Color Management I. színelmélet Lengyel Zsolt – Multimédia alapjai

Mitől függ a szín Fényforrás Tárgy szine Megfigyelő A színt valamilyen formában mérhetővé kell tenni, és számszerűsíteni kell

Elektromágneses spektrum Az összes elektromágneses sugárzást ha rendezzük frekvencia szerint, akkor megkapjuk az elektromágneses spektrumot. Minél kisebb a hullámhossz annál nagyobb az energia… Az elektromágneses sugárzásnak van energiája és impulzusa. Fénysebességgel terjed. A 380 nm és 780 nm közötti hullámhosszú elektromágneses sugárzás az emberi szem számára is látható, emiatt látható fényneknevezik. Az e fölött lévő sugárzást már nem látjuk, viszont érezzük (infralámpa) példák még: Mikrohullámú sütő: 2,4GHZ (rádióhullám) (15cm) - »melegít a 802.11-esIEEE szabvány (wifi) is ezen a frekvencián működik, de mégsem lép fel interferencia, mert egyrészt nem mindegy a teljesítmény: a wifi az 100mW, a mikro meg 1kW, másrészt a mikro le van árnyékolva, illetve van némi eltérés a hullámhosszban, egy kis eltérés is már nagyon számít, (pl rádióadók ha picit eltekerem már nemottvan) http://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrom%C3%A1gneses_hull%C3%A1m http://szinhelyes.hu/ 380-780 nm: látható sugárzás, látható spektrum: fény

Spektrális energia eloszlás A fényforrásokból érkező sugárzás hullámösszetétele változó, eloszlásfügvény definiálja. A fényforrások valós színe leírható fügvénnyel. A wolfram izzó eloszlás fügvényén látható hogy főleg magas (piros) hullámhosszú hullámokból áll, ami sárgás hatást kelt. Viszont pl a LED-ek nem bocsájtanak ki annyi pirosat mint a wolfrám izzó. A wolfram izzó a kibocsájtott energia mindössze 2(kettő!)-5(öt!)%-át hasznosítja fényként, a többi hőként kárbavész. A napfény (ha nem esti vagy reggeli) általában fehér hatást kelt, ez látszik is a diagrammon.

D50 – Természetes napfény Fényforrások A CIE (Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság) megmérte a fényforrások spektrális energia eloszlását szabványosította őket. A – Wolfram szálas izzó (2800K) B, C – Napfény szimulátorok (elavultak) D : (napfény típusok) D55: 5500 K D6: 6500 K D65: Déli napfény D75: 7500 K E – Egyenletes eloszlású fényforrás F – Fluoreszkáló fények (F1-F6) A fényforrás egy fizikai jelenség ami fényt bocsájt ki (pl villanykörte). A spektrális energia eloszlás pedig a hozzá tartozó fügvény ami a belőle kisugárzott fény hullámhossz eloszlását írja le. A CIE ezeket szabványosította, minket ebből csak a D50 érdekel, ez a természetes napfény szabványa. Néha az emberek 5000K-s fénynek hívják. Minket a D50 érdekel. Ezt a grafikában használják. Nézzük meg egy villanykörtéhez képest milyen az eloszlása. Láthatóan a D50 kevesebb pirosat áraszt magából, ezért a két kölön fényforrásban a tárgyaknak másmilyen színe lesz. http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_illuminant D50 – Természetes napfény

