Колір і цветовоспроизведение в поліграфії
Нас оточує природа зі своєю пишнотою фарб. Навколо нас зелена трава й блакитне небо. Мир повний яскравих квітів, комах, і птахів. У житті людини роль кольору велика й многообразно. Незаперечна й здатність емоційного впливу кольору на психіку людини.
Колір і кольорові оригінали в поліграфії
Основне завдання, що вирішують поліграфічні технології це високоякісна печатка кольорових зображень максимально наближених по відтворенню кольору до оригіналу. Досконалості немає межі, особливо коли мова йде про предмет, пов'язаним зі сприйняттям кольору.
Початку будь-якого видання це його оригінали й від них багато в чому залежить і якість видання і його суспільна значимість. Кольорові оригінали - кольорові зображення на площині (фотографії, малюнки, слайди, графіка, у тому числі, і комп'ютерна) відіграють особливу роль у структурі будь-якого видання, особливо у видання, що несуть крім інформаційної й єстетической, також і емоційного навантаження, наприклад, у рекламних і політичних виданнях. Цветовоспроизведение в поліграфії - відтворення (репродукування) кольорових оригіналів на відбитку, це одне з основних завдань для поліграфії. Вся історія розвитку поліграфічних технологій і створення різних способів друкування безпосередньо зв'язані саме з рішенням цього завдання.
Процес кольорового репродукування в поліграфії складається із чотирьох стадій:
1. Зчитування з оригіналу інформації про колір кожного мікроелемента зображення і її подання у вигляді трьох величин, що відповідають що пропускається (відбиваним) світловим потокам у трьох зонах видимого спектра - червоної, зеленої й синьої. Ця стадія називається аналітичної.
2. Перетворення зображення у форму, придатну для наступного відтворення на відбитку. Ця стадія містить у собі перетворення колірного простору (з RGB в CMYK, Pantone, Hexachrome або іншу модель), відображення колірного простору оригіналу в простір відбитка із градационним колірним перетворенням, що забезпечує психологічно точне відтворення кольору. Ця стадія зветься градационной і колірної корекції й перетворення.
3. Реєстрація (запис) виділених тридцятимільйонних (цветоделенних зображень). Запис виробляється на фотографічному матеріалі, на магнітних носіях, на формних матеріалах (пластинах) або на формних циліндрах (у глибокій пресі, при цифровій печатці, в DI-Технології). Сюди ж ставляться необхідні технологічні перетворення: растрирование, корекція нелінійності пристрою запису й т.д. Ця стадія зветься перехідний, або стадії виготовлення друкованих форм.
4. Властиво друкування зображення на матеріальному носії (паперу, пластику та ін.) і одержання відбитка (репродукції). Тут виробляється накладення й сполучення цветоделенних зображень, пофарбованих у відповідні кольори застосовуваного синтезу й формування зображення на відбитку. Ця стадія визначена як синтез кольорового зображення на відбитку або друкування.
Цветовоспроизведение в поліграфії засновано на загальних принципах синтезу кольору. Якщо на око діє суміш випромінювань, то реакції рецепторів на кожне з них складаються. Змішання пофарбованих світлових променів дає промінь нового кольору. Суміш фарб має також інший колір. Такий ефект одержання нового кольору одержав назву синтез кольору.
Розрізняють два основних види синтезу кольору - аддитивний (змішання випромінювань, світлових променів) і субтрактивний синтез кольору (змішання речовинних середовищ, фарб, розчинів).
Аддитивний синтез кольору - відтворення кольору в результаті оптичного змішання випромінювань базових квітів (червоного, зеленого й синього - R, G, B). Використовується при створенні кольорових зображень на екрані в телебаченні, у моніторах комп'ютерів видавничих систем, виникає на окремих ділянках растрових зображень відбитка (у світлах зображення, де накладення різнобарвних растрових елементів внаслідок малих розмірів менш імовірно) при автотипному синтезі кольору в поліграфії.
Субтрактивний синтез кольору - одержання кольору в результаті вирахування окремихих спектральних тридцятилітніх з білого світла. Такий синтез спостерігається при висвітленні білим світлом, кольорового відбитка. Світло падає на кольорову ділянку; при цьому частина його поглинається (віднімається) барвистим шаром, а інша частина відбиваючись, у вигляді пофарбованого потоку попадають в око спостерігача. Цей синтез використовується в поліграфії при змішанні пофарбованих середовищ, наприклад, фарб поза машиною, для одержання потрібних квітів або відтінків на ділянках зображення при накладенні растрових елементів різних фарб на відбитку (на ділянках кольорового зображення, де растрові елементи різних фарб перекриваються в офсетному й високому способах печатки). У способі традиційного глибокого друку синтез кольору на відбитку по всьому зображенню є субтрактивним.
