Vše o světle – 4. Barva světla - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

16. února 2007, 00.00 | Asi žádný čtenář nepopře, že barva má pro lidského pozorovatele velmi důležitý význam. Je to ale význam zejména psychologický, protože z hlediska informací bohatě stačí například černobílá fotografie nebo černobílá televize. I když v ní obrovské množství informací chybí, člověk nemá žádný problém obrazu rozumět, poznávat předměty a chápat dění. V jistém smyslu může být právě potlačení barevné informace, a tím zjednodušení obrazu žádoucí – o to více vynikne hra světla, linií a tvarů.

::Vše o světle - 1. Co je to světlo
::Vše o světle - 2. Světlo, oko a mozek
::Vše o světle – 3. Intenzita (jas) světla
::Vše o světle – 4. Barva světla
::Vše o světle - 5. Barevné modely
::Vše o světle - 6. Barevná harmonie a psychologie barev
::Vše o světle – 7. Barva předmětů a vyvážení bílé
::Vše o světle - 8. Kvalita světla
::Vše o světle – 9. Světlo a senzor digitálních fotoaparátů
::Vše o světle – 10. Správa barev (color management)
::Vše o světle - 11. Měření světla a expozice
::Vše o světle - 12. Kontrast
::Vše o světle – 13. Histogram
::Vše o světle – 14. EV hodnota

Přesto je ale barva významným přínosem pro vidění a rozpoznávání světa kolem nás. A proto jsou všechny moderní přístroje současné doby barevné a dobu, kdy byly pouze černobílé, je možné bez nadsázky označit jako pionýrskou. Je příjemné moci se vrátit v čase a čas od času vytvořit nádhernou černobílou fotografii, avšak prostým pohledem na snímky v minilabech zřejmě bez překvapení zjistíte, že 99 % fotografií je dnes barevných.

Barva je něco, co předmět v lidském slova smyslu významně charakterizuje. A přesto, že nikdo z vás nebude mít s chápáním slova "barva" problémy, je hlubší pochopení vztahů kolem barev pro digitální fotografii velmi důležité.

Jak již bylo řečeno, barva není nic jiného, než lidské označení pro určité spektrum světla. Díky sondě oka do spektra "pouze" ve třech bodech je prozkoumání celého spektra poněkud nedokonalé, a proto se řada různých spekter může nám lidem jevit jako stejná barva. Jinak řečeno – některá různá spektra jsou od sebe nerozlišitelná. Na druhou stranu to však pro oko vede k dramaticky jednodušší úloze.

Z ryze teoretického pohledu by úplné prozkoumání "barvy" vyžadovalo pro každý bod scény (každý pixel budoucí fotografie) zaznamenat celé viditelné spektrum tohoto bodu. Každý pixel by potom musel nést informaci o intenzitě světla pro každou vlnovou délku ve viditelném rozsahu, tedy něco jako tabulku:

To by logicky vytvořilo obrovské množství čísel, které by nebylo možné ani zpracovat, ani s nimi manipulovat, ani je uložit. Takové přístroje ale přesto existují, nazývají se spektrometry a slouží právě k přesnému rozboru spektra určitého světla zejména pro vědecké účely.

Lidské oko to ale tak složitě nedělá a vystačí si se zmíněnými třemi sondami v celém spektru, a sice blízko barev: modrá, zelená a žluto-červená. Logicky z toho vyplývá, že je možné namíchat miliony různým spekter, které však oko kvůli zjednodušené sondě nebude schopné rozlišit. Tyto barvy tak budou od sebe nerozeznatelné. Logicky z toho též vyplývá i opačný fakt, a sice že všechny okem rozlišitelné barvy je možné ze tří druhů spekter smíchat. Řadu barev se nám sice namíchat nepodaří, ale pro oko budou stejně nerozlišitelné.

Skutečné spektrum obyčejné dnešní zářivky (úsporky) získané spektrometrem. Všimněte si, že zářivka silněji svítí na vlnové délce 436 nm (bod 1), ale zejména na vlnových délkách 546 nm (bod 2) a 612 nm (bod 3). Bod 1 hrubě odpovídá modré, bod 2 zelené a bod 3 oranžové. Právě směs modré, červené a zelené vytvoří pro lidské oko "bílou".

Barevná teplota (Color Temperature)
Ve fotografické praxi je velmi obvyklé udávat barvu nějakého zdroje světla jeho teplotou. Například lze často slyšet, že žárovky mají teplotu světla kolem 2800 K. Pro řadu lidí může být vztah teploty a barvy matoucí. Jak to tedy souvisí?

Již Max Planck zjistil, že spektrum světla, které vyzařuje těleso, je ovlivněno jeho teplotou. Proto se často barva světla vyjadřuje právě teplotou, na kterou je absolutně černé těleso třeba zahřát, aby vyzařovalo právě hledanou barvu. Absolutně černým tělesem se nemá na mysli nic složitějšího, než že těleso žádné záření neodráží – jen samo svítí. Teplota světla se potom dá měřit v Kelvinech (ºC = K - 273).

