A fénysugártól a színskálákig

A legkorábbi időktől lenyűgözte az emberiséget a fény és a színek természete. Évszázadokig a csodák forrását jelentette az égen feltűnő szivárvány. Sokan elmélkedtek arról, vajon miért jelennek meg a színek mindig ugyanabba a sorrendben. Egy tárgy színét 2 dolog határozza meg: a fényforrásban lévő színek és a tárgy azon tulajdonsága, hogy mely színeket veri vissza, illetve melyeket nyeli el. Ha a fényforrás fehér (ez minden színt tartalmaz) akkor a tárgy látható színe csak a tárgyról visszaverődő színektől függ. Ha a fényforrásból hiányzik egy olyan szín, melyet a tárgy visszaverne, akkor a tárgynak "hamis színe" lesz. Ha a fényforrásból hiányzik az összes olyan szín, melyet a tárgy visszaverne, akkor a tárgy fekete lesz (minden más színt elnyel). 1666-ban Sir Isaac Newton felfedezte, hogy ha nap fénysugara áthalad egy üveg prizmán, akkor a kifelé haladó fénysugár nem fehér lesz, hanem egy folyamatos színskála a violától a vörösig lévő tartományban.

A napfény megtörése üveg prizmán

A tartomány szélein nincsenek színek, de később rájött arra is, hogy bizonyos emberek és az állatok más sávszélességet is láthatnak. Felállítottak egy bizonyos elektromágneses spektrumot, amelyben a látható színek a 400nm–től a 700nm-ig terjedő sávot foglalják el.

Az elektromágneses hullámok spektrális tartománya

Az emberi szemben lévő kb. 6-7 millió pálcikák – kísérletekkel bizonyítottan – megosztódnak három alapnak nevezett szín érzékelésén. Ezek a színek a vörös, zöld és a kék. Hozzávetőlegesen a pálcikák 65%-a a vörös fényre, 33%-a a zöldre és csak 2%-a a kék fényre érzékeny (de a kékre érzékeny pálcikák sokkal érzékenyebbek a többinél). Így alakul ki a az agyban a színes látás. Ezeknek a színeknek a különféle kombinációjában történő érzékelése adja a színek keveréke által elért színt.

A vörös, zöld, kék fény elnyelése az emberi szemben, hullámhossz szerint

Elsődleges színek, vagy tiszta színek (festészetben használatos): piros, sárga, kék

Alapszínek (világítástechnikában használatos): piros (red), zöld (green), kék (blue)

Black and White (fekete-fehér): Egy képpontnak két állapota van, fekete és fehér. Egy képpont állapotának rögzítése 1 bitet igényel.

16 Color (16 szín): 16 megadott színe lehet egy képpontnak, 4 biten lehet tárolni egy képpont információját.

Grayscale (szürkeárnyalat): Egy képpont a szürke 256 árnyalatával rendelkezhet, 8 biten lehet tárolni a képpont információt.

256 Color (256 szín): 256 megadott színe lehet egy képpontnak, 8 biten tárolja az információt. (Weblapok képeihez ajánlott színtartomány)

RYB színrendszer:  A három elsődleges szín (piros, sárga, kék – a tiszta színek) által kevert színek. A másodlagos színek ezek egyenlő mértékű keverésével állnak elő: narancs, zöld, lila. Ez szubtraktív színrendszer, tehát a fehér szín a teljes színhiány. A három elsődleges szín összessége barna. A tökéletesen fekete ezzel a színrendszerrel nem keverhető ki.
RGB (vagy 24 Bit Color): Egy képpont a piros, a kék és a zöld 256 féle árnyalatából áll össze, összesen 16 millió színárnyalattal. 24 biten tárolja az információt. Ez additív színrendszer, tehát a három alapszín egyforma keverése fehér, hiányuk fekete színt eredményez. Ezeket a színeket használja minden elektronikus kivetítő eszköz (monitor, projektor). Egy 24-bites RGB modellben tehát az egyes színek 256 árnyalatát tudjuk megkülönböztetni, tehát árnyalatonként 1 byte a tárolandó információ azaz egy képpontot 3 byte-al tudjuk megfeleltetni. Az így megkülönböztethető színek száma 256*256*256=16 777 216 árnyalat. (Ezt hívjuk a számítástechnikában True color-nak, Példaként: Egy 1024*768 képpontból álló True color kép fizikai mérete 2 359 296 byte = 2,36 Mbyte)
CMYK (vagy 32 Bit Color): Egy képpont a türkiz (Cyan), a bíbor (Magenta) a sárga (Yellow) (másodlagos alapszínek) és a fekete (Black) 256*4 féle árnyalatából áll össze. 32 biten (4 byte) tárolja az információt. 4,3 milliárd árnyalata lehet egy képpontnak. A képszerkesztő programokban gyakran 0 és 100 közötti értékek adhatóak meg ezekből a színekből, ami 100 millió árnyalatot eredményez. CMY:  Ugyanaz, mint a CMYK, csak fekete nélkül. A fekete nehezen keverhető ki (ezért veszik bele gyakran az alapszínek közé). A CYM alapszínei az RGB alapszíneinek komplemens színei. Ez szubtraktív színrendszer. A színek hiánya fehéret eredményez. RGB - CMY átalakítás egy egyszerű matematikai művelet eredménye:

HSB (Hue – színárnyalat, Saturation – telítettség, Brightness – fényesség): 

A színárnyalat 0 és 359 közötti értékben egy színt határoz meg a színkeréken, a telítettség és a fényesség megadása százalékban történik. A telítettség jelentése: mennyire keskeny sávot határoz meg a színkerékből. Nagyobb érték esetén a megadott szín távolabbi szomszédjai is részt vesznek a szín kikeverésében, a szín pasztell, majd szürkés árnyalatú lesz. A szín a telítettség minimális értéke esetén "tiszta" lesz.

Színkerék modell: a kerék peremén szerepelnek a színek, egy egyenlő szárú háromszög csúcsaiban a tiszta színek (kék, sárga, piros), velük átellenben a másodlagos színek (narancs, zöld, lila). Két tetszőleges szín között a két színnel való keverés árnyalatai szerepelnek, félúton a két adott szín egyenlő arányú keverésével kapott szín. A színek sorrendje adja a szivárvány színsorrendjét.

A színkerék egy sugarán haladva az adott szín telítettsége változik. A színkerék kerületén a tiszta színek találhatóak, a belsejében a pasztell színek. Ahogy ezen a sugáron a színkerék kerületétől a középpont felé haladunk, az eredeti (kerületen lévő) szín egyre nagyobb környezetéből keverednek össze a színek és ez a keveredés adja a sugár adott helyén lévő színárnyalatot. Maga a szín nem változik a sugár vonalában (mivel a kerületen lévő szín jobb és bal oldaláról azonos mértékben adódnak a bekeveredő színek és ezek a színek párosíthatóak egymással, a párok összege viszont az eredeti színt adja), viszont a sugár belseje felé haladva a szín veszít a telítettségéből. Minden ilyen sugár esetében a színkerék középpontjához érve a fehér színt kapjuk, mivel ekkor már az eredeti szín bővülő környezete eléri a színkerék teljes kerületét, az additív színek összessége viszont fehér színt eredményez.

RGB átszámítása HSB színrendszerbe: