Főoldal arrow Cikkek arrow Fotótechnikai alapismeretek arrow Szín, színtan, színelmélet
Szín, színtan, színelmélet
Írta: Nagy Sándor (nasa@http.hu)   
2009. május 21.

Forrás: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Computerspectrum.png
Három elsődleges színből kevert színek (Az alsó sávok az egyes elsődleges színek relatív intenzitását mutatják, amelyeket összekeverve kapjuk a fölöttük levő színt. A tiszta alapszíneket és azok kiegészítő színeit függőleges vonalak jelölik)
A színekkel kapcsolatban három speciális cikk jelent meg a közelmúltban a Fotó Agórán (első, második, harmadik). Korábbi ígéretünknek megfelelően cikksorozatban kívánunk a témakör minden vonatkozásáról rendszerezett ismertetést adni. A jelen cikk a színekkel kapcsolatos ismeretek, fogalmak fejlődéséről nyújt történeti áttekintést, egyúttal a cikksorozat összefoglalásaként, tartalomjegyzékül is szolgál: a cikkben elhelyezett linkeket követve eljuthatunk az egyes kérdések részletesebb kifejtéséhez, a sorozat többi cikkéhez (természetesen külső forrásokhoz is). A sorozat további cikkeinek megírásával párhuzamosan újabb linkek jelennek meg, és szükségessé válhat a jelen összefoglaló módosítása, bővítése is – ennek tényét, dátumával, a címben jelezzük majd).

 

A színek fogalmát kapcsolhatjuk a környezetünkben levő tárgyakhoz (a tárgyak általában színesek), kapcsolhatjuk a fényhez (a Nap természetes fényét fehérnek, „színtelennek” mondjuk, de napkeltekor és napnyugtakor sárgának/vörösnek látjuk, más – elsősorban mesterséges – fényforrások színe egészen változatos is lehet). Mégis a szín alapvetően a látás folyamatában, a tudatunkban (a tudati működés, információ-feldolgozás eredményeként, a külvilágról előállított képi modell részeként) megjelenő érzet, amit a szemünkbe jutó látható fény által keltett, a fény hullámhossz-összetételétől és intenzitásától függő szín-inger vált ki. Erről kicsit bővebben szóltunk egy korábbi cikk bevezető részében. Ebből következik, hogy a színek (a látásunk közvetítésével tudatunkban megjelenő minőségi különbségek) kialakulásának megértése érdekében foglalkoznunk kell

        • a fénnyel/fényforrásokkal (ami/amik megvilágítja/megvilágítják a környezetünket),
        • a tárgyak fényvisszaverő tulajdonságának a visszavert fény színére gyakorolt hatásával (a tárgyakról visszaverődő fény jut a szemünkbe, ez által érzékeljük, „látjuk” azokat, alakjuk mellett színüket is),
        • és természetesen látásunk mechanizmusával, folyamatával.

Történeti áttekintés

Már az ókori hindu és görög filozófusok is foglalkoztak a fény, a színek értelmezésével. A „modern optika atyja”-ként is tisztelt, perzsa származású  iszlám arab tudós, Ibn al-Haytham (Európában Alhazen néven ismert), később latinra lefordított nagyhatású munkájában, az „Optika könyvé”-ben szintén foglalkozott a színekkel, leírta kísérleti eredményét a fehér fény színeire bontásáról, és megalapozta a látásról alkotott modern felfogást (1000 körül). A reneszánsz művészei közül Leonardo da Vinci, és Leon Battista Alberti írásaiban is foglalkozott vele, érdemben mégis a XVII. század végétől számíthatjuk a színtan, a színek rendszerezésének megjelenését.

