Reprodukcja koloru

• Wstęp

W naturze wszystkie obrazy są złożone z nieskończonej liczby kolorów i odcieni. Każdy punkt rozprasza określoną ilość światła czerwonego, zielonego i niebieskiego (RGB). Jakość i wierność odwzorowania koloru zależy od trzech czynników: koloru, waloru i jakości obrazu. Kolor Kolor jest tworzony przez mieszanie barw podstawowych. Pod wyrażeniem „mieszanie kolorów“ kryje się wiele różnych pojęć. W zależności od zastosowanej metody, mieszanie dwóch lub więcej barw może dać całkowicie różne rezultaty. W kolorymetrii rozróżniamy kilka rodzajów mieszania:

• Mieszanie addytywne
  Polega ono na łączeniu kilku wiązek promieniowania świetlnego o różnej długości fali, które tworzą nowy kolor. Na przykład połączenie w równych ilościach barw pierwszorzędowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej da wrażenie koloru białego (jeśli natężenie źródeł światła będzie niskie, to otrzymamy szarość). Ten typ mieszania jest używany na przykład w telewizorach i monitorach komputerowych.

·         Mieszanie subtraktywne
Jeśli od białego światła będziemy odejmować część jego widma, to otrzymamy nową barwę za pomocą subtrakcji. Jeśli położymy na sobie barwne folie, to za pomoca subtrakcji stworzymy nową barwę. Każda z folii zatrzyma (pochłonie) częśc promieniowania. Barwami pierwszorzędowymi używanymi w poligrafii i fotografii są Cyjan, Magenta i Żółty. Mieszanie materii, jaką są na przykład farby drukarskie, jest również mieszaniem subtraktywnym. Mieszanina cyjanu i żółtego da kolor zielony. Cyjan zaabsorbuje część czerwoną promieniowania widzialnego, a żółty pochłonie część niebieską. W rezultacie powstaje zieleń.

·         Mieszanie optyczne
Mieszanie optyczne zachodzi, gdy obok siebie znajdują się dwa pola barwne. Widziane z daleka równocześnie pobudzają receptory w oku, dając wspólne wrażenie barwne. Ma to na przykład miejsce podczas oglądania kilku zrastrowanych obrazów, nałożonych na siebie i oglądanych z większej odległości.

W drukowaniu offsetowym triadowym następuje zatem połączenie mieszania subtraktywnego oraz optycznego.

• Walor

Walor zmienia się w zależności od ilości światła odebranego przez oko. W poligrafii zróżnicowanie barw jest osiągane za pomocą rozbicia obrazu na separacje za pomocą rastra – małych punkcików o różnej wielkości.

• Jakość obrazu

Jakość obrazu zależy od rozmiaru punktów go tworzących. Ilość punktów na centymetr kwadratowy określa dokładność reprodukcji oraz determinuje ilość szczegółów reprodukowanego obrazu.

• System Pantone

Obecnie system PantoneŽ w poligrafii jest najszybszym środkiem komunikacji w dziedzinie koloru. Użycie przez firmę BRANCHER marki PantoneŽ obliguje do przystosowania farb do wzorców i stosowania pigmentów, znajdujących się na liście referencyjnej. Aby odnowić homologację firma BRANCHER corocznie porównuje swoje farby do produktów bazowych PantoneŽ.
System PantoneŽ jest formą rozszerzenia palety dostępnych barw i obecnie zawiera 1000 odcieni, które są tworzone za pomocą 13 odcieni podstawowych, neutralnej czerni oraz transparentnej laki. Każdy z odcieni ma swój odpowiednik dla podłoży powlekanych i niepowlekanych.
Wzornik PantoneŽ nie powinien być postrzegany jako wzornik kolorymetryczny lecz raczej jako przewodnik zawierający formuły, które ułatwiają otrzymanie żądanej barwy.

Użycie wzornika wymaga kilku uwag:

• Wzornik jest drukowany techniką offsetową bez roztworu nawilżającego. Gęstości optyczne niektórych barw (np. Blue 072, Reflex Blue) może być wyższa niż w przypadku drukowania z roztworem. Można zaobserwować zmiany gęstości optycznych pomiędzy poszczególnymi wydaniami wzornika.

• Wystawienie na działanie światła i tarcie powstałe w czasie częstego przeglądania może zafałszować gęstość optyczną farb. Zaleca się przechowywanie wzornika z dala od światła oraz coroczna wymiana wzornika.

• Porównanie kolorymetryczne odbitki przemysłowej z kolorem PantoneŽ oraz odbitką z wzornika często wykazuje odchylenia barwy.

Odchylenie to wynika z następujących przyczyn:

• Technologii drukowania

·         Offset z roztworem nawilżającym lub inna.

·         Równowaga woda/farba.

·         Jakość płyt formowych.

• Użytego podłoża drukowego

Podłoża drukowe mają różną białość i powierzchnię, co wpływa na barwę końcową.

• Użyte farby

Niektóre farby wymagają specyficznych właściwości wytrzymałościowych na światło, ciepło i inne. Wymagania takie mogą powodować konieczność użycia pigmentów, które nie znajdują się na liście preferowanych przez PantoneŽ, co może skutkować, że barwa wydaje się mniej „świeża“.

• Obróbka po druku

Lakierowanie może wpłynąć na końcowy efekt barwny.
Wzornik PantoneŽ jest dobrym przewodnikiem, aby szybko zbliżyć się do żądanej barwy. Jednak, aby spełnić wszystkie rygorystyczne wymagania niezbędne jest prowadzenie badań sprawdzających wszystkie parametry drukowania przemysłowego.

• Triada drukarska

Triada drukarska jest zestawem trzech kolorów pierwszorzędowych cyjanu, magenty, żółtego oraz dodatkowo czarnego. Nałożonenie na siebie trzech pierwszych kolorów nie daje idealnej czerni. Wynika to z niedoskonałości pigmentacji tych farb.
Farba czarna pomaga w ustaleniu jasności oraz kontrastu reprodukcji. Służy również do drukowania tekstów.
Walor każdej z barw pierwszorzędowych zmienia się w zlaeżności od powierzchni punktów rastrowych.
Jakość obrazu optycznego zależy od liniatury rastra, która jest wyrażona liczbą linii na cal.

• Separacje barwne

Kolorowy dokument jest zbudowany z nieskończonej liczby różnych barw. Głównym zadaniem separowania jest wyciągnąć z oryginału trzy kolory pierwszorzędowe cyjan, magenta i żółty, z których jest on zbudowany. W czasie procesów chemigraficznych dokument jest analizowany za pomocą trzech filtrów: czerwonego, zielonego i niebieskiego. Każdy filtr przepuszcza promieniowanie o barwie tego filtra i absorbuje inne. Zatem filtr zielony przepuszcza jedynie promieniowanie zielone, a zatrzymuje czerwone i niebieskie, które odbijają się od oryginału. W miejscach, gdzie zostanie, będzie przepuszczone promieniowanie przez filtr zielony na separacji koloru magenta będą białe miejsca, ponieważ czerwony + niebieski = magenta. Proporcjonalnie do nasycenia każdy kolor na separacji magenta będzie miał swój odpowiednik
w odcieniu szarości. W takim samym procesie uzyskuje się separację żółtego przez filtr niebieski (czerwony + zielony = żółty) i cyjanu przez filtr czerwony (niebieski + zielony = cyjan). W ten sposób każda z separacji jest kopiowana przez raster na czarno-biały film.

Istotne są również kąty ratstrów poszczególnych separacji, które muszą się różnić wystarczająco, aby nie powstał efekt mory.
Separacja koloru czarnego powstaje za pomocą trzech filtrów: czerwonego, niebieskiego i zielonego.

• Drukowanie

Drukowanie odtwarza obraz przez nakładanie separacji kolejnych trzech barw pierwszorzędowych i wyciągu koloru czarnego. Procesy fotochemiczne dzielą obraz na cząstkowe obrazy, a drukowanie łączy je z powrotem. Formy drukowe naświetlane przy pomocy separacji pozostawiają na papierze drobne punkty przezroczystej farby, która działa jak filtr i za pomocą subtrakcji odtwarza kolory oryginału.
Zasadą jest, aby warstwa każdej z barw pierwszorzędowych przepuszczała dwie składowe światła, lecz zatrzymywała trzecią. Nałożenie na siebie żółtego i magenty da czerwony kolor oryginału, podobnie jak cyjan i żółty dadzą zielony oraz cyjan i magenta dadzą niebieski.

