Renk ve Televizyon

Renk algısı ışık uyaranının bir sonucu olarak ortaya çıktığına göre rengi ölçümlendirmek için ışığı ölçümlendirmek doğru bir başlangıç olacaktır. Işık görünür spekturumda her bir dalga boyu için değişik güçlerde dağılım gösterir. Bu dağılıma spektral güç dağılımı adı verilir ve renklerin niceliksel tahlili için bir başlangıç noktası teşkil eder. Spektral güç dağılımı (SPD) spektrofotometre ile ölçülür. Gelen ya da yansıyan ışığın SPD ölçüm ve analiz sonuçlarından algı sistemimizin bu ışığa vereceği tepkiyi (ne renk görüleceğini) çıkarımsallaşabilen sistemler ve modeller geliştirilmiştir.

M. Suphi Ünsal, ARTTEK /  Bu ePosta adresi istek dışı postalardan korunmaktadır, görüntülüyebilmek için JavaScript etkinleştirilmelidir

---

Şekilde solda 2800K renk sıcaklığında (renk sıcaklığı ve aydınlatıcılar aynı adlı başlık altında anlatılmaktadır) bir ev lambası (akkor) ve sağda 5000 K renk sıcaklığında bir florasan lambanın şematik olarak SPD’si (spektral güç dağılımı) gösterilmektedir. Rakamlar nanometre cinsinden dalgaboyunu ifade etmektedir.1

Gelen ışığın kendine özgü SPD profilinden ne tür bir renk algısı yaratacağı hesaplanabilir. Bu kolorimetri (colorimetry) biliminin ana konusudur. Fakat bunun tersi geçerli değildir. Şöyle ki insan gözü tarafından algılanan renkten yansımakta (ya da bir ışık kaynağından direkt gelmekte) olan ışığın SPD profiline varılamaz. Karmaşık bir SPD profiline sahip bir ışık, tek renkli (monochromatic: tek bir dalgaboyunu içeren ışık) bir veya birkaç dalgaboyunun eşit enerjiye sahip beyaz ışıkla karıştırılması ile elde edilen ışık ile aynı renk algısını yaratabilir. Yani renk algısı 3 fotoreseptörün uyarımına bağlı olduğu için (L, M, S prosesleri) aynı uyarımı sağlayan birbirinden farklı SPD profilindeki ışık, aynı renk algısını oluşturabilir. Bu algısal yanılsamaya “Metamerizm” adı verilir. Bahsettiğimiz aslında bir nevi toplamsal renk sentezindeki algı yanılsaması ya da toplamsal renk sentezindeki metamerizmdir. Meseleyi bir adım ileri götürür ve çıkarımsal renk sentezindeki metamerizmi düşünürsek iş oldukça karmaşık bir hal alır, çünkü artık sadece değişik spd profilleri değil bir de yansıtma yüzeyleri olan boya, mürekkep (yada ışık geçirgenliği olan fotografik filtreler vb. ) gibi materyallerin yansıtıcılığı da devreye girer. Bunlara ek olarak kullanılan materyallerin fiziksel koşullar altındaki yansıtıcılık değerlerindeki değişimler göz önüne alınırsa, çıkarımsal renk sentezinde metamerizm probleminin çok değişkenli bir doğası olduğunu görürüz.

Örneğin evinizin yatak odasında akkor lamba altında giydiğiniz çorapların ikisinin de rengi siyahken mutfaktaki florasan lamba altında teklerden birinin siyah diğerinin mavi olduğunu fark edebilirsiniz. Akkor lambanın spektral güç dağılımına (SPD) baktığımızda (Şekil 8, sol kısım) kısa dalgaboylarında (mavi) daha düşük güç içerdiğini, florasan lambanın ise (Şekil 8, sağ kısım) kısa dalgaboylarında daha fazla güç içerdiğini görürüz. Daha önce bahsi geçen renk körlüğü de kişiye özel bir metamerizm durumu yaratır.

Isaac Newton 1704’de beyaz ışığı spektral renklere ayırmış, ondan 100 sene sonra Thomas Young (trichromatic teoriyi oluşturmuştur) bu renklerin insan algısı üzerindeki etkisini tanımlamış ve spektrofotometrinin temelleri atılmıştır. Rengin evrensel ve bağımsız tanımı Commission Internationale d’Eclairage (CIE) adlı uluslararası kuruluşun 1931’de oluşturduğu, görünen renk uzayındaki renkleri üç koordinatta tanımlayan matematiksel model ile yapılmıştır.

