Měření barevnosti a vzhledu – 1. část

Měření barevnosti a vzhledu – 1. část
Munsellův atlas barev – prostředek komunikace o barevném vzhledu výrobku

Atlasy barev jsou řazeny k prostředkům barevnostní komunikace, jako jsou předlohy, standardní řady, barevné specifikátory atd. Pod pojmem atlas barev je chápán systematický soubor barevně odstupňovaných vzorků. V principu tohoto odstupňování lze nalézt zásadní rozdíly v pojetí nejvýznamnějších představitelů atlasů barev současnosti – Munsellovým atlasem barev a švédským NCS (Natural Colour System). V obou těchto atlasech je přitom možné nalézt přibližně stejné uspořádání: v cylindrické (válcové) soustavě souřadnic jsou po obvodové linii, resp. podle rovníku, umístěny barvy pestré (chromatické), vertikální osa je tvořena šedou (achromatickou) řadou, začínající na černé základně a končící na bílém vrcholu, ve směru rádiusvektoru (od svislé osy k obvodu) narůstá čistota. V tomto článku jsou diskutovány teoretické i praktické aspekty Munsellova atlasu z hlediska historického vývoje i z hlediska současnosti.

Úvod
Profesor Albert Henry Munsell se narodil 6. ledna 1858 v Bostonu [1]. Vytvořil jeden z nejvíce používaných systémů uspořádání barev. Jeho základní principy zveřejnil v roce 1905 jako A Color Notation. V roce 1915 publikoval The Munsell Atlas of Color, který obsahoval deset odstínových kart členěných podle světlosti a čistoty barev. V únoru roku 1918 založil A. H. Munsell Color Company, Inc., kterou po jeho smrti 28. června toho roku převzal jeho syn a přejmenoval ji na Munsell Color Laboratory. Ve spolupráci s National Bureau of Standards (USA) byla v roce 1929 vydána The Munsell Book of Color, která je často označována jako Munsell notation. Obsahovala dvacet odstínových kart.

V roce 1943 bylo publikováno konečné doporučení podvýboru OSA (Optical Society of America) pro škálování Munsellova atlasu [2], které znamenalo úpravu velikosti tělesa Munsellových barev. Toto doporučení je známo pod označením Munsell renotation.

V roce 1950 byl počet odstínových kart zdvojnásoben, tj. z 20 na 40. V roce 1958 byla vydána publikace The Munsell Book of Color, Glossy Collection, která je určena pro lesklé barevné povrchy laků, plastů apod. A v roce 1990 byly obě kolekce Munsellova atlasu doplněny o kolekci pastelových barev pod označením The Munsell Nearly Neutrals Collection, která je určena především pro design v oboru kosmetiky, interiéru a počítačového hardwaru. V současné době jsou tak k dispozici tři kolekce: The Munsell Book of Color, Matte Collection –- má 1 270 jednotlivých barevných vzorků, The Munsell Book of Color, Glossy Collection – má 1 564 jednotlivých barevných vzorků a The Munsell Nearly Neutrals Colllection, která obsahuje 1 100 jednotlivých barevných vzorků [3].

Uspořádání Munsellova atlasu barev
Munsellův atlas barev je uspořádán tak, že každý jeho barevný vzorek má své specifické alfanumerické označení [4]. Toto označení vychází z předpokladu, že každou barvu je možné popsat třemi atributy: odstínem (H – hue), světlostí (V – value) a čistotou (C – chroma) v uzanci H V/C. Odstíny jsou uspořádány do kruhu, který je členěn na 100 odstínů, z nichž je deset hlavních (pět základních odstínů podle Munsella – Red, Yellow, Green, Blue a Purple a pět směsných odstínů – Yellow-Red, Green-Yellow, Blue-Green, Purple-Blue a Red-Purple. Na obr. 1 je vidět, že odstupňování odstínů začíná v oblasti červené a hlavní odstíny jsou označovány jako odstínové karty 5 R, 5 YR, 5 Y. V Munsell notation bylo těchto deset hlavních odstínových kart doplněno o odstínové karty 10 R, 10 YR, 10 Y atd. V roce 1950 přibyly ještě 2,5 R, 2,5 YR, 2,5 Y ...a 7,5 R, 7,5 YR, 7,5 Y...

Na obr. 2 je zobrazena odstínová karta Munsellova atlasu barev, která je tvořena svislou osou světlosti value a vodorovnou osou čistoty odstínu chroma. Hodnoty value (V) mohou být v rozmezí 0 (černá) až 10 (bílá), přičemž u chromatických dat jsou v současných edicích Munsellova atlasu využívány úrovně 1 až 9.

