Digitale farver

Denne guide har fokus på at forklare hvordan digitale farver dannes og genereres digitalt. Jeg har gjort mit bedste for at forklare de tekniske begreber og modeller på en måde, så det skulle være til at forstå. Det betyder samtidig at tingene ikke bliver forklaret superskarpt og nøjagtigt, men det er et valg jeg har truffet for at alle kan være med. Der vil i flere tilfælde være henvisninger til andre hjemmesider, som jeg selv har anvendt i min proces med at forstå hvordan digital fotografering hænger sammen.

Det er også vigtigt at forstå de betingelser som denne guide er baseret. Den er baseret på, at farver på en computer, tablet eller telefon bliver dannet af et program og ledt ud til skærmen ved hjælp af et grafikmodul (grafikkort).

Program → Grafikdriver → Grafikmodul → Skærm

Følgende vil blive gennemgået:

  1. Farvemodeller
  2. Kapitlet handler om den farvemodeller vi anvender ved digital billedbehandling. Den additive farvemodel RGB (Red Green Blue) vil blive gennemgået grundigt. CMYK (Cyan, Magenta, Yellow og Key) vil kort blive forklaret, da den anvendes når billeder skal printes.

  3. Farverum
  4. Dette kapitel handler om de forskellige måder RGB-farverne omsættes til farver på. Her vil de tre mest almindelige farverum blive behandlet: sRGB, aRGB og ProPhoto-RGB.

Farver

Farver er noget vi alle har erfaring med, men også noget som vi har svært ved at definere. Er en farve f.eks. grønblå, blågrøn eller tyrkis? ... og hvad farve har en postkasse egentlig? Problemet er, at en genstands farve ikke defineres af materialet, men at det lys det udsender. Derfor vil postkasserød være forskellig på en solskinsdag og en dag hvor det er overskyet.

For at gøre det endnu mere bøvlet så har naturen indrettet vores øjne med 3 fotoreceptorer der kan aflæse rød, grøn og blå, hvor grøn er en blandingsfarve beståede af gul og blå. Gul er altså vores hjernes måde at tolke det lys, Der ligger imellem det som øjets røde og grønne fotoreceptorerne ikke kan fange.

Som det kan ses herunder fylder den gule farve meget lidt, og den grønne farve meget. Evolutionsmæssigt giver det god mening, at vi er gode til at se grønne nuancer. På den måde kan vi se selv meget små bevægelser i det grønne... og dermed opdage sabeltigeren før den æder os.

"Linear visible spectrum" by Gringer - Own work. Licensed under Public Domain via Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Linear_visible_spectrum.svg#/media/File:Linear_visible_spectrum.svg

Derudover er udfordringen at farverne rent fysisk består af lys og det er bølgelængden af dette lys fotoreceptorerne i vores øjne opfanger og tolker. For at beskrive de farver der er synlige for det menneskelige øje anvender vi modellen med det mundrette navn CIE 1931 color space.

CIE-1931 diagram in LAB space" by Paulschou at en.wikipedia. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons.

Vær opmærksom på, at modellen herover ikke gengiver farver og nuancer rigtigt, men blot er tilnærmede. Derfor bliver f.eks. det grønne område gengivet som stort set en ensfarvet grøn plamage.

Det som vi anvender modellen til i denne sammenhæng er at vise hvilke farver øjet kan se og skelne. Vi vil senere placere de farverum vi arbejder i. Det farverum vi kan anvendes kaldes for gamut.

Dannelse af farve

Grundfarver


Rød

(Grundfarve)


Gul

(Grundfarve)


Blå

(Grundfarve)

I farvelæren definerer vi grundfarverne som dem, vi ikke kan blande ved hjælp af andre. Det er dog ikke ensbetydende med at vi kan blande alle andre farver med dem. For som nævnt ovenfor så er vores syn ikke bygget op på samme måde. Evolutionen har udviklet planterne til at udnytte det lys der er mest af nemlig det grønne. Da vi kom til langt senere har vores syn indrettet os på en verden hvor det er langt mere praktisk at kunne skelne grønne nuancer fra hinanden, så vi bedre kunne jage dyr i naturen ... eller opdage rovdyr før de angreb os.

På rigtig mange måder ville det have været bedre om vi aldrig havde lært at rød, gul og blå var grundfarver, for det er en sandhed med modifikationer. For reelt har vi også brug for indtil flere grønne nuancer for at kunne blande de farver vores øje ser.

Når vi blander fysiske farver er det egentlig blot en hvis pasta med farvede partikler i, og langt de fleste af os har prøvet at tilpasse en farveblanding, for at ende ud med en brun plamage. Det som sker når vi forsøger at blande en ny farve er, at vi ændre på den kemiske sammensætning der er i malingen - og i stedet for at "sluge" og "spærre" for det lys vi har tænkt så mister malingen evnen til at kunne tilbagekaste lyset som vi vil. Malingen kaster så mange nuancer fra sig, at vores hjerne blandet det sammen og gør den brun. Det er disse begrænsninger man må lære at leve med når man skal arbejde med kemiske farver, og det er årsagen til at gode printere anvender mange farvepatroner med forskellige nuancer.

Herunder er der et farvehjul, som viser de farveblandinger vi kan få hvis vi tager udgangspunkt i 4 farver: rød, gul, grøn og blå. Her kan man også se at de grønlige nuancer fylder rigtig meget

DanPMK at English Wikipedia [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Sort og hvid er også ret specielle, da "ægte" sort er defineret ved at der intet lys kastes tilbage. Hvid er defineret ved, at alle farver kastes tilbage. Det viser sig at der skal anvendes to forskellige tilgange til farveblanding. En til skærm og en til print. På en skærm bliver de enkelte punkter indstillet ved hjælp af lys (energi) og man kan lysne en farve ved blot at skrue op for lystyrken. Ved en udskrift på papir skal farvens transperans lysne billedet, ved at papirets farve slår igennem. Disse to principper beskrives som additiv og substraktiv farvedannelse

Det rigtige farvehjul

I den ovenstående model mode har man sat grundfarverne overfor hinanden, og den model giver fin mening, når vi taler om en teoretisk forståelse. Problemet er bare, at det ikke svarer til den måde vi ser farverne på. Altså den måde fysiske farver (pigmenter) præsenterer sig.

Læg mærke til at de grønne farve nuancer fylder over \( \frac{ 1 }{ 3 } \) af cirklen, hvilket ikke stemmer overens med modellen ovenfor ... men med CIE 1931 color space, som vi gennemgik ovenfor. Så et mere korrekt farvehjul skulle nok se ud som herunder

https://blog.asmartbear.com/color-wheels.html
Læs mere

https://blog.asmartbear.com/color-wheels.html

http://colourstudio.com/history-of-the-color-wheel/

Additive farver

Den additive farveblanding er den vi kender fra skærme. Her bliver farverne dannet ved at skærmen laver det korrekte mix mellem RGB farver. Se herunder. Lad os prøve at beskrive hvad der skaber den gule farve.


Rød

(Grundfarve)


Grøn

(blandingsfarve gul/blå)


Blå

(Grundfarve)

Her skal vi forestille os at vi har et sort stykke karton, hvor vi får to lamper til at lyse på papiret. Den ene lampe sender rødt lys ud, den anden grøn (blandingsfarve gul/blå). Tricket er, at den grønne farve består af både gul og blå. Men når den røde farve er der kan den blå ikke komme igennem. Den vil altså blive elimineret. Den røde farve kan ikke trænge igennem den grønne, og dermed er den eneste farve der ikke er blokeret den gule.

Når der der intet lys er bliver farven sort, og når RGB farverne har samme niveau udelukker de hinanden og vi får en grå nuance (se længere nede). Den ægte hvide farver opstår når alle farver er tilstede.Kigger du nærmere på din skærm vil du opdage at selv de hvide flader ikke er helt hvide. De er "beskidt" hvide. Det skyldes simpelthen at din skærm ikke kan producere alle farver med en nødvendig intensitet. På samme måde er den sorte farve på din skræm begrænset af hvor mørkt materialet din skærm er bygget af. "Rigtig" sort, er så mørkt at man ikke kan se nogen dybde overhovedet, og det er en ikke-farve der er meget svær at lave.

"AdditiveColor" by SharkD at engelsk Wikipedia Later versions were uploaded by Jacobolus at en.wikipedia. - Transferred from en.wikipedia to Commons.. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons.

Substraktive farver

Substraktive farver fungerer modsat additive farver. Her "blokerer" man for for de uønskede farver. Hvor de additive farver vil danne farver på et sort grundlag kræver substraktive farver et hvidt underlag. De farver man anvender her kaldes for CMY (Cyan, Magenta og Yllow).


