MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

1/25

TEORIA BARW (elementy)

1. Podstawowe wiadomości o barwach

definicja barwy (fizjologiczna)

wrażenie wzrokowe powstałe w mózgu na skutek działającego na oko promieniowania

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

1

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

2/25

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

2

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

3/25

maszyny nie posiadają tak doskonałego “narzędzia” jak oko - stąd czasami

‘widzą’ inaczej

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

3

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

4/25

A

trybuty barwy w przestrzeni barw:

Kolor, zwany też odcieniem lub (rzadziej) walorem.
Nasycenie

determinuje udział koloru w barwie. Gdy dodajemy światło białe,

uzyskujemy promieniowanie niezmienione w kolorze, jak np. niebieskie -> błękitne -> białe.

Jasność (jaskrawość)

jest atrybutem określającym, ile czerni zawiera odpowiednia

barwa albo ile bieli usunięto bądź dodano do pewnej barwy.

Brightness, - określa światło białe, odnosi się do oceny światła białego.

ogólne wrażenie jasności

Brightness dla barwy -

ilość światła białego, z którego wywodzi się światło

wywołujące wrażenie tej barwy

Intensity, intensywność koloru -

jest to ocena jako przyrównanie do możliwości

źródła światła. Intensywność barwy jest to liczba określająca proporcję ilości światła do
maksymalnej zdolności źródła.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

4

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

5/25

Saturation, nasycenie koloru -

opisuje proporcję ilości składnika chromatycznego

do ilości barwy.

Organizacja CIE - Międzynarodowa Komisja ds. Oświetlenia (Commission
Internationale de I'Eclairage) - prezentuje pojęcie nasycenia jako wartość maksymalnej
intensywności składnika chromatycznego barwy w świetle Brightness.

Można też nasycenie rozpatrywać jako: liczbę określającą proporcje ilości

składnika chromatycznego barwy do ilości barwy, z której wyjęto ten składnik.

Luminance, luminancja koloru - ocena intensywności światła w ustalonych

warunkach pomiarowych (najczęściej w odniesieniu do jednostki powierzchni).

Lightness, średnie światło białe - Jeżeli z obrazu kolorowego chcielibyśmy

zrobić obraz o treści czarno-białej, to punkty obrazu czarno-białego będą miały
luminację równą Lightness.

CIE taką wartość luminancji nazwała terminem Lightness. Tak więc ten termin

odnosi się tylko do oceny luminancji.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

5

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

6/25

Ww własności są ze sobą ściśle powiązane - Prawo Betzolda-Brueck'ego:

“w zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą jasności zachodzą zmiany

barwy postrzeganej”.

1

znaczne zwiększenie jasność barwy przesuwa kolory pasma

niebiesko

fioletowego

widma w stronę

błękitu

, zaś pasma

czerwono

pomarańczowego

w stronę

koloru

żółtego

żółtego

.

zmniejszenie jasności

powoduje zanikanie barw

żółtych

żółtych

i

błękitnych

.

1

Cohen S., Williams R., Skanowanie i drukowanie. Jak to zrobić? Wydawnictwo: Helion, 2003

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

6

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

7/25

1.1.Widmo barw

Izaak Newton przeprowadził doświadczenie dotyczące rozszczepialności

światła białego przez pryzmat, które wyjaśniło, że barwa mocno zależy od załamania
światła.

Widmo jest właśnie rezultatem rozszczepionego światła białego.

2

Zauważył, że

fale, które są dłuższe zaginają się słabiej, a krótkie zaginane są silniej.

Wiąże się to z

rozszczepianiem się

światła białego na
składowe.

2

Duch W., Fascynujący świat komputerów, Wydawnictwo Nakom, Poznań 1997.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

7

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

8/25

1.2. Tworzeni

e barw

1.2.1. Synteza addytywna
polega na nakładaniu się na siebie świateł trzech barw podstawowych -

czerwonej

,

zielonej

i

niebieskiej

, dla uzyskania barwy wynikowej.

tak utworzona barwa zawsze będzie jaśniejsza niż tworzące ją barwy podstawowe. Dzieje

się tak, ponieważ barwa mieszana zostaje uzupełniona barwami widma światła białego.

