kleurenzicht

D'Aguilon besprak de optica van het oog, lineair perspectief, landmeetkundige instrumenten en het gedrag van licht en kleur, waarbij hij praktische demonstraties gebruikte die interessant zouden zijn voor schilders. (Zo beschreef hij bijvoorbeeld de techniek van het mengen van kleuren , een techniek die Rubens met grote vaardigheid toepaste.) Toen hij inging op de oorsprong van kleur en de regels van het mengen van kleuren, onderschreef d'Aguilon de middeleeuwse opvatting dat geel, rood en blauw de basis- of 'edele' kleuren waren waaruit alle andere kleuren voortkwamen.

Francois d'Aguilon's kleurenmengtheorie (1613)

De "primaire kleuren" zijn wit en zwart (licht en donker).

Vanuit een modern perspectief is het meest bijzondere kenmerk van d'Aguilons theorie dat deze drie 'edele' tinten zelf zijn ontstaan ​​door de mysterieuze vermenging van wit en zwart, of licht en donker (bovenste gebogen lijnen in de afbeelding), zodat licht en donker de twee 'eenvoudige' of primaire kleuren waren . De 'samengestelde' tinten groen, oranje (goud) en paars (onderste gebogen lijnen) werden gemengd uit de kleuren van de 'edele' triade. D'Aguilons diagram werd herdrukt door de jezuïet Athanasius Kircher in zijn optische verhandeling Ars magna lucis et umbrae (De grote kunst van licht en schaduw, 1646). Beide bronnen werden in de 17e eeuw veel gelezen en beïnvloedden de verklaring van kleurmenging die dominant was tijdens de barok.

Deze theorie over licht en donker is afkomstig uit middeleeuwse boeken over optica, die op het gebied van kleur weer elementen ontleend hadden aan oude Griekse filosofische teksten: een uitgebreide beschrijving in Plato's (ca. 390 v.Chr.) scheppingsgedicht Timaeus, verspreide en inconsistente passages in de geschriften van Aristoteles (ca. 350 v.Chr.), en de De Coloribus (Over kleur), soms toegeschreven aan Theophrastus (ca. 330 v.Chr.), Aristoteles' commentator en bestuurder van het Lyceum.

Drie punten om in gedachten te houden met betrekking tot de oude teksten. Ten eerste was kleur een eigenschap van stoffen of de oppervlakken van dingen , of van het uiterlijk van een oppervlak dat werd veranderd door transparante media zoals rook, nevel of water. Ten tweede stellen veel Griekse teksten dat zien een soort aanraking was , geproduceerd door stralen die uit het oog komen en (net als aanraking) reageren op de eigenschappen van fysieke lichamen. De Ouden lijken geen onderscheid te hebben gemaakt tussen zien en licht, zodat afstand, duisternis of ziekte een equivalente "verzwakking" van kleuren teweegbrachten. Ten derde hadden de Ouden, naar moderne maatstaven, een zeer grillige kleurnomenclatuur. In het bijzonder lijken de Griekse woorden voor wit betekenissen te hebben omvat zoals wit, licht, helder, verzadigd, gloeiend, transparant, metaalachtig, reflecterend (zoals in een spiegel of water) of glad, terwijl zwart verwees naar zwart, donker, schaduw, duisternis, dof, ondoorzichtig of ruw, min of meer. De moderne kleurtermen wit en zwart, of licht en donker, introduceren andere of meer beperkende betekenissen dan de oude auteurs bedoelden.

Aristoteles merkt in zijn werk Over zintuigen en zintuiglijk waarneembare dingen op dat kleur alleen verschijnt in gereflecteerd of gefilterd licht dat niet zo helder is als de verlichting zelf, maar wel helderder dan duisternis. Hieruit ontstond de 'denkbare hypothese' dat alle kleuren ontstaan ​​door variaties in een 'gemeenschappelijke aard of kracht', in het Engels vertaald als doorschijnendheid, die het mogelijk maakt om door de ruimte of door doorlatende lichamen zoals lucht of oceaan te kijken. Doorschijnendheid vergemakkelijkt het zicht (dat gelijkgesteld wordt aan licht), en een gebrek aan doorschijnendheid wordt veroorzaakt door nevel, rook, schaduw of duisternis. De ondoorzichtigheid en kleur van objecten zouden kunnen voortkomen uit een vaste mengverhouding van onzichtbaar kleine deeltjes wit en zwart. En de puurste of meest intense kleuren zouden het resultaat kunnen zijn van een mengverhouding van licht en donker in gehele getallen, vergelijkbaar met de verdeling in gehele getallen van een trillende snaar die muzikale noten of harmonischen produceert.

Zo is dus een mogelijke manier om het bestaan ​​van een veelheid aan kleuren naast wit en zwart te bedenken, en we kunnen aannemen dat veel kleuren het resultaat zijn van een verhouding; want ze [wit en zwart] kunnen naast elkaar geplaatst worden in de verhouding van 3 op 2, of 3 op 4, of in verhoudingen die uitdrukbaar zijn in andere getallen; terwijl sommige naast elkaar geplaatst kunnen worden volgens geen numeriek uitdrukbare verhouding, maar volgens een onvergelijkbare verhouding van overschot of tekort; en dat die kleuren die numerieke verhoudingen bevatten, zoals de concordanties in de muziek, de kleuren kunnen zijn die over het algemeen als het meest aangenaam worden beschouwd, zoals bijvoorbeeld violet, karmijnrood en een paar van zulke kleuren, waarbij hun schaarste te wijten is aan dezelfde oorzaken die de concordanties schaars maken. [439 ^b ]

D'Aguilon gebruikt in zijn figuur deze muzikale analogie als bogen over een rechte lijn, zoals registers op een vibrerende snaar. De duidelijkste uiteenzetting van de verhoudingen tussen licht en donker die kleuren produceren, vinden we in Aristoteles' beschrijving van de regenboog ( Over meteorologie ):

Witte [heldere, pure] kleur door een donker medium of op een donker oppervlak (het maakt geen verschil) lijkt rood. We kunnen zien hoe rood de vlam van groen hout is: dit komt doordat er zoveel rook vermengd is met het heldere witte vuurlicht; zo lijkt de zon ook rood door rook of mist. ... Wanneer het zicht [licht] relatief sterk is, verandert de [kleur] in rood; de volgende fase is groen; en een verdere mate van zwakte geeft violet. Er is geen verdere verandering zichtbaar, maar drie kleuren maken de reeks compleet. ... Het verschijnen van geel [in de regenboog] is te danken aan contrast, want het rood wordt witter [verlicht] door de combinatie met groen. ... Heldere kleurstoffen vertonen ook het effect van contrast. In geweven en geborduurde stoffen wordt het uiterlijk van kleuren sterk beïnvloed door hun combinatie (paars bijvoorbeeld ziet er anders uit op witte en op zwarte wol). [374 ^b ]

Dit zijn vrijwel de enige kleuren die schilders niet kunnen produceren, want er zijn kleuren die ze door mengen kunnen creëren, maar geen enkele menging zal rood, groen of violet opleveren. [372 ^a ]

Aristoteles gaf blijkbaar de voorkeur aan de regenboog of sluierkleuren als voorbeelden van "natuurlijke" kleuren, omdat deze een "zuivere" weergave van kleurvariatie vertegenwoordigden; verfmengsels waren slechts een vermenging van verschillende kleuren. Deze voorkeur werd overgenomen door de latere Peripatetische filosofen die aan het Lyceum lesgaven. Zo adviseert De Coloribus het volgende:

We moeten in dit onderzoek niet te werk gaan door pigmenten te mengen zoals schilders doen, maar door de stralen te vergelijken die worden weerkaatst door de eerdergenoemde bekende kleuren [wit, geel en zwart], aangezien dit de beste manier is om de ware aard van kleurmengsels te onderzoeken. ... [Zo] hangen de verschillende tinten karmozijnrood en violet af van verschillen in de sterkte van hun bestanddelen, terwijl mengen wordt geïllustreerd door het mengen van wit en zwart, wat grijs oplevert. [792 ^a -792 ^b ]

En nog later werd de uitsluiting van subtractieve menging verder uitgewerkt door Alexander van Aphrodisias (ca. 200 n.Chr.), wiens geschriften in de middeleeuwen en de renaissance bekend waren. Zijn commentaar op Aristoteles' Over meteorologie onthult een zeer beperkte kennis van schilderspigmenten en de productie van verfstoffen:

Dat de kleuren van de regenboog niet door schilders kunnen worden samengesteld of nagebootst, en dat rood dichter bij wit staat dan groen en violet, blijkt duidelijk uit het volgende. De natuurlijke [ongemengde] rode pigmenten zijn cinnaber en drakenbloed, die worden gemaakt van het bloed van dieren; rood wordt ook gemaakt door het mengen van talk en purper, maar dit is veel minderwaardig aan de natuurlijke kleuren. Natuurlijk groen en violet zijn chrysocolla [malachiet?] en Tyrisch purper, de ene gemaakt van bloed en de andere van zeedieren. Maar de kunstmatige [gemengde] kleuren kunnen daar niet aan tippen: groen kan inderdaad worden gemaakt van blauw en geel, en violet van blauw en rood, want de contrasterende energieën van blauw en geel maken groen, maar die van blauw en rood, violet; maar in deze gevallen zijn de kunstmatige kleuren veel minderwaardig aan de natuurlijke. ... Dat rood dichter bij wit staat dan bij groen en violet, blijkt uit hun oorsprong. Rood wordt gemaakt met talk , dat wit is, maar groen met oker, dat een zwakkere [donkerdere] witte kleur heeft.

Ik heb deze passages uitgebreid geciteerd omdat ze de vroegste beschrijvingen van kleurverandering en kleurmenging bevatten. Toch bevatten ze verschillende concepten die zijn overgenomen in de moderne kleurenleer. De hoeveelheid licht, oftewel luminantie, is het fundamentele kleurkenmerk . Kleur moet worden verklaard als een balans tussen het licht (reflectie of transmissie) en het donker (absorptie) van stoffen. De verhoudingen tussen licht en donker bepalen het zichtbare kleurenspectrum en de zuiverheid van de kleur. Er zijn twee soorten kleurmenging: licht dat in wisselwerking staat met materialen of de atmosfeer, en het mengen van stoffen. Kleur moet alleen worden bestudeerd in relatie tot het gedrag van licht . Het mengen van stoffen is een apart proces van kleurverandering; subtractieve mengsels van groen en violet waren al bekend bij de Ouden. Deze gemengde kleuren zijn minderwaardig (doff, vervuild, minder verzadigd) dan kleuren in hun "natuurlijke" vorm. Regels voor kleurverandering moeten worden afgeleid uit het gedrag van licht in materialen of de atmosfeer; de kleurverandering in gemengde pigmenten en kleurstoffen kan deze regels overtreden.

De inhoud van dit gedeelte, maar niet de conclusies, is gebaseerd op John Gage, Color and Culture: Practice and Meaning from Antiquity to Abstraction (University of California, 1993).

De peripatetische teksten zijn afkomstig uit De complete werken van Aristoteles, samengesteld door Jonathan Barnes (Princeton University Press: 1984).

de primaire kleuren van de schilder

De oude teksten werden geschreven door geleerden in hun vrije tijd, niet door professionele kunstenaars. We hebben pas vanaf de vroege Renaissance getuigenissen van kunstenaars over kleur, toen de eerste geschriften van schilders over schildermethoden verschenen.

De vroegste van deze ambachtelijke teksten is van Cennino Cennini , die rond 1390 een beschrijving publiceerde van hoe het werk van een schilder, met name in tempera, tot stand kwam. Zijn aannames over kleur zijn duidelijk terug te vinden in zijn kleurenoverzicht:

Er zijn zeven natuurlijke kleuren, of liever vier die feitelijk van minerale aard zijn — namelijk zwart, rood, geel en groen — en drie natuurlijke kleuren die kunstmatig ontwikkeld moeten worden — kalkwit, de blauwtinten ultramarijn [lapis lazuli] en azuriet, en geel.

Cennini's lijst met kleurnamen verwijst duidelijk naar pigmentkleuren en verdeelt ze in "minerale" of "kunstmatige" kleuren, afhankelijk van de productiemethode. Het "minerale" geel is waarschijnlijk oker (ijzeroxide) en het "kunstmatige" geel een gelakte organische pigment. Hij zegt niets over regenbogen, Aristoteles of "primaire" kleuren. Voor schilders was een primaire kleur een pigmentkleur .

Maar kleurmenging wordt niet langer afgekeurd. Cennini beschrijft een methode die is ontwikkeld om vormen te modelleren die van licht naar schaduw overgaan (rechts). Deze aanpak gebruikt variaties in zwart of wit om de lichtintensiteit over dezelfde tint te modelleren. Het pigment (de tint) verschijnt alleen in zijn pure (donkerste en meest verzadigde) vorm naast de schaduwgrens; de grens is pigment dat grijs is gemaakt door de onderschildering (een lichtgroen of bruin).

Filosofische teksten uit de 16e eeuw weerspiegelden deze verandering in benadering: de Italianen Simon Portius en Girolamo Cardano introduceerden het idee van een inherente lichtheid om elke pigmentkleur in zijn meest verzadigde vorm te karakteriseren : geel is een "witte" of lichtwaardige kleur, terwijl blauw of rood een "zwarte" of donkerwaardige kleur is. Kleuren die op deze manier werden gerangschikt, behielden de oude licht/donker-ordening van "natuurlijke" tinten, waardoor de oude teksten niet werden tegengesproken. "Gebroken kleuren" – pigment gemengd met wit of zwart – creëerden echter de kleurenschaal of toongradatie die schilders nodig hadden. Het mengen van pigmenten, iets waar kunstenaars uit de oudheid en de middeleeuwen een hekel aan hadden omdat het de decoratieve (en vaak dure) "pure" kleur verdoezelde, werd gerechtvaardigd als een representatiemethode.

Zoals de Griekse teksten aantonen, was het bewustzijn van en het gebruik van subtractieve primaire kleurmengingen op basis van rode (scharlaken of karmijnrode), gele en blauwe kleurstoffen alom bekend bij schilders en ververs uit de oudheid. Toch was deze aloude kennis van schilders geen gangbare praktijk. De primaire triade was een onbevredigende methode voor het mengen van kleuren, omdat traditionele pigmenten niet verzadigd en licht genoeg waren om grote kleurverschillen effectief te overbruggen. Als schilders een doffe scharlakenrode kleur wilden, mengden ze geen karmijn en geellak: ze begonnen met een heldere ijzeroxide of vermiljoen en "braken" die vervolgens met wit of zwart.

De primaire kleuren waren evenmin bruikbaar voor het samenstellen van complexe of bijna neutrale mengsels: schilders vertrouwden in plaats daarvan op hun ervaring met conventionele methoden. Om een ​​huidskleur te creëren, begonnen middeleeuwse schilders met een dunne onderlaag van groen terre verte, die ze vervolgens glazuurden met karmijn. De uitzonderlijke kleuren die door verfmenging konden worden gecreëerd, waren (en zijn nog steeds) groen en paars , waarvoor alleen doffe of hopeloos vergankelijke pigmenten bestonden. Deze kleuren worden zelfs vandaag de dag nog als kant-en-klare mengsels aangeboden .

