Βασικά χρώματα

Βασικά (ή πρωτογενή) χρώματα είναι αυτά τα οποία όταν συνδυαστούν μεταξύ τους μπορούν να παραγάγουν όλους τους δυνατούς χρωματισμούς. Τα χρώματα που προκύπτουν από τον συνδυασμό των βασικών λέγονται δευτερογενή (ή συμπληρωματικά). Για την περιγραφή των χρωμάτων χρησιμοποιούμε τα χρωματικά μοντέλα. Κάθε ένα από αυτά χρησιμοποιεί κάποια βασικά χρώματα και μία μέθοδο για την περιγραφή των χρωματικών αντιλήψεων που μπορεί να έχουμε.

Γενικά

**Τα χρώματα του ορατού φάσματος**
Χρώμα	Περιοχή μηκών κύματος (nm)	Περιοχή συχνοτήτων (Hz)
Ερυθρό	~ 630–700 nm	~ 476–429 x10¹² Hz
Πορτοκαλί	~ 590–630 nm	~ 510–476 x10¹² Hz
Κίτρινο	~ 560–590 nm	~ 535–510 x10¹² Hz
Πράσινο	~ 500–560 nm	~ 600–535 x10¹² Hz
Κυανό	~ 440–500 nm	~ 680–600 x10¹² Hz
Ιώδες	~ 400–440 nm	~ 750–680 x10¹² Hz

Τα χρώματα είναι μία κωδικοποίηση του ανθρώπινου νευρικού συστήματος για να διακρίνει τα μήκη κύματος (ή τις συχνότητες) του φωτός που προσπίπτουν στο αισθητήριο όργανο της όρασης. Τα μήκη κύματος του φωτός που διεγείρουν τον ανθρώπινο οφθαλμό κυμαίνονται από περίπου 4.000 Å (400 nm) μέχρι 7.000 Å (700 nm). Στον πίνακα φαίνεται σε γενικές γραμμές η χρωματική κωδικοποίηση του ανθρώπινου οφθαλμού. Σε κάθε μήκος κύματος (ή συχνότητα) η όραση του ανθρώπου αντιστοιχίζει και ένα χρώμα.

Όταν στο μάτι του ανθρώπου προσπέσουν δύο ακτινοβολίες με διαφορετικά μήκη κύματος η ανθρώπινη όραση συνθέτει τα χρώματα δημιουργώντας καινούργια. Έτσι για παράδειγμα αν μία φωτεινή πηγή μάς φαίνεται ότι εκπέμπει κίτρινο χρώμα μπορεί αυτή να έχει μήκη κύματος στην περιοχή από 560 nm έως 590 nm ή να εκπέμπει ταυτόχρονα κόκκινες και πράσινες ακτινοβολίες που όταν συντίθενται μας δίνουν κίτρινο χρώμα. Για τη δημιουργία των χρωμάτων δεν μας είναι απαραίτητα όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός αλλά μόνο ορισμένα από αυτά. Με άλλα λόγια στηριζόμενοι σε κάποια χρώματα τα οποία ονομάζουμε βασικά ή πρωτογενή μπορούμε να συνθέσουμε τα υπόλοιπα.

Τα βασικά χρώματα που χρησιμοποιούμε για τη σύνθεση των χρωμάτων δεν είναι ίδια σε όλες τις εφαρμογές. Οι διαφορές σχετίζονται με τον τρόπο που παράγεται το φως που φτάνει στο μάτι αλλά και με το επιθυμητό οπτικό αποτέλεσμα. Το φως που βλέπουμε μπορεί να προέρχεται από απευθείας εκπομπή (π.χ. οθόνη), από απορρόφηση που οφείλεται σε ανάκλαση ή από απορρόφηση καθώς αυτό διέρχεται μέσα από ημιδιαφανή χρωματιστά υλικά. Κατά την εκπομπή του φωτός τα μήκη κύματος «αθροίζονται» για τη δημιουργία του χρωματικού αποτελέσματος ενώ κατά την απορρόφηση του φωτός από τα υλικά τα μήκη κύματος «αφαιρούνται» και δημιουργούν το χρωματικό αποτέλεσμα. Παράλληλα η αντίληψη του φωτός από τον άνθρωπο περιλαμβάνει επιπλέον χαρακτηριστικά όπως η λαμπρότητα (brightness) και η χρωματική καθαρότητα (saturation). Με άλλα λόγια η αίσθηση του χρώματος είναι μία πολύπλοκη ανθρώπινη διαδικασία.

