Kijelzőkalibrálás [2]

Az előző részben eljutottunk odáig, hogy a színérzetet kiváltó tisztán fizikai inger mérése, bár szükséges, önmagában nem elégséges a színméréshez (így a kalibráláshoz sem), mivel nem veszi figyelembe látásunk sajátosságait. Hogyan valósítható meg akkor a színek mennyiségi meghatározása, hiszen tudjuk, hogy a pillanatnyi színérzetet a körülményektől befolyásolt környezetben és a maga szubjektív komplexitásában nem tudjuk megmérni? Erről is volt szó: az egyszerűsített vagy redukált színérzet mérése számszerű adatokat szolgáltat. Hogy ezekhez hogyan jutunk el, azt a következő, 3. részben beszéljük meg. Most a látásunkról, ezen belül is a szemünk színérzékeny receptorainak néhány ritkán elemzett tulajdonságáról lesz szó. Ezek teremtik meg ugyanis az alapot a színinger-egyeztető függvények, a tristimulusos X, Y, Z értékek, végül a színkoordináták meghatározásához.

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, festőművészek és nyomdászok. 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. 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.

Mi kell a színérzékeléshez?

Ebben az írásban csak a színérzékelésről beszélünk, ámbár a tárgyakat a színen kívül a felületük textúrája, a tükröző vagy diffúz felület, maga az alak, átlátszóság és egyéb tényezők jellemeznek (appearance). Mindezek érzékeléséhez (beleértve a színeket) három dolog szükséges: 1) megvilágító fény (“elsődleges”, önvilágító fényforrás), 2) megvilágított tárgy, objektum (“másodlagos”, azaz önmagától fényt nem kibocsátó fényforrás) és 3) az ember vizuális rendszere. írásunk további részében ez utóbbival, ezen belül is a szemünk színérzékelő receptoraival foglalkozunk.

A szín- és fényérzékeléshez kell egy elsődleges sugárzó, a megvilágított tárgy(ak), a szemünk és a kapott információkat feldolgozó idegrendszer. Az utóbbi kettő egységet alkot, a szemünk tulajdonképpen agyunk “meghosszabbítása”. A szemünket a látóideg köti össze az agyunkkal, és a ma már igazolt feltételezések szerint már a szem és az agy között egyfajta “előfeldolgozás” történik. A fenti általános séma annyiban egyszerűsödhet, hogy az önvilágító (elsődleges) fényforrásokat tárgyak nélkül is tudjuk észlelni. A tárgyakat (másodlagos sugárzók) viszont megvilágítás nélkül nem látjuk

Megjegyzendő, hogy minden, ami az elsődleges (emisszív) fényforrás útjában áll (üvegbúra, LCD kijelzők színszűrője, a Föld légköre stb.) másodlagos fényforrásnak, azaz “tárgynak” minősül, és színének kialakításában a szubtraktív színkeverés (is), azaz bizonyos színingerek visszaverése, elnyelése vagy áteresztése is szerepet játszhat. A fényforrások színeinek keverése additív (összeadó) színkeveréssel jön létre. A valóságban összehasonlíthatatlanul több “tárgyat”, mint közvetlen fényforrást látunk. Az elsődleges fényforrások fényét és színét lényegében csak a tárgyakkal való kölcsönhatásban érzékeljük. Elsődleges fényforrások közvetlen megfigyelésekor a “tárgy” maga a szem, a maga elnyelési, illetve érzékenységi karakterisztikáival.

Miért éppen három?

Mert ilyen az emberi szem. Legfőbb ideje, hogy a szemünk – amelynek felépítéséről, működéséről, érzékenységi görbéiről megszámlálhatatlan leírást talál az olvasó – 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.

A színlátás szempontjából valóban a 3 a “bűvös szám”, mivel a szemünkben háromféle színérzékelő receptor (csap) található, főleg egy kis területre, illetve annak közvetlen környezetére koncentrálva (látógödör – fovea). A háromféle receptor 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. Nem éppen korrekt 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 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, és a maximális érzékenységük közötti hullámhossz-különbség kisebb 30 nanométernél (ábra: Bruce MacEvoy)

Tehát a fenti kivételtől (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 nagyon  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 görbék elsődlegesen érzékenyek a maximális érzékenység hullámhosszain (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 nanométeren nullára csökken (ábra: Bruce MacEvoy)

Végül a csapok érzékenységét egy harmadik szempont szerint is vizsgáljuk, nevezetesen, hogy a kolorimetriában elfogadott elv szerint a csapok érzékenysége egyformán járuljon hozzá a tiszta fehér (akromatikus) szín létrehozásához. Az egyes érzékenységi görbék maximumát ezért úgy skálázzuk át, hogy a három függvény alatti terület egyforma legyen (ennek egyébként a kromatikus adaptációban is van szerepe). 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 a rövid hullámhosszú tartomány önálló kromatikus csatornát képez, és érzet szerint jóval telítettebb. Mindez alátámasztja azt a megállapítást, hogy az M és az L csapok elsődlegesen a világosságérzetért felelősek (extrém élességet biztosítva), míg az S csapok “színező potenciálja” a  legnagyobb (ábra: Bruce MacEvoy)

Szemünk három színérzékeny receptorának érzékenységi görbéi (amelyek a háromféle fotopigmens elnyelési karakterisztikáin alapulnak) természetesen a lehető legszorosabb kapcsolatban vannak a színegyeztető vizsgálatok során kapott színinger-egyeztető függvényekkel. Ha a fotopigmensek elnyelési karakterisztikáinak, illetve a receptorok érzékenységi függvényeinek pontos kimérése nem a XX. század második felében történt volna meg, akkor mai színmérő rendszereink valószínűleg ezeket használnák. Így azonban a színmérés továbbra is elsődlegesen a színinger-egyeztető függvényekkel való súlyozáson, és az X, Y, Z színösszetevő együtthatók, illetve a színkoordináták és fénysűrűségértékek meghatározásán alapul.

Ezzel a témakörrel fogunk foglalkozni a következő részben, a CIE RGB, illetve a CIE XYZ színingermérő rendszerek, illetve színterek bemutatásával, ami végül (végre!) elvezet a kalibrálás kérdéseihez.

(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..