Lekcia 3. Metaméria a nelinearita ľudského zraku
Metaméria
Metaméria je jav, pri ktorom pozorovateľ vníma farebnú zhodu dvoch objektov s rozdielnymi spektrálnymi charakteristikami. Príčinou zhody môže byť spektrálna charkteristika svetla, osvetľujúceho objekty alebo vlastnosti pozorovateľa. Pri inom osvetlení, alebo inom pozorovateľovi sa farebná zhoda nemusí dosiahnuť. V praxi sa s metamériou stretávame veľmi často. Možno sa vám stalo, že ste si v obchode kupili topánky a tašku rovnakej farby. Keď ste však z obchodu vyšli na denné svetlo, farby sa vám zdali podstatne odlišné. Pochopenie tohoto javu je pre fotografa veľmi dôležité. Keď nafotíme jednofarebný predmet, fotografiu zobrazíme na monitore a vytlačíme na atramentovej tlačiarni, tak všetky tri zložky (predmet, svetlo vychádzajúce z LCD monitora, príslušný atrament na výtlačku) určite majú rozdielne spektrálne charkteristiky, ale pozorovateľ môže vo všetkých troch prípadoch vnímať pri určitom osvetlení rovnakú farbu. Ale ak sa vlastnosti osvetlenia zmenia, môže dochádzať k farebnej nezhode.
Na ľavom obrázku je fotografia vytlačená na atramentovej tlačiarni pozorovaná pri dennom svetle za slnečného počasia. Na pravom obrázku je tá istá fotografia pozorovaná rovnakým pozorovateľom pri osvetlení bežnými žiarivkovými trubicami a náhradnou teplotou chromatičnosti 4100K. Preto je dôležité pri procese posudzovania farebných zhôd používať štandardné osvetlenie. Väčšinou sa používa svietidlo približujúce sa k štandardnému svietidlu D50. Jeho vlastnosti sme popísali v lekcii č. 1.
Príčina javu metamérie
Metaméria vznika na podstate trichromázie. Ak svetlo odrazené z dvoch objektov s rôznymi spektrálnymi charakteristikami rovnako stimuluje všetky tri typy čapíkov v sietnici oka, dochádza k vnemu farebnej zhody. Podobne ak máme jeden objekt a postupne ho nasvietime dvomi sveteľnými zdrojmi s rozdielnou spektrálnou charakteristikou, jednotlivé typy čapíkov budú stimulované odlišne, pričom vnímame nezhodu farby objektu. Na metamérii je založené vnímanie farebnej tlače. Svetlo odrazené od nátlačku vytlačeného zo štyroch až ôsmych atramentov vyvoláva rovnakú stimuláciu čapíkov, akoby vyvolávalo svetlo odrazené od zobrazovaného objektu.
Princíp metamérie využíva aj GAFT/RHEM sveteľný páskový indikátor. Ak ho osvetľujeme svietidlom so spektrálnou charkteristikou štandardného svietidla D50 s náhradnou teplotou chromatičnosti 5000K, potom dochádza k metamérnej zhode pásikov (pravý obrázok). Ak svietidlo nezodpovedá štandardu, ku zhode nedochádza (ľavý obrázok). Pásik sa používa na kontrolu kvality osvetlenia grafického pracoviska, často býva súčasťou testovacích terčov.
Metaméría scanerov a digitálnych fotoaparátov.
Dvojica farebných vzorkov pri rovnakom osvetlení môže v jednom pozorovateľovi vyvolať dojem zhodných farieb, zatiaľ iný pozorovateľ vníma farby rozdielne. Ak buňky snímačov scanerov, alebo digitálnych fotoaparátov majú odlišné spektálne citlivosti pre červenú, zelenú, modrú zložku svetla, ako čapíky ľudského oka, potom digitálne zariadenie môže dosiahnúť metamérnej zhody u farebných vzoriek, ktoré človek vníma rozdielne. A naopak u vzoriek, pri ktorých ľudské videnie pozruje farebnú zhodu, digitálne zariadenie môže pozorovať a zaznamenávať ich rozdielne farby. S týmto fenoméném sa treba zmieriť. Systém správy farieb nedokáže dôsledky farebných nezhôd vzniknuté metamériou snímačov digitálnych zariadení eliminovať.