Автотипний синтез кольору - відтворення кольору в поліграфії, при якому кольорове напівтонове зображення формується різнобарвними растровими елементами (крапками або мікроштрихами) з однакової светлотой (насиченістю) окремих друкованих фарб, але різних розмірів і форм. При цьому ефект півтонів зберігається завдяки тому, що темні ділянки оригіналу відтворюються більшими растровими елементами, а світлі - більше дрібними. При накладенні растрових елементів на відбитку в процесі друкування синтез кольору носить смешенний аддитивно - субтрактивний характер.
Закони синтезу кольору, які сформулював Г. Грассман в 1853 р., є базою наукової теорії про синтез кольору. Ці три закони визначені як:
1. Закон тривимірності. Будь-який колір однозначно виражається трьома квітами, якщо вони лінійно незалежні (лінійна незалежність полягає в тім, що не можна одержати ніякий із зазначених трьох квітів додаванням двох інших).
2. Закон безперервності. При безперервній зміні випромінювання колір змінюється також безупинно (не існує такого кольору, до якого неможливо було б підібрати нескінченно близький).
3. Закон аддитивности. Колір змішай випромінювань залежить тільки від їхніх квітів, але не від спектрального состава.
Всі три закони наочно проявляються в процесі синтезу кольорових напівтонових зображень на відбитку.
Відомо, що трикомпонентна теорія зору є теоретичною базою кольорового синтезу при багатоколірному репродукуванні кольорових оригіналів засобами поліграфічної технології, де використовують тріаду кольорових фарб - жовта (ж), пурпурна (п), і блакитна (г). Застосування четвертої чорної (ч) фарби не суперечить принципу трехкрасочного відтворення квітів, тому що чорну фарбу теоретично й практично можна розглядати як суміш трьох кольорових фарб. Чорна фарба одночасно заміняє три кольорові й разом з тим збільшує їхню загальну кількість за один краскопрогон у друкованій машині.
У поліграфії при відтворенні кольорових оригіналів способами офсетного й високого друку через растрову побудову багатоколірної репродукції має місце синтез квітів, що містить ознаки як аддитивного, так і субтрактивного синтезів, де в створенні колірних відтінків на кольоровій репродукції беруть участь 16 разноокрашенних растрових елементів - незапечатаний папір, три одинарні (основні кольорові друковані фарби ж, п, г) і чорна год, три бінарні (парні) накладення триколірних друкованих фарб - ж+п, ж+г, п+г, подвійні накладення кольорова + чорна - ж+год, п+год, г+год, потрійні накладення основних друкованих (кольорові й чорна - ж+п+год, ж+г+год, п+г+год, ж+п+г) фарб і їхнє чотириразове накладення один на одного за участю чорної ж+п+г+ч. Вісім з них утворені за участю чорної фарби. Як уже був підкреслено цей синтез названий автотипним, а способи печатки, у яких використовується цей синтез кольору, визначають як способи автотипної печатки. У традиційному способі глибокого друку синтез кольору на відбитку є класичним субтрактивним синтезом.
Колір у природі
Мир - це колір і все, що ми бачимо, ми бачимо за допомогою кольору й завдяки кольору. Колір має не тільки інформаційну, але й емоційнуу тридцятилітній. Людське око - дуже тонкий інструмент, але, на жаль, сприйняття кольору суб'єктивно. Дуже важко переказати іншій людині своє відчуття кольору. Колір можна тільки бачити. Всі ми, хоч один раз у житті бачили, любувалися й випробовували особливі почуття й хвилювання перед таким явищем природи як веселкою. Ці почуття, які ми випробовуємо, не можна не переказати, не передати іншій людині. Всі ми визначаємо, одним словом: "Дивися!".
Однак що таке колір? Звідки він з'являється, із чого складається? У чому полягає особливість кольору як одного з найбільш сильних засобів інформаційного, емоційного й єстетического впливу? Чи існують і якщо існують, то які закономірності сприйняття кольору?
Природа кольору (Колір як предмет науки)
Проблемами кольору із глибокої стародавності й до наших днів займаються цілий ряд наукових дисциплін, кожна з яких вивчає колір з її сторони, що цікавить. Фізикові, насамперед, цікавить енергетична природа кольору, фізіологію - процес сприйняття кольору людиною й перетворення його в колір, психологію - проблема сприйняття кольору й впливи його на психіку, здатність викликати різні емоції, біологію - значення й роль кольору в життєдіяльності живих організмів і рослин.
