🎨 Mieszanie kolorów — addytywne RGB i subtraktywne CMY

Oko ludzkie ma trzy typy czopków: czopki S wrażliwe na niebieski (~420 nm), czopki M na zielony (~530 nm) i czopki L na czerwony (~560 nm). Żółte światło (~580 nm) silnie pobudza zarówno czopki L, jak i M. Czerwone i zielone światło razem wytwarzają dokładnie ten sam wzorzec pobudzenia czopków L i M, co czyste żółte światło, więc mózg postrzega mieszaninę jako żółty, mimo że nie ma fotonów o długości 580 nm — nazywa się to metamerią.

Każdy pigment pochłania część widma: cyjan pochłania długości fal czerwonych, magenta pochłania zielone, a żółty pochłania niebieskie. Gdy wszystkie trzy są zmieszane, razem pochłaniają niemal wszystkie widzialne długości fal, pozostawiając mało światła do odbicia do oka — stąd niemal czerń. Praktyczne tusze nigdy nie pochłaniają idealnie, więc prawdziwe mieszaniny CMY dają zwykle ciemny, mętny brąz zamiast prawdziwej czerni, dlatego drukarki dodają osobny tusz czarny (K) w CMYK.

Dwa kolory są dopełniające, jeśli ich addytywne zmieszanie daje biel (dla światła) lub niemal czerń (dla pigmentów). W modelu RGB czerwony i cyjan są dopełniające, podobnie jak zielony i magenta oraz niebieski i żółty. W kategoriach koła barw pary dopełniające leżą naprzeciw siebie. Patrzenie na nasycony kolor przez 30 sekund, a następnie na białą powierzchnię, wywołuje kolor dopełniający jako powidok — efekt adaptacji czopków.

RGB (czerwony, zielony, niebieski) to model addytywny stosowany w samoświecących wyświetlaczach: kolory powstają przez dodawanie światła o trzech długościach fal. CMYK (cyjan, magenta, żółty, czarny/Key) to model subtraktywny stosowany w druku: tusze pochłaniają światło zamiast je emitować. Konwersja między nimi jest nietrywialna, ponieważ gamuty (zakresy odwzorowywalnych kolorów) są różne, a CMYK zazwyczaj nie potrafi odtworzyć wysoko nasyconych niebieskich i zielonych, które może pokazać wyświetlacz RGB.

Wybór barw podstawowych RGB wynika z trichromatycznej natury ludzkiego widzenia barwnego: nasze trzy typy czopków mogą być niezależnie pobudzane, by tworzyć percepcję dowolnego koloru w trójkącie barw utworzonym przez barwy podstawowe. Czerwone, zielone i niebieskie diody LED lub fosfory są wybierane, ponieważ obejmują szeroki gamut przy efektywnej produkcji. Dokładne chromatyczności definiują standardy takie jak sRGB (Rec. 709) oraz szerszy Rec. 2020 dla wyświetlaczy HDR.

Gamut urządzenia kolorystycznego to zakres kolorów, które może odtworzyć. Na diagramie chromatyczności CIE ludzki gamut wzrokowy to obszar w kształcie podkowy; gamut dowolnego wyświetlacza lub drukarki to trójkąt lub wielokąt w jego wnętrzu. sRGB obejmuje około 35% widzialnych kolorów; DCI-P3 (stosowany w kinie) około 45%; Rec. 2020 około 76%. Kolory spoza gamutu urządzenia muszą być „mapowane” do najbliższego odtwarzalnego koloru.

Akwarela to medium przezroczyste: warstwy pigmentu przepuszczają światło, które odbija się od białego papieru i przechodzi z powrotem przez warstwy — prawdziwe mieszanie subtraktywne. Farba olejna jest półprzezroczysta: grubo nałożone kolory mogą się fizycznie mieszać, a także rozpraszać światło, mieszając się zarówno subtraktywnie, jak i poprzez teorię rozpraszania światła Kubelki-Munka. Dlatego przewidywania reguł mieszania są mniej dokładne dla farb nieprzezroczystych niż dla tuszy czy filtrów.

Metameria to zjawisko, w którym dwie powierzchnie o różnych profilach odbicia widmowego wyglądają identycznie kolorystycznie pod jednym źródłem światła, ale różnie pod innym. Wynika to z faktu, że ludzka percepcja koloru zależy tylko od zintegrowanych odpowiedzi trzech typów czopków, a nie od pełnego widma. Przemysłowe dopasowywanie kolorów musi uwzględniać metamerię, określając iluminant (np. światło dzienne D65), pod którym dwie próbki mają się zgadzać.

Rozpraszanie Rayleigha — rozpraszanie światła przez cząstki znacznie mniejsze niż długość fali — jest proporcjonalne do 1/λ⁴, rozpraszając niebieskie światło (450 nm) około 5,5 razy silniej niż czerwone (700 nm). Niebo jest niebieskie, ponieważ rozproszone światło słoneczne docierające do nas pochodzi głównie z niebieskiego końca widma. O zachodzie słońca światło słoneczne przemierza więcej atmosfery, więc niebieski jest rozpraszany, a do oka bezpośrednio dociera głównie czerwony i pomarańczowy.

System Munsella organizuje kolory wzdłuż trzech percepcyjnie jednorodnych osi: barwy (pozycja na kole barw, 100 kroków), jasności (0–10) i nasycenia (chromy). W przeciwieństwie do sześcianu RGB, odstępy Munsella są zaprojektowane tak, by równe różnice liczbowe odpowiadały równym różnicom postrzeganym — właściwość zwana jednorodnością percepcyjną. Współczesna nauka o kolorze wykorzystuje przestrzeń CIE L*a*b*, wywodzącą się z podobnych zasad i szeroko stosowaną do pomiaru różnicy kolorów (ΔE).