Culoare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Salt la: Navigare, căutare
 Acest articol sau această secţiune are bibliografia incompletă sau inexistentă.
Puteţi ajuta găsind susţinere bibliografică pentru conţinutul paginii.

Numim culoare percepţia de către ochi a uneia sau a mai multor frecvenţe (sau lungimi de undă) de lumină. În cazul oamenilor această percepţie provine din abilitatea ochiului de a distinge câteva (de obicei trei) analize filtrate diferite ale aceleiaşi imagini. Percepţia culorii este influenţată de biologie (unii oameni se nasc văzând culorile diferit, alţii nu le percep deloc, vezi daltonism), de evoluţia aceluiaşi observator, sau de culorile aflate în imediata apropiere a celei percepute (aceasta fiind explicaţia multor iluzii optice).

Culoarea, noţiune perceptivă, nu trebuie confundată cu lungimea de undă, noţiune fizică. Ochiul uman este incapabil să distingă între galbenul monocromatic (o singură lungime de undă) şi o compoziţie de verde şi roşu. Această iluzie optică permite afişarea culorii galbene pe ecranul monitorului, şi, în general, sineza tricromă.

Ştiinţa culorii, denumită şi cromatică, include percepera culorii de către ochiul uman, originea culorii în diversele materiale, teoria culorii în artă şi aspectele fizice ale culorii în spectrul electromagnetic.

Cuprins

[modifică] Aspectele fizicii culorii

[modifică] Lumina monocromatică

Culorile pure (monocromatice) vizibile

culoare intervalul de lungimi de undă intervalul de frecvenţe
roşu ~ 610-780 nm ~ 480-405 THz
oranj ~ 590-650 nm ~ 510-480 THz
galben ~ 575-590 nm ~ 530-510 THz
verde ~ 510-560 nm ~ 600-530 THz
azur ~ 485-500 nm ~ 620-600 THz
albastru ~ 452-470 nm ~ 680-620 THz
violet ~ 380-424 nm ~ 790-680 THz

Lumina monocromatică este o radiaţie electromagnetică perfect sinusoidală. Lumina monocromatică (ideală) se caracterizează prin puterea P transportată şi prin frecvenţa f a oscilaţiei. Alternativ, în loc de frecvenţă, se utilizează lungime de undă \lambda=\frac{c}{f}, unde c este viteza luminii în vid. Lumina monocromatică este vizibilă pentru ochiul uman numai dacă lungimea de undă se încadrează între aproximativ 380-400 nm şi 700-760 nm (sau, echivalent, frecvenţa ei este între aproximativ 750 THz şi 430 THz).

[modifică] Caracterizarea culorii luminii

Lumina produsă de o sursă luminoasă este, în general, un amestec (o sumă) de radiaţii electromagnetice de diferite lungimi de undă şi intensităţi, adică, echivalent, o suprapunere de radiaţii monocromatice. O caracterizare completă a luminii se poate face doar prin exprimarea puterii radiate pe fiecare lungime de undă (sau, echivalent, pe fiecare frecvenţă). Această caracterizare este dată de o funcţie de distribuţie spectrală a puterii (engl. Spectral Power Distribution — SPD).

De remarcat că, de fapt, puterea radiată exact pe o anumită lungime de undă este nulă; ceea ce specifică funcţia de distribuţie spectrală a puterii este puterea radiată într-un interval de lungimi de undă sau de frecvenţe, raportată la lăţimea intervalului. Ca atare, distribuţia spectrală a puterii luminoase poate fi dată sub două forme, după lungimea de undă, \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}\lambda}, sau după frecvenţă, \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}f}. Între cele două exprimări există relaţia: \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}\lambda}=-\frac{f^2}{c}\cdot\frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}f}.

[modifică] Descompunerea spectrală

Spectrul luminii albe

Descompunerea spectrală a luminii constă în izolarea radiaţiilor de diferite lungimi de undă, adică separarea individuală a fiecărei componente monocromatice. Descompunerea spectrală poate fi realizată:

Descompunerea luminii cu ajutorul unei prisme optice

* Utilizând dispersia luminii (variaţia indicelui de refracţie al unui material transparent în funcţie de lungimea de undă), prin trecerea luminii prisme optice. Un fenomen similar are loc în cazul curcubeului.

