θεωρία χρώματος & χρωματικά μοντέλα 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 1

Transcript

1 θεωρία χρώματος & χρωματικά μοντέλα 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 1

2 η φύση της όρασης των χρωμάτων Το χρώμα δεν υφίσταται αν δεν συνυπάρχουν τρία στοιχεία: Μια φωτεινή πηγή (φυσική ή τεχνητή) Ένα αντικείμενο που ανακλά το φως επιλεκτικά Ένα σύστημα οπτικής επεξεργασίας (οφθαλμός εγκέφαλος) Το χρώμα είναι φαινόμενο της αντίληψης, προϊόν της διανοητικής διαδικασίας που προκύπτει από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ανιχνεύεται από τα μάτια Θεωρίες ερμηνείας του νοητικού μετασχηματισμού του φωτός στην αίσθηση του χρώματος Τριχρωματική θεωρία Θεωρία των αντίθετων διεργασιών 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 2

3 τριχρωματική θεωρία (i) Thomas Young, Hermann von Helmholtz, James Clerk Maxwell Παραγωγή 1 ης έγχρωμης φωτογραφίας με λήψη τριών ασπρόμαυρων φωτογραφιών με τη χρήση τριών φίλτρων (κόκκινο, πράσινο,, μπλε) ) Η διάταξη αυτή διαχωρίζει το ανακλώμενο από το αντικείμενο φως στις κύριες προσθετικές συνιστώσες -RGB Αναστροφή του αρχικού διαχωρισμού του χρώματος Σύνθεση χρωμάτων από τρεις δέσμες: κόκκινη, πράσινη, μπλε (κύριες προσθετικές χρωματικές συνιστώσες) Η θεωρία υποστηρίζει ότι τα μάτια λειτουργούν όπως η κάμερα με τα τρία φίλτρα, δηλ. οι οπτικοί υποδοχείς διαχωρίζουν το φως στις κύριες προσθετικές συνιστώσες και κρίνουν την ένταση κάθε μιας. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 3

4 τριχρωματική θεωρία (ii) Υποθέτει ότι υπάρχουν φωτοϋποδοχείς (ραβδία και κωνία) που διαχωρίζουν το φως στις τρεις συνιστώσες του (κόκκινη, πράσινη, μπλε) κι εκτιμούν την ένταση της καθεμιάς. Ραβδία: ραβδοειδή κύτταρα του αμφιβληστροειδή, που είναι ευαίσθητα στα μήκη κύματος από nm και είναι υπεύθυνα για την αντίληψη του αμυδρού φωτός Κωνία: κωνικά κύτταρα του αμφιβληστροειδή, υπεύθυνα για την αναγνώριση του χρώματος α-κωνία (400nm->μπλε) β-κωνία (530nm->πράσινο) ά γ-κωνία (570nm->κόκκινο) Ακολούθως, με ηλεκτρικές ωθήσεις μεταβιβάζουν τις εντάσεις αυτές μέσω του οπτικού νεύρου στον φλοιό του εγκεφάλου όπου αναπλάθεται η εικόνα. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 4

5 θεωρία των αντίθετων διεργασιών Ewald Hering 1877 : Στηρίχθηκε στην υπόθεση ότι τα ηλεκτρικά ερεθίσματα από τα ραβδία και τα κωνία δεν κατευθύνονται άμεσα μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο, αλλά μεταφέρονται από τρία είδη γαγγλίων από τα οποία αποτελείται λί το οπτικό νεύρο: Γαγγλιοκύτταρα τα μπλε ή κίτρινα (BY), BY τα πράσινα ή κόκκινα (GR) και τα άσπρα ή μαύρα GR (WBK) που διεγείρονται από τα αντίστοιχα χρωματικά WBK ερεθίσματα με διαφορετικό τρόπο το καθένα. Οπτικό νεύρο Η απόχρωση καθορίζεται με τη σύγκριση της ισχύος των σημάτων από τα GR & BY Ερεθισμός (διέγερση) Απόσβεση (καταστολή) Κωνικά κύτταρα μπλε πράσινο κόκκινο BY = μπλε-κίτρινο GR = πράσινο-κόκκινο WBK = άσπρο-μαύρο 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 5