De gangbare praktijk van schilders (en vermoedelijk ook ververs) van de oudheid tot de barok weerspiegelt dus een totaal ander begrip van kleuren en kleurmengsels. Er is geen historische bron van vóór de 18e eeuw die begint met drie 'primaire' of 'oorspronkelijke' kleuren en uitlegt hoe alle andere kleuren daaruit gemengd kunnen worden. De vermelding door Alberti of Leonardo van de 'primaire kleuren van de kunstenaar' (rood, geel, groen en blauw) wordt niet gebruikt om het mengen van verf uit te leggen. Wanneer mengtechnieken worden beschreven, ligt de focus op specifieke kleureffecten die mogelijk zijn met specifieke bereidingen van pigmenten of grondlagen.

Als geleerde die Rubens persoonlijk kende, nam D'Aguilon rood, geel en blauw, de subtractieve primaire triade die bekend was bij schilders en ververs uit die tijd, over als de fundamentele reeks kleuren die ontstaan ​​door verhoudingen van wit en zwart. Maar ook deze primaire kleuren worden niet aanbevolen voor kleurmenging , maar dienen als basis voor de verhoudingen die oranje, groen en violet opleveren. D'Aguilon gebruikt het Aristotelische kader om feiten te systematiseren, een kenmerkende tactiek van de 17e-eeuwse intellectuele cultuur, maar daarmee negeert hij Aristoteles' aandacht voor de oorzaken van kleur zoals die tot uiting komen in lichtmengsels.

Deze veranderingen sluiten aan bij het kleurmaterialisme : de natuurlijke en voor de hand liggende interpretatie van kleur als iets vaststaands, onveranderlijks en inherent aan fysieke substanties of objecten. Dit is de universele kleurervaring bij de mens, omdat het het organiserende principe van ons kleurenzicht is. Materiële kleuren en verfmengsels worden nu geïdentificeerd als 'echte' kleuren; alle andere kleuren, inclusief reflecties, schaduwen en Aristoteles' geliefde regenbogen, zijn slechts 'schijnbaar' of 'toevallig' – kleuren die niet materieel zijn en die onverklaarbaar veranderen, zoals de staart van een pauw, afhankelijk van het gezichtspunt of de lichtinvalshoek. Abstracte verklaringen van licht en donker worden vervangen door praktische verklaringen van pigmentmengsels. D'Aguilons beschrijving weerspiegelt deze opeenstapeling van praktische herzieningen van de oude kleurentheorie.

Waarom werden de primaire kleuren van schilders dan zo prominent? Het algemene antwoord is dat de wetenschappelijke revolutie van de 17e eeuw en de Verlichting van de 18e eeuw het Europese begrip van 'theorie' verschoven van abstracte concepten en logica naar waarneembare gevolgen en praktische toepassingen. Zo bestudeerden vroege chemici in 1664 al kleurstoffen en pigmenten om ze te verbeteren, inspanningen die werden ingegeven door het enorme commerciële belang van de textielindustrie. Dit stimuleerde een praktische en wetenschappelijke focus op de artistieke praktijk. Zo schreef de Ierse chemicus Robert Boyle in 1664 dat de 'eenvoudige en primaire kleuren' van de schilder zwart, wit, rood, geel en blauw waren, die 'de tinten (hoewel niet altijd de pracht) van die bijna ontelbare verschillende kleuren' in de natuur konden nabootsen.

Newtoniaanse kleurverwarringen

De abstracte en verwarrende kleurentheorie van de barok werd aan het einde van de 17e eeuw omvergeworpen door het veelbesproken onderzoek van Isaac Newton (1642-1726), dat voor het eerst openbaar werd gemaakt in zijn colleges aan de Universiteit van Cambridge in de jaren 1670 en uiteindelijk werd gepubliceerd in zijn Opticks uit 1704.

De vele innovaties van Newton worden op een andere pagina beschreven , maar enkele belangrijke punten zijn hier van belang. Hij baseerde de verklaring van kleur niet op stoffen, maar op de "brekingsindex" van licht wanneer het door een prisma of lens wordt gesplitst. Hij concludeerde dat spectraal "oranje" of "violet" licht net zo primitief of basaal is als "rood" of "geel" licht, omdat geen van deze spectrale tinten kan worden opgesplitst in een meer basale kleur. Ze kunnen echter in elke combinatie worden gemengd om alle kleuren van de natuur te vormen, inclusief wit en zwart en kleuren (zoals magenta) die niet in het spectrum voorkomen. Hij concludeerde dat de kleur van verf of oppervlakken ontstaat door de selectieve absorptie van sommige spectrale tinten en de reflectie van andere. Op basis van deze feiten verwierp Newton zowel de oude Griekse theorie dat kleuren ontstaan ​​door mengsels van licht en donker, als de theorie van schilders dat er slechts drie primaire kleuren waren: rood, geel en blauw.

Het werk van Newton stimuleerde verder onderzoek naar kleur, maar zijn observaties en conclusies werden vaak verkeerd begrepen en soms zelfs fel aangevallen, vooral op het continent. Deze verwarringen en controverses strekten zich uit over de gehele 18e- en begin 19e-eeuwse kleurenliteratuur en vormden de bron van vele misvattingen over kleur die werden overgenomen in de artistieke kleurentheorie die in de 18e eeuw werd ontwikkeld.

1. Newton onderschreef het idee van 'primaire' kleuren , omdat het zonnespectrum zich lijkt op te delen in een handvol homogene kleurbanden , wat inconsistent leek met de continue gradaties die in een prismaspectrum werden waargenomen, of met Newtons bewering dat geen enkele spectrale kleur belangrijker of minder belangrijk was dan een andere.

2. Met behulp van een scherpzinnige assistent identificeerde Newton zeven primaire kleuren in het spectrum, kennelijk om kleuren te koppelen aan de zeven noten van een toonladder ; daarbij verwierp hij de drie primaire kleuren die nuttig waren voor schilders en ververs: rood, geel en blauw.

3. Newton beweerde ten onrechte dat de kleur van verf gelijk was aan de "kleur" van het licht dat deze weerkaatste — gele verf weerkaatste geel licht, blauwe verf weerkaatste blauw licht, enzovoort. (Deze 18e-eeuwse onwaarheid wordt tot op de dag van vandaag nog steeds onderwezen .)

4. Hoewel hij expliciet stelde dat zijn experimenten verschillende manieren aantoonden waarop lichtkleuren zich kunnen mengen, leek Newton additieve en subtractieve kleurmenging door elkaar te halen . Zo gebruikte hij bijvoorbeeld rode, gele, groene en blauwe pigmentpoeders om een ​​"wit" (eigenlijk grijs) poeder te maken (subtractieve menging), en vergeleek hij dit grijze mengsel vervolgens met het "witte" mengsel van rode, gele, groene en blauwe spectrale lichten (additieve menging).

5. Newton leek daarom, met name in zijn voorbeelden van pigmentmenging, te impliceren dat er zeven primaire verfkleuren moesten bestaan ​​die op dezelfde manier mengbaar waren als zijn zeven primaire lichtkleuren. (De vroegste kleurencirkels van kunstenaars namen deze aanname expliciet over.)

Cennini's weergave van licht en schaduw

C = pure kleur, W = wit, Bk = zwart, U = onderschildering; naar Kemp (2000)

6. Ten slotte wekte Newton intense intellectuele vijandigheid op . Hij bracht de dogma's van de Aristotelische geleerden van die tijd in verwarring door zijn empirische bewijs dat 'wit' licht niet homogeen is , maar samengesteld uit verschillende tinten; hij werd aangevallen door Engelse aanhangers van een 'golftheorie' van licht omdat hij de concurrerende theorie van lichtdeeltjes leek te onderschrijven; in zijn eerdere meesterwerk Principia Mathematica (1686) had hij de 'vorticistische' natuurkundige theorie van René Descartes volledig ontkracht, wat de Cartesiaanse geleerden in Frankrijk en Italië woedend maakte; en zijn prisma-experimenten waren moeilijk te repliceren (vooral door continentale natuuronderzoekers) en werden in feite pas in de 19e eeuw adequaat geverifieerd. Deze aanhangers grepen elke schijnbare onjuistheid of tegenstrijdigheid in Newtons theorieën aan als wapen om hem te verwerpen.

Het publieke debat in de 18e eeuw kwam hierop neer: Newtons kleurencirkel was gebaseerd op zeven spectrale "primaire" lichtkleuren en deed zeer specifieke voorspellingen over de kleur die zou ontstaan ​​bij elke lichtmengeling. Volgens zijn kleurencirkel zou een mengsel van "oranje" en "groen" licht bijvoorbeeld de kleur geel opleveren. Deze prismatische mengingen waren echter niet gemakkelijk te verifiëren door andere natuuronderzoekers, en al snel bleek dat Newtons mengingen niet van toepassing waren op verf, waar oranje en groen een lijkbleek grijs opleveren. Veel van Newtons tegenstanders, die het verschil tussen verf en lichtmengingen niet inzagen en aangewakkerd door partijpolitieke rivaliteit, gebruikten verfmengingen en de primaire kleuren van de schilder als bewijs dat Newtons primaire kleuren (en dus ook zijn andere kleurideeën) onjuist moesten zijn. Deze twist duurde meer dan een eeuw.

materiële trichromie

Toch waren Newtons wetenschappelijke autoriteit en de potentiële bruikbaarheid van zijn analytische kleurencirkel te aantrekkelijk om volledig te verwerpen. Kunstenaars vonden daarom een ​​praktisch compromis en voegden primaire pigmentkleuren toe aan Newtons kleurencirkel . Hoewel Newton had aangetoond dat alle kleuren even "primair" waren, werd zijn theorie (net als de oude Griekse theorie) herzien om aan te sluiten bij de ervaring met verf- en kleurstofmengsels.

Deze herziening vond al vroeg plaats, in een appendix bij de Traité de la Peinture en mignature (Verhandeling over miniatuurschilderkunst) van de kunstenaar "CB", die in 1708 in Den Haag werd gepubliceerd. Deze anonieme kunstenaar verdeelde de kleurencirkel in zeven tinten, rechtstreeks in navolging van Newtons schema, en beweerde tegelijkertijd het volgende:

Er bestaan ​​strikt genomen slechts drie oerkleuren, die niet uit andere kleuren kunnen worden gemengd, maar waaruit wel alle andere kleuren kunnen worden gemengd. Deze drie kleuren zijn geel, rood en blauw; wit en zwart zijn in feite geen kleuren, aangezien wit niets meer is dan de waarneming van licht, en zwart de afwezigheid van datzelfde licht.

Hier stuiten we op de gangbare opvattingen van kunstenaars en ververs, verwoord in de beknopte en specifieke formules van een gevestigde theorie. Kleurmaterialisme wordt geformuleerd in termen van materiële trichromie, een opvatting die van de 18e eeuw tot op de dag van vandaag is blijven bestaan. De belangrijkste principes zijn: (1) de drie primaire kleuren zijn rood, geel en blauw, (2) de primaire kleuren bestaan ​​als drie materiële substanties (vaak geïdentificeerd met specifieke pigmenten), (3) de primaire kleuren kunnen niet worden gemengd met andere kleuren, maar kunnen wel met alle andere kleuren worden gemengd. Het tegenstrijdige feit dat de drie primaire kleuren niet met alle andere kleuren kunnen worden gemengd (zoals expliciet opgemerkt door Robert Boyle, hierboven geciteerd) wordt simpelweg genegeerd.

Een tweede toepassing van Newtons kleurencirkel verschijnt in "A New Theory for Mixing of Colours, taken from Sir Isaak Newton's Opticks", gepubliceerd in 1719 als appendix bij de New Principles of Linear Perspective van Brook Taylor (1685-1731) , de grootste perspectieftheoreticus van Engeland . Taylor, zelf een begenadigd aquarellist, nam Newtons kleurencirkel volledig over en verving de spectrale tinten door overeenkomende verfkleuren (waaronder karmijn, orpiment, "roze" of geellak, smalt en natuurlijk ultramarijn). Hij legde Newtons geometrische methode zorgvuldig uit als een handig hulpmiddel om verf te mengen en de verzadigingskosten te voorspellen . Hoewel hij waarschuwde dat verfmengsels zich onvoorspelbaar gedragen en vaak heel anders zijn dan lichte mengsels, leek Taylor de vele misvattingen die men aanneemt bij het gebruik van een kleurencirkel om subtractieve kleurmengsels te voorspellen, niet te begrijpen. Zo legde hij bijvoorbeeld niet uit dat mengverhoudingen moeten worden aangepast om te compenseren voor ongelijke verftinten .

Veel van deze praktische problemen werden opgelost in de derde uiteenzetting van materiële trichromie door de ondernemende Duitse drukker Jakob Christoffel Le Blon (1667-1741), in zijn Coloritto: or the Harmony of Coloring in Painting Reduced to Mechanical Practice (1725).

Le Blon is een van die vele fascinerende figuren uit de 18e eeuw die hun diepe intellectuele nieuwsgierigheid richtten op een onontdekte kapitalistische kans. Hij was een ambachtsman die Newtons Opticks had gelezen en daadwerkelijk begrepen, en hij schreef Newton de eer toe voor het idee om kleurmengsels als een cirkel te beschrijven. Tien jaar eerder, tijdens zijn verblijf in Nederland, had Le Blon een systeem ontwikkeld voor het gebruik van drie afzonderlijke drukplaten, elk geïnkt met een van de primaire kleuren van de schilder: rood, geel of blauw (en soms een vierde plaat geïnkt met zwart), om volkleurige mezzotintafdrukken te maken (rechts) – de praktische basis voor de hedendaagse meerkleurendruk. Maar zijn belangrijkste innovatie was het verbinden van Newtons kleurencirkel met de drie primaire kleuren van materiële trichromie – rood, geel en blauw. Hij was ook een van de eerste schrijvers over kleur die expliciet het verschil tussen additieve en subtractieve kleurmenging benoemde.

Schilderkunst kan alle zichtbare objecten weergeven met drie kleuren: geel, rood en blauw; want alle andere kleuren kunnen uit deze drie, die ik primitief noem, worden samengesteld. ... En een mengsel van die drie oorspronkelijke kleuren levert zwart op, en alle andere kleuren ook. ... Ik spreek hier alleen over materiële kleuren, of de kleuren die schilders gebruiken ; want een mengsel van alle primitieve, onvoelbare kleuren [van licht], die niet gevoeld kunnen worden, zal geen zwart opleveren, maar juist het tegenovergestelde: wit, zoals de grote Sir Isaac Newton in zijn Opticks heeft aangetoond. Wit is een concentratie, of een overmaat aan licht. Zwart is een diepe verhulling, of een gebrek aan licht.

Helaas mislukte zijn onderneming om "gedrukte schilderijen" te leveren uiteindelijk, maar Le Blon vestigde de cirkelvormige rangschikking van de primaire kleuren van schilders als de definitieve weergave van kleurgedrag, en zijn systeem inspireerde vele navolgers.

Onder hen publiceerde de Engelse entomoloog Moses Harris (1731-1785) een bijzonder elegant kleurenwiel in zijn dunne boekje Natural System of Colours (1766), opgedragen aan Sir Joshua Reynolds van de Royal Academy (en herdrukt in 1811 met een opdracht aan Benjamin West).