Rezultatul acestei descompuneri este spectrul, numit astfel de către Isaac Newton de la cuvântul latin pentru apariţie.

[modifică] Caracterizarea culorii corpurilor

O suprafaţă care reflectă lumina reflectă independent fiecare componentă spectrală (fiecare frecvenţă sau, echivalent, fiecare lungime de undă). Astfel, caracterizarea fizică a culorii unui obiect se face printr-o funcţie care dă, pentru fiecare lungime de undă (sau frecvenţă), raportul dintre puterea radiaţiei reflectate şi puterea radiaţiei incidente. Astfel, dacă radiaţia incidentă are distribuţia spectrală a puterii s(λ) şi suprafaţa are funcţia coeficient de reflexie pe lungime de undă c(λ), lumina reflectată va avea distribuţia spectrală a puterii dată de r(\lambda)=s(\lambda)\cdot c(\lambda).

O suprafaţă care reflectă difuz toate lungimile de undă în mod egal este percepută ca albă, în timp ce una neagră absoarbe toate lungimile de undă, fără a reflecta nici una.

Similar, se poate caracteriza culoarea în transparenţă a unui corp printr-o funcţie care asociază fiecărei lungimi de undă un coeficient de transmisie.

[modifică] Percepţia culorii de către ochi

[modifică] Percepţia culorii luminii

Ochiul nu distinge, ca având culori diferite, orice surse luminoase cu distribuţii spectrale diferite. Explicaţia este că pe retină se găsesc trei tipuri de receptori, receptorii din fiecare tip fiind sensibili în mod diferit la diferitele componente din spectrul luminii. Răspunsul fiecărui senzor este un nivel de excitaţie, care poate fi reprezentat ca un număr real. Două culori sunt percepute identic dacă oricare dintre ele declanşează acelaşi răspuns din partea fiecărui tip de receptor.

Curbele de sensibilitate ale celor trei tipuri de celule cu conuri (L, M, S) implicate în vederea diurnă şi ale celulelor cu bastonaşe (R) implicate în vederea nocturnă

Matematic, cele de mai sus se formalizează astfel. Fiecare tip de celule se caracterizează printr-o curbă de sensibilitate — o funcţie definită pe intervalul de lungimi de undă ale luminii vizibile şi cu valori reale pozitive. Răspunsul fiecărui tip de receptor este dat de produsul scalar al distribuţiei spectrale a luminii incidente cu curba de sensibilitate a receptorului respectiv:

r_L=\int\limits_I i(\lambda)\cdot L(\lambda)

r_M=\int\limits_I i(\lambda)\cdot M(\lambda)

r_S=\int\limits_I i(\lambda)\cdot S(\lambda)

unde I este intervalul de lungimi de undă ale luminii vizibile, i(λ) este distribuţia spectrală a puterii luminii incidente, iar L(λ), M(λ) şi S(λ) sunt curbele de sensibilitate ale celor trei tipuri de receptori, reprezentate în figura alăturată.

Două culori sunt percepute identic dacă răspunsul la ele, pentru fiecare tip de receptori, (rL, rM şi rS) este identic.

[modifică] Percepţia culorilor obiectelor

Două culori identice pot fi percepute diferit datorită „calibrării” percepţiei culorilor după mediu. Cele două discuri galbene au exact aceeaşi culoare, dar sunt percepute ca având culori diferite.

Percepţia culorilor de către ochi — de fapt, de către creier — este complicată de faptul că analizatorul vizual compară culoarea luminii reflectate de un obiect cu culorile luminii din mediu.

Astfel, o coală albă (care reflectă în mod egal toate culorile spectrului) apare albă şi dacă este iluminată cu lumină galbenă (de la un bec electric cu incandescenţă), şi dacă este iluminată cu lumină albă (de la Soare), deşi distribuţia spectrală a puterii luminii reflectate în cele două cazuri este diferită. Acest lucru se întâmplă deoarece creierul „compensează” culoarea luminii primite de ochi dinspre coala de hârtie, „calibrându-se” după culorile luminii ambiante.

Invers, aceeaşi culoare văzută în condiţii diferite este percepută diferit, datorită aceluiaşi proces de compensare.