6 θεωρία των αντίθετων διεργασιών (ii) Η ακριβής απόχρωση καθορίζεται από τη δύναμη των σημάτων που μεταφέρουν τα GR & BY γάγγλια. Το WBK καθορίζει πόσο φωτεινό ή σκοτεινό είναι ένα χρώμα Ισχυρό σήμα από το GR γάγγλιο σημαίνει κόκκινο χρώμα, ασθενές σημαίνει πράσινο Ισχυρό σήμα από το BY στέλνει κίτρινο σήμα, ασθενές υποδηλώνει μπλε Ισοδύναμα σήματα παράγουν τις «ανάμεικτες» αποχρώσεις Ο βαθμός κόρου καθορίζεται από τη δύναμη των σημάτων GR και BY. Όσο πιο δυνατά είναι τα σήματα τόσο πιο λαμπερό είναι το χρώμα. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 6

7 θεωρία των αντίθετων διεργασιών (iii) κίτρινο-πράσινο Ισοδύναμα σήματα Παραγόμενη απόχρωση + = κυ υανό πορτ τοκαλί + = + = ματζέντα + = Οι κύριες (γωνίες) και οι μεικτές (πλευρές) αποχρώσεις των αντιθέτων διεργασιών που σχηματίζουν ένα χρωματικό κύκλο 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 7

8 χρωματική σταθερότητα Η ικανότητα να βλέπουμε ένα αντικείμενο με την ίδια απόχρωση, ακόμη κι όταν αλλάξουν οι συνθήκες φωτισμού Προσαρμογή στο φόντο του χρώματος, με αποτέλεσμα η απόχρωση να παραμένει περίπου σταθερή Τα σήματα που λαμβάνονται από κάθε ένα από τα τρία συστήματα κωνίων, ρυθμίζονται ανάλογα με την ανάκλαση στο σύνολο της έκτασης του οπτικού πεδίου Καταρρέει με τις μονοχρωματικές πηγές φωτισμού Σχεδίαση χαρτών για ειδικές συνθήκες φωτισμού 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 8

9 συστήματα χρωματικών μοντέλων (συστήματα περιγραφής ργρ φήςχρώματος) Έχουν αναπτυχθεί από επιστήμονες ή καλλιτέχνες για διάφορους σκοπούς και βρίσκουν εφαρμογή σε πολλές δραστηριότητες στην Τέχνη, τη βιομηχανία, τη διαφήμιση, τη διακόσμηση, την τυπογραφία, τη μόδα και πολλές (άλλες) εμπορικές δραστηριότητες η Ακολουθούν δύο κύριες προσεγγίσεις: την χρωματομετρική που βασίζεται σε μετρήσεις του ανακλώμενου φωτός (με φασματοφωτόμετρο) και σ εκείνη που βασίζεται στην ανθρώπινη αντίληψη Τα συστήματα αυτά συνήθως αναπαριστώνται στο χώρο ως στερεά σώματα, συμμετρικά ή μη, το μέγεθος και το σχήμα των οποίων ορίζεται από παραμέτρους που λειτουργούν ως συντεταγμένες σε ένα διατεταγμένο σχήμα (π.χ. χ Χ,, Υ,, Ζ) ) ο μοναδικός συνδυασμός των οποίων περιγράφει αμφιμονοσήμαντα ένα χρώμα. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 9

10 το σύστημα CIE (i) Commission International de l Eclairage (1931) Αντικειμενικό σύστημα χρωματομετρίας προδιαγραφές χρώματος με αριθμητικούς όρους Προϋποθέσεις αντικειμενικής διάταξης (1) πρότυπες πηγές φωτισμού (2) κανονικός παρατηρητής: αντίδραση μέσου ανθρώπινου ματιού στα φασματικά χρώματα βλέπει σύμφωνα με την τριχρωματική θεωρία (3) μετρήσεις ανάκλασης επιφάνειας από δοκίμια χαρτών (φασματοφωτόμετρο) Προδιαγραφές CIE χαρτογραφικά χρώματα τυπογραφικές εντολές Παλέτες επιλογής χρώματος κατά CIE τερματικά / λογισμικά Σύστημα XYZ 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 10

11 το σύστημα CIE (ii) 200 σχε ετική ακτ τινοβολία B Γ A Μήκος κύματος (nm) Μήκος κύματος (nm) νιστωσών ν CIE για να Ποσά των συ προσ σομοιωθεί το φως σε κάθε ΜΚ Πρότυπες πηγές φωτισμού (Α) λαμπτήρας πυρακτώσεως (βολφραμίου) (Β) μεσημεριανό ηλιακό φως (Γ) μέσο φως ημέρας υπό νέφωση Κανονικός παρατηρητής Χ = κόκκινο Ψ = πράσινο Ζ = μπλε 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 11

12 το σύστημα CIE (iii) Συντεταγμένες χρωματικότητας x = X / (X+Y+Z) y=y / (X+Y+Z) Y = φωτεινή ανάκλαση (φωτεινότητα ή σκοτεινότητα) Προκύπτουν από τις αθροίσεις σε όλα τα μήκη κύματος (λ) της ακτινοβολίας της πρότυπης πηγής φωτισμού : e της ακτινοβολίας της μίας εκ των τριών καμπυλών του κανονικού παρατηρητή (επαναλαμβάνεται για όλες τις καμπύλες): x, y, z της ανάκλασης από την επιφάνεια: R τριμερείς τιμές του χρώματος Εναλλακτικός προσδιορισμός Διαστάσεις το κύριο μήκος κύματος (αντιστοιχεί χ στην απόχρωση): Ορίζεται ρζ ως το μήκος κύματος του μονοχρωματικού φωτός το οποίο όταν αναμειγνύεται με το φως της πηγής φωτισμού ταιριάζει στην απόχρωση της επιφάνειας η γνησιότητα: το φυσικό ισοδύναμο της πληρότητας Ορίζεται ρζ σε κλίμακα (0 η γνησιότητα η της πηγής φωτισμού 100 η γνησιότητα της φασματικής απόχρωσης η φωτεινότητα: αντιστοιχεί στην ένταση (φωτεινή ανάκλαση του χρώματος) 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 12

13 το διάγραμμα χρωματικότητας CIE (i) Υ C: πηγή φωτισμού Εύρος πιθανών χρωμάτων F: χρώμα (x=0,212 y=0,348) y G F C G: προέκταση FG CF/CG: γνησιότητα Ζ x Χρωματικότητες των μωβ (δεν εμφανίζονται στο φάσμα) Χ 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 13

14 το διάγραμμα χρωματικότητας CIE (ii) Η χρήση του διαγράμματος CIE και της γκάμας των πρωτευουσών μιας τυπικής οθόνης CRT 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 14

15 ο ομοιόμορφος χρωματικός χώρος CIE 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 15

16 ο χρωματικός χώρος του CIE (i) ΧΥΖ χρωματικό σύστημα: αναφορά: κύριο πλεονέκτημα: ανεξάρτητος συσκευής χρωματικός χώρος χαρακτηριστικά ανθρώπινου συστήματος όρασης (διαισθητικό) τα χρώματα (στο χώρο) μπορούν να σχεδιασθούν από φυσικές μετρήσεις με φασματοφωτόμετρο, σε δισδιάστατο διάγραμμα βάση: RGB πρωτεύουσες χρήση: διάγραμμα χρωματικότητας: τριμερείς τιμές (τεχνητές πρωτεύουσες): Χ (κόκκινο), Υ (πράσινο), Ζ (μπλε) συντεταγμένες χρωματικότητας x= X/(X+Y+Z) y=y/(x+y+z) z = Z/(X+Y+Z) όπου x+y+z =1 εξωτερική καμπύλη γνήσια φασματικά χρώματα γραμμή: ένωση των άκρων (R,B): τα μωβ (ανάμειξη κόκκινου - μπλε) 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 16

17 ο χρωματικός χώρος του CIE (ii) χρωματικότητα ενός χρώματος: διεύθυνση: συμπληρωματικές αποχρώσεις: απόσταση από λευκό σημείο: οι σχετικές ποσότητες των τριών πρωτευουσών προσδιορίζει την απόχρωση διαμετρικά αντίθετες σε σχέση με το «λευκό σημείο» x=y=z=0.33 η απόσταση από το λευκό σημείο έκφραση του βαθμού κόρου (απόσταση λευκού σημείουαπόχρωσης ανάλογη απόστασης λευκού σημείου-σημείου ί απόχρωσης-γραμμής γνήσιου φάσματος) η προσθετική μίξη δυο χρωμάτων βρίσκεται στην ευθεία σύνδεσής τους και τριών χρωμάτων βρίσκεται στο τρίγωνο που σχηματίζουν 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 17

18 CIE και εφαρμογές χρώματος στους χάρτες - προβλήματα 1. Το CIE βασίζεται στα χαρακτηριστικά των προσθετικών χρωμάτων (μείξης μ η φωτός) και όχι στις χρωστικές ουσίες μελάνης (τυπωμένοι χάρτες) 2. Ύπαρξη σημαντικών αποκλίσεων μεταξύ: {κύριου μήκους κύματος, γνησιότητας, φωτεινότητας} και ορατής {απόχρωσης, ό πληρότητας, έντασης} } 3. Ίσες προσαυξήσεις κύριου μήκους κύματος, γνησιότητας, η φωτεινότητας ΔΕΝ αναπαριστούν ίσες οπτικές διαφορές Τα συστήματα CIELAB και CIELUV είναι μαθηματικοί μετασχηματισμοί του CIE σε ένα αντιληπτικά πιο ομοιόμορφο σύστημα 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 18

