kleurenzicht

In de 16e en 17e eeuw verzamelden natuuronderzoekers en hun rijke mecenassen exemplaren van schelpen, koralen, bloemen, edelstenen, mineralen, keramiek en insecten als een soort rariteitenkabinet . Deze voorwerpen werden soms gebruikt om bijzondere kleurvoorbeelden uit de natuur te identificeren en te bewaren. Daardoor behoorden ververs, drukkers en natuuronderzoekers (met name botanici en entomologen, verzamelaars van planten en insecten) tot de meest actieve kleuronderzoekers in de 18e en vroege 19e eeuw.

De eerste kleurliefhebbers hadden echter geen garantie dat ze het volledige scala aan mogelijke kleuren hadden waargenomen. Ze begrepen de fysiologische beperkingen van kleurenzicht niet en konden er daarom niet zeker van zijn dat een nieuw insect, koraal, bloem of edelsteen niet een tint zou onthullen die nog nooit eerder was gezien.

Deze onzekerheid verdween in 1704 toen Isaac Newton zijn Opticks publiceerde , de eerste wetenschappelijke analyse van kleur. Een van de vele verbluffende doorbraken in dit boek was Newtons bewering dat hij alle fundamentele kleuren had geïdentificeerd – en daarmee ook alle mogelijke mengkleuren. Elke kleur kon worden herleid tot een zuivere spectrale tint of tot een geometrisch gedefinieerde mengeling van spectrale tinten. Newton symboliseerde deze intellectuele afsluiting als een gesloten cirkel: zijn kleurencirkel . Zo kwam er een einde aan de twijfel over het scala aan mogelijke kleuren.

Het praktische probleem bleef echter dat precieze spectrale mengsels tot halverwege de 19e eeuw moeilijk te verkrijgen waren, objectkleuren doorgaans doffer en complexer waren dan de kleuren van gemengde spectrale lichten, en al die complexe kleuren nog steeds een naam moesten krijgen en als fysiek voorbeeld moesten worden vastgelegd. De laatste twee vereisten waren in feite de belangrijkste en het gemakkelijkst te vervullen. Natuuronderzoekers moesten hun kleuridentificaties en kleurbenamingen daarom afleiden uit een kleurenatlas , een traditionele oplossing die teruggaat tot AG Werners Nomenclature of Colors (1774) en Robert Ridgeways Color standards and color nomenclature (1912). Deze atlassen boden een reeks handgeschilderde kleurvlakken als visuele standaard voor elke kleur, met de naam van de kleur en, in eerdere versies, een lijst van bloemen, insecten of mineralen die de kleur in de natuur illustreerden. Vergelijkbare hulpmiddelen worden vandaag de dag nog steeds gebruikt in de tuinbouw, landbouw en voedselverwerking.

Kleurenmengsel . Als het benoemen van een kleur slechts bijkomstigheid was, dan konden kleuren worden gereduceerd tot een recept of een proportioneel mengsel van een paar standaardkleurstoffen of 'primaire' kleuren. De ondernemende drukker Jakob Christoffel Le Blon paste deze aanpak als eerste toe op de industriële taak van kleurendruk. Hij toonde aan dat kleurenafbeeldingen konden worden gemaakt met drie primaire of 'primitieve' gekleurde inkten, meestal aangevuld met een vierde zwarte inkt. De inkten werden over elkaar heen gedrukt met aparte, zorgvuldig uitgelijnde mezzotintplaten (een techniek die eerder was ontwikkeld bij de houtsnede van boekillustraties). Meerkleurige druksystemen vergelijkbaar met die van Le Blon, hoewel niet commercieel succesvol, bleven tot het einde van de 18e eeuw in gebruik. De meerkleurige druktechniek werd nieuw leven ingeblazen met de uitvinding van de chromolithografie in de jaren 1860, die pas in de jaren 1890 op grote schaal werd toegepast. Maar vanaf die tijd tot op de dag van vandaag worden kleurendruksystemen gebaseerd op gestandaardiseerde inktkleuren en mengrecepten universeel gebruikt door commerciële drukkers voor de massaproductie van kleurenafbeeldingen. Moderne kleurmengsystemen omvatten onder andere het CMYK-kleursysteem ( vier inkten , ontwikkeld in 1934), het Pantone™-kleursysteem met 14 inkten en het Hexachrome™-kleursysteem met zes inkten .

De Pantone-kleurenkaarten en andere drukwerksystemen zijn gebaseerd op gestandaardiseerde gedrukte kleurstalen, waarbij elke kleur reproduceerbaar is als een zorgvuldig samengestelde mix van een beperkt aantal 'primaire' inkten. Het zijn eigenlijk 'kleurenreceptenboeken' die gekoppeld zijn aan specifieke technologieën voor kleurreproductie, en ze vereisen dat de grafisch ontwerper visueel een kleur selecteert uit een beperkte (hoewel soms zeer grote) index van gedrukte kleurstalen. Deze boeken bieden geen enkele manier om te visualiseren hoe alle kleuren bij elkaar passen, net zoals een stadsplattegrond geen idee geeft hoe de stad er op een kaart uitziet.

Kleurenmodellen . Deze behoefte aan een geometrisch raamwerk of kleurenkaart leidt ons naar moderne kleursystemen , die elke kleur een plaats geven en kleuren specificeren als combinaties van fundamentele kleureigenschappen. Het eerste kleursysteem werd wellicht voorgesteld door de Duitse astronoom Tobias Mayer in een college aan de universiteit in 1758. Mayer presenteerde zijn systeem, dat pas in 1775 werd gepubliceerd, als een concept, maar hij beschreef hoe alle kleuren geanalyseerd konden worden als mengsels van 'primaire' kleuren, toonde aan dat lichtheid een volledig aparte dimensie van kleur is, los van tint, en demonstreerde hoe het systeem gebruikt kon worden om objectkleuren te identificeren of te vergelijken, zoals de kleuren van pigmenten. Mayer baseerde zich op visuele kleurvergelijking om te voldoen aan de eerste vereiste van een modern kleurenmodel (stimulusmeting), maar hij liet zien hoe een consistent geometrisch raamwerk unieke numerieke labels voor kleuren kon opleveren.

Het eerste kleurenmodel dat het driedimensionale raamwerk hanteerde dat in de kleurenleer de standaard is geworden, was de Farbenkugel of "Kleurenbol", voorgesteld door de Duitse romantische schilder Philipp Otto Runge (1777-1810) in 1810 (rechts). De bol heeft de wit- zwartwaardeschaal als poolas en Newtons volledige kleurencirkel van pure of maximaal intense kleuren als evenaar. Runge's kleurencirkel is ook een van de eerste die de kleurencirkel verdeelt in "primaire", secundaire en tertiaire kleuren . Zoals Runge trots beweerde:

Het is onmogelijk om een ​​nuance te bedenken die ontstaat door een mengsel van de vijf elementen (blauw, geel, rood, wit en zwart) en die niet binnen dit kader valt; evenmin kan het hele systeem door een andere correcte en complete figuur worden weergegeven. En aangezien elke nuance de juiste relatie heeft tot alle zuivere elementen en tot alle mengsels, moet deze bol worden beschouwd als een universele kaart, waarmee iedereen zich kan oriënteren in de algehele context van alle kleuren.

Michel-Eugène Chevreul volgde in 1839 met zijn eigen "kleurenhemisfeer", en abstracte kleursystemen werden een van de minder bekende prestaties van 19e-eeuwse Europese wetenschappers en de kunstenaars die hun werk bestudeerden.

Aannames van kleurmodellen . Het geometrische raamwerk dat in moderne kleurmodellen wordt gebruikt, bestaat uit de drie kleureigenschappen die zijn gerangschikt om een ​​driedimensionale ruimte te definiëren. De onderstaande afbeelding laat zien hoe dit werkt. De verticale dimensie van zwart naar wit is de helderheid of waarde van een kleur; de omtrek van de horizontale schijf loodrecht op de helderheidsdimensie is de tint van een kleur; en de laterale afstand of straal op deze schijf, vanaf het midden naar buiten, is de chroma (ongeveer de verzadiging ) van een kleur.

de geometrie van kleureigenschappen in moderne kleurmodellen

Merk op dat deze opstelling ervoor zorgt dat tinten geleidelijk in elkaar overgaan, maar dat chroma en helderheid worden gedefinieerd als linialen of verhoudingsschalen die beginnen bij een vast nulpunt: zwart voor helderheid en grijs voor verzadiging.

Kleurenmodellen verschillen in de specifieke aannames die worden gebruikt om de kleurgeometrie en kleurlabels te definiëren, en in de specifieke meetmethoden die worden gebruikt om de geometrie te koppelen aan kleurstimuli en kleurvoorbeelden. Mijn selectie van kleurenmodellen is bedoeld om deze verschillen te benadrukken:

•  Geometrische uniformiteit - De perceptuele feiten van kleur zijn enorm complex, en veel vroege modellen benadrukten een geometrisch of logisch raamwerk dat kleur op een vereenvoudigde manier samenvatte. Deze systemen gebruiken visuele kleurvergelijking om kleuren te meten, doen een beroep op de fenomenologie of subjectieve relaties tussen kleuren, en benadrukken een raamwerk voor verbale kleurcommunicatie. Het beste moderne voorbeeld is het Zweedse NCS- kleurenmodel.

•  Perceptuele uniformiteit - Het doel is hier een kleurgeometrie te creëren waarbij de meeteenheden staan ​​voor gelijke schijnbare kleurverschillen op alle dimensies van kleurvorming. Waargenomen kleurverschillen bepalen de kleurgeometrie en de weergave ervan in fysieke kleurstalen. Het klassieke moderne voorbeeld is het Munsell-kleurordesysteem ; zeer verschillende recente voorbeelden zijn de OSA-uniforme kleurschalen en het CIE 1976 UCS- diagram (uniforme chromaticiteitsschalen).

•  Trichromatische colorimetrie - Moderne kleurmodellen zijn steeds vaker gekoppeld aan de elektronische meting van spectrale emissie- of reflectieprofielen, uitgedrukt als een mengsel van drie denkbeeldige "primaire" lichtbronnen, de zogenaamde XYZ-tristimuluswaarden . Dit standaardiseert het "oog" dat gebruikt wordt om kleuren te vergelijken en maakt geautomatiseerde kleuraanpassing mogelijk. Moderne voorbeelden van deze aanpak zijn CIELUV en CIELAB .

•  Kleurwaarneming - De vroegste kleurmodellen beschreven alleen kleuren die werden bekeken of vergeleken in een gestandaardiseerde kijksituatie . In de afgelopen decennia zijn ambitieuzere kleurmodellen ontwikkeld die de kleurruimte aanpassen om de effecten van de visuele context (de lichtbron, omgevings- en achtergrondkleuren) en extreme kijkomstandigheden (kleine of grote kleurstalen, gedimd of helder licht) weer te geven. Dit verheft ze tot de status van kleurwaarnemingsmodellen — kleurmodellen die een breed scala aan realistische kleurervaringen voorspellen. Het huidige voorbeeld van deze aanpak is CIECAM02 .

Een gezaghebbende samenvatting van de ontwikkeling en empirische grondslagen van moderne kleurmodellen is te vinden in Rolf G. Kuehni's Color Space and Its Divisions: Color Order from Antiquity to the Present (Wiley Interscience, 2003). Voor een interactieve handleiding over historische kleurmodellen, zie J. Frans Gerritsen's Evolution in Color (Schiffer, 1988).

Het beste technische overzicht van moderne kleurordeningssystemen, uniforme kleurruimten en de nieuwste kleurweergavemodellen en prototype beeldkleurweergavemodellen (ICAM's) die zijn ontworpen voor kleurreproductietechnologieën, is te vinden in Mark Fairchilds Color Appearance Models (2e editie) (Addison Wesley, 2005); zie ook de updates en informatie op Fairchilds website .

Op de website van Colorcube is een prachtige verzameling historische kleurmodellen te vinden, deels gebaseerd op het boek van Gerritsen . Het meest uitgebreide historische overzicht van kleurentheorieën, met talrijke illustraties van elk kleurmodel, is te vinden in het Colorsystem Virtual Color Museum . Voor een archief met illustraties van historische kleurmodellen, zie de pagina van Dr. Hans Irtel .

Zweeds natuurlijk kleurensysteem

Halverwege de 19e eeuw ontstonden er twee verschillende Europese benaderingen van kleur. De ene berustte op een kwantitatieve beschrijving van kleur via de methoden van de psychofysica , een traditie die werd gesticht door James Clerk Maxwell en Hermann Helmholtz . Deze benadering vond zijn oorsprong in het werk van Isaac Newton en legde de basis voor het kleursysteem van Albert Munsell en de vele colorimetrische kleurmodellen van het CIE .

De alternatieve benadering, die dominant werd in de Europese filosofie en beeldende kunst, benadrukte de logische beschrijving van de kleurbeleving. Kleur werd geïdealiseerd als 'pure' sensaties, georganiseerd als verbale of geometrische modellen van kleurrelaties. Het Zweedse Natural Color System ( NCS ), voorgesteld door Tryggve Johansson in de jaren 30 en uiteindelijk gerealiseerd door Sven Hesselgren en Anders Hård aan het Scandinavian Colour Institute in de jaren 60, is een modern kleurmodel dat deze benadering illustreert. Het NCS is momenteel een kleurstandaard in verschillende Scandinavische en EU-landen.

De experimentele oorsprong van het NCS gaat terug tot Ewald Herings Das natürliche Farbsystem (1905), waarin kleuren worden beschreven als het resultaat van tegenkleurverwerking en de menging van vier unieke tinten plus zwart en wit. Herings benadering van kleur was fenomenologisch of subjectief: hij probeerde de universele patronen of wetten van onze kleurervaring te beschrijven zonder te specificeren welke externe prikkel of interne kleurreceptoren deze zouden kunnen produceren. Deze fenomenologische benadering kan van Hering worden teruggevoerd naar de romantische Duitse filosofen Arthur Schopenhauer, Georg W.F. Hegel en uiteindelijk naar J.W. von Goethe – hoewel die auteurs en hun filosofische ideeën van weinig praktisch nut waren voor de kunstenaars van hun tijd.

Vier componenten van NCS . Deze fenomenologische of 'in het hoofd'-benadering van kleurmodellering is gebaseerd op vier componenten.

De eerste is een universele formule voor kleurspecificatie:

kleur = C(u ₁ +u ₂ ) + S + W

waarbij C de schijnbare verhouding van pure kleurtint (chromaticiteit) in de kleur vertegenwoordigt, S  (Duits Schwartz ) de schijnbare verhouding van zwart in de kleur is en W (Duits Weiss ) de schijnbare verhouding van wit is. Het chromatische bestanddeel bestaat uit een enkele unieke tint, of vaker uit een mengsel van twee aangrenzende unieke tinten, weergegeven als ( u1 ₊ u2 ₎ . Hering noemde elke kleur die gemengd was met wit of zwart (of beide) een gesluierde kleur , en onder deze mengsels verstond hij alle doffe, verdunde en bijna neutrale kleuren.

De basisformule heeft een lange geschiedenis. De westerse schilderkunst gebruikte de techniek van gebroken kleur om zuivere pigmentkleuren (hoge chroma) aan te passen door ze te mengen met witte en/of zwarte verf, een methode die werd beschreven door Cennini, Alberti en Leonardo da Vinci. Dezelfde menggeometrie wordt gebruikt in Michel-Eugène Chevreuls kleurenhalfrond . Herings kleurspecificatie werd ook gebruikt door de Duitse chemicus en Nobelprijswinnaar Wilhelm Ostwald (1853-1932) in zijn Mathetische Farbenlehre (Kwantitatieve Chromatica), gepubliceerd in 1917, en geïllustreerd door de Farbkörper (Kleurenatlas), gepubliceerd in 1919. Ostwalds systeem was zeer invloedrijk onder de kunstenaars en ontwerpers van De Stijl en het Bauhaus.

Het tweede onderdeel van de fenomenologische benadering van kleur is een beperkte versie van de universele kleurgeometrie . De vier unieke kleuren van Hering zijn zo gerangschikt dat ze vier kardinale punten rond de kleurencirkel vormen, zoals weergegeven in de figuur. Volgens Herings oorspronkelijke concept definiëren de y/b- en r/g -tegenfuncties twee dimensies loodrecht op elkaar binnen de kleurencirkel. Antagonistische unieke kleuren, die volgens Herings theorie niet mogen mengen, bevinden zich aan de tegenoverliggende uiteinden van de twee dimensies. De derde tegendimensie, gedefinieerd door wit en zwart, staat loodrecht op de eerste twee.

drie kleurdimensies gedefinieerd door de kleuren van de Hering.

Het derde onderdeel bestaat uit twee regels voor het mengen van kleuren :

(1) Alleen unieke kleuren op verschillende tegenoverliggende dimensies kunnen worden gemengd; unieke kleuren aan tegenoverliggende uiteinden van dezelfde dimensie kunnen niet worden gemengd. (Dat wil zeggen, we mogen geen mengsels van "geelblauw" of "roodgroen" maken.)

(2) Wit en zwart kunnen met elkaar en met elke andere kleurmenging in elke verhouding worden gemengd; dit biedt het volledige scala aan tinten, tonen en nuances voor elke kleur.

Het vierde en laatste onderdeel is een vast bedrag voor de kleurspecificatie:

C(u ₁ +u ₂ ) + S + W = 100

Net zoals de mengsels in Tobias Mayers kleurenhexaëder optellen tot 1, dwingt dit de kleurgeometrie tot een driehoekige (conische, hexaëdrische) vorm.

Het NCS-kleurenmodel . Deze vier ontwerpelementen verbinden de zes Hering-kleuren als 13 elementaire schalen : een enkele grijsschaal (wit tot zwart) en drie chromatische schalen voor elke tint (bijvoorbeeld rood tot wit, rood tot zwart en rood tot grijs). Deze schalen meten de mengverhoudingen van de zes hoofdkleuren.

