Wat is een kleur model en welke zijn er?

Elke dag staan we op en doen we onze ogen open en op dat moment zien we de dingen om ons heen. Hoe kan het dat we de objecten in de ruimte kunnen waarnemen en hoe kan een computer kleuren op een beeldscherm laten zien?
In dit artikel worden kleurenmodellen behandeld, hoe een kleurenmodel is opgebouwd, wat voor modellen er zijn en hoe we kleur waarnemen.

Wat is een kleurenmodel?

Om te beginnen is het belangrijk om te begrijpen wat een kleurenmodel is en wanneer een kleurenmodel ook echt een model is.

Omschrijving van een model

Een van de belangrijkste eigenschappen waar een model op wordt gebaseerd is de manier van toepassing. Het ene model is gefocust op de manier zoals de mens kleuren kan onderscheiden van elkaar zoals in het RGB (rood groen blauw) is beschreven. Terwijl een computer bij het analyseren en bewerken van afbeeldingen het model van HSV (zie HSV paragraaf) toepast.

Verschillende kleurenmodellen zijn afhankelijk van kleuren intensiteit en lichtinval. Hierdoor kan een kleur bij een andere belichting anders worden gedetecteerd, denk hierbij bijvoorbeeld aan als de zon fel schijnt. In de meeste modellen is de grijstint van de kleur en ook de aanwezigheid van de kleur rood van groot belang. Dit komt omdat het mensenlijkoog gevoelig is voor de rode kleur en voor een deel daardoor onderscheid kan maken in het zien van de wereld.

Er zijn ontelbaar veel modellen in het verleden opgesteld om kleuren te definieerden, maar veel hiervan worden niet (meer) gebruikt. Vooral veel modellen die nog wel worden gebruikt hebben een toepassing in de beeldprocessing techniek of in de communicatie techniek om beelden over te brengen.
Dit komt omdat een afbeelding veel data bevat en veel rekenkracht kost om te bewerken en over te dragen tussen systemen.

Soorten kleurenmodellen

Er zijn verschillende kleurenmodellen die nog veel worden toegepast. Hierbij een opsomming daarvan met een uitleg erbij.

RGB

Het RGB model is bestaat uit de drie primaire kleuren rood groen en blauw, waardoor er additieve (mengsels van de drie primaire kleuren) kunnen ontstaan. Een additieve kleur kan worden uitgedrukt in de componenten rood groen en blauw, waarbij elke kleur een waarde van 0 t/m 255 heeft. De waarde 255 is afkomstig van de 8 bits die worden gebruikt om de waarde aan te geven. Een bit kan een waarde van 0 of 1 hebben, waardoor 2^8 een waarde geeft van 255.

Op het moment dat een hogere kwaliteit wordt vereist van een foto kunnen de 8 bits ook worden aangepast naar 12 of 16 bits. Het nadeel hiervan is dat de afbeelding een groter deel in het geheugen inneemt.

Bij het gebruik van het internet wordt het RGB model vaak omgezet naar een zescijferig hexadecimaal getal (16^6). De code van wit hierin is: #FFFFFF en zwart #000000, want wit bestaat uit de maximale waarde van de primitieve kleuren rood, groen en blauw. Terwijl
zwart een ontbreken van de primitieve kleuren is. Alle kleuren (de additieve kleuren naast rood, groen en blauw) kunnen worden gemaakt en beschreven met
een waarde tussen #FFFFFF en #000000.
Lees hier verder hoe een camera licht om kan zetten in een afbeelding.

HSV en HSB

Het HSV wat staat voor Hue, Saturation en Value is een computergebaseerd model dat veel wordt toegepast in de wereld van grafische beeld bewerking. Dit model maakt het mogelijk om de kleurtoon (Hue), verzadiging van de kleur (Saturation) en grijswaarde (Value) uit een afbeelding te halen.

Het model maakt het mogelijk om bij weinig lichtinval een onderscheid te kunnen maken tussen verschillende objecten in een foto. Dit komt omdat lichtinval invloed heeft op de grijswaarde in afbeelding, maar niet op de kleurtoon en verzadigdheid van de kleur. Hierdoor kan bij beeldprocessing een robuust systeem worden ontworpen, wat bij het verminderen van licht toch een inspectie kan doen met bijvoorbeeld een camera.

Om een RGB afbeelding om te kunnen zetten naar een HSV afbeelding zijn er een paar berekeningen nodig. Zoals in de afbeelding hiernaast kan worden gezien. De Hue wordt omgezet naar een waarde tussen de 0 en 360 graden.
Dit komt omdat de kleurentoon als een cirkel kan worden afgebeeld in een plat vlak. De saturatie heeft betrekking op de verzadiging van de kleur. Hierbij wordt van het midden naar de buitenkant van de cirkel gelopen.
De randen van de cirkel zijn 100% en zijn de helemaal verzadigd. De grijswaarde loopt van 0 naar 255 waarbij 0 zwart is en 255 wit.