• Barwy pierwszorzędowe

Charakterystyki kolorymetryczne gamy barw pierwszorzędowych zostały znormalizowane dla drukowania offsetowego. Określa je norma ISO 150/DIN 2846.
Barwy pierwszorzędowe cyjan, magenta, żółta zostały tak opracowane, aby możliwe było reprodukowanie możliwie najszerszej palety barw. Pigmenty używane do produkcji tych farb mają ściśle określone parametry kolorymetryczne.Triady takie, jak GEU, GFU czy DIN mogą wykazywać istotne różnice kolorymetryczne.

• Drukowanie barw specjalnych

Ma to miejsce, gdy barwa farby jest identyczna z reprodukowaną. Otrzymywana jest ona przez mieszanie składników w ściśle określonych proporcjach. Podłoże jest zadrukowywane kolorem farby, inaczej niż ma to miejsce w drukowaniu triadą, gdzie kolory uzyskuje się przez nakładanie kilku warstw różnych farb. Farby mieszane (specjalne) w stosunku do triady mają następujące zalety:

• Wierna reprodukcja barwy.
• Barwy są bardziej nasycone i mają lepszą jasność.Różnica ta jest istotna w przypadkach szczególnych kolorów (na przykład pomarańczowego).
• Możliwe jest użycie materiałów barwnych, które spełniają specyficzne wymagania (wysoka światłotrwałość, szczególna odporność chemiczna, itp.)

Urządzenia mierzące barwę - (w późniejszych postach opisy firmowe)

Do pomiaru barw stosowane są dwa rodzaje urządzeń: densytometry i spektrofotometry.

• Densytometry

Jeśli promieniowanie świetlne padnie na obiekt, który nie odbija go w ogóle, lub odbija bardzo niewielką jego część, odbieramy ten obiekt jako czarny. Natomiast, jeśli obiekt odbije całość promieniowania – widzimy go jako biały.
Pomiędzy białym i czarnym istnieje jeszcze wiele odcieni szarości, którym można przypisać jedną, charakteryzującą je wartość: gęstość optyczną.
Gęstość optyczna w świetle odbitym jest zdefiniowana funkcją logarytmiczną na podstawie stosunku ilości odbitego światła od obiektu do ilości światła odbitego od powierzchni białej. Ta sama zasada stosowana jest w przypadku materiałów transparentnych. Stosujemy zatem termin gęstość optyczna w świetle przechodzącym.

Gęstość optyczną w świetle odbitym można mierzyć na szereg sposobów. Aparaty o geometrii 45°/0° oświetlają obiekt pod kątem 45° i mierzą po normalnej. W przypadku aparatów o geometrii 0°/45° jest na odwrót.
Densytometry mogą być wyposażone w filtry barwne o szerokim lub wąskim paśmie pochłaniania, pozwalające na bardziej precyzyjne pomiary. Barwa filtra jest barwą dopełniającą do barwy mierzonej na odbitce. W praktyce wszystkie densytometry są wyposażone w filtry niebieski, zielony i czerwony, aby mierzyć kolory żółty, magenta i cyjan. Filtry polaryzacyjne korygują różnice pomiaru w przypadku świeżej i wyschniętej odbitki.

Densytometry mierzą gęstości optyczne apli, tonów i półtonów oraz powierzchni zrastrowanych. Pozwalają na określenie kolejności nakładania kolorów, przyrost punktu rastrowego oraz stopień pokrycia farbą, w zależności od absorpcji podłoża. Densytometry mogą mierzyć wielkość punktu rastrowego z wykorzystaniem wzoru Murray'a-Davies'a, którego wynik określa efektywną powierzchnię punktu rastrowego (EDA: Effective Dot Area).
W Stanach Zjednoczonych stosuje się inną metodę obliczania zadrukowanej powierzchni, z wykorzystaniem formuły Yule'a-Nielsen'a.

