Apsolutne i relativne korelacije boja

Boris Kren

Sažetak

Razmatranje o međusobnom utjecaju boja ovisno o upojnim svojstvima materije i neovisno o upojnim površinama. Isticanje značaja refleksivnih, subtraktivnih percepcija boja. Upitnost CIE definicija u znanstvenim istraživanjima. Da li je Munzellov sustav boja neopravdano zalutao u slijepu ulicu!? Kamo dalje?!
U uvjetima koji odstupaju od stardarizirane osvjetljenosti (luminance) dnevnog svjetla teško je ili otežano praćenje profila boja. Nije moguće predvidjeti sjajnost i obojanost (brightness/colorfulness) ukoliko dođe do promjene primarne osvjetljenosti. Proširena primjena matematike na postojeće sustave i prostore boja sve više ukazuje na nepremostiv jaz između idealne i relativne korelacije boja.
Nakana je ovog izlaganja naznačiti možebitna rješenja i prikazati neke novije teorijske zaokrete u tumačenju procesa vizualizacije.

Apsolutna i relativna kolorimetrija
Ljudi se od pamtivijeka izražavaju o bojama, u bojama, imenuju ih, tumače i htjeli ili ne žive s njima više manje stopljeni kao s vlastitim dahom ili vlastitom osobom.
Nije čudo onda što se kroz protekla tisućljeća nakupilo i riječi i termina i tumačenja toga kako boje, čemu boje, što boje, još o bojama itd.
Praktički i teorijski sustavi razvrstavanja i svrstavanja boja tijekom zadnja tri stoljeća razvili su tankoćutni vokabular opisa i obrojavanja boja (davanje brojnih i brojčanih vrijednosti, x-y-z). Stvoreno je i naslijeđeno dosta termina nastalih različitim ispitivanjima istih svojstava boja pa su tako iste riječi poslužile opisu različitih pojava i obrnuto, različite riječi bilježile su iste stvari.
Kako je svaki studij ozbiljan i važan, potrebno je imati za njega i standardizirani rječnik. U studiju boja ipak je dosta termina mutno i zamagljeno, a upotreba im je često međusobno zamjenjiva kao npr: svjetlina i sjajnost. I u samim obrazovnim sustavima uči se o bojama različito. U osnovnoj školi boje mogu biti razložene kao primarne na crvenu, plavu i žutu. U tiskarstvu primarne boje su cijan, mađenta i žuta, a za televizijske stručnjake to su crvena, zelena i plava. U fizici uči se da su bolje vidljivi dio elektromagnetskog spektra zračenja. U svakom sustavu takvo njegovo razvrstavanje boja je opravdano, ali je neprihvatljivo razvrstavanje unutar drugih sustava.

S druge strane, s perspektive gledanja boja ljudskim okom, boja ima, može se reći bezbroj. Naime, ljudi koji se bave ispitivanjem funkcija oka kažu da vidimo oko 1000 nijansi sivoga, 100 nijansi crvenozelenoga i 100 nijansi žutoplavoga u jednom pogledu. To bi značilo da je ukupni broj boja koje možemo vidjeti oko 1000 x 100 x 100 = 10 milijuna. No, to nije baš tako jednostavno jer kako koja boja izgleda jako ovisi o uvjetima pod kojima je gledamo. Pod uvjete spadaju boja svjetla, količina svjetla i okolne boje. Boje su drugačije ovisi na kakvoj su površini, kakav je izvor svjetla na kakvom su tijelu itd. Također svatko vidi boje na svoj neznatno drugačiji način.
I tako kako u jednom pogledu vidimo 10 000 000 boja, a uvjeti gledanja i promatrači su mnogi, broj boja vrlo je velik. Deset milijuna boja puta deset milijuna vrsta svjetla puta deset milijuna jačine svjetla puta deset milijuna okolnih boja puta 6 bilijuna ljudi puta 3 načina gledanje ispada 18 desiliona boja. 18 plus 33 nula. Skoro bezbroj. Način egzaktnog mjerenja svake pojedine boje ne postoji.
Teško je dakle naći termine za snalaženje među bojama.
Dajem pregled osnovnih termina na engleskom i na hrvatskom jeziku s ispreplitanim imenovanjima izvađena iz postojećih tekstova.