De basisformule voor kleurmenging = C + S + W = 100 dicteert dat het model het handigst kan worden weergegeven als verticale secties, kleurdriehoeken genaamd , die één zuivere kleur of kleurmengsel, zuiver wit en zuiver zwart als de drie hoeken van een gelijkzijdige driehoek bevatten. Dit is equivalent aan de geometrie van twee kegels die aan hun basis met elkaar verbonden zijn, zoals gebruikt in het systeem van Ostwald, zoals hieronder weergegeven voor de 13 elementaire schalen en een paarse (gemengde rode en blauwe) kleursectie.

geometrisch raamwerk van het Zweedse NCS-kleurenmodel

Het NCS wordt geïllustreerd door de NCS-kleurenatlas , een groot boek met standaard kleurstalen. De atlas bevat 40 van deze kleurdriehoeken op gelijke afstanden rond de kleurencirkel — negen stappen (intervallen van 10% menging) tussen elk paar aangrenzende unieke tinten. De atlas bevat ook een weergave van de volledige kleurencirkel bij maximale chroma, een helderheidsschaal van wit tot zwart, en verschillende 'gebroken wit'-kleurstalen als hulpmiddel bij het specificeren van pastelkleuren.

Elke kleurdriehoek toont een brede selectie kleurstalen, gemaakt van mengsels van de zuivere kleur met zwart ( S ) en/of wit ( W ). Lijnen met een gelijke hoeveelheid zwart worden weergegeven als diagonale rijen parallel aan de bovenrand van de driehoek; de zwartheid neemt toe van de bovenrand naar de onderhoek. Lijnen met een gelijke hoeveelheid wit worden weergegeven als diagonale rijen parallel aan de onderrand; de witheid neemt toe van de onderrand naar de bovenhoek. Hierdoor worden gradaties in chroma ( C ) weergegeven door verticale kolommen door de driehoek, van de linkerhoek (de maximale chroma), die geen wit of zwart bevat, tot de grijsschaal langs de verticale rand. Kleurstalen voor de zuivere kleuren, wit en zwart zijn weggelaten vanwege de beperkingen van beschikbare pigmenten, en zeer donkere of bijna neutrale stalen worden meestal weggelaten om de productiekosten en de visuele rommel te verminderen.

een pagina uit de NCS kleurenatlas 96 (standaardversie)

De NCS-notatie of kleuraanduiding definieert het visuele uiterlijk van de kleur en laat zien hoe deze te vinden is in de NCS-kleurenatlas 96 (1996), die wordt weergegeven door de bovenstaande voorbeeldpagina. De toonmengeling wordt vóór de tint vermeld. De eerste twee cijfers geven het percentage zwart in de kleur aan, gevolgd door het tweecijferige percentage van de pure kleur. (Het percentage wit wordt weggelaten, omdat dit gelijk is aan de andere twee percentages afgetrokken van 100.) Vervolgens worden tintmengsels genoteerd met letters voor de twee unieke tinten die bijdragen aan het mengsel, tussen haakjes het percentage van de tweede tint in het mengsel: Y60R staat voor een rood-oranje mengsel van 60% rood en (door aftrekking) 40% geel. Pure tinten worden eenvoudigweg genoteerd als R , Y , G of B. De volledige notatie S 1060-Y60R staat dus voor (1) een pure tint die is gemengd uit 60% rood en 40% geel, en (2) een kleur die is gemengd uit 10% zwart en 60% pure tint (en 30% wit). Achromatische (grijze) tinten worden eenvoudigweg aangegeven met het aandeel zwart, gevolgd door N voor neutraal: S 1500-N staat voor een lichtgrijs met 15% zwart (en 85% wit).

Een belangrijk kenmerk van de NCS is dat alle zuivere kleurstandaarden denkbeeldig zijn: het referentiepunt voor puur wit of puur geel wordt in de geest gevisualiseerd, en kleurmengsels worden beoordeeld aan de hand van deze ideale standaarden. (Daarom zijn er geen kleurstalen te vinden op de punten C , S  of W in de bovenstaande voorbeeldtintdriehoek: geen enkel pigment kan deze zuivere, ideale kleuren evenaren.) Dit was in overeenstemming met Herings oorspronkelijke fenomenologische kleurdefinities, maar werd ook bevestigd door experimenten die aantoonden dat mensen kleurmengsels net zo nauwkeurig konden beoordelen aan de hand van ideale (denkbeeldige) kleurstandaarden als aan de hand van fysieke kleurstalen.

Het NCS gebruiken en interpreteren . Het NCS is primair ontwikkeld voor communicatie over kleur in alledaagse en ontwerptoepassingen, omdat de eenvoudige kleurgeometrie en de directe relatie met visuele kleurbeoordelingen het beschrijven van kleur gemakkelijk maken . Het enige benodigde "meetinstrument" is een persoon met normaal kleurenzicht, training in de NCS-notatieconventies en toegang tot een NCS-kleurenatlas als referentie. (Net als bij Munsell moeten de kijkomstandigheden zorgvuldig worden gestandaardiseerd om vergelijkbare kleurbeoordelingen te garanderen.)

Een ontwerper of architect die een specifieke kleurnorm wil communiceren, schat eenvoudigweg de mengverhouding van Hering-kleuren die deze norm creëert, zoekt de overeenkomende kleur op in de NCS-kleurenatlas en bepaalt de NCS-kleurnotatie van de kleur. Een textielfabriek of bouwbedrijf gebruikt vervolgens de NCS-notatie om het kleurmonster te identificeren dat ze in stof of muurverf moeten namaken. Het grootste nadeel van deze methode is dat de meeste mensen het erg moeilijk vinden om doffe of donkere kleuren (met name bruin, beige of bordeauxrood) te herkennen aan hun verzadigde, unieke kleurmenging.

Een van de eerste moderne kleurenmodellen: de "kleurensfeer" van Philipp Otto Runge (1810).

Bovenste rij: buitenaanzichten van de witte en zwarte "palen"; onderste rij: horizontale en verticale doorsneden door de bol.

De geometrische eenvoud van de NCS introduceert enkele significante vertekeningen of complicaties in de perceptuele kleurruimte. Omdat de vier Hering-kleuren niet gelijkmatig verdeeld zijn over een perceptuele kleurencirkel (zoals bijvoorbeeld weergegeven op het CIECAM a _c b _c- vlak), zijn de tintverschillen rond de NCS-kleurencirkel ook niet perceptueel gelijk. De verschillen tussen de geelgroene tintdriehoeken zijn perceptueel zeer klein, terwijl de tintverschillen tussen de blauwgroene en paarse tintdriehoeken vrij groot zijn. Dit betekent dat fijne kleurdiscriminaties mogelijk zijn voor geelgroene kleuren, terwijl blauwgroene en paarse kleuren enig giswerk vereisen. Bovendien is de chroma-afstand ongelijk van de ene tint naar de andere, en van neutrale naar intense kleuren binnen elke tint (rechts).

Bovendien zijn tegenovergestelde kleuren in de meeste delen van de kleurencirkel geen visuele complementen die "tot grijs mengen" , omdat de unieke tinten zelf geen visuele complementen zijn. Het visuele complement van uniek rood is niet uniek groen, maar een blauwgroen dat zich ongeveer op G40B bevindt ; het visuele complement van uniek blauw is niet uniek geel, maar een diepgeel dat zich ongeveer op Y30R bevindt. Ten slotte verschillen de mengcomplementen van de kunstenaar ook van de NCS-complementen. En hoewel de NCS nieuwe complementaire relaties vaststelt, is er geen bewijs dat deze prettiger (of minder prettig) of effectiever zijn dan de complementen die op andere manieren zijn gedefinieerd.

Het meest raadselachtige is dat de "pure" tinten bij maximale chroma aanzienlijk variëren in helderheid rond de kleurencirkel: een intens geel is veel lichter dan een intens blauw, maar in NCS worden ze allemaal weergegeven als kleuren zonder zwart en zonder wit, en worden ze op hetzelfde middelpunt van de verticale wit/zwart-dimensie geplaatst. Dit betekent dat de wit/zwart-mengverhouding niet consistent de werkelijke helderheid van kleuren beschrijft, en dat alle mengintervallen (kolommen en diagonale rijen in de kleurendriehoek) geen vergelijkbare stappen definiëren voor verschillende tinten. Voor een lichtgele tint zijn de 10 gradaties in W (tussen geel en wit) perceptueel vrij klein, terwijl de 10 gradaties in S  (tussen geel en zwart) vrij groot zijn. Voor een donkerblauwviolet is het omgekeerde waar. Dit is volledig in overeenstemming met de Hering-definitie van zwart als een kleur in plaats van als de afwezigheid van licht, maar het maakt NCS onvergelijkbaar met andere kleursystemen die gebaseerd zijn op helderheid.

Het voordeel van deze ogenschijnlijk willekeurige relatie is dat verschillende tinten op dezelfde locatie binnen hun respectievelijke kleurdriehoeken – dat wil zeggen, tinten die worden aangeduid met dezelfde witheids- en zwartheidswaarden ( S1060 voor het oranje in de bovenstaande illustratie) – dezelfde nuance hebben , en nuance is een effectieve manier om kleuren met elkaar te vergelijken, zoals beschreven op de pagina over kleurenharmonieën .

De meeste kleurordeningssystemen die gebaseerd zijn op een eenvoudig subjectief of geometrisch kader, hebben vergelijkbare nadelen. Deze zijn niet ernstig zolang de modellen alleen worden gebruikt om individuele kleurstalen te labelen en erover te communiceren, maar het NCS mag niet worden gebruikt om waargenomen kleurverschillen te modelleren . En deze nadelen kunnen zelfs een voordeel zijn in kleurontwerp, bijvoorbeeld bij het gelijkstellen van de schijnbare witheid van verschillende tinten in pastelkleurenschema's.

Over het algemeen wekte de fenomenologische en geometrische benadering echter weinig interesse bij Amerikaanse en Britse onderzoekpsychologen, die zich in plaats daarvan richtten op psychofysische methoden voor kleurschaling.

Voor meer informatie over de NCS en aanverwante kleurproducten kunt u terecht op de NCS -website .

Munsell-kleursysteem

Het Munsell-kleursysteem is wellicht het eerste moderne kleursysteem – gebaseerd op de drie basiseigenschappen van kleurvorming en geïmplementeerd door middel van nauwkeurige kleurmetingen. Het werd in de jaren 1890 bedacht door de Amerikaanse kunstenaar en docent Albert H. Munsell (1858-1918) en in 1905 beschreven als een theoretisch kleurmodel. In 1915 werd het geïllustreerd met een atlas van 15 pagina's met kleurstalen. (Deze atlas werd in 1929 grondig herzien en opnieuw uitgegeven als het Munsell Book of Color, bestaande uit 20 pagina's met elk ongeveer 20 kleurstalen.) Het Munsell-systeem werd begin jaren 1940 ingrijpend herzien of "herzien" en vervolgens aangenomen als het standaard kleurreferentiesysteem in de VS. Het blijft een van de meest populaire en meest gebruikte kleursystemen.

Munsell bedacht zijn systeem oorspronkelijk als een methode om kleur te beschrijven voor kunstenaars en om kinderen kleur te leren. Hij was bekend met de Europese, geometrisch regelmatige kleurmodellen van Chevreul, Wundt en anderen, en ontwierp (en patenteerde) zijn systeem aanvankelijk als een kleursfeer. Maar met een typisch Amerikaanse empirische instelling overtuigde hij zichzelf door analyse van verfmonsters ervan dat de kleurruimte niet geometrisch regelmatig was. In plaats daarvan probeerde Munsell zijn model te baseren op gelijke waargenomen kleurverschillen voor elk kleurvormend attribuut, in sommige gevallen gekoppeld aan meetbare veranderingen in de samenstelling van de kleurstimulus, in een vrij vertakkende geometrie die een kleurboom wordt genoemd.

Munsell liet zich inspireren door en maakte veelvuldig gebruik van de expertise van de Amerikaanse natuurkundige en kleurenonderzoeker Ogden Rood . Rood liet Munsell zien hoe hij met een kleurenschaal complexe kleuren kon analyseren en opsplitsen in additieve kleurmengsels van 'primaire' kleuren. Hij ontwikkelde ook perceptueel gelijke grijs- of kleurverzadigingsschalen op basis van proportionele mengsels van zwart en wit. Met deze methode kon Munsell incrementele stappen in verzadiging (proportionele mengsels met grijs) of tint (door proportionele mengsels van 'primaire' kleuren, of analoge kleuren zoals rood en geel) simuleren en visueel complementaire kleuren identificeren (verzadigde tinten die additief mengen tot een puur grijs). Gedurende meer dan tien jaar van geduldig, stapsgewijs werk analyseerde Munsell reflecterende of oppervlaktekleuren in hun componenten helderheid, tint en verzadiging. Deze analyse publiceerde hij in zijn atlas als gelijke schijnbare verschillen in elk van deze kleureigenschappen.

Geometrie van het Munsell-systeem . De ruggengraat van het Munsell-systeem, de "stam" van de kleurenboom, is een verticale dimensie van helderheid of waarde , die is ontwikkeld op basis van menselijke perceptuele beoordelingen van gelijke verschillen in helderheid tussen visuele (kleurentop) mengsels van witte en zwarte verf. De Munsell -waardeschaal loopt van puur zwart (0) tot puur wit (10); elke stap is onderverdeeld in decimale stappen, wat resulteert in een helderheidsschaal met 100 stappen.

lijnen met constante NCS-tint en
-verzadiging uitgezet op het CIELAB a*b*-vlak

naar Kuehni (2003)

Op het middelste waardeniveau bevindt zich een kleurencirkel die wordt gedefinieerd door vijf gelijkmatig verdeelde kleurdimensies : rood ( R ), geel ( Y ), groen ( G ), blauw ( B ) en paars ( P ), met de klok mee (geel bovenaan, rood links). Deze hoofdkleuren worden gescheiden door vijf mengkleuren: geelrood ( YR ), groengeel ( GY ), blauwgroen ( BG ), paarsblauw ( PB ) en roodpaars ( RP ). Elk van deze mengkleuren is de visuele complementaire kleur van de hoofdkleur die er recht tegenover ligt. Deze hoofd- en mengkleuren verdelen de kleurencirkel in tien gelijke kleursegmenten, en elk kleursegment is op zijn beurt weer verdeeld in tien (met de klok mee), wat resulteert in een kleurencirkel met 100 stappen. Het "standaard" of centrale voorbeeld van elk kleursegment bevindt zich bij stap 5 (diagram, rechts).

Ten slotte werd elke tint gekalibreerd in gelijke chroma- stappen van nul (puur grijs) tot de maximale kleurintensiteit van de verf of inkt die voor elke tint werd gebruikt; in de geïdealiseerde (streef)kleuren worden chroma-intervallen berekend tot aan de optimale kleurgrenzen .

Het nagenoeg cilindrische raamwerk van het Munsell-systeem (zie hieronder), dat een waardeschaal omvat die wordt begrensd door de luminantiefactor van oppervlakken en chromastappen die worden begrensd door de optimale kleurgrenzen voor elke tint. De dimensies zijn verder niet met elkaar verbonden, wat overeenkomt met de afzonderlijke perceptuele meetprocedures die worden gebruikt om ze te definiëren.

conceptueel kader van het Munsell-kleurensysteem (1905)

Kleuren worden "benoemd" met behulp van de standaardnotatiereeks tint/verzadiging. Zo zou het pigment vermiljoen worden genoteerd als 8,5R 5,5/12 — een tint van 8,5 in het R- segment, een waarde van 5,5 en een verzadiging van 12. Elke fysiek realiseerbare oppervlaktekleur (verf, inkt of kleurstof) kan binnen het Munsell-kader worden geplaatst door decimale stappen te gebruiken voor de tint, waarde en verzadiging. (Munsell ontleende zijn kleurtermen blijkbaar aan de Franse termen valeur en chromatisme, die hij opdeed tijdens zijn kunststudie in Parijs in de jaren 1880.)

Hoe meet je kleur met het Munsell-systeem? Aanvankelijk (en zelfs nu nog) door middel van menselijke kleurbeoordelingen. De Munsell-kleuren zijn gestandaardiseerd als zorgvuldig voorbereide kleurstalen of verfmonsters, gepresenteerd op aparte pagina's van een referentiecatalogus, het Munsell Book of Color . Elke pagina bevat kleurstalen van één enkele tint, gerangschikt in een tweedimensionaal raster gedefinieerd door waarde en verzadiging. Kleuren worden geïdentificeerd door ze naast de atlasmonsters te plaatsen totdat de dichtstbijzijnde kleurovereenkomst is gevonden. Decimale kleurwaarden worden afgeleid door een kleurmonster tussen twee bestaande Munsell-monsters te plaatsen. Deze visuele beoordelingen zijn alleen nauwkeurig als het vergelijkingskleurmonster even groot is als de atlasmonsters en alle kleuren worden bekeken op een grijze achtergrond onder dezelfde daglicht- of gloeilampverlichting (meestal lichtbron C).

Er zijn echter nu door de ASTM gepubliceerde conversieformules en opzoektabellen beschikbaar waarmee een Munsell-equivalent kan worden berekend voor elke spectrofotometrische (CIE XYZ of Yxy) kleurspecificatie. Deze maken het mogelijk om te converteren van en naar Munsell en elk ander modern kleursysteem dat ook op de CIE-standaarden is gebaseerd.

De Munsell-hernotaties . In de jaren twintig werden enkele van de Munsell-monsters uit 1915 voor het eerst gemeten met een spectrofotometer, en deze werden kort na de ontwikkeling ervan in 1931 in de CIE 2° Yxy-kleurruimte geplaatst.

De eerste metingen werden uitgevoerd door het Amerikaanse National Bureau of Standards, dat geïnteresseerd was in de ontwikkeling van het Munsell-systeem als kleurstandaard. In de jaren dertig begon ook de Optical Society of America met een technische studie van het systeem. Het volledige Book of Color uit 1929 werd in 1935 spectrofotometrisch gemeten en in 1940 gepubliceerd als Yxy- waarden. Deze metingen brachten grote discrepanties aan het licht tussen de kleurstalen uit 1915 en 1929, en grote onregelmatigheden in de spreiding van de kleurstalen op het Yxy- chromaticiteitsdiagram, met name in de chroma-intervallen, maar ook in de lijnen met gelijke tint.

Het OSA-comité richtte zich voornamelijk op het definiëren van de Munsell-waardeschaal als een wiskundige formule, gebaseerd op visuele beoordelingen van grijstinten door een grote groep waarnemers, en op het beoordelend aanpassen of "gladstrijken" van de contouren van Munsell-tint en -verzadiging op xy-chromaticiteitsdiagrammen uit 1931. Deze berekeningen werden gebruikt om de waardeschaal te herzien, de tint- en verzadigingsintervallen gelijk te trekken, de verzadigingsintervallen uit te breiden tot de optimale kleurgrenzen en de materiaalkleurspecificaties opnieuw te definiëren. Dit herziene systeem werd in 1943 gepubliceerd als specifieke Yxy -waarden voor 2700 unieke kleurlocaties, als een wiskundige formule om de Munsell-waarde te berekenen uit XYZ- tristimuluswaarden, en als verschillende xy-chromaticiteitsdiagrammen uit 1931 die werden gebruikt voor de visuele schatting van Munsell-tint- en verzadigingswaarden uit xy-waarden. Latere edities van het Book of Color zijn samengesteld om aan deze doelstellingen uit 1943 te voldoen. Het herziene systeem is de standaard specificatie van Munsell-kleuren die tegenwoordig wordt gebruikt.