  • Newton 1660 és 1672 között tartott optika előadásokat. Ebben az időszakban jutott arra az alapvető felfedezésre, hogy a fehér fény (napfény) prizmával színekre bontható (spektrum, diszperzió jelensége), ami gyűjtőlencsével, vagy újabb prizmával újra fehér fénnyé egyesíthető. Megfigyelte, hogy a már felbontott, meghatározott színű fény színe nem változik tárgyakon áthaladás, vagy azokról visszaverődés, szóródás során. Megállapította, hogy a szín a fény jellemzője, már a tárgyakra eső fény is színes, nem a tárgy teszi színessé a fehér fényt.  Ez a felismerés Newton színelméleteként ismert. Felismerte továbbá, hogy a lencséket tartalmazó távcsövek szintén mutatják a diszperzió jelenségét, a színi hibát (kromatikus aberráció). A távcsőben lencse helyett tükröt alkalmazva, elkerülhető a színi hiba – megalkotta a Newton távcsövet. Mindezeket feljegyzések formájában (On Colour) publikálta, majd kibővítve bekerült Optika (Opticks, 1704) c. jelentős munkájába. Publikációi hosszan tartó, nagy vitákba keverték kora jelentős tudósaival (R. Hooke, E. Lucas, F. Linus),  közülük többen  kétségbe vonták megfigyelései hitelességét, voltak, akik a spektrum létét sem fogadták el.
  • A fiziológiai optika (a látás fiziológiája) megalapítójaként is tisztelt Thomas Young a XVIII. század végén felvetette, hogy a színlátás a szemben található háromféle fotoreceptornak (fényre érzékeny idegvégződéseknek) köszönhető (ezt közvetlenül csak a XX. század második felében igazolták kísérletileg), ezzel megalapozta a trikromatikus színelméletet. Ezt az elméletet Hermann von Helmholtz fejlesztette tovább a XIX. század második felében, eredményeit többször átdolgozott kézikönyvében, a Handbuch der Physiologischen Optik (A fiziológiai optika kézikönyve) c. munkában adta közre. Az átdolgozások fő oka, hogy elméletét Ewald Hering vitatta, aki szerint a színes látás a színellentétek érzékelésén alapul. A trikromatikus színelmélet három alapszínéhez képest Hering három, ellentétes színekből álló színpárt tekintett alapvetőnek, elsődlegesnek. Ezt a két fiziológiai elméletet korábban egymást kizáróknak tartották, de a közelmúltban (Edwin Land – a Polaroid fényképezés megalapozója, feltalálója – Retinex elmélete az 1970-es években) kiderült, hogy a szem három alapszín szerint működik, míg a látás tudati fázisát inkább a hat alapszín alapján lehet megérteni. Sőt, már a retina rétegeiben, a fotoreceptorok által szolgáltatott információt továbbító sejtek, a bipoláris és ganglion sejtek feldolgozzák a három alapszín érzékelésével kapcsolatos információt, és ellentéteket képeznek belőlük, azokat továbbítják az agyba. Ezek az információk a retina egy-egy kis felület-részén, az egymáshoz közeli L (vörös) és M (zöld) csapok jeleinek a különbsége, az S (kék) csapok és az előbbi különbség (L és M kombináció – sárga) különbsége, továbbá a világos-sötét információ. Említésre érdemes, hogy a trikromatikus emberi látástól eltérően egyes állatok látása tetrakromatikus, azaz négy különböző spektrális érzékenységű fotoreceptoron alapul. Újabb vizsgálatok (a 2. ezredforduló táján) felvetik a tetrakromatikus emberi látás lehetőségét is. Ennek vizsgálatában magyar kutatók is kiveszik a részüket.
  • Külön fejlődési vonulatként célszerű foglalkozni  a színelmélettel (color theory). Kialakulását a képzőművészeknek köszönheti, akik a színek keverését, és a különböző színkombinációk vizuális (esztétikai, érzelmi, pszichológiai) hatását igyekeztek megérteni, rendszerbe foglalni. Ennek alapelemei már Leon Battista Alberti (1435. körül) és Leonardo da Vinci (1490. körül) írásaiban is megjelentek, érdemben mégis a XVIII. századtól fejlődött önálló művészeti hagyománnyá, nem kis mértékben Newton színelmélete és az úgynevezett elsődleges színek természete között kiakult éles nézetkülönbség eredményeként. A színtan eredetileg azon alapfeltevésre épült,
    Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:GoetheFarbkreis.jpg
    Goethe színköre
    hogy három elsődleges (primary), vagy egyszerű (primitive) színből – ezek a vörös (Red – R), a sárga (Yellow – Y) és a kék (Blue – B) – az összes többi szín kikeverhető (RYB színmodell). Erre alapozták mind a színérzékelés már említett trikromatikus elméletét, mind pedig a festékek (pigmentek) fizikai keverésének módszertanát. Fejlődését alapvetően a színek tisztán pszichológiai hatásának, nevezetesen az ellentétes (contrasting), más szóval kiegészítő (complementary) színek egymást kiemelő, látásunkban utóhatásként megjelenő érzetével kapcsolatos megfigyelések, vizsgálatok határozták meg. A kiterjedt vizsgálatok eredményei két terjedelmes dokumentumban csúcsosodtak ki a XIX. század első felében: a német költőfejedelem, Johann. Wolfgang. Goethe 1810-ben publikálta „Zur Farbenlehre” címen, saját megítélése szerint élete főművének tartott könyvét (angol fordítása „Theory of Colours” címen teljes terjedelmében elérhető a Világhálón, sőt ma is megvásárolható alapmunka), míg a frencia ipari vegyész, Michel Eugène Chevreul a szimultán kontraszt (ugyanazt a színt eltérőnek érzékeljük, ha más-más színek veszik körül) felfedezője angol fordításban „The Law of Simultaneous Color Contrast„ c. könyvét 1839-ben (a Világhálón két   könyve  is elérhető). A színeket színkörben és egyéb geometriai elrendezésekben
    Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:GoetheFarbkreis.jpg
    Az első színes fénykép, készítette Maxwell 1861-ben (skótkockás szallagot ábrázol)
    elhelyezve rendszerezték. Később más elsődleges színekkel is felépítettek színelméletet, sőt kiderült, hogy az emberi színérzékelés legjobban a vörös (Red – R), zöld (Green – G) és kék (Blue – B) színekre épített RGB színelmodellel van összhangban. Ebben jelentős szerepet játszott James Clerk Maxwell skót fizikus, az elektromágnességtan, az elektromágneses fényelmélet megalkotója, aki 1861-ben bemutatta az első színes fényképet (három fekete-fehér felvételt készített vörös, zöld és kék szűrőkkel, majd ugyanazon szűrőkön keresztül, három vetítővel egymásra vetítette azokat – a három fotólemezt ma Maxwell szülőházában, az India Street 14 alatt őrzik, Edinburghban). A művészetben és a  műveszeti oktatásban a mai napig az RYB színmodellt használják, amit az RGB színmodellre alapozott „tudományos színelmélet”-től megkülönböztetendő, „hagyományos színelmélet”-ként szokás emlegetni. A két színelmélet célkitűzése, alkalmazási területe eltérő, a maga területén mindkettőnek megvan a létjogosultsága. Ugyanakkor pl. a kiegészítő szín fogalmát, ugyanazt a kifejezést teljesen eltérő értelemben használják, ami félreértésekre ad alkalmat (ezeket részletes vizsgálatokat ismertető cikkben igyekeztünk tisztázni).