Kilka przykładów tworzenia barw:
- Zmieszanie addytywnych barw podstawowych, występujących w pełnej intensywności, daje barwę białą.
- Pomieszanie barw podstawowych w takich samym proporcjach, ale nie przy pełnej intensywności, daje

odcień szarości.

- Jeżeli wszystkie światła trzech barw podstawowych (czerwonej, zielonej i niebieskiej) będą wygaszone,

wtedy otrzymamy czerń.

- Jeżeli zmieszamy addytywną barwę

niebieską

z barwą

zieloną

, wtedy - otrzymamy barwę drugorzędową

niebieskozieloną

.

- Jeżeli zmieszamy barwę

niebieską

z barwą

czerwoną

, wtedy otrzymamy barwę drugorzędową

purpurową

.

- Jeżeli natomiast zmieszamy addytywną barwę

czerwoną

z barwą

zieloną

, wtedy - otrzymamy barwę

drugorzędową

żółtą

żółtą

.

- Zmieszanie addytywnych barw podstawowych w różnych proporcjach daje najróżniejsze barwy mieszane.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

8

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

9/25

1.2.2. Synteza subtraktywna
Subtraktywne tworzenie barw -sposób powstawania barw wynikowych jest

podobny jak powyżej.

Podstawową różnicą są barwniki, które nakłada lub miesza się ze sobą tak aby

powstała oczekiwana barwa wynikowa.

Pigment, jaki otrzymamy zawsze jest ciemniejszy od tych które brały udział w jego

tworzeniu.

3

Jest to zjawisko odwrotnie jak w metodzie addytywnej.

Kilka przykładów tworzenia barw metodą subtraktywną:
- Jeżeli barwniki (farby) w barwach:

niebieskozielona

,

żółta

żółta

,

purpurowa

zostaną nałożone w

maksymalnych stężeniach, otrzymamy barwę czarną.

- Natomiast, jeżeli wszystkie te barwy wystąpią w stężeniach równych, ale innych niż minimalne i

maksymalne, powstanie odcień szarości.

- Jeżeli zmieszamy subtraktywną barwę

żółtą

żółtą

z barwą

purpurową

, otrzymamy barwę

czerwoną

.

- Jeżeli zmieszamy subtraktywną barwę

żółtą

żółtą

z

niebieskozieloną

, otrzymamy barwę

zieloną

.

- Jeżeli wreszcie zmieszamy barwę

purpurową

z

niebieskozieloną

, otrzymamy barwę

niebieską

.

- Zaś zmieszanie farby

żółtej

żółtej

,

purpurowej

i

niebieskozielonej

w proporcjach, odpowiednio, 100%, 25% i 25%

da barwę

ciemnożółtą

.

- W ten sposób możliwe jest otrzymanie dowolnej barwy, za wyjątkiem białej, ale na szczęście produkowany

papier jest zazwyczaj biały.

3

Dąbrowa T, Krajewska E., Różnica barw w reprodukcji poligraficznej i sposoby jej określania, Politechnika

Warszawska, Instytut Poligrafii.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

9

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

10/25

1.3 Przestrzenie barw

ściśle definicje odczytywania i tworzenia barw, opisane składowymi.
stworzone w celu ustandaryzowania reprodukcji barw.

1.3.1 Przestrzeń RGB

Monitor, telewizor, skaner, naświetlarka filmów...
Przestrzeń barw RGB stosowana w oprogramowaniu graficznym - dla

urządzeń bazujących na świetle. Poziomy jasności barw RGB od 0 do 255 co jeden -
256*256*256 = 16 777 216.

4

Definiowanie barw w modelu RGB.

