PRODUKTY  i  USŁUGI  •   BLOG  •   KONTAKT

PRODUKTY  i  USŁUGI  •   BLOG  •   KONTAKT

Blog

Jak mierzymy kolory?

14 kwietnia 2013

Jeśli na co dzień pracujesz z kolorami i używasz jakiegoś urządzenia służącego do pomiaru kolorów (np. przy kalibracji monitora, czy certyfikacji proofa), to prawdopodobnie nie zastanawiasz się jak ono działa. W wyniku pomiaru otrzymujesz wynik np. w wartościach Lab, ewentualnie przeliczony na współczynnik ΔE (czyli różnicę pomiędzy dwoma kolorami) i korzystasz ze zmierzonych wartości. Znajomość budowy ani nawet zasady działania tych urządzeń nie jest konieczna do codziennej pracy, ale mam nadzieję, że masz w sobie iskierkę zdrowej ciekawości, która choć raz kazała zadać sobie pytania:

u

Jak właściwie to urządzenie mierzy kolor?

u

Jakie czujniki tam się znajdują?

u

Jak one „widzą” kolor?

Fakt widzenia barw spowodowany jest wyłącznie różną siłą reakcji czopków znajdujących się na siatkówce. Kolor to wrażenie, które powstaje w naszym mózgu.

Adam Kulikowski

Nie ma urządzeń mierzących kolor!

Wiem, brzmi to dziwnie, ale naprawdę nie ma urządzeń, które bezpośrednio potrafią zmierzyć kolor. Czujniki fotoelektroniczne potrafią określić tylko ilość światła, jaka pada na powierzchnię czujnika. Aby stwierdzić co to za kolor, trzeba się trochę pogimnastykować.

Ale po kolei…

Czym jest kolor?

Zapewne wiesz dlaczego widzimy kolory, przypomnę więc o tym w skrócie. Światło to fala elektromagnetyczna, która trafia do naszego oka. Ogniskowana jest na wewnętrznej tylnej części gałki ocznej, zwanej siatkówką, gdzie znajdują się czopki będące elementami światłoczułymi. Pobudzony światłem czopek wysyła impuls do mózgu informując o tym, że padło na niego światło. Nasze czopki reagują na bardzo wąski przedział częstotliwości fali, który zawiera się od ok. 380 nm (nanometrów) do ok. 780 nm. Posiadamy 3 rodzaje czopków, a każdy z nich reaguje na nieco inne zakresy długości fal. Jak widzisz na wykresie obok, czopek odpowiedzialny za widzenie barwy niebieskiej reaguje najsilniej na długość fali ok. 420 nm, analogicznie czopek od koloru zielonego na 530 nm, a od czerwonego na 700 nm.

Fakt widzenia barw jest spowodowany wyłącznie różną siłą reakcji czopków znajdujących się na siatkówce. Kolor to wrażenie, które powstaje w naszym mózgu.

Na siatkówce oka znajdują się jeszcze innego rodzaju elementy czułe na światło – pręciki. Są one ok. 100-krotnie czulsze na światło, ale nie są w stanie widzieć kolorów. To dzięki pręcikom jesteśmy w stanie zauważać kontury przedmiotów w nocy, gdy jest bardzo mało światła. Wtedy nie widzimy już kolorów, bo dla pobudzenia czopków jest za ciemno. Teraz już pewnie wiesz, dlaczego „o zmierzchu wszystkie koty są szare?”

Od natury do techniki

Bardzo często ludzie podpatruje naturę. Przyroda bywa nie tylko inspiracją, ale czasem podsuwa wręcz gotowe rozwiązania. Jeśli przed chwilą skojarzyłeś trzy rodzaje czopków z trybem obrazów RGB w Photoshopie lub plikach graficznych oraz z tym, że monitory komputerowe mają piksele: czerwone, zielone i niebieskie i masz wrażenie, że to wszystko jakoś się ze sobą łączy… bardzo dobrze Ci się wydaje! Dokładnie tak jest. System RGB wziął się z natury, a nie z naukowego wydumania. Wiedza ta została wykorzystana przy budowie przyrządów mających służyć do pomiaru kolorów.