Cyan

(Blandingsfarve grøn/blå)


Magenta

(Blandingsfarve rød/blå)


Gul

(grundfarve)

Til tryk anvendes CMYK (Cyan, Magenta, Yellow og Key color), som udvider CMY farverne med Key. Key er en kulsort farve man supplerer med fordi:

  • man kan spare på de dyre CMY-farver, og
  • den sorte farve der dannes af CMY-farverne reelt er en mørkesortbrun farve

For at forstå måden farver dannes ved CMYKmodellen kræver det en dybere gennemgang af komplementære farver. Det ligger uden for denne guide,

"SubtractiveColor" by SharkD at English Wikipedia Later version uploaded by Jacobolus, Dacium at en.wikipedia. - Transferred from en.wikipedia to Commons.. Licensed under Public Domain via Commons.

Digitale farver

Digitale farverdannelse anvender den substraktive farvemodel, dvs. RGB (Red Green Blue) farver. Hver af disse farver kan beskrives 256 niveauer og det gøres med hexadecimaletal, hvor hver position har værdien op til 16 (hexa).For at beskrive tallen anvendes værdierne 1, 2 ... 9, A, B, C, D, E, F.

RGB farver er beskrevet ved hjælp af hashtag (#) efterfulgt af 6 hexadecimale cifre, der parvist definerer hver farve: #XXXXXX. Herunder er farverne vist hver for sig. Læg mærke til sort, som er defineret ved at skærmen reelt set er slukket (intet signal) og at hvis er fuld udblæsning på alle RGB farver.


Sort

#000000


Rød

#FF0000



Grøn

#00FF00


Blå

#0000FF


Hvid

#FFFFFF

For at se nuancerne kan vi anvende CSS3 til at vise alle 256 nuancer. Herunder er browseren programmeret til at starte med den laveste værdi (00 og lave en glidende overgang til den højeste værdi (FF).

Rød ( #000000 - #FF0000 )

Grøn ( #000000 - #00FF00 )

Blå ( #000000 - #0000FF )

De grå nuancer

For at danne de grå nuancer skal RGBværdierne sættes ens f.eks. #AAAAAA, som danner denne grå nuance. Herunder er de grå farvers nuanceforløb vist.

Gråtoner ( #000000 - #FFFFFF )

Hvis du ønsker at eksperimentere med farverne kan du prøve nedenstående side:

http://www.colorsontheweb.com/colorwizard.asp

Farveoutput

Har du forskellige enheder hos dig, f.eks. andre computere, bærbare, tablets og telefoner kan du prøve at kigge på hvordan farverne, farveovergangene og gråtonerne bliver vist. Herunder kan du se et eksempel fra min DELL 100% sRGB skærm (øverst) og en god standard Asus skærm (nederst). Billedet er taget med en Nexus 5 telefon, hvor skærmene er under samme lysforhold. De farvenuance bølger du kan se ved output fra Dell skærmen skyldes moire effekten pga. Dellskærmens høje DPI-opløsning

Dell 24" skærm

Asus 23" skærm

Hvis vi kun vælger at forholde os til farverne på de to skærme er det tydeligt at se at der er forskel på dem. De "ens" farver repræsenterer nøjagtigt de samme værdier, da de begge er beregnet af computeren ud fra hjemmesiden og vist på skærmen. Men det er tydeligt at se at farverne er mere klare og "levende" ved Dell skærmen. På samme måde risikerer man, at et billede der er perfekt hos en selv, kan være trist og kedeligt på en anden skærm.

Problemet med digitale farver

Problemet med digitale farver ligger ikke i billedfilens informationer eller den teknologi. Problemet ligger i de output-enheder vi anvender som f.eks. kan være, skærm, projektor eller print.

Løsningen på dette problem er, at man har defineret nogle farverum (også kaldet gamut). I denne guide vil vi kigge på tre af dem: sRGB, Adobe RGB og ProPhoto og forklare hvad forskellen er mellem dem.

Farverum (gamut)

Ovenfor nævnte jeg CIE-1931 diagrammet som viser de farver som det menneskelige øje kan opfange.

CIE-1931 diagram in LAB space" by Paulschou at en.wikipedia. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons.

For at kunne sikre de samme farver igennem hele arbejdsprocessen, altså lige fra produktion → forarbejdning → output, har man indført nogle standarder, som man kalder farverum (colorspace/gamut). Vi vil her arbejde med:

Herunder er CIE-1931 diagrammet kan du se hvad de forskellige farverum dækker:

Her vi vi ikke gå i dybden med teorien, men for at forklare trekanterne, så fremkommer de ved, at hjørnerne beskriver de reneste RGB (Rød Grøn Blå). Det er også her at man kan se forklaringen på hvorfor man siger at aRGB og ProPhoto har større farverum end sRGB, selvom alle farverummene har samme antal farvenuancer nemlig 16777216 (256³).