Vervolgens heeft de OSA-commissie die werkte aan uniforme kleurschalen ( hieronder besproken ) de herclassificatiegegevens opnieuw bekeken. Dit gebeurde in het algemeen om de effecten te onderzoeken van het opleggen van een werkelijk driedimensionale definitie van kleurverschillen, maar met name om de effecten van responscompressie op de chroma van verschillende tinten te onderzoeken. De gegevens voor dit herclassificatiesysteem werden in 1967 gepubliceerd voor meer dan 2900 kleurstalen en vertegenwoordigen een belangrijke herziening van de Munsell-standaarden. Het wordt niet algemeen gebruikt.

Tegenwoordig zijn alle Munsell-kleuren beschikbaar als geïdealiseerde tristimuluswaarden of doelkleuren, en kunnen Yxy- kleurlocaties of kleurspectrofotometrische gegevens volledig door computersoftware naar de Munsell-notatie worden omgezet. Zo is het kleursysteem dat is ontworpen om kinderen kleuren te leren, uitgegroeid tot een digitaal voorbeeld en industriële kleurstandaard.

De asymmetrie van de kleurruimte . Munsell en zijn opvolgers werkten hard om kleurstalen te produceren die perceptueel even ver van elkaar verwijderd waren , ofwel evenveel verschilden van naburige kleuren op de afzonderlijke dimensies van helderheid, verzadiging en tint. Zo is het de bedoeling dat het verschil tussen een verzadiging van 2 en een verzadiging van 4 voor de kijker even groot lijkt als het verschil in verzadiging tussen 12 en 14. Deze meeteenheden zijn echter niet vergelijkbaar over de dimensies heen ; het principe van gelijke waargenomen afstand geldt binnen elke dimensie van het model afzonderlijk, niet tussen willekeurige combinaties van kleurkenmerken. Dit blijkt uit het feit dat 10 eenheden het volledige bereik van helderheid omvatten (van zwart tot wit), maar slechts 10% van het totale bereik van tinten (bijvoorbeeld van geel tot oranje) en, voor de meeste tinten, slechts de helft van het totale bereik van verzadiging.

Net als Rood, zag Munsell zijn kleurenmodel aanvankelijk als een bol. Maar de empirische metingen die vanaf het begin de kern van het Munsell-systeem vormden, dwongen Munsell tot een belangrijke constatering: de natuurlijke kleurruimte is zeer onregelmatig wanneer deze zonder geometrische vooronderstellingen wordt weergegeven. Daarom stond Munsell ongelijke dimensies van chroma toe bij verschillende helderheidsniveaus en over verschillende tinten. Twee "pagina's" uit het Munsell-systeem bij de complementaire tinten 5Y en 5PB illustreren dit duidelijk.

twee pagina's uit het Munsell Book of Color (1929)

Deze tinten liggen recht tegenover elkaar op de Munsell-kleurencirkel, waardoor ze een verticale "doorsnede" door het Munsell-kleurenspectrum (ook wel een kleurenboom genoemd ) vormen. Dit laat zien wat logisch is als je erover nadenkt: geel met de hoogste verzadiging heeft een veel lichtere waarde dan blauw met de hoogste verzadiging.

Deze scheve verhoudingen tussen helderheid en verzadiging beïnvloeden vrijwel alle tinten op de kleurencirkel. Daardoor kan geen enkele eenvoudige geometrische vorm de waargenomen kleurruimte nauwkeurig weergeven . Alle kleurmodellen gebaseerd op driehoeken, cirkels, vierkanten, piramides, kegels, bollen, kubussen of cilinders vertekenen (en vertekenen ook) de waargenomen kleurverhoudingen aanzienlijk. Munsell was de eerste onderzoeker die dit fundamentele kleurfeit in een kleurmodel verwerkte.

Munsells kleuronderzoek en het daaropvolgende herinterpretatieonderzoek brachten aan het licht dat de achtergrond- of omgevingskleur de responscompressie (contrast) in helderheid of chroma aanzienlijk beïnvloedt; in feite zijn helderheid en chroma contrastpercepties van helderheid en kleurrijkheid. Daarnaast documenteerden de onderzoekers van Munsell een slechte chroma- of helderheidsdiscriminatie bij zeer intense of zeer lichte kleuren, en een ongelijkmatige perceptie van tintverschillen, vooral wanneer de tintverschillen erg groot worden. Door zich te richten op perceptuele uniformiteit in de afstand tussen materiaalkleurmonsters, onthulde het onderzoek van Munsell de vele geometrische complexiteiten in de kleurruimte.

Het beperkte kleurenbereik van kleurenatlassen . Het voortdurende gebruik van menselijke kleurbeoordelingen met behulp van de Munsell- of NCS-kleurenatlassen kan de indruk wekken dat alle oppervlaktekleuren in deze referenties zijn opgenomen. Dit is onjuist en leidt tot het probleem van het kleurenbereik zoals dat van toepassing is op elke weergave van een kleurruimte in gedrukte of geschilderde vorm, of in digitale vorm (computermonitor).

de 40 standaard Munsell
-kleurencirkelverdelingen

Het kleurenbereik van een Munsell-atlas wordt beperkt door het kleurenspectrum van de verf of inkt die gebruikt is om de kleurstalen te maken. Er zijn namelijk twee verschillende versies van Munsell-kleurstalen verkrijgbaar: een glanzende en een matte uitvoering. De glanzende kleuren hebben een iets groter kleurenspectrum.

Maar zelfs de glanzende kleuren zijn onvolledig. De afbeelding rechts toont het kleurenspectrum van de oppervlaktekleuren zoals weergegeven door het Munsell-kleurensysteem: onregelmatige gekleurde vormen, omsloten door een witte rand die de optimale kleurstimuli of maximale chroma voor de oppervlaktekleuren van elke tint vertegenwoordigt. (Kleuren met een hogere kleurintensiteit dan de witte rand zullen fluorescerend of zelflichtend lijken.) Het Munsell-systeem vertegenwoordigt het kleurenspectrum dat bereikt kan worden met hoogwaardige acrylverf of inkten gedrukt op sterk reflecterend wit papier; het kleurenspectrum dat mogelijk is met aquarelverf is aanzienlijk kleiner.

Een vergelijking van het Munsell-kleurenspectrum met de optimale kleurenenvelop laat zien dat de gele, oranje, rode en magenta (5RP) pigmenten de potentiële kleurruimte redelijk goed vullen, terwijl moderne lichtechte blauwe (5B) , blauwgroene (5BG) en groene (5G) pigmenten minder dan de helft van het chromapotentieel van hun tinten bereiken. De Munsell-kleurenatlas, en in feite elke kleurenatlas in elk kleursysteem, is dus een voorbeeld van een onvolledige en scheve subset van de totale asymmetrische kleurruimte. Merk bijvoorbeeld op dat de G- dimensie van de Munsell-atlas kleiner is dan de RP- dimensie, terwijl in de perceptuele oppervlaktekleurruimte juist het omgekeerde het geval is.

OSA uniforme kleurenschalen

Zoals we hebben gezien, kent het Munsell-systeem twee belangrijke problemen: (1) er werden diverse discrepanties gevonden in de perceptuele afstand tussen kleuren, afhankelijk van hun positie in de kleurruimte, en (2) het kwantitatieve verschil tussen kleuren kon slechts op één kleurkenmerk tegelijk worden gedefinieerd (helderheid, chroma of tint). Deze problemen werden niet opgelost in de Munsell-hernotatie, en het Munsell-systeem bleef een onhandige en onzekere basis voor het kwantificeren van waargenomen kleurverschillen die op alle drie de kleurkenmerken moesten worden gedefinieerd.

De daaropvolgende ontwikkeling van het colorimetrische systeem bood geen oplossing, aangezien het standaard kleurdiagram de waargenomen kleurverschillen ook sterk vertekende: de kleurverschillen tussen groentinten zijn veel te groot en de verschillen tussen blauwtinten veel te klein.

Methoden om waargenomen kleurverschillen te kwantificeren waren van groot belang bij de implementatie van kleurmeting, voor uiteenlopende doeleinden zoals patenten op fotografische kleurstoffen en overheidsnormen, en voor kleurcontrole in diverse industrieën zoals textiel, voedingsmiddelen en de automobielindustrie. Deze eisen stimuleerden de ontwikkeling van een werkelijk uniforme kleurruimte, van de grond af aan, als een set uniforme kleurschalen over een beperkt waardebereik van matig verzadigde kleuren. Deze taak werd opgepakt door een commissie onder auspiciën van de Optical Society of America (OSA), in samenwerking met het Amerikaanse National Bureau of Standards, en onder leiding van Deane Judd en David MacAdam. De uiteindelijke UCS-doelstellingen – kleurtristimuluswaarden, kleurschalen, aanbevelingen voor het gebruik ervan en conclusies met betrekking tot de menselijke kleurruimte – werden in de jaren 70 gepubliceerd als de Uniform Color Scales (UCS) van de Optical Society of America .

Ruitvormig rooster . Het eerste probleem was de specificatie van de kleurgeometrie. Er werd besloten om over te stappen van de "wiel-en-spaak"-indeling van Munsell naar een strikt cartesiaanse of driedimensionale set dimensies, zoals in de CIE Yxy-kleurruimte .

Daarnaast moet deze kleurgeometrie een equivalente meting van waargenomen kleurverschillen in alle richtingen mogelijk maken (inclusief richtingen waarin alle drie de kleurvormende eigenschappen veranderen), wat betekent dat kleurverschillen langs de diagonale dimensies in de cartesische ruimte equivalent moeten zijn aan kleurverschillen in elke richting parallel aan een van de drie bepalende dimensies.

Het OSA-comité concludeerde dat de metrische oplossing voor beide problemen bestond uit het gebruik van een rhomboëdrisch rooster , gebaseerd op het kuboctoëder, als organiserende geometrie voor het lokaliseren van doelkleuren binnen het systeem. Dit is lastig weer te geven in één afbeelding, maar de logica erachter is eenvoudig en bouwt voort op het idee van een regelmatige stapeling.

rhomboëdrische roosterstructuur van OSA UCS

(links) een driehoek van drie bollen ingepast in een zeshoek van zeven bollen, met nog drie bollen van onderaf ingepast; (rechts) het resulterende kuboctaëder met ribben van gelijke lengte (zwart), verbonden door zes schubben die door een centrale kleur lopen; (onder) de zes sets parallelle kleurschubben geïdentificeerd door kleur

De dichtst mogelijke stapeling van drie bollen in twee dimensies is met het middelpunt van de bollen in een gelijkzijdige driehoek (zoals biljartballen in een rek gestapeld zijn). De dichtst mogelijke stapeling in drie dimensies is piramidaal: een enkele bol past in de ruimte tussen drie bollen eronder, zoals sinaasappels in een supermarktbak gestapeld zijn of koolstofatomen in een diamantkristal. De kuboctaëder is het geometrische lichaam dat deze stapeling definieert. Beginnend bij een enkele bol die een neutrale, middengrijze kleur vertegenwoordigt, zetten we deze stapeling in alle richtingen voort tot aan de perceptuele grenzen van de kleurruimte, waardoor een raster van kleur-"atomen" ontstaat in deze stapeling.

kuboctaëdrische geometrie van de osa uniforme kleurschalen

De helderheid wordt gemeten op de L+/L–- dimensie, geel/blauw op de j+/j–- dimensie en rood/groen op de g+/g–- dimensie; rhomboëdrische stapeling van kleur-"atomen" definieert in totaal zeven unieke splijtvlakken door de kleurruimte (aangegeven), met daarnaast nog twee splijtvlakken (niet weergegeven) loodrecht op de j- en g- dimensies.

Net als in een diamantkristal, rangschikt de stapeling de UCS-doelkleuren (de "atomen" in het rooster) in negen vlakke kleurgroepen of splijtvlakken (zie diagram hierboven), en zes perceptuele schalen die worden gedefinieerd door de snijpunten tussen twee willekeurige splijtvlakken. De drie splijtvlakken loodrecht op de drie meetdimensies stapelen de doelkleuren in een vierkant rooster; alle andere vlakken worden gestapeld in een hexagonaal rooster. Dit creëert een rigide meetkader binnen een driedimensionale (euclidische) kleurruimte, bedoeld om kleurwetenschappers eventuele onregelmatigheden in de kleurruimte te laten zien als discrepanties in kleurafstanden berekend over de verschillende schalen of splijtvlakken. Daarnaast werden de verschillende kleurschalen en kleurvlakken aan kunstenaars voorgesteld als dimensies van harmonieuze kleurvariatie.

Het raster suggereert vanzelfsprekend vier meetreferenties: (1) het interval tussen twee aangrenzende kleurstalen vertegenwoordigt een net waarneembaar verschil tussen de kleuren; (2) de kleinste intervallen of stappen tussen kleuren moeten perceptueel gelijk zijn in alle richtingen en alle delen van de kleurruimte; (3) de perceptuele onzekerheid of onenigheid tussen waarnemers bij het identificeren van een specifieke kleur moet ongeveer een bol vormen rond de gemiddelde kleurspecificatie; en (4) de bollen rond alle kleurstalen zullen dezelfde grootte hebben — niet de ellipsen van verschillende groottes en vormen die in het CIE- chromaticiteitsdiagram voorkomen . In feite hadden zowel de kleurstimuli die oorspronkelijk werden gebruikt om de perceptuele kleurruimte te meten, als de OSA UCS-doelkleuren (de standaard tabelweergave van het systeem), een onderlinge afstand van ongeveer 20 jnd's, maar in theorie zou dit alleen de waargenomen afstand tussen kleurstalen moeten veranderen, niet de geometrische regelmaat van de kleurschalen. Helaas, zoals de OSA-commissie ontdekte, blijkt deze veronderstelling onjuist te zijn.

maximale kleurverzadiging van Munsell-kleurstalen

vergeleken met de grenzen van de oppervlaktekleurverzadiging; naar Kuehni (2003) en Perales, Mora et al. (2004)

De OSA Uniform Color Space . De UCS-voorbeeldstelling projecteert het rhomboëdrische rooster in de kleurruimte, zodat een splijtvlak van vierkante stapeling de tint-/chroma-vlakken definieert bij constante helderheid; elk vierkant definieert een meetinterval van twee eenheden. Deze vlakken zijn ten opzichte van elkaar verschoven, zodat de chromaticiteitscoördinaten even of oneven zijn op afwisselende helderheidsniveaus. De helderheidsdimensie staat loodrecht op deze vlakken.

De drie loodrechte dimensies van de uniforme kleurruimte zijn de helderheidsdimensie L  en twee chromatische dimensies, j (voor geel, ongeveer de tegenovergestelde dimensie ay/b) en g (voor groen, ongeveer de tegenovergestelde dimensie ag/r). Het middengrijs, dat het anker van het systeem vormt, heeft een waarde van 0 op alle dimensies; kleuren met negatieve waarden zijn donkerder, blauwer of roder.

De UCS-afmetingen worden berekend op basis van de CIE XYZ-tristimuluswaarden voor de standaardwaarnemer van 10° , zoals waargenomen onder de D65- lichtbron tegen een neutrale achtergrond met een reflectie van 30% (lichtgrijs). De formules voor de UCS-afmetingen worden feitelijk berekend met behulp van de luminantie Y en de gestandaardiseerde x10- _y10 - _coördinaten van het chromaticiteitsvlak. Met andere woorden, ondanks het ingewikkelde kuboctaëdrische rooster is de OSA UCS een continue kleurruimte en kan elke materiaalkleur die onder D65 is gespecificeerd , daarin worden geplaatst.

Helaas wordt de OSA UCS-uitvoering met 558 kleurstalen niet meer geproduceerd of is deze niet meer verkrijgbaar. Om dit gedeeltelijk te compenseren, heb ik in deze map afbeeldingen in groot formaat geplaatst van de standaard OSA full step aim-kleuren, weergegeven als 111 splijtvlakken met de correcte rhomboëdrische afstand tussen de kleurstalen.

de OSA UCS-kleur effen

Conceptueel zijaanzicht van de OSA UCS-doelkleuren voor de hele stap, waarbij de verticale L-  schaal is vergroot voor visuele duidelijkheid; aangepast van de Yxy- tristimuluswaarden in Tabel I(6.6.4) van Wyszecki & Stiles (1982), die de oriëntatie van de g- dimensie omkeren.

De ontwikkeling van het OSA UCS-systeem strekte zich uit over drie decennia en omvatte vele experimenten met kleurschaling. Het systeem bouwde voort op tientallen eerdere studies naar kleurschaling, evenals op gegevens van de Munsell-hernotatie en het CIE Yxy- systeem, en begon met psychofysische studies van beperkte kleurbeoordelingstaken, zoals gelijke tintafstand bij constante helderheid en verzadiging, of gelijke verzadigingsafstand bij constante helderheid en tint. In feite was het een conceptuele integratie van het beste kleuronderzoek tot dan toe, met empirische toetsing van de belangrijkste conclusies en oplossingen.

Deze studies leidden tot een selectie van 43 hexagonaal gerangschikte, perceptueel gelijkmatig verdeelde kleurstalen met een constante Munsell-waarde van 6. Hieronder reproduceer ik de 48 OSA-doelkleuren voor L=1 als benaderende equivalenten van deze kleurstimuli. Zoals het voorbeeld laat zien, is het kleurenbereik van de studies relatief gedempt: de meest intense kleurstaal (het oranje rechtsboven) heeft een CIELAB-chroma van 74.