Hodnoty čistoty odstínu chroma nejsou v podstatě omezeny, resp. teoreticky mohou dosáhnout až úrovně 50 u odstínů 7,5 PB a 10 PB na úrovni V = 2 a 5 PB, 7,5 PB a 10 PB na úrovni V = 3. U reálných barev barevných povrchů, tedy barev, které nepřekračují Mac-Adamovy meze, to však může být pouze hodnota 38 pro odstín 7,5 PB na světlostních úrovních V = 1 a V = 2. Technická realizace Munsellova atlasu je však závislá na čistotě a stálosti dostupných pigmentů, a proto je v současných edicích využívána maximální hodnota chroma 28 pro odstín 7,5 PB při V = 2. Tím se vlastně dostáváme k definici rozdílů mezi Munsellovým prostorem, který je charakterizován třemi osami hue, value a chroma (obr. 3), a tělesem Munsellova atlasu, které je tvořeno pouze reálnými barvami, resp. v současné době dostupnými odpovídajícími pigmenty (obr. 4). Z  hlediska praktického použití má význam těleso Munsellova atlasu barev, neboť jej lze využít v průmyslové praxi.

Výhody a nevýhody Munsellova atlasu barev
Výhodou Munsellova atlasu bezesporu je jeho jednoduché použití, vycházející ze skutečnosti, že alfanumerické značení umožňuje rychlou „představu“ o odstínu příslušné barvy, který se velmi jednoduše doplní o světlost a čistotu. Listová zeleň tak má v Munsellově značení hodnotu 5 GY 4/4. Další jeho výhodu lze spatřovat v tom, že po úpravách z roku 1943 je přes výhrady ke způsobu jeho výstavby považován za vizuálně stejnoměrně odstupňovaný systém uspořádání barev a jako takový i využíván pro posuzování kvality modelů barevných prostorů. V ideálně barevně rovnoměrně odstupňovaném prostoru tvoří jednotlivé barvy Munsellova atlasu systém – síť soustředných kružnic, na kterých jsou barvy na stejných úrovních value a chroma od sebe rovnoměrně vzdáleny, přičemž poloměr kružnic je na stejné úrovni value zvyšován o stejný – ekvidistantní krok. Ukázkou je porovnání zobrazení chromatické plochy Munsellova atlasu na úrovni V = 5 v barevných prostorech CIE x, y, Y a CIELUV (obr. 5 a obr. 6).

Z grafického znázornění je patrné, že barevný prostor CIELUV se více blíží ideálně barevně rovnoměrně odstupňovanému prostoru než prostor CIE x, y, Y. Tato skutečnost má význam např. pro hodnocení barevných odchylek, kdy je za kritérium přijatelnosti brána jednotková vzdálenost v barevném prostoru (pozn.: z hlediska průmyslových aplikací je posuzování barevných odchylek požadováno převážně v oblasti barevných povrchů a aspekty této problematiky mohou být probrány v některém z dalších příspěvků).

Nevýhodou Munsellova atlasu je skutečnost, že je koncipován jako vzhledový systém, který zanedbává fyziologii a kognitivní aspekty vnímání barev¹⁾ (tj. aspekty související s procesy učení a zapamatování, kdy si člověk v procesu svého vývoje vytváří schémata a mechanismy fungování paměťových buněk a z toho vyplývající interpretace vnímaných počitků). Munsell se snažil vycházet z psycho-fyzikálních měření, založených na použití fotometru vlastní konstrukce a Maxwellově disku²⁾. Munsellovy definice barevného tónu (hue)³⁾, světlosti (value)⁴⁾ a čistoty (chroma)⁵⁾ proto také z principů míšení barev na Maxwellově disku vycházejí:

Hue – jestliže je aditivně míšena chromatická a achromatická barva, výsledný barevný tón je shodný s barevným tónem výchozí chromatické barvy.

Value – jestliže dvě barvy, jejichž hodnoty jasu jsou Va a Vb, zabírají na Maxwellově disku určité plochy pa a pb, výsledná hodnota světlosti smíchané barvy je dána rovnicí: Vsměsi = pa Va + pb Vb

Chroma – jestliže dvě komplementární barvy zabírají na Maxwellově disku proporčně inverzní plochu k vlastní sytosti, výsledkem aditivního míšení na Maxwellově disku je příslušný stupeň šedi podle úrovně světlosti obou míšených komplementárních barev.