Για την διευκόλυνση της περιγραφής και της αναπαραγωγής των χρωμάτων δημιουργήθηκαν τα λεγόμενα χρωματικά μοντέλα. Καθένα από αυτά βασίζεται σε συγκεκριμένα βασικά (πρωτογενή) χρώματα. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι σπάνια δύο εφαρμογές φτάνουν στο ίδιο χρωματικό αποτέλεσμα ακόμη και στην περίπτωση που χρησιμοποιούν το ίδιο χρωματικό μοντέλο. Μία εικόνα φαίνεται διαφορετική σε οθόνες από διαφορετικό κατασκευαστή και δύο κόκκινες μπογιές από διαφορετικό κατασκευαστή δίνουν διαφορετικό κόκκινο χρώμα.

Βασικά χρώματα και όραση

Αν προσέξουμε τα χρώματα του φάσματος που υπάρχουν σε ένα ουράνιο τόξο ή που δίνει η ανάλυση του λευκού φωτός από ένα πρίσμα θα παρατηρήσουμε ότι μέσα σ’ αυτά δεν υπάρχουν πολλά από τα χρώματα που βλέπουμε (όπως το καφέ). Η πολυπλοκότητα, η ύπαρξη πολλών χρωματικών μοντέλων, οι δυσκολίες και τα προβλήματα που παρατηρούνται στη δημιουργία των χρωμάτων γίνονται κατανοητά αν λάβουμε υπόψη τη σύνθεση του φωτός που λαμβάνει το ανθρώπινο μάτι και τη φυσιολογία του ανθρώπινου νευρικού συστήματος που δημιουργεί την αίσθηση των χρωμάτων.

Στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ανθρώπινου ματιού υπάρχουν τα κύτταρα που ονομάζονται φωτοϋποδοχείς ή φωτοαισθητήρες. Οι φωτοϋποδοχείς περιλαμβάνουν δύο τύπους κυττάρων τα κωνία και τα ραβδία. Τα ραβδία είναι υπεύθυνα για την αντίληψη του αμυδρού φωτός ενώ τα κωνία (ή κωνικά κύτταρα) για την αντίληψη των χρωμάτων. Υπάρχουν τρία είδη κωνικών κυττάρων:

S-κωνία: είναι ευαίσθητα σε φωτόνια μικρού μήκους κύματος και παρουσιάζουν μέγιστη ευαισθησία σε μήκος κύματος περίπου 4.200 Å (420 nm). Είναι ευαίσθητα στο μπλε φως.
Μ-κωνία: είναι ευαίσθητα σε φωτόνια μεσαίου μήκους κύματος και παρουσιάζουν μέγιστη ευαισθησία σε μήκος κύματος περίπου 5.300 Å (530 nm). Είναι ευαίσθητα στο πράσινο φως.
L-κωνία: είναι ευαίσθητα σε φωτόνια μεγάλου μήκους κύματος και παρουσιάζουν μέγιστη ευαισθησία σε μήκος κύματος περίπου 5.600 Å (560 nm). Είναι ευαίσθητα στο κόκκινο φως.

Η ευαισθησία των κωνίων σε διαφορετικά μήκη κύματος οφείλεται σε φωτοευαίσθητες χρωστικές ουσίες τις φωτοψίνες οι οποίες περιέχουν κάποιες πρωτεΐνες που ονομάζονται οψίνες. Κάθε είδος κωνίου περιέχει διαφορετικές φωτοψίνες. Το φως, καθώς προσπίπτει στα κωνικά κύτταρα, τα διεγείρει ανάλογα με τα μήκη κύματος που περιλαμβάνει. Τα κωνικά κύτταρα στέλνουν σήματα που φιλτράρονται μέσα από το οπτικό νεύρο και οδηγούνται στον εγκέφαλο. Η όλη διαδικασία δημιουργεί την τελική αντίληψη των χρωμάτων από τον άνθρωπο. Κάθε χρώμα που αντιλαμβανόμαστε οφείλεται στους συνδυασμούς των σημάτων που δίνουν οι φωτοϋποδοχείς. Ετσι, τα βασικά στοιχεία τα οποία αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι, είναι εντάσεις των Κόκκινο Πράσινο και Μπλε, σε μία πολύπλοκη διαδικασία σύνθεσης.