De kleurencirkels van Moses Harris (1766)

Een reconstructie uit de 20e eeuw van (links) het Harris-kleurenwiel van mengsels tussen twee 'primitieve' kleuren: rood, geel en blauw; (rechts) het Harris-kleurenwiel van mengsels tussen twee 'samengestelde' kleuren: oranje, groen en paars; let op de onevenwichtige kleurverdeling die wordt veroorzaakt door de zwakke kleurkracht van het blauwe pigment.

Harris' boek vat in het kort het gevestigde dogma van materiële trichromie samen als een soort commentaar op zijn kleurencirkels, die worden gepresenteerd als paginagrote, met de hand ingekleurde gravures. Harris is opmerkelijk vanwege zijn expliciete aanbeveling van complementair kleurcontrast , een onderwerp dat de kleurentheoretici van de late 18e eeuw zeer interesseerde.

"Als er een contrast ontbreekt voor een bepaalde kleur of tint, zoek dan die kleur of tint op in het kleurenwiel , en recht tegenover vind je het gewenste contrast. Stel dat je wilt weten welke kleur het meest tegenovergesteld is aan rood, zoek dan recht tegenover die kleur in het systeem en je zult zien dat dat groen is. Oranje is het meest tegenovergesteld aan blauw, en paars is het meest tegenovergesteld aan geel."

Het Harris-kleurenwiel werd zeer invloedrijk — het werd bestudeerd en gebruikt door veel 19e-eeuwse Engelse schilders, waaronder Joseph Turner — en het bracht vele verwante kleurenwielsystemen voort: door de Engelse natuuronderzoeker James Sowerby in 1809, kleurenmaker George Field in 1817 en kunstenaar Charles Hayter in 1826.

de tweede en laatste fase in Le Blons vierkleurendrukmethode (ca. 1720)

De Franse jezuïet en wiskundige Louis Bertrand Castel (1688-1757) – die beroemd werd door zijn uitspraak dat "Newton de mens heeft gereduceerd tot het gebruik van alleen zijn ogen" – verzette zich fel tegen Newtons experimentele benadering van de wetenschap en gaf de voorkeur aan de methode van "deductie vanuit eerste principes", die werd gebruikt door wiskundigen en meetkundigen zoals René Descartes. In 1739 pleitte Castel voor een trichromatische kleurenspiraal, naar het voorbeeld van de kwintencirkel, vergezeld van een prismadiagram met het opschrift Vrai ("Waarheid", rechts), om aan te tonen dat alle kleuren, inclusief de spectrale reeks, verklaard konden worden door overlappende mengsels van rood, geel en blauw licht. Castels kleurenwiel werd in 1771 overgenomen door de Weense entomoloog Ignaz Schiffermüller, die probeerde het uit te breiden tot een kleurensysteem.

Tot ver in de 19e eeuw bleven kleuronderzoekers zoals de Duitse dichter en bureaucraat J.W. von Goethe (1749-1832, diagram rechts) en de Engelse kleurenchemicus George Field (1777-1854) vasthouden aan de oude epische poëzie van licht en donker en verwierpen ze Newton, in wezen op dezelfde manier als Castel decennia eerder had gedaan. De Schotse natuurkundige David Brewster (1781-1868) was een bijzonder strijdlustige tegenstander en betoogde tot in de jaren 1840 dat alle spectrale tinten verklaard konden worden door de fundamentele kleuren rood, geel en blauw van licht, die Brewster gelijkstelde aan drie gekleurde filters of transmissiecurven die het hele spectrum konden weergeven (onderste diagram, rechts). Brewsters theorie werd pas ontkracht nadat Hermann von Helmholtz experimenteel had aangetoond dat mengsels van "geel" en "blauw" licht geen groen mengsel opleveren: de kleur is altijd een roodachtig of geliggrijs.

Castells kleurentheorie

Kleurencirkel en uitleg van prismatische kleuren door overlapping van licht en donker, kleur toegevoegd ter benadrukking; naar Kemp (1990)

Kunstenaars concentreerden zich op de praktische richtlijnen van het kleurenwiel en negeerden het wetenschappelijke debat. De laatste kunstenaar die de antinewtoniaanse theorie aanhing, was wellicht de romantische schilder J.M.W. Turner (1775-1851), die, in navolging van Goethe, geel en blauw in zijn schilderijen gebruikte als symbolen van de spirituele aard van licht en donker. Pas na Turners dood, en de publicatie een jaar later van Helmholtz' vroege kleuronderzoek, verloor de Aristotelische theorie en haar klassieke poëtica haar greep op het artistieke denken.

Wat is er dan geworden van het licht en donker zoals de Ouden dat bedoelden? Newtons kleurencirkel behandelde alleen veranderingen in tint en verzadiging, en gaf de ontwerpers van het kleurenwiel weinig houvast over hoe ze veranderingen in de helderheid of lichtheid van kleuren moesten weergeven. Alle auteurs van kleurenwielen uit de 18e eeuw losten dit probleem op in termen van toongradatie, waarbij ze ofwel puur zwart ofwel puur wit in het midden van het kleurenwiel plaatsten, mengsels van de primaire kleuren rond de omtrek en stappen van de primaire mengsels naar het midden toe in toenemende hoeveelheden witte of zwarte verf.

Helaas hebben deze verschillende mengsels verschillende effecten op de verzadiging of helderheid van verf. Mengen met wit verandert zowel de verzadiging als de helderheid; mengen met zwart beïnvloedt alleen de helderheid. En, zoals Newton aantoonde, vermindert het mengen van twee verschillende tinten verf ook de verzadiging en maakt het een verfmengsel doorgaans ook donkerder. Als gevolg hiervan hebben de kleurencirkels van 18e-eeuwse kunstenaars de verwarring over het verschil tussen helderheid en verzadiging verlengd, een verwarring die nog steeds niet is opgelost in de kleurenschaal die Michel-Eugène Chevreul in 1839 voorstelde.

Het hoofdstuk "The Origins of Color Science" van JB Mollon in The Science of Color (2e editie) (Elsevier, 2005) geeft een uitstekend overzicht van de kleurenwetenschap sinds Newton en maakt onderscheid tussen fysieke en fysiologische trichromie. Martin Kemp, The Science of Art: Optical Themes in Western Art from Brunelleschi to Seurat (Yale, 1990), is een verbazingwekkend gedetailleerd overzicht van de relatie tussen wetenschap en kunst, met de nadruk op lineair perspectief, maar met drie hoofdstukken over kleurentheorie.

uitgebreide kleurenmodellen

In dezelfde periode waarin het 'primaire' kleurenwiel steeds meer ingeburgerd raakte in de schilderkunst en wetenschappelijke stromingen kibbelden over de fundamentele oorzaken van kleur, richtten enkele 18e-eeuwse kleurliefhebbers zich op een specifiek praktisch probleem: hoe alle mogelijke kleuren te definiëren en weer te geven als één enkel kleurensysteem . Deze vroege kleurmodellen werden ingegeven door een wetenschappelijke interesse in het samenvatten van kleurwaarneming, door de behoefte aan een gestandaardiseerd systeem voor kleuridentificatie voor gebruik in wetenschap en industrie, en door het mystieke enthousiasme van kunstenaars voor kleur.

Alle kleurmodellen moeten aan vier ontwerpeisen voldoen : (1) een kleurspecificatie die alle mogelijke kleuren definieert als een mengsel van fundamentele eigenschappen, zoals 'primaire' kleuren; (2) een geometrisch raamwerk dat alle kleuren in relatie tot elkaar en tot de fundamentele eigenschappen plaatst; (3) een gestandaardiseerd systeem van unieke kleurlabels ; en (4) recepten voor pigmentmengsels of fysieke kleurvoorbeelden die gebruikt kunnen worden om de abstracte kleurspecificatie te koppelen aan natuurlijke of gefabriceerde objecten. Kleurmodellen uit de 18e eeuw boden verschillende oplossingen voor deze vier eisen.

Het vroegste kleursysteem dat alle vier componenten bevatte, was blijkbaar een reeks kleurschalen beschreven in een Latijnse medische tekst, gepubliceerd in 1677 door de Engelse arts Francis Glisson (ca. 1597-1677). Glissons schalen zijn een van de vroegste voorbeelden van psychofysica , oftewel de kwantitatieve meting van kleursensaties in termen van fysieke kleurprikkels.

Glisson ontwikkelde zijn schalen met als praktisch doel het maken van diagnostisch betrouwbare beoordelingen van patiëntkenmerken (de kleur van haar, huid, urine, wonden, enz.) en van natuurlijke objecten. Het geometrische raamwerk voor deze schalen, bijvoorbeeld Glissons scala nigredinis of grijsschaal, is een eendimensionale liniaal; de kleurspecificatie bestond uit 24 perceptueel gelijke mengstappen tussen een zuiver pigment en zwart of wit; de kleurlabels werden gemaakt door de stappen sequentieel te nummeren van 1 tot 23; en er werden precieze pigmentrecepten verstrekt om de fysieke kleurvoorbeelden te creëren. Zo lag middengrijs halverwege tussen zwart en wit op de kleurenliniaal, bevatte 600 van de mogelijke 1200 delen primair wit, werd aangeduid als gradus 12us en werd gemaakt met 5 delen loodwit en 1/10 deel roet. (Ik heb soortgelijke mengrecepten nuttig gevonden bij mijn eigen schilderwerk.) Glissons kleurschakeringen breiden de aanpak van Portius en Cardano uit en geven aan dat Engelse wetenschappers aan het einde van de 17e eeuw op zoek waren naar een empirische methode om perceptueel gedefinieerde kleuren te koppelen aan exacte mengsels van fysieke pigmenten. In hetzelfde decennium stelde Newton een vergelijkbare kwantitatieve aanpak voor , gebaseerd op de geometrie van een cirkel in plaats van een liniaal, om de kleuren te analyseren die ontstaan ​​door het mengen van licht.

De wiskundige en astronoom Tobias Mayer (1723-1762) uit Göttingen stelde in 1758 tijdens een college aan de universiteit het eerste uitgebreide kleurensysteem voor . Mayers kleurenspecificatie was gebaseerd op de drie primaire kleuren die schilders gebruiken, maar Mayer beweerde dat het systeem even goed toepasbaar was op pigmenten als op spectrale lichten. Het onderstaande voorbeeld, handgeschilderd door Mayer en gepubliceerd in 1775, was duidelijk beperkt tot verf.

Tobias Mayers trichromatische mengdriehoek (1758)

zoals gepubliceerd door G.C. Lichtenberg in 1775; Mayers oorspronkelijke concept was gebaseerd op twaalf kleurstappen tussen elke primaire kleur (rood, geel en blauw); de witte stip geeft het kleurmonster aan dat het dichtst bij puur grijs ligt.

Mayers geometrische raamwerk was de gelijkzijdige driehoek, met de drie primaire kleuren op elk van de hoeken (zie afbeelding). Kleurstappen langs de randen van de driehoek tussen twee primaire kleuren werden gedefinieerd door een elfstappen mengschaal — genoteerd met mengverhoudingen van de primaire kleuren die altijd optelden tot 12 en werden weergegeven als een subscript, zoals in de chemische notatie ( r ₁₁ g ₁ , r ₁₀ g ₂ , enz. tot r ₁ g ₁₁ ; — waarbij r staat voor Röte of rood, g voor Gelb of geel en b voor Blau of blauw). Deze mengcodes dienden als kleurlabels. Mayer koos twaalf kleurstappen van de ene primaire kleur naar de andere, omdat zijn eigen onderzoek naar de menselijke gezichtsscherpte aantoonde dat meer dan twaalf kleurgradaties perceptueel niet nuttig waren. Kleurmengsels binnen de driehoek werden gespecificeerd door een formule met drie kleuren , bijvoorbeeld r ₄ g ₃ b ₅ (ook hier tellen de verhoudingen op tot 12), die de hoeveelheden van de drie primaire kleuren aangaf die nodig waren om die kleur te mengen. Dit definieerde 91 kleurstalen in de zuivere pigmentdriehoek.

19e-eeuwse kleurentheorieën die Newtons Opticks verwierpen

(boven) J.W. Goethes Aristotelische theorie van prismakleuren als overlappende licht- en donkertinten (1810); (onder) George Brewsters drie belangrijkste verklaringen van spectrale tinten als overlappende rode, gele en blauwe lichttinten (1831)

Ten slotte maakte Mayer van de driehoek een meerlagig kleurvlak door de kleurlocaties te mengen met witte of zwarte verf om verbindingen van vier primaire kleuren te produceren, bijvoorbeeld r ₃ g ₂ b ₄ w ₃ of r ₆ g ₁ b ₃ k _2. (Hij had geen mengsels van zowel wit als zwart nodig, aangezien grijs op afwisselende niveaus wordt verkregen door een gelijke menging van de drie primaire kleuren.) Omdat de verhoudingen nog steeds optellen tot 12, vermindert elke toegevoegde hoeveelheid wit of zwart het aantal resterende combinaties voor de drie gekleurde primaire kleuren en daarmee de afmetingen van de randen van de mengdriehoeken. Door deze driehoeken in tonale volgorde boven of onder de middelste, zuivere kleurdriehoek te stapelen, creëerde Mayer een donker-licht kleurenhexaëder bestaande uit 819 unieke kleurmengsels (rechts). Met behulp van dit systeem beschreef hij de kleurlocatie van verschillende veelvoorkomende pigmenten – het eerste voorbeeld van een pigmentkleuranalyse met behulp van een abstract kleursysteem.

De doorbraak in Mayers concept is de equivalentie tussen de primaire kleurmengsels, het geometrische raamwerk en het kleurnotatiesysteem. Elke kleur kan worden geanalyseerd als een mengsel van de drie primaire kleuren plus wit of zwart. Deze "chemische" kleuranalyse, die precies anticipeert op het moderne systeem van tristimuluswaarden , dient tevens als de naam van de kleur; de naam is de plaats van de kleur binnen het gemakkelijk te visualiseren kleurenspectrum. Dit was een grote vooruitgang ten opzichte van Le Blons industriële kleurmengsysteem, omdat Le Blon de mengverhoudingen overliet aan de relatieve inktdichtheden op de handgemaakte mezzotintplaten die werden gebruikt om ze te drukken. Mayer omvatte alle zichtbare kleuren in één abstract meetkader dat (in principe) evenzeer van toepassing zou zijn op de natuurlijke kleuren van bloemen of sterren als op de kunstmatig geproduceerde kleuren van pigmenten of kleurstoffen.

Mayer stuitte echter op vier praktische problemen:

(1) Geen enkele set van drie "primaire" verfsoorten of lichtbronnen kan alle mogelijke kleuren mengen, dus zijn systeem is onvolledig.

(2) Mengsels van licht of pigmenten, die in zijn systeem op dezelfde manier worden genoteerd, kunnen zeer verschillende kleuren opleveren — r ₀ g ₆ b ₆ is ongeveer een "wit" lichtmengsel, maar een groen verfmengsel — dus zijn systeem is niet van toepassing op zowel gekleurd licht als verf.

(3) De geometrie geeft de drie kleurvormende eigenschappen niet duidelijk weer; er is geen continue grijsschaal van wit naar zwart, noch een expliciete verzadigingsdimensie, waardoor kleurverschillen in zijn systeem moeilijk te interpreteren zijn.

