Barvy
Vítězslav Otruba
2017
prof. Otruba
1

Achromatické světlo
•„Bílé světlo“ : signál složený ze záření všech vlnových délek viditelného spektra
•Difúzní odraz dopadajícího světla na povrchu těles:
• odraz > 80 % - bílé předměty
• odraz < 3% - černé předměty
•Kolik úrovní šedé barvy rozlišíme ?
• Stačí 32-64
•Lidský vizuální systém je schopen adaptace na různé úrovně intenzity. Dolní a horní mez vnímání
intenzity se liší násobkem 1010 ! Současně vnímáme několik desítek úrovní intenzity v určitém
místě, při změně pohledu se podle úrovně intenzity na sledovaném povrchu vizuální systém
přizpůsobí.
•
2017
prof. Otruba
2

Barevný vjem
•Grassmanovy zákony (1854) - lidské oko vnímá:
• – dominantní vlnovou délku (odstín, “hue”)
• – čistotu barvy (sytost, “saturation”)
• – intenzitu (jas, “brightness”)
2017
prof. Otruba
3

Skládání světel
paladix_adit
2017
prof. Otruba
4
V principu jde o skládání barevných světel (světelných zdrojů):
•Červeného (red)
•Zeleného (green)
•Modrého (blue)
V ideálním případě je spektrální šířka každého světla (světelného zdroje) 1/3 viditelného spektra
aby výsledná směs – bílé světlo – obsahovalo všechny vlnové délky.

Aditivní skládání barev (RGB)
2017
prof. Otruba
5
img006

Skládání barviv
paladix_sutrakt
2017
prof. Otruba
6
V principu jde o odečítání barevných složek (absorpcí částí spektra v pigmentu - barvivu) z bílého
světla:
•Purpurová (magenta) absorbuje zelenou
•Azurová (cyan) absorbuje červenou
•Žlutá (yellow) absorbuje modrou
V ideálním případě každé barvivo absorbuje 1/3 viditelného spektra
•

Subtraktivní skládání barev  (CMY)
2017
prof. Otruba
7
img007

Žlutý barevný pigment
paladix_žlutá
2017
prof. Otruba
8

Barevný vjem
•Vnímání jasu a barev Díky sondování celého spektra "jen" třemi druhy čípků se snadno může stát, že
dvě nebo i více různých složených spekter je vyhodnoceno okem a mozkem stejně a to i přesto, že se
jedná o dvě zcela rozdílná spektra. Potom se jeví tato rozdílná spektra jako stejná barva a jsou
tedy okem nerozlišitelné. •Vidění versus fotoaparát I dnešní nejdokonalejší fotoaparáty se bohužel
schopnostem oka a zejména mozku jen přibližují. Schopnosti, které má zdravý člověk (dynamický
rozsah vidění, schopnost vyvážení bílé, gamut, ostření, noční vidění atd.), jsou zatím technikou
naplněny jen zčásti.
2017
prof. Otruba
9

Vlastnosti zraku
•různá citlivost na červenou (0.3), zelenou (0.6) a modrou (0.1) barvu – navíc střed žluté skvrny
téměř neobsahuje “modré” čípky •zaostřuje se podle jasové složky (Y = R+G) – nelze dobře zaostřit
na rozdíly v modré složce •integrační schopnost sítnice – vnímáme samostatné tečky a zároveň jejich
hustotu
2017
prof. Otruba
10

Vizuální přenos
•Zahrnuje 3 procesy : fotochemický, biochemický a elektrický
•Fotoreceptorové buňky oka jsou tyčinky a čípky. Každý typ má zploštělé disky, které obsahují
fotoreceptorový pigment. Tento pigment je rhodopsin v tyčinkách a červený, zelený a modrý pigment
v čípcích.
Rhodopsin je transmembránový protein s prostetickou skupinou 11-cis-retinal.
Rhodopsin bez 11-cis-retinalu = opsin.
11
2017
prof. Otruba
11
11-cis-retinal

Vlastnosti systému vidění
•větší rozlišovací schopnost ve svislém a vodorovném směru – v šikmých směrech asi o 30% menší
•přeostřování na barvy vzdálené ve spektru
•setrvačnost (“afterimage”) – laterální inhibice nervových buněk
•očekávání (“expectation”) – psycho-fyziologická vlastnost
2017
prof. Otruba
12

