Barevné modely, rozlišení a správa barev

Jak počítač popisuje barvu, jak jemně je obrázek rozložen na body a proč stejný obrázek vypadá na monitoru a na papíře jinak.

Barevné modely

Barevný model určuje, z jakých základních barev se ostatní barvy skládají a jak se míchají.

RGB – aditivní míchání

• složky červená (R), zelená (G), modrá (B), každá obvykle 0–255 (8 bitů)
• barvy vznikají sčítáním světla: čím vyšší hodnoty, tím světlejší výsledek; (0, 0, 0) = černá, (255, 255, 255) = bílá, stejné hodnoty všech složek = odstín šedi
• použití: všechno, co svítí – monitory, displeje, projektory, digitální fotoaparáty a skenery, web
• zápis na webu: rgb(255, 128, 0) nebo šestnáctkově #FF8000

RGBA přidává čtvrtý kanál alfa – neprůhlednost bodu: 0 (nebo 0 %) = zcela průhledný, 255 (1, 100 %) = zcela neprůhledný. Uplatní se při skládání více obrázků přes sebe; průhlednost ukládá např. formát PNG.

CMYK – subtraktivní míchání

• složky azurová (Cyan), purpurová (Magenta), žlutá (Yellow) a černá (Key), udávají se v procentech pokrytí barvou
• barvy vznikají odečítáním: barva na papíře pohlcuje část dopadajícího světla a odráží zbytek; smícháním C, M a Y by teoreticky vznikla černá, ve skutečnosti jen tmavě hnědá – proto se tiskne zvláštní černá, která je i levnější a ostřejší pro text
• použití: tisk – tiskárny, ofsetový tisk časopisů a knih, vizitky
• doplňkové barvy: azurová je doplňková k červené (odráží všechno světlo kromě červeného), purpurová k zelené, žlutá k modré

HSV / HSL – podle vnímání člověka

• odstín (Hue) – poloha na barevném kole 0–360° (0 červená, 120 zelená, 240 modrá)
• sytost (Saturation) – od šedé k čisté barvě
• jas / světlost (Value / Lightness) – od černé ke světlé
• použití: výběr barvy v grafických programech, posuvníky „Odstín–sytost“; snadno se v něm dělají světlejší a tmavší varianty téže barvy

Stupně šedi a další

• stupně šedi – jeden kanál, obvykle 256 odstínů; převod z barevného obrázku nebere prostý průměr složek, protože oko je nejcitlivější na zelenou a nejméně na modrou – používá se vážený součet, např. Y=0,299R+0,587G+0,114B
• indexované barvy – obrázek má paletu (nejvýše 256 barev) a každý bod nese jen číslo barvy z palety (GIF)
• Lab – model nezávislý na zařízení, používá se uvnitř programů při převodech mezi RGB a CMYK

Rozlišení

Pixel (picture element) je nejmenší bod rastrového obrázku s jedinou barvou.

• rozměr obrázku v pixelech – např. 1920 × 1080 px; určuje, jak velký je obrázek na obrazovce
• rozlišení (DPI / PPI) – počet bodů na palec (1″ = 2,54 cm); určuje, jak velký bude obrázek při tisku: fotografie 1800 × 1200 px vytištěná při 300 DPI měří 6 × 4 palce, tj. asi 15 × 10 cm
• obrázek 1 × 1 palec při 100 DPI má 100 · 100 = 10 000 bodů, při 300 DPI 90 000 bodů
• orientační hodnoty: web 72–96 PPI (rozhoduje jen rozměr v pixelech), kancelářský tisk 150–300 DPI, kvalitní tisk fotografií 300 DPI

Převzorkování (zvětšení obrázku v programu) nové detaily nepřidá – program body dopočítá (interpoluje) a obrázek je neostrý. Zmenšení kvalitu nepoškodí.

Barevná hloubka a datová velikost

Barevná hloubka = počet bitů na jeden pixel.

Velikost nekomprimovaného obrázku = šířka × výška × barevná hloubka. Fotografie 1920 × 1080 px při 24 bitech (3 bajty na pixel): 1920⋅1080⋅3=6220800 B ≈ 5,9 MiB. Obrázek 800 × 600 px ve 24 bitech má asi 1,4 MB – tolik zabere jako BMP bez komprese; jako JPEG jen zlomek. Proto se obrázky ukládají komprimovaně.

Správa barev

Každé zařízení zobrazí nebo vytiskne jen určitou množinu barev – gamut. Gamut monitoru (RGB) je jiný než gamut tiskárny (CMYK); syté zelené a modré z monitoru tiskárna nevytiskne. Proto vypadá vytištěný obrázek jinak než na obrazovce.

• ICC profil – soubor s popisem barevného chování konkrétního zařízení (podle standardu konsorcia ICC, International Color Consortium); program podle něj převádí barvy mezi zařízeními. Profil může být vložen i přímo do souboru obrázku (sRGB, Adobe RGB).
• Kalibrace – nastavení zařízení tak, aby jeho barvy co nejvíce odpovídaly skutečnosti. Kalibruje se monitor, projektor, tiskárna i skener; absolutní shody nelze dosáhnout, jen se přiblížit.

Postup kalibrace monitoru (bez kalibrační sondy):

1. zobrazit kalibrační obrazec přes celou obrazovku a mít ho i vytištěný
2. kontrast nastavit na 100 %
3. jas snižovat, dokud bílá není „přepálená“ – světlé odstíny se musí od sebe lišit
4. černá musí zůstat černá, ne šedá
5. nastavit barevnou teplotu bílé, obvykle 6500 K (standard pro sRGB)
6. přesněji: program grafické karty nebo kalibrační sonda, která barvy změří a vytvoří ICC profil

Shrnutí

• RGB = světlo, sčítání, monitory; CMYK = barvy na papíře, odečítání, tisk; HSV = odstín, sytost, jas.
• Alfa kanál: 0 průhledné, maximum neprůhledné.
• Rozměr v pixelech rozhoduje na obrazovce, DPI při tisku (300 DPI pro fotografie).
• Velikost = šířka × výška × hloubka; 24 bitů = 16,7 milionu barev.
• Gamut, ICC profil, kalibrace – aby barvy na monitoru odpovídaly tisku.