Større farverum, samme antal farver

Som vi lærte ovenfor bliver farverne dannet ud fra en kombination af RGB, og hver af disse farver kan antage 256 forskellige værdier. For at forstå betydningen af dette vil vi her kigge på den grønne farve. Herunder forsøger CSS at vise alle nuancerne hvor kun den grønne farve er i spil.

Grøn ( #000000 - #00FF00 )

Hvis vi sammenligner den spændvidde den grønne farve har fra spidsen og indtil den grønne farve er væk så har ProPhoto næsten dobbel så storspændvidde end srgb. Da begge længder er inddelt i 256 forskellige nuancer, så vil der altså være dobbelt så langt mellem nuancerne i ProPhoto end i sRGB. Se illustrationen herunder, hvor jeg illustrerer de manglende nuancer:

Problemet er, at det "rigtige" farverum ikke findes, for de har alle forskellige egenskaber, styrker og svagheder.

Flere bits

For at løse dette problem anvender man billeder der har en højere farveopløsning end 8 bit. Det er f.eks. ikke unormalt at kamera i mellemprisniveau kameraer kan optage RAW-filer i 12, 14 og 16 bit. mod de "normale" 8 bit. Det betyder at der bliver endnu flere niveauer at inddele farverne i farverummet:

bits Nuancer/kanal Nuancer i alt Ekstra nuancer pr 8 bits nuance
8 bit \( 2^{8} = 256 \) \( (2^{8})^3 = 1,678 \cdot 10^6 \) \( 0 \)
10 bit \( 2^{10} = 1.024 \) \( (2^{10})^3 = 1,074 \cdot 10^9 \) \( 4 \)
12 bit \( 2^{12} = 4.096 \) \( (2^{12})^3 = 68,71 \cdot 10^9 \) \( 16 \)
14 bit \( 2^{14} = 16.384 \) \( (2^{14})^3 = 4,398 \cdot 10^{12} \) \( 64 \)
16 bit \( 2^{16} = 65.536 \) \( (2^{16})^3 = 2,815 \cdot 10^{14} \) \( 256 \)

Ved at hæve billedet fra 8 til f.eks. 14 bit er der altså går man fra at arbejde med 256 farvenuancer til 16.538 nuancer, og så er farveopløsningen så god, at det menneskelige øje oplever der som glidende overgang. Prisen for de ekstra bits er, at filerne billedfilerne fylder mere, at programmerne skal være mere avancerede og at det kræver flere kræfter af computeren. Gevinsten er den forøgede mængde af nuancer.

sRGB

sRGB (Standard RGB) blev udviklet i et samarbejde mellem Microsoft og HP i 1996 til at blive anvendt på monitors, printere og Internettet. Standarden er understøttet af W3C, Intel, Pantone og mange andre spillere på markedet.

Hvis dit slutprodukt er web, så er sRGB det farverum man bør anvende, simpelthen fordi dette er det standardiserede farverum. En anden vægtig årsag til at vælge dette farverum er, at langt de fleste monitors er justeret og konstrueret til at dække sRGB farverummet. Ved at anvende sRGB har man den største kontrol over hvordan det vil se ud hos flertallet af brugerne.

Læs mere: https://en.wikipedia.org/wiki/SRGB

DCI-P3

DCI-p3 (Digital Cinema Initiatives) er udviklet af den amerikanske filmindustri, og er ved at blive implementeret i highend telefoner og computerdisplays bl.a. fra Apple, Microsoft og Samsung.

Formatet er udviklet til digitale teknologier der kan anvendes til fremvisning af film og billeder, og har flere røde nuancer end sRGB og aRGB. Den nye Ultra HD Premium standard kræver at displayet kan vise mindst 90% af farverummet.

Læs mere: https://en.wikipedia.org/wiki/DCI-P3

aRGB

Adobe RGB color space er udviklet af Adobe Systems i 1998 for at kunne arbejde med de farver en CMYK-printer kan producere. Farverne bliver dannet ved at anvende RGB farverne. I forhold til sRGB er det især blandt cyan og grøn, at man får flere nuancer. aRGB dækker omkring 50% af CIE 1931.

Hvis dit slutprodukt er CMYK-print eller aRGB-kompatibelt udstyr, så kan kan dette format anbefales. Når man arbejder med aRGB skal man være meget bevidst om, at der er forskel på de farver man selv kan se på sin aRGB skærm og de farver som bliver fremvist på en sRGB skærm. Især de blå og de grønne farver vil miste spændvidde og billedet går hen og bliver kedeligt. Vil man selv have kontrollen med output, bør man redigere en version til print og en til web.