19 ο χρωματικός χώρος του CIELAB Χρήση στις κύριες αφαιρετικές χρωματικές μείξεις 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 19

20 ο χρωματικός χώρος του CIELUV Χρήση στις κύριες προσθετικές χρωματικές μείξεις 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 20

21 οι διαφορές στη γκάμα των χρωμάτων μεταξύ των συσκευών εισόδου και εξόδου 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 21

22 το σύστημα Munsell (i) Η πρώτη τυποποίηση στη γλώσσα των χρωμάτων οφείλεται στον αμερικανό ζωγράφο Α.Η. Munsell, οποίος το 1915 επινόησε ένα τρισδιάστατο πρότυπο σύστημα που κατατάσσει τα χρώματα σύμφωνα με τις αισθητές ιδιότητές τους: απόχρωση, ένταση, πληρότητα η Το σύστημα Munsell είναι δημοφιλές στους χαρτογράφους διότι καθεμιά από τις τρεις διαστάσεις απόχρωση, ένταση και πληρότητα διαιρείτια σε μια διαδοχή ίσων προσαυξήσεων από αντιληπτική άποψη Οι συνιστώσες του χρώματος δημιουργούν ένα μη συμμετρικό στερεό που παρομοιάζεται με δένδρο (Munsell color tree) 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 22

23 το σύστημα Munsell (i) Υπάρχουν δέκα σημαντικές αποχρώσεις 11/4/201615/4/201 15/4/2013 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 23 3

24 το σύστημα Munsell (ii) Οι αποχρώσεις διατάσσονται κυκλικά και απαρτίζονται από πέντε βασικές αποχρώσεις (κίτρινο - Yellow, πράσινο - Green, μπλε - Blue, μωβ - Purple και κόκκινο - Red) και τις διαδοχικές δ αναμίξεις τους σε διάφορες αναλογίες. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 24

25 το σύστημα Munsell (iii) Η φωτεινότητα αυξάνει από κάτω (μαύρο) προς τα πάνω (λευκό), τοποθετώντας στον κεντρικό άξονα του στερεού τα γκρίζα, ενώ ο κορεσμός αυξάνει από το κέντρο του στερεού προς την περιφέρεια Η ασυμμετρία του στερεού του Munsell οφείλεται στο διαφορετικό αριθμό εντάσεων ή/και πληρότητας που μπορεί να αναγνωρίσει το ανθρώπινο μάτι για διαφορετικές αποχρώσεις. Έντονο κόκκινο: HV/C 5R 5/14 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 25

26 το σύστημα Munsell (iv) 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 26

27 το σύστημα του φυσικού χρώματος (Natural Colour System) (i) Αναπτύχθηκε από Σουηδούς επιστήμονες τη δεκαετία του 1960 κι αποτελεί την καλύτερη πρακτική εφαρμογή της θεωρίας των αντίθετων διεργασιών. Το σύστημα του φυσικού χρώματος αναπτύσσεται κυκλικά γύρω από τα τρία ζευγάρια των πρωτευόντων χρωμάτων της θεωρίας αυτής, έτσι ώστε οι συνιστώσες του χρώματος είναι τιμές πράσινου, κόκκινου, μπλε, κίτρινου, μαύρου και άσπρου. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 27

28 το σύστημα του φυσικού χρώματος (Natural a Colour o System) (ii) Ο χρωματικός χώρος (το στερεό) αναπαριστάται από έναν δύο κώνους, η κοινή βάση των οποίων είναι ο κύκλος των αποχρώσεων στον οποίο η διάταξη δά των αποχρώσεων ακολουθεί τη θεωρία των αντίθετων διεργασιών της όρασης. Ο κεντρικός άξονας του στερεού που σχηματίζεται, διέρχεται από τις κορυφές των δύο κώνων στις οποίες τοποθετούνται το λευκό και το μαύρο και περιλαμβάνει όλα τα καθαρά γκρίζα. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 28

