بیان رنگ ها به صورت عدد

در مقاله قبلی با ۳ اصطلاح رایج در دنیای رنگ سنجی آشنا شدیم. در این مقاله قصد داریم تا مشاهده کنیم با داشتن همین سه ویژگی hue,lightness,saturation ، چگونه می‌توان رنگ ها را به صورت عدد بیان کرد. پیشنهاد می‌کنیم تا در ابتدا با تاریخچه این موضوع به صورت خلاصه آشنا شویم.

تاریخچه بیان رنگ ها با عدد

برای همه مفید است که بتوانند راحت‌تر و دقیق‌تر با رنگ ها ارتباط برقرار کنند. در تاریخچه این موضوع، افراد زیادی سعی کرده‌اند تا روش‌های خود را برای بیان “کمی کردن” رنگ ها ابداع کنند. هر کدام یک از این روش‌‌ها، راهی را برای بیان عددی کردن رنگ‌ ها ارائه می‌کردند. این فرآیند تقریبا به همان روشی است که طول یا وزن را بیان می‌کنیم.
در سال ۱۹۰۵ یک هنرمند آمریکایی به نام A. H. Munsell روشی را برای بیان رنگ ها با استفاده از تعداد زیادی تراشه رنگی کاغذی با (Munsell Chroma)hue(Munsell Hue), lightness(Munsell Value),saturation های مختلف برای مقایسه بصری با نمونه‌ی آزمایش‌ها ابداع کرد. این روش اساس سیستم Munsell Renotation بود که در حال حاضر این سیستم، همان سیستم رنگی Munsell مورد استفاده است. هر رنگ داده شده در این سیستم به صورت ترکیبی از حرف و عدد بیان می‌شوند. فرمت این نمایش به صورت (H V/C) است. (H) نماینده hue است. (V) نماینده Value و (C) نماینده chroma است. این اعداد به صورت بصری با استفاده از نمودارهای رنگی Munsell ارزیابی می‌شوند.
روش‌های دیگری برای بیان عددی رنگ توسط سازمان بین‌المللی مرتبط با نور و رنگ (کمیسیون بین المللی CIE) ایجاد شد. از بین این روش‌های شناخته شده، دو روش بسیار متداول هستند که در ادامه به آن اشاره می‌کنیم. اولین روش، فضای رنگی Yxy است که در سال ۱۹۳۱ بر اساس مقادیر tristimulus (مقادیر سه رنگ اصلی در مدل‌های رنگی) XYZ توسط CIE تعریف شده است. روش بعدی فضای رنگی ^*L^*a^*b است که در سال ۱۹۷۶ برای ارائه بیشتر تفاوت‌های رنگی یکسان در رابطه با اختلاف‌های بصری، ایجاد شد. این فضاهای رنگی برای ارتباط برقرار کردن به وجود آمده‌اند.
در واقع می‌توان فضای رنگی را به این صورت تعریف کرد. روشی برای بیان رنگ یک جسم یا منبع نور با استفاده از نوعی نمادگذاری مانند اعداد که از سه المان تشکیل شده است.
در ابتدا به سراغ معرفی اولین فضای رنگی رایج می‌رویم. دستگاه های رنگ سنجی دلتافام از این روش پشتیبانی می‌کنند. در واقع این فضا، یکی از فضاهایی است که نرم افزار تیارا از آن پشتیبانی می‌کند.

قبل از این که به معرفی این فضاهای رنگی برویم، تصویر زیر را مشاهده کنید. این تصویر به شما نشان می‌دهد که رنگ سنج، رنگ اجسام را به صورت Lab یا Yxy نشان می‌دهد. این تصویر و اعداد صرفا نمایشی هستند. این اعداد در انجام آزمایش‌ها بر روی مانیتور دلتافام نمایش داده می‌شوند.

فضای رنگی Lab

در حال حاضر فضای رنگی Lab (که به آن CIELAB نیز گفته می‌شود)، یکی از محبوب‌ترین فضاهای رنگی برای اندازه گیری رنگ اشیا است و تقریبا در همه زمینه ها از آن استفاده گسترده‌ای می‌شود. CIELAB یکی از فضاهای رنگی یکنواخت است که توسط CIE در سال ۱۹۷۶ به منظور کاهش یکی از مشکلات اصلی یک فضای رنگی دیگر به نام Yxy تعریف شد.

در این فضای رنگی، *L نشان دهنده lightness و *a و *b مختصات رنگی بودن است. شکل ۲ نمودار رنگی a، b را نشان می دهد. در این نمودار، *a و *b مسیرهای رنگی را نشان می‌دهند.
سمت مثبت a، قرمز و سمت منفی آن سبز است. همین طور سمت مثبت b، زرد و سمت منفی آن آبی است. از طرفی مرکز این دیاگرام بدون رنگ است. با افزایش مقادیر *a و *b و خارج شدن نقطه از مرکز، saturation رنگ افزایش پیدا می‌کند. شکل زیر نمایشی برای فضای رنگی LAB است.

اگر برای اندازه گیری رنگ یک سیب از فضای رنگی LAB استفاده کنیم، مقادیر زیر را به دست می‌آوریم.