[modifică] Reprezentarea culorilor

Problema unei caracterizări standardizate pentru culori se pune în multe domenii, între altele, fabricarea coloranţilor şi vopselurilor, fotografia color, televiziune, design grafic, sisteme de iluminare. Există mai multe standarde în acest sens, cele mai multe fiind bazat pe standardul de reprezentare XYZ definit de Commission internationale de l'éclairage în 1931.

[modifică] Reprezentarea XYZ şi xy

Reprezentarea XYZ constă în trei numere reale pozitive, notaţe X, Y şi Z, fiecare dintre ei fiind definit ca produsul scalar dintre distribuţia spectrală a puterii luminii şi o „curba de sensibilitate” standardizată:

Curbele standard de sensibilitate , conform CIE1931

X=\int\limits_I i(\lambda)\cdot \overline{x}(\lambda)

Y=\int\limits_I i(\lambda)\cdot \overline{y}(\lambda)

Y=\int\limits_I i(\lambda)\cdot \overline{z}(\lambda)

unde I este intervalul lungimilor de undă vizibile (400 nm – 700 nm), i(λ) este funcţia de distribuţie spectrală a puterii luminii incidente, iar \overline{x}(\lambda), \overline{y}(\lambda) şi \overline{z}(\lambda) sunt curbele de sensibilitate ale receptorilor din ochi, reprezentate grafic în figura alăturată.

Culoarea luminii emise de un corp perfect negru, în reprezentare xy

Dacă se doreşte separarea intensităţii luminii de culoarea ei, intensitatea este reprezentată de componenta Y, iar culoarea se reprezintă prin valorile xy:

x=\frac{X}{X+Y+Z}

y=\frac{Y}{X+Y+Z}

[modifică] Reprezentarea L*a*b*

Reprezentarea L*a*b* constă, ca şi reprezentarea XYZ, din trei numere reale, însă este construită în aşa fel încât să ofere o legătură mai directă între distanţa euclidiană între două triplete de numere şi diferenţa perceptuală între culorile corespunzătoare. Pentru aceasta, legătura dintre XYZ şi L*a*b* este una neliniară:

L^*=116\left(\frac{Y}{Y_n}\right)^{1/3}-16

a^*=500\left[\left(\frac{X}{X_n}\right)^{1/3}-\left(\frac{Y}{Y_n}\right)^{1/3}\right]

b^*=200\left[\left(\frac{Y}{Y_n}\right)^{1/3}-\left(\frac{Z}{Z_n}\right)^{1/3}\right]

unde Xn, Yn şi Yn sunt valorile XYZ corespunzătoare luminii considerate albe şi presupunând \frac{X}{X_n}\geq 0{,}01, \frac{Y}{Y_n}\geq 0{,}01 şi \frac{Z}{Z_n}\geq 0{,}01

[modifică] Temperatura de culoare

Culoarea luminii emise de un corp perfect negru

Pentru surse ce produc lumină destul de asemănătoare cu cea produsă de un corp negru incandescent, culoarea poate fi caracterizată prin temperatura pe care trebuie s-o aibă un corp perfect negru pentru a produce culoarea respectivă. Această temperatură se numeşte temperatura de culoare a sursei.

[modifică] Reprezentarea culorilor obiectelor

Pentru obiectele care reflectă sau transmit lumina, nicio reprezentare din trei componente reale nu poate descrie suficient culoarea. Este posibil să se creeze două obiecte A şi B şi două surse de lumină S şi R astfel încât:

  • S şi R au aceeaşi culoare perceptuală (aceleaşi valori XYZ, dar spectre distincte),
  • iluminate de S, obiectele A şi B au aceeaşi culoare perceptuală (lumina reflectată de cele două are aceeaşi descriere XYZ)
  • iluminate de R, obiectele A şi B au culori perceptuale diferite (valori XYZ diferite).

[modifică] Sinteza culorilor

[modifică] Sinteza aditivă

Sinteza aditivă a culorilor

Sinteza aditivă a unei culori constă în obţinerea luminii de o anumită culoare prin combinarea unor surse de lumină de diferite culori fixate, numite culori primare. Sinteza aditivă se realizează, de exemplu, în tuburile catodice ale televizoarelor şi monitoarelor de calculator, precum şi în monitoarele TFT şi în videoproiectoare.

În cadrul sintezei aditive, intensitatea fiecărei surse individuale poate fi variată, astfel că distribuţia sa spectrală a puterii se înmulţeşte cu un factor, iar distribuţia spectrală a puterii luminii rezultate este suma funcţiilor de distribuţie spectrală a puterii ale surselor individuale. Sinteza aditivă este deci un proces liniar.

