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 ®, 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 × 256 × 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“