Oblicza ona jedynie geometryczny przyrost, dając w efekcie rzeczywistą powierzchnie punktu rastrowego.

• Spektrofotometry

Spektrofotometry mierzą energię odbitą lub przepuszczoną przez próbkę i określają krzywe spektralne próbki. Spektrofotometr zawsze podaje wartości trójchromatyczne niezależnie od iluminantu i obserwatora. Jest również możliwe określenie barwy próbki przy konkretnym iluminancie i obliczenie metameryzmu.

• Technologia

Schematycznie, spektrofotometr jest zbudowany z:

• źródła światła zintegrowanego z geometrią pomiaru,
• układu optycznego, przenoszącego sygnały do fotoreceptora,
• programu liczącego.

• Źródło światła

Współczesne urządzenie posiadają lampy halogenowe lub ksenonowe. Zasadniczo istnieją dwa rodzaje sposobu oświetlania: ciągły i flash.

• Geometria pomiaru

Geometria pomiaru określa kąt oświetlenia próbki oraz kąt pomiaru. Zwykle używa się dwóch rodzajów geometrii: geometria 45/0° (lub 0°/45).
Aparaty o geometrii 45°/0° oświetlają obiekt pod kątem 45° i mierzą po normalnej. Odwrotnie odbywa się to w aparatach o geometrii 0°/45°. Aparaty o geometrii 45°/0° analizuja jedynie energię odbitą w warunkach zbliżonych do obserwacji w naturze. Aparaty te analizują jedynie barwę, abstrahując od połysku obiektu.

Aparaty o geometrii rozproszonej /0° oświetlają obiekt w sposób rozproszony i dokonuja pomiaru pod kątem 8°. Używane są w nich tzw. integrująco-rozpraszające kuliste sfery optyczne, które zapewniają prowidłowe oświetlenie próbki (sfera ULBRICHT'A). Pomiar w sferze kulistej bierze pod uwagę ewentualny wpływ połysku na barwę. Pomiar, oprócz koloru, ujmuje również połysk uzależniony od cech fizycznych i geometrycznych obiektu. Aparaty takie są zwykle wyposażone w układy pozwalające na eliminację i włączenie wpływu połysku na pomiar.

Dają one możliwość pomiarów światła przechodzącego dla materiałów transparentnych i przeświecających.