У сучасній науці про колір важлива роль належить і математику, за допомогою якої розробляються методи опису й виміру відтінків кольору. Є ще ряд наукових дисциплін, що вивчають роль кольору в більше вузьких сферах людської діяльності, наприклад, такі як поліграфія, хімія лаків і фарб, криміналістика й ін. Сукупність всіх цих наук, що вивчають колір визначають як галузь науки про колір або цветоведение.
Параметри опису кольору
Дія на органи зору випромінювань, довжини хвиль яких перебувають у діапазоні 400-700 нм, приводить до виникнення зорових відчуттів. Ці відчуття різняться, кількісно і якісно. Фізичні властивості випромінювання - потужність і довжина хвилі - тісно зв'язані із властивостями порушуваного їм відчуття. Однак, хоча випромінювання й відчуття взаємозалежні, цей зв'язок складна й підкоряється законам суб'єктивного візуального сприйняття світлового випромінювання. Звідси й розподіл параметрів, що характеризують колір, на об'єктивні й суб'єктивні.
Об'єктивні характеристики кольору
Кольору всіх спектральних випромінювань спектра видимого світла розташовуються в досить короткому інтервалі довжин хвиль випромінювання: від крапки синьо-фіолетового випромінювання з довжиною хвилі 400 нм (нанометрів) до крапки червоного випромінювання з довжиною хвилі 700 нм.
Якщо розглядати світло по хвильовій теорії, то хвиля крім довжини має й другу характеристику - потужність (амплітуда). Отже, з об'єктивних характеристик кольору можна виділити його довжини хвилі випромінювання й потужності випромінювання. Випромінювання, що мають тільки одну довжину хвилі, називають монохроматичними випромінюваннями. В інтервалі довжин хвиль видимого спектра монохроматичні випромінювання визначають як спектральні кольори. Кольору двох монохроматичних випромінювань видимого спектра, що утворять біле світло, називають додатковими квітами.
Графік кольоровості з локусом - лінією спектральних квітів монохроматичних випромінювань однакової потужності й лініями додаткових квітів монохроматичних випромінювань: жовтого (560 їм) і синьо^-фіолетового (450 їм); блакитного (490 їм) і червоного (615 їм); жовтогарячого (575 їм) і синьо^-блакитного (480 їм) наведений на малюнку 1. Усередині локусу розташовуються кольори реальних випромінювань На пунктирної прямої лінії, що з'єднує дві крайні крапки локусу, розташовуються найбільш насичені пурпурні кольори, які можна одержати лише змішанням крайніх спектральних випромінювань червоний і синьо-фіолетовий кольори. Додаткові кольори розташовуються в колірному колі на прямої лінії, що проходить через ахроматичну вісь (чорний - сірий - білий колір). Так, жовті випромінювання є додатковими до синіх, а блакитні (синьо^-зелені) - додатковими до червоного. До жовтогарячого кольору додатковим є синьо-блакитний. Варто пам'ятати, що суміш двох випромінювань додаткового кольору утворить біле випромінювання, а суміш фарб додаткового кольору утворить чорну або близьку до неї фарбу.
Потужність випромінювання для кольору визначається поняттям "яскравість". Потужність випромінювання можна розглядати у двох площинах: 1) потужність випромінювання безпосередньо від джерела випромінювання й, 2) потужність випромінювання від об'єкта що відбиває або пропускає випромінювання іншого джерела. Поверхня й речовина об'єкта, як правило, міняє потужність і довжину хвилі випромінювання. Отже, яскравість - поняття об'єктивне (фізичне) і воно характеризується кількістю світла, що попадає в око спостерігача від об'єкта випромінюючого, проникного крізь себе або світло, що відбиває.
Білі поверхні
Як еталон білої поверхні використовують баритові пластини, поверхню яких покрита сульфатом барію. Баритова пластинка майже без втрат і практично рівномірно по спектрі відбиває падаючі на неї монохроматичні (одноколірні) випромінювання. Близькі до неї по відбивній здатності пластинки магнію, а також поверхні, покриті цинковим або титановим білилом. Інші фарби й предмети мають меншу відбивну здатність. Навіть невелика різниця в коефіцієнтах відбиття білих поверхонь зрительно дуже помітна. Якщо на баритовій пластинці розмістити шматочків самого білого крейдованого паперу, то вони будуть виглядати в порівнянні із цим еталоном як сірі. Деякі види паперу в порівнянні з еталоном білого кольору зрительно сприймаються не тільки темними, але ще й з деяким кольоровим відтінком. Кількісна характеристика білизни паперу має в поліграфії велике значення. Чим більше білизна паперу, тим більше й щаблів градації (насиченості) кольорового зображення на відбитку й вище його контраст.