Luminance
- osvjetljenost
- svjetlina

Lightness
- sjajnost
- odbljesak
- isijavanje

Hue
- nijansa
- ton

Saturation
- zasićenje
- intenzitet

Chroma - obojenost

Color fulness - toniranost
Compression - kontrast


Illumination
- obasjanost
- iluminacija

Reflection
- odsjaj
- refleksija

Bez strogih definicija pojedinih termina nije ih moguće dobro upotrebljavati, pogotovo što se često odnose na subjektivno doživljavanje istih pojava, kao lightness - brightnes, colorfulness - chroma. Kako je ovo izvadak iz veće studije gdje su dani i obrazloženi prijedlozi hrvatskih termina, neka ova grupe termina posluži samo kao naputak i naglasak koliko je ozbiljan, težak i obiman studij boja i koliko još toga treba usuglasiti.
Kolorimetrija kao znanost koja se bavi bojama u jednoj od svojih definicija prikazuje se kao pokušaj kvantifikacije predodžbe boja.
Kvantifikacija kao takva uključuje i sredstvo kvantifikacije za koje se pretpostavlja da je svjetlo dakle vanjski svijet zajedno s objektima koje svjetlo obasjava kao i izvora svjetla od kojih je jedno i samo ljudsko oko. Slika niže ilustrira različite predodžbe „istih boja“ što će reći da je standardizacija uvijek uži i općeniti izbor.

Slika A.

Što vidimo boje su i samo boje. Raspon predodžbi i boja strahovito je širok i pokušaj da se stvori jedna standardizacija prostora boja nadala se nužno kroz višestoljetnu povijest.
Nekoliko se grupacija ljudi vladinih i nevladinih usmjerilo na to. Jedna od njih je CIE (Commission Internationale de l'Eclairege) dobrovoljna organizacija za davanje preporuka u stvaranju moderne kolorimetrije, čiji je veliki trud jako zacrtao i maksimalno odredio neke smjerove istraživanja dovevši ih do krajnjih granica primjenjivosti. To je pokazalo i ograničenje tog sustava, ali i otvorilo nove putove obrađivanje i spoznaje predočavanja i pripremanja boja u grafičkoj i video industriji.
Taj raspon između apsolutne mjerljivosti boja i relativnih rezultata uz postojeće prostore boja postao je nepremostiv, ali i itekako tražen kao premostiv. Da bismo mogli naznačiti čisto informativno današnje prijepore u sustavima boja i svakidašnjicu problema u sprezi apsolutnih i relativnih brojčanih vrijednosti boja, moramo pogledati malo unatrag do Newtona i Le Blona.
Isaac Newton (1642-1726) engleski fizičar i matematičar prvi puta objelodanjuje svoje mnogobrojne pokuse 1672. godine u Engleskom kraljevskom društvu. Godine 1704. tiskana je Optika gdje su eksperimenti s prizmama Guida Scarmigliona, Thomasa Harriota, Marcusa Marcia i drugih temeljito, misaono i eksperimentalno razvijeni i dotjerani do otkrića.
Osvrćući se na svoj eksperiment s razlaganjem svijetlosti u to vrijeme na 7 boja za 98% čovječanstva, on jasno ističe kako same zrake svijetla nisu obojene već izazivaju takav osjet, zamjedbu obojenosti „nekom snagom i dispozicijom“: „I tako boje objekta nisu ništa drugo do dispozicije kojom se ova ili ona zraka reflektira obimnije no ostale. U zrakama nema ničeg drugog do njihove dispozicije da proizvode ovo ili ono kretanje u osjetilnom aparatu, i u tom aparatu one su osjeti kretanja u formi boja“ (Knjiga prva, dio drugi).
U tome je njegova revolucionarnost što je boje i njihovo razumijevanje podjednako smjestio ili prepoznao kao nešto koliko izvan nas toliko i uvjetovano nama.
Slijedi spajanje dviju razloženih zraka bijele svjetlosti i otkriće purpurne, mađente, plavo-crvene boje, boja kojih nema u spektru boja. Iz geometrijskih sklonosti i pobuda i matematičke iskoristivosti, spektar spaja sa samim sobom u krug, što je začetak suvremenih geometrijskih sustava boja.
Newtonov krug se odnosi samo na mješavine svjetlosti.

Slika B. Spektar do spektra

Slika C. Newtonov krug tonova 1704.