Színhőmérséklet A látható tartományban kisugárzott energia hullámhossz szerinti eloszlására jellemző szám a színhőmérséklet. Gyertya: 1900 K Háztartási izzólámpa: 2800 K Fotoizzó: 3200 K Reggeli, délutáni alacsony napállás: 4800 K Átlagos napfény, vaku: 5600 K Napos idő, árnyékban: 6000 K Nappal, kissé felhős égbolt: 8000 K Borult, ködös idő: 10000 K A színhőmérskélet mit jelent. Ezzel még mindíg csak a forrás színárnyalatát határozzuk meg,.. Tradicionálisokokból ez fordítva van. A kékebb árnyalatok, bár magasabb színhőmérsékletűek, alacsonyabb hőmérséklet érzetét keltik. Hasonlóképp a vörösebb árnyalatok melegebbnek tűnnek. Ennek oka, hogy vörössel az izzást, és tüzet hozzák összefüggésbe, míg a kékkel inkább a jeget, vagy a vizet. Infravörös lámpa: melegít (vörös) http://hu.wikipedia.org/wiki/Infrav%C3%B6r%C3%B6s Nap: nagyon melegít (fehér) 6000 K http://hu.wikipedia.org/wiki/Nap Achernar bolygó: mégjobban melegít 14 500 K (kék) http://hu.wikipedia.org/wiki/Achernar Ahol a fény izzásból származik ott következtethetünk az izzás hőmérsékletére A nem hőmérsékleti sugárzás elvén működő fényforrások, mint például a fénycsövek esetében közvetlen fizikai jelentése nincsen. Ezért ilyenkor inkább „korrelált színhőmérsékletről” beszélünk. Elterjedt jelölése: CCT (Correlated Color Temperature) Az Izzó vas is, eleinte sárga, aztán fehér lesz…. A színes fotonyersanyagok (filmek) -szemünkkel ellentétben- nem alkalmazkodnak a különféle fényforrások eltérő színhőmérsékleteihez, ezért a filmek gyártása során definiálni kell egy színhőmérséklet értéket, amelynél a film színhelyes képet ad. Nem megfelelő színhőmérsékletű világítás alkalmazásánál, a nyersanyagok feltűnő elszineződéssel reagálnak a különbségre. A digitális fényképezőgépek többségénél lehetőség van a kívánt "nyersanyag színérzékenyítés" beállítására. Ezt a videotechnikából átvett "fehéregyensúly állítás" (régebbi szóhasználattal "fehérszint állítás") kifejezéssel jelölik.

Spektrális Reflektancia eloszlás A felületekről, tárgyakról visszaverődő spektrális reflektancia eloszlásfügvénye is változó Az anyagokat azért látjuk különböző színűnek, mert a beeső EM sugárzásból egyes hullámhosszakat különböző mértékben elnyelnek vagy áteresztenek, illetve visszavernek.

+ + = Szín (Fényforrás + Tárgy + Megfigyelő) = szín A szín a fényforrás, a tárgy, és a megfigyelő fügvénye. Ha a fényforráshoz D50-et használunk, akkor a szín már csak az adott tárgy szinétől és a megfigyelőtől függ. Ez a color management legfontosabb része : a konzisztencia. A megfigyelőt azért kell belevenni az egyenletbe mert: A szín attól is függ hogy a megfigyelő kicsoda, pl számos rovar érzékeli az ultraibolya fényt Az okostelefonok beépített kamerája látja az infra fényt, stb… D50 : kiveszi a fényforrást az egyenletből. (konzisztenssé válik)

Látás Receptorok hosszú hullámhosszú fényekre : piros közép hullámhosszra: zöld rövid hullámhosszokra: kék Az emberi szem retinájában négy fényérzékelő idegsejt (fotoreceptor) típus található. (valójában négy: Három csap alakú receptor nappali fényben működik, a pálca alakú pedig sötétben) Mindegyik receptor egy bizonyos hullámhosszú fényre érzékeny. A az egyik receptor érzékeny a hosszú hullámhosszú fényekre (ez a piros szín) a másik a közép hullámhosszra (zöld) a harmadik pedig a rövid hullámhosszokra (kék) A sárga szín valahol a közép és a hosszú hullámhossz között van, ezért a piros és a sárga receptorok lesznek érzékenyek rá, a kék nem. Ezeket 1931 óta tudjuk. Az volt a cél hogy a színt valamilyen formában mérhetővé tegyék.