Vnímání barev
•Citlivost předpokládaných tří druhů čípků – na vlnovou délku A reaguje každý detektor jinou
velikostí podráždění – barevný vjem může být charakterizován mimo vlnové délky záření i relativní
velikostí podráždění receptorů. Obojí způsob je podle potřeby používán.
•Mísením signálů vzniká v mozku informace o barvě. Analýza těchto dat, kdy každá tyčinka a čípek
říká něco jiného, odpovídá výpočetnímu výkonu, na který se nehrabe žádná grafická karta na světě!
•
2017
prof. Otruba
13
A
 Spektrální profil citlivosti lidského oka. Tyto křivky byly naměřeny nepřímými metodami a
neodpovídají přesně absorpčním spektrům barviv izolovaných z oční sítnice
- spektrální citlivost jednotlivých receptorů se částečně překrývá

Monochromatické světlo
•Čípky dovedou rozlišit pásma o šířce cca 2 nm, cca 150 barevných tónů (monochromatických světel) –
barevných tónů sytých
•
•Směs všech monochromatických světel je světlo bílé
2017
prof. Otruba
14

Barevný tón, sytost
•Dvě nebo více monochromatických světel tvoří směs, jejíž barevný tón je shodný s tónem určitého
monochromatického světla, ale sytost směsi je vždy menší. •Směs několika monochromatických světel
je světlo složené. Světlo složené a světlo monochromatické, která se jeví ve stejném barevném tónu,
se označují jako světla podmíněně podobná (metamerní).
2017
prof. Otruba
15

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.
2017
prof. Otruba
16
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_4_01.gif

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
•sytá barva neobsahuje příměs šedé (černé a bílé)
2017
prof. Otruba
17
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_4_03.gif

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 %
•100 % - zcela bílá a označuje maximální jas, kterého je zařízení schopno. •0 % = černá, čili zcela
tmavý (černý) bod.
2017
prof. Otruba
18
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_4_04.gif

Barevný model RGB
•RGB model lze zobrazit jako krychli, kde jednotlivé x, y, z osy odpovídají modrému, červenému a
zelenému světlu. Na úhlopříčce krychle je potom stav, kdy všechna tři světla svítí na maximum, tedy
vytvoří bílou.
•Velmi zjednodušeně říká, jak moc je drážděn červený (R-Red) receptor oka, jak moc je drážděn
zelený (G-Green) a jak moc modrý (B-Blue). Sada 3 čísel RGB potom určuje jak barvu, tak i intenzitu
světla
2017
prof. Otruba
19
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_5_01.jpg

RGB obraz a jeho tři RGB složky
•Světlá obloha se skládá ze všech RGB složek (všechny jsou poměrně světlé), červený květ má jen
složku červenou a pole se skládá ze zelené a trochy červené. Modrá složka v barvě pole i květu
téměř chybí (je hodně tmavá).
2017
prof. Otruba
20
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_5_02.gif
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_5_06.jpg

Barevný model CMY
•CMY model je teoreticky inverzní k modelu RGB. Lze ho tedy popsat stejnou krychlí, ale s výchozím
bodem v bílé barvě (vpravo nahoře) a s barvivy (inkousty) doplňkovými k barvám RGB, tedy CMY.
Reálná barviva mají jinou barvu než přesné doplňkové barvy k RGB.
2017
prof. Otruba
21
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_5_04.jpg

CMY obraz a jeho CMY složky
•CMY model je subtraktivní model, tedy založený na odčítání RGB barev při odrazu bílého světla od
barviv. Přidáním všech barviv naplno se vytvoří černá barva, neboli všechno světlo je pohlceno.
2017
prof. Otruba
22
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_5_03.gif

Diagram chromatičnosti CIE
2017
prof. Otruba
23
smok4
Obvod podkovy vyznačuje polohu monochromatických (sytých) světel, souřadnice x=y=0,33 určují polohu
bílého světla (C), tedy barev nepestrých (bílá, šedá, černá). Křivka uvnitř plochy je tzv. čára
teplotních zářičů. Konce podkovy spojuje přímka, vyznačující polohu směsí fialového a červeného
světla (purpurové barvy nespektrální). Celkem na podkově je rozlišeno 150, na přímce 30, celkem 180
tónů barev pestrých.
c

