Farebný model

Farebný model opisuje základné farby a schémy miešania týchto základných farieb do výslednej farby. Farba je v prírode daná zmesou svetla rôznych vlnových dĺžok a rôzne farebné modely sa snažia vytvoriť a reprodukovať farbu čo najvernejšie. V praxi sa používajú modely, u ktorých je zvolený vhodný kompromis medzi presnosťou farebného dojmu a zložitosťou konkrétneho modelu. Niekde sa rozlišuje medzi farebným modelom (color model) a farebným priestorom (color space), keď model znamená matematické vyjadrenie farby tupletom (usporiadanou n-ticou, zvyčajne trojicou) čísiel. Tu nerozlišujeme striktne medzi modelom a priestorom, ktorý ho reprezentuje a zatiaľ obidva pojmy používame ako ekvivalenty.

Farba a jej model 

Aby bol počítačový obrázok farebný, musí byť každému bodu (pixelu) obrázka priradená určitá farba. Spôsobov, akými sa to dá urobiť je  niekoľko. Všetky vychádzajú zo spôsobu videnia farieb ľudským okom. Oko farby vníma vďaka svetlu, ktoré vstupuje do oka a dopadá na bunky - čapíky, ktoré sú citlivé na farbu. Svetlo je vlastne elektromagnetické vlnenie s rôznou vlnovou dĺžkou. Ľudské oko dokáže vnímať iba určitý rozsah vlnových dĺžok svetla. Svetlo s najväčšou vlnovou dĺžkou, ktoré ľudské oko vníma, je červenej farby (780 nm) a svetlo s najnižšou vlnovou dĺžkou je svetlo fialovej farby (380nm). V tomto spektre farieb je ľudské oko schopné bez problémov rozlíšiť vyše 1,5 milióna rôznych farieb. Nie však každej farbe, ktorú rozlíšime pripadá iná vlnová dĺžka, pretože podľa intenzity dopadajúceho svetla, ľudské oko rozlišuje sýtosť a jas daného odtieňa farby. Takže iná vlnová dĺžka prislúcha iba rôznym odtieňom farieb. 

Maliari v minulosti miešali farby kombináciou pomerne jasných čistých pigmentov (pure color) a bielej a čiernej farby (pozri obrázok). Zmes pigmentu s bielou farbou sa nazývajú anglicky tint, zmes pigmentu s čiernou sa nazývajú tiene (ang. shades). Namiešanie modrého odtieňu (Tone) sa môže diať v smere šípok. Miešaním s bielou a čiernou farbou sa mení sýtosť a jas. Najbližšie k tejto interpretácií majú farebné modely HSB a HSL.

Farebné modely HSB a HSL 

Prvé riešenie problému kódovania farieb, ktoré sa ponúka, je zobrať celý rozsah vlnových dĺžok a rozdeliť ho na niekoľko častí a do pamäte počítača uložiť poradové číslo farby, ktorej prislúcha určitá vlnová dĺžka, ďalej jej sýtosť a jas. Kódovanie farieb takýmto spôsobom využívajú farebné modely HSB (či HSV), HSL. Oba modely uchovávajú informáciu o odtieni (Hue) a sýtosti (Saturation). Odlišujú sa iba v tom, že prvý model používa jas (B - Brightness alebo V - Value) a druhý používa svetlosť (Lightness). V prvom modeli dostaneme čiernu farbu tým, že nastavíme jas na nulu a bielu tak, že jas nastavíme na maximálnu hodnotu (nezávisle od sýtosti). V druhom modeli dosiahneme čiernu, ak je svetlosť aj sýtosť 0 a bielu, ak je svetlosť aj sýtosť maximálna. Hlavným nedostatkom tohto problému je náročnosť vyrobenia svetla so zadanou vlnovou dĺžkou. Našťastie existujú aj iné riešenia problému kódovania farieb. Model je aditívny a je reprezentáciou modelu RGB. Vytvorili ho počítačoví vedci koncom 70. rokov minulého storočia, použitím namiesto kombinácii troch farieb RGB, vlastnosti (odtieň, sýtosť a jas), ktoré sa bežne používajú pri opise farieb.

Farebný model RGB 
Farebný model RGB je najčastejšie využívané kódovanie farby bodu obrázka. Empiricky sa zistilo, že takmer všetky farby sa dajú vytvoriť zmiešaním ľubovoľných troch nezávislých farieb (t. j. že pomocou zmiešania dvoch nedostaneme tretiu). Najvýhodnejšie pre výrobu svetelných lúčov (aditívny farebný systém) bolo použitie farieb červená (Red), zelená (Green), modrá (Blue). Aby sme vedeli vytvoriť 1,5 milióna farieb stačí, ak každú z týchto farieb rozdelíme na 115 odtieňov, ktorých zmiešaním v rôznych pomeroch vzniknú všetky farby. Kvôli uchovaniu v pamäti počítača, je však výhodnejšie použiť až 256 odtieňov každej farby (8 bitov), čo nám umožní vytvoriť až 16 777 216 rôznych farieb. Pri takomto kódovaní je každá farba zakódovaná 24 bitmi, čo sú tri pamäťové miesta počítača. Pričom 255 0 0 je sýta červená farba, 0 255 0 je sýta zelená farba, 0 0 255 je sýta modrá farba, 0 0 0 je čierna farba a 255 255 255 je biela farba.

