Angles of view

Projekce dat (XV)

Barevný odstín a oko - vnímání barev


Podíváme-li se na obraz promítnutý na projekční plochu displeje, aktivita našich očí a našeho mozku vyvinutá k rozpoznání obrazu je velmi rozmanitá a komplexní. Kromě rozlišování mezi čarami a konturami, tmavými a světlými plochami, spoléhá náš vizuální systém hlavně na svou schopnost rozlišit mezi tím, co náš mozek nazývá barvy. Protože dnes je již každý projekční přístroj barevný, podívejme se na to, co se děje při zobrazování obrazu v¦barvách, a na to, co vidíme, když vnímáme barvy.

Předtím, než analyzujeme naše vnímání barev, přibližme si napřed
zběžně rozpoznávání černé a bílé. Je-li tato klasická dvojice
omezena pouze těmito dvěma extrémy, uvažujeme o displeji, který
je právě jako tento text. I kdyby byly obsah a souvislost mezi
slovy tak komplikované, jak si jen dokážeme představit, zdroje
nutné k jejich zobrazení by nebyly nijak zvláštní. K tomu,
abychom napsali buď tuto stránku textu, nebo popsali celou
projekční plochu, je nutné pouze instruovat každý z pixelů v
pozadí, aby byl ve stavu ON nebo OFF.

Nyní předpokládejme, že stránka je skutečně jen jakýmsi rámečkem
vystřiženým z černobílého filmu. Aby ji mohly napsat, budou
jednotlivé pixely potřebovat podrobnější instrukce, které již
nebudou pouze binární. To, co ještě před chvílí bylo černé či
bílé, je nyní černé, bílé nebo je to směs těchto dvou barev,
tedy šedá. Počet gradací, jež náš displej zobrazí mezi těmito
dvěma extrémy, je to, co nazýváme jeho greyscale (stupnicí šedi).

Samozřejmě velká greyscale dovoluje jemnější stínování a textury
než stupnice menší. A zatímco zřejmě nebudeme potřebovat mnoho
odstínů šedi pro pohodlné čtení tohoto textu, oceníme je
například při prohlížení fotografie Abrahama Lincolna nebo
kresby Rembrandta.

Greyscale, sytost a odstín

Stupnice šedi (greyscale), čili vnímání stupňů světla a stínu
nějakého předmětu nebo scény, je prvním ze tří konceptů, které
budeme potřebovat pro vyšetření pojmu barva. Dva další jsou
saturace (sytost) a barevný odstín.


Na obr. 1 je abstraktní diagram, ukazující tři vlastnosti barvy
v tzv. Munselově barevném prostoru. Osa, kolem níž rotuje
barevné kolo, je stupnicí šedi (někdy nazývaná "hodnota"). Každá
loukoť kola představuje jinou barvu s posunem v odstínu, který
roste ve směru pohybu hodinových ručiček od červené (nejdelší
rameno v pozici 3. hodin) přes oranžovou, zelenou, modrou k
fialové a zpět k červené. Sytost (někdy také nazývaná "chroma")
každého odstínu se zvětšuje podél každé radiální loukotě
vycházející z centrální osy.

Je důležité si uvědomit, že není ani náhodné, ani libovolné, že
tento barevný prostor je definován jako třírozměrný o dimenzích:
množství světla, odstín barvy a sytost. Jsou to samotné naše
oči, které způsobily toto dělení, a jestliže nemáme všechny tři
parametry, jsme jistým způsobem "barvoslepí".

Uprostřed sítnice lidského oka je hustý chomáč fotoreceptorů,
nazývaných čípky sítnice. Na rozdíl od tyčinek, které ovládají
periferie našeho vidění, a které vidí pouze černo-bíle, mozaika
čípků je rozdělena do tří odlišných typů, z nichž každý je
citlivý na rozdílný (ale navzájem se překrývající) rozsah barev.
Nemůže pak být velkým překvapením, že středová nebo primární
barva v každém rozsahu barev je červená (R), zelená (G) a modrá
(B).

Teoreticky, ať zvolíme jakoukoliv barvu, lze ji porovnat s
nějakou kombinací tří barev primárních. (A co je zajímavé,
opačně to neplatí.) Mnoho barev lze nalézt kombinací jen dvou
barev primárních, ale ne všechny. Mimořádně zajímavým atributem
barvy, přesahující její tři dimenze, je, zda náleží nějakému
předmětu v reálném světě, nebo zda představuje tento předmět
způsobem, který nazýváme jeho obrazem.

Zobrazování barev

Pozorujeme-li hasičský vůz řítící se po silnici, náš mozek
dešifruje, že předmět je červený, neboť barva na karoserii byla
sestavena tak, aby pohlcovala modrou a zelenou složku slunečního
světla, které na ni svítí. Proto pouze světlo s patřičnou
červenou vlnovou délkou bude odraženo zpět, aby je naše oči a
mozek mohly interpretovat. Jestliže žádná ze složek světla
nebude absorbovaná, vůz se bude jevit bílý. Jestliže všechno
světlo bude absorbováno, bude se vůz jevit černý. Podíváme-li se
na něj v noci, bude šedý, protože naše noční vidění (tyčinky) je
citlivé na stupnici šedé mnohem více, než na sytost nebo barevný
odstín.