CIE XYZ 1931 = + X: 39 Y: 28 Z: 4 Az emberi látószerv 3 csatornásra “lett tervezve” ezért logikus hogy a szín értéket három számmal írjuk le. Ezzel képesek vagyunk az EM hullámokat számokkal leírni. Az XYZ az emberi szem működésén alapszik A színt valamilyen formában mérhetővé kell tenni. Definiálni kell valamilyen értékkel. (az eloszlásfügvény nem jó mert az egy fügvény, bonyolult, nem egyszerű vele dolgozni) (ez az ami a tételbe is van) Ez vezetett az XYZ fügvényhez, ami az XYZ színtér alapjait képezi. Ittvan egy reflektancia eloszlás fügvény nemtudjuk milyen színű, csak azt hogy van benne egy kevés közepes hullámhosszú, és nagyobb mennyiségű magas hullámhosszú EM sugárzás. Ez a sugárzás bemegy a szembe, és egy bonyolult folyamat történik, meglátjuk a színt Matematikailag, ezt a reflektancia eloszlást alkalmazzák az XYZ fügvényre, ennek eredményeként kapunk három darab számot, ami pontosan erre a fügvényre lesz igaz, félreérthetetlen. Egy ilyen számmal sokkal könnyebb dolgozni mint egy SRE fügvénnyel, és ez a szám csak arra a színre lesz igaz. Színtér: minden olyan jelenség amiben egy színt három vagy négy értékkel definiálunk (XYZ, RGB, HSV, CMYK) Az XYZ az emberi szem számára látható színskálát definiálja. Ez a terület nagyobb mint pl az RGB színtér. http://www.youtube.com/watch?v=x0-qoXOCOow http://brucelindbloom.com/index.html?ColorCalcHelp.html

CIE XYZ 1931 Színtér: minden olyan jelenség amiben egy színt három vagy négy értékkel definiálunk (RGB, HSV, CMYK) A CIE 1931 XYZ szabvány egy színteret definiál. Ez a test magában foglalja az összes , az emberi szem által látható színt. Ha már egy darab szín megvan, megmérhetjük az összes ember által látható színt: Az emberi szem által látható színeket ábrázolták az XYZ színtérrel. A (CIE) 1931-es XYZ színtér peremén a fény hullám hosszai. Hátránya : nem egyenletesen mutatja a színeket, tehát egy egységnyi lépés nem mindíg ugyanakkora színváltozást jelent.

CIE LAB 1976 Az L tengely: fényesség “a” tengely: zöldesség-pirosság “b” tengely: kék-sárga Minden Azonos méretű elmozdulás a téren belül ugyanakkora színváltozást eredményez. Később némi szükség merült fel amire az XYZ nem volt alkalmas. Pl színkülönbséget és távolságot amit ugyancsak számszerűsíteni lehet. Az XYZ színtérből egy formulávala előállították a LAB színteret aminél már Minden azonos méretű elmozdulás a téren belül ugyanakkora színváltozást eredményezett. Az XYZ és a LAB adatok megegyzetnek, csak másképpen prezentáljuk őket. Hasonlóan mint pl a Mercator és a Robinson vetület. Ugyanaz az adat, két különböző megjelenítésben A lényeg hogy az XYZ és a LAB mindkettő tévedhetetlen. A szám amit a LAB érték definiál az egy pontos színt mutat meg az emberi megfigyelő számára. Néhányan azt gondolhatják hogy hadják az RGB-t és a CMYK-t és csak LAB-ban dolgoznak (photoshopban) de később látni fogjuk hogy ez miért nem szükséges. Egyenlőre csak annyi a lényeg hogy semmi előnye nincs annak hogy LAB-ban dolgozzunk, bár néha lehet használni jó dolgokra. XYZ és LAB: eszközfüggetlen, tévedhetetlen színrendszerek, a mért értéket (sugárzást) pontosan definiálják az emberi megfigyelő számára. Mercator vs. Robinson