Newtonovi istovremeni eksperimenti s pigmentima uglavnom su u 18. stoljeću ustalili zabludu da se pigmenti miješaju na isti način kao i svjetlosti određene valne duljine.
Inspiriran zrakama svjetlosti koje pomiješane daju prozirnu svijetlost što sve čini vidljivim a u potrazi za miješanjem osnovnih pigmenata koji daju senzaciju svih boja njemački tiskar Jacob Christoffel Le Blon (1667-1741) usavršuje postojeću tehnologiju tiska uvodeći tri odvojene ploče za tisak, obojene slikarskim bojama, kao primarnom, crvenom, žutom i plavom, katkada i s crnom pločom. To je puni kolorni mezotintni otisak. Time je on spojio Newtonov krug boja s trikromatskim materijalnim primarnim bojama. Među prvima piše o razlici između aditivnog i substraktivnog miješanja boja. Tu je već uvelike začeto uvjerenje da primarne boje sačinjavaju sve boje.

Još jedan značajni mislilac, psiholog Ewald Hering (1834-1928) radio je na psihološkim osjetima boja. Isprva je njegova teorija neprihvaćena. Danas je ugrađena u skoro svaki model boja.
Po njemu trokromatska teorija Helmholtza, Arthura Königa i drugih, koja pretpostavlja postojanje triju receptora u oku, ne može objasniti punoću fenomena boje.
On postavlja sustav od četiri prvotne boje: crvenu, žutu, zelenu i plavu, uz pretpostavku da se one stvaraju negdje u vizualnom sustavu izvan retine.
Vizualni sustav po njemu funkcionira kao obostrana suprotna asimilacija i disimilacija. Recimo asimilacija crvene izaziva disimilaciju zelene. Također uvodi pojam svjetline, svjetlosni raspon kao crnobijeli raspon mimo boje boje, njezinu crnobijelu varijantu. To je pretpostavilo uvođenje crne i bijele boje uz postojeće četiri.

Slika E. Krug tonova E. Heringa kao dva nasuprotna procesa (konstruirana ilustracija).

Također kroz stoljeće iza Newtona iskristalizirala se trokromatska teorija u djelu njemačkog fizičara i psihologa Hermanna von Helmholtza (1821-1894).
On kaže da su dovoljne samo tri fundamentalne boje za definiranje predodžbe bilo koje mješavine svjetlosnih valova. Funkcije triju zasebnih receptora boja koje se preklapaju u radu prikazane su krivuljama.
To je srž Young-Helmholtzove trokromatske teorije.

Slika F. Krivulje osjetljivosti triju receptora iz 1956. Prilagođena slika.

Tri pretpostavljena receptora su jedan za crvenu senzaciju, drugi za zelenu, treći za plavoljubičastu.
Postojanje receptora postupno je ustanovljavano tijekom niza godina u 19. i 20. stoljeću i ispitivanja još nisu završena. Tako se kolorimetrija pogotovo nakon Maxwellovih eksperimenata usmjerila na eksperimente sa slaganjem boja pomoću ”primarnih” svjetala. Cilj je bio razviti metodu koja bi objelodanila zahtjevnu spektrofotometrijsku krivulju kao trokomponentnu mješavinu triju ”osnovnih” obojenih svjetala, i dalje, kako upotrebljavajući samo osnovne elemente mješavine sa sigurnošću iznaći koje će svjetlo i koja površina dati ciljanu boju.

Slika G. James Clark Maxwell (1831-1879) drži svoj krug za poklapanje boja (oko 1860).

Slika H. Maxwellova kutija, prvi suvremeni kolorimetar.

Začetnik prvog suvremenog prostora boja smatra se onaj iz 1890. godine američkog umjetnika i učitelja Alberta H. Munsella (1858-1918). Za razliku od geometrijskih modela ostalih istraživača koji su pretpostavljali da su modeli boja podjednako u svim smjerovima pravilni, Munsell je svoj model izgradio na jednakim razlikama opaženih boja. U tomu mu je uvelike pomagao Ogden Rod koji mu je i pokazao kako upotrebljavati kotač boja.

Slika I. Kotač boja.

Određeni isječci triju ciljanih bolja slažu se u ispitivanom omjeru na drveni disk, kao na primjeru slike I. U sredini dođe krug ciljane boje koju treba dobiti iz spomenute tri boje. Vrtnjom kotača tri ciljane boje stapaju se u jednu i tako se vizualno uspoređuju sa središnjom bojom. Nakon dekada stpljivog rada Munsell je izdao atlas boja s jednakim vrijednosnim razlikama poredanim po desetinama i po desetinama desetina a po svojstvima boja: ton boje, gustoća boje i njezin stupanj zacrnjenja. U trodimenzionalnoj ilustraciji ne vidi se kako je njegov model asimetričan, što ovisi o gustoći boja. Neke su boje gušće i desetine dopiru dalje od početka srednje vrijednosti.

Slika J. Konceptualni Munsellov sustav boja (1905).

