A színekről [2]

Az előző részben eljutottunk odáig, hogy a színérzetet kiváltó tisztán fizikai inger mérése, bár szükséges, önmagában nem elégséges a színméréshez. Az elektromágneses sugárzás spektrális energiaeloszlását “súlyozni” kell egy konkrét színtérben meghatározott három színinger-megfeleltető függvénnyel, így jutunk el a színinger-öszetevőkhöz (trikromatikus mérőszámokhoz). De miért éppen három ilyen függvényre, illetve szininger-összetevőre van szükség? Ezt a kérdést az ún. trikromatikus elmélet, majd az elmélet igazolásaként a szemünk közelebbi vizsgálata válaszolta meg. Ezért most a látásunkról, ezen belül is a szemünk színérzékeny receptorainak néhány ritkán elemzett tulajdonságáról lesz szó. Írásunk második felében pedig röviden felrajzoljuk az 1931-es univerzális CIE XYZ színmérő rendszer megalkotásához vezető utat.

Trikromatikus elmélet és trichromacy

A trichromacy kifejezés nem fordítható magyarra egyetlen szóval, a leginkább talán úgy írhatnánk le, hogy a “színek előállításának lehetősége három szín keverékével” (itt most lényegtelen, hogy összeadó vagy kivonó színkeverésről van szó). A trichromacy tényét (a színek keverésének gyakorlatát) még Newton életében, az 1700-as évek első felében, jóval a trikromatikus elmélet megszületése előtt felismerték és alkalmazták a festők, kelmefestők és nyomdászok (a festőművészek pedig mindig is éltek vele). A három, akkor “alapszínnek” tekintett vörös, sárga és kék színhez később hozzákeverték a feketét is, így született meg a négyszínnyomás. Ebből nőtt ki a mai CMYK nyomtatás – cián, bíbor, sárga alapszínekkel plusz a feketével. Newton terjedelmes és kiváló színelméletének nem volt érvényes magyarázata vagy elmélete a trichromacy-ra. Mindennek (mármint a nyomatkészítésnek) persze látszólag nem sok köze van a kijelzőkalibráláshoz, de általános érvényessége miatt a fogalmat tisztáznunk kellett. Az összes mai kijelző megjelenítési képessége is (ha három alapszínnel dolgozik) a trichromacy elvén alapul. A trikromatikus elmélet a trichromacy elméleti hátterét próbálja megvilágítani.

Jacob Christoff Le Blon által készített háromszín-nyomat a XVIII. századból (1720). Az eredeti festmény Antonio Allegri da Correggio alkotása (St. Catherine Reading)

A trichromacy-t magyarázó elméletet Thomas Young angol fizikustól (fiziológustól, nyelvésztől, zenésztől, egyiptológustól stb.) származtatjuk az 1800-as évek elejéről. Kortársai és tisztelői szerint ő volt “az utolsó ember, aki mindent tudott”. (Tőle származik a kétréses fényelhajlási kísérlet is, amely a fény hullámtermészetét igazolta.)

Ő volt talán az első, aki feltételezte azt a ma már közismert tényt, hogy a trichromacy oka az, hogy a szemünkben három fajta színérzékelő receptor található, és ennek következménye, hogy bármely szín előállításához szükséges és elegendő három, ún. alapszín(inger) – ami majdnem igaz. Azért csak majdnem, mert három reális (optikailag előállítható) alapszín helyett ehhez három, ún. képzetes alapszín szükséges, ami akkor még ismeretlen fogalom volt. Az elméletet Helmholtz és Maxwell és sokan mások fejlesztették tovább még a XIX. században. A modern CIE XYZ színmérő rendszert a CIE (Nemzetközi Világítástechnikai Szervezet) szabványosította 1931-ben. Közvetlen elődje azonban a CIE RGB színmérő rendszer volt. Ez utóbbit J. Guild és W. D. Wright egymástól függetlenül dolgozta ki az 1920-as évek végén. Eredményeik meggyőző hasonlósága döntő lökést adott az univerzális, eszközfüggetlen CIE XYZ rendszer létrehozásához az említett képzetes (optikailag nem realizálható) alapszínek alkalmazásával. Mielőtt azonban ezekről részletesebben beszélnénk, ki kell térnünk a trikromatikus elmélet néhány megállapítására, amelyekkel közvetlen összefüggésben van a színmérő rendszerekben használt színinger-egyeztető függvények meghatározása.

Miért éppen három?

A válasz roppant egyszerű: mert ilyen az emberi szem. Legfőbb ideje, hogy a szemünk – amelynek felépítéséről, működéséről, érzékenységi görbéiről megszámlálhatatlan leírást talál az olvasó online és nyomtatott változatban is  – témánk szempontjából legalapvetőbb tulajdonságait a lehető legrövidebben leírjuk. Megjegyzendő, hogy a három nem három, hanem négy, de a negyedik fajta receptorok (pálcikák) a színlátásban nem vesznek részt, viszont nagyon kis környezeti megvilágítás mellett (sötétben) segítenek a látásban. Ez nem is csoda, hiszen kb. 15-ször annyi pálcika van a szemünkben, mint a színlátásért felelős csapokból. Szemünk struktúrájával és a receptorok felépítésével most nem foglalkozunk a fentebb említett okból.

