oni su usko vezani za geometriju osvjetljavanja i temperaturu boje svjetla te svaki prelaz u drugi mod rada znači gubitak dijela tonova, zasićenosti ili svjetline. Između ostalog, RGB modele karakterizira preobilje tonova u plavo-zelenom rasponu, te mali raspon u tonovima između zelene i crvene.

S druge strane CMY i CMYK modeli temeljeni na suptraktivnoj sintezi su modeli boja refleksivne površine koji u odnosu na RGB modele imaju suženi spektar tonova i smanjenu svjetlinu.

Uniformirani kolorimetrijski modeli (kao što su npr. CIE L*u*v* i CIE L*a*b*) omogućuju kompromis između RGB i CMYK modela popunjavajući procjep u svjetlini i broju tonova između ova dva osnovna sustava rješavajući problem perceptualne neuniformiranosti.

Za njih podrazumijevamo da su nezavisni od uređaja (Device independent models), odnosno da su u mogućnosti prikazati sve realne gamute boja te omogućiti lagan i kvalitetan prijelaz iz modela u model.


Za razliku od intuitivnih modela boja koji analiziraju primarno perceptualne atribute i njihovu pojavnost ili pak modela boja za uređaje kojima je primarna manipulacija fizikalnim veličinama kolorimetrijski modeli boja su ograničeni psihofizikalni postupci definiranja i modeliranja izgleda boje.

Pri tom se promatra utjecaj fizikalnoga stimulusa (obojene svjetlosti koja dopire u ljudsko oko) i njegovih karakteristika u definiranim uvjetima, na ljudsku percepciju boje.

Konačni cilj kolorimetrije kao znanstvene discipline je izgradnja psihofizikalnog modela ljudske percepcije boja.


Izgradnja takovoga modela boja podrazumjeva ispunjenje sljedećih osnovnih zahtjeva:

1. Svaka pojedna boja mora imati jedinstvene koordinate opisa unutar modela, odnosno dvije boje koje imaju iste kolorimetrijske vrijednosti moraju imati i istu pojavnost te se moraju percipirati kao jednake (u definiranim uvjetima). Vrijedi i suprotno, dvije boje sa različitim koordinatama moraju se percipirati kao različite (u definiranim uvjetima).

2. Kolorimetrijske vrijednosti trebaju se prezentirati unutar koordinatnoga sustava čije su dimenzije perceptualno ortogonalne i u određenoj mjeri u korelaciji s karakteristikama koje definiraju osnovne perceptualne atribute boja.

3. Stupanj (veličina) različitosti između numeričkih vrijednosti koje prezentiraju dvije boje treba biti proporcionalno usklađen s percipiranom različitosti između navedenih boja.


Prvi od prethodno postavljenih zahtjeva (svaka pojedna boja mora imati jedinstvene koordinate opisa, odnosno dvije boje koje imaju iste kolorimetrijske vrijednosti moraju imati i istu pojavnost te se moraju percipirati u definiranim uvjetima kao jednake) može se smatrati ostvarenim primjenom funkcija usklađivanja boja na osnovi CIE standardnog promatrača ( CIE 1931. za 20 i CIE 1964. za 100 ).

Za ostvarenje navedenoga, odnosno s ciljem modeliranja perecptualne reakcije standardnoga promatrača, korišteni su eksperimentalni podatci dobiveni iz funkcija usklađivanja R, G i B primara u tristimulusnom vizualnom eksperimetu (usklađivanje odnosa triju primarnnih stimulusa s ciljem postizanja jednakosti sa testnim stimulusom) na osnovi Grassmanovih zakona.

Koncept ovako postavljenoga tristimulusnog eksperimenta omogućava opisivanje i definiranje svake boje kombinacijom udjela (RQ , GQ i BQ ) triju osnovnih aditivnih primara R, G i B.