Miért kell ez? Színmérő eszközök A színt önmagában nem lehet mérni A fényt (EM sugárzást) tudjuk mérni ami lepattan a tárgyakról (spektrális energia és reflektancia eloszlás), és a mért adatot értelmes számokká alakítani (XYZ, LAB színskála) Színmérő eszközök Spektrofotométer (nyomtatóbol érkező kép mérésére) Leméri a fényt, és egy spektrális energia eloszlást ad eredményül, vagy XYZ, LAB színértéket Koloriméter (képernyő fénymérésére) XYZ vagy LAB értéket ad vissza Denzitométer (Kalibrációhoz) Fényességet mérnek, színmérésre nem alkalmas A színképzés az agyban történik, amit a tárgyakról lepattanó fotonok idéznek elő amik bejutnak a szemünkbe és azon keresztül a receptorok érzékelik, majd elektromos impulzusként küldik tovább az agyba. Az EM sugárzást tudjuk mérni, amit utána számokká alakíthatunk.

Color Management Digitális képekkel való dolgozás : Scanner, fényképező, nyomtató, projektor, monitor, stb… A különböző eszközök különböző színeket jelenítenek meg A környezeten is sok múlik

Limitációk Metaméria: Két különböző színárnyalat ugyanolyan színnek tűnik, egy adott megvilágításban Változó fényforrás esetén megváltozik a színhatás: a két szín már különböző lehet. Ezért nagyon fontos hogy milyen a fényforrás. A biztos színhelyességhez: D50 –es fényviszonyok kellenek. A color management célja a színek egységesítése a különböző monitorokon-nyomtatókon-egyéb médiumokon. De vannak bizonyos limitációk amiket ez se képes megoldani. Ha most megmérnénk egy kinyomtatott almát és egy almát nem ugyanaz az eloszlás fügvény lenne mert a papíron lévő anyag más mint az alma. A nyomtató nem használ pirosat ahoz hogy piros színt nyomtasson. (CMYK). Az emberi szemnek van egy tulajdonsága: két különböző eloszlásfügvényt ugyanolyan színnek lát. Ezért vagyunk képesek színeket ábrázolni festékanyagokkal, mert ellenkező esetben ahoz hogy piros almát “nyomtassunk” a piros almán lévő pigmenteket kellene használnunk. (ezért a metaméria felfogható előnynek is) Két különböző szín ugyanannak tűnhet ha egy adott megvilágításban nézzük. Ha megváltoztatjuk a megvilágítást a két szín már eltérő lehet. Ezért fontos a megvilágítás. A LAB színtér egy megvilágítás nélküli színrendszer. LAB: fényforrás független színtér.

Limitációk Szimultán kontraszt: az emberi szem a színeket egységében látja. Ugyanaz a szín más környezetben más színhatást kelthet. Nagyon sok jelenség van az emberi látásban ami befolyásolja azt hogy hogyan érzékeljük a színt, csak néhány megemlítése: Ha megmérjük a két szürke kört, ugyanazt a LAB értéket kapjuk, mégis más színűnek tűnnek. Kinek van igaza? A gépnek vagy az embernek? Egy másik jelenség ha a bal oldali képen a pontot nézzük és ránézünk utána a másik képre, nem látunk árnyalat beli különbséget a fotón. Ha a szobád ahol dolgozol nem természetes színű, nem fogsz tudni színhelyesen dolgozni. És sose jössz rá. Végeredményben azt mondhatjuk hogy a gépek csak egy adott színt képesek mérni, az ember viszont a képet egészében látja. És mivel nagy valószinűséggel egy ember fog fizetni a munkánkért ezért az a célunk hogy amit csináltunk az neki tettszen.