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:AdditiveColor.svg és http://en.wikipedia.org/wiki/File:SubtractiveColor.svg
RGB additív, és YMC szubtraktív színkeverés szemléltetése (a sárga (Yelow - Y), bíbor (Magenta - M) és türkiz (Cyan - C) a vörös, zöld és a kék kiegészítő színei)

  • Elsősorban Maxwell színtani munkásságára alapozva fokozatosan alakult ki a modern, tudományos színelmélet. Ennek keretében a színkeverés kétféle modelljét dolgozták ki: additív színkeverési modell szerint működnek a különböző fényforrások, az elektronikus képalkotó berendezések (TV, számítógép monitor, digitális fényképezőgép), és a látásunk, míg szubtraktív színkeverési modell szerint látjuk a környező tárgyakat, hozzájuk képest külső fényforrásból származó, a tárgyakról visszavert fényben (tehát a színes nyomtatók is így működnek).
    Forrás: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RGB_farbwuerfel.jpg
    RGB színtér szemléltetése háromdimenziós derékszögű koordinátarendszerben
    Természetesen ezek a színkeverési modellek az RYB elsődleges színek alkalmazásával is felépíthetők.
    Forrás: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HSV_cone.jpg
    HSV színtér szemléltetése henger koordinátarendszerben
      Az RGB színmodell alapján kidolgozták a színek pontos azonosítására alkalmas matematikai leírást, ezekkel különböző színterek alkothatók meg. Más megközelítésben, a három elsődleges színösszetevő (három alapszín) helyett másik három adattal, pl. a színezet (Hue – H), telítettség (Saturation – S) és fényerősség (Lightness – L) értékekkel (V – Value = érték) is azonosíthatók az egyes színek (HSL, vagy HSV színtér). Ebben a megközelítésben egyértelművé válik, hogy a három adatból már kettő elegendő az összes szín azonosításához, a harmadik (L vagy V) a fény erősségét adja meg (tehát a „színtér” lehet akár kétdimenziós, azaz sík – ezt kromacitás diagramnak nevezik). Ennek legegyszerűbb formája a színháromszög. A három alapszín eltérő megválasztásával eltérő színtartományokat lehet élérni, azosítani, lefedni. Sok egyén színlátásának empírikus vizsgálatával a Nemzetközi Színtani Bizottság (Commission internationale de l'éclairage – CIE) 1931-ben meghatározta az átlagos emberi látás által érzékelhető legszélesebb színtartományt,
    Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Colorspace.png   Image created by Jeff Schewe
    A látható színek patkó-alakú tartománya (CIE 1931) összehasonlítva más színterekkel (a 2200 Matt Ppaper az Epson 2200 nyomtató színtere)
    a CIE 1931 XYZ színteret. Ez nem háromszög, hanem patkó alakú, a különböző, additív színkeveréssel előállítható színtereket (három alapszín alkalmazása esetén színháromszögek, több alapszín esetén bonyolultabb síkidomok) ehhez szokás viszonyítani.