OSA UCS constant lichtheid vlak

OSA UCS-doelkleuren voor L  = 1 (CIELAB L* = 63 tot 68) onder gelijke energie-illuminatie; j = 9 tot -5 en g = -9 tot 5, waarbij neutraal wordt aangegeven door een witte stip; gegevens van Wyszecki & Stiles (1982)

Verschillende groepen kijkers onderzochten twee willekeurig gekozen kleurenparen uit deze set en werden gevraagd het paar te kiezen met het grootste kleurverschil. Door deze kleurbeoordelingen van alle kijkers statistisch te combineren, kon een gemiddelde numerieke waarde worden toegekend aan de waargenomen verschillen tussen alle kleuren. Deze waarden werden vervolgens gebruikt om formules te controleren die waren voorgesteld om waargenomen kleurverschillen te schatten op basis van de Ljg- waarden van twee kleuren. Vervolgonderzoeken met herziene of beperktere kleurstalen werden uitgevoerd om de resultaten uit te breiden naar verschillende waarden en om te corrigeren voor het Helmholtz-Kohlrausch-effect . Op deze basis werd het uiteindelijke rhomboëdrische model met 500 kleurstalen en 58 pastelstalen gebouwd.

verspringende vierkante betegeling van
kleurvlakken in OSA UCS

Twee naast elkaar gelegen helderheidsniveaus weergegeven op het CIECAM ab- vlak,
met nummering van j+ monsters.

Het diagram (rechts) toont de 500 OSA UCS "full step" doelkleuren geprojecteerd in de CIELAB- kleurruimte. De gemiddelde afstand tussen doelkleuren op de CIELAB L- , a*- of b* -dimensies is ongeveer ΔE _ab = 12 — dat wil zeggen, ongeveer 12 jnd's. De afbeelding laat zien dat de bemonstering redelijk compleet is (vergeleken bijvoorbeeld met een vergelijkbare weergave van aquarelpigmenten ) en over het algemeen regelmatig is, met een tendens dat de CIELAB-chroma-afstand groter wordt in gele en groene kleuren. (De lichte neerwaartse kromming die zichtbaar is in de kleurrijen is een compensatie voor het Helmholtz-Kohlrausch-effect.)

De verschillende diagonale schalen of splijtingsvlakken door de kleurruimte waren bedoeld om paletten met complexe kleurveranderingen te identificeren die nuttig zouden kunnen zijn voor grafische vormgevers en kleurendesigners . Ze bleken echter zeer impopulair te zijn voor dat doel. De erfenis van het OSA UCS is als een mijlpaal in onderzoek en als een uniforme indeling van de kleurruimte die nuttig is voor het beoordelen van kleurmodellen of beeldverwerkingssystemen.

De kleurruimte is niet-Uclideaans . Ondanks het uitgebreide en geduldige onderzoeksprogramma en het elegante kleurmodel dat daaruit voortvloeide, was de OSA-commissie in 1967 al tot een ontmoedigende conclusie gekomen:

We zullen de wereld bevestigen dat er geen regelmatige rhomboëdrische rasterbemonstering van de kleurruimte met een vaste achtergrond kan bestaan; we zullen de best mogelijke benadering van zo'n raster voor een neutrale achtergrondwaarde 6 ontwerpen.

Simpel gezegd: het is onmogelijk om uniforme kleurverschillen weer te geven als een driedimensionaal kleurmodel . De menselijke kleurruimte is niet-Euclidisch , wat betekent dat een driedimensionaal raamwerk deze niet kan beschrijven. Elke formule voor kleurverschillen of elk kleurmodel dat kleur slechts in drie dimensies weergeeft (zoals helderheid, tint en tintzuiverheid) zal een vertekend of inconsistent beeld geven van kleurverschillen en kleurrelaties.

De eerste en misschien wel belangrijkste reden hiervoor werd in 1968 door Deane Judd geïdentificeerd als kleursuperimportantie ; het effect kan beter worden omschreven als chromacompressie. Het manifesteert zich als een fundamentele discrepantie tussen metingen van het net waarneembare verschil in chroma en in tint. De diameter van een willekeurige kleurcirkel bij constante chroma is perceptueel altijd korter dan de omtrek over alle tinten, berekend vanuit die chroma-"straal". Deze discrepantie is aanzienlijk: als de verhouding tussen de omtrek en de diameter van een euclidische cirkel ruwweg 3,14 op 1 is, is dezelfde verhouding in een kleurcirkel groter dan 6 op 1.

OSA UCS-doelkleuren in de
CIELAB-kleurruimte

onder lichtbron D65; laag
OSA L = 1 weergegeven in magenta;
de g- dimensie is omgekeerd in
alle CIE-kleurmodellen.

Judd verwoordde dit feit als een "geplooide schijf" (diagram, rechtsboven): de chroma wordt naar buiten gemeten langs de vouwen in de plooien, terwijl de tint zigzaggend langs de rand van de waaier wordt gemeten, die ongeveer twee keer zo lang is als een vlakke omtrek. Als de waargenomen tint- en chromaverschillen daarentegen worden weergegeven op een vlak met gelijke helderheid, dan moeten de chromaverschillen binnen dezelfde tint worden verlengd ten opzichte van de tintverschillen binnen dezelfde chroma, wat resulteert in elliptische discriminatie-ellipsen. Bovendien moeten deze ellipsen groter worden (de chromadiscriminatie wordt zwakker) bij hogere chromawaarden (diagram, rechtsonder). De OSA-commissie concludeerde dat zowel helderheid als chroma moesten worden aangepast door middel van een derdemachtswortel- of exponentiële compressie om deze discrepantie te corrigeren.

Het tweede probleem betreft chromatisch contrast , met name verscherping , waardoor kleine kleurverschillen, of verschillen die worden beoordeeld ten opzichte van een vergelijkbare achtergrond, relatief groter lijken. De meesten van ons kennen wel de vergrootglazen die woorden vergroten wanneer ze op een gedrukte pagina worden geplaatst. Verscherping werkt als een vergrootglas in de kleurruimte, waardoor het schijnbare contrast tussen vergelijkbare kleuren in helderheid, verzadiging en tint wordt vergroot. Als gevolg hiervan worden alle kleine kleurverschillen vergroot in vergelijking met grote kleurverschillen , en formules voor kleurverschillen op "kleine afstand" hebben de neiging het waargenomen kleurverschil tussen zeer verschillende kleuren te overschatten.

Net zoals een vergrootglas over een pagina kan worden verschoven, kan de verscherpingslocatie zich verplaatsen in de kleurruimte, afhankelijk van de kleur en helderheid van de achtergrond (omgeving) die wordt gebruikt om kleuren te beoordelen, oftewel de chromaticiteit van de lichtbron. Om dit te beheersen, gebruiken kleurwaarnemingsexperimenten en standaarden voor het bekijken van kleurenatlassen een middengrijze omgeving in kleurpresentaties, zodat verscherping optreedt als een verhoogde chromagevoeligheid rondom bijna neutrale kleuren.

Het derde probleem is dat het belang van de tint niet in alle richtingen gelijk is: de kleurverzadiging is het sterkst bij gele en groene tinten en het zwakst bij rode, paarse en blauwe tinten. Ook varieert de kleurverzadiging per waarde, en wordt deze extremer bij lichtere (helderdere) kleuren.

Het laatste probleem, dat samenhangt met het vorige, is de ongelijke spreiding van de tinten , die op een vorige pagina is besproken . Sommige tinten produceren meer waarneembare kleurgradaties dan andere; met name bij warme tinten zijn kleuronderscheidingen over het algemeen scherper dan bij groene tinten.

de kleurencirkel als een geplooide schijf

De omtrek is meer dan zes keer zo groot als de diameter; volgens Judd (1968)

tint/chroma-discriminatie-
ellipsen in CIELAB

uit Kuehni (2003)

De twee fundamentele problemen in kleurmodellen die door het OSA UCS-onderzoek aan het licht zijn gebracht, vertonen merkwaardige overeenkomsten met de twee belangrijkste kleurparadoxen :

• Ten eerste kunnen alle kleurmodellen die we kunnen zien de relaties tussen kleuren niet nauwkeurig weergeven, en kleurmodellen die de relaties tussen kleuren wel nauwkeurig weergeven, kunnen niet worden gezien (fysiek geconstrueerd of als afbeelding weergegeven).

• Ten tweede zijn alle formules voor kleurverschillen arbitrair, in die zin dat ze veel subjectieve correcties voor specifieke afwijkingen moeten bevatten, alleen schattingen van het verschil kunnen geven die bij benadering correct zijn voor kleine (of grote) kleurverschillen, en waarvan de nauwkeurigheid afhangt van de plaats in de kleurruimte waar het kleurverschil wordt berekend.

De paradoxen van primaire kleuren kunnen worden verklaard door de overlapping van drie kegeltjesgevoeligheidscurven. De paradoxen van kleurmodellen kunnen in het algemeen worden verklaard door het feit dat de perceptuele kleurruimte voortdurend verandert onder invloed van vele contextuele factoren . Het is niet zo dat een veranderende metriek niet kan worden uitgedrukt als een driedimensionaal kleurmodel; het is eerder zo dat de veranderingen binnen een perceptuele ruimte variëren afhankelijk van de kleurstimuli, het kleurverschil, de contrastachtergronden, de verlichtingsniveaus en de lichtbronnen die worden gebruikt om het kleurverschil te beoordelen.

Een gedetailleerde en zeer nuttige uitleg van de OSA-UCS-schalen en hun toepassing in kleurontwerpvraagstukken, door Danny Pascale, is beschikbaar op BabelColor.com .

CIELUV uniforme kleurruimte

In het vorige hoofdstuk werden de inspanningen van de Optical Society of America beschreven om een ​​werkelijk uniforme kleurruimte in drie dimensies te creëren op basis van strenge psychometrische en geometrische principes, en de ontdekking dat een dergelijk doel fundamenteel onmogelijk is . Nu richten we ons op een tweede onderzoekslijn naar kleur, die een beperkter doel voor ogen had: het ontdekken van een uniforme formule voor kleurverschillen die in specifieke praktische toepassingen gebruikt zou kunnen worden.

Kleurafstemming en kleurverschillen . Sinds de vroege jaren twintig van de vorige eeuw was een belangrijk doel van de colorimetrie het voorspellen van een onafhankelijke kleurrespons door middel van de fotometrische meting van een fysieke kleurstimulus. De aanpak die het meest efficiënt leek, was het meten van de spectrale vermogensverdeling van het licht dat door de kleurstimulus werd uitgezonden of gereflecteerd, dit om te zetten in fotometrische eenheden door middel van een lichtrendementsfunctie of een standaard set kleurafstemmingsfuncties , en vervolgens deze waarden te gebruiken om de subjectieve helderheid of chromaticiteit van de stimulus te schatten wanneer deze als een geïsoleerde kleurvlak wordt bekeken.

De XYZ -tristimuluswaarden die uit kleurvergelijkingstaken naar voren kwamen, voorspellen echter letterlijk alleen de kleuridentiteit , dat wil zeggen of twee kleuren er hetzelfde uitzien. Het hele probleem van hoeveel twee kleuren er verschillend uitzien, bleef onbeantwoord. Het CIE xy-chromaticiteitsdiagram geeft wel het relatieve verschil tussen twee kleuren weer — dat de ene kleursensatie roder, helderder of doffer is dan de andere, als beide kleuren op dezelfde manier worden gemeten. De gewenste volgende stap was echter om de ene set XYZ- tristimuluswaarden van de andere af te trekken en het numerieke verschil te gebruiken om het waargenomen kleurverschil ertussen te voorspellen.

Deze schattingsprocedure werkte niet goed. Een groot probleem was dat het CIE xy-chromaticiteitsdiagram geen uniform chromaticiteitsschaaldiagram of UCS is . In een echte UCS resulteert een gelijke chromaticiteitsafstand in een gelijk perceptueel verschil, ongeacht welke kleurkenmerken worden gemeten. Maar twee kleuren die gescheiden zijn door een gelijk Yxy- (of XYZ- )verschil kunnen bijna identiek lijken (als de kleuren groen of licht zijn) of juist heel verschillend (als de kleuren violet of donker zijn). Ze kunnen niet consistent voorspellen of een kleurverschil onmerkbaar of duidelijk zal zijn voor een gemiddelde kijker. Dit vormde een groot obstakel voor het gebruik van colorimetrie in de industriële controle van kleurstoffen (textiel en fotografie), inkten (drukwerk en verpakkingen) en verven (autolakken en architectuurverf) – vooral nadat er in de jaren 50 goedkope en betrouwbare spectrofotometers beschikbaar kwamen.

Omdat de meetnormen al vaststonden, was een trucje de eenvoudigste oplossing. Het oorspronkelijke chromaticiteitsdiagram kon wiskundig worden uitgerekt of samengedrukt totdat het numerieke verschil tussen de tristimuluswaarden van twee kleuren de waargenomen kleurverschillen benaderde. (Deze verschillen zouden alleen worden toegepast op gelijksoortige kleuren: grote kleurverschillen waren niet relevant voor kwaliteitscontrole.) Deze wiskundige vervormingen worden projectieve transformaties genoemd en zijn identiek aan de kromming of "keystone-vervorming" die optreedt wanneer een dia op een gebogen oppervlak of onder een schuine hoek op een muur wordt geprojecteerd (rechts). Deze transformaties veranderen geen van de basisprocedures van de colorimetrie of de "rechte lijn"-kleurmengrelaties van het chromaticiteitsdiagram, alleen de daaruit berekende kleurverschillen.

Projectieve transformaties werden onafhankelijk van elkaar voorgesteld door Deane Judd en David MacAdam in de jaren dertig; Judds versie is hieronder weergegeven. Deze comprimeert het "groene" deel van de chromaticiteitsruimte radicaal, terwijl het "blauwe" en "rode" deel wordt vergroot. Het witpunt bevindt zich dicht bij de R-G-menglijn, omdat de L-  en M-  kegeltjes de waarneming van witheid domineren (vergelijk met mijn diagrammen van kegelchromaticiteit ).

een vroege projectieve transformatie

Het CIE 1931-chromaticiteitsdiagram binnen een Maxwell-driehoek, gedefinieerd door drie denkbeeldige primaire lichtbronnen die een nagenoeg uniforme kleurruimte produceren (naar Judd, 1935).

Projectieve transformaties waren slechts één van de vele oplossingen voor het kleurverschilprobleem. In de jaren zestig werden er in Engeland en de VS tussen de 13 en 20 verschillende formules gebruikt voor uiteenlopende toepassingen. Om deze diversiteit te beheersen, nam de Commission Internationale de l'Éclairage (CIE), een internationaal kenniscentrum voor kleuronderzoek aan universiteiten en onderzoekslaboratoria, in 1976 twee kleurverschilformules aan die het meest veelbelovend leken voor verder onderzoek: CIELUV , hier beschreven, en CIELAB .

De CIELUV-dimensies . CIELUV is een sterk herziene en uitgebreide versie van de projectieve transformatie die David MacAdam in 1937 voorstelde en die Günter Wyszecki in 1964 als kleurverschilruimte aanpaste. Het is gebaseerd op twee uniforme chromaticiteitsschalen (UCS), aangeduid met u'  en v' , afgeleid van de standaard XYZ- tristimuluswaarden.

Bedenk dat een fundamenteel probleem in de colorimetrie het ontwikkelen van een maat voor chromaticiteit (tint en tintzuiverheid) is die niet wordt beïnvloed door veranderingen in de luminantie (helderheid of lichtheid) van de kleur. Het CIE xy-chromaticiteitsdiagram bereikt dit door de XYZ -waarden te normaliseren , oftewel elke score te delen door de som van de XYZ-waarden :

x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)

De CIE UCS hanteert dezelfde normalisatiestrategie voor de tristimuluswaarden van de kleur, maar met een specifieke herweging van de Xc- _, Yc- _en Zc - _scores die de vorm en oriëntatie van het chromaticiteitsdiagram verandert, evenals de locatie van het witpunt daarin :

u' _c = 4X _c / (X _c + 15Y _c + 3Z _c )
v' _c = 9Y _c / (X _c + 15Y _c + 3Z _c )

De u'- en v'- schalen veranderen de dimensies van de chromaticiteitsruimte, maar behouden de trichromatische kleurgeometrie. Dat wil zeggen dat in de CIE UCS en CIELUV de wetten van Grassmann voor kleurmenging nog steeds geldig zijn: alle kleuren worden gedefinieerd door additieve mengsels van drie denkbeeldige "primaire" lichten, en daarom worden kleurmengsels beschreven door rechte menglijnen .

Het volgende probleem is het weergeven van de luminantie of intensiteit van de verlichting en de chromatische adaptatie aan _de kleur ervan. Om deze effecten te incorporeren, wordt de luminantiefactor Yc gebruikt om de dimensies van het u'c _- v'c _- diagram uit te breiden, zodat de toename in kleurrijkheid die optreedt bij een verhoogde verlichtingssterkte wordt benaderd. Tevens wordt de locatie van het witpunt verschoven om het te centreren op de chromaticiteit van de lichtbron, gedefinieerd door een tweede set tristimuluswaarden ( Xw _, Yw _, Zw ). Dit levert de _relatieve helderheidsdimensie L * _en de relatieve chromaticiteitsdimensies u* en v* op ₍ u'w en v'w worden berekend uit Xw , Yw, _{Zw zoals hierboven} weergegeven ):

L* = 116*(Y _c /Y _w ) ^1/3 – 16
u* = 13L*(u' _c – u' _w )
v* = 13L*(v' _c – v' _w )

Deze aanpassingen centreren de u* en v* dimensies op het achromatische punt in de oorsprong van een u*v* cartesisch diagram, voegen een derdemachtswortelcompressie toe aan het helderheidscontrast en bootsen (met de factor 13L ) het Hunt-effect na, waardoor kleuren kleurrijker worden naarmate hun luminantie toeneemt. Deze berekeningen zijn van toepassing op kleuren die als licht worden waargenomen, dus extreem donkere kleuren – met luminantieverhoudingen ( Yc _/ Yw ₎ kleiner dan 0,01 – vallen buiten het bereik.

Eindelijk krijgen we een definitie van chroma over verschillende helderheidsniveaus als de Euclidische chromaticiteitsafstand tussen de kleur en het witpunt:

C _uv = [u* ² + v* ² ] ^1/2

... we krijgen een eenvoudige numerieke definitie van tint als de tinthoek gemeten vanaf het witpunt in verhouding tot de u* -dimensie:

h _uv = arctan[v*/u*]

...en zo krijgen we een versie van de kleurverschilscore die aan de basis van het model lag, ΔE _uv , als de Euclidische afstand tussen de L* , u* en v* waarden van twee vergelijkbare kleuren:

ΔE _uv = [(L* ₁ –L* ₂ ) ² +(u* ₁ –u* ₂ ) ² +(v* ₁ –v* ₂ ) ² ] ^1/2

waarbij "vergelijkbaar" betekent dat de kleuren van elkaar verschillen door een ΔE _uv- waarde van 10 of minder.