Színárnyalat, telítettség, fényesség Színárnyalat (HUE): a színek megkülömböztetésének a módja a telítettség és a fényesség figyelembe vétele nélkül. Telítettség (SATURATION): a szín tisztaságára vonatkozik. A világos színek a szürke vagy a fehér színhez, a sőtét színek a feketéhez közelítenek ha növeljük a saturation-t, Fényesség (Lightness/Brightness/Value): az adott szín fényessége. Ha a fényesség nulla:fekete, ha a fényesség maximum:fehér Már láttuk hogy hogyan képződik a szín, hogyan fogjuk fel a színt, és hogyan vagyunk képesek a színt mérhetővé tenni. Most nézzük a színek tulajdonságait. Ha látunk két piros színt ami nem egyformán piros (az egyik nem telített a másik telített) mindkettőre pirosat mondunk. Photoshopban a HSB értékeket használjuk színválasztáshoz (ez a legkényelmesebb módja, a többi értékkel csak dolgozunk). A diagrammon a kék szín spektrális energiaeloszlása látszik két különböző árnyalatban. Lightness HUE Saturation

Alapszínek, színezékek Piros, Zöld, Kék: az RGB színrendszer alapszínei. Cián, Bíborvörös, Sárga : a CMYK színrendszer alapszínei. Színezékek: fizikai eszközök/anyagok amikkel alapszíneket állítunk elő Festékek Tinták Gázok Az RGB egy színrendszer. A hozzá tartozó alapszínek, a piros, zöld, és kék. A szinezékektől függ a monitor színtere. A monitor messze nem tudja megjeleníteni az összes látható színt. (16millió) A színezékek meghatározzák hogy milyen színeket vagyunk képesek megjeleníteni vagy rögzíteni (monitorokkal/nyomtatókkal és fényképzeőkkel/scannerekkel)

RGB Piros, zöld kék keverésével az összes ember által látható színelőállítható Mivel az alapszíneket összeadjuk, az RGB-t additív színkeverésnek hívják Az emberi szem is ezeket az alapszíneket érzékeli. Ha ezekközül egyet sem érzékel: nincs szín=fekete. Projektorok, monitorok, az additív színkeverést használkák Az emberi szem érzékeny a piros, zöld, és kék színekre, (az emberi szem így működik) ezért ezeket a színeket keverve az összes szín előállítható amit az ember láthat.

CMY(K) A cián elnyeli a piros fényt Piros és Cián komplementer színek: kombinálásukkal szürke szín keletkezik. A bíborvörös elnyeli a zöld fényt A sárga elnyeli a kék fényt A színt elnyelik: ezért szubsztraktív színrendszernek hívják A CMYK fordítva működik: Ha nyomtatott vertzióban akrunk előállítani egy színt, az nyilván nem világít. Az emberi szem viszont csak úgy látja a színt ha az Piros-zöld-kék színekből áll. A színezékek viszont lehetőséget adnak nekünk arra is hogy olyan szineket állítsunk elő amik elnyelnek bizonyos színeket, és másokat visszaverjenek. Például a cián elnyeli a poros fényt, stb… A legegyszerűbb leírni egymás alá a két színkódot: RGB CMY Piros és Cián komplementer színek: kombinálásukkal szürke szín keletkezik. stb…

CMY(K) Miért van (K) ? Miért (K) ? A cián, bíbor, sárga szinezékek összekeverve nem nyelik el tökéletesen az összes színt: együtt nem képesek tökéletes feketét előállítani. A nyomtatásban sűrűn használunk feketét (a szöveghez) ezért egy külön fekete szín használata gazdaságosabb is. Miért (K) ? “B” nem lehet a neve mert az már a Blue “Key”: a nyomtatásban a kép részletessége nagymértékben múlik a fekete színen, ezért kulcsfontosságú

A szín probléma A különböző eszközök különböző módon jelenítik meg ugyanazokat a színeket A Color Management feladata ezeket a különbségeket a lehető legjobban minimalizálni Mindenki tapasztalta (vagy tapasztalni fogja) hogy a monitoron lévő színek nem ugyanazok mint a nyomtatott színek.

Felhasznált Irodalom BMEEPAGA301 • 2007 ősz, nappali képzés Építész-informatika 1 – IT alkalmazások 2007. 11. 06. 4. előadás: Pixelgrafika alapjai 1: a látás alapjai, színrendszerek, Előadó: Batta Imre Kalmár Nagy András – Mecseki Fotóklub, 2008 Feb.12 Színkezelés Lynda.com – Color Management Essential Training Francesco Legrenzi – Vray The Complete Guide