Dodir, ukus, miris, sluh, i vid su načini da se prikupe informacije o svetu. Međutim, ljudski svet je primarno svet opažanja i iz njega dolazi 90% našeg znanja o svetu. Ono što vidimo je boja. Objekti, predeli, lica se registruju u našem mozgu preko svetlosti koja ulazi u naše oko. Vidljiva svetlost je elektromagnetni talas u opsegu talasnih dužina od 400 nm – 700nm. To je samo mali deo svih postojećih talasnih dužina. Svetlost koju mi vidimo nije jedna talasna dužina već kombinacija mnogo talasnih dužina.

Retina oka apsorbuje svetlost i šalje signale i osećaje mozgu. Osećaji nas obaveštavaju o osobinama svetlosti, kao što je boja.

Vizuelna oprema koju koristimo za posmatranje svetlosti i njenih osobina je ista kod svakog, i kada radi, radi veoma dobro. Nacionalna uprava za standarde (National Bureau of Standards) izračunala je da ljudsko oko prepoznaje preko 10 miliona boja.

Veliki deo čovekovog života je vezan za boje i čovek je uvek bio fasciniran bojama. Čovek svoju stvarnost doživljava u velikoj meri na osnovu onoga što vidi. Često je određenim bojama pripisivano određeno značenje od religijskog do duhovnog karaktera. I danas su boje sastavni deo ljudskog života. Ljudsko oko je skoro savršen senzor boje. To znači da se u procesu proizvodnje koristi čovek kao osnovno merodavno sredstvo kada su u pitanju boje i njihovo raspoznavanje. U cilju usavršavanja pre svega industrijske proizvodnje i mnogih drugih procesa vezanih za boje, izmišljeni su prvi elektronski uređaji za raspoznavanje boja. Predmet ovog rada je upravo jedan takav uređaj.

Osnovno o bojama

Vidljiva svetlost je elektromagnetni talas u opsegu talasnih dužina od 400 nm – 700nm. To je samo mali deo svih postojećih talasnih dužina. Svetlost koju mi vidimo nije jedna talasna dužina već kombinacija mnogo talasnih dužina. Na sledećoj slici (sl. 1.) data je spektralna raspodela snage vidljive svetlosti tj. spektar nekoliko tipičnih izvora svetlosti.

Spektralna raspodela snage (spectral power distribution – SPD) pokazuje precizno odziv boje od izvora svetlosti u vidu razinskog dijagrama energije prisutne na svakoj talasnoj dužini unutar vidljivog spektra. SPD dijagram sunčeve svetlosti u podne, na primer, jasno pokazuje izuzetno balansiran izvor svetlosti. Sve talasne dužine vidljive svetlosti su prisutne i približno su jednake. U odnosu na veštački izvor svetlosti, sunčeva svetlost predstavlja veliku količinu energije u plavom i crvenom delu spektra. SPD dijagrami mogu biti veoma korisni za razumevanje različitih izvora svetlosti.

Slika 1. Izgled spektralne raspodele snage za nekoliko tipičnih izvora svetlosti

Slika 2. Funkcija svetlosne efikasnosti ljudskog oka

Slika 3. Odziv ljudskog oka na dnevnu svetlost

Ljudsko oko radi u osnovi kao kamera. Svaki neuron je ili štapić (rode) ili konus (cone). Samo konusni neuroni su osetljivi na boju. Čovek poseduje u oku specijalne ćelije za detoktovanje boja. Te ćelije se još nazivaju i konusi zbog njihove sličnosti sa pomenutim geometrijskim predmetom. Postoje tri vrste konusa i to konusi za tri osnovne boje: crvenu, zelenu i plavu. Svaka od ovih ćelija različito reaguje na frekvenciju spoljašnje svetlosti. Slike (sl. 2.) i (sl. 4.) pokazuju spektralnu osetljivost konusnih ćelija i svetlosnu efikasnost ljudskog oka (sl. 3.).

Slika 4. Spektralna osetljivost konusnih ćelija na odgovarajuću osnovnu boju

Signal boje dolazi do mozga kao rezultat rada konusnih ćelija za tri osnovne boje posmatranog spektra. Taj signal se može predstaviti pomoću tri vrednosti (f 1):

(f 1)

gde je E spektralna raspodela snage i S funkcija spektralne osetljivosti.

Slika 5. Spektralna raspodela snage E(λ)

Boja se može predstaviti kao suma tri boje. To znači da boje formiraju trodimenzionalni vektorski prostor. Sledeći grafici pokazuju izgled tri osnovne boje potrebne za predstavljanje svih talasnih dužina vidljivog spektra.

Slika 6. Optimalan izgled spektralne osetljivosti potrebne za sintezu svih boja vidljivog spektra

Negativne vrednosti pokazuju da se neke boje ne mogu tačno proizvesti jednostavnim dodavanjem osnovnih boja. Za laku sintezu boja potrebno je da sve vrednosti sa grafika budu pozitivne. Zato je međunarodna komisija za osvetljenje (CIE – Commission Internationale de L’Eclairage) 1931. godine definisala tri standardne osnovne boje (X,Y,Z). Osnovna boja Y je namerno izabrana da bude identična kao funkcija svetlosne efikasnosti ljudskog oka. Sledeći grafici pokazuju vrednosti X,Y, i Z potrebnih da se tačno reprodukuje bilo koja boja iz vidljivog spektra.

Slika 7. CIE funkcije spektralne osetljivosti

Osnovne boje se sada mogu predstaviti pomoću sledećih formula (f 2):

(f 2)

Sve vidljive boje su u «potkovici» oblikovanom konusu u X-Y-Z prostoru. Ako posmatramo ravan X+Y+Z=1 i njenu projekciju na X-Y ravan, dobijamo CIE dijagram boja (CIE chromaticity diagram) koji je dat na slici (sl. 8.).

Ivice predstavljaju čiste boje tj. sinusoidne talase sa odgovarajućom frekvencijom. Bela boja se nalazi na mestu tačke (sl. 8.), a emitovana bela svetlost je ista kao da je emituje crno telo na temperaturi od 6447 K.

Prilikom dodavanja, bilo koje dve boje (odnosno tačke na CIE dijagramu boja) rezultujuća boja, odnosno tačka se nalazi na liniji između tih tačaka.

Za nalaženje i predstavljanje komplementarnih boja koristi se Lab (L*a*b) model, gde je L osvetljenje (Luminance), „a“ rastojanje između zelene i crvene, a „b“ rastojanje između plave i žute boje (sl. 9.).

Slika 8. CIE dijagram boja

Slika 9. LAB model

---

Izvor:

Diplomski rad: Sanja Stupar – Senzor za detekciju boje,

Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2006. godina