5 การเห็นสี- แสง

เราแยกแยะและจำแนก สีได้อย่างไร ความยาวคลื่นของแสงสี กราฟการกระจายความเข้ม เฉดสี (Hue), ความอิ่ม(saturation) หรือความสว่าง(brightness) แผนภาพ RGB แผนภาพ Chromaticity 5 การเห็นสี-แสง • เมื่อเรา ผสมแสงสีเข้าด้วยกัน(additive mixing) • การรวมแม่แสงสี (RGB) • การรวมคู่สีตรงข้าม • การผสมแสงสี: TV • แผ่นกรองแสงสี (subtractive mixing) 1

เป็นแสงสีที่ตาคนเห็นได้ทั้งหมดที่อยู่ในแสงขาว หรือ ในสีรุ้งอาจเรียกว่าเป็น Wavelength colors เพราะระบุได้ด้วยควายาวคลื่นค่าเดี่ยวๆหนึ่งๆ Monochromaticcolors เช่น 650 nm แดง, 530 nm เขียว, 460 nm น้ำเงิน เราสามารถจำแนกสีได้มากกว่าล้านสี แต่มีบางสีที่ไม่สีที่อยู่ในแถบสเปกตรัม เช่น White Pink Brown spectral colors

สีผสม เกิดจากการผสมของส่วนผสมอะไร? และเท่าไร? วิเคราะห์ได้ง่ายๆจากการดู กราฟการกระจายความเข้ม แกนตั้งแทนสี ที่มีความยาวคลื่นต่างๆ แกนนอน บอกปริมาณความเข้มขององค์ประกอบสีนั้น วักได้จากการฉายแสงผสมนั้นผ่านปริซึม หรือ เกรตติง สีบริสุทธิ์ แทนด้วยจุดเดี่ยว หรือ เส้นดิ่งเส้นเดี่ยวบนกราฟ ตัวอย่างนี้คือการกระจายความเข้มแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ สีผสมของspectral colors.

การกระจายความเข้ม ของแผ่นกรองสีแสง (color filters)

ระบบ HSB ( Hue, Saturation and Brightness) (photoshop) ความหมายของ HSB บนกราฟการกระจายความเข้ม Hueระบุตำแหน่งความยาวคลื่นของยอดกราฟ Saturationความบริสุทธิ์ ของสี  สีบริสุทธิ์ มีความอิ่มสีสูงสุด Brightnessความเข้มหรือความสูงของยอดกราฟ Desaturatatedorange = saturatedorange + white Bright white Orange Grey Brown (same) Black Blue Blue การระบุค่าจำเพาะของสี Brightness Hue Saturation

สีหนึ่งสี อาจผสมได้จากกราฟการกระจายความเข้มของ สี 2สีหรือมากกว่านั้น เช่นสีเหลือง อาจเป็นสีบริสุทธิ์  หรืออาจได้มาจากการผสม การกระจายความเข้มของสีเขียว และ สีแดง ทำให้รู้สึก เหมือนเห็น สีเหลือง เรียกสีสองสีที่ผสมกันนี้ว่า metamers สีบริสุทธิ์ หรือสีผสม ?

กราฟค่าการสะท้อน Reflectance curve บอกปริมาณแสงที่สะท้อนจากวัตถุ ที่ความยาวคลื่นต่างๆ กราฟค่าการสะท้อนจากเสื้อ สีม่วงแดง (magenta) 1 ≡ 100% กราฟค่าการสะท้อนของผิวสว่างและมืด พื้นผิว สว่าง ในภาพขาว-ดำ พื้นผิว มืด ในภาพขาว-ดำ กราฟค่าการสะท้อน(Reflectance) magentashirt