De uniforme kleurruimte . Het resultaat is de CIE L*u*v* uniforme kleurruimte uit 1976, ofwel CIELUV , waarin het verschil in helderheid en chromaticiteit tussen twee kleuren evenredig is met het waargenomen verschil wanneer ze naast elkaar worden bekeken in een grijs vlak met een gemiddelde helderheid.

CIELUV biedt dezelfde chromaticiteitsdimensies als het u'v'-uniforme chromaticiteitsschaaldiagram (de CIE 1976 UCS), hieronder weergegeven. Dit vertegenwoordigt gelijke chromaticiteitsverschillen tussen lichtbronnen met gelijke (niet-gespecificeerde) luminantie als nagenoeg gelijke euclidische afstanden in het chromaticiteitsvlak.

CIE 1976 UCS-diagram

berekend op basis van 10° XYZ -waarden onder een lichtbron met gelijke energie; het diagram toont alle mogelijke kleuren zoals ze in licht verschijnen, begrensd door de zuivere spectrale tinten; kleuren in het diagram symboliseren slechts de geschatte locatie van de kleuren.

De bovenste rand van het kleurenspectrum omvat de tinten van monochromatisch licht, oftewel licht met één golflengte, gemeten van 750 (700) tot 520 nm; de linker diagonale rand completeert het spectrum van 520 nm tot de visuele grens van de korte golflengte, rond 380 nm. De rechter diagonale rand ( de zogenaamde paarse lijn ) vertegenwoordigt de extraspectrale tinten karmozijnrood, magenta en paars, die mengsels zijn van "rood" en "violet" licht.

Het onderstaande diagram toont het effect van de u'v'- schaling op gelijke kleurverschillen, gemeten in verschillende richtingen rond het kleuroppervlak. Het egaliserende effect is vooral merkbaar bij het vergelijken van de kleurverschillen rond de spectrumcurve, en de kleurafstanden van "blauw" naar "groen" en van "blauw" naar "rood".

vergelijking van gelijke perceptuele afstanden

gelijke perceptuele afstanden, getekend op 10 keer de werkelijke grootte, in CIE xy- en u'v'-chromaticiteitsdiagrammen; naar Wright (1969) en Hunt (2003)

Gedurende de 20e eeuw speelde het Munsell-systeem een ​​prominente rol bij pogingen om problemen met kleurschaling te identificeren of te bevestigen dat een formule voor kleurverschillen kleurverschillen nauwkeurig beschreef. Het onderstaande diagram toont de relatieve verbetering in de afstand tussen Munsell-lijnen met gelijke tint en verzadiging voor oppervlaktekleuren met een waarde van 6.

vergelijking van Munsell-tint en -chroma

Lijnen met gelijke Munsell-chroma (stappen van 2) en tint (stappen van 5) bij waarde 6 in CIE xy- en u'v'-chromaticiteitsdiagrammen; naar Wyszecki & Stiles (1982) en Kuehni (2003). Merk op dat alle CIE-systemen de volgorde van de Munsell-tinten omkeren.

De verbetering is vooral merkbaar in de meer cirkelvormige chroma-contouren rond het witpunt, in de gelijkmatigere spreiding van de groene tinten en in de evenwichtige chroma-intervallen rond de groene, blauwe en paarse zijden van de chromaticiteitsruimte. Er zijn echter aanzienlijke afwijkingen (chroma-compressie of -expansie) te zien in de geelgroene tot rode delen van het diagram, waarbij de grootste compressie zich ongeveer langs de gele (5Y) tintdimensie bevindt.

Huidig ​​gebruik van CIE 1976. Het CIE 1976 u'v'- diagram is het meest gangbare chromaticiteitsdiagram en een enorme verbetering ten opzichte van de vervormde diagrammen uit 1931 en 1964 die nog steeds veelvuldig in de kleurenliteratuur voorkomen. Het diagram geeft de relatieve groottes van de groene, blauwe en rode gebieden van de kleurruimte redelijk goed weer, evenals de waargenomen kleurzuiverheid , inclusief spectrale tinten, als de afstand tot het witpunt. Het moet altijd worden gebruikt om basischromaticiteitsgegevens weer te geven.

CIELUV is een populaire kleurruimte voor belichtings-, video- en fotografische toepassingen waarbij metingen van lichtbronnen, lichtfilters of optische systemen nodig zijn, omdat CIELUV de additieve menging van twee lichtbronnen als een rechte lijn door de kleurruimte weergeeft. (RWG Hunts gezaghebbende tekst uit 2004, The Reproduction of Color, 6e editie, maakt er consequent gebruik van.) CIELUV is zeer nuttig om het uiterlijk of de menging van kleuren te voorspellen die worden geproduceerd door lichtgevende displays – zoals computermonitoren, televisieschermen of transparanten die op een gelijkmatig reflecterend oppervlak worden geprojecteerd – waarbij de helderheid van kleuren een constante verhouding is tot de luminantie van de lichtbron (er is geen "externe" lichtbron). CIELUV wordt echter ook gebruikt om de kleur van edelstenen of optische glazen te specificeren die worden verlicht door een standaard "witte" lichtbron, en de kleur van fotografische kleurstoffen en filters.

Beschouwd in termen van de vier vereisten van een modern kleurenmodel, vertegenwoordigt CIELUV (en het Yxy- standaardwaarnemingssysteem waarop het is gebaseerd) een belangrijke afwijking. Dit betekent niet dat de kleurspecificatie uitsluitend in termen van continue numerieke waarden is, want dat werd eeuwen geleden al door Isaac Newton en Tobias Mayer geïntroduceerd . De innovatie is dat er geen kleurvoorbeelden zijn . Alle kleurmetingen worden elektronisch uitgevoerd met behulp van een spectrofotometer die de afzonderlijke XYZ -waarden direct meet en vervolgens de coördinaatwaarden berekent voor elk standaardkleursysteem. De kleurvoorbeelden zijn impliciet aanwezig in alle fysieke kleurstimuli, of het nu licht of oppervlakken zijn, die identieke of vergelijkbare kleurcoördinaten hebben.

"Keystoning" als voorbeeld van een projectieve transformatie

CIELUV heeft echter een groot nadeel: de formule voor het kleurverschil ΔE _{u*v* levert een} slechte voorspelling van kleurverschillen op , vooral voor oppervlaktekleuren. Sterker nog, wanneer verschillende kleurmodellen worden getest op hun vermogen om oppervlaktekleurverschillen te voorspellen, eindigt CIELUV bijna altijd onderaan de lijst.

CIELUV presteert nog slechter bij het voorspellen van corresponderende kleuren , oftewel kleuren die overeenkomen onder verschillende lichtkleuren (lichtbronnen). Het probleem is dat CIELUV relatieve kleurverschillen ten opzichte van het witpunt weergeeft als een verschil of eenvoudige aftrekking (bijv. u'c – u'w _{) ,} in plaats van als een verhouding of proportie. Dit betekent dat als het witpunt (de lichtbron) verandert, of sterk chromatisch is, alle kleuren in een parallelle richting met een constante hoeveelheid verschuiven (alsof ze op een beweegbare transparant zijn afgedrukt), ongeacht hun positie in de chromaticiteitsruimte.

Als kleuren verschuiven van geel naar blauw, veranderen de gecomprimeerde chroma-intervallen in het geelgroene tot oranje deel van het u*v* -chromaticiteitsdiagram niet, waardoor CIELUV de chroma-verschillen sterk overschat waar deze grenzen ook worden verplaatst. Als kleuren verschuiven van blauw naar geel (bijvoorbeeld de kleur van een edelsteen bekeken onder wolfraamlicht in plaats van halogeenlicht), verplaatst CIELUV de voorspelde kleurlocaties volledig buiten het spectrum, wat perceptueel onmogelijk is.

Aangezien overeenkomstige kleurvoorspellingen een minimale vereiste zijn voor moderne kleurwaarnemingsmodellen, is CIELUV als basis voor verder onderzoek verworpen.

CIELAB uniforme kleurruimte

De tweede formule voor kleurverschil die in 1976 door de CIE werd aangenomen (naast CIELUV ) was de CIE L*a*b* uniforme kleurruimte, ofwel CIELAB . CIELAB is gebaseerd op een formule voor kleurverschil die in de jaren 30 door EQ Adams en D. Nickerson werd ontwikkeld om kleurvervaging in textiel te meten. Net als CIELUV is het een poging om de XYZ- tristimuluswaarden te manipuleren om een ​​betrouwbare methode te ontwikkelen voor het berekenen van kleurverschilscores . CIELAB is echter gebaseerd op een heel andere transformatiestrategie.

De CIELAB-dimensies . De CIELAB-formule bestaat uit vier transformatiestappen, die intuïtief te begrijpen zijn wanneer ze afzonderlijk worden bekeken.

Bedenk dat de kleurgeometrie die alle moderne kleurmodellen gemeen hebben, bestaat uit een helderheids-/lichtheidsdimensie die loodrecht staat op (gescheiden is van) het chromaticiteitsvlak of de kleurencirkel. Deze geometrie is impliciet aanwezig in de XYZ-tristimuluswaarden : de Y- waarde vertegenwoordigt de fotopische luminositeitsfunctie van de betreffende kleur. We beginnen met de Y- tristimuluswaarde van de kleur ( Yc ₎ als maat voor de luminantie of luminantiefactor (aangeduid met L , zoals in CIELUV ), en gebruiken de Xc- en Zc _{- waarden als maat voor de chromaticiteit ( tint} en tintzuiverheid).

De X- waarde neemt vooral toe naarmate de L- kegelrespons op een kleur relatief groot wordt, dus het is het "rode" anker voor een r/g -dimensie (aangeduid met a ); de Z- waarde neemt toe met de S -kegelrespons, dus krijgt deze een negatief teken om het complementaire "geel" van een y/b -dimensie ( b ) weer te geven:

L = Y _c
a = X _c
b = –Z _c .

De eerste transformatiestap is een aanpassing van de tristimuluswaarden om een ​​chromatische adaptatie aan de lichtbron (kleur van de verlichting) weer te geven. De correcte methode (een von Kries-transformatie ) deelt de kegeltjesstimulatie die door het kleurgebied wordt geproduceerd door de kegeltjesstimulatie die door de lichtbron wordt geproduceerd. CIELAB gebruikt in plaats daarvan de "verkeerde" verhouding tussen de tristimuluswaarden Xw _, Yw _en Zw van de verlichting. Deze waarden zijn een standaard voor zowel de bovengrens van de luminantie die wordt weergegeven door een perfect reflecterend "wit" oppervlak ( _Yw is _altijd gelijk aan 100) als voor de chromaticiteit die inherent is aan het licht zelf (in de waarden van Xw en _{Zw ten opzichte} van 100) .

L = Y _c /Y _w
a = X _c /X _w
b = –Z _c /Z _w .

De tristimuluswaarden van een perfect witte of energiegelijke lichtbron worden gedefinieerd als Xw ₌ Yw ₌ Zw ₌ 100. Een lichtbron met een waarneembare "warme" (gele of rode) kleur heeft Xw -waarden groter dan 100 en Zw-waarden _kleiner dan _{100 ; "koele "} of blauwe lichtbronnen hebben lage Xw- _waarden en hoge Zw _{- waarden} . De adaptatieverhoudingen verlagen of verhogen de waarden van Xc en Zc in verhouding.

In de tweede stap past CIELAB een exponentiële compressie toe op alle drie de adaptatieverhoudingen. Dit vergroot de waargenomen chromaticiteit en helderheidsverschillen tussen donkere kleuren, en vergroot de chromaticiteit van geel ten opzichte van blauw. Ten tijde van de publicatie van CIELAB waren er al verschillende compressiefracties uitgeprobeerd in formules voor kleurverschillen, en de derdemachtswortel leek ongeveer even goed te presteren als alle andere.

L = (Yc _/ Yw ₎ 1/3 ^a
= (Xc _/ Xw ₎ 1/3 ^b
= ( _Yc / _Yw ) ^1/3 .

Hoewel de Y -tristimuluswaarde de luminantie van het kleurgebied vertegenwoordigt, bevatten alle drie de tristimuluswaarden vergelijkbare luminantie-informatie, omdat de XYZ -waarden allemaal groter worden naarmate de oppervlaktereflectie toeneemt van donker naar licht. Daardoor zijn de XYZ -waarden sterk gecorreleerd in daadwerkelijke kleurmetingen, van 0,52 [ Y en Z ] of 0,56 [ X en Z ] tot 0,88 [ X en Y ]. Tegelijkertijd bevat de Y -tristimuluswaarde unieke chromaticiteitsinformatie, omdat de XYZ- curven allemaal pieken in verschillende delen van het spectrum .

De derde transformatiestap scheidt dus de chromaticiteitsinformatie van de luminantie-informatie die in alle drie de waarden besloten ligt. CIELUV doet dit door de luminantie-informatie te normaliseren ( alle waarden te delen door de XYZ -som). CIELAB doet dit door de ene waarde van de andere af te trekken :

L = (Yc _/ Yw ₎ 1/3 ^a
= (Xc _/ Xw ₎ 1/3 ^– (Yc _/ Yw ₎ 1/3 ^b
= (Yc _/ Yw ₎ 1/3 ^– ( _Zc / _Zw ) ^1/3 .

Dit resulteert in twee golvende curven voor de verschilwaarden van de spectrale tinten (diagram, rechts).

Een toelichting: bij het aftrekken van hoeveelheden van hetzelfde, zoals dollars of liters, wordt alleen het verschil in hoeveelheid bepaald. Bij het aftrekken van hoeveelheden van verschillende dingen, gemeten binnen een vergelijkbaar bereik, wordt alle informatie die de twee metingen gemeen hebben (in dit geval informatie over de helderheid) verwijderd en blijft alle unieke informatie van beide over als één getal (de gecombineerde informatie over tint en tintzuiverheid). Omdat de Xc _, Yc _en Zc _waarden al gestandaardiseerd zijn op het witpunt (door de adaptatietransformatie), centreert het aftrekken de waarden van a en b ook op nul voor een oppervlaktekleur die exact overeenkomt met de chromaticiteit van de lichtbron: een lichtgeel oppervlak onder een lichtgeel licht zal er "zuiver" wit uitzien.

Ten slotte worden de L- , a-  en b- dimensies met verschillende factoren vergroot, zodat een eenheidswaarde op elke combinatie van CIELAB-dimensies een nagenoeg gelijk en net waarneembaar perceptueel verschil vertegenwoordigt. Omdat de Y-Z- curve ( b-  dimensie) een grotere amplitude heeft dan de X-Y- curve ( a-  dimensie, diagram rechtsboven), wordt deze met een kleiner getal vermenigvuldigd. De helling en het snijpunt van de L- functie worden ook aangepast aan de eenheden van de Munsell-waarde.

L* = 116*(Y _c / Y _w ) ^1/3 – 16
a* = 500*[(X _c / X _w ) ^1/3 – (Y _c / Y _w ) ^1/3 ]
b* = 200*[(Y _c / Y _w ) ^1/3 – (Z _c / Z _w ) ^1/3 ] .

Deze formules hebben een alternatieve vorm, die hier niet wordt weergegeven, voor extreem donkere kleuren (waarbij elke aanpassingsratio kleiner is dan 0,009). Zie de referenties aan het einde van deze sectie voor meer informatie.

CIELAB levert een betrouwbare correlatie (relatieve meting) van chroma op als de Euclidische afstand tussen de chromaticiteit van de kleur en het achromatische punt:

C _ab = [a* ² + b* ² ] ^1/2

... en een numerieke definitie van tint als de tinthoek :

h _ab = arctan[b*/a*]

... en zijn eigen kleurverschilscore ΔE _ab , verkregen als de Euclidische afstand tussen de L* , a* en b* waarden van twee vergelijkbare kleuren:

ΔE _ab = [(L* ₁ –L* ₂ ) ² +(a* ₁ –a* ₂ ) ² +(b* ₁ –b* ₂ ) ² ] ^1/2

waarbij "vergelijkbaar" betekent dat de kleuren van elkaar verschillen door een ΔEab _- waarde van ongeveer 10 of minder. Als vuistregel geldt dat 10 CIELAB-lichtheidseenheden exact overeenkomen met 1 Munsell- waarde-eenheid, en dat 10 CIELAB-chroma-eenheden ongeveer overeenkomen met 2 Munsell-chroma-eenheden. De gemiddelde ΔEab voor de eerste chroma-stap in Munsell-doelkleuren, voor alle tinten en waarden, is ongeveer 5,8. Merk op dat _ΔEab ongeveer wordt uitgedrukt in eenheden van net waarneembaar verschil, dus kleurverschillen van 1 of lager zijn over het algemeen niet zichtbaar _.

De uniforme kleurruimte . De CIELAB-transformaties leveren bij benadering loodrechte dimensies op die vaak worden weergegeven als een cilindrische geometrie . Dat wil zeggen, de L* -dimensie is de as van de cilinder, door het achromatische punt; h _ab vertegenwoordigt de tinthoek of omtreksrichting van de kleur, en C _ab de afstand van de kleur tot de cilinderas.

geometrie van het CIELAB-kleurenmodel

Het diagram is enigszins misleidend. In de praktijk is de kleurverschilscore (euclidische afstand) gebaseerd op de cartesische ( a*b* ) coördinaten en niet op cilindrische radialen of graden; en de verdeling van oppervlaktekleuren in CIELAB loopt taps toe naar het achromatische centrum bij zeer hoge of lage helderheid.

Het punt is dat de CIELAB-kleurrelaties niet worden verstoord door ze in een conceptuele geometrie te persen, zoals de ipsatieve kleurdriehoeken van NCS. Kleurmetingen worden verticaal beperkt door de luminantiefactor van oppervlakken, en de chroma-omvang wordt beperkt door het domein van werkelijke oppervlaktekleuren of lichtbronnen, maar dit zijn grenzen die worden opgelegd door kleurperceptie, niet door willekeurige geometrie of logica.

oppervlak van optimale kleurstimuli in CIELAB

samengesteld uit een draadmodelanimatie © 2007 Bruce Lindbloom

De onderstaande afbeelding toont de locatie van 700 commerciële aquarelverfkleuren in de CIELAB-kleurruimte, waarbij de kleurpictogrammen voor de duidelijkheid op afzonderlijke helderheidsvlakken zijn gegroepeerd. Deze definiëren een ruwweg ellipsoïdaal of 'voetbalvormig' kleurdomein binnen de CIELAB-kleurruimte.

