Krāsu fotogrāfija

Krāsu fotogrāfija ir fotogrāfijas veids, kurā izmanto līdzekļus, ar kuriem var attēlot krāsas un tās tradicionāli iegūst ķīmiskā ceļā fotogrāfijas procesa fāzē. Pretstatā melnbaltā fotogrāfija izmanto tikai vienu spožuma kanālu un izmanto līdzekļus, kuri var attēlot tikai pelēkos toņus.
Krāsu fotogrāfijā gaismjutīgas ķimikālijas vai elektroniski sensori ekspozīcijas laikā ieraksta krāsu informāciju. To parasti dara, analizējot krāsu spektru trīs informācijas kanālos, vienā no kuriem dominē sarkanā, otrā zaļā, bet trešajā zilā krāsa, imitējot veidu, kā cilvēka acs uztver krāsu. Ierakstīto informāciju izmanto, lai attēlotu sākotnējās krāsas, sajaucot dažādās attiecībās sarkano, zaļo un zilo gaismu (RGB krāsas, ko izmanto video displejos, digitālajos projektoros un dažos vēsturiskos fotogrāfijas procesos), vai arī izmantojot krāsvielas vai pigmentus, lai noņemtu dažādas sarkanā, zaļā un zilā attiecības, kuras atrodamas baltajā gaismā (CMY krāsas, kuras izmanto drukāšanai uz papīra un caurspīdīgām plēvēm).
Monohromi attēli, kuri ir "iekrāsoti", ietonējot izvēlētus reģionus ar roku, mehāniski vai ar datora palīdzību, tiek saukti par "izkrāsotajām fotogrāfijām" un netiek pieskaitīti krāsu fotogrāfijai. Šo fotogrāfiju krāsas nav atkarīgas no patiesajām objektu krāsām un var būt ļoti neprecīzas vai pat brīvi izdomātas. Piemēram, šādā veidā mēdz izkrāsot elektronmikroskopijas attēlus.

Sākotnējie eksperimenti

Pirmie mēģinājumi krāsu fotogrāfijā tika veikti 1840. gados. Pirmie eksperimenti mēģināja atrast "hameleona substanci", kura pieņemtu tādu krāsu, kādā būtu gaisma, kura uz to krīt. Šķita, ka pirmie panākumi, parasti iegūti ar tiešu saules spektra apgaismojumu tieši uz jutīgās virsmas, solīja labus rezultātus, bet salīdzinoši tumšie kamerā radītie rezultāti prasīja ekspozīcijas laiku no vairākām stundām līdz vairākām dienām. Arī krāsu kvalitāte un gamma pārsvarā bija krietni ierobežota, kā, piemēram, ķīmiski sarežģītajā hillotipa procesā, ko ap 1850. gadu ieviesa amerikāņu dagerotipists Levi Hills. Citi eksperimentētāji, kā Edmonds Bekerels, sasniedza labākus rezultātus, bet nespēja atrast veidu, kā novērst krāsu ātro izzušanu, kad attēli tika apgaismoti to apskatei. Nākamo dekāžu laikā līdzīgi eksperimenti periodiski atjaunoja cerības un pēc tam tās dzēsa, nekādus jaunus praktiskus ieguvumus neradot.

Trīskrāsu process

Trīskrāsu procesu, kurš ir pamatā gandrīz visiem praktiskajiem ķīmiskajiem un elektroniskajiem krāsu procesiem, pirmoreiz kādā pētījumā par krāsu redzi 1855. gadā ieteica skotu fiziķis Džeimss Maksvels.
Tas pamatojās uz faktu, ka normāla cilvēka acs atšķir krāsas, jo tās iekšējā virsma (tīklene) ir klāta ar miljoniem trīs veidu vālīšu: viens īpaši jutīgs pret spektra daļu, ko sauc par "sarkanu", viens pret vidējo "zaļo" reģionu, bet viens pret "zilo". Nosauktās krāsas fiziskajā realitātē nepastāv, bet vienkārši apraksta sajūtas, kad šo trīs veidu šūnas nevienādā attiecībā tiek stimulētas ar dažāda viļņa garuma gaismu.
Savos pētījumos par krāsu redzi Maksvels atklāja, ka visas dabā esošās krāsas var attēlot acij, sajaucot tikai trīs tīrās gaismas krāsas — sarkanu, zaļu un zilu — tādās attiecībās, kuras stimulētu trīs veidu šūnas tādos pašos līmeņos, kā to darīja "īstās" krāsas. Lai uzsvērtu, ka katrs šūnas veids pats par sevi neredz krāsu, bet vienkārši tiek vairāk vai mazāk stimulēts, viņš radīja analoģiju ar melnbalto fotogrāfiju: ja trīs tās pašas ainas melnbaltās fotogrāfijas uzņēma ar sarkanu, zaļu un zilu filtru un transparentu projekcijas caur tiem pašiem filtriem tika attēlotas uz ekrāna, rezultātā attēlā parādījās ne tikai sarkanā, zaļā un zilā krāsa, bet arī visas pārējās sākotnējās ainas krāsas.
Pirmo krāsu fotogrāfiju pēc Maksvela priekšrakstiem, izmantojot trīs atdalīto krāsu melnbaltos uzņēmumus, 1861. gadā uzņēma Tomass Satons, izmantošanai Maksvela lekcijā par krāsām. Tajā tā tika demonstrēta krāsaina, izmantojot trīskāršās projekcijas metodi. Attēlojamais objekts bija kaklasaite no svītrotas lentas dažādās krāsās, to skaitā sarkanas un zaļas. Lekcijas laikā, kura bija par fiziku un fizioloģiju, nevis fotogrāfiju, Maksvels komentēja rezultātu nepilnības un vajadzību pēc fotogrāfiskiem materiāliem, kuri būtu jutīgāki pret sarkanu un zaļu gaismu. Gadsimtu vēlāk vēsturniekus pārsteidza jebkāda sarkanās krāsas reprodukcija, jo Satona izmantotais fotogrāfiskais process praktiskiem mērķiem bija pilnībā nejutīgs pret sarkano gaismu un pavisam mazjutīgs pret zaļo. Tikai 1961. gadā pētījumi atklāja, ka daudzi sarkanie krāsojumi atstaro arī ultravioleto gaismu, kuru sakritības pēc cauri laida Maksvela sarkanais filtrs un secināja, ka trīs attēli tika apvienoti no ultravioletā, zili-zaļā un zilā gaismas viļņa garuma, nevis sarkanā, zaļā un zilā.
Maksvela 1855. gada ieteikums un šī ārkārtīgi neprecīzā 1861. gada demonstrācija tika pilnībā un ātri aizmirsta, līdz atkal tika aktualizēta 1890. gados. Laika posmā līdz tam šo pamatprincipu neatkarīgi vēlreiz atklāja vairāki citi eksperimentētāji, lai arī parasti ar nopietno kļūdu, kura radās no gadsimtiem ilgās gleznotāju pieredzes ar pigmentiem, uzskatot, ka nepieciešamās filtru krāsas ir sarkanā, dzeltenā un zilā.