Mired
Občas je možné se setkat s jednotkou Mired (M, Micro Reciprocal Degree). Udává také barvu světla a s barevnou teplotou v Kelvinech je svázána jednoduchým vztahem:

Mired  = 1 000 000 / Barevná teplota v K
Barevná teplota v K = 1 000 000 / Mired

Má-li tedy modré světlo z jasného modrého nebe barevnou teplotu 10 000 K, má mired = 100. Fotografický blesk s typickou barevnou teplotou 5 500 K má potom mired 180 atp. Proč byly jednotky Mired vůbec zavedeny? Nevýhodou barevné teploty v Kelvinech totiž je, že se nedají sčítat ani odčítat, protože se nechová lineárně. Jednotky Mired být sčítány a odčítány mohou, a je tedy snadno možné provádět "barevné kalkulace".

Např. obyčejný modrý filtr 80B má korekční účinek cca -115 Mired, přičemž kladné hodnoty znamenají posun do červenějších barev a záporné hodnoty posun do modrých barev. Proto modrý filtr 80B má zápornou hodnotu Mired a posouvá světlo do modré barvy. Tím červené světlo halogenů o teplotě 3 400 K (294 Mired) zkoriguje na běžné denní světlo 5 600 K (179 Mired):

294 Mired (halogen) - 115 Mired (filtr) = 179 Mired (5 600 K)

Základní barvy
Fakt, že oko sonduje spektrum "jen" ve třech bodech umožňuje pracovat s pojmem tzv. základních barev. Základní barvy, neboli základní odstíny (Primary Hues) jsou obvykle 3 různé barvy, pomocí kterých lze pro oko míchat i všechny ostatní barvy. Tohoto faktu si všimli již dávní malíři, kteří také dokázali z několika barev namíchat celou paletu. Moderní digitální věk a zejména potřeba ukládat barvy v počítači PC vytvořil nejrůznější barevné modely, kde se obvykle pracuje se 3 barvami.

Názor na základní barvy, ze kterých lze všechny ostatní namíchat, se v průběhu času měnil. Vzhledem k tomu, že celý koncept 3 základních barev vychází z vlastností oka, je to de facto subjektivní záležitost.

První, koho napadlo sestavit barvy do kruhu, byl Newton, který do kruhu stočil klasické světelné spektrum a mezi krajní barvy červenou a fialovou umístil purpurovou a růžovou. Tyto barvy nejsou ve spektru, ale vznikají právě smícháním krajních barev spektra. Vzniklo tak známé barevné kolo, ze kterého vychází i moderní počítačová reprezentace barev. Oproti Newtonovu barevnému kolu se dnes sice používají trochu jiné základní barvy, ale princip je stále stejný.

Odstín barvy (Hue)
Díky reprezentaci barev pomocí kola je možné odstín barvy (Hue) vyjádřit jako úhel ve stupních od 0 do 360. Odstínem barvy (Hue) se přitom myslí barva ve své čisté podobě, tedy nezatížená tím, jak je světlá či tmavá, či jak velké množství bílé má v sobě přimícháno. Odstín je tedy to, co má většinou běžná jména, jako "červená", "modrá", "žlutá" atd. Současné RGB modely přiřadily úhlu 0° barvu červenou, úhlu 120° barvu zelenou a úhlu 240° barvu modrou.

Proč lze barvu vyjádřit jako úhel v kruhu, asi nejlépe ukáže obrázek. Vyjdeme-li z faktu, že oko sonduje spektrum třemi druhy receptorů, tak barvu vlastně určí vzájemný poměr těchto tří údajů. To je možné krásně vyjádřit úhlem. Ten totiž snadno určí, který receptor, či které dva jsou aktuálně drážděny, tedy jaká je to barva. Situaci, kdy jsou drážděny všechny tři (bílá), potom odpovídají plochy uvnitř kruhu. Poloha 0° na červené je dána jen a pouze dohodou.

Sytost barvy (Saturation)
Sytost barvy, neboli její čistota jednoduše znamená, jak moc se barva odlišuje od šedé. Přitom nezáleží na tom, jak moc světlá či tmavá šedá to je, ale pouze na tom, jak moc se od "nějaké šedé" barva odlišuje. Pokud zvyšujeme sytost barvy, barvy jsou jasné a čisté, zatímco snížení sytosti barvy vede k bílé, šedé či černé. Ještě jinak řečeno – sytost barvy znamená, jak moc se barva relativně odlišuje od všech ostatních barev, které dohromady tvoří šedou. Sytost se obvykle udává v %, přičemž sytost 100 % označuje zcela čistou barvu z barevného kola a 0 % nějaký odstín šedé, čili barvu již nerozlišitelnou.

Zatímco odstín (Hue) určí druh barvy, tak saturace určí, jak moc se tato barva odlišuje od ostatních. Málo saturovaná barva se jen málo liší od zbytku spektra – je nevýrazná, vybledlá.