(4) Ten slotte loste Mayer het praktische probleem niet op van het vertalen van zijn abstracte kleuren naar fysieke kleurvoorbeelden: met name de kleurkracht van zijn primaire pigmenten of lichten moet exact gelijk zijn om evenwichtige kleurmengsels te produceren. Als dat niet lukt, bevindt het "grijze" voorbeeld in zijn handgeschilderde kleurendriehoek (aangeduid met een stip, hierboven) zich niet in het midden, maar naast puur blauw, omdat zijn rode pigment een overweldigende kleurkracht had.

Deze praktische problemen lijken vooral de Pruisische astronoom en perspectieftheoreticus Johann Heinrich Lambert (1728-1777) te hebben beziggehouden, die in 1772 een beschrijving van zijn Farbenpyramide (Kleurenpiramide) publiceerde. Lambert kende Mayers systeem en nam de driehoekige geometrie ervan over, maar beperkte zich tot zeven stappen in de mengschaal tussen de zuivere primaire kleuren. Lambert breidde de kleuren alleen uit door menging met wit, en stelde dat zwart en grijstinten zich in het midden van elke driehoekige primaire mengschaal bevonden. Hij gaf een Pruisische hofschilder de opdracht om zijn conceptuele kleurenpiramide om te zetten in encaustische kleurstalen (was zorgde voor zowel duurzaamheid als de meest briljante kleuren), en hij besprak uitvoerig de procedures die nodig waren om de kleurkracht van zijn primaire kleuren (karmijn, gamboge en ijzerblauw) gelijk te trekken. Desondanks neigt zijn grijsstaal, net als dat van Mayer, te veel naar de blauwe primaire kleur. Lambert bood zijn kleurenmodel aan als een manier voor ambachtslieden (ververs, kleermakers) en hun klanten om kleuren betrouwbaar te identificeren en te vergelijken. Wellicht verwierp hij daarom Mayers intuïtieve maar abstracte notatiesysteem ten gunste van een vreselijk hinkelend nummeringssysteem – van boven naar beneden langs elke diagonaal, van de linkerzijde van de driehoek naar de rechteronderhoek – aangevuld met samengestelde kleurnamen ("kastanjebruin", "blauwachtig roodachtig blauw") die beter aansloten bij het voorraadbeheer en de modetrends van de ambachtsman.

Tobias Mayer's hexahedrische kleurvlak

naar Grusser (1989)

Het model van Lambert behandelt tint, verzadiging en helderheid opnieuw ongelijk: het meest onbevredigende element in alle 18e-eeuwse kleurmodellen is de kleurgeometrie. Maar een werkelijk moderne weergave van kleuren, allemaal correct geordend rond de drie kleurvormende eigenschappen, werd voor het eerst bereikt in de Farbenkugel of "Kleurensfeer", gepubliceerd in 1810 door de Duitse romantische schilder en kleurenmysticus Philipp Otto Runge .

Runge baseerde zijn kleurenspecificatie op mengsels van de primaire kleuren rood, geel en blauw, plus wit en zwart. Door Newtons kleurencirkel te interpreteren als een doorsnede door een bol, ontdekte Runge het geometrische raamwerk dat alle moderne kleursystemen gemeen hebben . De helderheid wordt gemeten aan de hand van de poolas (of breedtegraad van de bol), de tint wordt weergegeven door de lengtegraad rond de evenaar en de verzadiging door de afstand van het middelpunt tot het oppervlak. In zijn model, zoals hij trots (en terecht) aankondigde, "staat elke kleur in de juiste verhouding tot alle zuivere elementen en alle mengsels." Helaas ontbrak het de Kleurenbol aan een systeem voor kleurnotatie of -voorbeelden; en Runge stierf voordat hij een systeem van kleurlabels kon definiëren of fysieke kleurvoorbeelden kon ontwikkelen. Zijn met de hand ingekleurde gravures van het buitenoppervlak en de binnenste doorsneden van het model toonden echter aan dat een fysiek model wel degelijk haalbaar was.

De kleursystemen van Mayer, Lambert en Runge laten zien dat 18e-eeuwse kleurentheoretici zich stukje bij beetje en vanuit verschillende perspectieven met de problemen van kleurmodellen bezighielden, zonder een alomvattende aanpak te ontwikkelen die kleurspecificatie, kleurbenaming en kleurvoorbeelden verenigde binnen een geometrisch kader dat consistent was met de drie kenmerken van kleurvorming. (Dit verhaal wordt vervolgd op de pagina over moderne kleurmodellen .)

perceptuele trichromie

Laten we ons nu richten op de perceptuele kant van de theoretische ontwikkeling tijdens de Verlichting. Newtons bewijs dat kleuren niet in het licht zelf aanwezig waren, dwong ons tot de conclusie dat ze wel in het oog moesten zitten. Het idee dat kleursensaties zouden kunnen voortkomen uit drie verschillende 'deeltjes' of 'membranen' in het netvlies (de trichromatische theorie van kleurenzien) ontstond echter pas nadat het gebruik van de drie primaire kleuren was gepropageerd in 18e-eeuwse verhandelingen over schilderkunst en drukwerk, en in de zojuist beschreven kleurmodellen.

De trichromatische theorie . Een trichromatische theorie werd in de eeuw na de verschijning van Newtons Opticks verschillende keren geopperd – door Mikhail Lomonosov in 1757, George Palmer in 1777 en de Engelse natuurkundige Thomas Young (1773-1829) in 1802 – maar 18e-eeuwse wetenschappers beschikten niet over de optische instrumenten om het idee grondig te onderzoeken. De hypothese werd nieuw leven ingeblazen, definitief geformuleerd en aangetoond door de beroemde Duitse natuurkundige en fysioloog Hermann von Helmholtz (1821-1894) in zijn Over de theorie van samengestelde kleuren (1850) en Handboek fysiologische optica (1856). Helmholtz betoogde dat slechts drie soorten "zenuwvezels" of receptoren voldoende waren om de fundamentele kleursensaties te produceren, en hij stelde drie uitgerekte en overlappende gevoeligheidsfuncties (rechts) voor om de respons van deze lichtreceptoren op verschillende golflengten van licht te beschrijven. Dit vormt de kern van wat nu de Young-Helmholtz-driecomponententheorie wordt genoemd .

Young is beroemd geworden door het formuleren en experimenteel bevestigen van de golftheorie van licht , gebaseerd op zijn waarneming van interferentiebanden die ontstaan ​​wanneer een enkele lichtbundel door twee zeer smalle, vrijwel parallelle spleten wordt geleid. Zijn ideeën werden begin jaren 1820 geverifieerd en verder ontwikkeld door de Franse ambtenaar en amateurfysicus Augustin Fresnel en de Duitse opticafabrikant Joseph von Fraunhofer. Deze golfexperimenten bevestigden Newtons vermoeden dat elke spectrale kleur een unieke fysieke eigenschap (de golflengte of frequentie) heeft die de perceptuele respons van de kleurreceptoren van het oog bepaalt.

De logische kern van de trichromatische theorie, zoals treffend verwoord door Young, is dat het bijna oneindige aantal waargenomen kleuren onmogelijk kan voortkomen uit een bijna oneindig aantal verschillende golflengtespecifieke receptoren in het oog: ze passen immers niet allemaal op het netvlies. Kleurwaarneming moet dus voortkomen uit een klein aantal primaire receptorcellen, elk afgestemd op een ander deel van het spectrum en aanwezig in elk deel van het netvlies. De menging van de output van deze verschillende receptoren zou de waargenomen kleurvariatie creëren. De truc van de schilder suggereerde dat dit kleine aantal drie was, afgestemd op de kleuren die Young aanvankelijk suggereerde als rood, geel en blauw (zoals voorgesteld door eerdere auteurs, zoals Palmer). In 1807 had Young zijn primaire kleuren echter veranderd in rood, groen en blauwviolet .

Bijna een eeuw onderzoek was nodig om het bestaan ​​van deze kleurreceptoren in het netvlies te bevestigen — door middel van microscopische dissectie van netvliezen in 1828, de isolatie van staafjesfotopigment ("visueel purper") in 1877 en uitgebreide kleurvergelijkingsexperimenten in de late 19e en vroege 20e eeuw. Deze bevestigden de essentie van Helmholtz' theorie en Youngs hypothese dat additieve mengsels het best gemodelleerd kunnen worden door de additieve primaire lichtkleuren rood, groen en violet (hoewel later bleek dat de menselijke lichtreceptoren in werkelijkheid het meest gevoelig zijn voor geelgroene, groene en blauwviolette golflengten).

drie receptorgevoeligheidscurven voorgesteld door Helmholtz in 1856

De letters geven de spectrale kleuren aan; het diagram is omgekeerd om te voldoen aan de moderne conventie voor spectrale diagrammen.

Maxwells trichromatische metingen . De Young-Helmholtz-primaire kleuren werden gebruikt in de eerste precieze, kwantitatieve kleurvergelijkingsexperimenten , uitgevoerd in de jaren 1850 door zowel Helmholtz als de briljante Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell (1831-1879, rechts). Maxwell creëerde additieve kleurmengsels op twee manieren: door gekleurd licht te mengen via een systeem van prisma's, spiegels en neutrale filters in een lange, platte doos (een Maxwell-doos, de eerste moderne colorimeter), of – de methode die hij praktischer en nauwkeuriger vond – door visueel cirkelvormige wiggen van gekleurd papier te mengen op een snel draaiende schijf (een kleurentol of Maxwell-schijf, rechts afgebeeld). Hij demonstreerde dat elke lichtkleur kon worden nagebootst door een specifieke combinatie van slechts drie primaire kleuren. Deze kleuren vertegenwoordigde hij op zijn kleurenschaal met de pigmenten vermiljoen (scharlaken, PR106 ), smaragdgroen (blauwgroen, PR21 ) en ultramarijnblauw (blauwviolet, PB29 ), en in zijn prismakast met de golflengten 650 nm ("scharlaken"), 510 nm ("groen") en 480 nm ("blauw"). Zijn colorimeter werd het meest gebruikte instrument in het moderne kleurenonderzoek.

In de oorspronkelijke versie van Maxwells kleurvergelijkingsexperimenten keek de proefpersoon door een kleine lens of oculair naar een rond lichtvlak omgeven door een donker veld (rechts). Dit vlak was verdeeld in overeenkomende halve cirkels. De bovenste helft bevatte een constante doelkleur van "wit" licht. Dit was de kleur die moest worden vergeleken. (Maxwell ontdekte dat "wit" licht een handige kleurdoelkleur was omdat het de fouten minimaliseerde die werden geïntroduceerd door chromatische adaptatie en het Helmholtz-Kohlrausch-effect ; en het maakte het gemakkelijk om de ontbrekende primaire kleur bij kleurenblindheid te identificeren .) De onderste helft van het veld bevatte het additieve mengsel van twee monochromatische "primaire" lichten ( R , G of B ) en het testlicht ( T ), het licht waarvan hij de chromaticiteit wilde meten. De proefpersoon werd gevraagd om aan een kleine knop te draaien om een ​​neutraal dichtheidsfilter, dat over de lichtbundel van elk "primair" licht was geplaatst, aan te passen totdat het mengsel, samen met het doellicht, een kleurovereenkomst opleverde met de "witte" bovenste helft.

Maxwells methode is gebaseerd op het feit dat een "wit" lichtmengsel altijd kan worden geproduceerd door een willekeurige spectrale kleur te mengen met twee van de drie additieve primaire kleuren. (Welke twee dat zijn, hangt af van de tint van de doelkleur: groen en blauw moeten worden gebruikt met "gele" tot "rode" golflengten, rood en blauw met "groene" golflengten en rood en groen met "blauwe" golflengten.) Eerst worden de helderheden van de drie primaire kleuren aangepast totdat ze overeenkomen met de witte standaard: dit bepaalt hun relatieve verhoudingen in een wit mengsel. Vervolgens wordt een van de drie primaire kleuren vervangen door de testkleur, zoals oranje licht of een gekleurd papieren schijfje, en wordt de aanpassing herhaald. Door de bijdrage van de twee primaire kleuren in het tweede witte mengsel af te trekken en te normaliseren van hun bijdrage in het mengsel met de drie primaire kleuren, kon Maxwell de testkleur definiëren in termen van de hoeveelheid van de drie primaire kleuren die deze verving.

Maxwell organiseerde zijn resultaten als een 'kleurendiagram' – een gelijkzijdige driehoek die tegenwoordig vaker de Maxwell-driehoek wordt genoemd . Elke kleur kan in deze driehoek worden gespecificeerd als de relatieve verhoudingen van de primaire kleuren scharlakenrood, smaragdgroen en blauwviolet die nodig zijn om die kleur te evenaren. De rode kleur, vertegenwoordigd door de zuivere primaire kleur scharlakenrood, bevindt zich in de rode hoek van de driehoek; de gele kleur, verkregen door gelijke mengsels van de primaire kleuren scharlakenrood en groen, bevindt zich halverwege tussen de rode en groene hoek; en de witte kleur, verkregen door een gelijk mengsel van alle drie de kleuren, bevindt zich in het midden – maar alleen als de primaire kleuren zodanig zijn aangepast dat ze een gelijke helderheid of kleurkracht hebben.

James Clerk Maxwells "Diagram van kleuren"

naar Maxwell (1857); de verhoudingen van de additieve primaire kleuren rood, groen en blauwviolet (zoals bijvoorbeeld de pigmenten vermiljoen, smaragdgroen en ultramarijnblauw) tellen altijd op tot 1; de geschatte locatie van ceruleumblauw wordt als voorbeeld weergegeven.

Maxwells denkbeeldige primaire kleuren . Maar er was een addertje onder het gras. Maxwell gebruikte zijn kleurendriehoek om de primaire kleursamenstelling van veel gangbare kunstenaarspigmenten te analyseren, maar ontdekte dat sommige pigmenten verzadigder waren dan welke mengsels van zijn drie primaire kleuren dan ook konden evenaren . Zo was het kunstenaarspigment natuurlijke gamboge ( NY24 ) een intenser geel dan elk additief mengsel van vermiljoen en smaragdgroen op zijn kleurenschaal.

De jonge James Clerk Maxwell met zijn gekleurde shirt (ca. 1860)

Maxwell-methode voor kleuraanpassing

De intensiteiten van twee monochromatische primaire lichtbronnen worden in combinatie met een monochromatische testlichtbron ( T ) aangepast totdat het mengsel overeenkomt met het "witte" doelveld.

In plaats van een vierde (gele) primaire kleur aan zijn systeem toe te voegen, koos Maxwell ervoor om de chroma van de gamboge te verminderen . Hij deed dit door de kleur visueel te mengen met een grijs van gelijke helderheid of met een desaturerende hoeveelheid van de complementaire blauwviolette primaire kleur. Hierdoor verschoof de gambogekleur richting grijs en kwam de kleur terug binnen de driehoek, waar deze kon worden geëvenaard door een mengsel van de twee overgebleven primaire kleuren. De hoeveelheid desaturerende kleur die nodig was om deze overeenkomst te bereiken, werd gebruikt om te schatten in hoeverre de chroma van de gamboge het kleurbereik van de driehoek met drie primaire kleuren overschreed. Deze methode werd verder ontwikkeld en zorgvuldig uitgelegd door de Amerikaanse natuurkundige Ogden Rood , die aantoonde dat deze "subtractieve" methode nauwkeurige metingen van de pigmentchroma mogelijk maakte, zelfs als de kleur intenser was dan de visuele primaire kleuren die in de analyse werden gebruikt.