برای این که متوجه شویم تا این مقادیر چه رنگی را نشان می دهند، باید مختصات این نقطه داده شده را به دست بیاوریم. مقادیر a و b را مشخص می‌کنیم. در این حالت نقطه A به دست می‌آید. این نقطه در شکل ۲ نشان داده شده است. این نقطه نماینده رنگی بودن سیب است. حالا اگر از نقطه مشخص شده در شکل زیر به سمت مرکز برویم، میزان lightness را نسبت به saturation به دست می‌آوریم. بخشی از این نما را می‌توانید در شکل زیر مشاهده کنید. در این نمودار نقطه B، میزان lightness است. به صورت کلی و بعد از نتیجه گیری‌ها، رنگ سیب به صورت کیفی، یک رنگ “قرمز زنده” است.

شکل ۴ یک نمایش color solid برای فضای رنگی Lab است. در واقع شکل ۲ نمایی از یک برش تصویر ۴ به شکل افقی با یک مقدار ثابت *L است.

فضای رنگی XYZ

مقادیر XYZ tristimulus و فضای رنگی مرتبط با آن یعنی Yxy، پایه و اساس فضاهای رنگی فعلی CIE را تشکیل می‌دهند. مفهوم مقادیر tristimulus XYZ بر اساس نظریه سه جزئی بینایی رنگ است که بیان می‌کند، چشم تنها دارای گیرنده‌هایی برای سه رنگ اصلی (قرمز، سبز و آبی) یا همان RGB است. در واقع بقیه رنگ ها به عنوان ترکیبی از این سه رنگ اصلی دیده می‌شوند. CIE در سال ۱۹۳۱، پاسخ طیفی چشم انسان به رنگ های مختلف را بررسی و تابع آن‌ها را مشخص کرد. این توابع با کمک یک ناظر استاندارد تعریف شده است. این توابع در شکل زیر مشخص شده‌اند.

مقادیر XYZ tristimulus هم با استفاده از همین توابع مشخص می‌شوند. Y در فضای رنگی Yxy، مقدار Lightness است (یکسان با مقدار Y tristimulus) و مختصات رنگی x و y از tristimulus values XYZ محاسبه شده‌اند. نمودار مرتبط با این فضا در شکل ۶ آورده شده است.
اگر به سمت مرکز این نمودار بروید، با یک فضای بدون رنگ مواجه می‌شوید. اگر رنگ سیب را در فضای رنگی Yxy اندازه گیری کنیم، مقدارهای ۰.۴۸۳۲=x و ۰.۳۰۴۵=y را در مختصات رنگی به دست می‌آوریم. این مقادیر مرتبط با نقطه A در نمودار است که در شکل زیر مشخص شده است. Yvalue با عدد ۱۳.۳۷ نشان می‌دهد که سیب دارای بازتابی با مقدار ۱۳.۳۷% است (این عدد در مقایسه با یک diffuser بازتابی ایده آل با بازتاب ۱۰۰% مقایسه شده است).

نمایش اختلاف رنگ ها با عدد

مقادیر عددی اختلاف‌ها را نشان می‌هند. اختلاف‌های متناوب و دقیقه‌ای رنگ ها، بزرگ‌ترین مشکل هر جایی است که قصد استفاده از رنگ ها را دارند. علت پیدایش دستگاه های رنگ سنج هم همین است. شما می‌توانید حتی اختلاف‌های کوچک میان دو رنگ را با استفاده از این دستگاه به صورت عددی بیان و به راحتی درک کنید. می‌خواهیم از فضای رنگی LAB برای مقایسه رنگ این دو سیب استفاده کنیم. اعداد مرتبط با سیب‌های اول و دوم برای شما با عدد در جدول زیر آورده شده است.

در فضای رنگی Lab، اختلاف رنگ را می‌توان با یک مقدار عددی منفرد بیان کرد. E*ab یا همان E∆ نشان دهنده اندازه اختلاف رنگ است. دلتا E توسط رابطه زیر تعریف می‌شود.

اختلاف میان این دو رنگ در شکل زیر محاسبه شده و قابل محاسبه است. درک نمودار شکل ۷، اختلاف رنگ ها را در فضای رنگی LAB آسان‌تر می‌کند.

اگر مقادیر L=+۴.۰۳، a=-۳.۰۵ و b=+۱.۰۴ را از نقطه A بالا در این معادله قرار دهیم، E*ab=5.16 به دست می آید. در واقع رنگ سیب ۲ به محور *b+ نزدیک‌تر است و بنابراین زردتر است.

جمع بندی

در این مقاله به صورت خلاصه با دو فضای رنگی آشنا شدیم. آموختیم که برای مقایسه دو رنگ از دلتا E کمک می‌گیرند که با فرمول آن آشنا شدیم. البته لازم به ذکر است که اگر شما به این اختلاف نیاز داشتید، تنها کافی است تا دلتافام را در مُد مقایسه قرار داده و نتیجه را مشاهده کنید. این عملیات‌های ریاضی داخل نرم افزار دستگاه به صورت خودکار انجام می‌گیرد.

تصور کنید که دو رنگ برای چشم انسان یکسان به نظر برسند. هنگامی که رنگ ها با رنگ سنج اندازه گیری می‌شوند، ممکن است تفاوت‌های جزئی مشاهده شود. همان طور که به آن اشاره شد، رنگ سنج چنین تفاوت‌هایی را دقیقا به صورت عددی بیان می‌کند. مقاله اهمیت نمایش رنگ ها با عدد و لزوم استفاده از رنگ سنج را مطالعه کنید تا با این اهمیت بیشتر آشنا شوید.