Nelinearita ľudského zraku
Ľudský zrak vníma pocit jasu svetla nelineárne od jeho intenzity. Ak zvýšime intenzitu svetla dvojnásobne, subjektívne vnímanie zmeny jasu je podstatne menšie ako dvojnásobok. Aby sa jas zvýšil na dvojnásobok, intenzita svetla sa musí zvýšiť asi na deväťnásobok.
Závislosť vnímaného jasu od intenzity svetla je logaritmická. Ak by vodorovná os grafu predstavovala logaritmus intenzity svetla, potom by mal graf podobu priamky. Nelinearita nám umožňuje vnímať veľmi široký dynamický rozsah intenzity svetla bez zahltenia nervového systému. Naproti tomu snímače digitálnych fotoaparátov majú závislosť signálu jasu od intenzity svetla lineárnu. Preto umožňujú spracovať podstane menší dynamický rozsah intenzity svetla ako ľudské oko. Má to za následok stratu detailov kresby v najsvetlejších (prepaly) a najtmavších častiach obrazu (splynutie so šumom), oproti pozorovaniu rovnakého obrazu ľudským zrakom.
Achromatická zložka vnímaného svetla
V teórii farieb sú definované achromatické a chromatické vlastnosti pozorovaného svetla. Achromatickú zložku predstavuje jas. Predstavuje kvantitatívnu vlastnosť svetla, je funčne závislou od množstva dopadajúcich fotónov na receptory sietnice oka. Pri nízkej intenzite svetla sú aktívne tyčinky, pri vyššej čapíky. Zrak je velmi citlivý na zmeny jasu vo veľkom dynamickom rozsahu intenzity svetla. Omnoho viac, ako na zmenu farebných vlastností svetla. Preto jas tvorí základ videnia.
Chromatické zložky vnímaného svetla
Chromatické zložky, odtieň a sýtosť, sú vlastnosti farebného videnia. Odtieň je vlastnosť farby svetla, umožňujúca vnímanie jeho zdanlivo dominantnej vlnovej dĺžky v rámci viditeľného spektra. Zdanlivo dominantná vlnová dĺžka predstavuje vlnovú dĺžku monochromatikého svetla (s veľmi úzkou spektrálnou krivkou), ktoré vyvolá metamérnu zhodu odtienu s pozorovaným farebným svetlom. Definícia sa zdá byť pomerne zložitá, vysvetlíme si to na obrázku.
Zobrazené sú spektrálne charakteristiky dvoch farebných vzoriek. Obe majú rovnakú zdanlivo dominantnú vlnovú dĺžku 525 nm. Teda, ak by tretiu vzorku tvorilo monochromatické svetlo s vlnovou dĺžkou 525 nm, pozorovali by sme zhodu odtienov všetkých troch vzoriek. Teda sa jedná o zelený farebný odtieň, odpovedajúci vlnovej dĺžke 525 nm.
Sýtosť je vlastnosť farby svetla, vyjadrujúca jeho čistotu. Monochromatické svetlo má maximálnu sýtosť, sivé bezfarebné svetlo má sýtosť nulovú. Čím je spektrálna charakteristika vzorky svetla užšia, tým je sýtosť väčšia. Naopak široká spektrálna charakteristika má nízku sýtosť. Na vyššie uvedenom obrázku má ľavá vzorka vyššiu sýtosť, ako pravá vzorka.
Odtieň a sýtosť býva často znázornovaná na farebnom kotúči. Po obvode sú zobrazené odtiene farieb, vyjadrené v stupňoch. Červená má 0, zelená 120, modrá 240 stupňov. Každý odtieň má na obvode maximálnu sýtosť 100%, ktorá smerom do stredu kotúča klesá. Stred kotúča má nulovú sýtosť, teda vidíme len bielu farbu. Kotúč zobrazuje chromatické zložky pri maximálnom jase. Ak pridáme ďalšiu os, vyjadrujúcu achromatickú hodnotu jasu, dostaneme trojrozmerné teleso, vyjadrujúce náš prvý farebný model, nazývaný HSV.