Q = RQ R+ GQG+ BQ B


Tristimulusne funkcije usklađivanja boja r (), g () i b () kojima je moguće opisivanje cijelokupnog vidljivog spektra izračunate su kao funkcije spektralne distribucije tristimulusnih primara R, G i B koji bi odgovarlali monokromatskoj svjetlosti sa sljedećim dominantnim valnim duljinama: R (=700 nm), G (=546.1) i B (=435.8).

Funkcije usklađivanja boja pokazuju količinu (udio) svakog od triju osnovnih primara R, G i B na svakoj od valnih dužina potrebnih da bi se uskladila percepcija doživljaja kombinacije triju osnovnih primara sa testnim (usklađivanim) monokromatskim stimulusom na toj istoj valnoj dužini.


Tristimulusne funkcije usklađivanja boja r (), g () i b () kojima je moguće opisivanje cijelokupnog vidljivog spektra izračunate su kao funkcije spektralne distribucije tristimulusnih primara R, G i B koji bi odgovarlali monokromatskoj svjetlosti sa sljedećim dominantnim valnim duljinama: R (=700 nm), G (=546.1) i B (=435.8).

Na osnovi prethodno navedenog opis neke tražene boje Q može biti definiran sljedećom formulom:

Q = r() R +g() G + b() B

Ukoliko koncept tristimulusnoga opisa boje, koji omogućava definiranje svake boje kombinacijom udjela triju osnovnih aditivnih primara R, G i B, predočimo putem modela u tri dimenzije (koje tvore upravo navedeni primari) tada se neka boja Q može prikazati s tri točke u prostoru, putem skalarnih vrijednosti njenih triju primarnih stimulusa RQ, GQ i BQ kao koordinata u odnosu na osi R, G i B.


Stimulus koji uzrokuje doživljaj neke boje Q (definiran kao elektromagnetska energija danog intenziteta i spektralnog sastava) moguće je prikazati vektorima u trodimenzionalnom RGB prostoru, koji nazivamo tristimulusni prostor boja, na sljedeći način:

Jedinični vektori R, G i B koji predstavljaju primarne stimuluse definiraju tordimenzionalni prostor koji nazivamo tristimulusni prostor boja.

Navedeni vektori imaju zajedničko ishodište, ali različite smjerove. Njihove veličine odgovaraju udaljenostima duž tri smjera. Vektor Q ima isto ishodište kao R, G i B vektori.

Njegove tri komponente smještene su duž osi definiranih sa R, G i B, i imaju definirane duljine (skalarne vrijednosti) koje su označene s RQ, GQ i BQ i određuju veličine tristimulusnih vrijednosti za boju Q.


Stimulus koji uzrokuje doživljaj neke boje Q (definiran kao elektromagnetska energija danog intenziteta i spektralnog sastava) moguće je prikazati vektorima u trodimenzionalnom RGB prostoru, koji nazivamo tristimulusni prostor boja, na sljedeći način:

Tristimulusne vrijednosti nekoga traženog stimulusa Q sa spektralnom raspodjelom S(λ) izračunavaju se iz funkcija usklađivanja boja r(λ), g(λ) i b(λ) putem sljedećih formula:

R = ∫λ S(λ) r(λ) d(λ)

G = ∫ λ S(λ) g(λ) d(λ)

B = ∫ λ S(λ) b(λ) d(λ)

Trodimenzionalno prikazivanje boja u tristimulusnom prostoru putem vektora je točno i informativno, ali nepraktično i presloženo (računanje s vektorima) u svakodnevnoj kolorimetrijskoj praksi.

Stoga je iz opisanog trodimenzionalnog modela prikazivanja stimulusnih vrijednosti generiran jednostavniji, dvodimenzionalni model temeljen na skalarnim vrijednostima tristimulusnih vektora.


Dvodimenzionalni model prikazivanja boja (Trikromatski RGB dijagram) modelira se na jediničnoj plohi koja je omeđena s tri stimulusna vektora R, G i B koji su definirani kao jedinični pri čemu vrijedi da je njihov zbroj jednak jedan (R+G+B=1).