HLS en HSL

Het HLS/HSL model lijkt veel op het HSV model dat hierboven is beschreven. Toch is er een verschil in hoe de lichtintensiteit (de value) in het HLS model wordt weergegeven en brekend. Het HLS model bestaat uit twee dubbele conussen die op elkaar zijn bevestigd om de kleur eigenschappen weer te geven.

In dit model wordt gesteld dat op een lichtintensiteit met de waarde 127 (de helft van 0-255) de kleur het meest verzadigd kan zijn. Bij een hogere of lagere lichtintensiteit dan 127 is het niet mogelijk om een verzadigde kleur te krijgen in dit model. Dit is omdat de lichtinval ervoor zorgt dat de lichtintensiteit wordt verstoord en dus niet in volle potentie kan worden benut.

CMYK

Bij het openen van het vakje in de printer waar de inktpatronen zitten zijn de kleuren cyaan, magenta, geel en zwart te vinden. Dit zijn de kleuren van het CMYK model, waardoor printen op bijvoorbeeld papier mogelijk wordt gemaakt.

De vier kleuren samen zorgen ervoor dat er een goed contrast zit tussen de witte achtergrond (het papier) en de print die erop komt te staan. Door de kleuren te mengen ontstaat er een print die licht absobeerd, waardoor bij veel lichtinval er weinig tot geen weerspiegeling is. Door laagje voor laagje de kleuren over elkaar heen te printen ontstaat er een diepe kleur die volledig dekkend is.

Hoe kan een kleur worden gezien?

In het rijk van de mens en dieren kunnen verschillende soorten levende organismes zien.
Dit kunnen ze allemaal op een eigen manier door gebruik te maken van hun eigen zintuigen.

De mens

De mens heeft ogen gekregen om kunnen zien wat er om zich heen gebeurt. In het oog zit het netvlies aan de binnenkant van de holte waar de licht invalt. Het netvlies is opgebouwd uit kegeltjes en staafjes waarin kleur en licht kan worden omgezet tot een elektrische prikkel die in de hersenen kan worden omgezet tot een geheel beeld.

De kegeltjes zorgen ervoor dat de kleuren rood, groen en blauw worden omgezet tot een stroom die naar de hersenen gaat. In het netvlies is ongeveer 60% van de kegeltjes gevoelig voor de kleur rood, waardoor rode objecten voor de mens een grote prikkel kunnen vormen. Daarnaast is 30% gevoelig voor groen en 10% voor blauw.

De staafjes zorgen ervoor dat op moment dat er weinig licht in de omgeving aanwezig is iemand toch nog kan zien. Hierbij neemt het zicht van kleuren wel af omdat er licht nodig is om objecten kleur te laten weerkaatsen. Een groot deel van de cellen die in het oog zitten zijn staafjes. 123 miljoen van de 130 miljoen zijn staafjes en zorgen ervoor dat mensen in de nacht kunnen zien.

Dieren

Veel dieren zien op een andere manier dan de mens. Dit komt omdat de zintuigen van dieren zijn afgesteld op de omgeving waar het soort zich bevind. Daarnaast spelen ook rollen zoals overlevingsmechanisme mee in het zicht zintuig. Slangen bijvoorbeeld maken gebruik van receptoren die in de snuit van het beest zitten. Hiermee kan de slang de prooi op een afstand zien die die warmer of kouder dan de omgeving is.

Ook andere beesten zoals bijen maken gebruik van hun zintuigen. De zintuigen van bijen zijn voornamelijk gericht op opsporen van geuren , waardoor er een richting kan worden opgepikt. Hierdoor kan het beest detecteren in welke richting het moet gaan om succesvol eten te vinden in de omgeving.

Impact kleur op gedrag

Het afbeelden van een kleur kan veel invloed hebben op het gedrag van mens en dier. Denk bijvoorbeeld aan stierengevechten waarbij een rode lap voor de ogen van een stier wordt gehouden. De kleur rood is een zogenoemde supernormale prikkel waar het beest heftig op reageert. Dit maakt hormonen los waardoor er een bepaald gedrag ontstaat om te gaan vechten.

Het zelfde is gebleken uit onderzoek bij kinderen. Door verschillende kinderen in een rode kamer en in een blauwe kamer te laten slapen is gebleken dat de rode kamer de kinderen deed aanzetten om drukker gedrag te vertonen. Het omgedraaide bleek bij kinderen die in de blauwe kamer werden gezet en rustiger gedrag na een paar weken begonnen te vertonen.

Hierdoor is aangetoond dat kleur invloed heeft op gedrag, maar ook op het gebied van gevoel invloed kan hebben op mens en dier. Er lopen onderzoeken waarbij wordt gekeken of kleur ook invloed kan hebben op de keuze die mensen maken.