1. Lidské vnímání barev
Abychom porozuměli tomu, jak se barevné obrázky v počítači ukládají, musíme si napřed povědět něco o tom, jak vlastně funguje naše vnímání barev. Co jsou to vůbec barvy? Jak je lidské oko rozeznává? Co je to barvoslepost?
Světlo a barvy
Všechno to, co vidíme, je světlo — buď nějaká věc vyzařuje svoje vlastní světlo (jako třeba žárovka, světelná dioda LED, displej počítače, rozžhavený kus železa…), nebo se od jejího povrchu odráží světlo vyzařované něčím jiným, nebo je ta věc průsvitná a světlo vyzařované něčím jiným prochází skrz ni.
Každý paprsek světla má nějakou barvu (fyzikálně se u světla mluví o takzvané frekvenci nebo vlnové délce). Sluneční světlo je bílé, protože obsahuje smíchané paprsky všech barev — když je na obloze duha nebo když sluneční světlo rozložíme skleněným hranolem, tak dokonce všechny ty barvy vidíme hezky vedle sebe. Duha je vlastně totéž, akorát místo skleněných hranolů světlo rozkládají kapičky vody ve vzduchu.
Zjisti více: Rozklad bílého slunečního světla hranolem
Na prvním videu se můžeme podívat na teoretické znázornění toho, jak se sluneční světlo při průchodu skleněným hranolem rozloží na jednotlivé barvy:
Na druhém videu pak už vidíme skutečný skleněný hranol, který na stůl vrhá malou duhu:
Když má tedy nějaký předmět nějakou „svou“ barvu, tak je to tím, že z té sluneční směsi všech možných barevných paprsků odráží (nebo v případě průsvitných věcí pouští skrz) právě jen některé — takže třeba jahoda vypadá červeně proto, že se od ní z celé duhy odráží hlavně ty červené paprsky, a modrá lahev vypadá modře proto, že skrz ni projdou jen modré paprsky.
Podobně funguje třeba malování na papír. Bílý papír má takové vlastnosti, že se od něj odrážejí všechny barvy světla. Když na něj ale chceme namalovat jahodu, vezmeme štětec a část papíru ve tvaru jahody pokryjeme nějakou látkou (malířskou barvou), která odráží jenom červené paprsky a jiné pohltí.
„Je v tom docela zmatek. Slovem „barva“ vlastně označujeme tři různé věci: 1) schopnost světelného paprsku vyvolat určitý vjem při dopadu do oka; 2) schopnost věci odrážet nebo pouštět skrz jen některé světelné paprsky a jiné pohltit; 3) malířskou látku, kterou naneseme na nějaký povrch, abychom mu dali tu schopnost odrážet jen některé paprsky.“
Tepelné paprsky
S tímhle souvisí i to, proč je nám větší horko, když na sluníčko vyjdeme v černém oblečení, než když na sobě máme něco světlého. Černé oblečení pohlcuje spoustu slunečních paprsků — nejen ty barevné (kvůli čemuž je černé), ale i ty, které nesou tepelnou energii. No a když se ty tepelné paprsky od tmavého oblečení neodrazí pryč, tak ho budou zahřívat. Proto jsou třeba různé proti-přehřívací fólie do aut nebo alumatky z lesklého materiálu, který tepelné paprsky odráží. U fólií, které se dávají za sklo auta, jsou sluneční paprsky odrážené pryč, aby se vnitřek auta tolik nezahříval. U alumatky, na kterou si lehneme, naopak lesklý povrch odráží tělesné teplo zpátky k nám, aby nám nebyla od země taková zima.
Ještě si taky můžeme všimnout, že když na bílý papír posvítíme červeným světlem, tak vypadá červený. On by sice hrozně rád odrážel všechny možné barvy, ale když na něj dopadají jenom ty červené paprsky, tak jsou také tím jediným, co se od něj odráží.
Otázka: Barvy a fotosyntéza
Další věc, která souvisí se světlem, je fotosyntéza: to, že rostliny používají světlo zachycené svými listy jako zdroj energie k růstu.
Na zamyšlení: Pokud budeš chtít budovat třeba vesmírnou loď nebo podzemní město, kde budeš chtít pěstovat rostliny bez slunečního záření tím, že na ně budeš svítit barevnými lampami — jaká barva světla by byl pro ty rostliny úplně nejhorší nápad?
Odpověď
Nejhorší nápad by bylo svítit rostlinám zeleným světlem. Proč? Protože rostliny jsou zelené — odrážejí zelené paprsky, protože to je přesně ta barva, která jim nejméně „chutná“ a je pro ně nejmíň užitečná. Na světle ostatních barev si rostliny pochutnají mnohem raději.
Uvnitř oka
Oko je ohromně šikovný orgán, jehož úkolem je zjišťovat, jaké světlo do něj dopadá, a tuhle informaci předávat mozku. Světlo, které do oka dopadá, prochází skrz čočku, která ho zaostřuje na sítnici — vrstvu složenou ze spousty buněk citlivých na světlo (takzvaných fotoreceptorů), které pokrývají zadní část oka a posílají informace dál do mozku.
Fotoreceptory lidské sítnice se dělí na dva hlavní druhy: tyčinky, které jsou citlivé na všechny barvy světla stejně (takže od sebe různé barvy nerozlišují), a čípky, které mají tři poddruhy. Každý z těch tří poddruhů čípků je víc citlivý na světelné paprsky jiných barev: jeden je nejcitlivější na červené, jeden na zelené, a jeden na modré světlo. Tyhle tři základní barvy se často označují anglickou zkratkou RGB: red, green, blue.