Model predstavlja površina istokračnog trokuta (vidljiv iz slike od prije dva slajda).

Visina trokuta prema konvenciji iznosi jedan, a zbroj okomica iz neke točke na stranice trokuta u ovakvom istokračnom trokutu također je jedan.

Koordinatne osi dvodimenzionalnog prikaza predstavljaju linije presjecišta jedinične plohe s tri ravnine koje su definirane parovima tri stimulusna vektora. Iz toga proizilazi da je R=RQ , G=GQ , a B=BQ.

Vrijednosti kromatičnih koeficijenata r, g i b nanose se na stranice nasuprot kutu na kojem se nalazi boja i predstavljaju mjerilo za udio te komponente u nekoj boji.


Dvodimenzionalni model prikazivanja boja (Trikromatski RGB dijagram) modelira se na jediničnoj plohi koja je omeđena s tri stimulusna vektora R, G i B koji su definirani kao jedinični pri čemu vrijedi da je njihov zbroj jednak jedan (R+G+B=1).

Kromatični distribucijski koeficijenti (kordinate) izračunavaju se tako da se dio svakog primarnog stimulusa podijeli sa zbrojem svih dijelova, odnosno vrijednosti svih triju stimulusa:

r = R / (R+G+B)g = G / (R+G+B)

b = B / (R+G+B)

iz čega slijedi da je:

r + g + b = 1

Prednost ovakvog prikazivanja, proizilazi iz formule r+g+b=1, pri čemu ukoliko znamo dvije kromatične vrijednosti, treću možemo jednostavno odrediti na osnovi prethodne jednakosti, putem sljedećih formula:

r = 1 - b - g, g = 1 - r - b, b = 1 - r - g.


Ukoliko detaljnije promotrimo prikaze funkcija usklađivanja boja r(), g() i b() za 20 polje promatranja iz 1931. godine vidljivo je da su u pojedinim područjima spektra, tristimulusne vrijednosti pojednih primara negativne, odnosno navedeno implicira dodavanje negativnih stimulusnih vrijednosti u tristimulusnom vizualnom eksperimentu kako bi se uskladile određene boje.

Opsivanje određenih boja sa negativnim tristimulusnim vrijednostima je nužno jer spektarske boje, kao i neke realne boje, imaju samo po "jednu" vrijednost što znači da se navedene boje ne mogu dobiti miješanjem triju osnovnih primara.

Međutim, ukoliko neka tristimulusna funkcija za usklađivanje boja u određenom spektralnom području počne dobivati negativni predznak to znači da ona počinje dobivati karakteristike komplementarne boje.


Iz funkcija usklađivanja boja je vidljivo da određena negativna količina primara R je potrebna kako bi se u tristimulusnom vizaualnom eksperimentu uskladio doživljaj sa stimulusom koji bi odgovarao monokromatskom svjetlu valne dužine od 500 nm.

Isto tako, iz slike je vidljivo da je određena vrlo mala negativna količina primara G potrebna kako bi se uskladio doživljaj a stimulusom koji bi odgovarao monokromatskom svjetlu valne dužine od 425 nm.

Razlog tomu je visoka čistoća pobude (zasićenosti) kod navedenih stimulusa da bi se oni mogli uskladiti s trima pozitivnim vrijednostima definiranih primara, odnosno testna boja je izvan gamuta (mogućnosti opisa) tri osnovna primara.

Međutim, također je jasno da nije moguće dodati negativnu količinu svjetlosti.


Kako bi se izbjeglo računanje s negativnim tristimulusnim vrijednostima CIE komisija je definirala primare koji mogu svojim pozitivnim vrijednostima opisati sve potencijalno moguće fizikalne stimuluse, odnosno stimuluse koji su zasićeniji, (imaju veću čistoću pobude od monokromatskoga svijetla).

