Bevezetés A színek fontosak! Információgyűjtés a környezetről: Érett-e e gyümölcs? Veszélyforrások gyors azonosítása. Színes jelzések, lámpák, táblák. Az ember és a színek: Kifejező eszköz: ruhák, rangjelzések, stb. Alapvető fontosságú a képzőművészetekben. Hangulat befolyásoló tényező.
Bevezetés Miről szól az előadás? 1. Miért látunk színeket? 2. Miért látja két ember különbözőnek egy tárgy színét? 3. Hogyan tudunk színeket utánozni? 4. Tényleg minden szín kikeverhető három színből? 5. Milyen színek jeleníthetők meg monitoron, nyomtatásban,...
A színlátás A fény Mi is a fény? Fény: elektromágneses hullám kb. 380 nm és 760 nm közti hullámhosszal. (< ezredmilliméter) A hullámtulajdonság közvetlenül nem látható. A fény ennél sokkal bonyolultabb, de ez más téma...
A színlátás A fény A tiszta színek Tiszta szín: csak egy hullámhosszat tartalmaz. Közelítőleg tiszta színű fényforrások: lézerek színe nátriumlámpák (narancssárga fényű utcai lámpák) szivárvány színei Az innen hiányzó színek a kevert színek.
A színlátás A fény A tárgyak színképe A legtöbb esetben nem tiszta színekkel találkozunk. Színkép: megmutatja, milyen hullámhossz milyen erősen van jelen. (Nem precíz, de szemléletes.) Néhány hétköznapi tárgy színképe. (Fehér fényben.)
A színlátás A fény érzékelése A szem szerkezete Fő részek: szemlencse: képet alkot retina: felfogja és elektromos jellé alakítja a képet írisz: leszűkíti a bemenő fénynyalábot (változtatahtó méret)
A színlátás A fény érzékelése Érzékelők a retinán Kétféle sejt: pálcikák és csapok.
A színlátás A fény érzékelése Pálcikák és csapok Pálcikák: középen kevesebb kis megvilágításnál működnek nem színérzékenyek Csapok: középen koncentrálódnak erős megvilágításnál működnek színérzékenyek: 3 féle csap
A színlátás A fény érzékelése Pálcikák és csapok Pálcikák: középen kevesebb kis megvilágításnál működnek nem színérzékenyek Csapok: középen koncentrálódnak erős megvilágításnál működnek színérzékenyek: 3 féle csap Sok minden megérthető. Pl.: Miért nem látunk éjszaka színeket? Éjjel a halvány dolgok mellé kell nézni, hogy jól lássuk őket. A 3 kitüntetett szám a színelméletben.
A színlátás A fény érzékelése A csapok érzékenysége A 3-féle csap érzékenységi függvénye: Sok emberen végzett mérések átlaga.
A színlátás A fény érzékelése Mit is érzékelünk? Érzékelés: A színkép érzékenységi függvényekkel súlyozott átlagértékét. Matematikailag: ha az i. fajta csap érzékenysége V i (λ), akkor az agyba menő jel közelítőleg: J i = 0 V i (λ)ϕ(λ)dλ
A színlátás A fény érzékelése A színlátás alapjai A fenti folyamat a színképet (folytonos függvény, elvileg végtelen sok adat) 3 komponensű jellé alakítja. ϕ(λ) (J 1, J 2, J 3 ) Az egyszerűsítés jó: megőriz valamit a színkép tulajdonságaiból, de nem kell túl sok adatot kezelni.
A színlátás A fény érzékelése A színlátás alapjai A fenti folyamat a színképet (folytonos függvény, elvileg végtelen sok adat) 3 komponensű jellé alakítja. ϕ(λ) (J 1, J 2, J 3 ) Az egyszerűsítés jó: megőriz valamit a színkép tulajdonságaiból, de nem kell túl sok adatot kezelni. Érdekes következmények: különböző színképekhez is tartozhat azonos színérzet a színérzet egyénfüggő
A színek világa A színlátás A fény érzékelése Ha csak 2 csapunk lenne... Néhány ember kétszínlátó. Ők sokkal kevesebb színnel kell beérjék... (A legtöbb állat is kétszínlátó.)
A színlátás A fény érzékelése Metamer színek Két szín egymás metamerje, ha azonos színérzet társul hozzájuk. A metamerek színképe különbözik, de azonos színűnek látjuk őket. Jelentősség: nem kell a tárgy teljes színképét utánozni, elég egy metamerjét megtalálni. Ez az összes színkeverési technika alapja.