Чорні поверхні
Якщо від поверхні відбивається менш 1,5% кожного з монохроматичних випромінювань видимого спектра, то зрительно ця поверхня сприймається як чорна. Однак для практичних цілей як еталон чорного кольору при розгляді у відбитому світлі використовують поверхні, покриті чорним оксамитом, а при розгляді в минаючому світлі - зразки виявленої чорно-білої фотоплівки. Колір чорних фарб залежить від поглинаючої здатності пігменту - сажі. Чим більше світла поглинає пігмент і чим менше у фарбі зв'язувальної речовини, тим вона чернее. Практично немає фарб, які б рівномірно поглинали всі монохроматичні випромінювання. Звичайно чорні фарби мають коричневий або синій відтінок. На колір чорної поверхні впливає також і її шорсткість. Від чорних матових поверхонь падаючі промені відбиваються розсіяно, а від глянсових - направленно. Гладкі чорні поверхні ми бачимо більше чорними, чим шорсткуваті, матові. Тому на глянсових паперах контраст однобарвистого чорно-білого зображення більше й насиченість чорного глибше, сильніше.
Серед випромінювань складного спектрального состава видимого світла велике значення мають ті, які утворять біле світло денного висвітлення. Біле світло - сумарне випромінювання з однаковим по потужності всіх монохроматичних випромінювань видимого спектра.
Між білими й чорними поверхнями лежить безліч поверхонь, що відбивають біле світло неповно від 99% до 1% падаючі. Ця безліч утворить ряд сірих (ахроматичних) квітів. Ряд ахроматичних квітів являє собою сіра східчаста шкала, що використовують у поліграфії для контролю репродукційних процесів. Поля такої шкали, отриманої на чорно-білому фотопапері, різняться тільки по светлоте. Светлота - одна із суб'єктивних характеристик видимого світла.
Суб'єктивні характеристики кольору
Характер відчуття кольору залежить як від сумарної реакції чутливих до кольору рецепторів ока (людини), так і від співвідношення реакцій кожного із трьох типів рецепторів. Сумарна реакція чутливих до кольору рецепторів ока визначає светлоту кольору, а співвідношення її часток - колірний тон. Зі зміною потужності змінюється светлота, а зі зміною довжини хвилі - візуально сприйманий колірний тон і насиченість кольору. Первісне подання про светлоте й колірний тон можна проілюструвати, помістивши пофарбовану поверхню частково на пряме сонячне світло, а частково - у тінь. Обидві частини її мають однаковий колірний тон, але різну светлоту. Сукупність цих характеристик позначається одним терміном "колір". З наведеного приклада можна зробити вивід, що якісні суб'єктивні характеристики кольору це колірний тон і насиченість, а суб'єктивна кількісна характеристика - светлота.
Колірний тон, насиченість і светлота - це три суб'єктивно сприйманих очі ознаки хроматичних квітів.
Колірний тон - це суб'єктивна ознака кольору, що пізнається через відчуття й визначається словами - синій, зелений, червоний, жовтий і т.д. Колірний тон предметів, що не є джерелами випромінювання, залежить від вибірного спектрального пропущення прозорих предметів і вибірного спектрального відбиття непрозорих предметів, розглянутих у відбитому світлі. Колірний тон джерела випромінювання у видимій області спектра визначається составом видимого спектра випромінювання. У нашій свідомості колірний тон асоціюється з фарбуванням добре знайомих предметів. Багато найменувань квітів відбулися прямо від об'єктів з характерним пам'ятним кольором. Наприклад, такі як малиновий, жовтогарячий (апельсиновий), вишневий, болотний, бузковий, рожевий, криваво - червоний і т.д. Наші відчуття суб'єктивні й вони залежать не тільки від спектрального випромінювання, відбиття або пропущення, а також від тонкості сприйняття, емоційного стану, професіоналізму, тренованості, національності й багатьох інших факторів.
Насиченість кольору - це друга суб'єктивна ознака кольору, що характеризує силу, інтенсивність відчуття колірного тону. Серед ряду квітів одного тону, наприклад серед синіх квітів, можо виділити ті, у яких сильніше виражений синій тон; і які сприймаються як яскраво синіми. Насиченість кольору асоціюється в нашій свідомості з кількістю барвника, наприклад, з його концентрацією у фарбі, а також з його чистотою. Наприклад, збільшуючи концентрацію барвника або, інакше кажучи, насичуючи їм розчин, ми тим самим збільшуємо насиченість кольору цього розчину. Збільшуючи зміст пігменту у фарбі, ми також збільшуємо її насиченість.