Η δημιουργία των φωτουποδοχέων στο μάτι καθορίζεται από ένα χρωμόσωμα που βρίσκεται στο γονίδιο Χ, που είναι φυλοκαθοριστικό. Οι γυναίκες έχουν δύο τέτοια γονίδια, ενώ οι άντρες ένα. Έτσι είναι πιο πιθανό οι άντρες να παρουσιάσουν ελλείψεις χρωματικής δυνατότητας διάκρισης των χρωμάτων από τις γυναίκες. Το χρωμόσωμα αυτό βρέθηκε να έχει τις περισσότερες διαφορές από άνθρωπο σε άνθρωπο (πάνω από 80 ποικιλίες), με αποτέλεσμα διαφορές στην αντίληψη των χρωμάτων, ειδικά ανάμεσα στο κόκκινο και το πράσινο. Ένα 10% των γυναικών διαθέτουν τέταρτο είδος κωνίων, διαθέτοντας έτσι πραγματική τετραχρωματική όραση. Το τέταρτο αυτό είδος είναι ευαίσθητο στο κάτω μέρος των συχνοτήτων, δηλαδή προς το υπέρυθρο. Επίσης, οι άνδρες έχουν λιγότερα κωνία κατά μέσο όρο, έως 30% και αντίστοιχα περισσότερα ραβδία, βλέποντας έτσι μικρότερη ποικιλία χρωμάτων αλλά πιο καθαρά στο σκοτάδι.

Βασικά χρώματα και εφαρμογές

Για την περιγραφή και χρήση των χρωμάτων έχουν αναπτυχθεί διάφορες προσεγγίσεις περιγραφής τους, τα Χρωματικά μοντέλα. Χρησιμοποιούν μέθοδο παρόμοια με το μάτι. Αναλύουν/συνθέτουν την εικόνα σε αρκετά μικρά ομοιόμορφα στοιχεία, τα εικονοστοιχεία (pixels), με βάση κάποιες μεθόδους. Τα επιμέρους αυτά στοιχεία θεωρούνται ομοιόμορφα. Συνήθως αποτελούνται από ένα χρώμα η τον συνδυασμό κάποιων λίγων, των βασικών του κάθε μοντέλου. Έτσι προσεγγίζουν αρκετά την εικόνα που βλέπουμε, με διαφορετική ακρίβεια το καθένα. Τα χρώματα αυτά και οι μέθοδοι διαφέρουν από μοντέλο σε μοντέλο.

Χρωματικό μοντέλο RGB

Γραφική απεικόνιση του 8bit χρωματικού μοντέλου RGB.

Με τα βασικά αυτά χρώματα έχει δημιουργηθεί το χρωματικό μοντέλο RGB με το οποίο μπορεί να γίνει η κωδικοποίηση όλων των χρωμάτων που εμφανίζονται σε μία οθόνη. Στην 8bit έκδοση του χρωματικού αυτού μοντέλου κάθε χρώμα μπορεί να παρασταθεί με μία τριάδα αριθμών από 0 έως 255. Το μοντέλο βασίζεται στο γεγονός ότι όταν μία οθόνη δεν εκπέμπει φως εμφανίζεται μαύρη. Τα υπόλοιπα χρώματα δημιουργούνται με υπέρθεση των τριών βασικών με συγκεκριμένη αναλογία. Τα βασικά, τα δευτερογενή χρώματα και μερικά παραδείγματα δίνονται παρακάτω στην 8bit αυτή έκδοση του μοντέλου:

Μαύρο: (0,0,0)
Λευκό: (255,255,255)
Κόκκινο: (255,0,0)
Πράσινο: (0,255,0)
Μπλε: (0,0,255)
Κίτρινο: (255,255,0)
Γαλάζιο: (0,255,255)
Μοβ (Magenta): (255,0,255)
Πορτοκαλί: (255,102,0)

Το μοντέλο αυτό μπορεί να παρασταθεί με έναν κύβο χρωμάτων σε ένα καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. Στην αρχή των αξόνων είναι η κορυφή του κύβου που αντιστοιχεί στο μαύρο χρώμα, ενώ στις κορυφές του κύβου που βρίσκονται πάνω στους άξονες βρίσκονται τα βασικά χρώματα (Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε). Τα δευτερογενή χρώματα βρίσκονται στις τρεις κορυφές του κύβου που βρίσκονται απέναντι από τα αντίστοιχα βασικά χρώματα και στην κορυφή απέναντι από το μαύρο βρίσκεται το λευκό. Κάθε χρώμα στο σύστημα αυτό προσδιορίζεται από ένα σημείο στον κύβο με τρεις συντεταγμένες. Στη διαγώνιο μεταξύ μαύρου και λευκού βρίσκονται όλες οι αποχρώσεις του γκρι.

Βασικά χρώματα στην εκτύπωση (CMYK)

CMY – Βασικά και δευτερογενή χρώματα.

Στην εκτύπωση των εντύπων χρησιμοποιείται ευρέως το σύστημα CMYΚ που είναι συμπληρωματικό μοντέλο του RGB. Τα τρία βασικά χρώματα στο CMYΚ είναι: Γαλάζιο (Cyan) – Μαγεντιανό κόκκινο (Magenta) – Κίτρινο (Yellow) και Μαύρο (Black). Με τα τρία αυτά χρώματα δημιουργούνται τα δευτερογενή Κόκκινο – Κίτρινο – Μπλε ως εξής:

Κόκκινο: Μαγεντιανό κόκκινο (Magenta) + Κίτρινο
Πράσινο: Κίτρινο + Γαλάζιο
Μπλε: Γαλάζιο + Μαγεντιανό κόκκινο (Magenta)

Το μοντέλο αυτό βασίζεται στο γεγονός ότι το υπόβαθρο της εκτύπωσης είναι το λευκό χαρτί που ανακλά όλα τα χρώματα (μήκη κύματος). Κάθε βασικό χρώμα που προστίθεται με ένα μελάνι απορροφά ορισμένα χρώματα και αποδίδει τα υπόλοιπα. Για παράδειγμα το κίτρινο μελάνι απορροφά το μπλε χρώμα και αφήνει το πράσινο και το κόκκινο να ανακλαστεί. Εδώ ο συνδυασμός των τριών βασικών χρωμάτων δίνει το μαύρο χρώμα (πλήρης απορρόφηση των ακτινοβολιών). Μαύρο χρώμα επίσης προκύπτει από το συνδυασμό ενός βασικού και του αντιθέτου του δευτερογενούς:

Γραφική απεικόνιση του χρωματικού μοντέλου CMY.

Μαύρο: Γαλάζιο + Μαγεντιανό κόκκινο (Magenta) + Κίτρινο
Μαύρο: Γαλάζιο + Κόκκινο
Μαύρο: Μαγεντιανό κόκκινο (Magenta) + Πράσινο
Μαύρο: Κίτρινο + Μπλε

Τα μελάνια όμως από τη φύση τους δεν μπορούν να αποδώσουν συγκεκριμένα μήκη κύματος – χρώματα (όπως τα pixels μίας οθόνης) αλλά μία ευρεία περιοχή του χρωματικού φάσματος. Το αποτέλεσμα είναι συνδυασμός των τριών βασικών χρωμάτων να δίνει ένα καφετί χρώμα αντί για το μαύρο. Για το λόγο αυτό προστέθηκε στο μοντέλο CMY και το μαύρο μελάνι με αποτέλεσμα να προκύψει το χρωματικό μοντέλο CMYK (Cyan – Magenta – Yellow – Black). Πρακτικά στην εκτύπωση δεν χρησιμοποιείται σήμερα το CMY μοντέλο αλλά το CMYK. Το μοντέλο CMY μπορεί να παρασταθεί όπως και το RGB με ένα κύβο σε ένα καρτεσιανό σύστημα αξόνων με το λευκό χρώμα στην αρχή των αξόνων και τα βασικά χρώματα πάνω στους άξονες.