Reprodukcja i postrzeganie barw

Przestrzeń CIELAB Przestrzeń CIELAB została stworzona, aby możliwe było wyznaczenie barwy w układzie trzech współrzędnych przestrzennych: w przestrzeni kolorymetrycznej. Pozwala ona na obliczenie różnic pomiędzy dwiema barwami. W przestrzeni kolorymetrycznej każda barwa może zostać wyznaczona w dwojaki sposób: za pomocą współrzędnych prostokątnych lub kątowych. Współrzędne prostokątne L*a*b*: Dwie osie definiują odcień barwy: a* reprezentuje barwy od zieleni (-a) do czerwieni (+a) b* reprezentuje barwy od niebieskiego (-b) do żółtego (+b) Oś jasności L* jest prostopadła do płaszczyzny odcieni i przecina ją w miejscu krzyżowania się osi a* i b*. Wartości L* zawieraja się w przedziale od 0 (czerń) do 100 (biel). Pomiędzy nimi znajdują się wszystkie odcienie szarości. Wartości L*, a* i b* pozwalają na liczbowe wyrażenie barwy. Współrzędne kątowe L* C* h. Kątowa metoda określania położenia barwy w przestrzeni CIELAB pozwala na wyjaśnienie pojęcia barwy i jej zmiany, w sposób, w jaki barwy są przez nas postrzegane. L* odpowiada jasności (lightness). C* odpowiada nasyceniu (chroma). h odpowiada kątowi barwy – odcieniowi (hue). Wartości L* są identyczne jak w przypadku współrzędnych prostokątnych. Nasycenie C* odpowiada „czystości“ barwy. Jeśli kolor znajduje się blisko środka koła, mówimy, że kolor jest„brudny“ lub „słaby“. W przciwnym wypadku kolor, gdy znajduje się blisko krawędzi koła, ma wysoką saturację (nasycenie) – odbieramy go jako „żywy“. Kąt barwy h jest wyrażany w stopniach. Kąt 0° odpowiada barwie na osi +a* (czerwienie), 90° +b* (żółte), 180° - a* (zielenie) i 270° -b* (niebieskie). Różnice barw Przestrzeń CIELAB pozwala na porównywanie barw między sobą, za pomocą dwóch lub więcej wartości barw. Różnica L* a* b* ΔL*: wyraża różnicę jasności. Znak tej różnicy określa kierunek zmiany jasności: Znak ujemny: zmiana na ciemniejszą. Znak dodatni: zmiana na jaśniejszą. Δa*: różnica na osi a* czerwony – zielony. Znak ujemny: zmiana na bardziej zielony. Znak dodatni: zmiana na bardziej czerwony. Δb*: różnica na osi b* żółty – niebieski. Znak ujemny: zmiana na bardziej niebieski. Znak dodatni: zmiana na bardziej żółty. ΔE*: wyraża całkowitą zmianę barwy. Wartość ta jest zawsze dodatnia i służy do określania różnic barwy na odbitkach drukarskich. Różnica L* C* h W modelu L*C* h różnica całkowita barwy bazuje na trzech wartościach L* C* i h: ΔL*: wyraża różnicę jasności, identycznie, jak w modelu L* a* b*. ΔC*: różnica nasycenia. Wartość ujemna: kolor jest bledszy, mniej nasycony niż kolor wzorcowy. Wartość dodatnia: kolor jest bardziej żywy, nasycony niż barwa wzorcowa. Δh: różnica kąta, która odpowiada odchyleniu kątowemu dwóch porównywanych kolorów. ΔH*: różnica odcienia. Jest to wartość Δh przekształcona do odpowiedniej formy, aby była zgodna z innymi wartościami i mogła być użyta do obliczenia całkowitej różnicy barwy ΔE*. ΔE*: całkowita różnica barwy, identycznie jak w modelu L* a* b*. Akceptowalność Nie ma żadnych definicji akceptowalności barwy. Można powiedzieć, że akceptowalność odpowiada zakresowi dopuszczalnych odchyleń od barwy wzorcowej, przy którym oko ludzkie nie widzi różnicy. Tolerancje Tolerancje określają akceptowalny zakres odchyleń, wyrażony w wartościach kolorymetrycznych. Doświadczenie w przemyśle wskazuje, że ocena wizualna barwy opiera się zawsze na: różnicy odcienia, różnicy nasycenia, różnicy jasności. W przestrzeni L* a *b*, każdy kolor posiada własny zakres tolerancji. Należy unikać określania tolerancji za pomocą tylko jednego z składników całkowitej różnicy barwy ΔE*. Kolor, który posiada właściwą wartość odcienia, lecz jego nasycenie oraz jasność różnią się od wzorca, mógłby byc wtedy zaakceptowany, a jego wartość ΔE* wskazywałaby, że jest nie można go przyjąć za prawidłowy. Należy zatem oceniać wszystkie elementy całkowitej różnicy barwy. W przestrzeni L* C* h całkowita różnica barwy ΔE* składa się z różnicy jasności ΔL*, nasycenia ΔC* oraz odcienia ΔH*. Zawiera zatem wyrażenia różnic barwy oszacowanych wizualnie. Jej użycie jest najprostsze i najbardziej praktyczne.

Kolorymetria Kolor

Bardzo ważne jest zdefiniowanie znaczenia kolor. Materia nie posiada koloru, tylko zdolność do odbijania określonego promieniowania elektromagnetycznego, na które wrażliwe jest oko ludzkie. Kolor jest zatem wrażeniem optycznym obserwatora oświetlonego obiektu. Potrójna natura widzenia Odbiór kolorów przez obserwatora jest pod wpływem trzech czynników:

• Światła pochodzącego z jednego lub kilku źródeł.
• Istota obserwowanego obiektu, mająca zdolność do odbijania światła.
• Oko – złożony narząd odbierający sygnały i przekazujący je do mózgu, gdzie są interpretowane.
  O tych czynnikach należy pamiętać w każdych rozważaniach na temat koloru.

