Kromatikus diagram – Részletes szójegyzék és útmutató

Mi az a kromatikus diagram?

A kromatikus diagram a látható színek kromatikus jellemzőinek – vagyis a színezet és telítettség – kétdimenziós grafikus ábrázolása, amely nem veszi figyelembe a fényességet (luminancia). A legismertebb kromatikus diagram a CIE 1931 (x, y) diagram, amelyet a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (CIE) definiált, és amely a színtudomány és színmérnökség alapja.

A diagram minden pontja egy egyedi kromatikusságnak felel meg: vagyis adott színezetnek és telítettségnek, ahogyan azt az átlagos emberi megfigyelő érzékeli. A diagram ívelt határa, a spektrális hely, a tiszta spektrális (monokromatikus) fények kromatikusságát követi végig, míg az egyenes „lila vonal” a spektrális végpontokat köti össze, és a spektrumon kívüli lilákat ábrázolja.

A kromatikus diagram alapvető a következőkhöz:

• Szabványosított színkommunikáció az iparágak között (kijelzők, képalkotás, világítás, gyártás)
• Eszköz színtérfogatának meghatározása és összehasonlítása (pl. sRGB, AdobeRGB, nyomtatók, projektorok)
• Fehérpontok definiálása és színvisszaadás elemzése
• Színminőség-ellenőrzés és kalibráció

Történeti háttér

A kromatikus diagram létrejöttét az a szükséglet hívta életre, hogy objektíven lehessen számszerűsíteni a színeket és biztosítani a reprodukálható színillesztést. A 19. századi fizikusok, például James Clerk Maxwell megállapították, hogy az emberi színlátás trikromatikus – háromféle csapsejt alapján működik, amelyek különböző hullámhosszokra érzékenyek (hosszú/piros, közepes/zöld, rövid/kék).

Az 1920-as években W. D. Wright és J. Guild kutatók színillesztési kísérleteket végeztek: a megfigyelők három színes fény keverékét állították be úgy, hogy az egy adott tesztszínnel megegyezzen. Eredményeiket a CIE 1931 standard megfigyelőként szabványosították, amely a modern színmérés alapja.

A cél az volt, hogy egy univerzális, eszközfüggetlen szabványt hozzanak létre a színméréshez, kiváltva a szubjektív vagy következetlen színleírásokat, amelyek korábban iparágközi eltéréseket okoztak.

Kulcsfogalmak a kromatikus diagramokban

Trikromácia

A normális emberi látás trikromatikus, háromféle csapsejt modellje alapján:

• L (hosszú hullám, piros)
• M (közepes hullám, zöld)
• S (rövid hullám, kék)

Minden látható szín előállítható három alapszín megfelelő arányú keverésével.

Színillesztési kísérletek

A klasszikus kísérletekben a megfigyelők vizuálisan illesztettek egy tesztszínt három alapszín keverékének beállításával. Az egyes hullámhosszakhoz szükséges arányokból jöttek létre a színillesztési függvények (CMF-ek), amelyek a színmérési szabványok alapját képezik.

Színillesztési függvények (CMF-ek)

A CMF-ek ((\overline{x}(\lambda), \overline{y}(\lambda), \overline{z}(\lambda))) azt írják le, hogy egy adott hullámhosszú monokromatikus fényhez mennyi alapszín szükséges az illesztéshez. Ezeket a CIE standard megfigyelőre adják meg, és bármely szín XYZ koordinátáinak kiszámításához használják.

CIE XYZ színtér

A CIE XYZ színtér matematikai modell, amelyben minden látható szín nemnegatív koordinátákkal rendelkezik. Az Y komponens a fényesség érzetével arányos. Ez a színtér az alapja minden ipari színtérnek (sRGB, AdobeRGB stb.), mindegyik a CIE XYZ-re épül.

Kromatikus koordináták (x, y)

A kromatikus koordináták az XYZ értékek normalizálásával számíthatók, úgy hogy (x + y + z = 1):

[ x = \frac{X}{X + Y + Z},\quad y = \frac{Y}{X + Y + Z} ]

Ez az (x, y) teljesen meghatározza a szín kromatikusságát (színezet és telítettség), ezek a CIE 1931 diagram tengelyei.

Spektrális hely és patkó alak

A spektrális hely a diagram ívelt széle, amely a tiszta spektrális színeket (380–700 nm) ábrázolja. Az egyenes „lila vonal” a piros és ibolya végét köti össze, a spektrumon kívüli lilákat mutatva.

Fehérpont

A fehérpont egy hivatkozási kromatikusság (például D65 a nappali fényhez, D50 a nyomtatáshoz vagy az egyenlő energia pont), amely a színkiegyenlítést rögzíti a képalkotó és kijelző rendszerekben.

Színtérfogat (gamut)

A színtérfogat az a színtartomány, amelyet egy eszköz képes visszaadni. A diagramon az eszköz színtérfogata sokszögként (RGB eszközöknél gyakran háromszögként) jelenik meg, amelynek csúcsai az alapszínek kromatikusságánál vannak.