Sinteza aditivă a culorilor spectrului din roşu, verde şi albastru. Cele trei bare de jos arată ce intensitate s-a folosit din fiecare culoare primară pentru a obţine culoarea, din dreptul poziţiei respective, din bara de sus

De exemplu, culoarea rezultată prin sinteză aditivă din roşu, verde şi albastru într-un tub catodic este caracterizată de valorile XYZ:

\left(\begin{matrix}X\\Y\\Z\\\end{matrix}\right)=\left(\begin{matrix}0{,}412453 & 0{,}357580 & 0{,}180423 \\ 0{,}212671 & 0{,}715160 & 0{,}072169 \\ 0{,}019334 & 0{,}119193 &0{,}950227\end{matrix}\right)\cdot \left(\begin{matrix}R\\G\\B\\\end{matrix}\right)

R, G şi B fiind intensităţile luminoase emise de luminofoarele celor trei culori, în conformitate cu semnalele aplicate tubului catodic. Prima coloană a matricii de mai sus reprezintă culoarea, în sistem XYZ, a luminoforului roşu; a doua coloană reprezintă culoarea luminoforului verde, iar a treia a celui albastru.

Gamutul obţinut prin sinteză aditivă din trei culori primare. Culorile primare sunt reprezentate de vârfurile triunghiului, iar gamultul este reprezentat prin interriorul triunghiului

Pentru a determina valorile RGB necesare producerii unei anumite culori, trebuie înmulţit vectorul XYZ de obţinut cu inversa matricii de mai sus:

\left(\begin{matrix}R\\G\\B\\\end{matrix}\right)=\left(\begin{matrix}3{,}240479 & -1{,}537150 & -0{,}498535 \\ -0{,}969256 & 1{,}875992 & 0{,}041556 \\ 0{,}055648 & -0{,}204043 &1{,}057311\end{matrix}\right)\cdot \left(\begin{matrix}X\\Y\\Z\\\end{matrix}\right)

De remarcat că, întrucât matricea de transformare din XYZ în RGB are elemente negative, este posibil ca, pentru anumite valori XYZ, una sau mai mai multe dintre valorile RGB rezultate să fie negative. Aceste culori nu pot fi create de către un dispozitiv bazat pe culorile specificate aici.


Mulţimea culorilor ce pot fi create de un dispozitiv constituie gamutul dispozitivului.

Obţinerea unui gamut adecvat se poate face printr-o alegere adecvată a culorilor primare sau prin utilizarea a mai mult de 3 culori primare. Selecţionarea culorilor roşu, verde şi albastru este dictată de considerentul obţinerii unui gamut cât mai mare. Este însă falsă ideea că orice culoare ar putea fi produsă prin sinteză aditivă din roşu, verde şi albastru.

[modifică] Sinteza substractivă a culorilor

Sinteza substractivă a culorilor

În cadrul sintezei substractive, culoarea se obţine prin filtrări succesive ale unei surse albe prin filtre de diferite culori şi „tării” ale filtrării.

Filtrarea se face, de obicei, prin plasarea unei cerneli pe hârtie: dacă cerneala nu este aplicată, rămâne hârtia albă, care reflectă aproape în totalitate lumina incidentă; dacă se aplică cerneală, în zona respectivă cerneala absoarbe selectiv anumite lungimi de undă, culoarea hârtiei fiind dată de lungimile de undă deabsorbite. Dacă mai multe cerneluri se aplică una peste alta, coeficientul de transmisie pentru fiecare lungime de undă rezultă ca produs al coeficienţilor de absorbţie ai cernelurilor individuale. Pentru a controla „tăria” aplicării fiecărei cerneluri, cerneala se aplică în puncte mici unul lângă altul, acoperind un anumit procentaj din suprafaţa hârtiei.

Fenomenele care determină culoarea obţinută sunt puternic neliniare. Ca urmare, modelarea obţinerii culorilor prin sinteză substractivă este o problemă dificilă.

[modifică] Bibliografie

[modifică] Vezi şi

Curcubeu
Commons
Wikimedia Commons conţine materiale multimedia legate de Culoare

Adus de la http://ro.wikipedia.org/wiki/Culoare
Unelte personale