Porovnáním těchto definicí se současnými definicemi podle CIE [5], resp. se současným chápáním základních atributů barevného vzhledu (viz poznámky pod čarou), jsou zřejmé rozdíly v definičním chápání jak odstínu (barevného tónu), tak světlosti i barevné vydatnosti, resp. čistoty. Tyto rozdíly v chápání základních atributů barevného vzhledu mají vliv na výstavbu celého systému Munsellova atlasu. Výsledkem je vzhledová závislost Munsellova atlasu, která vyplývá ze skutečnosti, že především čistota – chroma je v Munsellově pojetí ovlivněna intenzitou osvětlení, z čehož vyplývá i „citlivost“ Munsellova atlasu na podmínky pozorování v praxi. Proto je pro „bezproblémové“ používání tohoto atlasu nutné pečlivě dodržovat konfiguraci vizuálního hodnocení CIE ve smyslu geometrie 45°/0° nebo 0°/45°, osvětlení denním světlem D65 a blízká plocha neutrální šeď až Munsellova šeď V7, intenzita osvětlení 800 až 1 400 lx.

Porovnáním Munsellova atlasu barev a švédského systému NCS je možné nalézt tyto základní rozdíly: Munsellův atlas je koncipován jako vzhledový otevřený nepravidelný systém, kde jednotlivé odstíny jsou od sebe rovnoměrně vzdáleny. Naproti tomu NCS je definován nikoliv barevnými vzory, ale základními fyziologickými procesy vnímání barev, přičemž vychází z Heringových představ a není závislý na vnějších podmínkách pozorování [6]. Těleso NCS tvoří otevřený dvoukužel, v němž svislá osa je osa achromatických barev a na obvodu jsou umístěny chromatické barvy.

Je však nutné si uvědomit, že technická realizace NCS je rovněž ovlivněna vnějšími podmínkami pozorování, a tak je nutné i u ní dodržovat přibližně stejné podmínky jako při práci s Munsellovým atlasem.

Závěr
Z uvedeného výčtu vyplývá, že použití v praxi jak Munsellova atlasu, tak např. NCS vyžaduje dodržování podmínek pozorování podle doporučení CIE. Je skutečností, že Munsellův atlas je více rozšířen v USA a Kanadě, naopak NCS v Evropě. Jestliže je pro každodenní práci zapotřebí standardizovat komunikaci o barvách, lze doporučit oba zmíněné systémy, přičemž jejich výběr je závislý především na teritoriu, ve kterém se jeho uživatel „pohybuje“. Z hlediska výzkumu v oblasti měření barevnosti a vzhledu má Munsellův atlas nezastupitelné místo při konstrukci a testování nových modelů vnímání barev, které jsou zaměřeny především na obor barevných povrchů.

¹⁾ Barva – atribut vizuálního vnímání skládající se z jakékoliv kombinace pestré (chromatické) a nepestré (achromatické) složky. Tento atribut může být popsán jmény pestrých (chromatických) barev, jako je žlutá, oranžová, hnědá, růžová, zelená, modrá, fialová atd., nebo jmény nepestrých (achromatických) barev, jako je bílá, šedá, černá atd., a dále může být blíže určena přívlastky tmavý, světlý, jasný, temný nebo kombinací těchto názvů.

²⁾ Maxwellův disk je jednoduchý systém dvou vzájemně do sebe zapadajících rotujících disků, který umožňuje plynule měnit plochu kruhové výseče v závislosti na tom, jakého vjemu je při aditivním míšení dvou barev třeba dosáhnout.

³⁾ Barevný tón (odstín) – atribut vnímání barev, kdy se pozorovateli pozorovaný objekt jeví podobný jedné ze základních vnímaných barev: červené, žluté, zelené a modré nebo jako kombinace dvou z nich.

⁴⁾ Světlost – jas plochy posuzovaný relativně podle jasu plochy podobně osvětlené, která se jeví jako bílá nebo vysoce odrážející. Jas – atribut vizuálního vnímání, podle kterého plocha emituje více či méně světla.

⁵⁾ Chroma (čistota) – subjektivní chromatičnost (barevná vydatnost) posuzovaná relativně k jasu podobně osvětlené plochy, která se jeví jako bílá nebo vysoce odrážející. Subjektivní chromatičnost (barevná vydatnost) – vlastnost vizuálního počitku, podle kterého se vnímaná barva plochy jeví více či méně pestrá (chromatická).