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Alapötlet Ha több lámpa egyszerre világít, színképeik összegződnek. Pl. egy piros és egy zöld lámpa hatása együtt sárgának tűnik.
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Alapötlet Ha több lámpa egyszerre világít, színképeik összegződnek. Pl. egy piros és egy zöld lámpa hatása együtt sárgának tűnik. Finomítás: Változtassuk a fényerőt fokozatosan! Így a színképek súlyozott összege állítható elő. Kérdés: Néhány alapszínkép súlyozott összegében minden színkép metamerje benne lesz?
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Egyszerű színkeverés
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Három szín keverése Ésszerű feltételezés: 3 féle csap van ezért 3 színből minden kikeverhető. (?) Ez sok könyvben így szerepel. A gyakorlat első pillanatra igazolni látszik. De igaz ez?
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Három szín keverése Ésszerű feltételezés: 3 féle csap van ezért 3 színből minden kikeverhető. (?) Ez sok könyvben így szerepel. A gyakorlat első pillanatra igazolni látszik. De igaz ez? Matematikailag: ϕ(λ) színkép metamerjét keressük. Adott 3 darab alapszínkép: A 1 (λ), A 2 (λ), A 3 (λ). Találhatunk-e olyan s 1, s 2, s 3 súlyokat, hogy s 1 A 1 + s 2 A 2 + s 3 A 3 metamerje legyen ϕ(λ)-nak?
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Három szín keverése (folyt.) A matematikai megoldás: Nem fogunk számolni vele! J i = ϕ(λ)v i (λ)dλ, J = (J 1, J 2, J 3 ) T i,j = A j (λ)v i (λ)dλ s = T 1 J
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Három szín keverése (folyt.) A matematikai megoldás: Nem fogunk számolni vele! J i = ϕ(λ)v i (λ)dλ, J = (J 1, J 2, J 3 ) T i,j = A j (λ)v i (λ)dλ s = T 1 J Matematikailag lényegében mindig van megoldás. Probléma: s komponensei közt lehetnek negatívok! Ez fizikailag nem megvalósítható. Nincs 5 wattos izzó.
Színkeverés, színrendszerek Additív színkeverés Három szín keverése (folyt.) Bebizonyítható, hogy a fizikailag megvalósítható megoldások körében: A tiszta színeknek nincs metamerjük. 3-nál több alapszín esetén is lesznek nem ábrázolható színek. Ha van két különböző alapszín-hármas, akkor legalább az egyik tartalmaz olyan színeket, melyek a másikban nem ábrázolhatók. Ez elég szomorú... De hogyan jelentkezik ez a gyakorlatban?
Színkeverés, színrendszerek Az RGB-rendszer Alapgondolat Ötlet: az emberi szemhez illeszkedve válasszunk egy vörös, zöld és kék tiszta színt alapszínnek. A három alap-hullámhosszat 1931-ben így határozták meg: λ 1 = 700 nm, λ 2 = 546, 1 nm, λ 3 = 435, 8 nm, Ezekből kiszámolható s = (R, G, B).
Színkeverés, színrendszerek Az RGB-rendszer Alapgondolat Ötlet: az emberi szemhez illeszkedve válasszunk egy vörös, zöld és kék tiszta színt alapszínnek. A három alap-hullámhosszat 1931-ben így határozták meg: λ 1 = 700 nm, λ 2 = 546, 1 nm, λ 3 = 435, 8 nm, Ezekből kiszámolható s = (R, G, B). Ha csak a szín érdekel, nem az intenzitás, akkor érdemes ezt használni: r = R R + G + B, g = G R + G + B, b = B R + G + B.
Színkeverés, színrendszerek Az RGB-rendszer Az RGB-rendszer színei Milyen (r, g, b) értékekkel ábrázolhatók (elvileg) a tiszta színek? Probléma: a grafikonok több helyen lemenek a tengely alá!
Színkeverés, színrendszerek Az RGB-rendszer A színpatkó Az összes színhez tartozó (r, g) párok egy síkban ábrázolhatók: Vigyázat! Az I. síknegyeden kívüli területen a színek hamisak! (RGB-eszközöket használunk.)
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Alapok Látjuk, hogy nem minden szín fér bele az RGB-rendszerbe. Kérdés: A gyakorlatban hol lépnek fel az RGB-ből kilógó színek?
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Alapok Látjuk, hogy nem minden szín fér bele az RGB-rendszerbe. Kérdés: A gyakorlatban hol lépnek fel az RGB-ből kilógó színek? Saját fotókat vizsgáltam: Egy kis programmal minden pixelt felpöttyöztem az rg-síkra. Vigyázat! A fényképezőgép pontossága kérdéses. Tájékozódásra azonban jó.