Læs mere: https://en.wikipedia.org/wiki/Adobe_RGB_color_space

Prophoto RGB

ProPhoto color space er udviklet af Kodak til fotografier der kræver et stort farverum. Som de to andre formater bliver farverne dannet ved hjælp af RGB og pga det den efterhåndens store afstand der er imellem de enkelte nuacner anbefales det at arbejde i 16bit farver. Når man arbejder med ProPhoto skal man være opmærksom på at ca 13% af farverne er imaginære - de er ikke inde for det synlige felt.

Da ProPhoto's farver har en stor spændvidde anbefales det at arbejde med 16bits farver dvs. \( 65536^3 = 2,815 \cdot 10^{14} \) nuancer.

Det giver kun mening arbejde i ProPhoto, hvis man har udstyret til det, og det gælder både in- og output - altså både kamera og skærm/printer.

Læs mere: https://en.wikipedia.org/wiki/ProPhoto_RGB_color_space

CMYK

CMYK er oprindeligt udviklet til tryk på papir, og danner farver ved hjælp af at blande Cyan, Magenta, Yellow og Key (sort) . Fordelen ved at anvende CMYK er, at man opnår en relativ bred farvepalet, ved et lille forbrug af farver.

På nedestående billede er en illustration af hvad der sker når man konverterer RGB til CMYK

RGB and CMYK comparison.png
By RGB_CMYK_4.jpg: Annette Shacklett derivative work: Marluxia.Kyoshu (talk) - Made in Photoshop. Original was also made in Photoshop in 2003., Public Domain, Link

Læs mere: https://en.wikipedia.org/wiki/CMYK_color_model

Det bedste farverum

Efter at have sat dig ind i farverum kan det måske være lidt mærkeligt at lave et afsnit der hedder "Det bedste farverum". Men jeg synes det er vigtigt, fordi man bliver som fotograf/grafiker gøre sig den overvejelse. Farverummet kan bare ikke stå for sig selv, men outputs skal tænkes ind.

Herunder er der lavet en tabel med de fordele de enkelte farverum har

Farverum Fordele
sRGB
  • Defacto standard for digitale skærme.
  • Vær opmærksom på at selv "gode" skærme, også de skærme der findes på Macbooks ikke er sRGB kompatible
DCI-P3
  • Filmindustriens standard, som bliver implementeret af alle store spillere på markedet (Apple, Dell, Eizo, Microsoft, Samsung ...)
  • Flere grønne og røde nuancer end sRGB, som passer bedre til vores øjne
  • Er lavet med udgangspunkt i den digitale teknologiske udvikling.
aRGB
  • Flere cyan-grønne nuancer end sRGB
  • Rummer hele CMYK farverummet
ProPhoto RGB
  • Giver adgang til ca. \( \frac{ 9 }{ 10 } \) af de farver som øjet kan se
CMYK
  • Standardiseret 4 farvet print teknologi
  • Billige produktionsomkostninger

Anbefaling

Min anbefaling er betingen af tiden og den teknologi det skal anvendes på, og ud fra den betragtning at modtageren skal se det, du som afsender har ønsket.

Derfor er det min anbefaling at du primært arbejder med sRGB, da det sikrer at din modtager ser det du arbejde med, og at du forbereder dig til at begynde at arbejde i DCI-P3, så dine billeder får den bedste fremtoning for den standard der efterhånden bliver hvermandseje på den digitale hardware. Jeg tager udgangspunkt i:

  • Vi er stort set gået fra print til digital fremvisning
  • Selvom det er muligt, at købe hardware der understøtter aRGB og DCI-P3, er det stadig ikke normalen for langt størsteparten af brugere.
  • Modsat hvad mange påstår, så er sRGB fuldt ud i stand til at give os en god oplevelse af farvernuancer - også på print
  • Man bør altid arbejde i det farverum, man vil have sit output i.
  • WYSIWYG - What You See Is What You Get - hvis man laver noget i et farverum og eksporterer der til at andet, så aner man ikke hvad output vil være

Det giver ingen mening at redigere sine billeder i 14 bit aRGB (hvis det er fra RAW), for at eksportere det til 8 bit sRGB (som Adobe kalder "web-safe"). Mange af de nuancer man har finjusteret og tilpasset forsvinder, og man risikerer det som før var en flot overgang mellem nuacner, kommer til at se ud som om det er malet på med en bred pensel.

Skrevet lidt nørded: sRGB For The Win, DCI-P3 For The Future

Gode henvisninger

http://www.huevaluechroma.com/041.php