A színlátást tekintve valóban a 3 a “bűvös szám”, mivel a szemünkben háromféle színérzékelő receptor (csap, cone) található, főleg egy kis területre, illetve annak közvetlen környezetére koncentrálva (látógödör – fovea). A háromféle csap mennyisége, sűrűsége és eloszlási területe nem egyforma. A 7-8 millió csapnak csak kb. 10%-a S (short wavelength) típusú, a 30%-a M (middle wavelength), a 60%-a pedig L (long wavelength) típusú. Félrevezető ezeket R, G, B receptoroknak nevezni, egyrészt mert mindegyik receptor, az S receptort kivéve, a teljes látható hullámhossz-tartományban érzékeny, másrészt az érzékenységi maximumok is inkább a narancs (564-580 nm), a sárgászöld (kb. 534-545 nm) és az ibolya (kb. 420-440 nm) tartományba esnek. Az alábbi görbéket többé-kevésbé önkényesen, a szokásokhoz igazodva jelöljük vörös, zöld és kék színekkel.  Az S receptor érzékenysége kb. 530 nanométer körül nullává válik, a másik kettőé azonban valóban a teljes látható tartományra kiterjed. Az is tévesen elterjedt nézet, hogy az S receptor csak a „kék”, az M receptor csak a „zöld”, az L receptor pedig csak a „vörös” hullámhosszakra érzékeny.

Szemünk normalizált csap-érzékenységi függvényei („cone fundamentals”). A csapok abszorpciós karakterisztikái ettől némileg eltérőek, de ennek magyarázatába most nem tudunk belemenni. Jellegzetes, hogy az S érzékenységi görbe jóval keskenyebb, mint az M és az L. A másik figyelemre méltó sajátosság, hogy az M és L görbék nagy mértékben átfedik egymást. A maximális érzékenységük közötti hullámhossz-különbség kisebb 30 nanométernél (ábra: Bruce MacEvoy)

Tehát a fenti korlátozástól (S görbe) eltekintve mondhatjuk, hogy mindhárom színérzékelő receptor minden hullámhosszra (természetesen eltérő mértékben) érzékeny, bár külön-külön az egyes receptorok – bármilyen meglepő – “színvakok”. A színeket a látóidegen keresztül az agyba küldött jeleik együttesen alakítják ki (beleértve a már a retinában megtörténő előfeldolgozást). Ha három receptor közül kettőt semlegesítünk (vagy működésük betegség miatt megszűnik), akkor csak szürkeárnyalatokat fogunk látni.

Az egyes receptorok összesített érzékenységét a számosság figyelembe vételével vizsgálva (tudjuk, hogy az S, M, L csapok számának aránya durva közelítéssel hozzávetőlegesen 10%:30%:60%, érdekes görbesereghez jutunk: az L és M csapok szolgáltatják a retina által összegyűjtött csaknem összes információt. Mivel a fovea tartalmazza az L és M csapok felét, a függvények azt mutatják, hogy ezek elsődlegesen fontosak a színlátásban. A lineáris skála azt is mutatja, hogy a receptorokhoz tartozik egy hullámhossz, amelyen a legérzékenyebbek (fehér vonalak a színskálán). Az is világosan látszik, hogy az legnagyobb összesített érzékenység (ahol az M és az L érzékenysége összegződik), a sárgászöld tartományra esik. Az S csap érzékenysége kb. 525-530 nanométeren nullára csökken (ábra: Bruce MacEvoy)

Végül a csapok érzékenységét egy harmadik szempont szerint is szokás vizsgálni, nevezetesen, hogy a kolorimetriában elfogadott elv szerint a csapok érzékenysége (megállapodásszerűen) egyformán járuljon hozzá a tiszta fehér (akromatikus) szín létrehozásához. Az egyes érzékenységi görbék maximumát ezért úgy skálázták át, hogy a három függvény alatti terület egyforma legyen. Mindez nem keverendő össze a majd tárgyalandó színinger-egyeztető függvények alatti területek egyenlővé tételével, bár az összefüggés matematikai transzformációval levezethető. A színinger-egyeztető függvények azonban közvetlenül nem reprezentálnak meghatározott receptorokat vagy színcsatornákat a vizuális rendszerben.

Az egyenlő területű csap-érzékenységi függvények. Az S csap érzékenysége csúcsértékének látványos emelkedése arra utal, hogy az S csapok kimenete messze nagyobb súllyal esik latba a számosságukhoz képest a retinában. A viszonylag kis átfedés az S csapok és az M, L csapok érzékenységi görbéje között pedig azt mutatja, hogy az S tartomány relatíve önálló kromatikus csatornát képez, és érzet szerint jóval telítettebb. Mindez alátámasztja azt az állítást is, hogy az M és az L csapok – a nagy átfedés miatt – a világosságérzetért elsődlegesen felelősek (extrém élességet biztosítva), míg az S csapok “színező potenciálja” a  legnagyobb (ábra: Bruce MacEvoy)

Szemünk három színérzékeny receptorának érzékenységi görbéi (amelyek a háromféle fotopigment elnyelési karakterisztikáin alapulnak) természetesen a lehető legszorosabb kapcsolatban vannak a színegyeztető vizsgálatok során kapott színinger-megfeleltető függvényekkel. Ha a fotopigmensek elnyelési karakterisztikáinak, illetve a receptorok érzékenységi függvényeinek pontos kimérése nem a XX. század második felében történt volna meg, akkor lehet, hogy a mai színmérő rendszereink ezeket használnák.  Így azonban a színmérés továbbra is elsődlegesen az 1931-ben megalkotott CIE XYZ színrendszerben meghatározott színinger-megfeleltető függvényekkel való súlyozáson, és az X, Y, Z színinger-összetevő együtthatók, illetve a színkoordináták és fénysűrűségértékek meghatározásán alapul. Az XYZ rendszerben használt színinger-megfeleltető függvények egyébként lineáris transzormációval átszámíthatók a fenti “természetes” LMS rendszerbeli érzékenységi függvényekké, és fordítva. Az 1931 óta bevezettett új színmérő rendszerek (pl. CIE L*a*b*, CIE L*u*v*) mindegyikét az eredeti XYZ rendszerből származtatták.

(Folytatása kövekezik)

N. Á.

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..