Aditīvais krāsu modelis

Krāsu radīšana, dažādās attiecībās sajaucot kopā krāsainas gaismas (parasti sarkano, zaļo un zilo) tiek saukta par krāsu attēlošanas aditīvo modeli. To izmanto LCD, LED, plazmas un CRT krāsu displeji. Ja kādu no šiem displejiem aplūko pietiekami lielā palielinājumā, var pamanīt, ka katrs pikselis sastāv no sarkanā, zaļā un zilā apakšpikseļa, kuri normālā aplūkošanas attālumā sajaucas, attēlojot plašu krāsu gammu, kā arī balto krāsu un pelēkos toņus. Šis modelis zināms arī kā RGB krāsu modelis.

Subtraktīvais krāsu modelis

No tiem pašiem trīs attēliem, kuri uzņemti, izmantojot sarkano, zaļo un zilo filtru, un tiek izmantoti aditīvai krāsu sintēzei, iespējams izveidot krāsainas fotogrāfijas un transparentus, izmantojot subtraktīvo metodi. Tajā krāsas tiek noņemtas no baltās gaismas, izmantojot krāsvielas vai pigmentus. Fotogrāfijām parasti izmanto ciānzilo (zilgani zaļo) krāsu, kura absorbē sarkano; fuksīna (magenta, lillīgi rozā) krāsu, kura absorbē zaļo un dzelteno, kura absorbē zilo. Ciānzilā krāsojuma attēla iegūšanai izmanto sarkani filtrēto attēlu, fuksīna attēlam zaļo, bet dzeltenajam zilo. Kad trīs iekrāsotos attēlus novieno vienu virs otra, tie veido pilnīgu krāsu attēlu.
Šis modelis ir zināms kā CMYK krāsu modelis. "K" apzīmē melno komponenti, kuru parasti pievieno tintes un citiem mehāniskās drukas procesiem, lai kompensētu izmantoto krāsu nepilnības. To parasti izmanto, lai absorbētu vai laistu cauri dažādas spektra daļas, bet neattēlotu nekādu krāsu un padarītu skaidrāku attēlu.
Pirmajā brīdī var šķist, ka katru attēlu ir jādrukā tādā krāsā, kā tās uzņemšanai izmantotais filtrs, tomēr izsekojot kādai konkrētai krāsai procesa gaitā, papildinošo krāsu izmantošana drukāšanai kļūst skaidrāka. Piemēram, sarkani filtrētā attēlā sarkans objekts būs ļoti bāls, bet pārējos divos attēlos ļoti tumšs. Rezultātā radīsies laukums ar pavisam nedaudz ciāna, kurš absorbēs pavisam nedaudz sarkano gaismu, bet liels apjoms fuksīna un dzeltenā, kuri kopā absorbē lielu apjomu zaļās un zilās gaismas, atstarošanai no balta papīra vai laišanai cauri transparentam atstājot galvenokārt sarkano gaismu.
Pirms tehniskajām inovācijām laika posmā no 1935. līdz 1942. gadam pilnu krāsu attēla druka vai transparenta izveide bija iespējama, izmantojot kādu no darba un laika ietilpīgajām procedūrām. Visbiežāk trīs pigmentu attēlus vispirms izveidoja atsevišķi, izmantojot oglekļa procesu  un pēc tam uzmanīgi apvienoja. Lai trīs melnbaltos attēlus pārvērstu ciāna, fuksīna un dzeltenajā krāsā, varēja izmantot ķīmisko tonēšanu un vēlāk attēlus apvienot. Citos procesos attēli tika veidoti viens virs otra un pēc tam nostiprināti. 20. gadsimta pirmajā pusē tika radītas un tirgū piedāvātas vairākas procesa variācijas, dažas no tām bija īslaicīgas, citas, kā Trichrome Carbro process, izturēja vairākas dekādes. Tā kā daži no šiem procesiem piedāvā ļoti ātru un stabilu krāsas noturību, radot bildes, kuras praktiski neizmainās vairāku gadsimtu gaitā, daļa no šiem procesiem vēl joprojām tiek pielietoti.