Vlastnosti CIE diagramu
•všechny viditelné barvy jsou uvnitř podkovy
•intenzita (světlost) barev je ignorována, dvě barvy se shodným tónem a sytostí se promítají do
stejného bodu diagramu
•spektrální (monochromatické) barvy leží na křivkovém okraji podkovy
•úsečka mezi modrou a červenou barvou je „purpurová čára“
•bod C je „bílý bod“
•protože xy-rovina je projekcí lineárního prostoru (barevného prostoru), lze také skládat barvy
lineárně na CIE-diagramu
•komplementární barvy jsou barvy, jejichž kombinací složíme bílou
•dominantní vlnovou délku barvy nalezneme na polopřímce spojující bílou a testovanou barvu. Je to
průsečík s křivkovým okrajem podkovy
2017
prof. Otruba
24

Vlastnosti CIE diagramu
•Směs světel K a L leží na spojnici KL. Barevný tón odpovídající směsi např. v R´odpovídá průsečíku
spojnice R´a B s podkovou. Směs dvou spektrálních světel je vždy méně sytá než základní složky.
•Barvy dávající smísením bílou (M, N) jsou doplňkové.
smok5
2017
prof. Otruba
25

Teplota chromatičnosti
•Barevná teplota charakterizuje spektrum bílého světla. Světlo určité barevné teploty má barvu
tepelného záření vydávané černým tělesem, zahřátým na tuto teplotu.
•Člověk své vnímání barev přizpůsobuje světlu – bílý papír vnímá jako bílý, i když je vlivem
osvětlení zabarvený. Fotoaparáty a kamery se naproti tomu musí na barevnou teplotu nastavovat
•Filmový materiál  je naproti tomu většinou kalibrován na denní světlo, a barevné tónování se
upravuje speciálními filtry
2017
prof. Otruba
26
smok6_7
Rozložení energie ve spektru absolutně černého tělesa
Color_temp2

Teplota chromatičnosti
•Vliv různé polohy slunce během dne na teplotu chromatičnosti
smok47
2017
prof. Otruba
27

Teplota chromatičnosti
2017
prof. Otruba
28
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_7_05.jpg
Bílý papír není bílý. Má vždy barvu světla, které na něj svítí
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_7_06.jpg
Na základě známé barvy předmětů provede mozek korekci signálu z očí tak, aby předměty zachovávaly
svojí barvu. Mozek tedy eliminuje barvu osvětlujícího světla – provádí vyvážení jeho barvy
(korekci) na bílou.

Bílé světlo
•Za bílou v lidském slova smyslu lze považovat takové světlo, které dráždí všechny tři druhy
barvocitlivých receptorů oka stejně. Bílá je tak velmi subjektivní záležitost (jako vše související
s viděním), a proto byly vytvořeny standardy pro bílou.
2017
prof. Otruba
29
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_7_01.gif
Spektrum standardizovaného bílého světla D65 odpovídá polednímu, mírně zamračenému dni v Evropě a
má odpovídající teplotu 6500K

Barva typických světel
Teplota v K
Typický zdroj světla
1200-1500
Svíčka
2500-3200
Běžná žárovka (40-200W)
3000-4000
Východ a západ slunce
4000-5000
Zářivka
5000-6000
Sluneční světlo (slunný den), fotografický blesk
6000-7000
Zamračený a mlhavý den
7000-8000
Fotografie ve stínu slunce
8000-11000
Modré nebe bez slunce (hory)
2017
prof. Otruba
30
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_7_07.jpg

Barvy předmětů
•Ideální šedá plocha (1)
•Ideální modrá plocha (3)
•Skutečná modrá plocha (2) vykazuje ve srovnání s ideální příměs černé (Č) a bílé (B) barvy
smok8
2017
prof. Otruba
31
Spektrální reflektance ideálních a skutečných povrchových barev

Soudobý kontrast
2017
prof. Otruba
32
smok11
Vliv sousedství černé a bílé na zdánlivou světlost a sytost barvy (podle Evanse)