Farebný model CMY(K) 
Farebný model CMYK je model, ktorý používa doplnkové farby (subtraktívny farebný systém). V modeli RGB platilo, že ak zmiešame všetky tri základné farby s maximálnou sýtosťou, dostaneme bielu farbu. Takýto spôsob je výhodný pri obrazovkách monitorov, pretože tienidlo je čierne. Pri tlačiarňach sa však tlačí na biely papier, preto potrebujeme vziať také farby, pri ktorých, ak zmiešame ich najsýtejšie odtiene, dostaneme čiernu farbu. Takéto farby dostaneme, keď zoberieme doplnkové farby k farbám červená, zelená a modrá. Týmito farbami sú azúrová (Cyan), purpurová (Magenta) a žltá (Yellow). Kvôli tomu, že je lacnejšie vyrobiť čierny atrament ako ho miešať pomocou týchto troch farieb, sa k týmto farbám pridáva i samostatná čierna farba a tento model sa označuje tiež CMYK, kde posledné písmeno je pôvodne odvodené od blacK, neskôr uvádzané ako Key (kľúč) čiže kľúčová farba.

Výhoda formátu CMY je tá, že výsledná farba CMY sa dá veľmi jednoducho získať z modelu RGB pomocou vzorcov:

 C = (255 - R); M = (255 - G); Y = (255 - B)

Farebný model YUV 
Farebný model YUV slúži na zachovanie čiernobielej informácie pri televíznom vysielaní. Po vzniku farebného filmu nastal problém, ako zakódovať farbu tak, aby farebné filmy mohli pozerať i ľudia s čiernobielymi prijímačmi. Bolo potrebné zachovať pôvodnú čiernobielu informáciu a doplniť ju tak, aby vznikol farebný obraz. Farba je kódovaná tak, že k čiernobielej zložke Y, ktorú tiež nazývame svietivosť (luminance), pridáme dve farebné zložky UV farebnosti (chrominance), pričom zložka U udáva odtieň medzi modrou a žltou a zložka V udáva odtieň medzi červenou a žltou farbou. Takže čiernobiely prijímač berie do úvahy iba zložku Y, farebné prijímače za pomoci zložiek YUV získajú RGB kód farby pomocou jednoduchej transformácie:
 R = Y + 1,403V; G = Y - 0,344U - 0,714V; B = Y + 1,770U

CIE - Commission Internationale de l'Éclairage - Medzinárodná komisia pre osvetlenie

Chromatický diagram  CIE 1931 
Aby bolo možné farby merať a vyjadrovať bez ohľadu na subjektivitu ľudského vnímania, bol v roku 1931 vytvorený medzinárodný štandard základných farieb. Jeho súčasťou je tzv. chromatický diagram CIE 1931 (CIE je skratka Medzinárodnej komisie pre osvetlenie - Commission Internationale de l'Éclairage). V štandarde sa predpokladá, že každú farbu je možné definovať váženým súčtom troch primárnych farieb, ktoré sú vyžarované monochromatickými zdrojmi svetla s vlnovými dĺžkami R = 700nm, G =541nm a B = 436nm.

CIE 1976 Luv 
Neskôr, v roku 1976 bol definovaný farebný priestor CIE 1976 Luv (Uniform Color Space), v ktorom sú farby rozložené rovnomernejšie ako v priestore z roku 1931. Rovnomernejšie rozloženie znamená, že priestorová vzdialenosť medzi dvojicou farieb v priestore CIE 1976 ešte lepšie zodpovedá subjektívne vnímaným rozdielom intenzity medzi farebnými odtieňmi. Na prevod hodnôt z farebného systému CIE 1931 do CIE 1976 (a naopak) existuje jednoduchá transformácia.

Farebný model Lab 
Farebný model (priestor) Lab, alebo tiež CIE 1976 (L *, a *, b *), je odvodený z priestoru CIE XYZ a je definovaný troma premennými:
 L - (lightness), svetlosť {0 - 100}
 a - os zelená - červená
 b - os modrá - žltá

Zdroje 
 Príručka Corel Draw! - farebné modely
 Žára J., Beneš B., Sochor J., Felkel P.: Moderní počítačová grafika, 2. vydanie, Computer Press, Brno, 2004

Farba