Насиченість кольору предметів проявляє себе максимально, якщо предмети освітлені світлом цього кольору. Натренований спостерігач при денному висвітленні розрізняє до 180 колірних тонів і до 16 щаблів (градацій) насиченості. (Таким чином, простір колірного охвату людини складається з 1880 відтінків чистих квітів, а відтінки смешенних квітів представляють дуже велике, але кінцева безліч квітів.) При зниженому висвітленні число помітних квітів помітно скорочується. Крім того, різко міняється подання про колірний тон якщо висвітлення кольорове. Уночі (при блакитному місячному світлі) усе кішки чорні.
Відчуття кольоровості й насиченості можна приблизно виразити об'єктивними характеристиками випромінювань. Так, колірний тон виражають довжиною хвилі монохроматичного випромінювання, що у суміші з білим світлом дає таке ж зорове відчуття кольору, як характеризуемий об'єкт. Довжина хвилі цього монохроматичного випромінювання називається домінуючою довжиною хвилі. Насиченість при цьому кількісно виражається чистотою кольору, що являє собою частку монохроматичного потоку в суміші його з білим світлом. Коротше кажучи, чистоту кольору визначають відношенням потужності монохроматичного випромінювання до потужності сумарних випромінювань видимого спектра, які створюють заданий колір. Чим більше потужність монохроматичного випромінювання в суміші й чим менше потужність білого світла, тим вище чистота кольору. Спектральні кольори мають максимальну чистоту, рівну одиниці. У спектральних квітах потужність білого світла дорівнює нулю.
Светлота - третя суб'єктивна ознака, що характеризує відчуття об'єктивної величини яскравості кольору. Коли одночасно розглядаються разноокрашенние предмети, ми чітко бачимо, які з них світліше, які темніше, хоча вони й різні по колірному тоні. Зіставляючи кольору у світлах і тінях окремих предметів, ми бачимо розходження в освітленості й кольору різних ділянок розглянутого об'єкта. Наприклад, пофарбовані в жовті кольори предмети більше світлі, а пофарбовані у фіолетові кольори - більше темні.
Хроматичні й ахроматичні кольори
Коли випромінювання дратує всі рецептори однаково (одиниця інтенсивності роздратування - "частка участі в білому"), колір такого випромінювання сприймається як білий, сірий або як чорний. Білий, сірий і чорний кольори називаються ахроматичними. Ці кольори не різняться якісно. Різниця в зорових відчуттях при дії на око ахроматичних випромінюванні залежить тільки від рівня роздратування рецепторів. Тому ахроматичні кольори можуть бути задані одною психологічною величиною - светлотой. Якщо рецептори різних типів роздратовані неоднаково, виникає відчуття хроматичного кольору. Для його опису потрібні вже три величини - светлота, насиченість і колірний тон. Якісні характеристики зорового відчуття, визначаються насиченістю й колірним тоном. Ахроматичні кольори, тобто сір, білі й чорні, характеризуються тільки светлотой. Будь-який хроматичний колір може бути зіставлений по светлоте з ахроматичним кольором. Чим менше насиченість хроматичного кольору, тим ближче він до ахроматичного кольору, і тем легше знайти відповідний йому по светлоте ахроматичний колір. Початок і кінець ахроматичного ряду - це біле й чорне.
У повсякденному розумінні різниця між яскравістю й светлотой звичайно не зауважується, і обоє поняття розглядаються майже як еквівалентні. Однак можна помітити деяке розходження у вживанні цих термінів, що відбиває й розходження цих двох феноменів. Як правило, слово "яскравість" уживають для характеристики особливо світлих поверхонь, сильно освітлених і отражающих велику кількість світла. Так, наприклад, про освітлений сонцем аркуші паперу або снігу говорять як про яскраві поверхні, а про стіни кімнати як, про світлі. Термін "яскравість" також нерідко служить для характеристики кольору, причому маються на увазі такі якості останнього, як насиченість або чистота. Нарешті, термін "яскравість" переважно використовується для оцінки джерел світла. В естественнонаучной теорії кольору розходження між термінами "яскравість" і "светлота" досить виразно. Светлота це відчуття яскравості, у якому важливу роль грають конкретні умови індивідуального сприйняття. Це поняття, що ставиться, насамперед до компетенції психології. Та сама фізична, об'єктивна яскравість може викликати різні відчуття светлоти, і, навпаки, та сама светлота може відповідати різним ступеням яскравості.