CIE tarafından tanımlanan renk nitelik ve bileşenleri şu şekildedir:

Renk Değeri (Hue): CIE’nin tanımına göre bir bölgenin kırmızı, yeşil, mavi veya sarı renklerden herhangi birine, ya da ikisinin birleşimine, ne kadar benzerlik gösterdiğine göre tanımlanan bir görsel algı özelliğidir. Basitçe şöyle diyebiliriz, bir spd profilinde baskın olan dalgaboyunun belirlediği bir özelliktir, zira baskın dalgaboyundaki kayma hue’nun da kayması (değişmesi) anlamına gelir.²

Renklilik (Colourfulness): Bir bölgenin renk değerini (hue) ne kadar az ya da fazla sergilediğine bağlı bir görsel algı özelliğidir.²

Doygunluk (Saturation): CIE’nin tanımına göre bir bölgenin parlaklığına oranlı olarak düşünüldüğünde ne kadar renkliliğe (colorfulness) sahip olduğudur. Basitçe şöyle diyebiliriz, bir spd profili belirli bir dalga boyunda ne kadar konsantre ise buna bağlı olarak algılanan renk o kadar doygundur. Bir renge bütün dalgaboylarında güç içeren bir profilde ışık eklenerek o rengin doygunluğu azaltılabilir (renk seyreltilebilir).²

Yoğunluk (intensity): Bir yüzeye gelen ya da bir yüzeyden ışıyan güç akışı ölçüsüdür ve birimi watt/m2’dir.Işığın yoğunluğu spektrometre ile ölçülebilen bir büyüklüktür.²

Parlaklık (brightness): CIE’nin tanımına göre bir bölgenin (yüzeyin) az ya da fazla ışık yayıcı olmasına göre tanımlanan bir görsel algı özelliğidir.²

Lüminans (luminance): Işıma gücünün, görsel algı sisteminin karakteristik bir özelliği olan spektral duyarlılık fonksiyonu ile ilişkilendirilmiş (ağırlıklandırılmış) halidir.²

Y ekseni görece ışık yoğunluğunu gösterir. 550 nm spektral duyarlılığın maksimum olduğu %100 lüminanssal verimliliği (luminous efficency) işaret eder. Diyagram, günışığı değerleri (photopic vision) için geçerlidir. Gece görüşü (scotopicvision) için geçerli tepe değeri 507nm’dir. Nümerik bir örnek vermek gerekirse, 1mW değerinde 555 nm dalgaboyundaki yeşil ışık, 470 nm dalgaboyunda mavi ışığa göre on kat daha parlak algılanır.

Bir dalgaboyunun algısal lüminans değeri, o dalgaboyunun fiziksel (spektrometre ile ölçülebilen) yoğunluğu ile orantılıdır fakat gözün birbirinden farklı dalgaboylarına tepkisi, -bu dalgaboyları aynı yoğunlukta olsalar dahi- farklıdır.

Standard gözlemcinin lüminanssal verimliliği (luminous efficiency: Her bir dalgaboyuna karşı duyarlılığı) her yerde pozitiftir ve 550 nm civarında en yüksek değerine ulaşır. Matematiksel olarak SPD, spektral duyarlılık eğrisi ağırlık fonksiyonu olarak kullanılarak integre edilirse CIE’nin tanımladığı lüminans değerine ulaşılır ve Y sembolü ile gösterilir. Bu fiziksel bir büyüklük olan ışık yoğunluğunu (intensity) görsel algımızın çalışma sistemiyle ilişkilendirmemizi ve kullanılabilir matematiksel veriye dönüştürmemizi sağlar. Böylece parlaklık algısı bir nicelik olarak ele alınabilir hale gelir.

Lüminansın birimi candela/m² dir. Pratik kullanımda önceden tanımlanmış bir beyaz referans değerine göre 1 ve 100 arasında derecelendirilir. Örneğin bir studyo kamerasının beyaz referans değerinin lüminansı 80 candela/m²’dir ve Y=1 bu değere karşılık gelir.²

Açıklık (Lightness): Açıklık’ı anlayabilmek için görsel algı mekanizmamızın parlaklık değişimine karşı çizgisel olmayan (nonlinear) tepkisinden bahsetmemiz gerekir. Çizgisel olmayan tepkiye şöyle bir örnek verebiliriz, müzik dinlerken volümü desibel cinsinden 2 katına çıkarmanız, -sesin daha yüksek olduğu algılansa bile- işitme sisteminizde iki kat yüksek bir algılamaya sebep olmaz. Yani duyu mekanizmamıza giriş yapan bir uyarıcının etki değerinin çizgisel değişimi -mekanizmanın kendine has yapısından dolayı- aynı oranda çizgisel bir algı değişimine sebep olmaz.