700 aquarelverfkleuren in de CIELAB-kleurruimte

Gebaseerd op spectrofotometrische metingen zoals beschreven in de handleiding voor aquarelpigmenten ; rood ( a+ ) links geplaatst om overeen te komen met de kleurencirkels van kunstenaars.

Let op de gelijkenis tussen de zijaanzicht van de pigmentverdeling (links) en de chroma-limieten van de geel/blauwe kleurstalen in de hierboven besproken Munsell-kleurenkaarten . Vergelijk dit ook met de omtrek van de OSA UCS-doelkleuren geprojecteerd in de CIELAB-ruimte. (Voor een bovenaanzicht van de pigmentlocaties, zie het CIELAB a*b*-vlak .)

Hoe goed benadert CIELAB een uniforme kleurruimte? Als we het kleine probleem dat een UCS in drie dimensies onmogelijk is even buiten beschouwing laten , dan doet CIELAB het opmerkelijk goed, gezien de oorsprong als een noodoplossing. Een standaard vergelijkingsbasis – de verdeling van Munsell-doelkleuren bij Munsell-waarden 4, 6 en 8, tot aan de grenzen van de oppervlaktekleurverzadiging – wordt hieronder weergegeven.

Munsell richtkleuren op het CIELAB a*b* vlak

Onder lichtbron D65; streef naar kleuren met intervallen van 2,5 tint en ½ verzadiging voor waarden 4, 6 en 8 tot aan de optimale kleurgrenzen; constante CIELAB-verzadiging aangegeven met grijze cirkels. Merk op dat alle CIE-systemen de volgorde van de Munsell-tinten omkeren.

Idealiter zou dit diagram eruitzien als radiale spaken binnen concentrische cirkels. (De wigvormige omtrek is het resultaat van de optimale kleurlimieten – zie bijvoorbeeld dit diagram – en is op zich geen fout.) De overdreven spreiding van de Munsell-chroma in de gele en geelgroene tinten, de verschuiving van de lijnen met constante tint naarmate de helderheid toeneemt (vooral bij de blauwgroene tinten), de gebogen lijnen met constante violette en groene tint, en de grote hiaten in de tintspreiding van groene kleuren, zijn allemaal primair of gedeeltelijk te wijten aan onregelmatigheden in CIELAB (hoewel sommige eigenlijk problemen zijn in Munsell). De verdeling van de OSA-doelkleuren geeft een veel gunstigere indruk van uniformiteit. CIELAB moet altijd worden gebruikt om oppervlaktekleuren weer te geven, en niet CIELUV .

Omdat CIELAB een aanpassing voor chromatische adaptatie bevat, verschuift de positie van kleuren, afhankelijk van de chromaticiteit en luminantie die voor het achromatische punt zijn gespecificeerd, zoals hieronder weergegeven.

overeenkomstige kleuren in CIELAB

Munsell-doelkleuren met waarde V = 6 weergegeven onder "daglicht"-lichtbron D65 (met een gecorreleerde kleurtemperatuur van 6500°K, links) of "gloeilamp"-lichtbron A (2860°K, rechts).

Deze door de lichtbron verschoven kleurlocaties of corresponderende kleuren zijn niet erg nauwkeurig. Vrijwel alle verandering vindt plaats langs de b- dimensie. De algemene kleurvoorspellingen — bijvoorbeeld, onder lichtbron A zal een diepblauw met een chroma van /14 grijs lijken, en het grijs zal een diepgeel met een chroma van /8 lijken — zijn bij benadering correct, hoewel veel betere resultaten mogelijk zijn door een andere aanpassing aan de lichtbron te gebruiken.

CIELAB kan terecht een opponent-kleurruimte genoemd worden , omdat de chromatische dimensies ervan gedefinieerd zijn als het contrast tussen specifieke tegenovergestelde tinten, analoog aan de opponent-processen die door Hering werden verondersteld. De X-Y- en Y-Z- contrastdimensies hebben namelijk een zeer vergelijkbare vorm en piekgolflengten als de opponent-functies van Hurvich en Jameson . Op basis hiervan worden de dimensies doorgaans als volgt geïnterpreteerd:

L* = wit (L+) versus zwart (L=0)
a* = rood (a+) versus groen (a–)
b* = geel (b+) versus blauw (b–)

Deze interpretatie vereist drie kanttekeningen. Ten eerste vertegenwoordigt het nulpunt van de lichtheidsdimensie L* alleen de afwezigheid van licht (oppervlaktereflectie), en niet zwart als een afzonderlijke kleursensatie, zoals bedacht door Hering en waargenomen bij lichtheidsinductie .

Ten tweede hangt het verband tussen de a*b* -dimensies en de tint af van hoe dit verband wordt gedefinieerd: de tegenovergestelde contrasten identificeren niet consequent vier tinten als contrastankers:

• Het fysiologische contrast, gedefinieerd door de dimensies a of b, is te vinden in de dominante golflengte of piek van de positieve en negatieve gedeelten van de X-Y- en Y-Z- curven ( hierboven ), die worden geïnterpreteerd als kegeltjesgevoeligheidscurven of transmissieprofielen. Deze identificeren de contrasttinten als magenta ( a+ , een mengsel van oranje en violet), middengroen ( a– ), middengeel ( b+ ) en violet ( b– ).

• Over de gehele steekproef van Munsell-oppervlaktekleurvoorbeelden heen zijn de a- en b- dimensies gecorreleerd rond –0,35. Beschrijvend betekent dit dat de meest intense gele kleuren ( b+ ) de neiging hebben groenachtig te zijn ( a– ), en de meest intense violette kleuren ( b– ) de neiging hebben roodachtig te zijn ( a+ ). Perceptueel impliceert dit dat de y/b- en r/g -tegenfuncties niet onafhankelijk van elkaar zijn — dat wil zeggen dat een verandering in de ene dimensie geen perceptueel effect heeft op de andere — hoewel dit wel de gebruikelijke manier is waarop ze worden gepresenteerd.

• De tinten van de oppervlaktekleuren aan de uiteinden van de loodrechte a* en b* dimensies, zoals hier weergegeven , zijn magenta ( a+ ), blauwgroen ( a– ), lichtgeel ( b+ ) en kobaltblauw ( b– ).

• De unieke kleuren van Hering zijn sterk verschoven ten opzichte van de uiteinden van de loodrechte a*b* -dimensies, zoals hier te zien is . Uniek rood en uniek groen zijn beide ongeveer 20° naar geel verschoven, en de afstand tussen uniek rood en uniek blauw is meer dan een derde (130°) van de omtrek van de kleur.

tegengestelde functies gedefinieerd door tristimulusverschillen XY en YZ

Ten derde zorgt de derdemachtswortelcompressie die op de tristimuluswaarden wordt toegepast voor een vervelende knik in de a* -chromatische dimensie (diagram rechtsboven), die aanzienlijk afwijkt van het golvende profiel van empirisch gemeten opponentfuncties. Dit vergroot met name de afstand tussen blauwe tinten met "groen" gehalte en zorgt ervoor dat het a+ -rood te veel blauw bevat, waardoor de afstand tussen gele en rode kleuren kleiner wordt.

Omdat ze gebaseerd zijn op verschilscores, herverdelen of normaliseren de CIELAB-chromaticiteitsdimensies de luminantie-informatie niet over de chromaticiteitscoördinaten: ze wissen deze juist uit. Daardoor kunnen de CIELAB-kleurmetrieken niet rechtstreeks worden uitgedrukt als de additieve mengeling van drie "primaire" kleuren van reële of denkbeeldige lichtbronnen. Wanneer smalbandige optimale kleuren in deze kegeltjes-tegenstanderruimte worden weergegeven, produceren ze een grillig, dubbellobbig circuit, waarbij de spectrumeinden naar de achromatische oorsprong duiken (diagram rechtsonder). Dit is duidelijk een omgekeerd beeld van de kegeltjes-excitatieruimte , ingeknepen en vervormd door de derdemachtsworteltransformatie. Let ook op de overdreven afstand tussen de blauwe tinten.

CIELAB meet chroma , het chromatische gehalte van een kleur onafhankelijk van de luminantie; het a*b*-vlak vertegenwoordigt geen verzadiging. In tegenstelling tot de rechte lijn, de additieve menging tussen twee willekeurige lichtkleuren in het CIE UCS (of elk ander chromaticiteitsdiagram), kunnen kleurmengsels gebogen of onvoorspelbare paden volgen in het CIELAB a*b*-vlak. Dit is geen gevolg van de subtractieve menging van de twee fysieke kleurstoffen (verf of kleurstoffen), maar is een fundamenteel kenmerk van de CIELAB-kleurruimte.

Huidig ​​gebruik van CIELAB . Net als bij CIELUV is kleurspecificatie in CIELAB volledig gekoppeld aan spectrofotometrische kleurmetingen ; het kan niet routinematig worden gebruikt zonder een kleurmeetapparaat en er is geen standaard CIELAB-kleurenatlas beschikbaar. Het wijdverbreide gebruik en de praktische toepasbaarheid van het CIELAB-systeem hebben echter geleid tot een aantal eigen kleurordening-systemen of kleurenatlassen die geheel of gedeeltelijk gebaseerd zijn op de CIELAB-geometrie, waaronder het Amerikaanse Colorcurve System , het Duitse RAL Design System en de Engelse Eurocolor Atlas .

Fairchild (2005) beschrijft validatiestudies waarin verschillende modellen voor kleurwaarneming met elkaar werden vergeleken. Hierbij werden datasets gebruikt die de kleuraanpassing onder lichtaanpassing (overeenkomende kleuren) of het voorkeurscontrast en de verzadiging in kleurenafbeeldingen, bekeken bij verschillende helderheidsniveaus, maten. Over het algemeen lieten deze studies zien dat verschillende modellen goed presteerden bij het voorspellen van sommige soorten kleurbeoordelingen, maar niet bij andere. In alle gevallen presteerde CIELAB echter doorgaans goed ten opzichte van complexere modellen en was het soms zelfs even goed als het beste model; CIELUV was vaak het slechtst.

Een groot probleem is dat CIELAB een zogenaamde onjuiste von Kries-transformatie gebruikt om chromatische adaptatie te modelleren. Deze berekent de contrastverhouding tussen een kleur en de witte standaard of lichtbron rechtstreeks op basis van de XYZ -tristimuluswaarden, in plaats van op basis van de grondtonen van de kegeltjes. Bovendien is de compressie met de derdemachtswortel niet optimaal wanneer deze wordt toegepast op de tristimuluswaarden, wat resulteert in chroma-intervallen die in sommige delen van het kleurvlak verkeerd geplaatst kunnen zijn: met name de gele chroma wordt niet voldoende gecomprimeerd en de blauwe chroma wordt te veel gecomprimeerd.

Afgezien van deze tekortkomingen is CIELAB uitgegroeid tot een standaard kleurruimte en is het een van de meest praktische en meest gebruikte kleurmodellen die er zijn. Er zijn dan ook diverse uitbreidingen of herzieningen van het basis-CIELAB-raamwerk gepubliceerd, waaronder S-CIELAB en RLAB , om de prestaties en geschiktheid voor een breder scala aan kleurmodelleringsproblemen te verbeteren. Deze uitbreidingen zijn mogelijk omdat de CIELAB-geometrie geen willekeurige symmetrie oplegt aan chroma, tint of helderheid. De berekening van XYZ -waarden naar Lab -waarden is eenvoudig en gemakkelijk om te keren (van Lab -waarden terug naar XYZ ), en kan worden vervangen door een verscheidenheid aan chromatische adaptatietransformaties.

De CIELAB-kleurverschilformule wordt veel gebruikt voor geautomatiseerde kleurkwaliteitscontrole in sectoren zoals textiel, kunststoffen, architectuur- en autolakken, drukwerk, beeldverwerking en kunstmaterialen, en in ASTM-documenten. De gemeten XYZ-waarden van kleurstalen van elk ander kleurmodel, inclusief Munsell en NCS, kunnen in de CIELAB-ruimte worden geplaatst en vergeleken, waardoor het een handige referentieruimte is geworden voor de evaluatie van kleurmodellen in het algemeen.

CIELAB is een nuttig kleursysteem voor schilders die kleurperceptie en kleurmengingsproblemen in verf willen begrijpen. In de praktijk is het een handig systeem om digitale beelden te koppelen aan kleurendruktechnologie. Bij het werken met Munsell-kleursysteemcoördinaten vertegenwoordigen 10 eenheden op de CIELAB-helderheidsdimensie L* 1 eenheid op de Munsell-waarde V , en 10 eenheden in CIELAB-chroma C _ab vertegenwoordigen gemiddeld 2 eenheden Munsell- chroma C.

In 1996 gebruikte ik de CIELAB-pigmentlocaties als basis voor mijn oorspronkelijke kleurencirkel voor kunstenaars . Echter, enkele van de "slechte" problemen met de tint- en verzadigingsafstand, die ik handmatig had gecorrigeerd met behulp van de Munsell-renotatiegegevens, deden me later besluiten om voor de huidige (2006) versie van de kleurencirkel de CIECAM02-kleurrelaties te gebruiken.

Mijn voornaamste informatiebron over CIELAB en CIECAM is Mark Fairchilds Color Appearance Models (2e editie) (Addison Wesley, 2005); zie ook de updates en informatie op Fairchilds website .

Kunstenaars zijn mogelijk geïnteresseerd in de gemiddelde locatie van aquarelpigmenten op het CIELAB a*b*-vlak , dat ook als PDF-bestand beschikbaar is .

De technische handleidingen van Adobe bieden een goed overzicht van kleurmodellen in het algemeen, de CIE-reeks en het baanbrekende Munsell-kleursysteem .

Daniel Smith heeft hun Watercolor Paint Guide, inclusief een kaart van hun aquarelverfkleuren op het CIELAB a*b*-vlak, opnieuw uitgegeven onder de titel "The Study of Color". Deze is online beschikbaar in hun InkSpot -archief en wordt zo nu en dan herdrukt in hun catalogus.

CIECAM kleurwaarnemingsmodel

Omdat zowel CIELUV als CIELAB beperkt zijn tot de trichromatische output van de L- , M-  en S-  kegeltjes, modelleren ze alleen de kleurinformatie die wordt gegenereerd door de reactie van de fotoreceptor op kleine en geïsoleerde kleurmonsters. Ze kunnen veel van de contextuele effecten van kleurwaarneming niet modelleren, waaronder luminantie-adaptatie (omgevingsverlichtingsniveaus), chromatisch contrast of chromatische assimilatie die optreden in realistische kijkomstandigheden met heterogene, sterk gecontrasteerde of driedimensionale kleurstimuli.

In de drie decennia sinds de publicatie van CIELAB zijn er verschillende modellen voorgesteld om deze complexere kleurverschijnselen weer te geven. Het meest recente model is CIECAM02 (CIE Color Appearance Model 2002, gebaseerd op CIECAM97s), ontwikkeld door het onderzoek en de commissieproducten van Robert Hunt, Yoshinobu Nayatani, Mark Fairchild, Nathan Moroney en anderen. CIECAM vertegenwoordigt een hoogtepunt en tevens een eindpunt in de ontwikkeling van modellen voor kleurwaarneming.

Gedetailleerde instructies voor het berekenen en gebruiken van de nieuwste CIE-modellen zijn te vinden in de teksten van Fairchild en Hunt (hieronder geciteerd). Mijn doel is uit te leggen hoe de invoergegevens en berekeningen de uiteindelijke kleurruimte beïnvloeden. Alle diagrammen zijn gegenereerd op basis van Fairchilds spreadsheetversie van de CIECAM-formules, hieronder geciteerd.

De afmetingen van CIECAM02 . De berekeningen van CIECAM zijn aanzienlijk complexer dan die van CIELAB . CIECAM vereist bovendien meer begininformatie (zie afbeelding rechts):

tegengeometrie van CIELAB

(boven) tegengestelde functies a en b ; (onder) spoor van optimale kleurstimuli in het a*b*-vlak; beide weergaven onder gelijke energie-verlichting.

•  Colorimetrische informatie _: de XYZ - tristimuluswaarden voor het te modelleren kleurgebied, de XwYwZw _{- tristimuluswaarden} voor de witte standaard of lichtbron, en de adaptatieluminantie Yb van de aangrenzende kleurachtergrond , equivalent aan de gestandaardiseerde ( XYZ )-luminantie (waarbij Y ₌ 2 voor een Munsell-waarde van 1 [bijna zwart], Y = 20 voor een waarde van 5 [middengrijs] en Y = 90 voor Munsell-wit) .

•  Fotometrische informatie : de gemiddelde luminantie van de visuele omgeving of omtrek L _a , in nits (cd/m ² ).

•  Contextparameters : (1) contrastfactoren F en Nc _, die beide waarden hebben van 1,0 wanneer de luminantie (gereflecteerde verlichting) in de omgeving overeenkomt met de verlichting op het kleurvlak (documenten of afdrukken onder kantoorverlichting), 0,9 wanneer de omgevingsverlichting gedimd is ten opzichte van het beeld (computerschermen of overheadprojecties), en 0,8 wanneer de omgevingsverlichting donker is ten opzichte van de luminantie van het beeld (film-, dia- of videobeelden); en (2) een exponent c die de responscompressie in beeldhelderheid, -helderheid en -chroma moduleert die wordt veroorzaakt door de achtergrondhelderheid (het Bartleson-Breneman-effect ), empirisch vastgesteld op waarden van 0,69, 0,59 of 0,525 voor dezelfde kijkcontexten. Deze parameters worden niet in de scène gemeten, maar worden bepaald door visuele beoordeling en vervolgens afgelezen van een grafiek.

•  Responscompressiefactoren : (1) een luminantie-adaptatiefactor D , die toeneemt naar een grenswaarde van 1 naarmate het kleurgebied reflecterend lijkt in plaats van emitterend (dat wil zeggen, de omgevingsluminantie L _a neemt toe en/of F neemt toe — de luminantie van de omgeving komt overeen met de luminantie van het beeld); (2) een machtsfunctie F _L die de toename in helderheid en kleurrijkheid modelleert die wordt veroorzaakt door helderdere kijkomgevingen (hogere niveaus van omgevingsluminantie L _a ); (3) chromatische contrastfactoren N _bb en N _cb , afgeleid van de verhouding Y _b /Y _w , die worden gebruikt om de toename in chroma, helderheid en lichtheid te berekenen die wordt veroorzaakt door donkere achtergronden; en (4) exponenten z en n , eveneens afgeleid van Y _b /Y _w , die de responscompressie op helderheid en chroma definiëren die wordt veroorzaakt door de helderheid van de achtergrond.