Метамерние кольору
Випромінювання, які мають однаковий колір, але різний спектральний состав, називаються метамерними. Метамерія квітів це здатність нашого зору бачити різні по спектральному составі випромінювання однаковими по кольорі. Випромінювання, що викликають однакові відчуття кольору в одних умовах сприйняття, створюють однакові відчуття кольору й в інших умовах. Але саме відчуття кольору може помітно мінятися від умов розглядання й висвітлення. Ми постійно бачимо метамерние кольору. Більше того, одержання будь-яких кольорових зображень, зокрема й на відбитку, засновано на метамерії. Наприклад, жовтогарячий колір можна одержати на папері жовтогарячою фарбою або ж накладенням шарів двох фарб: пурпурної й жовтої (останньої в більшій кількості).
Найбільшою метамерією, тобто найбільшою розмаїтістю по спектральному составі, володіють білі випромінювання джерел світла. Зі збільшенням насиченості метамерія квітів зменшується. Спектральні кольори не мають метамеров, тому що кожний з них створюється одним - єдиним монохроматичним випромінюванням. Серед фарб найбільшою метамерією, тобто найбільшою розмаїтістю по спектральному составі, володіють темні, зачернені кольори.
Зменшення метамерії кольору зі збільшенням насиченості має велике практичне значення в поліграфії, особливо при виборі друкованих фарб і цветоделительних світлофільтрів, а також при розробці алгоритмів кольороподілу.
На метамерії кольору засновані всі колориметрические методи, у яких для випромінювання складного состава підбирається така суміш деякого монохроматичного випромінювання з білим світлом, що зрительно неотличима від нього по кольорі.
Всі репродукційні процеси в поліграфії засновані на тім, що всілякі кольори зображення на відбитку ми відтворюємо змішанням декількох цілком певних друкованих фарб. Це можливо тому, що ми бачимо однаковими по кольорі різні по спектральному составі випромінювання.
Гранична чутливість сприйняття кольору
Передача светлотного й колірного контрасту багато в чому залежить від чутливості ока, що непостійна й здатна змінюватися під дією зовнішніх і внутрішніх стимулів. Око реагує не на всяке роздратування, а тільки на таке, котре досягло певної величини. Цю мінімальну різницю між двома ступенями яскравості, що здатний зауважувати око, психологи називають порогом чутливості. Для того щоб помітити в натурі й виразити потім найтонші зміни світла й кольору, око спостерігача повинен мати високу чутливість, що дається від природи й розвивається в процесі навчання. Гранична чутливість сприйняття кольору й покладена в основі визначення кольору, запропоноване відомим фізиком Шредингером (1920 р.). По Шредингеру, колір є властивість спектральних составів випромінювань, розрізня_ не людиною візуально.
Систематизація відтінків кольору
Потреба в систематизації й класифікації квітів виникла давно. Продиктовано вона була як потребами практики, так і науки, і, зокрема, таких областей наукового знання, як хімія, біологія, мінералогія, медицина. Не менш важливе значення має вона й для теорії живопису й для практики поліграфії. Різноманіття спостережуваних у природі квітів художники й учені здавна прагнули привести в яку-небудь систему - розташувати всі кольори в певному порядку, виділити серед них основні й похідні.
Найпростішою систематикою було розташування квітів у тім порядку, у якому вони перебувають у веселці. Така спроба й була зроблена Ньютоном після того, як він одержав видимий кольоровий спектр шляхом розкладання білого світла. Ці кольори Ньютон розділяв на однорідні, первинні, прості, які викликаються променями однакової переломлюваності, і неоднорідні або похідні, відчуття яких викликається променями різної переломлюваності.
Веселка послужили також основою для систематики квітів у вигляді кола й трикутника. Ідея графічного вираження системи квітів у вигляді замкнутої фігури була підказана тим, що кінці спектра мають тенденції замкнути - синій край через фіолетовий переходить у пурпурний, а червоний також наближається до пурпурного. У принципі розташування квітів у трикутнику нічим не відрізняється від розташування їх по колу. У вершинах трикутника розташовуються так звані основні, або "первинні", чисті кольори: червоний, синій, жовтий. Змішуючи їх попарно, можна одержати "вторинні", або змішані, кольору: жовтогарячий, зелений, фіолетовий. Змішання можна продовжувати й далі й одержати таким чином, в остаточному підсумку, колірне коло. Якщо в трикутнику провести бісектриси, а в колі діаметри, то на їхніх протилежних кінцях будуть лежати додаткові кольори.