Tohle tedy znamená, že když do oka dopadne světelný paprsek, který se odrazil třeba od jahody, tak si ho nejvíc všimnou čípky toho prvního typu. A mozek si řekne „aha, nejvíc hlášení mi teď chodí od čípků citlivých na červenou, to znamená, že vidíme něco červeného“.
A díky tomu, že ta hlášení chodí od různých čípků, si je mozek dokáže poskládat dohromady, a my tak vnímáme nejen ty tři základní barvy, ale i všechny možné kombinace. Například „hodně hlášení od červených čípků a zároveň i hodně hlášení od zelených, ale nic od modrých“ vnímá náš mozek jako žlutou, a třeba „stejně slabé hlášení od červených i od modrých čípků, vůbec žádné od zelených“ znamená tmavě fialovou.
Barvoslepost
U některých lidí nefungují všechny tři druhy čípků stejně dobře. V takovém případě mluvíme o takzvané poruše barvocitu nebo barvosleposti. Je například možné, že někomu nefungují čípky určené pro červenou barvu. V takovém případě sice mozek červenou věc stále uvidí, protože na červené světlo budou reagovat i zbylé dva druhy čípků, ale už nedokáže rozlišit, jestli ta hlášení, že zelené čípky na něco reagují, jsou způsobena dopadem červeného, nebo zeleného světla.
Je to trochu, jako kdyby v bytě nefungoval zvonek u dveří, a tak se člověk domluvil se sousedem, že drát od svého zvonkového tlačítka připojí na sousedův zvonek. Pak sice oba budou vědět, když někdo zmáčkne kterékoliv z jejich tlačítek, ale už nedokážou rozeznat, na kterého z nich se vlastně návštěva chce dozvonit.
Nejčastější poruchou barvocitu je právě problém s rozlišováním červených a zelených odstínů, což někdy může způsobovat problémy třeba při řízení auta — proto také autoškoly od uchazečů potřebují potvrzení o očním vyšetření. Poruchy barvocitu se zjišťují pomocí obrázků podobných těmto:
Zjisti více: Pokud si chceš vytvořit vlastní testovací obrázky, můžeš to zkusit na téhle adrese: https://franciscouzo.github.io/ishihara/.
(kreslit do volného prostoru myší, pak kliknout vpravo na tlačítko Generate)
Jak vidí psi?
Psi na rozdíl od lidí nemají v oku tři druhy čípků, ale jen dva — jedny jsou nejvíc citlivé na modré světlo, druhé jsou nejcitlivější na žluté. To znamená, že pes rozeznává barvy o něco hůř než člověk (ale není to tak zlé, aby viděl jen černobíle). A taky to znamená, že když vybíráme hračku pro psa, tak pro něj na pohled nejzajímavější a nejpestřejší budou hlavně ty v modrých nebo žlutých barvách. Naopak červené nebo zelené hračky pro ně nebudou tak pestré a bude to podobné, jako kdyby si malé lidské dítě mělo hrát s hračkou, která by byla nevýrazně šedá nebo hnědá.
Na displeji
Právě díky tomu, že lidské oko vlastně rozeznává jen tři základní barvy a jejich kombinace, je možné vyrobit displeje, které nám zobrazují celou paletu barev. Celý obraz je poskládaný z malých světelných bodů, pixelů. Pokud se ale na barevný displej podíváme zvětšeně lupou (nebo třeba pomocí makro režimu ve foťáku), uvidíme, že každý pixel není jedno, ale tři malá světýlka vedle sebe: jedno červené, jedno zelené a jedno modré.
A úkolem těchhle světýlek je svítit právě tak, aby na ně čípky v našem oku reagovaly v potřebné kombinaci — pokud má například pixel vypadat žlutě, budou jeho červené a zelené světýlko svítit hodně (aby si jich všimly čípky citlivé na červené a na zelené světlo) a jeho modré světýlko bude zhasnuté, zatímco pokud má pixel vypadat tmavě fialově, budou jeho červené a modré světýlko svítit trochu a zelené zůstane zhasnuté.
A protože jsou ta světýlka tak malá a těsně vedle sebe, tak si normálně bez lupy ani nevšimneme, že to není jen jeden bod. Čípky v oku na ně budou reagovat přesně podle očekávání, a mozek si na základě jejich hlášení řekne, že ten první pixel je tedy žlutý, a ten druhý tmavě fialový.
Zjisti více: Skládání barevného světla v praxi.
V tomhle krátkém videu vidíme, jak si taky můžeme skládání barevného světla vyzkoušet v praxi. Na displeji notebooku jsou zobrazené tři části toho samého obrázku: červená, zelená a modrá část. Před displejem jsou nachystaná víčka od plastových krabiček na CD nebo DVD. Krabička napravo, která stojí před modrým obrázkem, je lesklá a neprůhledná a bude fungovat jako takové zrcátko. Ty zbylé dvě krabičky, které stojí před červeným a zeleným obrázkem, jsou průhledné, a budou fungovat jako polopropustná zrcátka — světlo z displeje se od průhledné krabičky odrazí, ale protože je průhledná, tak zároveň uvidíme i světlo, které skrz ni přichází od krabiček za ní.
A když je natočíme do takové polohy, abychom viděli odrazy od všech tří krabiček smíchané dohromady, vidíme najednou ne tři různé jednobarevné obrázky, ale jeden plnobarevný.