Normalizacja warunków obserwacji

• Iluminanty

·         Głównymi iluminantami (źródłami światła) są:

o    Iluminant D65: emituje światło dzienne.

o    Iluminant A: reprezentuje żarowe źródła światła.

o    Iluminant F11: emituje światlo neonowe.

• Obserwator standardowy
  Aby było możliwe opisanie kolorów za pomocą liczb CIE (Commission Internationale de l'éclairage) zdefiniowała obserwatora kolorometrycznego standardowego. Obserwator standardowy reprezentuje przeciętnego człowieka, o normalnym postrzeganiu barw. CIE zdefiniowała dwóch obserwatorów standardowych, różniących się kątem obserwacji: 2° oraz 10°. Obserwator standardowy o kącie 2° odpowiada obserwacji obiektu o małym rozmiarze (przy pomocy aparatury optycznej). Natomiast obserwator standardowy o kącie obserwacji 10° odpowiada obserwacji obiektu w warunkach normalnych.

• Opis koloru
  Odbiór koloru przez ludzkie oko jest uzależniony od otoczenia obiektu. Obiektywny opis koloru opiera się na absolutnych i niezależnych od obserwatora wartościach.Reprodukcja barw za pomocą farb drukarskich jest złożonym zadaniem.

·         Jasność
Jasność koloru określa ilość światła odbitego lub przepuszczonego przez obiekt w stosunku do ilości światła odbitego od białej powierzchni.

·         Odcień
Odcień określa odczucie optyczne koloru, określane wyrażeniami takimi, jak czerwony, niebieski, zielony, itd.

·         Nasycenie
Nasycenie jest parametrem określającym intensywność barwy. Nasycenie decyduje o tym czy kolor obiektu jest odbierany jako bardziej intensywny lub bledszy.

·         Metameryzm
Gdy dwie próbki, oświetlone jednym źródłem światła wydają się identyczne, natomiast w innym świetle ich barwy się różnią to mamy do czynienia z metameryzmem barw tych próbek.

• Przedstawienie koloru
  Najprostszym graficznym przedstawieniem kolorów odbieranych przez ludzkie oko jest opracowane w XVII wieku przez Newtona koło chromatyczności.
• Wykorzystanie
  Obserwacja koła chromatyczności pozwala na lepsze zrozumienie pewnych wyrażeń kolorystów: „zielony jest zbyt żółty“ czy „pomarańczowy jest zbyt brudny“. Chodzi tu o to, że reprodukowany kolor zielony znajduje się bliżej żółtego niż barwa wzorcowa, a pomarańczowy znajduje się bliżej centrum okręgu – osi szarości, dlatego wydaje się zabrudzony w stosunku do wzorca.

• Tworzenie kolorów przez mieszanie
  Kolorysta umieszcza na kole chromatyczności kolory podstawowe, którymi rozporządza. Są to kolory podstawowe PantoneŽ lub inne elementy podstawowe farb.

• Mieszanina dwóch kolorów określa powstały kolor trzeci.
  Graficznie barwa wynikowa umieszczona jest na linii łączącej dwa użyte kolory podstawowe. Pozycja barwy na tej linii określa, w jakich proporcjach zostaly wymieszane składniki. Część uzyskiwanych barw znajdzie się bliżej krawędzi koła, a część bliżej osi szarości. Mówimy zatem, że te ostatnie są zabrudzone.
• Odnajdywanie barwy według wzorca
  Najpierw należy znaleźć wzorzec na kole chromatyczności. Wyznaczyć prostą łączącą dwa kolory bazowe, która przechodzi możliwie najbliżej barwy wzorcowej. Oznaczyć procentowy udział każdego z podstawowych składników. Jeśli istnieje taka potrzeba, należy udoskonalić barwę przez dodanie trzeciego składnika.

Zalecenia:
Aby porównać barwę z wzorcem niezbędne jest wykonanie odbitki próbnej na podłożu drukowym i prowadzić obserwację barwy przy znormalizowanym oświetleniu (luminant D65 lub światło dzienne).