Колірні коло й трикутник володіють і ще одною властивістю: оптичне змішання трьох основних квітів дає в підсумку білий (аддитивний синтез кольору), а при змішанні відповідних фарб - чорний або темно-сірий колір (субтрактивний синтез кольору).Розташування квітів у вигляді кола дуже зручно й наочно. Воно широко застосовується для пояснення багатьох закономірностей теорії кольору.
По суті, до системи квітів у вигляді кола, можливо, зненацька для самого себе прийшов і Ґете. Розглядаючи світло через призму, воно помітив колірні смуги на границі чорного й білого. Це дало йому підстава зробити вивід про те, що жовт і синій відповідають світл і темному і є первинними, тому що виникли із протилежностей. Червоний колір він розглядав як посилення жовтого, фіолетовий - синього, а зелений як результат змішання. Пурпурний колір, на його думку, виникає шляхом подальшого посилення червоного й фіолетового. У підсумку в Ґете також трохи своєрідним шляхом виникає колірне коло, у принципі не відрізняється від кола Ньютона.
Колірне коло й трикутник, однак, систематизували лише чисті, тобто спектральні, кольору. Оскільки кожний спектральний колір може змінюватися також по светлоте й насиченості, те це зажадало створення такої моделі, що давала б можливість оцінки зміни квітів і по цих параметрах.
В 1772 році німецьким ученим Ламбертом була запропонована систематизація квітів у вигляді подвійної піраміди, що приблизно відбиває зміни кольору не тільки по колірному тоні, але також і по светлоте й насиченості.
Кількісний опис кольору й розрізнення окремих відтінків кольору
Для багатьох галузей виробництва, у тому числі для поліграфії й комп'ютерних технологій, необхідні більше точні кількісні методи опису кольору й розрізнення окремих його відтінків. Наукові теорії опису кольори досить складні для сприйняття й розуміння, а також важко формализуеми. Отже, метою систематизації кольору є створенням математичних моделей кількісного опису розрізнення відтінків кольору.
В 1931 р. міжнародна комісія зі стандартизації, відома як Міжнародна освітлювальна комісія (Commission International de l'Eclerage), скорочено називана МОК (СIЕ), запропонувала систему вимірі кольору, що і застосовується з тих пор з невеликими змінами. Ця система має ряд переваг: одне з них, найбільш важливе, полягає в тому, що в математичних моделях кольору відсутні негативні члени. Це значно зменшує число помилок при записі рівнянь. Позбутися від негативних членів можна тільки підбором гіпотетичних, нереальних основних квітів. Це, звичайно, дуже часто на початку знайомства викликає невеликі утруднення. Щоб легше зрозуміти цей момент, варто звернути увагу на те, що хоча гіпотетичних квітів насправді реально не існують, то на колірній діаграмі (простір локусу) їм відповідають цілком конкретні крапки.
І що це дає на практиці? Дуже багато зручностей. Всі виміри проводять на реальних основних квітах, а потім результати за допомогою обчислень перетворять у відповідні коефіцієнти для гіпотетичних квітів. Суть систем CIE наступна: вибравши в якості трьох основних базових квітів будь-які три лінійно незалежних кольори спектра (див. перший закон Грассмана на початку статті) і з'єднавши їхніми прямими лініями, одержимо трикутник. (Математична модель системи CIE лінійна, отже, проста, але й з обмеженою точністю.) Через кривизну ліній локусу, на яких лежать спектральні кольори, деякі кольори завжди будуть випадати із цього трикутника й у відповідних колірних рівняннях позначатися негативними величинами. Із цієї причини СIЕ вибрала в якості основних гіпотетичні кольори й розташувала їх по осях X, Y і Z таким чином, щоб вся область між бічними сторонами й "пурпурної" прямої лежала усередині трикутника XYZ.
Виміру проводять на існуючих основних квітах, а потім шляхом нескладних перетворень їх перераховують. Основна перевага такої системи полягає в тому, що виміру можна проводити з використанням будь-яких основних квітів, але якщо потім перетворити їх у систему стандартних квітів, то виміру, проведені в різних лабораторіях, можна зіставляти один з одним. Вибір основних квітів системи СIЕ XYZ приводить до одержання стандартної діаграми кольоровості СIЕ. У дійсності всю систему кількісного виміру кольору СIЕ можна графічно представити як набір величин трьох параметрів - колірний тон, насиченість і яскравість (светлота), які визначають і реальні кольори.
Базою побудови системи CIE XYZ послужило колірне тіло, побудоване художником Манселлом і його колірний атлас, що зіграв величезну роль у вивченні, описі й систематизації відтінків кольору.