ค่าการสะท้อนของวัสดุต่างๆบนผิวโลก ในภาพถ่ายดาวเทียม

HSB Color tree เป็นวิธีวิเคราะห์สีที่สะดวกกว่าการดูกราฟการกระจายความเข้ม ไต่ขึ้นแนวดิ่ง  สีจะสว่างขึ้น เคลื่อนไปรอบเป็นวงกลม  เปลี่ยนเฉดสี เคลื่อนเข้า-ออกตามแนวรัศมี  ลด-เพิ่มความบริสุทธิ์ ของสี แทนด้วยค่าตัวเลข H , S และ B (Photoshop) hue lightness saturation การระบุค่าสีแบบHue, Saturation and Brightness (HSB)

เป็นอีกวิธีในการระบุค่าสี (ถ้าไม่ใช้ระบบ HSB); สีหลายๆสี(แต่ไม่ทั้งหมด) สามารถผสมได้จากแสงสี (แม่แสงสี) สีแดง (650 nm ) สีเขียว (530 nm ) สีน้ำเงิน (460 nm) เรียกว่า additive primaries เป็นการผสมเชิงบวก (additive mixing )โดยความหลากหลายของสีที่ได้ขึ้นกับอัตราส่วนความเข้มของแม่แสงสี การระบุค่าสีแบบ Red, greenandblue (RGB) http://www.colorado.edu/physics/2000/tv/colortv.html yellow 650-nm red 530-nm green magenta cyan 460-nm blue

คู่แสงสีที่รวมกับแม่แสงสีหนึ่งแล้วให้แสงสีขาวคู่แสงสีที่รวมกับแม่แสงสีหนึ่งแล้วให้แสงสีขาว เหลือง เป็น สีคู่ตรงข้าม ของ น้ำเงิน Y + B = W. เขียวอมฟ้า เป็น สีคู่ตรงข้าม ของ แดง C + R = W ม่วงแดง เป็น สีคู่ตรงข้าม ของ เขียว M + G = W Note: ทุก spectral color มักจะมีคูสีตรงข้ามที่เป็น spectral color ด้วยกันยกเว้น เขียว (ม่วงแดงไม่ไช่ spectral color ) yellow red green magenta cyan blue สีคู่ตรงข้าม (Complementary color) white

Additive mixing of primaries Blue added to green = cyan. Green added to red = yellow. Red added to blue = magenta.

Complementary colored lights(additive mixing) Blue (primary) and yellow. Green (primary) and magenta. Red (primary) and cyan.

คล้ายๆกับ color tree ในระบบ HSB ยกเว้นค่าความสว่างจะเท่ากันหมดบนแผนภาพ ความยาวคลื่นระบบที่ขอบของส่วนโค้งสำหรับ spectral color ภายในขอบ สีจะมีความอิ่ม น้อยลงกว่าที่ขอบ less saturated colors saturated wavelengthcolors saturated non-wavelengthcolors การระบุค่าสีโดยแผนภาพ Chromaticity diagrams

y hue hue x Lightness (z) saturation saturation Chromaticity "tree" กรณีความสว่างที่ต่างกัน 3 numbers (x, y, z) specify a color color tree

ค่าบนแกน x และ แกน y ใช้ระบุสี ค่าบนแกน z ใช้ระบุความสว่าง เช่นสีผิวแอปเปิ้ลสีแดงควรเทียบได้กับจุดที่ขอบ (จุดสีดำ) ที่ตำแหน่ง x = 0.57 y = 0.28 แสงสีขาวบริสุทธิควรอยู่ ที่ x = 0.33 y = 0.33 การใช้แผนภาพ chromaticity ในการระบุค่าสี

การรวมกันของสี ระหว่าสองค่าความยาวคลื่นจะได้ผลอยู่บนเส้นเชื่อมระหว่างสองจุดนั้น เช่น แสงสีผสมระหว่างสีแดง 700nm และสีเขียว 500 nm ตรงขอบดังรูป แสงสีผสมจะได้อะไร? ถ้าสีเขียวเข้มกว่าสีแดง ถ้าสีแดงเข้มกว่าสีเขียว และถ้าสีเขียวเข้มพอๆกันกับสีแดง การผสมสีแสง เมื่อวิเคราะห์ด้วยแผนภาพ chromaticity