Kolorymetr

Kolorymetr jest urządzeniem, które działa na zasadzie bardzo zbliżonej do ludzkiego oka. Skoro oko ma trzy rodzaje czopków, które reagują inaczej na różne zakresy barw, to pomyślano, że urządzenie mogłoby działać analogicznie, czyli powinno mieć trzy różne czujniki dla trzech zakresów barw. Ale czujnik światła (np. fotodioda) jest „ślepa na kolory”, to znaczy jest w stanie zareagować tylko na ogólną jasność. Zamontowano więc przed trzema identycznymi czujnikami trzy filtry w postaci kolorowych „szybek”.

Półprzezroczysta „szybka” koloru czerwonego przepuszcza tylko ten zakres fal, który odpowiada barwom czerwonym, pozostałe kolory zaś osłabia lub wręcz kasuje. Analogicznie zbudowano czujniki dla koloru zielonego i niebieskiego wyposażając je w filtry zielony i niebieski. W ten sposób stworzono urządzenie, które dostarcza trzy impulsy elektryczne odpowiadające ilości światła, jakie padają na poszczególne trzy czujniki. Dalej układ elektroniczny zajmuje się przetworzeniem tych impulsów na postać cyfrową, czyli mierzy ich „siłę”. W końcu wartości te są przeliczane do użytecznej przestrzeni Lab, a my możemy z nich korzystać.

Zazwyczaj kolorymetr posiada jeszcze jeden czujnik, który jest pozbawiony filtrów i mierzy ogólną wartość światła (jak pręcik w oku). Dzięki temu pomiary są dokładniejsze. Prosta budowa kolorymetru ma swoje odzwierciedlenie z cenie. Kolorymetry są urządzeniami względnie niedrogimi. Cena modeli przydatnych dla grafików i fotografów waha się w zakresie ok.  400-800 zł. W zestawie zawsze znajduje się odpowiednie oprogramowanie pomiarowe.

Zdjęcia obok przedstawiają wysokiej klasy kolorymetr i1 Display Pro firmy X-Rite. Ten model potrafi mierzyć tylko światło emitowane (np. przez monitor), ponieważ nie posiada własnego źrodła światła, którym mógłby oświetlić próbkę koloru na wydruku.

Spektrofotometr

Spektrofotometr ma budowę znacznie bardziej skomplikowaną niż kolorymetr. Dzięki temu dostarcza danych pomiarowych mówiących dużo więcej o kolorze.

Zasada działania spektrofotometru jest prosta. Wiązka światła, którą chcemy zmierzyć zostaje rozszczepiona i skierowana na linijkę kilkudziesięciu czujników mierzących ilość światła. Położenie każdego czujnika jest stałe i tak dobrane, aby było wiadomo jaką część widma światła mierzy, a więc za jaki kolor jest odpowiedzialny. W ten sposób unikamy potrzeby montowania filtrów, jak w kolorymetrze. Na zdjęciu obok widzisz spektrofotometr i1 Pro firmy X-rite.

Poniżej widać się przekrój tego urządzenia. Źródło światła znajduje się w specjalnej komorze, która ukszałtowana jest w taki sposób, aby miejsce pomiaru zostało oświetlone pod kątem 45°, a do tego ze wszystkich stron dookoła. Światło odbite jest zaś pobierane do pomiaru pod kątem 0°, czyli prostopadle do powierzchni mierzonej próbki. Następnie przesyłane jest światlowodem, potem rozszczepiane, a w końcu trafia na rząd czujników pomiarowych. W górnej części obudowy znajduje się płytka z elektroniką obrabiającą mierzone sygnały i przesyłającą wynik do komputera poprzez złącze USB.

Efektem pomiaru spektrofotometrem jest zestaw liczb wspólnie opisujących całe widmo mierzonego światła. Przykładowo spektrofotometr i1 Pro dostarcza 36 liczb, co odpowiada pomiarowi od 380 do 730 nm z krokiem co 10 nm. Dla potrzeb grafiki czy druku jest to wystarczająco duża rozdzielczość. Liczby są podawane jako ułamki dziesiętne z zakresu od 0 do 1.

Ten zestaw liczb jest dalej przeliczany na użyteczne wartości Lab, ale oprogramowanie zazwyczaj pozwala zachować także wartości spektralne, ponieważ do pewnych zastosowań są one przydatne. Można także z tych liczb wykreślić widmo mierzonego światła przy pomocy programu Excel lub podobnego.

Obok widać wykres widma kolorów czterech plastikowych zatyczek. Dla ułatwienia linie wykresu mają takie kolory jak zatyczki. Widać na nim dokładnie jak układa się widmo.