Razvedenost njegova prostora boja bolje se vidi iz stabla u atlasu boja.

Slika K. Dvije stranice iz Munsellove Knjige boja (1929).

Godine 1920. neki od 1915 Munsellovih primjera bili su izmjereni spektrofotometrom i ugrađeni u CIE 2° Yxy prostor boja koji se pojavio 1931. Američki Nacionalni ured za standardizaciju počeo je priređivati Munsellov sustav za standardizaciju. Američko optičko društvo poduhvaća se spektroskopskih mjerenja Munsellove Knjige iz 1929. te 1943. izlazi američki standard s 2700 matematskih vrijednosti boja u x (crvena) y (zelena) z (plava) prostoru, prilagođeno prema izmjerama Munsellovih uzoraka (ako x i y, onda z). Kasnije je došlo do revizije sustava i nadopune, ali ne za opću upotrebu.
Od 1931. kada je CIE izradila svoj prvi prijedlog prostora boja pa sve do početka 21. stoljeća taj je model boja više ili manje važio kao standard. Došlo je do brojnih nadopuna, prilagodbi i promjena kako su znanstvena istraživanja donosila nove spoznaje. Grafička industrija dala je znatan obol standardizaciji prostora boja egzaktnošću svojih provedbi reprodukcija boja i od prvih dana pomno pratila razvoj tehnologije boja i medija koji su služili za prijenos boja, od ”skidanja” boja s objekta do njihove prezentacije za ljudsko oko. Pomak u sustavima CIE događao se uglavnom premještanjem centra bijele svjetlosti unutar ukupno postignutog gamuta boje.
Slijede dva primjera iz 1931. i 1976. godine prikazani u odnosu na temperaturu boje, tj. isijavanje crnog tijela.

Slika L. CIE 1931. godine.

Slika Lj. CIE 1976. godine.

Razvojem optičke i kompjuterske tehnologije došlo je do sve češćih revidiranja CIE sustava iz 1931. godine, CIELUV, pa CIELAB i na kraju CIECAM koji je tek nekoliko godina star s vrlo velikim udjelom matematike. Do potrebe za preinakama došlo je kako zbog razvoja kolornih sustava u predočivanju i raspodjeli razlike između boja, tako i zbog potrebe predviđanja kako će boje izgledati na novim medijima i u drugim svjetlosnim prostorima. Naime, iste boje se mijenjaju kad su pod drugim svjetlom, kad su okružene drugačijim bojama, kad su slabije ili jače osvijetljene.
Primjeri: Slike M.