4

Hebisz T., Multimedia i grafika komputerowa, wykład “MODELE BARW”

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

10

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

11/25

barwa czarna - punkt (0,0,0) - zerowa intensywność wszystkich składowych.
biel - punkt (1,1,1)
poziomy szarości od czerni do bieli - odcinek (przekątna) od (0,0,0) do (1,1,1)
inne punkty, ogólnie a*(r,g,b) - wektory od (0,0,0) - reprezentują różne nasilenie
barwy

Model RGB definiuje jawnie intensywność ale dla indywidualnych

składowych R,G,B. Składowe RGB są ortogonalne, niezależne od siebie (składowa =
0 - zero intensywności barwy podstawowej, składowa = 1 - intensywność
maksymalna.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

11

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

12/25

W praktyce liczba możliwych od przedstawienia barw jest dużo mniejsza niż w

teorii (niedoskonałość sprzętu graficznego).

Monitor wyświetla każdy kolor za pomocą trzech barw pierwszorzędowych.

Biel to maksymalne ilości świateł R, G i B. Czerń - kiedy nie jest emitowane światło.

Luminofory,
Luminofory, fosforyzując w odpowiednich kombinacjach R, G i B, symulują

odtwarzanie barw obrazu. Proces nakładania (mieszania) się świateł odbywa się w
oku, dzięki czemu możliwe jest postrzeganie żądanej barwy wynikowej np.
- Do otrzymania barwy

niebieskozielonej

- zmieszanie barw

zielonej

i

niebieskiej

.

- Do otrzymania barwy

purpurowej

- zmieszanie barwy

niebieskiej

z

czerwoną

.

- Do otrzymania barwy

żółtej

żółtej

- zmieszanie barw

czerwonej

i

zielonej

.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

12

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

13/25

1.3.2. Przestrzeń CIE XYZ

(

Commission Internationale de I'Eclairage)

Podstawową właściwością tej przestrzeni jest to, że pozwala ona w sposób

jednoznaczny zdefiniować każdą postrzeganą barwę przez trzy współrzędne.

Przestrzeń ta wykorzystuje trzy nie występujące w naturze, lecz stworzone

wyłącznie na potrzeby tej przestrzeni barwy podstawowe X, Y, Z do opisu barw.

Przestrzeń CIE XYZ posłużyła do opracowania wszystkich pozostałych

przestrzeni niezależnych od urządzeń (np. CIE Lab).

Przestrzeń odniesieniowa CIE XYZ odwołuje się do wyników badań

postrzegania barw dokonanych w dokładnie określonych warunkach i jest środkiem
zapewniającym dokładną reprodukcję barw, niezależnie od urządzeń wejścia, wyjścia i
wyświetlania.

Opracowana została przez Międzynarodową Komisje ds. Oświetlenia

(Commission Internationale de I'Eclairage) w 1931 r.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

13

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

14/25

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

14

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

15/25

1.3.3. Przestrzeń CIE Lab

Swoiste połączenie RGB i CMY(K)
Przestrzeń CIE Lab opisywana jest przez:
L (przedstawiające jasność, światło),
a (przedstawiające zakres od

czerwieni

do

zieleni

) oraz

b (przedstawiające zakres od

żółtego

żółtego

do

niebieskiego

).

Barwy umieszczone są w elipsoidzie (kuli) o trzech prostopadłych osiach.

Ponieważ barwy zawarte w elipsoidzie CIE Lab stanowią największą przestrzeń,

jaką udało się opisać matematycznie, wszystkie pozostałe
modele oparte na CIE XYZ można
przedstawić

za

pomocą

współrzędnych Lab.

Opisywana przestrzeń zawiera

cały zakres barw widzianych przez
oko. Największą zaletą tej przestrzeni
jest jej niezależność od urządzeń.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

15

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

16/25

1.3.4. Przestrzeń HSB, HSV

na podstawie widzenia barw przez człowieka
umożliwia definiowanie barw przy pomocy intuicyjnych atrybututów takich

jak:

odcień (ang. Hue),
nasycenie (ang. saturation, intensity, chroma) i
jasność (ang. lightness, value, brightness).