Aynı şekilde parlaklık algısı da çizgisel değişim göstermez, örneğin referans lüminans değerinin sadece %18’i kadar bir lüminans değerine sahip bir ışık kaynağı yaklaşık %50 parlak görülür. Açıklık görsel algı sistemimizin lüminans’a verdiği tepkidir.²

Açıklık algısı kabaca logaritmiktir. Bir gözlemcinin iki bölge arasındaki yoğunluk farkını anlayabilmesi için bu yoğunluk farkının yüzde bir civarında olması yeterlidir. 

Açıklık’la lüminans arasında CIE tarafından belirlenen şu şekilde bir matematiksel ilişki bulunur:

^{;     2}

Burada L* Açıklık , Y lüminans, Yn referans beyaz değerinin lüminansıdır.

Kullanılacak veya algılanan rengin diğer renkler arasındaki konumunun ne olduğu başka bir deyişle tam olarak hangi rengin mevzubahis konusu olduğu konusunda ortak bir konsensüs sağlanabilmesi şarttır. Örneğin yeşil dendiğinde yeşilin hangi tonundan bahsedilmektedir. Bu öznel görsel algı ürününün nesnel bir nicelik halinde sunulması, bir renk uzayında tanımlanması zorunluluğunu getirmiştir. Bunun için James Clerck Maxwell ve Isaac Newton’un çabalarından günümüze birçok çalışma yapılmış ve Ostwald, Munsel ve CIE sistemleri gibi modeller geliştirilmiştir. Günümüzde en geçerli sistemler daha önce bahsi geçen CIE’nin oluşturduğu CIE XYZ, CIE xyY ve ardılları CIE L*u*v* ve CIE L*a*b* renk modelleridir.

CIE sistemi üç uyaran değerleri (tristimulus values) olan lüminans için Y ve bunun yanında X ve Z değerleri üzerinden rengi tarif eder. Lüminans değeri olan Y’nin elde edilişinden daha önce Lüminans başlığı altında bahsetmiştik. Aynı şekilde diğerleri, standart gözlemci için X ve Z fonksiyonları CIE tarafından belirlenmiştir. X ve Z fonksiyonlarına ait spektral ağırlık eğrileri yapılan deneylere katılan gözlemcilerden çıkartılan istatistiki verilerdir. XYZ üç-uyaran değerleri ile bütün renkler tanımlanabilir. X,Y ve Z değerlerinin büyüklüğü fiziksel güçle orantılı olsa da spektral bileşimleri insan görsel algısının renk eşleme (color matching) mekanizmasına karşılık gelmektedir. Bütün spektral renkler CIE XYZ sistemi ile gösterilebilir.

 

³

 

 

Burada kullanılan x, y ve z fonksiyonları CIE tarafından belirlenmiş renk-eşleme (color matching) fonksiyonlarıdır.

Şekil 10: CIE X,Y,Z renk eşleme (color matching) eğrileri ⁴

Lüminans (Y) değeri olmadan rengi tanımlamak daha pratik olacaktır. Bu şekilde insan gözü tarafından algılanan her hangi bir renk sadece x ve y koordinatlarına bağlı olarak gösterilebilir. Bunun için şöyle bir normalleştirme (normalization) işlemi uygulanır:

x=X/(X+Y+Z) , y=Y/(X+Y+Z) (x+y+z=1 olduğundan “z” ihmal edilir)

Ve bu şekilde her renk için x ve y koordinatları elde edilmiş olur. Her renk için hesaplanan x ve y değerlerinden CIE renk diyagramına (CIE chromacity diagram) ulaşılır.

At nalı şeklindeki eğri bütün spekturumu gösterir. Eğrinin alt kısmındaki düz çizgi en düşük dalgaboyundaki mavi ve en yüksek dalga boyundaki kırmızıyı birleştirir ve buna mor çizgi (purple line) adı verilir. Beyaz nokta kullanılan ışığın kaynağına göre diyagramda yer alır (örneğin D65 tipi ışık kaynağı –ki günışığını temsil eder- x=0.31382 ve y=0.33100 de yer alır). Diyagram, algılanan bütün renkleri içerir. Diyagramın sınırlarında görünür ışık dalgaboyları nanometre cinsinden belirtilmiştir ve sınırlar o dalga boyundaki maksimum renk doygunluğunu gösterir.

Örneğin bir C1 rengini ele alalım. Diyagramda C1 rengi bir x ve y değerine karşılık gelecektir. C1 rengi için baskın dalga boyu C2 dir. Eğer yine bir x ve y çiftine karşılık gelen C noktası beyaz ise (C1 – C) / (C- C2 ) oranı C1 ‘in doygunluğunu gösterir. Yani bir renk, diyagram sınırlarına ne kadar yakınsa o kadar doygundur.