ลากเส้นจากสีหนึ่งผ่านจุดแสงขาว (0.33,0.33) จะไปพบจุดที่ขอบฝังตรงข้าม เช่น คู่สีตรงข้ามของ แดง 700 nmคือเขียวอมฟ้า 490 nm และ คู่สีตรงข้ามของ เขียว คือม่วงแดง การใช้แผนภาพ chromaticity วิเคราะห์การผสมคู่สีตรงข้าม

การหาเฉดสีบริสุทธิ์ (dominant hue) ของสีแสงจุดใดจุดหนึ่ง ๆเช่นที่จุดดำในรูป ทำโดยลากเส้นผ่านจุดนั้นและ จุดแสงขาว ไปที่ขอบฝั่งเดียวกัน จะได้ความยาวคลื่นสีเขียว 547 nm การใช้แผนภาพ chromaticity หาเฉดสีบริสุทธิ์

วางเม็ดสีแสงแต่ละส่วนผสมเล็กๆ ใกล้ๆกัน เมื่อมองในระยะห่างพอ จะเสมือน แต่ละเม็ดสีหลอมรวมกันเป็นสีเดี่ยว ตัวอย่างเช่น หน้าจอทีวี และคอมพิวเตอร์ การผสมสีโดยวางตามสัดส่วน(Partitive mixing)

ในแผ่นกรองสีแสง แยก(ดูดกลืน) บางสีออกจากแสงที่ผ่านมัน เมื่อฉายแสงผ่านแผ่นกรองสี หรือสะท้อนจากผิววัตถุที่มีสีจะเกิด 1. ทะลุผ่าน (Transmission)แสงบางส่วนจะผ่านไปได้ 2. สะท้อน (Reflection ) แสงบางส่วนจะสะท้อน 3. ดูดกลืน (absorption แสงบางส่วนจะหายไปในแผ่นกรองแสงหรือวัตถุนั้น เช่น ถ้าแสงขาวถูกฉายบนลูกแอปเปิลจะเห็นสีแดงเพราะ ผิวแอปเปิลสะท้อนหรือยอมผ่านแสง สีแดง พร้อมๆกับดูดกลืน(หักลบ)สีเขียวและน้ำเงิน การวางซ้อนแผ่นกรองแสงสี หลายแผ่นจะให้ผลแสงสีที่แตกต่างจากการ รวมแสงที่แสงฉายผ่านแผ่นกรองแสงสีแต่ละแผ่น การรวมสี เชิงหักล้าง (Subtractive mixing)

Color Filters

Cyan filter subtracts red Yellow filter subtracts blue A colored filter subtracts colors by absorption. = Incident white light Only green gets through

= Magenta filter subtracts green Cyan filter subtracts red A colored filter subtracts certain colors by absorption and transmits the rest Incident white light Only blue gets through

Magenta filter subtracts green Yellow filter subtracts blue A colored filter subtracts colors by absorption. = Incident white light Only red gets through

แม่สีเชิงหักล้าง( subtractive primaries) : เขียวอมฟ้า (cyan) , เหลือง(yellow) and ม่วงแดงmagenta: แสงขาว ผ่านแผ่นกรองแสงสี สีเขียวอมฟ้า และสีม่วงแดง ได้แสงสีน้ำเงิน แสงขาว ผ่านแผ่นกรองแสงสี สีเขียวอมฟ้า และสีเหลือง ได้แสงสีเขียว แสงขาว ผ่านแผ่นกรองแสงสี สีเหลือง และสีม่วงแดง ได้แสงสีแดง การวางซ้อนของแผ่นกรองแสงสีต่างสี cyan yellow magenta

Colored surfaces subtract certain colors by absorbing them, while reflecting others White in White in Green out Magenta out Magenta surface absorbs (subtracts) green. Green surface absorbs (subtracts) red and blue (magenta).