Ti primjeri dobro ilustriraju kako vizualne pojave, vizalno kretanje boja ovisi o mnogočemu više, a ne samo o egzaktnim mjerenjima.
CIECAM kao model vidljivih boja nastoji opisati kako se boje pojavljuju i daje matematske pretvorbe fizičkih mjerenja podražaja i vidljive okoline u korelaciji sa zamjetljivim svojstvima boja (svjetlina, sjaj, ton, zasićenje, obojenost).
Klasični kolorni sustavi, završno s CIELAB-om, vrlo su dobri pod danjim svjetlom, mogu vrlo dobru pratiti kromatsku prilagodbu boje (blend), odgovarajuću kompresiju boje (kontrast), korelacije između njezine svjetline, gustoće i tona te dosta dobro prikazati, mjeriti razlike od boje do boje. Sve to u situaciji kad se i original i reprodukcija gledaju u istim uvjetima. Međutim, kad se promijeni podloga boje (papir), okolina boje (druga boja), kad se generalno promijeni osvjetljenje, ne može se predvidjeti kakve će biti svjetlina i obojenost boje. Plavi spektar je nesiguran, kao i ponašanje sustava u slučaju velikih otklona od danjeg svjetla. K tome u novim medijima prikazivanja boja teži se prenošenju visokodinamičnog opsega slike. Dakle, nastoji se preći preko čistog spektra boja i proširiti zamjetljivi gamut svjetline i boje boje, tj. njezinu izražajnost i obojanost. Novi modeli za prikazivanje boje razvili su se da bi proširili kolorimetriju CIE do očekivanih prikazivanja boja unatoč promjeni medija i uvjeta promatranja, dakle, izvan okvira gdje je boja jednaka boji iz samo jednog kuta promatranja.
Apsolutno / relativno
Boje rijetko budu izolirane i postojeće samo za sebe. Neke to nikada i nisu. Tako je većina prostora, tj. modela boja dizajnirana da prati i određuje boje u relacijama, međusobnim odnosima jedne s drugima. Međutim, mnogi pokusi s bojama koji su se pravili da bi se boje razumio ljudski perceptivni sustav činili su se upravo s izoliranim bojama.
Neke su boje posebno zanimljive kao smeđa i siva. Njih je, čini se, nemoguće pronaći izolirane: uvijek su u relaciji s drugim bojama. Izolirana smeđa ili siva ploha bez prisustva smeđeg ili sivog izvora svjetla pojavljuje se kao narandžasta ili bijela. Kvaliteta izvedbe boja u nekom modelu boja moglo bi se reći da se razvrstava u dvije kategorije. U prvoj bi kategoriji bile boje ovisne o izvedbi (npr. tisak), dok bi druga bila od nje neovisna. U relativnoj kolorimetriji promatraju se i uspoređuju odnosi između prateće rezolucije, kontrasta i opsega boja važnih za ljudsko predočivanje. To je predočivanje psihofizičko i važi samo za taj određeni sustav reprodukcije, a ako se što u sustavu promijeni, moraju se mijenjati i tome pripadni elementi obrade slike i tiska.
U apsolutnom kolorimetrijskom sustavu nastoji se držati samo informacija koje su sadržane u slici kao takvoj. Promjene se događaju samo unutar ljudskog perceptivnog sustava. Nije problem u tome što se taj sustav postupno upoznaje, nego je problem u tome što se on unatoč tom kontinuitetu još uvijek ne poznaje dovoljno.
Na svakom skupu stručnjaka koji se bave bojama i predočivanjima boja prisutna je tema o pravoj primjeni relativne i apsolutne denzitometrije i spektrofotometrije. Kod aspolutne je kolorimetrije cilj imati pouzdan izlaz boja, poboljšanje slike, kolorimetrijski pristup, dok se kod relativne pazi na konstantni ulaz boja, pazi se na reprodukciju te denzitometrijski pristup.
Problematika postaje složenija kad se u obzir uzme i papir. Naime, apsolutna kolorimetrija uzima u obzir i papir i podlogu (okolinu) u profil boja, dok relativna pretpostavlja da je profil odvojen od podloge, odnosno kao da lebdi iznad nje. U praksi je, za sada, najbolja kombinacija oba načina mjerenja.
Jaz i pomirenje između relativne i apsolutne kolorimetrije CIECAM02 nastoji premostiti uvođenjem visokodinamičnog opsega informacija sadržanima u slici, prestrukturiranjem vidio signala, pomicanjem gamuta na monitorima izvan klasičnog spektra boja, pomicanjem bijelog svjetla kao centra gamuta, kao i vrlo rigoroznim proučavanjem perceptivnih sustava.
Prema mome mišljenju danas je u tom području perceptivnog sustava jedan od najinteresantnijih znanstvenika James T. Fulton koji je 2000. godine postavio novu teoriju animalno-perceptivnog sustava, sada već na preko 2000 stranica teksta. Kao završni dio rada donosim samo kratki izbor njegovih postavki.
Štapići i konusi zastarjeli su opisi funkcija prihvata optičke senzacije Receptori ovise o Rhodoninu a ne o Rhodopsinu i oba su spojevi vitamina A.
Rhodonin (5) najaktivniji je na 625 nm, a boje recepcije su crvenkastonarandžasti cijan, zelenkastoplava.
Rhodonin (7) najaktivniji je na 532 nm, a boje recepcije su žućkastozelenonarandžasta i purpurnocrvena.
Rhodonin (9) najaktivniji je na 437 nm, a boje recepcije su purpurnoplavo nezasićeno žuta.
Rhodonin (11) najaktivniji je na 342 nm, uglavnom proziran za ljude.
Bijelo je u spoju signala 494 - 2 nm i 522 - 2 nm.
Perceptivnost je uglavnom tetrakromatska. Čovjek, gorila, čimpanza, orangutan imaju receptor za ultraljubičasti pojas svjetla, ali zbog sustava leća signal uglavnom ne dopire do receptora.
Oko radi tako što vibrira te je time prvenstveno detektor promjene, a ne funkcionira kao prijenosnik slike.
Drhtaj oka je otprilike 30 do 90 Hz. Amplituda je koliko su veliki jedan do dva receptora.
Svaka zrela fotoreceptorska stanica šalje četiri spektralna uskopojasna signala unutar cijelog spektra.
R = x + y + z nije adekvatan opis viđenja boja.
Patentiranje Aktive: tropolni poluvodič u stanju tekućeg kristala služi za prijenos signala unutar neurona.
I tako dalje.
Donosim i tri njegova prostora boja.