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Kevés színű fotó Zöld és barna árnyalatok keverednek. A színek nem közelítik meg a háromszög szélét.
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Átlagos fotó Több szín, de alig egy-két pixel jut a szélére.
A színek világa Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Élénk színek 1. Ez a sárga és kék már túl sok az RGB-rendszernek.
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Élénk színek 2.
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Élénk színek 3. Elég élénk színek, de alig érnek ki a szélére.
A színek világa Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Élénk színek 4. Ez viszont már 4 helyen is kilóg!
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Élénk színek 5. A sárga és a ciánkék pohár túl élénk színű.
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Természetes élénk színek 1. Teljesen fa borítású terem: a többszörös visszaverődések telítetté teszik a színeket.
A színek világa Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Természetes élénk színek 2. Az élénk naracs-sárga átmenet nem jön át a fotón.
A színek világa Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák Speciális fényforrás: Na-lámpa Gyakran használt utcai lámpa: majdnem egyszínű.
Színkeverés, színrendszerek Gyakorlati példák A kivonó színkeverés Eddig az összeadó, vagy additív színkeverést tárgyaltuk. (A lámpák fénye összeadódik.) Egy másik színkeverési mód: a kivonó színkeverés. Ekkor egy lámpa fénye színes rétegeken áthaladva egyre csökken, minden réteg a maga jellegzetes módján hullámhossz-függően nyel el a fényből. Példák: Egymás utáni színes üvegek. Egymásra kent festékrétegek. Színes nyomtatás. Időhiányban nem tárgyaljuk részletesen.
A színábrázolás korlátai A színtér (gamut) fogalma A színtér Színtérnek vagy gamutnak nevezzük az adott eszközzel ábrázolható színek halmazát. Pl. az RGB-rendszer színtere az előbb ábrázolt háromszög. Alapvető fontosságú: ha két rendszer színtere nem egyezik meg, bizonyos színeket tud az egyik ábrázolni, a másik meg nem.
A színábrázolás korlátai A színtér (gamut) fogalma A színtér Színtérnek vagy gamutnak nevezzük az adott eszközzel ábrázolható színek halmazát. Pl. az RGB-rendszer színtere az előbb ábrázolt háromszög. Alapvető fontosságú: ha két rendszer színtere nem egyezik meg, bizonyos színeket tud az egyik ábrázolni, a másik meg nem. A színteret sokféleképp lehet ábrázolni, mi a leggyakoribb módot, az xy-színpatkót fogjuk használni.
A színábrázolás korlátai A színtér (gamut) fogalma Az XYZ-rendszer (R, G, B) helyett (X, Y, Z) koordináták. (X, Y, Z) = Q(R, G, B) T, ahol Q egy adott mátrix.
A színábrázolás korlátai A színtér (gamut) fogalma Az XYZ-rendszer (R, G, B) helyett (X, Y, Z) koordináták. (X, Y, Z) = Q(R, G, B) T, ahol Q egy adott mátrix. Tulajdonságok: Q ügyes megválasztása miatt + Azt összes szín nemnegatív koordinátákkal írható le. + Y közel arányos az emberi szem össz fényességérzetével. Nem lehet hardveresen közvetlenül megvalósítani. Nincs pl. X-színű lámpa. Történeti okokból ezt használják a legtöbb esetben alap-rendszerként.
A színábrázolás korlátai A színtér (gamut) fogalma Az xy-színpatkó x = X /(X + Y + Z), y = Y /(X + Y + Z) Patkó széle: tiszta színek E = (1/3, 1/3): semleges szín. (fehér és szürkeárnyalatok) A jelölt háromszög az RGB-rendszer színtere. Vigyázat! Az RGB-színtéren kívüli területen a színek csak tájékoztató jellegűek. Ez a leggyakoribb térképe a színterek bemutatásának.
A színábrázolás korlátai A színtér (gamut) fogalma Színek az xy-síkban
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere Az ideális kijelző Cél: a teljes színpatkó előállítása. A tiszta színeknek nincs metamerje: minden tiszta színt tudni kellene előállítani. Kevés adattal le lehessen írni a színt. Erre az RGB nem jó, de pl. az XYZ igen. A felvevő berendezés színtere is teljes kell legyen. Ilyenünk még közelítőleg sincs.
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere RGB-kijelzők Lézer-kijelző: ideális, mert vonalas színképűek a források. Baj: túl drága.