Světlost barvy (Lightness)
Světlost barvy vyjadřuje, jak moc světlá se barva jeví, a označuje se často slovy jako "světle modrá", "tmavě červená" atp. Udává se opět v %, přičemž 100 % znamená zcela bílou a označuje maximální jas, kterého je zařízení schopno. 0 % potom označuje černou, čili zcela tmavý (černý) bod.

Doplňkové barvy (Complementary Colors)
Další, pro fotografickou praxi užitečný pojem jsou doplňkové barvy. Z teoretického hlediska je doplňková barva taková, která původní barvě chybí do šedé či bílé. Jinak řečeno – dvě barvy jsou doplňkové, pokud jejich smícháním vznikne šedá nebo bílá. Doplňkovou barvu nejsnáze najdete tak, že na barevném kole se podíváte na opačnou stranu, tedy o 180°. Doplňková barva je proto závislá na tom, jaký barevný model zvolíte a jaké jsou v něm použité základní barvy. V moderní RGB reprezentaci dat, kde základní barvy jsou červená, zelená a modrá, jsou k nim doplňkové barvy tyto:

Protože se ale historicky používala řada jiných základních barev, vznikla i řada doplňkových barev. Například v umění se často používají trochu jiné sady doplňkových barev, objevené dávnými malířskými mistry:

V každém případě doplňkové barvy lahodí lidskému oku a vytvářejí příjemný barevný kontrast. Proto se doplňkové barvy často používají např. jako barva pozadí k hlavnímu objektu. Jsou však veskrze subjektivní záležitostí, avšak pokud zvolíme základní barvy, tak je možné je vyjádřit i ryze matematicky.

Doplňkové barvy lahodí lidskému oku, jsou však ryze subjektivní záležitostí. Na tomto obrázku byla použita sada červená-zelená spíše než RGB doplňková barva červená-azurová.

Barevný kontrast
S fyziologií lidského vidění souvisí i subjektivní pojem kontrast. S kontrastem se ve fotografii často pracuje, a je tak užitečné znát jeho subjektivní pravidla. Oko je totiž nejcitlivější na zeleno-žlutou barvu a nejméně citlivé na barvu modrou až fialovou. Proto při kombinaci různých barev i přesto, že jejich fyzikální kontrast je stejný, vzniká dojem různého subjektivního kontrastu:

Všimněte si, jak dobře jsou na černém pozadí čitelné nápisy, ve kterých je zelená složka, a jak špatně jsou čitelné nápisy obsahující jen modrou či červenou. Důvod je ten, že na zelenou barvu jsme mnohem citlivější, a tak na černém pozadí mnohem lépe subjektivně vynikne (má vyšší kontrast). Z fyzikálního hlediska je však kontrast ve všech políčkách zcela stejný.

Teplé a studené barvy
Emoce, které máme napojeny na různé barvy, vytvářejí i dojem teplých a studených barev. Jako teplé barvy vnímáme syté a jasné barvy žluté, červené, oranžové a žlutozelené. Vytvářejí dojem tepla, radosti, pohodlí a energie. Předměty zachycené v teplých barvách jakoby vystupují z fotografie a komunikují s divákem. Naopak jako studené barvy vnímáme málo syté a temné barvy modré, fialové či tmavě zelené. Vytvářejí pochmurnou náladu, jsou odtažité od diváka, ale současně z nich cítíme stabilitu a trvanlivost. Psychologie barev se proto hojně využívá zejména v reklamní fotografii.

Teplé odstíny barev (nahoře) nám připomínají slunce, kdežto studené (dole) zimu, vodu, led a tmu.

Je paradoxní, že skutečná teplota zdroje světla je v přímém protikladu se subjektivním vnímáním teplých a studených barev. Jinými slovy – relativně studené zdroje, jako je oheň, svíčka či žárovka produkují v lidském slova smyslu teplé červené světlo, zatímco k dosažení modrého světla, kterému my lidé říkáme "studené", je potřeba zdroj ohřát na výrazně vyšší teploty (například modrý plamen plynového hořáku).

Teplejší zdroje z hlediska fyzikální teploty produkují pro lidského pozorovatele studené bílé až modré světlo, zatímco fyzikálně studené zdroje (svíčka) člověk označí za zdroje teplého (červeného) světla. Je to sice paradox, ale vzhledem k ryze subjektivnímu vnímání barev zcela pochopitelný.

Pastelové barvy
Jako pastelové barvy označujeme obvykle barvy s vysokým podílem bílé složky. Jsou tedy světlé a málo saturované (vybledlé). Při fotografování vyžadují obvykle měkké rozptýlené světlo. Současná móda pohlednic s velmi saturovanými barvami moc pastelovým barvám nepřeje, a fotografie v pastelových barvách jsou potom často hodnoceny jako vybledlé či nekontrastní. Nicméně i pastelové barvy mohou nabídnout nádherné fotografie!

Pastelové barvy jsou decentní, jemné a vyžadují obvykle měkké difúzní světlo.