Oba modele, RGB i HSB, mają równorzędne znaczenie w grafice komputerowej.

Model HSB opisuje kolor w stopniach od prawego poziomego promienia tarczy

barwnej w kierunku odwrotnym do ruchu wskazówek zegara. Z kolei dwa pozostałe
pojęcia definiujące barwy — nasycenie i jasność — są określane procentowo.

5

Przykładowo, CorelDRAW v9. umożliwia zdefiniowanie barwy poprzez wartości

jej atrybutów: H (kolor) — 360, S (nasycenie) — 100, B (jasność) — 100 - co w
efekcie daje około 3,6 min barw.

6

5

Dąbrowa T., Krajewska E., Różnica barw w reprodukcji poligraficznej i sposoby jej określania, Politechnika

Warszawska Instytut Poligrafii

6

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

16

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

17/25

Paint Shop Pro v8. umożliwia wprowadzanie wartości z przedziału od 0 do 255,

z krokiem co 1. Zapewnia to możliwość uzyskania 16 777 216 barw.

Definiowanie barw w modelu HSB lub HSV.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

17

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

18/25

1.3.5. Przestrzeń CMY(K)

W celu uzyskania jakiegoś koloru miesza się trzy farby, pigmenty o barwie:

niebieskozielonej

,

purpurowej

i

żółtej

żółtej

. (CMY = C — Cyan, M — Magenta, Y —

Yellow).

Przestrzeń CMY wg subtraktywnego modelu barw - bazuje na mieszaniu farb.

W wyniku pomieszania trzech barw podstawowych uzyskuje się barwę czarną.

Definiowanie barw w modelu CMY-K.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

18

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

19/25

Dla zmniejszenia zużycia materiałów eksploatacyjnych, stosuje się czwartą,

dodatkową farbę o barwie czarnej (CMYK = C — Cyan, M — Magenta, Y — Yellow
i K - BlacK albo Key).

7

Technologia HiFi Color, np. Hexachrome - CMYK + pomarańcz i zieleń

76,7

Dąbrowa T., Krajewska E., Różnica barw w reprodukcji poligraficznej i sposoby jej określania, Politechnika

Warszawska Instytut Poligrafii

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

19

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

20/25

Matematyczne zobrazowanie modelu CMY ma postać sześcianu

- w punkcie, od którego wychodzą osie występuje brak barwy (podkład, papier).
- Sześcian CMY ma trzy osie prostopadłe, odpowiadające barwom składowym farb,

wzdłuż których wzrasta ich nasycenie. Największe nasycenie - na końcu osi.

- W przestrzeni CMYK jest z liniowa zależność czerni od innych barw.

Uzyskanie żądanej barwy wynikowej – przez zdefiniowanie poziomów jasności barw

składowych (max 256 poziomów jasności każdej barwy, w procentach).

Barwy zdefiniowane w przestrzeni RGB nie muszą pokrywać się z tymi, które

reprezentuje przestrzeń CMYK (dotyczy to przede wszystkim barw z zakresu błękitu i
czerwieni). Praca z grafiką w RGB, zapis końcowy w CMYK.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

20

zielona = (1,0,1)

C

M

Y

cyjan = (1,0,0)

magenta = (0,1,0)

żółta = (0,0,1)

niebieska = (1,1,0)

czerwona = (0,1,1)

czarna = (1,1,1)

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

21/25

Modele telewizyjne YUV, YQI

TV czarno-biała (rok 1926)
TV kolor – 1929 - 1956 w USA pierwszy nadajnik dla publicznej telewizji kolorowej.

Praktycznie - dwa modele bardzo podobne do siebie.

Różnice wynikają z różnych rozstrzygnięć technicznych przez niezależnych od siebie

konstruktorów i projektantów sygnału telewizyjnego.