Metamerizmus

Metamerizmus akkor fordul elő, amikor különböző fizikai spektrumok azonos észlelt színt (azonos kromatikusságot) eredményeznek a trikromatikus látás miatt. A metamer illeszkedések eltérhetnek különböző megvilágítás vagy megfigyelő esetén.

Matematikai felépítés

Tristimulus értékek számítása

Adott spektrális teljesítményeloszlás (S(\lambda)) mellett az XYZ értékek így számíthatók:

[ X = K \int S(\lambda),\overline{x}(\lambda),d\lambda ] [ Y = K \int S(\lambda),\overline{y}(\lambda),d\lambda ] [ Z = K \int S(\lambda),\overline{z}(\lambda),d\lambda ]

Itt (K) olyan normálási tényező, amely biztosítja, hogy Y = 100 legyen egy tökéletes diffúz felület esetén a referencia világításban.

Normalizálás kromatikussághoz

[ x = \frac{X}{X + Y + Z},\quad y = \frac{Y}{X + Y + Z} ] Kromatikussághoz csak az x és y szükséges.

A diagram ábrázolása

A diagramot x (vízszintes) és y (függőleges) tengelyekkel ábrázolják. A spektrális hely patkó alakú határt alkot; a lila vonal köti össze a végeit. Gyakran rárajzolják az eszközök színtérfogatait, fehérpontokat, fényforrásokat az összehasonlítás érdekében.

A kromatikus diagram értelmezése

A diagram geometriája

• Határ (spektrális hely): Tiszta spektrális (monokromatikus) színek, hullámhossz szerinti jelöléssel
• Lila vonal: Nem spektrális lilák, piros és ibolya keverékei
• Belső rész: Minden elérhető színkeverék
• Telítettség: A fehérponttól a határig mért távolság
• Keverési vonalak: Két pont közötti egyenes minden lehetséges keveréket mutat

Eszköz színtérfogatok

Az eszköz színtérfogatok (pl. sRGB, AdobeRGB) háromszögek vagy sokszögek a diagram belsejében. A színtérfogaton kívüli színek nem reprodukálhatók, ilyenkor a rendszer közelítő, gyakran kevésbé élénk színekkel jeleníti meg őket.

Alkalmazások

• Kijelző kalibráció: Pontos, egységes színek biztosítása kijelzőkön
• Fényképezés/nyomtatás: Színek kezelése a kamerától a nyomtatásig
• Világítástervezés: Lámpák kromatikusságának, színvisszaadásának meghatározása
• Festék/textilgyártás: Minőségellenőrzés és színillesztés
• Színtudományi kutatás: Az emberi látás és színészlelés vizsgálata

Gyakorlati példa: eszköz színtérfogatok

Tegyük fel, hogy két monitort hasonlít össze: az egyik lefedi az sRGB színtérfogatot, a másik az AdobeRGB-t. Ha ráhelyezi háromszögeiket a kromatikus diagramra, láthatja, melyik monitor képes élénkebb zöldeket és ciánokat megjeleníteni (az AdobeRGB ezekben a régiókban nagyobb területet fed le). Ez a vizualizáció segít a vásárlóknak, gyártóknak és színkezelési szakembereknek az eszközválasztásban és kalibrálásban.

Korlátok és kiterjesztések

• A CIE 1931 diagram nem perceptuálisan egyenletes: azonos távolságok nem felelnek meg azonos észlelt különbségeknek. Későbbi diagramok (mint a CIE 1976 (u’, v’)) ezt orvosolják.
• A kromatikus diagram nem tartalmazza a fényességet, így két azonos (x, y) értékű, de eltérő fényerejű szín ugyanarra a pontra esik.
• Az észlelt szín ténylegesen függ a megtekintési körülményektől, a megfigyelő egyéni különbségeitől és az adaptációtól.

További olvasnivaló & szabványok

• CIE 1931 standard megfigyelő adatok: Elérhetők a CIE-nél és szabványügyi szervezeteknél (ISO 11664-1).
• CIE 1976 (u’, v’) diagram: Javított, perceptuálisan egyenletesebb kromatikus diagram.
• Színtudományi tankönyvek: „Color Science” – Wyszecki & Stiles; „Measuring Colour” – Hunt & Pointer.

Összefoglalás

A kromatikus diagram a színtudomány univerzális nyelve. Minden látható kromatikusságot feltérképez a standard megfigyelő számára, alapot nyújt eszközkalibrációhoz, színmenedzsmenthez, tudományos kutatáshoz, és hidat képez a fény fizikája és az emberi észlelés között.

Akár kijelzőmérnök, világítástervező, fényképész, nyomdász vagy színtudós, a kromatikus diagram nélkülözhetetlen eszköz a színek megértéséhez, meghatározásához és vezérléséhez a modern világban.