A nyní, jak to bude s obrazem tohoto vozu projektovaným
video-projektorem a zobrazeným na projekční ploše? Jasně že
nevidíme vůz za slunečního světla, ale díváme se na projekční
plátno. Samozřejmě zde již není reálný vůz, ale jeho obraz, a
tento obraz je červený. Velmi pravděpodobně to nebude tatáž
přesná červená (spektrálně), jakou jsme viděli na ulici, ale
bude v každém případě této červené blízká.

Tento typ "předmětu" se nazývá zářivý. Červená barva je
promítaná do našich očí, a přejeme-li si ji změnit na oranžovou,
neodečítáme barvu (pomocí absorbce), ale naopak ji přičítáme.
Podíváme-li se na tento fenomén ve větším detailu, uvidíme, proč
všechny naše elektronické projektory mají, ať tak či onak, tři
odlišné zdroje barvy - R,G a B. Jsou to aditivní primární barvy.
Jak je lze spolu míchat, to je demonstrováno na jiném diagramu
(obr. 2), který byl poprvé zkonstruován v roce 1931 organizací
jménem Commission Internationale de L' Eclairage (International
Commission for Illumination) neboli CIE.


Všimněte si, že jakýkoliv bod v diagramu lze přesně určit pomocí
souřadnice X a Y, které lze pak použít pro informaci pixelu o
tom, jaká má být jeho výsledná barva.

Protože bereme jako dané, že lidské oko potřebuje trojbarevnou
stimulaci pro vnímání jakékoliv barvy, CIE se rozhodla vytvořit
dvojrozměrnou reprezentaci "barevného prostoru" vytvořením
přibližně trojúhelníkového chromatického diagramu, jehož vrcholy
jsou zakresleny podle vlnových délek tří primárních barev. U
zakřiveného vrcholu trojúhelníka je zelená, na základně vpravo
je červená a nejníže vlevo pak modrá. Uprostřed diagramu je
bílá. Černá zde není vůbec, protože na projekční ploše se černá
tvoří absencí světla (a tedy i barvy).

Jako praktická věc, je-li třeba určit hodnoty primárních zdrojů
barvy R, G a B, narýsuje se malý trojúhelník uvnitř CIE diagramu
tak, aby adekvátního jasu bylo dosaženo i za cenu toho, že se
omezí rozsah použitelných barev (tj. vzdálenost od středu
diagramu směrem k¦vrcholu).

******zde obr. 3****** (tento řádek celý vyhodit, včetně těchto
slov a závorky)

Obr. 3 znázorňuje tento přístup a ukazuje, že pouze barvy, které
mají souřadnice uvnitř trojúhelníka tvořeného spojením C1, C2,
C3, lze promítat na projekční plochu. (Tento vymezený barevný
prostor se nazývá "gamut" systému.) Například hnědou barvu v A/V
obraze neuvidíte často.

Kolik barev?

Bereme-li v¦potaz tato omezení, kolik barev můžeme dostat z
našich tří zdrojů? Odpověď vyžaduje pouze trochu matematiky a
začíná u černo-bílého obrazu, kterým začal tento článek. Je-li
barevný prostor obrazu pouze černý nebo bílý, řekneme, že se
jedná o 1bitový displej. To znamená, že každý pixel vyžaduje
pouze 1 bitovou informaci, aby dostal svou černou nebo bílou
instrukci o barvě.

Jde-li o černobílou fotografii, barevná hloubka (greyscale) se
zvětší na 8 bitů. Ačkoliv tato expanze není lineární, skočí
počet realizovatelných odstínů ze 2 (vyjádřených jako 21) na
256, což vyjadřuje druhou mocninu 28. Co se stane, budeme-li mít
tři 8bitové barevné zdroje, každý s 256 odstíny své primární
barvy? Odpověď je 256 x 256 x 256 = 16 777 216 (2^ 24 ), což se
obecně zaokrouhluje na šestnáct milionů.

Protože rozsah specifických vlnových délek, na něž je lidské oko
citlivé, je ve skutečnosti přesně vymezen (400 až 750
nanometrů), je pozoruhodné, že náš vizuální systém může bez
mimořádného úsilí zpracovat spektrum milionu nebo více barev. A
jestliže zvážíme, že tato informace přijatá naším mozkem, která
nám říká, že ten vůz je červený, ve skutečnosti není optickou ,
ale elektrochemickou informací, hledíme vstříc fascinujícímu
paradoxu. Protože jen jakási "světelná" informace dojde do
mozku, barva, jak ji známe, je pouhou abstrakcí.

"Barva je vjem, tvořený světlem v¦mysli"