De wetenschap van kleur

Kleur bestaat niet, maar wordt in onze hersenen geproduceerd

 

Om kleur te zien hebben we licht, een voorwerp en onze ogen nodig. Kleur ontstaat in de aanwezigheid van licht. Telkens wanneer licht op een object valt, worden sommige stralen door het object gereflecteerd en wordt de rest geabsorbeerd. Het deel dat wordt weerspiegeld, bepaalt de kleur. Hoe we kleur kunnen waarnemen, onderzoeken, gebruiken, mengen, beschrijven en meten, ontdek je in onderstaande blog.

KLEUR WAARNEMEN

Het licht dat door een voorwerp wordt opgenomen, is niet waarneembaar door onze ogen. Een appel absorbeert bijvoorbeeld alle kleuren, behalve groen. Omdat het groen wordt weerspiegeld en door onze ogen wordt waargenomen, zien we de groene kleur van de appel. Als alle lichtstralen worden geabsorbeerd, ontstaat zwart, en wanneer alle lichtstralen worden gereflecteerd, zien we wit. Een zwart object absorbeert dus alle kleuren en wordt daarom soms als kleurloos beschreven. Om diezelfde reden nemen zwarte voorwerpen ook meer meer warmte op dan witte, want wit reflecteert alle kleuren of golflengten.

Kleur waarnemenLicht

Het meest ideale licht om kleur te zien is diffuus daglicht, wanneer de zon min of meer achter de wolken staat en het enigszins regent. Dit levert de meest waarheidsgetrouwe kleuren op. Bij kunstlicht is het moeilijker om kleur op een precieze manier waar te nemen. De belangrijkste reden is dat kunstlicht vaak blauw of rood getint is. Een kleur kan er daarom anders uitzien onder verschillende lichtbronnen. Zelfs natuurlijk licht, zoals kaarslicht, straalt een overvloed aan geel en rood uit, omdat dergelijke lichtbron niet voldoende blauw bevat. Metamerisme is het verschijnsel waarbij kleuren in een bepaald licht hetzelfde lijken, maar bij andere lichtomstandigheden anders blijken te zijn. Daarom is het belangrijk om kleuren te vergelijken in ideale en vergelijkbare lichtomstandigheden.

Voorwerp

De aanwezigheid van een object is de tweede voorwaarde om kleur te kunnen waarnemen. Het voorwerp kan zelf licht uitstralen, licht reflecteren of een combinatie van beide vertonen. Ook het oppervlak van het object is belangrijk om kleur waar te nemen; een glanzend object reflecteert licht anders dan een object dat mat is.

Ogen

De derde voorwaarde om kleur te zien, is dat de golven door onze ogen opgevangen worden. De lichtgolven komen onze pupillen binnen, doordringen de lens en de oogbal en landen op het netvlies. De receptoren in ons oog, bestaande uit kegeltjes en staafjes, zorgen voor kleurperceptie in onze hersenen. De mate waarin de kegeltjes trillen, wordt door onze hersenen vertaald in verschillende kleuren en tinten. De staafjes zijn op hun beurt gevoelig voor de intensiteit van het licht. Ze zien met andere woorden het verschil niet tussen kleuren of tinten die dezelfde lichtintensiteit hebben.

Kleur waarnemen

Kegeltjes

We hebben ongeveer zes miljoen kegeltjes: twee miljoen rode, drie miljoen groene en een miljoen blauwe. De kleur die we zien, wordt gevormd door deze drie impulsen. Rood, groen en blauw (RGB) worden daarom de optische primaire kleuren genoemd. Mensen met kleurenblindheid hebben gebrekkige kleurreceptoren.

Staafjes

Naast de kegeltjes, heeft ons oog zo'n 120 miljoen staafjes, die ongelijk verdeeld zijn over ons netvlies. De staafjes bevatten een visueel pigment dat van structuur verandert, afhankelijk van de lichtintensiteit, en zo een signaal naar de hersenen stuurt.

Het menselijk oog heeft een bijzonder groot aanpassingsvermogen, waardoor we extreme helderheidsverschillen kunnen compenseren. Als we bijvoorbeeld door een lange tunnel rijden en onze ogen zich aangepast hebben aan de duisternis, kunnen we relatief snel weer helder zonlicht zien.
 