Ogden Rood's analyse van pigmentkleur

Toont de locatie van pigmenten die verzadigder zijn dan elk visueel mengsel van de drie primaire kleuren; aangepast van Modern Chromatics (1879) met weggelaten numerieke waarden en gemoderniseerde pigmentnamen.

In feite definieerde Maxwell "primaire kleuren" als wiskundige of denkbeeldige concepten , omdat de ware primaire kleuren die de onverdunde kleur van gambogegeel zouden kunnen evenaren, veel verzadigder zouden moeten zijn dan de primaire kleuren van de verf die daadwerkelijk gebruikt worden om het doffe gambogegeel op een kleurendop te evenaren!

Dit was een cruciale stap in de ontwikkeling van de kleurenleer, omdat primaire kleuren niet langer echte kleuren hoefden te zijn, dat wil zeggen, verf die je daadwerkelijk op een kleurentol kunt draaien of licht dat je daadwerkelijk uit het spectrum kunt halen. Hoewel dit fysiek noch perceptueel logisch lijkt, weerspiegelt het het feit dat de hersenen de output van de kegeltjes nooit zien en dat onze visuele primaire kleuren daarom in de eerste plaats imaginaire kleuren zijn. Maxwells systeem van imaginaire, wiskundig gedefinieerde primaire kleuren is zo nuttig dat het de standaardmethode is geworden voor het specificeren van het uiterlijk en de mengsels van alle kleuren.

de Dudeen subtractieve kleurmengdriehoek

uit John Sloans The Gist of Art (1939); de primaire kleuren zijn cadmiumcitroen, alizarinekarmijn en ftalocyanineblauw [Winsorblauw].

Roods werk werd nagebootst in vele latere kleurendriehoeken en kleurencirkels, en gedurende enkele decennia in het begin van de twintigste eeuw verving de driehoek de kleurencirkel als de modieuze weergave van het kleuren mengen door kunstenaars. De Dudeen-kleurendriehoek, geïntroduceerd rond 1910 door de Amerikaanse kunstenaar Charles Winter (1869-1942), vertaalt Roods weergave van geïsoleerde pigmentkleuren naar subtractief kleuren mengen door Maxwells groene primaire kleur te vervangen door een gele verf. Helaas geeft de driehoek de chroma of verzadiging van verf niet nauwkeurig weer, omdat Winter vasthield aan het dogma van 18e-eeuwse kunstenaars dat alle kleuren kunnen worden gemengd uit drie "primaire" verfsoorten. Cadmiumrood licht is bijvoorbeeld verzadigder dan elk mengsel van cadmiumcitroen en alizarinekarmijn, maar de kleur wordt binnen de driehoek weergegeven, wat betekent dat het een kleur is die rechtstreeks kan worden gemengd met die twee primaire kleuren. Winters driehoek negeert ook de vele verschillen tussen lichtmenging op een kleurencirkel en verfmenging op een kleurenwiel (de "kleurenwiel-drogreden" veroorzaakt door onzekerheid over de substantie ), die de basis vormden voor de huidige mengkleurenwielen die pigmentmetingen terugbrengen tot het formaat van het 18e-eeuwse kleurenwiel.

Sources of Color Science, samengesteld door David L. MacAdam (Cambridge: MIT Press, 1970), bundelt op handige wijze de belangrijke originele geschriften van Grassmann, Palmer, Young, Helmholtz, Maxwell en anderen in één volume.

colorimetrie

Maar de gebrekkige ideeën van kunstenaars waren slechts een bijzaak in de geschiedenis van de primaire kleuren. Maxwells kleurmeetmethoden en benadering van kleurspecificatie, zoals gepresenteerd aan de Royal Society in de jaren 1860, behoren tot de grondleggende documenten van de moderne colorimetrie , de laatste stap in onze zoektocht naar "primaire" kleuren.

Aanvankelijk was colorimetrie in wezen de beschrijving van kleurvergelijkingsexperimenten met behulp van drie "primaire" lichtbronnen . Dat wil zeggen, colorimetrie hield zich bezig met twee taken:

• een methode ontwikkelen om elke complexe spectrofotometrische curve samen te vatten als een trichromatisch mengsel van drie "primaire" gekleurde lichten; en

• Voorspel, uitsluitend gebruikmakend van de "primaire" kleurenmengsels, of twee verschillende lichtbronnen of oppervlakken visueel overeenkomen of voor een normale kijker dezelfde kleur lijken te hebben.

Uiteindelijk ontwikkelde colorimetrie zich tot de basis van moderne kleurmodellen die ernaar streven alle belangrijke kleurverschijnselen onder vrijwel alle kijkomstandigheden te verklaren. Maar het maakt ook expliciet wat "primaire" kleuren nu eigenlijk zijn en hoe ze worden gebruikt om kleurenzicht te verklaren.

De metamerische basis . Colorimetrie is gebaseerd op het principe van additieve metamerische kleuren . Zoals eerder vermeld , zijn metameren twee verschillende spectrale emissie-, transmissie- of reflectiecurven die dezelfde kleur lijken te hebben – dat wil zeggen, verschillende spectrale profielen die exact dezelfde relatieve stimulatie van de L- , M- en  S -kegeltjes produceren (ervan uitgaande dat verschillen in luminantie kunnen worden gecorrigeerd). Metameren ontstaan ​​in drie situaties :

•  Lichtmetameren : verschillende spectrale emissiecurven die als dezelfde kleur worden waargenomen.

•  materiaalmetameren , twee verschillende oppervlakte-reflectiecurven of filtertransmissiecurven die als dezelfde kleur worden waargenomen wanneer ze met dezelfde lichtbron worden bekeken (rechts)

•  Observer-metameren : verschillende spectrale profielen die als dezelfde kleur worden waargenomen vanwege beperkingen in de visuele waarneming van de kijker (kleurenblindheid of donkeradaptatie).

Lichtmetameren komen extreem vaak voor, om twee redenen: (1) licht kan elke combinatie van golflengten bevatten, van monochromatisch tot het volledige spectrum; en (2) al het licht wordt door het oog samengevat als slechts drie kegeltjesuitgangen. Er is grote flexibiliteit in het mengen van licht en grote beperkingen in de waarneming ervan, waardoor dezelfde kleursensatie op veel verschillende manieren kan worden geproduceerd.

De basis voor kleuraanpassing door middel van de additieve menging van drie "primaire" lichtbronnen is dat lichtmetameren kunnen worden gegenereerd door een specifieke combinatie van een klein aantal monochromatische lichtbronnen. Dit wordt samengevat als de additieve metamerische generalisatie : mits ze correct zijn gerangschikt , kunnen drie "primaire" lichtbronnen altijd een metamerische kleuraanpassing produceren voor elke lichtkleur – op voorwaarde dat geen van de primaire lichtbronnen kan worden geëvenaard door een mengsel van de andere twee, en dat de luminantie (helderheid) van de lichtbronnen vrij kan worden aangepast.

De primaire lichtbronnen bieden een gemeenschappelijke maatstaf waarin elk spectraalprofiel kan worden samengevat als het relatieve vermogen of de luminantie van slechts drie monochromatische lichtbronnen. Dit betekent op zijn beurt dat twee spectraalprofielen een visuele kleurovereenkomst kunnen opleveren als hun trichromatische metameren exact hetzelfde zijn. Op deze manier biedt metamerische kleurvergelijking een procedure waarmee elke kleur objectief kan worden vergeleken met elke andere kleur – de basis van het colorimetrische raamwerk.

het colorimetrische raamwerk

Twee spectrale profielen vormen een colorimetrische match als ze metameren zijn voor hetzelfde trichromatische mengsel.

De wetten van Grassmann . Het nut van deze "primaire" kleurafstemmingen zou triviaal kunnen zijn – als ze alleen van toepassing waren in situaties die "correct waren ingericht". Maar een paar principes, bekend als de wetten van Grassmann, vergroten het belang van additieve metamerische afstemmingen aanzienlijk door het bereik van omstandigheden waarin het testlicht en het equivalente "primaire" mengsel dezelfde kleur lijken te hebben , sterk uit te breiden . In de moderne colorimetrie worden Grassmanns oorspronkelijke stellingen samengevat in drie algebraïsche principes:

•  Additiviteit : als een derde lichtbron in gelijke hoeveelheden wordt gemengd met zowel de testlichtbron als het metamerische mengsel van drie "primaire" lichtbronnen, blijft de kleurovereenkomst (metamerisme) onveranderd. (In algebra: als x = y [de kleuren komen overeen], dan is x+z = y+z [de overeenkomst blijft onveranderd].)

•  Evenredigheid : als de helderheid van zowel het testlicht als de drie "primaire" lichtbronnen in het kleurmengsel met een gelijke evenredige hoeveelheid (bijvoorbeeld 10%) wordt verhoogd of verlaagd, blijft de kleurafstemming ongewijzigd. (Als x = y, dan is x*z = y*z of x/z = y/z.);

•  Transitiviteit : Als het testlicht of het "primaire" mengsel metameer is met een derde lichtbron of mengsel, dan kan (a) het testlicht of (b) het "primaire" mengsel worden vervangen door dit derde licht, en blijven de additiviteits- en proportionaliteitswetten van toepassing op de nieuwe kleuraanpassing. (Als x = y en x = a, dan is a = y; en als y = b, dan is x = b en a = b.)

Volgens de wetten van Grassmann blijft een kleurovereenkomst bestaan ​​ondanks een verandering in de kleurwaarneming . Het testlicht en het bijbehorende primaire mengsel kunnen gedimd of helderder gemaakt worden, of in gelijke delen gemengd worden met een andere kleur licht, of vervangen worden door een derde, overeenkomend licht, en de twee lichten lijken nog steeds overeen te komen, ook al is de kleur of helderheid van de lichten zichtbaar veranderd.

Het laatste punt betekent dat alle kleuraanpassingen die worden geproduceerd door het mengen van monochromatische (één golflengte) primaire lichtbronnen, kunnen worden gedupliceerd door "wit" licht door smalbandige (meerdere golflengten) kleurenfilters te leiden, of zelfs door de kleur van de "primaire" lichtbronnen zelf te veranderen: de ene keuze van "primaire" lichtbronnen kan worden vervangen door een andere . Colorimetrie bouwt voort op het feit dat additieve kleurmenging zowel veelzijdig als nauwkeurig is.

Terzijde: het blijkt dat de wetten van Grassmann niet gelden voor veel additieve mengsels, met als bekendste voorbeeld het Helmholtz-Kohlrausch-effect , en dat ze niet opgaan bij veranderingen in luminantie-adaptatie. Toch gelden ze vaak genoeg om, door kleurvergelijkingen op zich, de fundamentele perceptuele structuur van kleur te onthullen.

reflectieprofielen voor drie metamerische grijstinten

Deze lijken identieke middengrijze oppervlakken te zijn wanneer ze onder lichtbron C worden bekeken; naar Wyszecki & Stiles (1982)

Kleurvergelijkingsexperimenten . We kunnen een verklaring voor het colorimetrische systeem geven door te kijken naar de specifieke problemen die moeten worden opgelost om de chromaticiteit van het spectrum te meten – de enkelvoudige golflengten of monochromatische lichten die de fysieke grenzen van kleurenzicht definiëren – met behulp van de colorimetrische methode van trichromatische kleurvergelijking.

Allereerst werd ontdekt dat Maxwells kleuraanpassingsmethode , waarbij een trichromatisch mengsel wordt aangepast aan een "witte" standaard, de neiging heeft om fouten te produceren in de trichromatische specificatie van sterk verzadigde kleuren zoals monochromatisch licht. Daarom werd in plaats daarvan een alternatieve methode gebruikt om kleuren aan te passen met een mengsel van drie "primaire kleuren", bekend als de maximale verzadigingsmethode (rechts).

De doelkleur in de match is niet langer wit, zoals bij de methode van Maxwell, maar een willekeurige enkele golflengte of een complex (breedband) lichtmengsel dat we kiezen. De kijker probeert deze doelkleur te evenaren door een mengsel van drie echte (zichtbare) RGB- "primaire kleuren" van monochromatisch licht, meestal met golflengten rond 645 nm ( R ), 526 nm ( G ) en 444 nm ( B ). Voor alle matig verzadigde en bijna witte kleuren leidt deze opstelling tot een directe kleurmatch; voor alle golflengten boven "geel" (~570 nm) zijn alleen de monochromatische primaire kleuren R en G nodig om een ​​spectrale tint te evenaren.

Maxwell ontdekte echter dat er veel kleuren zijn, waaronder veel monochrome kleuren, die verzadigder zijn dan wat kan worden bereikt met een mengsel van drie standaard primaire kleuren. Bij de conventionele keuze van RGB- primaire kleuren omvatten deze tinten "groen", "cyaan", "blauw" en "violet" licht op of nabij de spectrumcurve, en sterk verzadigde extraspectrale mengsels van "magenta" en "paars". In deze gevallen wordt de derde primaire kleur gemengd met de doelkleur buiten het kleurbereik (weergegeven in het diagram als R toegevoegd aan een "blauwgroen" monochroom licht in het bovenste halfronde veld) om de doelkleur te desatureren – deze richting "wit" te verschuiven – totdat deze kan worden bereikt met een mengsel van de resterende twee primaire kleuren (weergegeven in het diagram als G en B gemengd in het onderste halfronde veld).

maximale verzadigingsmethode
voor kleuraanpassing

De intensiteit van een desaturerende primaire kleur wordt aangepast totdat de menging ervan met een doelkleur buiten het kleurbereik overeenkomt met een menging die mogelijk is met de resterende twee primaire kleuren.

Het diagram (rechts) toont deze oplossing in een algemeen chromaticiteitsdiagram. De RGB- kleuren, die zich op de spectrumcurve bevinden, definiëren een driehoekig "werkelijk" kleurengamma dat alle lichtkleuren bevat die kunnen worden verkregen door een directe menging van de RGB -kleuren. De kleuren die "buiten het kleurengamma" vallen, maar zich binnen het chromaticiteitsdiagram maar buiten de RGB- mengdriehoek bevinden (weergegeven als vierkanten), moeten worden aangepast door ze te mengen met een van de RGB- primaire kleuren om ze te desatureren. De hoeveelheid toegevoegde primaire kleur, zoals aangegeven door de pijlen, meet in hoeverre de chroma van de kleur het kleurengamma van de RGB- mengdriehoek overschrijdt. Op deze manier worden de RGB- primaire kleuren aangepast aan de kleur – ook al kunnen ze de kleur niet exact evenaren!

Alle kleuren die op deze manier moeten worden ontverzadigd, vallen buiten het kleurbereik of zijn niet mengbaar. Ze ontstaan ​​door de asymmetrische, gebogen of hoefijzervormige structuur van de chromaticiteitsruimte. Met andere woorden, de ontverzadigingsmeetmethode is een manier om een ​​fysiologisch obstakel voor de meting van kleurenzicht te omzeilen: de overlapping tussen de L-, M- en  S- kegeltjes .