W Europie telewizja oparta jest o model YUV,

podział ze względu na sposób kodowania składowych modelu: PAL i SECAM.
Symboliczne litery w nazwie modelu posiadają określenia w ramach tylko tych modeli. Na

przykład symbolu Y nie należy kojarzyć z takimi samymi symbolami w innych modelach.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

21

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

22/25

USA, Kanada, Japonia - system nadawania telewizji kolorowej nazywany NTSC. Model opisu

kolorów w tym systemie nazywany jest YQI.

We wszystkich tych modelach Luminancja jest taka sama - możliwość odtwarzania obrazu co

najmniej czarno białego.

Składowa Y nazywana luminancją mniej więcej odpowiada światłu Lightness definiowanemu

przez organizację CIE, ale wartościowo jest inna od definicji pochodzących od tej organizacji. Dla
praktyków jest to treść czarno-biała obrazu w pełni kolorowego.

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

22

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

23/25

1.4. Profile ICM

(ICC)

Profilei barw odpowiednich urządzeń wejścia, wyjścia i wyświetlania – w

plikach o rozszerzeniu ICM (ang. Image Color Matching)

8

lub ICC.

W profilach ICM są zapisane dane dotyczące różnic barw danego urządzenia.
Podstawa funkcjonowania systemu zarządzania kolorami.
Jeżeli posiadamy profile do wszystkich urządzeń, które wykorzystujemy w

procesie obróbki grafiki, wtedy system (SO WINDOWS) może podjąć działania
mające na celu zapewnienie jak największej wierności odtwarzania barw.

właściwości danego urządzenia / ustawienia / zarządzanie kolorami
Zarządzanie kolorami SO Windows bazujące na profilach ICM nie zawsze

zapewnia najlepsze rezultaty. Dodatkowo nie wszystkie firmy dołączają do swoich
urządzeń profile ICM.

Profil - swego rodzaju standard przemysłowy — sRGB Color Space Profile.

8

Centrum pomocy i obsługi technicznej MS Windows XP

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

23

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

24/25

1.5. Color Menagement System (CMS)

CMS (ang. Color Management System)

9

to profesjonalny systemem

zarządzania barwą wykorzystywany w celu uzyskania maksymalnej zgodności
kolorów.

Systemy CMS działają poprzez przekształcanie barw z przestrzeni zależnej

od urządzenia na barwy przestrzeni od urządzeń niezależnej (np. CIE Lab).

Odbywa się to przy udziale

profili barw. Przykładowo, skaner,
aparat cyfrowy, naświetlarka filmów
barwnych i monitor pracują w trybie
RGB, natomiast drukarki czy
maszyny offsetowe — w trybie
CMY lub CMYK. Oczywiście,
przestrzenie RGB i CMY lub CMYK
są przestrzeniami zależnymi od
urządzeń. Ponieważ oprócz różnic w
przestrzeniach barw mogą wystąpić
różnice pomiędzy poszczególnymi

9

Centrum pomocy i obsługi technicznej MS Windows XP

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

24

MULTIMEDIA

teoria barw – wprowadzenie

25/25

egzemplarzami urządzeń (nawet w obrębie jednego modelu), tworzone są profile
zawierające indywidualną charakterystykę konkretnego urządzenia.

Przykłady CMS: Agfa ColorTune, Apple ColorSync, Cobra Match i Kodak

CMS.

10

Prawidłowe wyznaczenie profilu nie oznacza jeszcze, że urządzenie będzie

odtwarzało barwy idealnie. Równie istotne pozostają także ustawienia parametrów
użytkowych urządzeń wejścia, wyjścia i wyświetlania. Zaleca się możliwie najczęstsze
kalibrowanie urządzeń w miarę ich używania. Aby nie dopuścić do sytuacji, kiedy
profil urządzenia (np. drukarki) będzie spowalniał prace całego systemu, zaleca się
używanie firmowych ustawień neutralnych.

Wspomaganie sprzętowe – PANTONE huey – korekcja ustawień monitora (90

$)

10

Duch W., Fascynujący świat komputerów,Wydawnictwo Nakom, Poznań 1997

dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

25