Βασικά χρώματα στη ζωγραφική (RYB)

Παραδοσιακός χρωματικός τροχός του συστήματος RYB. Π – πρωτογενή, Δ – δευτερογενή, Τ – τριτογενή χρώματα.

Στην παραδοσιακή ζωγραφική χρησιμοποιείται το χρωματικό μοντέλο RYB με βασικά χρώματα τα Κόκκινο (Red) – Κίτρινο (Yellow) – Μπλε (Blue). Με τα τρία αυτά βασικά χρώματα δημιουργούμε τα δευτερογενή ως εξής:

Πορτοκαλί: Κόκκινο + Κίτρινο
Πράσινο: Κίτρινο + Μπλε
Μοβ: Μπλε + Κόκκινο

Στο μοντέλο αυτό υπάρχουν και τριτογενή χρώματα που δημιουργούνται από τα πρωτογενή και τα δευτερογενή. Τα πρωτογενή, δευτερογενή και τριτογενή χρώματα φαίνονται στον χρωματικό τροχό. Το χρωματικό αυτό μοντέλο περιγράφει σε πολύ αδρές γραμμές τη συμπεριφορά των χρωμάτων που παράγονται από ανάμειξη των χρωστικών που χρησιμοποιούνται στις μπογιές ζωγραφικής και παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα στην εφαρμογή του. Το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένες οι μπογιές περιέχει χρωστικές που ανακλούν μεγάλες περιοχές του ορατού φάσματος που διαφέρουν ανάλογα με την εταιρεία που παρασκευάζει τις μπογιές. Με άλλα λόγια όλες οι κόκκινες μπογιές δεν είναι ίδιες και δεν παρουσιάζουν τις ίδιες ιδιότητες όταν αναμειχθούν με άλλες μπογιές. Για το λόγο αυτό στη ζωγραφική δεν είναι δυνατόν να παρασκευάσουμε όλα τα χρώματα από τα παραδοσιακά πρωτογενή. Έτσι κάθε παρασκευάστρια εταιρεία δημιουργεί μία δικιά της γκάμα βασικών χρωμάτων που περιλαμβάνουν τα πρωτογενή, τα δευτερογενή, ορισμένα τριτογενή ή άλλα χρώματα, το λευκό και το μαύρο. Με τα χρώματα αυτά μπορεί να δημιουργηθεί κάθε επιθυμητό χρωματικό αποτέλεσμα.

Βασικά χρώματα στην οθόνη (εκπομπή φωτός)

RGB – Βασικά και δευτερογενή χρώματα.

Η οθόνη της τηλεόρασης και του υπολογιστή λειτουργεί με τρία βασικά χρώματα: Κόκκινο – Πράσινο – Μπλε (Red – Green – Blue: RGB). Με συνδυασμό αυτών των χρωμάτων μπορούμε να δημιουργήσουμε τα δευτερεύοντα ή δευτερογενή χρώματα ως εξής:

Κίτρινο: Κόκκινο + Πράσινο
Γαλάζιο: Πράσινο + Μπλε
Μοβ(Magenta): Μπλε + Κόκκινο

Από τους συνδυασμούς των πρωτογενών ή των δευτερογενών χρωμάτων μπορούμε να δημιουργήσουμε όλους τους δυνατούς χρωματισμούς. Τα τρία πρωτογενή χρώματα όταν συνδυαστούν δίνουν το λευκό.

Λευκό: Κόκκινο + Πράσινο + Μπλε

Λευκό επίσης δίνουν και οι συνδυασμοί ενός πρωτογενούς και του αντίθετού του δευτερογενούς (συμπληρωματικά χρώματα).

Λευκό: Κόκκινο + Γαλάζιο
Λευκό: Πράσινο + Μοβ (Magenta)
Λευκό: Μπλε + Κίτρινο