Podręcznik

Rysunek 1. Rozkład widmowy światła.

Z fizycznego punktu widzenia światło jest sumą energii fal elektromagnetycznych. Długości fal światła widzialnego zawarte są w przedziale od 380nm (dla fioletu) do 780nm (dla czerwieni), co obrazuje rozkład widma na Rys. 1, będący efektem rozszczepienia światła białego. To oznacza, że światło białe jest mieszaniną wszystkich barw z tego spectrum. Ilość energii przypadającej dla każdej długości fali jest reprezentowana przez widmowy rozkład energii P(λ) (Rysunek 1). 

Rysunek 2. Typowy rozkład energii widmowej P(λ) światła.

Światło barwne wywołuje o wiele bogatsze wrażenia wzrokowe niż światło achromatyczne. Ze światłem barwnym związane są trzy podstawowe pojęcia: odcień barwy, nasycenie i jasność. Rozpatrzmy po kolei każde z nich.

Odcień barwy - dotyczy samego koloru, tzn. związany jest z takimi pojęciami jak czerwony, żółty, zielony, pomarańczowy.

Nasycenie - właściwość wrażenia wzrokowego umożliwiająca ocenę udziału barwy chromatycznej, czystej, we wrażeniu ogólnym. Różnicuje ono barwy nasycone i nienasycone (do barw nienasyconych możemy zaliczyć pastele). Określa procentowy udział bieli w barwie (barwy wydają się bledsze, im większy jest udział światła białego w mieszaninie). Przy zmniejszaniu nasycenia barwy do zera, niezależnie od odcienia barwy uzyskamy barwę białą.

Jasność - oznacza achromatyczny opis odbieranej jasności przy obserwacji obiektu odbijającego światło. Jasność jest właściwością wrażenia wzrokowego powodującą, że ciało albo powierzchnia wydaje się przepuszczać lub odbijać większą lub mniejszą część światła padającego. Przy zmniejszaniu jasności niezależnie od odcienia barwy uzyskamy barwę czarną.

Często można się spotkać z czwartym określeniem tzn. z jaskrawością. Jaskrawość związana jest z przypadkiem, gdy nie mamy do czynienia z obiektami odbijającymi światło, ale światło emitującymi.

Rysunek 3. Progi czułości oka w zakresie fal światła widzialnego

Cechą charakterystyczną receptorów odbierających światło jest to, iż czułość receptorów odbierających światło niebieskie jest znacznie mniejsza niż czułość receptorów światła czerwonego i zielonego. Wynika to z tego, że oko ludzkie jest dostosowane do otaczającego nas źródła światła - Słońca, emitującego maksymalną ilość promieniowania w zakresie światła żółtego, tj. ok. 550 nm.

Oko ludzkie może rozróżnić do kilkudziesięciu tysięcy różnych barw zawartych w przestrzeni barw. Aby takie rozróżnienie było możliwe, należy porównywać ze sobą barwy nieznacznie różniące się od siebie.
W przeciwnym przypadku mózg ludzki zarejestruje obie barwy jako identyczne (nawet jeśli ich rzeczywiste barwy znacznie się różnią). Przyczyna tkwi w tym, że człowiek określa kolory na podstawie wywoływanych przez te kolory wrażeń wzrokowych, a nie na podstawie ilościowego wyznaczenia rzeczywistych barw.

W badaniach tego typu sprawdzane są najmniejsze różnice barw, które są dostrzegalne przez oko ludzkie. Porównywalne barwy różnią się od siebie nieznacznie pod względem:

• Luminancji (jasności)
• Odcienia barwy 
• Nasycenia.

Pozwala to określić tzw. progi czułości oka ludzkiego.

Rozdzielczość oka w sensie widzenia barw (progi czułości):

• Różnica luminancji (jasności) - określa ilość odcieni szarości, które oko ludzkie jest w stanie rozróżnić. Człowiek rozróżnia te odcienie jako jaśniejsze lub ciemniejsze. Rozróżnialnych jest około 40-50 poziomów szarości.
• Różnica odcieni - określa ilość odcieni, które oko jest w stanie rozróżnić przy w pełni nasyconej barwie. Różnica ta wynosi około 4nm, co powoduje, że jest rozróżnialnych około 150 różnych odcieni.
• Różnica nasycenia - określa ilość rozróżnianych poziomów nasycenia barwy. Testy takie są prowadzone przy ustalonej wartości jasności i odcienia. Wartość ta zależy przede wszystkim od długości fali dominującej (czyli odcienia) i samego nasycenia. Rozróżnialnych jest około 25 poziomów nasycenia barwy dla odcieni fioletowych lub czerwonych, czyli na krańcach widma. W środku widma ta ilość spada do 20-15 w związku z tym, że w tym zakresie oko posiada większą rozdzielczość w stosunku do odcienia barw.

Modele HSB/HSL/HSV - addytywne modele barw, w których barwy zostały zdefiniowane poprzez ich atrybuty, tzn.: kolor, jasność i nasycenie. Nazwa pochodzi od nazw atrybutów definiujących barwę, tzn.: ang. Hue - odcień, ang. Saturation - nasycenie, ang. Brightnes - jaskrawość, ang. Lightness - jasność, ang. Value - wartość jasności.

Model HLS obejmuje przestrzeń barw zbliżoną do podwójnego stożka, w którym barwy widmowe są rozmieszczone wokół wspólnej podstawy stożków.

Rysunek 5. Model HLS

Na zakończenie zajmijmy się modelem RGB, bezpośrednio odpowiadającym mieszaniu barw trzech rodzajów świecących pikseli na matrycy monitora czy telewizora.

Rysunek 4 – Aplikacja nr 1. Model RGB. Każdą ze składowych R, G, B można zmieniać w zakresie od 0 do 255.
Warto się przyjrzeć, jak wygląda zapis wybranej barwy w modelu HSV i w układzie szestnastkowym (HEX).
Kliknięcie w kolorowe okienko przenosi nas do okna z innymi metodami wyboru barwy.

Rysunek 6. Subpiksele na monitorze LCD.