Monokromatsko svijetlo je fizikalni stimulus sa najvećom čistoćom pobude. Boje koje nastaju mješanjem monokromatskih svjetala uvijek su manje zasićene od boja od kojih su nastale.

Iz prethodno navedenih razloga jasno je da tako nešto nije moguće ostvariti sa stvarnim realnim stimulusima.

Stoga je CIE komisija matematičkom derivacijom iz R, G i B stimulusa i podataka vezanih uz standardnog promatrača te širinu vidnog polja od 20 definirala funkcije usklađivanja boja x(), y() i z() na temelju CIE standardnog promatrača (iz 1931.) za imaginarne stimuluse X, Y i Z.


Funkcije usklađivanja boja x(), y() i z() pokazuju količinu svakog od triju imaginarnih primara X, Y i Z na svakoj od valnih dužina, potrebnih da bi se za hipotetskog CIE standardnoga promatrača za kut gledanja od 20 uskladila percepcija doživljaja kombinacije triju imaginarnih primara s testnim (usklađivanim) monokromatskim stimulusom na toj istoj valnoj dužini.


Imaginarne tristimulusne vrijednosti X, Y i Z, nekoga obojenog stimulusa moguće je izračunati putem sljedćih formula:

X = k ∫λ S(λ) x(λ) d(λ)

Y = k ∫λ S(λ) y(λ) d(λ)

Z = k ∫λ S(λ) z(λ) d(λ)

gdje se oznaka S(λ) odnosi na spektralnu distribuciju energije izvora svjetla po pojedinim valnim duljinama, x(λ), y(λ) i z(λ) su funkcije usklađivanja boja, dok oznaka k predstavlja faktor normalizacije koji se izračunava sljedećom formulom:


Imaginarne tristimulusne vrijednosti X, Y i Z nekoga traženog stimulusa mogu se izračunati i pomoću R, G i B tristimulusnih vrijednosti upotrebom sljedećih formula:

X = 0,49000R + 0.31000G + 0,20000BY = 0,17697R + 0.81240G + 0,01063BZ = 0,00000R + 0,01000G + 0,99000B

Koeficijenti korekcije (brojevi) u prethodnim jednadžbama su izabrani tako da vrijednosti X, Y i Z budu uvijek pozitivne za sve boje.

Razlog tako odabranih koeficijenata jest težnja da budu u istom odnosu kao i jedinice luminancije u kojima se izražavaju udjeli primarnih komponenti R, G i B kod izračunavanja luminancije.

To znači da je vrijednost Y proporcionalna luminanciji boje, odnosno da daje svjetlinu boje kao funkciju valne duljine.

U jednadžbama koje povezuju vrijednosti imaginarnih X, Y i Z stimulusa sa R, G i B stimulusima, koeficijenti korekcije za imaginarne stimuluse X, Y i Z kada se zbroje daju vrijednost 1. To znači da u slučaju izoenergetskog izvora svjetlosti (CIE E izvor svjetla), kada je R = G = B tada je i X = Y = Z.


Istovjetno kao i kod tristimulusnog RGB prostora boja i trodimenzionalni CE XYZ sustav imaginarnih stimulusa posjeduje izvedni dvodimenzionalni način prikazivanja određenih karakteristika boja unutar CIE dijagrama kromatičnosti.

CIE dijagram kromatičnosti izveden je dirktno iz CIE XYZ sustava imaginarnih stimulusa i koristi se za grafičko prikazivanje boja u dvije dimenzije neovisno o osvjetljenu.

Veličina Y je indentična imaginarnoj tristimulusnoj veličini Y u CIE XYZ prostoru boja i predstavlja svjetlinu boje, a x i y veličine nazvane su kromatske koordinate boje i izračunavaju se direktno iz tristimulusnih veličina XYZ.

CIE dijagram kromatičnosti naziva se yoš i CIE Yxy model boja.


Realne boje nalaze unutar dijagrama u trokutnom prostoru boja.