Simultánní kontrast
•Velké čtverce v dvojici nad sebou se navzájem barevně liší jasem (vlevo), saturací (uprostřed) a
barevným tónem (vpravo). Dvojice malých čtverců v jejich středu má vždy přesně tutéž barvu, nicméně
kontrast s velkým čtvercem způsobuje, že vypadají, jako by jejich jas (vlevo), saturace (uprostřed)
nebo barevný tón (vpravo) byly různé.
simultánní kontrast
2017
prof. Otruba
33

Machovy pruhy
machovy pruhy
•Kontrast podél náhlých přechodů (hran) se oku jeví větší, než ve skutečnosti je. Díky tomuto
efektu vypadá levá strana každého pruhu světlejší než pravá, ačkoli celý pruh je ve skutečnosti
stejně tmavý.
•Na druhém obrázku Střední pruh je v celé své délce stejně šedý - většina z vás ho ale uvidí jako
přechod od světle šedé (vlevo) do tmavší šedé (vpravo). Je to vliv okolní plochy.
2017
prof. Otruba
34

„Přecházení zraku“
2017
prof. Otruba
35
smok13
Rozhraní červené a modré barvy se jeví jako neklidné (podle Evanse). Je to způsobeno přeostřováním
oční čočky podle ohniska příslušné barvy – barevná vada oční čočky

Vliv spektrálního složení světla
•Křivka spektrální reflektance plochy, která se jeví ve světle složeném z vlnových délek λ1, λ2, λ3
jako černá
2017
prof. Otruba
36
smok15

Vjem bílého světla
a)světlo zahrnuje všechny vlnové délky
b)světlo zahrnuje jen tři vlnové délky λ1, λ2, λ3
c)světlo zahrnuje jen dvě vlnové délky λ4, λ5.
•Ve všech třech případech se světlo jeví oku jako bílé!
2017
prof. Otruba
37
smok16

Vliv složení světla na podání barev
•Na horním snímku je scéna osvětlena světlem se spojitým spektrem (žárovka)
•
•Na dolním snímku je scéna osvětlena směsí monochromatického červeného a modrozeleného světla,
které se jeví oku jako bílé
2017
prof. Otruba
38
smok17

Světelné zdroje
•Přirozené zdroje světla mají spojité spektrum, základem je sluneční světlo v našich zeměpisných
šířkách o teplotě chromatičnosti 5500K. (nad atmosférou Země 6565K). Slouží jako srovnávací
standard bílého světla. Ve stínu dosahuje při modré obloze až 12000K (ve stínu při sytě modré
obloze na horách), při zatažené obloze 6000-8000K.
•Umělé světelné zdroje mají často velmi složitý průběh spektra a je možné posuzovat pouze přibližně
odpovídající teplotu chromatičnosti. Proto jsou zavedeny pojmy Colour Rendering (Ra) – podání barev
ve srovnání se standardním osvětlením a
•CRI - Colour Rendering Index (činitel věrnosti barvy, rozsah 0-100) je mezinárodní systém pro
popis fyziologického vjemu barvy při osvětlení příslušným světelným zdrojem ve srovnání se
slunečním světlem (CRI = 100). Obecněji se používá srovnání i pro zdroje jiné teploty
chromatičnosti ve srovnání s příslušným zářením černého tělesa (žárovky CRI = 100)
2017
prof. Otruba
39

Kde používat produkty s vyšší hodnotou CRI(Ra)?
•laboratoře, kontrolní a řídící místnosti, operační sály, ordinace, zubní laboratoře, grafické
studia, video studia, dílny, pracovny, montážní haly.
•Oblasti vhodné na přesnou reprodukci barev
–kulturní prostory (galerie, výstavy, prezentace, muzea apod.)
–relaxační prostory (sauny, bazény, fitness, restaurace, solné jeskyně apod.)
2017
prof. Otruba
40

Žárovky (CRI = 100)
2017
prof. Otruba
41
Nízkonapěťové halogenové žárovky Philips CAPSULEline Pro
CRI = 100
Barevné korekce na teplotu chromatičnosti 5500 K barevné folie (např. IFF Florencie, Kodak
Rochester)

2017
prof. Otruba
42
Zářivky s vysokým CRI (>90)
Zářivková trubice Philips TL-D 90 de Luxe
Tchr = 3000K, 4000K, 5000K, 6500K