29 το σύστημα του φυσικού χρώματος (Natural a Colour o System) (iii) Συνιστώσες: Απόχρωση Λευκότητα- Μλ Μελανότητα (C-W-B) Κύριες αποχρώσεις Y, R, B, G Η συνιστώσα της απόχρωσης για τα υπόλοιπα χρώματα διαμορφώνεται με βάση την ανάμιξη δύο διαδοχικών κυρίων αποχρώσεων: κίτρινο με κόκκινο, κόκκινο με μπλε, μπλε με πράσινο, πράσινο με κίτρινο. Όνομα χρώματος 1 ο γράμμα 1 ης βασικής-ποσοστό 2 ης βασικής -1 ο γράμμα 2 ης βασικής, Y30R (Yellow30Red): 70% κίτρινο, 30% κόκκινο 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 29

30 το σύστημα φυσικού χρώματος (iv) Λευκό (W) Λευκότητα Μελανότητα Τριγωνικό διάγραμμα του ΣΦΧ: Ποσοστά γνήσιας απόχρωσης, του λευκού και του μαύρου που συνθέτουν το χρώμα Θέσεις: σκιές της απόχρωσης (B-H) και των άχρωμων τόνων του γκρι (W-B) Απόχρωση (Η) Μαύρο (Β) 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 30

31 το σύστημα HLS Λευκό Κάθε απόχρωση προσδιορίζεται από τη γωνιακή απόστασή της αριστερόστροφα από το μπλε Μέσα σε κάθε κύκλο απόχρωσης, ο κορεσμός είναι η ακτίνα του κύκλου και κυμαίνεται από 0 στο κέντρο μέχρι 1 στην περιφέρεια για το μέγιστο κύκλο 180 ο 120 ο Η L 60 ο L 0.5 S 240 ο 300 ο Μαύρο Η 0.0 S 0 ο Μπλε 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 31

32 το σύστημα HVC (Hue-Value-Chroma) Ηλεκτρονική εκδοχή του συστήματος Munsell Προσδιορισμός απόχρωσης Αριστερόστροφη ρ ρ φηγωνία από το κόκκινο (0 ο ) Έντ ταση Ένταση (μαύρού - λευκό) ο Πληρότητα ο ο 0.0 ο ο ο Απόχρωση o Πληρότητα /4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 32

33 το σύστημα RGB (i) Είναι το σύστημα το οποίο στηρίζεται στην τριχρωματική θεωρία της έγχρωμης όρασης και βρίσκει εφαρμογή στην έγχρωμη τηλεόραση και την έγχρωμη οθόνη, χρησιμοποιώντας τόσο την τεχνολογία της καθοδικής λυχνίας (CRT), όσο και την τεχνολογία «πλάσμα» ή υγρών κρυστάλλων. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 33

34 το σύστημα RGB (ii) Διαστάσεις (συνιστώσες): R-G-B (red green-blue) Τιμές από 0 έως 255 πρωτο ογενή Παραδείγματα: Μαύρο: Λευκό: Μεσαίο γκρι: Κόκκινο: Πράσινο: Μπλε: δευτε ερογενή Κίτρινο: Κυανό: Magenta: /4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 34

35 το σύστημα CMYK (i) Χρησιμοποιείται στην κλασσική και ηλεκτρονική τυπογραφία Με βάση τις ιδιότητες των μελανιών, στηρίζεται στην παραγωγή των χρωμάτων από το κυανό (Cyan), το ματζέντα (Μagenta) και το κίτρινο (Yellow) Για την ενίσχυση του χρώματος, προστίθεται το μαύρο (black) H ανάμιξη των μελανιών δεν μπορεί να παράξει το λευκό χρώμα, που υλοποιείται από το χαρτί. 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 35

36 το σύστημα CMYK (ii) Διαστάσεις (συνιστώσες): C-M-Y-K (cyan-magentayellow-black) Τιμές από 0 μέχρι 100 Παραδείγματα: Μαύρο: Λευκό: δεν παράγεται Μεσαίο γκρι: βασ σικά Κίτρινο: Κυανό: Magenta: συμπλη ηρωματικά Κόκκινο: Πράσινο: Μπλε: /4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 36

37 συνδυασμός CMYK στην εκτύπωση 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 37

38 διαχωρισμός χρωμάτων 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 38

39 RGB vs CMYK Προσθετική vs Αφαιρετική σύνθεση χρώματος Τα χρώματα του φωτός: η προσθετική σύνθεση των χρωμάτων Ανάμιξη των χρωστικών: η αφαιρετική σύνθεση των χρωστικών 11/4/2016 Λήδα Στάμου Χαρτογραφία Ι 39