Izoenergetski izvora svjetla (E), s obzirom na koji je okomita os svjetline, smješten je u centru trokuta X, Y, Z s koordinatama X/3 i Y/3.

Komplementarne boje postavljene su tako da leže na presjecištu pravca koji prolazi od boje kroz izoenergetski izvor svjetla (E) do rubne linije dijagrama.

Spektarske boje (monokromatska svjetlost) unutar CIE dijagrama kromatičnosti smještene su na krivulji i rubovima dijagrama (proširenom dijelu u odnosu na jedinični trokut X+Y+Z=1).


Na donjoj slici, prikazani su različiti položaji akromatske točke, u ovisnosti o izvoru svjetla (njegovoj temperaturi).

Razlog tomu je činjenica da su svi tristimulusni modeli ovisni o izvoru svjetla.

Da bi odredili tristimulusne informacije za bilo koju boju moramo odrediti uvjete svjetla pod kojima mora biti postignuta usklađenost.

Moguće je da će se dvije različite boje uskladiti pod jednim uvjetom osvjetljenja, ali ne pod drugim.

Tu pojavu nazivamo matemetrija.


Kromatske koordinate kojima se određuje položaj pojedine boje u CIE dijagramu kromatičnosti izračunavaju se uvažavajući činjenicu da je x + y + z = 1 putem sljedećih formula:

x = X / (X+Y+Z)y = Y / (X+Y+Z) z = Z / (X+Y+Z)

pri čemu s obzirom da se radi o dvodimenzionalnom prikazu za predstavljanje boje unutar dijagrama koriste isključivo x i y veličine.

Iz kromatskih koordinata x, y i z moguće je izvesti i obrnutu operaciju odnosno izračunati imaginarne tristimulusne vrijednosti X, Y i Z, putem sljedećih formula:

X = x/y*Y, Y = Y, Z = z/y*Y=(1-x-y)Y/y.


CIE dijagram kromatičnosti, usvojen je 1931. godine od strane CIE komisije kao prvi kolorimetrijski model boja.

Međutim CIE dijagram kromatičnosti ne udovoljava većini zahtjeva kolorimetrije: nije u stanju neovisno prikazati perceptualne atribute (ton i zasićenje iz kojih proizilazi kromatičnost kao i odnos navedenih atributa sa svjetlinom) te nije perceptualno uniformiran (područja MacAdam-ovih elipsi unutar kojih pomaci u koordinatama ne daju proporcionalnu percepciju različitost među boja).Pomak u koordinatama s obzirom na neku boju A unutar CIE dijagrama kromatičnosti (u bilo kojem smjeru) neće producirati istovjetni pomak u doživljaju tona i zasićenja.

Zbog navedenih problema s razmakom između susjednih boja unutar CIE dijagrama kromatičnosti 1960. godine uveden je sistem koji daje ravnomjernija tolerantna područja, pod nazivom CIE UCS model boja.

CIE UCS model boja nastao je kao pokušaj rješavanja jednog od bitnih nedostataka ostalih dotadašnjih sustava, koji se zove perceptualna neuniformiranost, odnosno pokušaj oblikovanja osjetilno jedinstvenog prostora boje u kojem udaljenost između bilo koje dvije boje u prostoru odgovara osjetilnoj blizini te dvije boje.


Perceptualna uniformiranost podrazumjeva da jednake linearne promjene jednog parametra uvijek rezultiraju jednakim promjenama perceptualne vrijednosti standardnog promatrača.

CIE UCS model boja (u pojedinoj literaturi naziva se i CIE Luv model boja) nastao je pokušajem jednostavnog iskrivljenja i rotiranja CIE kromatskog dijagrama tako da standardizirani izvor svjetla pada upravo u centar koordinatnog sistema, dok se oko njega ovija spektralni luk.

Opisanim postupkom postignuta je veća perceptualna uniformnost. MacAdam-ove elipse su smanjene i to neproporcionalno (ovisno o području u kojem su se prvobitno nalazile) na međusobno sličnu veličinu.