Xenonové výbojky
•Pulzní bleskové fotografické xenonové výbojky mají teplotu chromatičnosti 5500K (korigované žlutým
filtrem, D≈0,1) nebo 6000K bez korekce na čáry Xe v modré oblasti spektra. CRI = 95-100.
•Kontinuální xenonové výbojky (výkony do 20kW) pro projekci filmů a přisvětlení scény při denním
světle. CRI = 90-98, Tchr≈5800K
Xenon-Lamps_s
2017
prof. Otruba
43

Vysokotlaké výbojky metalhalidové
•Výbojky s náplní směsi rtuti, halogenidů kovů (převážně vzácných zemin) a argonu, příp. xenonu,
hořák je z korundu.
•Příklad výbojky Philips MASTER Colour CDM-T s teplotou chromatičnosti 3000 K (CRI až 85) a 4200 K
(CRI až 96)
•Výkonové (až 5000W) mají CRI 55 – 85.
•
2017
prof. Otruba
44

LED (Light emitting diode ) zdroje
•Moderní polovodičové zdroje světla. Mají již vysokou účinnost, dlouhou životnost a jsou
otřesuvzdorné – důležité pro mobilní zařízení.
•Spektrální vlastnosti jsou dány složením polovodiče (GaAs, InP, GaAlP, GaN, SiC,...
•„Bílé“ LED kombinují diodu emitující v modré oblasti spektra s luminoforem příp. s diodou
emitující v dlouhovlnné oblasti.
2017
prof. Otruba
45

Vyvážení bílé  - film
Konverzní filtry
•„Bílé světlo“ může mít tedy různý odstín. Barevné materiály jsou vyváženy buď pro „denní“ světlo
(cca 5500 K) nebo „umělé“ (cca 3200 K, označení T – tungsram).
•Pro korekce teploty chromatičnosti se používají konverzní filtry načervenalé (snižují teplotu
chromatičnosti) nebo namodralé (zvyšují teplotu chromatičnosti).
•Pro měření teploty chromatičnosti se vyrábějí tzv. colortestery, které měří poměr intenzit modré a
červené složky světla, příp. třípásmové, měřící poměry R:G:B.
2017
prof. Otruba
46

Hodnoty mired
•Konverzní filtry jsou vyráběny v sadách a jejich převodní hodnoty se udávají v miredech (micro
reciprocal degree):
• a=106/T
• (v podstatě reciproké teploty chromatičnosti)
•Výhodou je, že stejné diference v miredech odpovídají stejným diferencím v barvě vnímané lidským
okem. Prakticky se používá jednotka 10x větší dekamired. V dekamiredech jsou nastavovány i barevné
korekce u digitálních přístrojů (obvykle vyšší kategorie)
•
2017
prof. Otruba
47

Korekce konverzními filtry
•Příklad:
•Svítíme-li žárovkami o barevné teplotě 2800K (350 Mired), tak modrý filtr, který  posouvá barvu o
-150 Mired (záporné hodnoty značí posun do modrých barev), ji změní na 200 Mired, což odpovídá
5000K. Naopak je-li světlo velmi modré (10000K = 100 Mired), červený filtr o hodnotě 100 Mired
posune barvu světla na 200 Mired, tedy opět 5000K.
2017
prof. Otruba
48
http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_7_11.jpg

Příklad nomogramu pro konverzní filtry
smok50
2017
prof. Otruba
49

Vyvážení bílé  - digitální fotografie
•vyvážení bílé se děje posunem signálu (změnou intenzity, citlivosti) z jednotlivých kanálů RGB
(mícháním barev)
•možné přístupy:
• automaticky
•přednastavené režimy (slunečno, žárovka, zataženo…)
•ruční nastavení teploty chromatičnosti (ve stupních Kelvina)
•kalibrace na bílou (šedou) tabulku
•post-processing (focení do RAWu)
•
2017
prof. Otruba
50

Srovnání (Nikon D700, 3000K):
kompaktní zářivka/halogenová žárovka
2017
prof. Otruba
51
D:\E\12_11_11_Bukovany\DSC_5803a.jpg D:\E\12_11_11_Bukovany\DSC_5805a.jpg