Individuele verschillen . Nadat kleurmengingen door verschillende waarnemers voor alle spectrale tinten waren gedefinieerd, werden grote individuele verschillen in de resultaten ontdekt. ​​Deze verschillen bleken te ontstaan ​​door (1) de prereceptorale filtering van "blauw" en "violet" licht door de lens en het maculapigment, en door (2) individuele verschillen in de kegeltjesgevoeligheidscurven, veroorzaakt door genetische verschillen in de fotopigmenten van de kegeltjes en in de verhouding van het aantal L- , M- en S -kegeltjes in het netvlies. Deze individuele verschillen vormen een fysiologische complicatie bij het meten van kleurenzicht.

Eind jaren twintig realiseerde WD Wright zich dat de meeste van deze individuele verschillen of "fouten" wiskundig konden worden geëlimineerd. De oplossing was al door Newton beschreven: het filteren van monochromatisch licht door een gekleurd filter verandert de kleur van het licht niet, het maakt het alleen maar minder helder. De logische oplossing voor de "gele" filtering van licht was dus het elimineren van de verschillen in de waargenomen helderheid en kleurintensiteit van de monochromatische RGB- primaire kleuren.

Wrights WDW-chromaticiteitscoëfficiënten

zijn herschaling van de kleuraanpassingsgegevens van Stiles-Burch uit 1959
(bewerkt naar Wyszecki & Stiles, 1982)

De aanpassing van Wright omvat twee stappen: (1) het wiskundig herschalen van de relatieve luminanties van de drie primaire kleuren voor elke waarnemer, zodat de R- en G- verhoudingen exact gelijk zijn bij 580 nm ("geel") en de G- en B -verhoudingen gelijk zijn bij 488 nm ("groenblauw") (gelijke kleursterkte); vervolgens (2) het normaliseren van de luminanties voor alle waarnemers, zodat de maximale waarde van elke zuivere primaire tint 1,0 is (gelijke helderheid). Dit elimineert vrijwel alle kleurverschillen tussen waarnemers, zoals hierboven weergegeven in het WDW-diagram van mengcurven voor 50 proefpersonen met normaal kleurenzicht.

Het witpunt . Om deze door WDW gecorrigeerde kleuraanpassingsverhoudingen terug te brengen naar de relatieve verhoudingen van monochromatisch licht die nodig waren in de oorspronkelijke metamerische mengsels, of om de kleuraanpassingsresultaten van verschillende gekleurde "primaire" lichten gelijk te stellen, moet ook de proportionele stralingssterkte (stralingsvermogen) of luminantie van de drie lichten worden gespecificeerd.

Beide keuzes bepalen een vierde primaire kleur, het zuivere wit dat ontstaat wanneer de drie monochromatische lichtbronnen worden gemengd. De positie van dit mengsel in een chromaticiteitsdiagram wordt het witpunt genoemd – de enige kleur met een chroma van exact nul. Alle trichromatische systemen worden dus gedefinieerd door vier primaire lichtbronnen – de zogenaamde kardinale stimuli.

reële (RGB) en imaginaire (XYZ) primaire kleuren in relatie tot een chromaticiteitsdiagram

De abstracte "witte" standaard is de gelijke energie-illuminant ( EE ), gedefinieerd als een perfect vlakke spectrale vermogensverdeling. Dit is de psychofysische standaard die impliciet aanwezig is in de publicatie van alle visuele gevoeligheidscurven, omdat deze exact gelijke output produceert vanuit kegeltjes met een gelijk oppervlak ; deze kegeltjes moeten worden vermenigvuldigd met (aangepast aan) het spectrale profiel van elke fysieke lichtbron om de kleurwaarneming onder realistische kijkomstandigheden te definiëren. De EE- witbalans vereist stralingsvermogensverhoudingen tussen de drie "primaire" lichtbronnen van ongeveer 72,1 : 1,4 : 1,0 ( R:G:B ), wat relatieve luminanties oplevert van ongeveer 10 : 46 : 1 (diagram, rechts).

Ondanks het feit dat "primair" licht met een korte golflengte zowel visueel zwak als stralingszwak is, is het in staat de hoge verzadiging (kleursterkte) van de L-  kegeltjes en de hoge luminantie van de M-  kegeltjes en de L+M -mengsels te compenseren. Als we Newtons methode van geometrische weging alleen op de luminanties toepassen, dan bevindt het zwaartepunt ( C ) zich aanzienlijk meer richting de G- primaire kleur, waardoor de S-  kegeltjes een compenserende invloed krijgen. (Let op de locaties van het witpunt in dit chromaticiteitsdiagram , dat de relatieve bijdrage van foveale en breedveldkegeltjes aan een "witte" kleurwaarneming laat zien.) Dit is de manier waarop de  output van de S- kegeltjes een grote rol speelt in de kleurwaarneming.

Zoals zojuist vermeld, wordt een lichtbron met gelijke energie (EE-lichtbron) doorgaans niet gebruikt om het witpunt te definiëren bij praktische kleuraanpassingstaken, zoals industriële kleurcontrole: vergeleken met natuurlijk daglicht heeft een EE- lichtbron een lichte magenta tint. In plaats daarvan worden lichtbronnen gebruikt die de chromaticiteit van kunstmatige of natuurlijke stralingsvermogensverdelingen benaderen, met name CIE D65, D50 of A.

Echte kleuraanpassingsfuncties . De WDW-middeling van kleuraanpassingscurven en de luminantieaanpassingen ten opzichte van standaard wit resulteren in de RGB-kleuraanpassingsfuncties van drie echte, monochromatische primaire lichtbronnen. De r ( λ )-curve is meer dan 3 keer hoger dan de andere, omdat de primaire kleur met de golflengte "rood" een lage luminantie en een matige kleurkracht heeft. Daarom moet er meer van de R- primaire kleur worden gebruikt om de hoge luminantie van de G- primaire kleur en de hoge kleurkracht van de B- primaire kleur te evenaren.

RGB-kleurafstemmingsfuncties

Stiles-Burch 10° kleurafstemmingsfuncties, gemiddeld over 37 waarnemers (bewerkt naar Wyszecki & Stiles, 1982)

Dit zijn niet de spectrale emissiecurven voor de RGB- primaire lichtbronnen die bij de kleuraanpassing worden gebruikt. Ze geven de tristimuluswaarden weer , oftewel de proportionele hoeveelheden van elke R- , G- of B- primaire lichtbron in het mengsel dat overeenkomt met de spectrale tint bij elke golflengte. Negatieve tristimuluswaarden geven aan dat de primaire lichtbron gemengd moet worden met het doellicht — voornamelijk R met "blauwgroene" en de meeste "blauwe" spectrale tinten en G met extreem "violette" tinten. Elk paar curven snijdt de nullijn op de locatie van de derde primaire lichtbron.

De tristimuluswaarden zijn stimulushoeveelheden die worden bepaald door de fysieke eigenschappen van de "primaire" lichtbronnen. Daardoor zijn de curves specifiek voor de daadwerkelijke keuze van de gebruikte primaire lichtbronnen: verschillende primaire lichtbronnen resulteren in verschillende kleuraanpassingsverhoudingen, wat weer leidt tot verschillende tristimuluswaarden.

de vierde voorverkiezing

De oppervlakte van de cirkels is evenredig met de luminantie of stralingssterkte van de trichromatische "primaire kleuren" die overeenkomen met een lichtbron met gelijke energie ( E ); het zwaartepunt van de luminanties bevindt zich op C.

Om verwarring te voorkomen, worden de primaire lichtbronnen aangeduid met een hoofdletter R , en de tristimuluswaarde van het licht, de relatieve hoeveelheid die nodig is voor een kleuraanpassing bij elke golflengte, met een kleine letter r ( λ ). In het voorbeeld (rechts) levert 2,8 delen van de primaire lichtbron R  (afgelezen van de r ( λ )-curve), 0,6 delen van de primaire lichtbron G  (afgelezen van de g ( λ )-curve) en nul delen van de primaire lichtbron B  (afgelezen van de b ( λ )-curve) een exacte kleuraanpassing op voor een "gele" spectrale tint.

Als het licht in werkelijkheid een mengsel is van vele verschillende golflengten, dan worden de tristimuluswaarden voor elke golflengte vermenigvuldigd met de lichtintensiteit bij die golflengte. De producten worden vervolgens opgeteld over alle golflengten om de drie tristimuluswaarden te verkrijgen. (De kleur van het witte puntlicht is simpelweg de som van alle drie de curven over alle golflengten.)

Grootte van de kleurprikkel . Kleuronderzoekers stuitten nu op een nieuwe fysiologische complicatie bij het meten van kleurenzicht. Omdat de kegeltjes ongelijkmatig over het netvlies verdeeld zijn, is het van belang hoe groot en waar de kleurprikkel in het gezichtsveld verschijnt – dat wil zeggen, hoe deze op het netvlies wordt geprojecteerd . Dit leidde tot de ontwikkeling van twee verschillende standaarden voor kleurvergelijking:

• De vroegste kleuraanpassingscurven (circa 1890 tot 1930) waren gebaseerd op een 2°- of foveale presentatie van kleurstimuli. (Een gezichtsveld van 2° is ongeveer de grootte van 2,5 cm gezien vanaf een afstand van 74 cm, of 10 cm gezien vanaf 2,9 meter.) Dit werd gedaan omdat het destijds technisch niet haalbaar was om heldere en homogene kleurstimuli over grote gezichtsvelden te produceren, en omdat het de invloed van staafjes , oftewel de menging van staafjes- en kegeltjesreacties, bij kleuraanpassing in gedimd licht minimaliseerde. Als gevolg hiervan zijn de 2°-mengsels robuuster bij matige ("leeslicht") tot heldere (middagdaglicht) lichtniveaus. Deze curven worden aangeduid met de datum waarop ze werden aangenomen ( 1931 ) of de grootte van het gezichtsveld (2°). Helaas combineerden deze vroege studies gegevens van verschillende primaire lichtbronnen (waaronder gefilterd "wit" licht) en schatten ze de relatieve luminantie van de primaire lichtbronnen op basis van de lichtrendementsfunctie uit 1924 , waarvan later bleek dat deze de luminantie van korte golflengten onderschatte. In 1951 werden er herzieningen doorgevoerd om dit te corrigeren, maar de ongecorrigeerde curven worden nog steeds af en toe gebruikt.

• Later (circa 1960) werden kleuraanpassingscurven gemeten in een gezichtsveld van 10° of een breed gezichtsveld van kleurgebieden die zich ver buiten de fovea uitstrekten en gefilterd werden door het maculapigment . (Een gezichtsveld van 10° is ongeveer de grootte van 2,5 cm gezien vanaf 14,5 cm, of 10 cm gezien vanaf 57 cm.) Deze curven zijn gebaseerd op twee grote, zorgvuldig geselecteerde steekproeven van proefpersonen die monochromatische "primaire" lichtmengsels bekeken met een intensiteit die ruim boven de staafjesverzadiging lag (met uitzondering van extreme "rode" mengsels, waarvoor gecorrigeerd werd voor staafjesintrusie). Deze curven worden ook aangeduid met de publicatiedatum ( 1964 ) of de grootte van het gezichtsveld (10°). Ik gebruik de gegevens van het breed gezichtsveld op deze site omdat de menselijke kleurdiscriminatie in een breed gezichtsveld ongeveer 2 tot 3 keer nauwkeuriger is dan foveale kleurdiscriminatie, en omdat de intensiteit van het "primaire" licht direct werd gemeten in plaats van afgeleid uit een gebrekkige lichtrendementsfunctie; De 10°-curven hebben ook de voorkeur voor industriële colorimetrie. Het nadeel is dat de curven het meest nauwkeurig zijn bij daglichtniveaus en dat ze bij mesopische lichtniveaus kunnen bezwijken aan additiviteitsfouten .

Imaginaire kleuraanpassingsfuncties . Maar we zijn er nog niet. De tristimuluswaarden bevatten negatieve (afgetrokken) r ( λ ) en g ( λ ) waarden voor de golflengten buiten het kleurbereik in de oorspronkelijke kleuraanpassingsmengsels. Omdat deze negatieve waarden conceptueel betekenen dat de fotoreceptorpigmenten soms licht uitzenden in plaats van absorberen, en omdat ze zowel een artefact zijn van de maximale verzadigingsmethode met echte primaire lichtbronnen als van de overlap in de L- , M- en S- kegelgrondtonen, wordt een wiskundige bewerking toegepast om drie nieuwe imaginaire XYZ-primaire kleuren te creëren (zoals weergegeven in het diagram rechtsboven ).

De nieuwe mengverhoudingen x ( λ ), y ( λ ) en z ( λ ) worden gevonden door de RGB- tristimuluswaarden bij elke golflengte te vermenigvuldigen met een transformatiematrix om de XYZ-kleurafstemmingsfuncties te verkrijgen :

x ₁₀ (λ) = 0,341r ₁₀ (λ) + 0,189g ₁₀ (λ) + 0,388b ₁₀ (λ)

y ₁₀ (λ) = 0,139r ₁₀ (λ) + 0,837g ₁₀ (λ) + 0,073b ₁₀ (λ)

z ₁₀ (λ) = 0,000r ₁₀ (λ) + 0,040g ₁₀ (λ) + 2,026b ₁₀ (λ)

waarbij λ, zoals eerder vermeld, een specifieke golflengte aanduidt.

Deze transformatie heft de fysiologische belemmering voor de meting van kleurenzicht niet op , maar keert deze juist om als een oververzadigde definitie van de primaire kleuren! Dat wil zeggen, de XYZ- primaire kleuren vallen buiten het kleurenspectrum van alle echte kleuren en zijn daarom onzichtbaar. Geen enkele kleur van licht of oppervlak kan ze reproduceren. Hun denkbeeldige mengdriehoek omvat echter de volledige chromaticiteitsruimte van alle echte, zichtbare kleuren, waardoor alle kleuren kunnen worden beschreven als een positief mengsel van de denkbeeldige XYZ- kleuren.

En hier zijn dan eindelijk de 10° (breed gezichtsveld) XYZ-kleurafstemmingsfuncties :

1964 XYZ kleuraanpassingsfuncties

CIE 1964 kleuraanpassingsfuncties voor de 10°-standaardwaarnemer en de denkbeeldige XYZ-primaire kleuren (uit Wyszecki & Stiles, 1982)

Alle negatieve waarden zijn verwijderd en het witpunt, oftewel de achromatische standaard, wordt nog steeds gedefinieerd door een lichtbron met gelijke energie. De XYZ-tristimuluswaarden vormen de fundamentele stimulusmaatstaf die in de colorimetrie wordt gebruikt.

Het chromaticiteitsdiagram . Elk van de tristimuluswaarden combineert informatie over chromaticiteit (straling in het betreffende deel van het spectrum) en luminantie (het aandeel van de straling over het gehele spectrum). Om coördinaten voor een tweedimensionaal chromaticiteitsdiagram te verkrijgen , wordt het effect van luminantie op de tristimuluswaarden constant gemaakt door de waarden te normaliseren . Dat wil zeggen, X en Y (de x ₁₀ ( λ ) en y ₁₀ ( λ ) waarden, gesommeerd over alle golflengten) worden gedeeld door de som van alle drie de tristimuluswaarden:

De genormaliseerde z- waarde is overbodig, aangezien de genormaliseerde gewichten optellen tot 1,0, dus z kan worden teruggevonden door aftrekking:

z = 1,0 – x – y .