KLEUR ONDERZOEKEN

Onderzoek naar kleur begon rond 1700 toen Newton een prisma gebruikte om een lichtstraal af te buigen, waarbij de verschillende kleuren van het spectrum zichtbaar werden. Hiermee toonde de Britse fysicus aan dat wit licht is samengesteld uit alle kleuren van het spectrum. Deze ontdekking legde de basis voor het begrip van kleur als een fysisch fenomeen. Zijn onderzoek is het uitgangspunt voor verschillende modellen en theorieën die sindsdien zijn ontwikkeld om kleuren te begrijpen en te meten.

Licht reist als een golf

Bij het kleurenonderzoek stond steeds de vraag centraal of licht moet worden beschouwd als een golfverschijnsel of dat het beter kan worden uitgelegd als een deeltjesstroom. Aan het begin van de vorige eeuw zorgden natuurkundigen Max Planck en Albert Einstein voor een doorbraak. Hun onderzoek bevestigde dat licht, net als geluid, reist als een golf. Dit maakte het voor de eerste keer mogelijk om het fenomeen van kleur en licht nauwkeurig te meten en te doorgronden.

Kleur onderzoeken

Een golf heeft een bepaalde lengte (uitgedrukt in nanometer, nm), die afhankelijk is van de frequentie (uitgedrukt in Hertz, Hz) van zijn trilling (uitgedrukt in milliwatt, mW). De frequentie van de trillingen bepaalt hoe sterk een bepaalde kleur wordt weerspiegeld in onze ogen. We noemen dit aspect, de kleursterkte of chroma. Geelgroen heeft bijvoorbeeld een maximale trilling bij een golflengte van 550 nm. Het is belangrijk om te weten dat het bereik van de menselijke perceptie ligt tussen 380 nm (UV, ultraviolet) en 780 nm (IR, infrarood). Dit heeft te maken met de maximale trillingsfrequentie die onze ogen kunnen waarnemen. Kleuren die sterk vergrijsd zijn, geven de hersenen een wazig beeld. Het wetenschappelijk gefundeerde Color Navigator Systeem clustert louter het bruikbaar kleurenbereik. Dat wil zeggen dat alle kleuren die buiten het bereik van onze waarneming liggen, zijn weggelaten, en de kleuren die wel voldoende impuls geven aan onze hersenen, zijn geclusterd.

In een golflengte curve wordt de relatie tussen de vibratie en de lengte van een golf weergegeven. Elke kleur heeft zijn eigen, unieke golflengte curve. Een horizontale curve die ons zichtbare spectrum weergeeft, is zwart op 0 mW, wit op 100 mW en halverwege grijs. De kleuren van het spectrum kunnen ook in een kleurenwiel worden geplaatst. In principe geeft dit dezelfde weergave als de horizontale as van de golflengte curve, maar dan in een gebogen lijn rond een as. Het kleurenwiel wordt tegen de wijzers van de klok in gebruikt: de kleuren variëren van rood bij 30º, geel bij 90 °, groen bij 150 °, cyaanblauw bij 210 °, blauw bij 270 ° en magenta-paars bij 330 °.

KLEUR gebruiken

Wanneer we met kleur werken, onderscheiden we twee methoden: additief en subtractief. Op een monitor, scherm of televisiescherm zijn kleuren opgebouwd uit rood, groen en blauw (RGB). Maar als het gaat om gedrukte media, afdrukken of verf voor objecten of kleurstoffen, vormen cyaan, magenta en geel (CMY) de basis om kleuren samen te stellen. We noemen het werken met RGB het additieve gebruik en het werken met CMY het subtractieve gebruik van kleur.

Additieve RGB

Additief - RGB

In het additief systeem zijn rood, groen en blauw de primaire kleuren. Ze worden weergegeven met een lichtbron en monitor en zijn opgebouwd uit percentages rood, groen en blauw, waarmee miljoenen kleuren kunnen worden gevormd.

Door twee additieve primaire kleuren in gelijke verhoudingen te mengen, ontstaan secundaire kleuren; in het additief systeem zijn dit cyaan (groen + blauw), magenta (rood + blauw) en geel (rood + groen). Een gelijk aantal van de drie kleuren resulteert in wit.

Omdat het RGB-systeem verbonden is met een display op een monitor, zijn kleurverschillen merkbaar tussen de verschillende soorten schermen. Een monitor wordt daarom best gekalibreerd of aangepast aan een geschikt kleurprofiel.

Substractieve CMY

Substractief - CMY

We noemen het mengen van kleuren met verf of inkt subtractieve kleurenmenging. Cyaan, magenta en geel zijn in dit geval onze primaire kleuren. Als we twee van deze in gelijke verhoudingen mengen, krijgen we rood (magenta + geel), groen (geel + cyaan) en blauw (magenta + cyaan), ditmaal de secundaire kleuren genoemd.