Houd er rekening mee dat het kleurvlak deel kan uitmaken van een grotere afbeelding, maar alle adaptatie- of contrastfactoren werken op het kleurvlak afzonderlijk. CIECAM representeert alleen verschuivingen als gevolg van helderheidscontrast met de achtergrond of de effecten van verlichtingsniveaus of luminantieadaptatie. Het model simuleert geen chromatisch contrast, chromatische assimilatie of effecten van ruimtelijke frequentie tussen componenten van een afbeelding.

Chromatische adaptatie . Een groot deel van het ontwikkelingswerk dat aan CIECAM voorafging, betrof de keuze van chromatische adaptatieberekeningen die nauwkeurige en omkeerbare resultaten opleverden.

De XYZ-tristimuluswaarden met gelijke oppervlakte blijven de standaardkleurspecificatie alleen vanwege hun brede toepasbaarheid. Ze geven slechte resultaten als ze direct worden gebruikt om chromatische adaptatie te berekenen (zoals in CIELAB gebeurt), en in plaats daarvan moeten kegeltjes met gelijke oppervlakte als fundamentele waarden worden gebruikt. Bovendien moeten verschillende responsfuncties worden gebruikt om de effecten van chromatische adaptatie en luminantie-adaptatie te modelleren. Deze taken worden gecombineerd door een ingewikkelde reeks trucjes:

grafische samenvatting van de CIECAM-invoerwaarden en -parameters

_{• De} tristimuluswaarden van het kleurgebied ( Xc _, Yc _, Zc ) en de lichtbron ( Xw _{, Yw} , Zw ₎ worden omgezet in "aangescherpte" kleuraanpassingsfuncties (die ook negatieve waarden bevatten), wat resulteert in _pre -adaptatiewaarden voor het kleurgebied ( RGB ) en de lichtbron ( Rw _, Gw _, Bw ), zoals weergegeven in het onderstaande diagram . Deze waarden egaliseren de relatieve bijdrage van de R- en G- waarden ( X en Y ) en creëren negatieve (oververzadigde) waarden in de G- curve.

• Aanpassingen voor luminantie-adaptatie ( D ) worden gemaakt op de RGB -waarden _van de kleur en de lichtbron , wat resulteert in waarden na adaptatie voor het kleurgebied ( RcGcBc ) en de lichtbron . Dit is het punt waar de tristimuluswaarden van de lichtbron worden gebruikt om een ​​von Kries-transformatie uit te voeren voor chromatische _{adaptatie ,} zoals hieronder weergegeven voor de R- waarde:

R _c = [(100D/R _w )+1–D]R

Dezelfde aanpassing wordt uitgevoerd op de Gc- en Bc _{- waarden. Deze stap} komt overeen met de adaptatieratio's in CIELAB, die direct op de tristimuluswaarden worden toegepast en daarom onjuiste von Kries-transformaties zijn. De CIECAM-formule heeft geen effect ( Rc  = R ₎ in gevallen waarin (1) kleuren worden bekeken onder een lichtbron met gelijke energie (de Rw _, Gw _en Bw _- waarden zijn allemaal 100), en (2) er sprake is van volledige adaptatie aan de lichtbron ( D  = 1). Anders verlaagt of verhoogt deze transformatie de kegeltjesoutput om de chromaticiteit van de lichtbron te evenaren, in verhouding tot de mate waarin adaptatie slechts gedeeltelijk plaatsvindt — dat wil zeggen, D  < 1 wanneer de omgeving donkerder is dan het beeld, en het verschil tussen beeld- en omgevingsluminantie volledige adaptatie verhindert. Dit wordt vooral significant wanneer de omgevingsluminantie lager is dan 300 cd/ ^m² .

• De R _c G _c B _c -waarden na adaptatie worden teruggeconverteerd naar XYZ- tristimuluswaarden. Parallelle transformaties worden uitgevoerd om de XYZ -waarden van de lichtbron te verkrijgen.

• De XYZ -waarden na de aanpassing worden omgezet in een specifiek type grondwaarden voor kegels met gelijke oppervlakte (Hunt Pointer Estevez-grondwaarden), aangeduid met R'G'B' .

• Ten slotte wordt een responscompressie toegepast op de R'G'B'- kegelgrondtonen. Deze compressie is bij benadering hyperbolisch met een minimumwaarde nabij nul en een oplopende helling die verandert in verhouding tot het niveau van de omgevingshelderheid L _a , uitgedrukt als de responscompressiefactor F _L (rechts). De berekening wordt hieronder weergegeven voor de R'- waarde:

Dezelfde aanpassing wordt gemaakt aan de R'w, _G'w en _B'w waarden van de lichtbron. Deze transformatie heeft een dubbel effect: het versterkt de verschillen in kegelrespons (contrast) bij zeer lage tristimuluswaarden (de curve heeft een veel steilere helling bij lage R' _- waarden ) en verhoogt het algehele responscontrast in helderheid en chroma naarmate de luminantie toeneemt (de maximale waarde van R'a en de _algehele helling nemen toe). Omdat golflengten aan de uiteinden van een kegelfundament een veel lagere respons (tristimuluswaarde) produceren dan golflengten nabij de piek, en de transformatie de relatieve respons bij lage tristimuluswaarden verhoogt, hebben de getransformeerde kegelfundamenten aanzienlijk verhoogde uiteinden en brede, afgeronde schouders rond de pieken (zie onderstaand diagram ). Deze berekeningen leveren na adaptatie gecomprimeerde kegelfundamenten op, aangeduid als R'a _{, G'a} , _B'a en R'aw , _{G'aw en} B'aw _.

Deze omslachtige berekeningen resulteren in een "correcte" von Kries-transformatie voor chromatische adaptatie, aangepast aan de mate van luminantie-adaptatie, en een responscompressie geschaald naar de omgevingsluminantie (luminantie-adaptatie).

Lichtheid/Helderheid . Correlaties van lichtheid ( J ) en helderheid ( Q ) worden berekend op basis van de _na adaptatie gecomprimeerde kegeltjesfundamentals R'a, G'a, B'a _, de _{achtergrondcontrastfactor Nbb} en de omgevingsluminantiecompressiefactor _FL , als volgt:

Aw wordt berekend op basis van de lichtbronwaarden R'aw, _{G'aw en B'aw .} A is  in essentie een luminantiefunctie met een afgeronde piek en oplopende staarten, die wordt aangepast door de contrastfactoren c , z en FL om compressie-effecten weer _te geven die worden veroorzaakt door achtergrondcontrast en omgevingsluminantie.

Tegenstanderafmetingen . Een reeks voorlopige tegenstanderafmetingen wordt als volgt berekend:

a = [R' _a +(B' _a /11)]–(12G' _a /11)
b = (R' _a +G' _a –2B' _a )/9

Merk de gelijkenis op tussen deze tegengestelde dimensies en de fundamentele dimensies van een kegel-excitatiediagram, bijvoorbeeld de dimensies L–M en L+M–S van een trilineaire mengdriehoek . De belangrijkste verschillen zitten in de kleine hoeveelheid S  ( B'a ₎ output die wordt toegevoegd aan de L  ( R'a ₎ kegel-output in het a- contrast, en in de betere relatieve weging van de kegel-outputs.

Deze voorlopige ab- afmetingen worden gebruikt om de tinthoek ( h ) van de kleur af te leiden, die op zijn beurt wordt gebruikt om een ​​excentriciteitsfactor e af te leiden. Deze factor past de schaal van de a- en b -afmetingen aan om de verschillen in chromacompressie weer te geven die rond de tintcirkel optreden.

De zuiverheid van de tint correleert . Vervolgens wordt de chroma ( C ) berekend als de Euclidische afstand tot de oorsprong op de gecomprimeerde ab- dimensies van de respons. Ik presenteer de formule om te laten zien hoe complex deze is:

De formule kan als volgt worden ontleed: (1) de basischromaticiteitsafstand wordt gedefinieerd als de Euclidische afstand op a en b tussen de kleur en het achromatische punt; (2) de chromaticiteit wordt vermenigvuldigd met de excentriciteitsfactor e , wat een verschillende chroma-schaling oplevert langs elke tinthoek van het ab- chromaticiteitsvlak; (3) de herschaalde chroma wordt vermenigvuldigd met de chromatische inductiefactoren Nbb en Ncb , die _de chroma verhogen naarmate de achtergrond donkerder wordt; (4) de contrastgeschaalde chroma-waarden worden genormaliseerd op de som van _de respons-gecomprimeerde kegeluitgangen ( R'a, _G'a , _{B'a )} ; en (5) de genormaliseerde chroma - waarden worden aangepast om te compenseren voor de helderheid van de kleur ( J ) en de achtergrondcontrastexponent ( n ).

Moderne chroma-metrieken in CIECAM en andere kleurmodellen zijn zeer complex, maar dit is noodzakelijk om een ​​gelijke chroma-spreiding rond de kleurcirkel te bereiken, de luminantie-informatie op de juiste manier te normaliseren over een vlak met gelijke chromaticiteit, en de juiste responscompressie toe te passen in relatie tot achtergrondcontrast, scèneluminantie en kleurhelderheid. De cilindrische coördinaten van helderheid/lichtheid, kleurhoek en chroma vormen de uiteindelijke vorm van het CIECAM-systeem.

De cilindrische coördinaten worden gebruikt om de resterende uiterlijke kenmerken verzadiging ( s ) en kleurrijkheid ( M ) te berekenen. Vervolgens worden trigonometrische functies gebruikt om de kleurruimte om te zetten in cartesische coördinaten Jab , waarvan de chromaticiteitseenheden worden uitgedrukt in termen van chroma, verzadiging of kleurrijkheid.

Ten slotte bestaat er geen formule voor kleurverschil die geoptimaliseerd is voor het CIECAM-model: de reeks kleurmodellen die begon met formules voor kleurverschil eindigde in een model zonder. Er zijn echter zeer goede resultaten behaald door gebruik te maken van de standaard Euclidische afstand tussen gelijksoortige kleuren.

ΔE ₀₂ = [(L ₁ –L ₂ ) ² +(a _C1 –a _C2 ) ² +(b _C1 –b _C2 ) ² ] ^1/2

waarbij "vergelijkbaar" betekent dat de kleuren van elkaar verschillen door een ΔE ₀₂ -waarde van ongeveer 10 of minder. De gemiddelde CIECAM ΔE ₀₂ voor de eerste chroma-stap in Munsell-doelkleuren, voor alle tinten en waarden, is ongeveer 7,7, iets hoger dan in CIELAB. Merk op dat de ΔE ₀₂ bij benadering wordt uitgedrukt in eenheden van net waarneembaar verschil, dus kleurverschillen van 1 of lager zijn over het algemeen niet zichtbaar.

Grafische analyse van CIECAM . Het is vrijwel onmogelijk om een ​​kleurenmodel zo complex als CIECAM te begrijpen op basis van alleen de berekeningen. Het effect van de berekeningen (en parameterwaarden) op de kleurspecificaties moet altijd grafisch worden onderzocht.

Responscompressie . Waarschijnlijk _is het meest significante kenmerk van CIECAM in vergelijking met CIELAB en alle voorgaande kleurenmodellen het alomtegenwoordige gebruik van exponentiële functies om responscompressie te modelleren. CIECAM bevat vier variabelen — c , z , FL en D — die uitsluitend _worden gebruikt als exponenten of als niet-lineaire schaalfactoren. Een grafisch voorbeeld van het compressieve, "buigende" effect van deze machtstransformaties wordt getoond in de uitleg van de R'a _G'a B'a _{kegelgrondbeginselen} , hierboven .

Responscompressie is noodzakelijk om zowel de fundamentele psychofysische functies van lichtheid, helderheid, kleurrijkheid, chroma, verzadiging en tint te modelleren, als om de niet-lineaire veranderingen in deze functies te modelleren die worden veroorzaakt door veranderingen in de kleurcontext (achtergrondcontrast, omgevingshelderheid, chromatische en luminantie-adaptatie). In totaal worden, inclusief het gebruik van trigonometrische functies om de tinthoek h en de excentriciteitsfactor e te berekenen , niet-lineaire transformaties gebruikt in veertien van de 22 CIECAM-berekeningsstappen. In dit opzicht getuigt CIECAM van het belang van responscompressie in alle aspecten van kleurperceptie.

Chromatische adaptatietransformaties . Alle CIECAM-berekeningen worden gemaakt met kegeltjesfundamentals met gelijke oppervlakte , die overeenkomen met de XYZ-kleurafstemmingsfuncties met gelijke oppervlakte . In handboeken over kleurenzicht worden ze echter meestal weergegeven als genormaliseerde kegeltjesfundamentals om de visuele vergelijking van de curvevormen te vergemakkelijken, vooral in de staarten waar de adaptatieaanpassingen het grootste effect hebben.

Het diagram toont de pre-adaptatie, "aangescherpte" kleuraanpassingsfuncties RGB en de post-adaptatie, respons gecomprimeerd R' _a G' _a B' _a kegeltjesgrondslagen.

chromatische adaptatiefuncties in CIECAM

onder lichtbron D65; (links) CAT02 RGB- systeem van pre-adaptatie, "verscherpte" kleuraanpassingsfuncties; (rechts) post-adaptatie, respons gecomprimeerde kegeltjesfundamentals R' _a G' _a B' _a

De belangrijkste kenmerken van elke reeks krommen zijn visueel duidelijk wanneer ze worden vergeleken met zowel de XYZ- kleurafstemmingsfuncties als met de genormaliseerde LMS- kegelgrondbeginselen, waarnaar hierboven wordt verwezen.

De RGB- kleuraanpassing introduceert negatieve waarden in de R- en G- curven, waardoor ze lijken op de oorspronkelijke RGB-kleuraanpassingsfuncties , met dien verstande dat de tint buiten het kleurbereik geen blauwgroen maar blauwviolet is. Dit definieert de B- "primaire" kleur als oververzadigd en vergroot de chromatische afstand tussen de B- en G- "primaire" kleuren.

De R'a, _G'a en _B'a kegelfundamentals lijken op de logaritmische kegelfundamentals _, omdat deze curven zijn getransformeerd met behulp van een machtsfunctie. De curven hebben in feite een ruwweg driehoekige vorm die kleurverschillen in de staarten vergroot en de derdemachtsworteltransformatie die in CIELAB wordt gebruikt aanzienlijk verbetert. De scheiding tussen R'a en G'a is ook zo sterk verminderd dat kleurdiscriminatie (afstand) specifieker wordt beïnvloed door veranderingen in de _R'a - _output voor kleuren bij golflengten boven 580 nm, en door veranderingen in de _B'a - _output voor alle kleuren onder 580 nm.

luminantie-afhankelijke responscompressie
van R' naar R' _a

Opponentgeometrie . De uiteindelijke op chroma gebaseerde (luminantie-onafhankelijke) opponentafmetingen in CIECAM, a _C en b _C (rechtsboven), lijken sterk op de opponentfuncties van Hurvich en Jameson en de X-Y- en Y-Z- afmetingen van CIELAB voordat de derdemachtswortelcompressie wordt toegepast ( hierboven ).

De complexere chromaticiteitsberekeningen in CIECAM verwijderen de knik die rond 500 nm in de CIELAB a* -dimensie wordt gevonden (zie hierboven ) en produceren een minder hoekige, gelijkmatiger verdeelde involute van optimale kleuren, vooral van cyaan tot violet (rechtsonder). Dit is een van de belangrijkste verschillen tussen CIELAB en CIECAM. De correlatie tussen de dimensies is ook aanzienlijk verminderd, van -0,35 in CIELAB naar -0,14 — een afwijking van de loodrechte richting van ongeveer 8°.

De historische XYZ-tristimuluswaarden veroorzaken een zekere zaagtandvorming in de b- curve over geelgroene tinten. Dit is het gevolg van het versterken (via de chromatische adaptatietransformaties) van grof geïnterpoleerde Z- waarden waarbij de S- kegelrespons bijna nul is. De zaagtandvorming wordt aanzienlijk versterkt onder "gele" lichtbronnen (zoals lichtbron A) en introduceert discontinuïteiten in de plaatsing van verzadigde geelgroene tinten. Een nieuwe Z- functie, afgeleid van de recente schattingen van Stockman & Sharpe van de S -kegelgevoeligheid, zou dit probleem verhelpen.

Chromaticiteitsverschillen geschaald op chroma ( aC en bC _{) zijn onafhankelijk van veranderingen in de} omgevingshelderheid La _of het achtergrondcontrast ( Yb _/ Yw ₎ . De dimensies geschaald op kleurrijkheid, aM en bM _{, nemen toe naarmate de} scènehelderheid La toeneemt, om het Hunt-effect te modelleren _, en _naarmate de helderheidsinductie toeneemt (lage waarden van Yb ₎ . CIECAM levert ook dimensies geschaald op verzadiging, as en bs , die afnemen bij een toename van de scènehelderheid of helderheidsinductie; _de ​​verzadigingsmetriek produceert ook een grote "donutgat"-achtige opening tussen het achromatische centrum en de eerste Munsell-waardestap, consistent met het verscherpingseffect .

Chroma-schaling . Zoals ik uitleg in de bespreking van kleurzuiverheid , zijn metingen van kleurzuiverheid (chroma of verzadiging) de meest problematische, onnauwkeurige en complexe aspecten van moderne kleurmodellen. Dit geldt ook voor de meest ingewikkelde aspecten van CIECAM, die betrekking hebben op de schaling van kleurrijkheid, chroma en verzadiging.

tegengeometrie van CIECAM

(boven) tegengestelde functies a _c en b _c gebaseerd op chroma-schaling; (onder) spoor van monochromatische kleurstimuli op het a _c b _c- vlak; beide weergaven onder gelijke energie-verlichting.