Green light on a magenta surface appears colorless because green is absorbed Magenta light on a green surface appears colorless because magenta is absorbed Magenta in Green in No color No color Magenta surface absorbs (subtracts) green. Green surface absorbs (subtracts) red and blue (magenta).

• Rule: ผลลัพธ์ที่ตามองเห็นคือ การคูณกันของความเข้มแหล่งกำเนิดแสงและ ค่าการสะท้อนแสงของวัตถุ • เช่น เสื้อสีม่วงแดง ในแสงหลอดฟลูอเรสเซนต์แบบ Cool White จะเห็นออกเป็นสีเทา (ไม่มีสี) การเห็นวัตถุมีสี ในแสงสีอีกสีหนึ่ง หลอดฟลูอเรสเซนต์ เสื้อสีม่วงแดง ผลที่ปรากฏ

Question What does yellow look like under blue light? What does blue look like under blue light? What does yellow look like under yellow light? What does blue look like under yellow light?

รังสีสะท้อนจากผิวหน้าหมึกและจากการทะลุลงสะท้อนกักระดาษทำให้เกิดการรวมสีแบบ บวก การพิมพ์โดยทั่วไปใช้ การผสมสีเชิงหักล้าง ของเขียวอมฟ้า เหลือง ม่วงแดง และดำ (CMYK color) และการเกลี่ยโทนสีแบบ (halftone process) ซึ่งแบ่งบริเวณสีออกเป็นจุดขนาดต่างกันๆ ทำให้สามารถแปรค่าความอิ่มได้ การพิมพ์สี หมึกพิมพ์ กระดาษรอง

Halftone • ซ้ายการลงสีแบบHalftone dots. • ขวาภาพที่ปรากฏกับเมื่อมองอยู่ห่างๆ • ค่าความละเอียด: เส้นต่อนิ้ว (lpi) or จุดต่อนิ้ว(dpi) เช่นเครื่องพิมพ์แบบเลเซอร์(600dpi)

การแสดงสีแบบ Color halftone หมึกพิมพ์ กระดาษรอง ตัวอย่างการแสองสีแบบcolor halftoningด้วยระบบสี CMYK

การแสดงสีบนจอแบบLCD

เซลรับภาพบนเรตินา s-conesตอบสนองแสงความยาวคลื่นสั้นยอดอยู่ที่ 450 nm (blue) L-conesตอบสนองแสงความยาวคลื่นสั้นยอดอยู่ที่ 580 nm (red) i-conesตอบสนองแสงความยาวคลื่นสั้นยอดอยู่ที่ 540 nm (green) Light at any wavelength in the visual spectrum from 400 to 700 nm will excite these 3 types of cones to a degree depending on the intensityat each wavelength. Our perception of which color we are seeing (color sensation) is determined by how much S, i and L resonse occurs to light of a particular intensity distribution. Rule: To get the overall response of each type of cone, multiply the intensity of the light at each wavelength by the response of the cone at that wavelength and then add together all of the products for all of the wavenumbers in the intensity distribution L-cones i-cones s-cones Spectral response of cones in typical human eye relative response

การตอบสนองของเซลโคน S,M,L

แม่สีแบบ RGB RGB Primaries are monochromatic energies around 645.2nm, 526.3nm, 444.4 nm.

การทดลองหา Color matching function ระบบที่ใช้เทียบสีแสง จากแหล่งกำเนิดแม่แสง 3 สี และจากแหล่งกำเนิดแสงสีเดี่ยว

R G B -tristimulus values ปริมาณการตอบสนองต่อแสงสีแดง เขียว และ น้ำเงิน r g b - color matching function ฟังกชันการตอบสนองของแสงแต่ละสีที่ความยาวคลื่นแสงสีแดง เขียว และ น้ำเงิน X Y Z -Tristimulus values x y z - color matching function

ฟังก์ชันการเทียบสี เมื่อใช้แม่สีแบบ RGB

ฟังก์ชันการเทียบสีของ CIE International Commission on Illumination

5 การเห็นสี- แสง