We kunnen kleuren lichter maken door wit toe te voegen of ze grijzer te maken door zwart toe te voegen. Op deze manier ontstaan verschillende tinten van dezelfde kleur. In theorie kan met cyaan, magenta en geel elke andere kleur worden gemaakt, maar in de praktijk is het onmogelijk om neutraal grijs of puur zwart te mengen.
 

 

KLEUR mengEN

Voor het mengen gebruiken we primaire en secundaire kleuren. Wanneer we kleuren subtractief mengen, bijvoorbeeld met verf of inkt, zijn er verschillende opties om vrijwel hetzelfde resultaat te bereiken. "Vrijwel", want onze hersenen ervaren de verschillende manieren om eenzelfde kleur te mengen wel degelijk anders.

Primaire kleuren

Primaire kleuren zijn kleuren in hun pure essentie: geel, cyaan en magenta. Deze kleuren kunnen niet worden gemaakt door andere kleuren te mengen.

Secundaire kleuren

Secundaire kleuren zijn gemengde vormen van twee primaire kleuren in een bepaalde verhouding, zoals groen, oranje en paars. Primaire en secundaire kleuren zijn pure kleuren. Ze bevinden zich aan de rand van het kleurenwiel en hebben een maximale verzadiging van hun chroma.

Tertiaire kleuren

Tertiaire kleuren kunnen worden gecreëerd door bepaalde kleuren te mengen:

  • Drie primaire kleuren of een combinatie van een primaire en een secundaire kleur waarin de primaire kleur niet aanwezig is.
  • Een primaire kleur met zwart.
  • Een primaire kleur en zijn complement.
Kleur mengen

Het beste resultaat - dat ons brein als het mooiste percipieert - wordt gecreëerd bij het mengen van complementaire kleuren (zie later), zoals in optie 3. Door deze manier van mengen toe te passen, vormt de primaire kleur, waarmee de te mengen kleur nauw verwant is, het startpunt. Door vervolgens de complementaire kleur toe te voegen, zal de hoofdkleur meer opvallen en meer karakter krijgen. De gecreëerde kleur geeft ons brein een meer pure kleurenimpuls.

Optie 2 is de goedkoopste manier van mengen.

Optie 1 levert het minst mooie resultaat op, omdat dit, door gebruik te maken van drie primaire kleuren, ervoor zorgt dat onze hersenen meer grijstinten zien.

 

Kleur mengenKleur mengenKleur mengen

 

 

 

 

 

 

Trichromatisch zwart is het zwart dat ontstaat bij het mengen van de drie primaire kleuren. Het resultaat is erg donker antraciet (bijna zwart). Om een kleur grijzer te maken of om kleuren te mengen, is het beter om trichromatisch zwart of antraciet te gebruiken en nooit echt zwart (inktzwart) te gebruiken. Op deze manier blijft de kleur zuiver.

KLEUR BESCHRIJVEN

In de loop van de tijd zijn allerlei systemen en theorieën ontwikkeld om kleuren op een universele, gemakkelijk te gebruiken manier te rangschikken en in kaart te brengen. Bekende voorbeelden van kleursystemen zijn de kleurenatlas van Munsell en de afgeleide kleursystemen zoals HSV en HCL.

Munsell Color System

Het Munsell kleursysteem is begin vorige eeuw ontwikkeld door Munsell, de Amerikaanse uitvinder en kunstenaar. In dit systeem werden 1500 kleuren gevisualiseerd in een bol rond een as van grijsschaalwaarden. Horizontaal was er een verloop van neutraal grijs naar volledig verzadigd. Munsell noemde deze waarden: tint, chroma en waarde.

Munsell KleursysteemTint (hue) staat voor de kleurtoon en vertegenwoordigt de locatie van een kleur op het kleurenwiel. Men spreekt van de tint- of kleurhoek, die wordt uitgedrukt in graden.

De kracht van een kleur wordt door Munsell chroma genoemd. Maximaal verzadigde kleuren zijn de meest intense kleuren.

De waarde (value) geeft de helderheid aan: de hoeveelheid licht die door een kleur wordt gereflecteerd. Wit heeft bijvoorbeeld de meeste helderheid en zwart de minste.