Het onderstaande diagram toont de uiteindelijke chroma-schaling in CIECAM in vergelijking met de voorlopige CIECAM-afmetingen en de chroma-schaling in CIELAB. De twee diagrammen (rechts) tonen de verdeling van optimale kleuren op de CIECAM a _c b _c (chroma) en a _s b _s (verzadiging) vlakken. CIECAM bereikt een goede consistentie in de schaling van beide grootheden, en de resulterende ruwweg cirkelvormige volumes (vooral in de verzadigingsmetriek) geven aan dat CIECAM chroma en verzadiging ongeveer relatieve maten zijn voor de zuiverheid van de tint, waarbij optimale kleuren de perceptuele standaard vormen voor maximale chromatische intensiteit.

kleurschaling in CIECAM02

(links) Munsell-doelkleuren voor V = 5 in CIELAB; (rechts) de Munsell-doelkleuren in CIECAM02, met de chromaticiteitslocaties op de voorlopige opponentafmetingen ab (grijs) en op de excentriciteitsgecorrigeerde afmetingen (blauw); omdat de afmetingen vóór en na aanpassing op verschillende schalen worden gemeten, worden de twee weergaven gestandaardiseerd zodat ze een gelijke chroma hebben bij C = 8.

In vergelijking met CIELAB laten de uiteindelijke CIECAM-chromawaarden een zeer grote afname zien in alle sterk verzadigde kleuren, inclusief kleuren die zich dicht bij de optimale kleurgrenzen bevinden en die normaal gesproken niet in materiaalkleuren voorkomen, en een toename in de chroma van bijna neutrale of gedesatureerde kleuren. In vergelijking met de voorlopige ab- afmetingen laten de uiteindelijke CIECAM-chromawaarden de grootste relatieve afname zien in kleuren van middenblauw via magenta tot oranje.

Tijdens het werk aan de uniforme kleurschalen van de OSA in de jaren vijftig werd ontdekt dat de chromaticiteit van elk tegendimensionaal kleurmodel voor elk tintkwadrant van de kleurruimte anders geschaald moest worden. In CIECAM wordt dit (niet erg bevredigend) bereikt door de excentriciteitsfactor e , die een cirkel met constante chroma met ongeveer 0,2 verschuift naar middenblauw (tinthoek 245). Dit zorgt voor de sterkste krimp van diepgele tinten en een sterke vergroting van de chroma van blauwe tinten, zonder effect op de chroma van groen en paars.

Deze excentrieke schaalvergroting is het gemakkelijkst te zien door de CIELAB- en CIECAM-chroma van doffe tot matig verzadigde Munsell-doelkleuren te vergelijken, zoals hieronder weergegeven. De toename van de blauwe chroma bij een tinthoek van ongeveer 245 graden en de afname van de chroma bij een tinthoek van ongeveer 65 graden zijn duidelijk zichtbaar. De aanpassingen introduceren ook meer variatie in chroma-waarden over verschillende helderheidsniveaus in gele, rode en paarse tinten.

Kleuraanpassingen via tinthoek in CIECAM02

Gemeten chroma van Munsell-doelkleuren voor waarde V = 4 tot 8 en chroma C = 2 tot 12, in CIELAB en CIECAM02; lichtbron D65

Merk op dat in een kleurruimte gebaseerd op perfect nauwkeurige kleurstalen en een "ware" meting van de waargenomen chroma, de lijnen van punten perfect recht en horizontaal zouden zijn.

Kleurschaling . De chroma-afstand heeft ook een aanzienlijke invloed op de kleurspreiding. De CIECAM-berekeningen leveren een veel betere spreiding en rechtheid op in lijnen met een constante kleur. Het onderstaande diagram toont de locatie van radiale kleuren, gedefinieerd in de OSA-kleurruimte om de onvolkomenheden in de spreiding van Munsell-kleuren te vermijden, in CIELAB en CIECAM. De CIELAB-lijnen vertonen een ongelijke spreiding rond de kleurcirkel en sterk gebogen kleurlijnen in paarse tinten. De CIECAM-waardenlijnen zijn bijna exact gelijk verdeeld, de lijnen met een constante kleur zijn veel lineairder en de algehele verdeling is veel dichter bij een cirkel.

lijnen met constante kleurtoon in CIELAB en CIECAM02

Radiaal voorbeeld van de OSA UCS-kleurruimte voor drie helderheidswaarden L  = –2,3, –0,5 en 1,8, onder lichtbron D65 (doelkleurgegevens van Moroney, 2003)

Helderheid/Lichtheid . De effecten van omgevingshelderheid en achtergrondcontrast op zowel lichtheid als helderheid zijn vrij eenvoudig te verklaren.

Laten we eerst situaties bekijken waarin de scèneparameters Nc _, F en c constant worden gehouden op "normale" waarden die het bekijken van papier of afdrukken onder dezelfde belichting als de omgeving ( La ₎ vertegenwoordigen .

In deze basiscontext kan de omgevingsverlichting variëren van gedempt kantoorlicht van ongeveer 100 lux ( L _a = 30) tot daglicht in de middag van ongeveer 10.000 lux ( L _a = 3000). De documenten of afdrukken kunnen worden bekeken tegen een achtergrond die donkergrijs ( Y _b = 5), middengrijs ( Y _b = 20) of wit ( Y _b = 90) is. Het onderstaande diagram toont het effect van deze variaties op de lichtheid ( J ) en helderheid ( Q ).

lichtheid en helderheid in CIECAM02

(links) helderheidswaarden J bij drie niveaus van gestandaardiseerde achtergrondluminantie, Yb ; (rechts ₎ helderheidswaarden Q bij drie niveaus van omgevingsluminantie La en drie _niveaus van gestandaardiseerde achtergrondluminantie; gemiddelde waarden over 2800 Munsell-kleuren, lichtbron met gelijke energie.

De curven voor helderheid J (diagram, links) tonen het effect van achtergrondcontrast op de spreiding van een grijsschaal. Een witte achtergrond minimaliseert de responscompressie en produceert een relatief lineaire spreiding van grijswaarden ten opzichte van de luminantie van de kleur ( Yc ₎ . Een donkergrijze achtergrond verhoogt de algehele responscompressie, waardoor er meer contrast ontstaat tussen donkere kleuren en minder contrast tussen lichte kleuren. Dit is het Bartleson-Breneman-effect . Deze veranderingen in de helderheidscurve zijn identiek voor alle niveaus van omgevingsluminantie ( La ₎ , omdat de relatieve helderheid constant blijft binnen het normale verlichtingsbereik.

De curven voor helderheid Q (diagram hierboven, rechts) tonen het verwachte effect van een toenemende omgevingshelderheid: naarmate L _a toeneemt, neemt ook de helderheid van alle kleuren toe, evenals de waargenomen hoeveelheid contrast tussen donkere en lichte kleuren (het Stevens-effect ). Achtergrondcontrast verhoogt echter ook de schijnbare helderheid door helderheidsinductie: donkere achtergronden laten kleuren helderder (helderder en kleurrijker) lijken. En dit "kleurversterkende" effect van donkere achtergronden wordt groter bij hogere niveaus van omgevingshelderheid.

Op vergelijkbare wijze hebben veranderingen in de omgevingshelderheid L _a geen effect op de chroma, maar verhogen ze de relatieve kleurrijkheid. Veranderingen in het achtergrondcontrast Y _b hebben een klein effect op de chroma: in het getoonde bereik, van 5 tot 90, neemt de chroma toe met ongeveer 1,5 Munsell-stappen (zoals hieronder weergegeven), en resulteert dit in een nog kleinere toename van de kleurrijkheid.

kleurverzadiging en achtergrondcontrast in CIECAM02

(links) Munsell-doelkleuren voor V = 5 in CIELAB; (rechts) de Munsell-doelkleuren in CIECAM02, met de chromaticiteitslocaties op de oorspronkelijke opponentafmetingen (grijs) en op de excentriciteitsgecorrigeerde afmetingen (blauw); omdat de afmetingen vóór en na aanpassing op verschillende schalen worden gemeten, worden de twee weergaven gestandaardiseerd zodat ze een gelijke chroma hebben bij C = 8.

Omgevingscontrast . Het effect van het wijzigen van de omgevingscontrastparameters c , Nc en F , die het verschil in kleurwaarneming modelleren tussen reflecterende documenten die in een lichte omgeving worden bekeken en geprojecteerde of emitterende beelden die in _een donkere omgeving worden bekeken, is klein en uniform binnen een realistisch bereik van waarden voor de omgevingsluminantie ( La ₎ .

Het veranderen van de luminantiewaarde van de omgeving, L _a, heeft op zichzelf geen effect op de chroma of tint van kleuren. Het beïnvloedt echter wel de helderheid en daarmee ook de relatieve kleurrijkheid.

context en lichtheid/helderheid in CIECAM02

(links) helderheidswaarden J bij normaal scènecontrast ( Nc = 1,0, F = 1,0, c = 0,69) en donker scènecontrast ( Nc = _0,8 , F = 0,8, c = 0,525); (rechts ₎ helderheidswaarden Q bij twee niveaus van omgevingsluminantie La en twee niveaus van omgevingscontrast; gemiddelde waarden over 2800 Munsell-kleuren, lichtbron met gelijke energie _.

Het diagram voor helderheid (links) laat zien dat donkere kijkomgevingen het contrast in lichte waarden enigszins verminderen en het contrast in zeer donkere waarden verhogen. Het verhogen van de helderheid van de scène verbetert de onderscheiding van lichte waarden en vermindert het contrast in donkere waarden.

De effecten op de helderheid (en daarmee op de kleurweergave) zijn vergelijkbaar, maar veel groter. Het bekijken van een videoscherm in een donkere omgeving ( La ₌ 30) levert een hogere helderheid op dan hetzelfde scherm in een goed verlichte omgeving ( La ₌ 300), maar dit wordt gecompenseerd door de vorm van de helderheidsfunctie, die vlakker en scherper gebogen wordt naarmate de omgevingshelderheid afneemt. Deze compressie kan slechts gedeeltelijk worden gecompenseerd door het contrast (gamma) van het scherm te verhogen. In feite is voor een optimale videobeeldweergave meestal slechts een licht gedempte kamerverlichting nodig, mits de lichten niet reflecteren op het televisiescherm. De nieuwste lcd- en plasmaschermen bieden een uitstekend contrast bij een bijna normale binnenverlichting.

vergelijking van CIELAB L* met CIECAM J

voor Munsell-doelkleuren onder D65- en CIECAM-parameters zoals weergegeven

Omdat CIECAM rekening houdt met zowel de effecten van chroma (verzadiging) als de effecten van de weergaveomstandigheden op de schijnbare helderheid/lichtheid, is de relatie tussen CIECAM-lichtheid ( J ) en CIELAB-lichtheid ( L* ) complex. Het diagram (hierboven) laat zien dat dezelfde CIECAM-lichtheid ( J  = 20) een CIELAB-lichtheid van 40 tot 60 kan beschrijven, en dat J bijna altijd lager is dan L* voor de getoonde weergaveparameters. Bovendien neemt het contrast van de CIECAM-lichtheid toe bij lagere waarden, wat resulteert in een kromme functie van CIELAB L* .

Helaas is het niet eenvoudig om CIECAM "omgekeerd" te gebruiken om de beste balans tussen beeldhelderheid en omgevingshelderheid te berekenen, omdat de beeldhelderheidswaarden gestandaardiseerd zijn (beperkt tot een maximumwaarde van 100) door de tristimuluswaarden. Ondanks de uitgewerkte voorbeelden in de technische rapporten van de CIE en de huidige kleurteksten, blijven de helderheidsbeoordelingen die essentieel zijn voor de CIECAM-berekeningen ofwel een kwestie van inschatting, ofwel gebaseerd op "standaard" presentatieomgevingen.

Aanpassing aan de lichtbron . Net als CIELUV en CIELAB kan CIECAM het achromatische punt van de kleurruimte verschuiven om veranderingen in de lichtbron te compenseren, waardoor de corresponderende kleuren onder een nieuwe lichtbron voorspeld kunnen worden.

overeenkomstige kleuren in CIECAM02

Munsell streefkleuren met een waarde van V = 6, weergegeven onder lichtbronnen met een gecorreleerde kleurtemperatuur van 6500 °K (daglicht D65, links) of 2860 °K (gloeilamp A, rechts).

De hier getoonde verschuivingen geven aan dat het neutrale Munsell-kleurmonster in daglicht een matig verzadigd blauw zal lijken, en dat een Munsell-oranje met chroma 8 het meest op een neutraal grijs zal lijken. Let op de verbeterde spreiding van de kleuren naarmate de lichtbron verandert, vergeleken met de uitgerekte corresponderende kleuren die door CIELAB worden voorspeld.

optimale kleurgrenzen op
het CIECAM ab-vlak

(boven) kleurmeting, (onder) verzadigingsmeting; onder EE-lichtbron, 20% achtergrondreflectie, witte oppervlaktehelderheid 318 cd/ ^m²

De CIECAM-kleurruimte . Is CIECAM02 de moeite waard? Al het beschikbare onderzoek wijst erop van wel, maar veel hangt af van hoe de evaluatie wordt uitgevoerd.

Een vergelijking van de posities van de Uniform Color Scales (OSA-UCS) van de Optical Society of America in CIECAM02 (rechts) en in CIELAB ( hier weergegeven ) laat veel kleine verschillen zien, met name in de chroma-afstand van kleuren rond het tintvlak, de neerwaartse verschuiving van de helderheidswaarden en de meer gelijkmatige chroma-afstand over verschillende helderheidsniveaus. Gezamenlijk leiden deze tot aanzienlijke veranderingen in de voorspellingen van de kleurwaarneming.

Een veel scherper contrast is zichtbaar in de plaatsing van de Munsell-doelkleuren in CIECAM (hieronder), vergeleken met CIELAB ( hier weergegeven ). De sterk gebogen lijnen met een constante tint in blauwviolette en paarse tinten zijn volledig verholpen en er is over het algemeen een stabielere uitlijning van de tinthoeken over verschillende helderheidsniveaus. De opening in de afstand tussen de groene kleuren (in het linkerbovenkwadrant) is een fout van Munsell, niet van CIECAM, maar ik ben niet zeker over de vergelijkbare opening die in blauwviolette ( b– ) tinten verschijnt.

Munsell Aim-kleuren op het CIECAM02 a _c b _c- vlak

Onder lichtbron D65; streef naar kleuren met intervallen van 2,5 tint en ½ verzadiging voor waarden 4, 6 en 8 tot aan de optimale kleurgrenzen; constante CIECAM-verzadiging aangegeven met grijze cirkels. Merk op dat alle CIE-systemen de volgorde van de Munsell-tinten omkeren.

Een specifiek eigenaardigheidje dat ik tijdens mijn technische beoordeling ontdekte, is dat de CIECAM-chroma-afstand sterk gecomprimeerd is voor kleuren die de optimale grenzen naderen, wat zichtbaar is in donkere violette en blauwgroene tinten (zie afbeelding hierboven). CIELAB daarentegen behoudt een perfect regelmatige afstand tot aan de chroma-grenzen. Het is mogelijk dat de optimale grenzen, die in oppervlaktekleuren materieel gezien niet haalbaar zijn zonder een kunstmatige verhoging van het luminantiecontrast, simpelweg buiten de normale visuele ervaring vallen en daarom irrelevant zijn voor de correcte afstand tussen perceptuele kenmerken.

Toekomstperspectieven . Omdat CIECAM nog maar een paar jaar oud is, is er momenteel geen spectrofotometrische implementatie en geen software beschikbaar, afgezien van spreadsheets en MATLAB-algoritmen.

In tegenstelling tot CIELAB, dat volledig en automatisch kan worden gedefinieerd met een spectrofotometer, vereist CIECAM de handmatige (beoordelende) specificatie van parameters voor omgevingshelderheid, achtergrondcontrast en kijkcontext. Deze kunnen op standaardwaarden worden ingesteld en CIECAM kan op dezelfde manier als CIELAB worden gebruikt, maar het potentieel van het model hangt af van de automatisering van deze waarden.

Fairchild (2005) neemt geen tests van CIECAM02 zelf op, maar de vele ontwikkelingsstudies van CIECAM, en van verwante modellen zoals het model ontwikkeld door Hunt en Luo, wijzen erop dat er binnen de huidige opvatting van de kijkcontext geen verdere verbetering mogelijk is. Vooruitkijkend laat Fairchild een sombere noot horen:

Het lijkt erop dat de tijd tussen CIECAM02 en het volgende CIE-kleurwaarnemingsmodel aanzienlijk langer zal zijn dan zes jaar. Een reden hiervoor is dat dit type model de beschikbare visuele gegevens lijkt te voorspellen binnen de experimentele onzekerheid. ... De kosten en de moeilijkheid van het verzamelen van dergelijke gegevens, evenals de inherente variabiliteit tussen waarnemers, maken het onwaarschijnlijk dat er in de nabije toekomst significante verbeteringen in de beschikbare gegevens zullen worden bereikt. (p. 277)

Hij voegt eraan toe dat het wellicht de moeite waard is om gewoon "helemaal opnieuw te beginnen" en de colorimetrie opnieuw op te bouwen op basis van meer geavanceerde principes en recentere gegevens.

In werkelijkheid is er veel meer activiteit dan deze visie doet vermoeden. Het huidige onderzoek richt zich op ICAM's – beeldkleurmodellen – die rekening kunnen houden met verschillen in de grootte van kleurvlakken, chromatisch contrast, verscherping, spreiding en verschillen in de kwaliteit of verwerking van beelden. Gerichte herzieningen van kleurmodellen, zoals die op CIELAB worden uitgevoerd, kunnen een groot aantal afzonderlijke modules of patches opleveren die in en uit bestaande kleurmodellen kunnen worden gewisseld voor specifieke toepassingen of kijksituaties. Toekomstig onderzoek zal waarschijnlijk net zo creatief en ongeorganiseerd zijn als in het verleden.

Mijn samenvatting van CIECAM97s en CIECAM02 is gebaseerd op Mark Fairchilds Color Appearance Models (2e editie) (Wiley: 2005) en RWG Hunts Color Reproduction (Wiley: 2004). Een overzicht van CIECAM02 is beschikbaar als een college over kleurwaarneming en als een spreadsheet met uitgewerkte voorbeelden van het Imaging Science Lab van het Rochester Institute of Technology. Fairchild geeft ook een overzicht van ICAM's .

Kunstenaars zijn mogelijk geïnteresseerd in de gemiddelde locatie van aquarelpigmenten op het CIECAM a _C b _C- vlak , dat ook als PDF-bestand beschikbaar is .

VOLGENDE:   kleureigenschappen

Laatst herzien op 08.01.2005 • © 2005 Bruce MacEvoy

OSA UCS richt zich op de kleuren in de CIECAM02-kleurruimte.

onder lichtbron D65; laag OSA L = 1 weergegeven in magenta;
de g- dimensie is omgekeerd in
alle CIE-kleurmodellen.