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere RGB-kijelzők Lézer-kijelző: ideális, mert vonalas színképűek a források. Baj: túl drága. Hagyományos képcső: elektronnyaláb fénylést indukál. Baj: alacsony hatásfok, széles alapszínkép.
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere RGB-kijelzők Lézer-kijelző: ideális, mert vonalas színképűek a források. Baj: túl drága. Hagyományos képcső: elektronnyaláb fénylést indukál. Baj: alacsony hatásfok, széles alapszínkép. LCD kijelzők: egy háttérvilágítást szűrőkön engedünk át és ennek útjában képez gátat a vezérelhető folyadékkristály. Baj: ha a szűrő széles tartományt enged át, akkor kicsi a színtér. Ha keskeny sávot, akkor kicsi a hatásfok. Javítás: keskeny sávú háttérvilágítás: LED-LCD kijelzők.
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere Egy LCD-kijelző közelről
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere Egy hagyományos képcső színképe
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere Egy LED képcső színképe
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere Egy lézer színképe
A színábrázolás korlátai Monitorok, TV-k színtere Egy tipikus kijelző Hagyományos képcső színképe A szűkített RGB-rendszer Számítógépeink nem is RGB-t, hanem a szűkített srgb-t használják!
A színábrázolás korlátai Nyomtatók színtere Nyomtatók színtere A nyomtatók kivonó színkeveréssel dolgoznak. Történeti okokból a CMY színrendszer az elterjedt: C=Cyan, M=magenta, Y=Yellow
A színábrázolás korlátai Nyomtatók színtere Nyomtatók színtere A nyomtatók kivonó színkeveréssel dolgoznak. Történeti okokból a CMY színrendszer az elterjedt: C=Cyan, M=magenta, Y=Yellow Sok technikai nehézség lép fel, melyre nincs idő kitérni. Javítási kísérletek: A fekete (K=blacK) komponens bevezetése. Minden színből két árnyalat: ccmmyy. Áthelyezett alappontok. 5-6 alapszín használata. A nagyobb színhűség sok pézbe kerül!
A színábrázolás korlátai Nyomtatók színtere Nyomtatók színtere A CMYK színtere függ: a használt festékek pontos színétől a színkeverési technikától a papírtól Jobbra egy tipikus eset látszik. Az srgb és a CMYK mindegyikében vannak színek, amiket a másik nem tartalmaz. RGB-ben készült ábra, fotó nem nyomtatható ki hűen, de a monitor sem tud minden színt, ami nyomtatható lenne.
Érdekességek Az élénk színek Mitől rikító egy szín? Kulturális okok is szerepet játszanak, de van biofizika ok is.
Érdekességek Az élénk színek Mitől rikító egy szín? Kulturális okok is szerepet játszanak, de van biofizika ok is. A retinán sokkal több az érzékelő, mint ahány idegszál az agyba megy. A retina csak a lényeges részekről küld információt az agyba: ahol gyors változások vannak ahol a szomszéd érzékelők jele nagyon eltérő A retina már maga egy bonyulult ideghártya keresztkapcsolatokkal a neuronok közt.
Érdekességek Az élénk színek Mitől rikító egy szín? Élénk szín: a jelvektor (J) komponensei nagyon eltérőek. A szomszédos, különböző típusú színérzékelők jele nagyon eltér! A retina azt mondja az agynak: ez a terület érdekes! Mivel figyelmet igényel, el is fáradunk, ha sokáig ilyet nézünk. Felhasználás: láthatósági mellény reklámfeliratok
Érdekességek Az élénk színek Láthatósági mellény Reklámtábla LED-ekkel: igen élénk színek.
A színek világa Érdekességek Az élénk színek LED-kijelző 1. Reklámtábla LED-ekkel: igen élénk színek.
Érdekességek Az élénk színek Zöld LED a laborban Reklámtábla LED-ekkel: igen élénk színek.
A színek világa Érdekességek Az élénk színek LED-kijelző 2. Reklámtábla LED-ekkel: igen élénk színek.
Érdekességek A látás alkalmazkodása Alkalmazkodás Szemünk, látásunk alkalmazkodik a körülményekhez. Pl. sötétben nagyobb, világosban kisebb érzékenységi fokozotra áll. Ez színenként is működik.
Érdekességek A látás alkalmazkodása Alkalmazkodás Szemünk, látásunk alkalmazkodik a körülményekhez. Pl. sötétben nagyobb, világosban kisebb érzékenységi fokozotra áll. Ez színenként is működik. Az átálláshoz idő kell! Pl. a csapoknál τ 120 s a karakterisztikus idő. Ennyi idő alatt csökken e 2, 718-ad részére az egyensúlyi állapottól való eltérés. Közismert tény: ha szembe világítanak éjszaka, egy ideig a látóterünk egy része kiesik. (Az erős fény levitte az érzékenységet.)