RGB-kleurafstemmingsfuncties

CIE 1964 kleuraanpassingsfuncties voor de 10°-standaardwaarnemer en de werkelijke (RGB) primaire kleuren.

Hierdoor geven de genormaliseerde x- en y- waarden de chromaticiteit van de kleur aan. De curven worden nooit weergegeven in het formaat dat we tot nu toe hebben gebruikt — waarde als functie van de golflengte (rechts) — omdat we de tint ( dominante golflengte ) willen beschrijven. In plaats daarvan worden de x- en y -waarden weergegeven als een tweedimensionale rechthoekige grafiek, waarmee het CIE 1964 xy-chromaticiteitsdiagram wordt gecreëerd .

CIE 1964 xy kleurkwaliteitsdiagram

Het chromaticiteitsdiagram voor de standaardwaarnemer van 10°, weergegeven als de denkbeeldige XYZ-primaire kleuren genormaliseerd zodat alle kleuren een gelijke helderheid hebben; de kleuren zijn slechts ter illustratie (bewerkt naar Wyszecki & Stiles, 1982).

In dit diagram definiëren de x,y -waarden bij elke golflengte de spectrale locus , oftewel de chromaticiteit van monochromatisch licht, en de perceptuele grenzen van kleurenzicht. Alle additieve kleurmenging kan worden weergegeven als het geometrisch gemiddelde van alle chromaticiteiten in het mengsel, en twee kleuren met dezelfde chromaticiteit ( x,y -waarden), bekeken onder standaard beeldscherm- en lichtomstandigheden, zullen er voor normale kijkers identiek uitzien.

Er is nog één laatste verrassing. Dankzij de specifieke transformatiematrix die gebruikt wordt, is de niet-genormaliseerde Y- primaire waarde (de y ₁₀ ( λ ) kleuraanpassingsfunctie) identiek aan een fotopische gevoeligheidsfunctie van 10° , waardoor de y ₁₀ ( λ ) waarden de schijnbare helderheid van elke golflengte bepalen. Hierdoor worden kleuren doorgaans gespecificeerd met Y voor luminantie en x,y voor chromaticiteit. Dit creëert een driedimensionaal kleurenspectrum of kleurenpiramide, zoals hieronder weergegeven.

CIE 1964 Yxy effen kleur

Gebaseerd op een wireframe-animatie © 2007 Bruce Lindbloom

Ook hier is er sprake van verwarring. De Judd-Vos-lichtkrachtfunctie V _M ( λ ), die veelvuldig wordt gebruikt, is afgeleid van 2°-kleuraanpassingsfuncties die een onrealistisch laag gewicht toekennen aan de "blauwe" en "violette" golflengten. De recent gepubliceerde Stockman & Sharpe 2°-lichtkrachtfunctie V* ( λ ), die niet standaard wordt gebruikt, kent een nauwkeuriger gewicht toe aan de korte golflengten. Deze functie ligt ook dichter bij de CIE 1964 y ₁₀ ( λ )-waarden.

De CIE Yxy-standaardwaarnemer . De WDW-gecorrigeerde XYZ- waarden, in de vorm van het x,y- chromaticiteitsdiagram en de Y -lichtrendementsfunctie, vertegenwoordigen de CIE Yxy-standaardwaarnemer – voor het eerst gepubliceerd op basis van 2°-kleurvergelijkingsgegevens in 1931 en aangevuld met 10°-gegevens in 1964. De standaardwaarnemer is een geïdealiseerd menselijk netvlies dat zeer goed presteert bij de beperkte taak van het voorspellen van additieve kleurmengsels en kleurvergelijkingen die afzonderlijk en bij gemiddelde mesopische tot fotopische luminantieniveaus worden bekeken.

Gegevens over kleurvergelijking, die herhaaldelijk en gevarieerd zijn verzameld over honderden verschillende kleurstalen en kijksituaties voor zowel normaalzienden als mensen met een kleurafwijking, en die samen met gegevens over lichtgevoeligheid en kleurcompensatie zijn vastgelegd in de literatuur over kleurenzicht , vormen de basis van het kleurenonderzoek. Ze bieden een kwantitatieve basis voor het evalueren van theorieën over kleurenzicht en vertegenwoordigen alle praktische situaties waarin mensen aangeven dat twee verschillende kleurprikkels wel of niet dezelfde kleursensatie oproepen.

Daarnaast kunnen verschillende transformatiematrices worden gebruikt om de XYZ -kleuraanpassingscurven om te zetten in kegelgevoeligheidscurven , of om de uniforme perceptuele dimensies L* , u* en v* van het CIELUV -kleurmodel te definiëren, of om de tegengestelde dimensies L* , a* en b* van de CIELAB- of CIECAM02 -kleurwaarnemingsmodellen te definiëren. Hier volgen bijvoorbeeld de CIE-transformatievergelijkingen die de grondbeginselen van de kegels met gelijke oppervlakte definiëren :

L(λ) = 0,390X(λ)+0,690Y(λ)–0,079Z(λ)

M(λ) =–0,230X(λ)+1,183Y(λ)+0,046Z(λ)

S(λ) = 1.000Z(λ).

Smith & Pokorny ontwikkelden populatiegewogen curven op basis van de 2°-standaardwaarnemer, zodat de L- en M- functies optellen tot de fotopische gevoeligheidsfunctie V ( λ ):

L(λ) = 0,15516X(λ)+0,54308Y(λ)–0,03287Z(λ)

M(λ) =–0,15516X(λ)+0,45692Y(λ)+0,03287Z(λ)

S(λ) = 1.000Z(λ).

En hier zijn de fundamentele waarden van de 10°-kegel van Stockman, MacLeod & Johnson (1993), berekend op basis van de standaardwaarnemer van 1964 met een kegelhoek van 10°:

L(λ) = 0,23616X(λ)+0,82643Y(λ)–0,04571Z(λ)

M(λ) =–0,43112X(λ)+1,20692Y(λ)+0,09002Z(λ)

S(λ) = 0,04056X(λ)–0,01968Y(λ)+0,48619Z(λ)

We zouden medelijden kunnen hebben met een waarnemer die, zoals luitenant Kije, alleen in officiële documenten voorkomt, maar hij heeft een buitengewoon productieve carrière gehad. De XYZ- kleurafstemmingsfuncties maken elektronische kleurmeting mogelijk in duizenden praktische toepassingen. Lichtintensiteiten worden gemeten door middel van drie gekleurde filters of fotometrische diodes met transmissieprofielen die overeenkomen met elke functie, of lichtintensiteiten worden gemeten met regelmatige intervallen (meestal 1 nm tot 5 nm) over het spectrum, vervolgens vermenigvuldigd met de x ₁₀ , y ₁₀ en z ₁₀ gewichten op elk punt en opgeteld om de totale XYZ-tristimuluswaarden te verkrijgen . Deze schatten de helderheid en chromaticiteit van de kleur zoals die wordt waargenomen door een gemiddelde kijker met "normaal" kleurenzicht.

Het chromaticiteitsdiagram, en het trichromatische of trilineaire systeem waarop het gebaseerd is, hebben een aantal interessante en nuttige eigenschappen. Ter achtergrondinformatie kunt u de bespreking van de trilineaire mengdriehoek raadplegen .

•  Drie-getallen kleurspecificatie . Elke zichtbare kleur moet binnen het chromaticiteitsdiagram vallen, wat betekent dat alle mogelijke kleuren kunnen worden gedefinieerd als een proportionele mengeling van de XYZ- primaire lichtbronnen.

•  Aanpassing aan de lichtbron . De definitie van het witpunt in het chromaticiteitsdiagram kan worden aangepast aan een tweede set XYZ -waarden, die de helderheid en chromaticiteit van de lichtbron definiëren. Op deze manier kan de standaardwaarnemer zich aanpassen aan een breed scala aan kijksituaties en op de lichtbron gebaseerde metameren voorspellen .

•  Specificatie van de helderheid . Het Yxy- systeem definieert de helderheid van een kleur als de totale Y- waarde; de ​​lichtheid is de verhouding tussen de Y -waarden van de kleur en een wit oppervlak onder dezelfde belichting.

•  Kleurtoonspecificatie . De dominante golflengte van een kleur wordt gedefinieerd als het punt waar de spectrumcurve een lijn snijdt die getrokken is van het witpunt door de x,y- locatie van de kleur in een chromaticiteitsdiagram.

•  Chroma-specificatie . De kleurzuiverheid van een kleur wordt bij benadering bepaald door de chromaticiteitsafstand tot het witpunt. (In het oorspronkelijke x,y- chromaticiteitsdiagram varieerde de relatie tussen chromaticiteitsafstand en chroma over de verschillende tinten, een probleem dat grotendeels is opgelost in CIELAB .)

•  Rechte menglijnen . De mengingen tussen twee willekeurige lichtkleuren, gedefinieerd als punten in het chromaticiteitsdiagram, worden beschreven door een rechte lijn ertussen. (Let op! Mengingen van verfkleuren, omdat dit oppervlaktekleuren zijn , vormen geen rechte lijnen in een chromaticiteitsdiagram of kleurenruimte!)

•  Visuele complementen . Het visuele complement van een kleur wordt gedefinieerd door een rechte lijn van die kleur door het witpunt naar de tegenoverliggende kant van het diagram. Zo is het visuele complement van een "diepgeel" (580 nm) een "groenblauw" (480 nm).

•  Waargenomen kleurverschillen . De afstand tussen twee kleuren in het chromaticiteitsdiagram benadert het waargenomen verschil tussen de kleuren. Helaas is deze benadering erg slecht in het oorspronkelijke x,y-chromaticiteitsdiagram en de Y- helderheidsmeting, maar is aanzienlijk verbeterd in het CIELUV u,v-chromaticiteitsdiagram (voor emitterende kleuren) en in CIELAB en CIECAM (voor reflecterende kleuren).

De intellectuele elegantie van dit colorimetrische bouwwerk, dat in meer dan een eeuw onafgebroken werk is opgebouwd, schuilt erin dat alle essentiële informatie over een willekeurige kleur – elke kleur die op zichzelf wordt waargenomen, van licht met een enkele golflengte tot de meest complexe reflectiecurve van een oppervlak – kan worden vastgelegd, vergeleken en gecontrasteerd met andere kleuren door middel van het mechanisme van drie getallen.

denkbeeldige of onvolmaakte primaire getallen

Hiermee sluit ik mijn historisch overzicht van 'primaire' kleuren af. We begonnen met de rudimentaire kleurconcepten van Griekse filosofen en eindigden met de complexe kleuranalyse van de 20e-eeuwse colorimetrie. Ik heb geprobeerd aan te tonen hoe het idee van 'primaire' kleuren is geëvolueerd van vage abstracte begrippen naar specifieke technische concepten. Nu wil ik dit overzicht samenvatten in principes voor de artistieke praktijk.

Twee primaire paradoxen . Het is het gemakkelijkst om te beginnen met de moderne opvatting van primaire kleuren en van daaruit de discussie uit te breiden. De belangrijkste conclusies kunnen worden geformuleerd als "primaire" paradoxen.

genormaliseerde tristimuluswaarden

vergelijk dit met het bovenstaande WDW-diagram.

De eerste fundamentele paradox is:

Primaire kleuren zijn ofwel denkbeeldige, onzichtbare "lichten" die alle kleuren kunnen beschrijven, ofwel onvolmaakte, echte kleurstoffen die slechts een deel van de kleuren weergeven.

Deze dubbele onmogelijkheid – je kunt niet alle kleuren mengen met de primaire kleuren die je kunt zien, en je kunt de primaire kleuren die alle kleuren kunnen mengen niet zien – komt voort uit de fysiologie van het kleurenzien, de manier waarop het menselijk oog is opgebouwd.

De gevoeligheidscurven van de L- , M-  en  S  -kegeltjes overlappen elkaar: elke monochromatische (enkelvoudige golflengte) tint moet twee of zelfs drie kegeltjes tegelijk stimuleren. Daardoor buigt de grens van zichtbare kleuren weg van de "zuivere" primaire hoeken van een mengdriehoek, waardoor de hoefijzervormige chromaticiteitsruimte van zichtbare kleuren ontstaat (rechts).

Vanwege de gebogen randen kan de chromaticiteitsruimte niet volledig worden omsloten door een driehoek die wordt gevormd door drie monochrome lichtbronnen RGB. Daardoor kunnen alle zichtbare primaire kleuren niet alle mogelijke kleuren mengen, wat ze onvolmaakt maakt. Elke drie primaire kleuren XYZ die de chromaticiteitsruimte volledig omsluiten en daarmee alle zichtbare kleuren definiëren, moeten zich buiten de chromaticiteitsruimte van reële kleuren bevinden, wat ze imaginair maakt.

de eerste primaire paradox

Spectrale primaire kleuren RGB, die zichtbaar zijn, kunnen niet alle kleuren mengen; wiskundige primaire kleuren XYZ, die alle kleuren beschrijven, zijn onzichtbaar.

De tweede belangrijkste paradox is:

Alle keuzes voor denkbeeldige primaire kleuren zijn willekeurig; het zijn slechts meeteenheden. Alle keuzes voor 'echte' primaire kleuren zijn willekeurig; de keuze van kleurstoffen hangt af van kosten, beschikbaarheid, gebruiksgemak, medium en beeldkwaliteit.

De denkbeeldige primaire kleuren die in de colorimetrie worden gebruikt, zijn simpelweg gestandaardiseerde meeteenheden, zoals de meter, joule of yen. Net zoals de denkbeeldige voet die bij afstandsmeting wordt gebruikt geen echte menselijke voet vertegenwoordigt, vertegenwoordigen de denkbeeldige primaire kleuren die bij kleurmeting worden gebruikt geen echte lichtbronnen. Net zoals de meter langer of korter zou kunnen zijn en nog steeds prima zou werken als standaard meeteenheid, is er een oneindig aantal driehoeken van verschillende groottes of vormen die het chromaticiteitsdiagram (rechts) volledig zouden omsluiten en daarom prima zouden werken als een standaard kleurenspectrum van denkbeeldige primaire kleuren.

Zoals bij de meeste meeteenheden zijn de imaginaire XYZ- primaire kleuren deels om praktische redenen gekozen. De transformatiematrix die gebruikt is om de imaginaire primaire kleuren te definiëren, is gekozen om de lichtrendementsfunctie in de Y- primaire kleur te reproduceren, maar dit was een willekeurige beslissing. Alle imaginaire primaire kleuren zijn willekeurig.

De primaire kleuren van materialen zijn ook willekeurige standaarden, maar van een andere aard. Er is slechts één noodzakelijke beperking voor de "primaire" lichtbronnen die in kleurvergelijkingsexperimenten worden gebruikt: ze moeten een driehoek vormen waarvan alle drie de hoeken binnen het chromaticiteitsdiagram vallen. Verder doet de vorm en de locatie van de driehoek er niet echt toe. In feite zijn er veel verschillende monochromatische lichtbronnen en "witte" lichtbronnen met kleurfilters gebruikt in kleurvergelijkingsexperimenten: er is nooit een standaard of "beste" set RGB- lichtbronnen geweest. Ze werden gekozen om uiteenlopende operationele redenen en vervolgens omgezet naar hetzelfde XYZ- systeem met behulp van verschillende transformatiematrices.