Koordinate za prikazivanje boja unutar CIE UCS modela boja izračunavaju se jednostavnom linearnom transformacijom:

u = 4x / (-2x+12y+3) = 4X / (X+15Y+3Z)v = 6y / (-2x+12y+3) = 6Y / (X+15Y+3Z)

Veličina Y je nepromijenjena, istovjetna je veličini Y u CIE xyY modelu boja.


CIE UCS model boja je bio prvi pokušaj oblikovanja standardiziranog osjetilno jedinstvenog modela boja, a izašao je iz uporabe uvođenjem njegovih derivata, u prvom redu CIE Lù`v` modela boja (1964. i 1967.) odnosno, nešto kasnijeCIE L*u*v* modela (1976.).

CIE Lù’v’ je još jedna linearna transformacija CIE Yxy modela boja kod koje veličina Y ostaje nepromijenjena, dok se kromatične koordinate u’ i v’ izračunavaju putem sljedećih formula:

u’ = u,v’ = 3/2 v

odnosno izraženo x i y kromatskim koordinatama i X i Y imaginarnim stimulusima:

u` = 4x / (-2x+12y+3) = 4X / (X+15Y+3Z) v` = 9y / (-2x+12y+3) = 9Y / (X+15Y+3Z)


Vremenski paralelno sa razvojem CIE UCS i CIE Lù`v`modela boja, R.S. Hunter dizajnirao je uniformirani prostor boja temeljen na Munsell-ovom modelu prikazivanja svjetline te Heringovoj teoriji suprotnih procesa.

Hunter-ov Lab model uz određene preinake (dane od strane D. MacAdamsa) prihvaćen je od CIE komisje (zajedno sa CIE L*u*v* modelom), kao standardni CIE model boja pod nazivom CIE L*a*b*.

CIE L*a*b* također je trodimenzionalni perceptualno uniformirani i o uređaju neovisan model prikazivanja boja temeljen na tri kanala veličina L*, a* i b* čije se koordinate dovode u vezu sa psihičkim karakteristikama boje prema principu Heringove teorije suprotnih procesa boja (svijetlo-tamno, crveno-zeleno i žuto-plavo).


Kanal L* prikazuje svjetlinu (u rasponu od 0=idealno bijelo do 100=idealno crno).

Kanal a* prikazuje raspon boja između zelene i crvene (od -200 do +200).

Kanal b* raspon boja između žute i ljubičasto-plave boje (također od -200 do +200).

Točka u kojoj je a*= b*=*L*=0 predstavlja ishodište CIE L*a*b* modela.

Najvažnije prednosti CIE L*a*b* modala boja vezane su za uvođenje svjetline kao treće dimenzije i koordinata koje slijede zonsku teoriju te formule za izračunavanje kolorimetrijske razlike boja koje su pridonijele širokoj primjeni u upravljanju bojama.


Izračunavanje koordinata za opisivanje boje unutar CIE L*a*b*modela boja zasniva se na sljedećim formulama:

L* = 116 ( Y / Yn )1/3 – 16a* = 500 [ ( X / Xn )1/3 - ( Y / Yn )1/3 ] b* = 200 [ ( Y / Yn )1/3 – ( Z / Zn )1/3]pod uvjetom da su omjeri X/Xn, Y/Yn i Z/Zn veći od 0,008856.

U slučaju da su vrijednosti omjera X/Xn, Y/Yn i Z/Zn manje ili jednake 0,008856, tada se koriste sljedeća modificirana formula:

Lm* = 903.3 Y / Yn

gdje X, Y i Z predstavljaju tristimulusne vrijednosti podražaja, a oznake Xn, Yn i Zn odnose se na stimuluse (podražaj) bijelog objekta koji je određen energijom zračenja standardnog izvora svjetla.

Documents

Kolorimetrija i multimedija - 2007 -