Egy kis játék Nézzük mereven a középső kis keresztet 30 s-ig, majd nézzünk rá egy fehér felületre. Mit látunk? Miért?
Érdekességek A képzetes színek A képzetes színek A csapok érzékenységi függvényeinek átfedése miatt a J jelvektor nem vehet fel akármilyen értéket. Pl. nem lehet tiszta zöld: J = (0, 1, 0), mert ha egy szín ingerli a zöld érzékeny csapokat, akkor az a másik kettő valamelyikét is ingerelni fogja. Az olyan színérzethez tartozó színt, mely nem fordul elő a normál működés során, képzetes színnek nevezzük.
Érdekességek A képzetes színek A képzetes színek A csapok érzékenységi függvényeinek átfedése miatt a J jelvektor nem vehet fel akármilyen értéket. Pl. nem lehet tiszta zöld: J = (0, 1, 0), mert ha egy szín ingerli a zöld érzékeny csapokat, akkor az a másik kettő valamelyikét is ingerelni fogja. Az olyan színérzethez tartozó színt, mely nem fordul elő a normál működés során, képzetes színnek nevezzük. Nincs olyan szuperzöld festék, ami J = (0, 1, 0)-t eredményez. Akkor miért beszélünk róla?
Érdekességek A képzetes színek A képzetes színek A csapok érzékenységi függvényeinek átfedése miatt a J jelvektor nem vehet fel akármilyen értéket. Pl. nem lehet tiszta zöld: J = (0, 1, 0), mert ha egy szín ingerli a zöld érzékeny csapokat, akkor az a másik kettő valamelyikét is ingerelni fogja. Az olyan színérzethez tartozó színt, mely nem fordul elő a normál működés során, képzetes színnek nevezzük. Nincs olyan szuperzöld festék, ami J = (0, 1, 0)-t eredményez. Akkor miért beszélünk róla? Mert a szem alkalmazkodásának ideje miatt mégis tapasztalhatunk ilyet pár másodpercig.
Érdekességek A képzetes színek A képzetes színek bemutatása Példa: (Más színekkel hasonlóan lehetne tenni) 1. fehér alapon lila kört nézünk 20-30 s-ig 2. hirtelen zöld felületre nézünk Az 1. lépésben a vörös és kék érzékenység csökken, a zöldé marad. A 2. lépésben a zöld szín föleg a zöld érzékelőket ingerli, de a csökkent vörös és kék érzékenység miatt azok jele gyenge lesz. Így szuperzöld színt fogunk látni. Igazán jól csak lézerrel vagy színes diódával működik. Kivetítőn a korlátozott színtér miatt a képzetes tartományt nem érjük el, de a színtéren azért túllépünk.
Nézd 20-30 s-ig a keresztet mereven...
Mi látszik ezen a lapon most?
Érdekességek Mozgás-illúzió Ötlet Ha egy test mozog a látóterünkben, akkor az érzékelők késleltetése miatt az eleje és a tárgy mögötti részt kicsit máshogy érzékeljük. Az egyes színek érzékelői nem azonos sebességűek. Ezért egy mozgó tárgy eleje valamilyen árnyalatot, a mögöttes rész ennek kiegészítő színét kapja.
Érdekességek Mozgás-illúzió Ötlet Ha egy test mozog a látóterünkben, akkor az érzékelők késleltetése miatt az eleje és a tárgy mögötti részt kicsit máshogy érzékeljük. Az egyes színek érzékelői nem azonos sebességűek. Ezért egy mozgó tárgy eleje valamilyen árnyalatot, a mögöttes rész ennek kiegészítő színét kapja. A hatás gyenge. A fordítottja viszont jól működik! A fentiek szerint színezett foltok mozogni látszanak, ha nem bonja fel őket a szemünk részletesen.
Érdekességek Mozgás-illúzió Alapelem Most világosan látszik, hogy nem mozog, mert részletesen látjuk. De a következő oldalon ilyenekből van egy keret kirakva...
Mozgásillúzió
Forgásillúzió
Befejezés Tanulságok A színek fogalma nem is olyan egyszerű, mint gondolnánk. A folyamatok részletes megértéséhez: biológiai ismeretek, fizikai törvények, matematika modell, sok mérés és kiértékelés szükséges. Az alapos elemzés meglepő alkalmazásokhoz vezethet.
Befejezés.. Köszönöm a figyelmet!