  • W widmie zatyczki żółtej widzimy największy udział kolorów zielono-żółtych, a wykres biegnący wysoko informuje nas o dość dużej jasności koloru
  • Zatyczka niebieska jest nieco ciemniejsza, więc wykres układa się niżej, widać także wyraźne wzniesienie tam, gdzie jest część widma odpowiedzialna za kolory niebieskie
  • Kolor brązowy jest jeszcze ciemniejszy, a wzniesienie pojawia się tylko dla kolorów żółto-czerwonych
  • Najciemniejsza zatyczka, zielona, ma widmo z wyraźnym ale niedużym wzniesieniem w okolicy przejścia pomiędzy kolorami zielonymi a niebieskimi

Przedstawione powyżej przykłady widm pochodzą z realnych pomiarów, zostały wykonane przy pomocy spektrofotometru i1 Pro. Oryginalny plik pomiarowy możesz obejrzeć tutaj: tutaj.

Spektrofotometry ze względu na swoją bardziej skomplikowaną budowę i większe możliwości są urządzeniami zazwyczaj droższymi od kolorymetrów. Ceny kształtują się od 1500 nawet do ponad 10 000 zł gdy mowa jest o urządzeniach profesjonalnych.

Podsumowanie

Widzisz teraz, że pomiar koloru nie odbywa się bezpośrednio, ale w sposób trochę kombinowany. Niektóre modele potrafią odczytać tylko swiatło emitowane, np. przez monitor komputerowy i pozwalają tylko na kalibrację monitorów. Taki jest przedstawiony powyżej kolorymetr i1 Display Pro. Dla odmiany, inne urządzenia są wyposażane dodatkowo w źródło światła i pozwalają one mierzyć zarówno światło emitowane, jak i odbite np. z wydruku, próbki lakieru, tkaniny, plastiku itd. Taki jest właśnie opisany wyżej spektrofotometr i1 Pro.

Wybierając urządzenie do swoich potrzeb nie kieruj się wyłącznie ceną. Zwróć uwagę na możliwości dołączonego oprogramowania, ponieważ mogą się one bardzo różnić dostępnymi funkcjami. Przeczytaj też warunki licencji, czy przypadkiem producent nie stosuje ogranicza ilości możliwych do kalibrowania urządzeń np. tylko do trzech sztuk.

Profesjonaliści zazwyczaj rozróżniają oba typy urządzeń i dobrze orientują się w ich możliwościach. Popularnie jednak wszystko to co służy do mierzenia kolorów zwykło nazywać się „kalibratorami”, ponieważ faktycznie bardzo często używa się ich do kalibrowania urządzeń. Nie ma w tym nic złego i dużo upraszcza w rozmowach na gruncie zastosowań amatorskich. Jeśli jednak kiedyś w rozmowie z profesjonalistą prawidłowo użyjesz słowa „kolorymetr” lub „spektrofotometr”, a do tego okaże się, że wiesz jak to urządzenie działa, to zapewniam Cię, że Twoja reputacja wzrośnie. 🙂

Inne wpisy

Dobieranie koloru CMYK, RGB, Pantone

Znalezienie koloru loga dla klienta to często długa i żmudna praca…

Profilowanie ploterów wielkoformatowych (cz. 2)

Praktyka profilowania ploterów wielkoformatowych…

Profilowanie ploterów wielkoformatowych (cz. 1)

Wprowadzenie do profilowania ploterów wielkoformatowych…

Nowe standardy FOGRA51, FOGRA52

Instytut FOGRA, zajmujący się standaryzacją procesów branży drukarskiej opracował dwa nowe standardy…

Profil ICC – co to za zwierzę?

Zadaniem profilu jest opisanie jak dane urządzenie (drukarka, ploter, monitor) pokazuje kolory…

Jak mierzymy kolory?

Kolory można mierzyć. Przeczytaj jak to się robi…

Proof – czyli zanim oddasz pracę do druku

Najlepszy sposób na sprawdzenie pracy przed drukiem.

Zarządzanie kolorem w pigułce (cz. 5) – Profilowanie skanera

Skanery, chociaż zeszły na drugi plan, to wciąż są wykorzystywane na przykład przy archiwizacji dokumentów…

Zarządzanie kolorem w pigułce (cz. 4) – Ustawienia programów graficznych

Zaskakująco często użytkownicy nie zaglądają do preferencji programów graficznych…