De primaire kleuren die gebruikt worden bij kleurweergave (waaronder schilderen, fotografie en video) zijn het resultaat van een lange en moeizame ontwikkeling van fysieke kleurstoffen (verfstoffen, pigmenten, fosforen, diodes en lichtbronnen) in de chemie, natuurkunde en techniek gedurende de afgelopen drie eeuwen. Deze ontwikkeling werd in elke fase gekenmerkt door afwegingen en compromissen. De kleurstoffen zijn niet gestandaardiseerd door natuurwetten, maar door overheidsvoorschriften en industriële normen, de grenzen van haalbare productiekosten, de verwachtingen van de consument ten aanzien van levensduur en duurzaamheid, en geaccepteerde praktijken op het gebied van kleurweergave of bestaande kleurtechnologieën. Ze houden ook rekening met subjectieve normen voor "goede" en "slechte" kleurweergave voor een bepaald doel in een bepaalde kijksituatie. Compromis is altijd een onderdeel van kleurweergave, wat betekent dat alle echte primaire kleuren arbitrair zijn.

de tweede primaire paradox

Alle echte primaire kleuren RGB, en alle wiskundige primaire kleuren XYZ, zijn willekeurige keuzes.

Het diagram (rechts) toont de locatie van de subtractieve primaire kleuren magenta, geel en cyaan, zoals gedefinieerd door optimale (maximaal verzadigde) kleuren in het CIELAB a*b* -vlak. Schilders die historisch gezien een primair palet wilden gebruiken, kozen uit de gelabelde pigmenten. Het is duidelijk dat schilders door de geschiedenis heen een tint 'primair' geel hebben gebruikt die te rood was, een 'primair' rood dat veel te geel was, en een 'primair' blauw dat te rood was. Ze hebben met name de onderstreepte pigmenten niet gebruikt, die het dichtst bij de optimale kleurkeuzes liggen: cadmiumcitroen ( PY35 ), kobaltgroenblauw ( PG50 ) en kobaltviolet ( PV49 ).

Waarom? Omdat de "optimale" pigmenten in de praktijk onbevredigende mengsels opleveren; omdat de alternatieve keuzes minder korrelig, transparanter zijn en donkerdere tinten mengen; en omdat visuele voorkeuren relatief verzadigde geel-rode mengsels vereisen, ten koste van relatief doffe groen- en paarsmengsels. Kunstenaars lieten de "theorie" varen om in de praktijk de beste kleurmengsels te verkrijgen.

Vergelijkbare afwegingen hebben de keuze voor commerciële standaarden voor video en fotografie bepaald (weergegeven hieronder op het CIELUV u*v* -vlak), en voor commercieel drukwerk ( hier weergegeven ). Kunstenaarspigmenten, filmkleurstoffen en videofosforen kunnen slechts ongeveer de helft van het totale kleurenspectrum van zichtbare kleuren mengen, maar deze beperking voorkomt problemen met vergankelijkheid (lage lichtechtheid of chemische stabiliteit), hoge productiekosten, kwaliteitscontrole en visuele normen voor de aanvaardbaarheid van beelden – met name bij het weergeven van huidtinten.

kleurenspectra die gebruikt worden in schilderkunst, fotografie en video.

op het CIELUV- chromaticiteitsdiagram; aangepast van Hunt (2004)

Het willekeurige karakter van de keuze voor echte "primaire" kleuren is door de geschiedenis heen net zo duidelijk als in de moderne media. Door de vooruitgang in de chemie en de industriële productie is de pigmentkeuze in de afgelopen drie eeuwen aanzienlijk veranderd (zie voor een overzicht Bright Earth: The Art and Invention of Color van Philip Ball ). In het vroegste industriële kleurmengsysteem, bedacht door Le Blon , bestonden de primaire kleuren uit een mengsel van karmijn, meekrap en vermiljoen (gemengd tot rood), geellak en Pruisisch blauw – de beste pigmenten die in het begin van de 18e eeuw beschikbaar waren. Het door Moses Harris voorgestelde kleurenwiel voor kunstenaars gebruikte vermiljoen, orpiment en natuurlijk ultramarijn. De 20e-eeuwse mengdriehoek van Charles Winter gebruikte alizarinekarmijn, cadmiumcitroen en ftaloblauw. Hedendaagse schilders zouden waarschijnlijk de voorkeur geven aan hansageel, chinacridonroze en ftaloblauw.

Pigmentinnovaties hebben zelfs geheel nieuwe primaire kleuren en nieuwe kleurmengsystemen gecreëerd. Zo werd magenta pas als subtractieve primaire kleur herkend nadat Alexander Murray in 1934 het CMYK-systeem had uitgevonden, omdat er daarvoor geen geschikte lichtechte magenta-inkten beschikbaar waren. Het CMYK-systeem kan op zijn beurt veel verzadigde oranje-, violet-, blauw- en geelgroene tinten niet reproduceren. In specifieke toepassingen waar helderdere kleuren vereist zijn, kunnen daarom nieuwere printsystemen met een groter kleurbereik – Hexachrome™ (zes primaire kleuren inkt) of Heptatone™ (zeven primaire kleuren) – worden gebruikt.

Wat deze compromissen mogelijk maakt – en vaak onmerkbaar in de praktijk – is het opmerkelijke vermogen van ons kleurenzicht om verschillende kleurenbeelden als gelijkwaardig of identiek te beschouwen , mits de gebruikte kleurschakeringen de relatieve verhoudingen tussen alle kleuren in het beeld behouden, met name de relatieve helderheid en tint. Zo kunnen we met een gerust hart naar een documentaire van Discovery Channel kijken over tropische vogels, koraalriffen of erupties van vulkanen, zonder te merken dat het bladgroen, het cyaan aan de kust en het magmarood in werkelijkheid veel doffer zijn dan ze lijken.

De reden dat we het kleurverschil niet opmerken, is dat kleurenzicht alle kleuren als willekeurig beschouwt , in die zin dat de nauwkeurigheid van een kleurkeuze afhangt van de beeldcontext, de kijksituatie en de verwachtingen van de kijker. Videotechnologie reproduceert acceptabele kleurverhoudingen in context, waardoor het beeld als geheel accuraat lijkt, zelfs als afzonderlijke beeldkleuren niet overeenkomen met de werkelijke kleuren van de weergegeven objecten. (Dit onderwerp wordt verder behandeld in de secties over kleurconstantie en kleurbereikmapping .)

Drie misvattingen van kunstenaars . De belangrijkste paradoxen waren al in de 18e eeuw bekend, althans in de erkenning dat verf en kleurstoffen slechts "de tinten (hoewel niet altijd de pracht) van die bijna ontelbare verschillende kleuren" van de natuur konden nabootsen, en dat verschillende kleuren (verschillende pigmenten of kleurstoffen) even goed als "primaire" rode, gele of blauwe kleur konden dienen.

Helaas kwam de erkenning lang voordat er wetenschappelijke verklaringen beschikbaar waren voor overlappende fotoreceptorgevoeligheden, additieve mengsels en kleurbereikmapping. Als gevolg daarvan ontstonden er in de 18e eeuw vier misvattingen om de problemen met primaire kleurmengsels te verklaren... en veel kunstenaars herhalen deze zelfs vandaag de dag nog.

De eerste misvatting is dat 'primaire' kleuren zichtbare kleuren moeten zijn , in de zin dat een kunstenaar een kleur verf of een golflengte van zichtbaar licht kan kiezen en zeggen: "Kijk, dat is primair geel". Maar de eerste primaire paradox laat zien dat deze overtuiging onjuist is. De 'primaire' kleuren die kleurenzicht beschrijven, zijn denkbeeldige kleuren – en de geest ervaart nooit direct de 'primaire' signalen van onze drie fotoreceptoren. De keuze is niet tussen de ene kleurtint en de andere, maar tussen een zichtbare kleur en een denkbeeldige kleur. Het is net zo min mogelijk om een ​​verf te vinden die overeenkomt met 'primair' geel als om een ​​paard te vinden dat overeenkomt met Pegasus.

De tweede misvatting is dat 'primaire' kleuren specifieke kleuren moeten zijn , in de zin dat een kunstenaar één kleur primaire gele verf kan kiezen als de 'beste benadering' van de 'echte' primaire gele kleur, of dat één primaire gele verf de 'beste' primaire gele kleur is. (Zie bijvoorbeeld het kleurentheorieboek van Jim Ames .) Maar zoals we hebben gezien, is de keuze van echte kleurstoffen altijd arbitrair: het heeft veel meer te maken met de waargenomen beeldkwaliteit dan met 'objectieve' kleureigenschappen. Vrijwel elke drie kleuren kunnen als primaire kleuren dienen, afhankelijk van hoe je ze wilt gebruiken. De enige relevante kwesties zijn (1) het daadwerkelijke bereik van mengingen (kleurruimte) dat je met de kleurstoffen kunt maken, en (2) of deze kleurruimte het gewenste visuele effect produceert in de beelden die je wilt weergeven.

De derde misvatting is dat geen van de verschillende kleuren primaire verf de "echte" primaire kleur is, omdat alle verfkleuren "onzuiver" of vervuild zijn door toegevoegd licht van de andere twee primaire kleuren. (Zie bijvoorbeeld de rechtvaardiging voor het gesplitste "primaire" kleurenpalet .) Dit is een bijzonder eigenaardig anachronisme uit de 18e eeuw en het is vanuit verschillende oogpunten onjuist. Als een verf werkelijk "puur" zou zijn en slechts één golflengte van licht zou reflecteren (wat de "zuiverste" mogelijke kleurstimulus is), zou de verf een luminantiefactor dicht bij nul hebben en zwarter lijken dan de "zuiverste" zwarte verf! En dat monochromatisch "geel" licht niet verzadigder is dan een mengsel van monochromatisch "oranje" en "geelgroen" licht, dus lichtzuiverheid is niet de oorzaak van tintzuiverheid. Ten slotte, zelfs als onze primaire kleuren drie "zuivere" lichtkleuren zouden zijn (ongeacht hun tint), zouden we nog steeds niet alle andere kleuren kunnen mengen. "Zuiverheid" of vervuiling heeft absoluut niets te maken met de beperkingen van primaire kleuren in verf of kleurstoffen.

optimale en daadwerkelijke primaire verfsoorten

zoals gelegen op het CIELAB a*b* vlak

Alle drie de misvattingen zijn reïficatie — de overtuiging dat primaire kleuren echt zijn . Maar als ze echt zijn, waaruit bestaan ​​ze dan? Het schema (rechts) toont een reeks fysieke of perceptuele componenten die momenteel worden gebruikt om de kleurervaring te verklaren. De taak van een "kleurentheoreticus" is om naar een stap in het diagram te wijzen en te zeggen: "hier bevinden zich de primaire kleuren". Zijn "primaire" kleuren eigenlijk geheugenkleuren? Zijn het specifieke kleurstoffen? Worden ze geproduceerd door subtractieve menging of additieve perceptie? Zijn het kegeltjesuitkomsten of opponentcodes?

Er bestaat geen vaste locatie voor een gereïficeerd concept, omdat het van toepassing moet zijn op veel verschillende eigenschappen van dingen in veel verschillende situaties. De 'primaire kleuren' in het netvlies, in het bewustzijn, in de colorimetrie, in kleurendruk of in kleurentelevisie hebben ook niets met elkaar gemeen. Alle 'primaire kleuren' zijn een stijlfiguur, een fictie die als realiteit wordt gepresenteerd, geen kenmerk van de wereld. Als 'kleurentheoretici' willen beweren dat primaire kleuren echt zijn, dan moeten ze snel van stof veranderen!

Deze intellectuele kwesties zijn echter irrelevant, omdat praten weinig te maken heeft met de praktijk . Van de Grieken tot de barok deden schilders gewoon wat ze deden, zonder zich te kunnen baseren op een intellectuele kleurentheorie. Als ze het over 'primaire' kleuren hadden, bedoelden ze daarmee soorten kleurstoffen , niet recepten voor licht en donker, of geel en groen. Abstracties werden gebruikt door geleerden, filosofen en natuuronderzoekers, niet door de ambachtslieden die daadwerkelijk met kleur werkten. Dat geldt vandaag de dag nog steeds. De 'primaire' kleuren in kleurentelevisie of kleurendruk zijn ontstaan ​​door onderzoek, vallen en opstaan, productiebeperkingen en acceptatie door de consument, niet door aan een kleurentheoriecalculator te draaien. Toen, net als nu, bestaat er een grote kloof tussen theorie en ervaring .

Voor kunstenaars stuit elke poging om het mengen van kleuren met verf te combineren met een abstract, rigide systeem van 'primaire' kleuren op een bijkomend probleem: het systeem kan de werkelijke verfmengsels niet nauwkeurig beschrijven . Het idealiseert bovendien kleurrelaties en ontkoppelt ze van de visuele context van specifieke objecten in de ruimte, of gepigmenteerde materialen op een specifiek type ondergrond, zoals die worden waargenomen onder een specifieke lichtintensiteit en -kleur.

De conclusie van deze historische verkenning is dat 'primaire' kleuren slechts nuttige ficties zijn . Het zijn ofwel denkbeeldige variabelen die worden gebruikt in wiskundige modellen van kleurenzicht, ofwel onvolmaakte maar economische compromissen die worden toegepast voor specifieke kleurmengingsdoeleinden met licht, verf, kleurstoffen of inkt.

Primaire kleuren worden soms verdedigd als een pedagogische vereenvoudiging om elementair kleuren mengen aan te leren. Maar, zoals ik elders betoog , zijn er ook betere kaders voor dat doel. "Nuttige ficties" zouden alleen gebruikt moeten worden als ze nuttig zijn.

In essentie is de enige rechtvaardiging voor primaire kleuren het minimaliseren van het aantal componenten dat nodig is om alle kleuren te mengen . Deze beperking is biologisch gezien logisch als je een oog ontwikkelt dat kleuren kan waarnemen (en het aantal fotoreceptorcellen moet minimaliseren), wiskundig gezien logisch als je wilt modelleren hoe dat oog werkt (en dat met zo min mogelijk variabelen wilt doen), economisch gezien logisch als je een kleurendrukwerk produceert (waarbij elke kleur een aparte drukplaat, inkt en drukgang vereist), of technologisch gezien logisch als je kleurentelevisies, computermonitoren of kleurenfilm produceert (waarbij elke kleur een aparte fosfor of kleurstof vereist).

Maar in alle gevallen is de keuze van primaire kleuren willekeurig of onvolmaakt. En als je geen ogen bouwt, geen kleurwaarnemingsprocessen modelleert, geen drukpers bedient of geen computermonitor ontwerpt, en je je kleurenspectrum voordelig kunt uitbreiden met vier, zes, twaalf of twintig kleuren op je palet, dan zijn 'primaire' kleuren irrelevant voor de taak die voor je ligt.

VOLGENDE:   moderne kleurenmodellen

Laatst herzien 08.1.2015 • © 2015 Bruce MacEvoy