A tárgyak színe

Amint azt a bevezetőben már leszögeztük, a tárgyak általunk észlelt színét három objektív tényező határozza meg:

  • A tárgyat megvilágító fény spektrális összetétele (a fény, mint elektromágneses hullám, relatív teljesítmény-eloszlása a hullámhossz függvényében), azaz a megvilágító fény (fényforrás) színe. A különböző fényforrásokra jellemző fényük spektrális összetétele, amit a színhőmérsékletnek nevezett adattal szokás jellemezni.
  • A tárgyak a különböző hullámhosszúságú fényt különböző mértékben verik vissza. Fényvisszaverő képességük (reflexiós tényezőjük) hullámhossz-függő, és ennek a függvénynek az alakja a tárgy anyagától, felületi kiképzésétől függő (a levél zöld színének értelmezése kapcsán bemutattunk ilyen függvényeket).
  • A ma elterjedten használt trikromatikus látásunkban kulcsszerepet játszó, a színek megkülönböztetésére alkalmas fotoreceptorok, a szemünk retinájában található háromféle csap mindegyikének más-más a fényérzékenységének hullámhossz szerinti eloszlása (nem csak egy-egy meghatározott színű fényre érzékenyek, hanem – változó érzékenységgel – egy-egy, esetleg némileg átfedő hullámhossz-tartományra (ezekre az empirikusan meghatározott függvényekre alapozták a CIE színteret).

A fent meghatározott három tényezőt leíró függvények felhasználásával, egzakt matematikai számításokkal meghatározható a látásunk által érzékelt szín (pontosabban a színt egy adott színtérben jellemző koordináták, számértékek).

Nem szabad elfeledkezni látásunk folyamatának utolsó, meghatározó szakaszáról, annak tudati részéről. Ennek fontos jellemzője, hogy a fentebb bemutatott objektív folyamat eredményét többnyire módosítja, annak érdekében, hogy az észlelt színeket hozzá igazítsa a szokásos tapasztalathoz (pl. a fehér inget az izzólámpa sárgás színű fényében sem sárgásnak, hanem a napfényben szokásos fehérnek érzékeljük).

A digitális fényképezés munkafolyamatában (de bizonyos mértékig a filmes fényképezés munkafolyamatában is, színszűrők alkalmazásával, megválasztásával) módunkban áll meglehetősen szabadon meghatározni a felvétel, és a végtermékként előállítandó kép színvilágát. Törekedhetünk arra, hogy a kép színvilága minél pontosabban megfeleljen annak, amilyennek fehér (nap)fényben látnánk, vagy hogy minél hatásosabban érzékeltesse az aktuális megvilágítás hangulatát, esetleg kreatív elképzelésünk, mondanivalónk szerint a fényképezett témáétól teljesen eltérő színeket is létrehozhatunk. A felvétel elkészítése során ehhez rendelkezésünkre áll a gépen a színhőmérséklet, vagy fehéregyensúly beállítása, az utófeldolgozás során pedig számos szoftver-eszköz. A kép színvilágának minél szabadabb meghatározását, reprodukálható visszaadását a végső megjelenítés (pl. nyomtatás) során a színkezelés (color management) alkalmazásával érhetjük el. Ennek lényege, hogy a munkafolyamat egymást követő lépéseiben eltérő, az éppen alkalmazott eszköz tulajdonságaihoz leginkább igazodó színteret használjuk. Az egyes színterek közötti átalakítás során a lehető legteljesebb mértékben igyekszünk változatlanul átvinni a kép minden egyes színárnyalatát – ennek tökéletes véghezvitele lehetetlen abban az esetben, ha szélesebb színtartományú színtérből szűkebb színtartományúra térünk át (lásd a fentebbi ábrát!).

Nos, ez az áttekintés talán önmagában is érdeklődésre számíthat, érzékelteti a színtan, színelmélet, általában a színek világának szépségeit, bonyolultságát, segíti az eligazodást. A külső hívatkozásokat követve, általában angol nyelven, további bőséges információhoz juthatunk. Ugyanakkor az Agorán is újabb cikkekben igyekszünk egy-egy témakört részletesen bemutatni, ezekhez vezetnek a belső hivatkozások (máris van néhány, de folyamatosan, az újabb cikkek megjelenésével, újabb linkek jelennek meg, esetleg e cikk tartalma is némileg bővül. Érdemes később is visszatérni (a módosításokat a cím végén dátummal jelezzük majd).

 

Hozzászólások
HozzáadásKeresés
Hozzászólást csupán a bejegyzett felhasználó tehet hozzá!
 
< Előző   Következő >
Advertisement
Advertisement
Advertisement