  

Het was significant dat Munsell ontdekte dat de volledige chroma van individuele kleuren kon worden bereikt op verschillende locaties in het kleurengebied. Geel bereikt bijvoorbeeld zijn optimale kleur bij een veel hogere verzadiging dan rood. Dit heeft geleid tot een visuele weergave van een asymmetrische bol of een tol.

Het Munsell kleursysteem is empirisch gemaakt en is voornamelijk gebaseerd op de manier waarop we kleur waarnemen. Het heeft een minder wiskundige en wetenschappelijke basis, maar biedt belangrijke inzichten in verzadiging en is nog steeds een erkend kleursysteem. Het bedrijf dat Munsell in 1918 heeft opgericht, bestaat nog steeds.

CIELab

CIELab is een kleursysteem dat in 1976 werd geïntroduceerd door het Comité International de l'Eclairage (CIE). De commissie werd opgericht als een onafhankelijk forum dat, onder andere, de ontwikkeling van een internationale standaard beoogde. Het CIE-model benadert de menselijke perceptie van kleur zo dicht mogelijk en vormt de basis en standaard waarop ons Color Cluster System is ontwikkeld.

KleurwaarnemerHerziene standaard

CIE ontwikkelde in 1931 een eerste aanzet tot een standaard kleurwaarnemer en presenteerde in 1976 een herziene versie, waarin de belangrijkste aanpassing was om het kleurenwiel te draaien, zodat rood op 0 ° en geel op 90 ° kwam te liggen. Dit kwam omdat de kleuren onze hersenen binnenkomen in een specifieke volgorde (eerst rood, dan groen en daarna blauw). Rood produceert de krachtigste impulsen en is daarom de sterkste kleur, gevolgd door groen en blauw.

Numerieke waarden

Een kleurwaarneming zal tussen de receptoren en de hersenen een kleur ontwikkelen met onderscheid tussen licht en donker, aangegeven door een verticale L- of lumositeit-as, die de helderheid weergeeft, en tussen rood, groen, blauw en geel, aangeduid door de horizontale a en b assen, die de waarneembare kleurruimte vertegenwoordigen.

KLEUR METEN

Zoals we net zagen, wordt kleur aangeduid door drie waarden: de L-waarde geeft de helderheid aan op een schaal van 0 (zwart) tot 100 (wit), de a en b waarden definiëren de kleur. We kunnen deze drie waarden meten met een kleurmeter of spectrofotometer die wordt geconverteerd naar Lab-waarden. Door de coördinaten van de drie assen te combineren, komen we tot een duidelijke positie van een kleur in de kleurensfeer, wat in werkelijkheid geen perfecte bol is, gezien de verschillen in verzadiging, zoals ontdekt door Munsell.

HSV en HCL

HSV en HCL zijn twee zeer eenvoudige modellen voor het definiëren van kleuren voor desktop toepassingen en grafische programma's, in nauwe overeenstemming met de manier waarop we kleuren waarnemen. Tot op zekere hoogte is het vergelijkbaar met het systeem van Munsell omdat het tint (hue), chroma en waarde (value) als uitgangspunt neemt op drie soortgelijke assen om een kleur te definiëren.

In HSV zijn dit hue, saturation and value. In HCL worden ze bepaald door hue, chroma and luminosity. Bovendien bestaat HSV ook onder de naam HSB, hue, saturation, brightness, en HCL verschijnt ook vaak als LCH, luminosity, chroma and hue. De waarden van HSV en HCL zijn vergelijkbaar. HSV wordt vaak gebruikt in grafische software. Door een tint en verzadiging op te geven, is het mogelijk om de helderheid in te stellen met behulp van de schuifbalk en zo miljoenen kleuren te selecteren.

Het digitale tijdperk vereiste een universele kleurcodering, die onder andere eenvoudig in HTML kon worden gebruikt. De HEX-waarde is dus gemaakt als de gestandaardiseerde vertaling van de RGB. Het is een waarde van 0 tot 255, genoteerd in een hexadecimaal systeem bestaande uit 16 symbolen: de cijfers 0 tot en met 9 en de letters A (= 10), B (= 11), C (= 12), D (= 13) , E (= 14) en F (= 15).

HEX berekening voor blauw

HEX berekening voor blauw
#239CF5
35/16 = 2, rest 3 of 23
156/16 = 9, rest C (= 12) of 9C
245/16 = F (= 15), rest 5 of F5

 

Benieuwd wat onze experts voor jou kunnen betekenen? Voel je vrij om contact met ons op te nemen.

Vraag meer info aan

Alle beelden © Color Navigator