Моделі опису розходження колірних відтінків
Кольори й колірні розходження можуть бути виражені за допомогою різних математичних моделей. Найбільше часто на практиці використовуються чотири моделі опису кольору: RGB, CMYK, Lab, HSV (HSL, HSB).
Модель RGB
Всі відтінки кольору видимого спектра можна одержати зі сполучення трьох основних монохроматичних випромінювань - червоного, синього й зеленого. При змішанні двох основних квітів, а також при змішанні двох основних з додаванням третього основного кольору результат осветляется: зі змішання червон і зеленого виходить жовтий, зі змішання зелен і синього виходить блакитн, синій і червоний дають пурпурний. Якщо змішуються однакові по кількості випромінювання всіх трьох квітів, то в результаті виходить біле світло. Тому такі кольори називаються аддитивними (сумарними), а синтез кольору аддитивним. Ця модель застосовна для опису кольору синтезованого в минаючому або прямому (випромінюваному) світлі. Візуальне сприйняття кольору по деяких теоріях теж засновано на моделі RGB. Модель RGB позначена по перших буквах англійських слів Red (Червоний), Green (Зелений), Blue (Синій). Ця модель представляється у вигляді тривимірної системи координат. Кожна координата відбиває внесок кожноної тридцятилітнього в результуючий колір у діапазоні від нуля до максимального значення. У результаті виходить куб, усередині якого й "перебувають" всі кольори, образуя колірний простір RGB.
Важливо відзначити особливі крапки й лінії цієї моделі. Початок координат: у цій крапці всі тридцятилітні дорівнюють нулю, випромінювання відсутнє, а це рівносильно темряві, тобто це крапка чорного кольору. І друга крапка, де всі тридцятилітні мають максимальне значення, що, як уже з'ясували, дає білий колір. На лінії, що з'єднує ці крапки (по діагоналі), розташовуються ахроматичні кольори (сірі відтінки): від чорного кольору до білого. Це відбувається тому, що всі три тридцятилітні однакові й розташовуються в діапазоні від нуля до максимального значення. Такий діапазон інакше називають сіркою або ахроматичною віссю. У комп'ютерних технологіях зараз найчастіше використовуються 256 градацій (відтінків) сірого. Хоча деякі сканери мають можливість розпізнавати й кодувати при скануванні зображення до 1024 відтінку сірого.
Три вершини куба дають чисті вихідні колірні випромінювання, інші три відбивають подвійні змішання вихідних випромінювань. Саме в цій моделі кодує зображення сканер і відображає малюнок екран монітора. На базі цієї моделі працює телебачення.
Модель СМУК
Всі відтінки кольору видимого спектра можна одержати й при змішанні не випромінювань, а речовин - фарб, лаків, розчинів. У поліграфії для створення кольорового зображення на відбитку наносять на білий папір фарби різного кольору. Біле світло, що падає на відбиток, проходить крізь барвистий шар, відбивається від поверхні паперу й знову проходить крізь барвистий шар уже певного кольору, що візуально сприймається. Цей колір називають відбиваним. Відбиті кольори виникають не шляхом випромінювання, а виходять із білого світла, шляхом вирахування з нього певні кольори. Відбиті кольори називаються також субтрактивними ("вичитательними"), оскільки вони залишаються після вирахування основних аддитивних, а синтез кольору субтрактивним. Зрозуміло, що в такому випадку й основних субтрактивних квітів буде три: блакитний, пурпурний і жовтий. Ці кольори становлять так звану поліграфічну тріаду друкованих фарб. При печатці з використанням фарб цих квітів вони поглинають червоні, зелену й синю зони спектра білого світла й, таким чином, більша частина видимого колірного спектра може бути відтворена (репродукована) на папері при друкуванні багатоколірного відбитка з використанням трьох друкованих фарб - жовтої, пурпурної й голубой.
При змішаннях двох субтрактивних квітів (фарб) результуючий колір затемнюється, а при змішанні всіх трьох повинен вийти чорний колір. При повній відсутності фарби, треба думати, вийде білий колір (колір білого паперу). У підсумку виходить, що нульові значення тридцятилітніх дають білий колір, максимальні їхні значення повинні давати чорний колір, їхні рівні значення - відтінки сірого, крім того, є чисті субтрактивние кольори і їхні подвійні сполучення. Це означає, що модель, у якій вони описуються, схожа на модель RGB. Геометричний образ моделі CMYK це той же "куб", у якому перемістився початок координат. Якщо абстрактно, і для більше легкого запам'ятовування за аналогією з моделлю RGB, то це так.
