zondag 16 december 2012

Kleur en kleurruimte

Niveau: expert

recente gebeurtenissen hebben het onafwendbaar gemaakt: ik ben in het onderwerp 'kleur' gedoken. Inclusief veel hieraan gerelateerde onderwerpen.
De directe aanleiding: mijn foto's bleken bij weergave op een zogenaamde kleurechte monitor sterk afwijkend van wat ik thuis op mijn scherm zie. En dat baart zorgen. 99% van de foto's komt nooit verder dan weergave op een scherm en wat als ze er dan heel anders uitzien, anders dan ik het heb bedoeld? De vraag die ik heb proberen te beantwoorden is dan ook:

Wat moet ik doen zodat de weergave van mijn foto's overal gelijk is?

Het zoektocht naar het antwoord leidde me langs onverwachte wegen. Het bleek veel lastiger te zijn dan ik kon vermoeden. Omdat het zo complex is eerst wat theorie.

Straling
Het elektromagnetisch spectrum beschrijft de soorten elektromagnetische straling, oplopend naar steeds energierijker, met steeds kortere golflengte.
Van radiostraling (AM, gevolgd door FM), via radar en microgolfstraling (TV, mobiele telefoon, magnetron) en infraroodstraling (warmte) komen we uiteindelijk bij iets dat onze ogen kunnen waarnemen: zichtbaar licht. Hier houdt het overigens niet op, na zichtbaar licht komt ultraviolet licht, röntgenstraling, gammastraling en kosmische straling.

Zichtbaar licht
Wij gaan het natuurlijk hebben over zichtbaar licht. Dit is uiteindelijk niets anders dan straling van de juiste golflengte voor onze ogen. Vreemd genoeg kunnen wij deze straling niet zien. Denk aan een lamp die ergens op schijnt: de lichtstralen onderweg kunnen wij niet zien. Als licht onderweg stofjes in de lucht tegenkomt, dan zien we de stofjes, niet het licht zelf. Wat we wel zien is waar het licht een voorwerp raakt. En dat zien we omdat ieder voorwerp licht reflecteert. Lichte voorwerpen reflecteren bijna alle licht, donkere voorwerpen absorberen nagenoeg alles wat overigens ook de reden is dat donkere oppervlakken warmer aanvoelen in het zonlicht. Los van licht en donker hebben we met nog iets te maken: kleur.

Kleur
Wat is kleur? Kleur is elektromagnetische straling van een bepaalde golflengte (tussen 380 en 780 nanometer). Het kan "alle kleuren van de regenboog" zijn, namelijk violet, blauw, cyaan, groen, geel, oranje en rood. Maar dit zijn niet alle kleuren die voor het menselijk oog zichtbaar zijn, zo ontbreken vormen van roze en paars die alleen door menging van kleuren verkregen kunnen worden.

Kleurmenging
Het mengen van kleuren kan op twee manieren.
De eerste methode, de additieve methode, is door 3 kleuren te mengen, bijvoorbeeld door rode, groene en blauwe lichten te bundelen in 1 punt, waardoor alle kleuren in dat punt te maken zijn. Alle kleuren samen levert dan wit, geen enkele kleur levert zwart. Deze RGB-methode is zeer veel gebruikt, o.a. in camera's en televisieschermen. Een pixel op de sensor van een camera bestaat uit een rood, 2 groene en een blauw deel. Groen is oververtegenwoordigd omdat onze ogen daar het meest gevoelig voor zijn (eigenlijk voor groen/geel, kleuren die in de natuur zeel veel voorkomen en die voor ons als jagers zeer belangrijk zijn).
Dit levert het volgende mengschema:
RGB mengschema.

Rood, groen en blauw leveren de primaire kleuren. De secundaire kleuren zijn:
  • rood + groen = geel
  • groen + blauw = cyaan
  • blauw + rood = magenta
Merk ook op dat het midden wit is en de rand (waar geen van de RGB bronnen iets verlicht) zwart.

De tweede methode voor kleurmenging is subtractief. Hier gebeurt het tegenovergestelde: we beginnen met wit en door middel van filters of door stofjes in verf of inkt wordt een deel van het wit weggefilterd waardoor ook alle kleuren gemaakt kunnen worden. Deze methode komt uit de hoek van de boekdrukkunst en het schilderen. De gebruikte filters zijn Cyaan (C), Magenta (M), Geel (Y = yellow), en zwart (K = key). Het werkt als volgt:
CMY-mengschema
  • wit - magenta - geel = rood
  • wit - cyaan - geel = groen
  • wit - cyaan - magenta = blauw
In tegenstelling tot de omgeving van het RGB-mengschema is deze hier wit en niet zwart. Het midden is hier zwart omdat met alle drie de CMY-filters alle licht is weggefilterd.
In de praktijk is het in honderden jaren experimenteren met pigmenten e.d. in de schilderkunst nooit goed gelukt om zwart te krijgen. De oplossing is om zwart nog toe te voegen om het werkbaar te maken. De naam van het schema wordt dan CMYK, uitgesproken als KMIK.

Zowel de RGB als de CMYK-methode klinkt je waarschijnlijk min of meer bekend in de oren. Dit verklaart ook al een deel van de problemen bij het constant en reproduceerbaar willen houden van kleur: op het computerscherm is het RGB, ga je het afdrukken, dan wordt het CMYK. Andere methode, dus kans op kleurverschil. Maar zover zijn we nog niet, er is namelijk nog meer.

Ogen
Het menselijk oog bevat een groot aantal receptoren, de zogenaamde staafjes en kegeltjes. De staafjes zijn goed voor het zien in lichtarme situaties (zeg maar hoge ISO bij een camera), de kegeltjes hebben meer licht nodig, maar deze maken kleurweergave mogelijk. Er zijn namelijk drie types kegeltjes, die ieder gevoelig zijn voor een andere golflengte. Het menselijk oog blijkt RGB receptoren te hebben en door vermenging van rood, groen en blauw kunnen wij alle kleuren zien. 

Kleurruimte
Als we nu alle kleuren gaan beschrijven als een combinatie van bijvoorbeeld rood, groen en blauw, en dit driedimensionaal (op een x, y, z-assenstelsel) weergeven, dan krijgen we een mooi diagram.

Alle zichtbare kleuren en de verschillende kleurruimtes
weergegeven in een tweedimensionaal chromaticiteitsdiagram
(3D weergave is niet makkelijk)

sRGB
De meestgebruikte kleurruimte voor televisies, computerschermen en dergelijke is sRGB. Deze apparaten mengen rood, groen en blauw om zo tot veel kleuren te komen. Er zijn 256 tinten van deze drie primaire kleuren mogelijk (8 bits: 2*2*2*2*2*2*2*2=256). Dat wil zeggen 256 gradaties rood, maar ook groen en blauw. Hierdoor zijn er in totaal 256 * 256 * 256 combinaties mogelijk en dat levert 16,7 miljoen kleuren op. Indrukwekkend. Of niet?
Kijk maar naar het diagram hierboven. De sRGB driehoek dekt maar een beperkt deel van het hoefijzervormige totaal af. Kleuren die voor ons oog wel zichtbaar zijn maar buiten de sRGB-driehoek vallen kunnen niet weergegeven worden. Een apparaat dat met sRGB werkt zal een dergelijke onhandelbare kleur weergeven als de dichtstbijzijnde kleur op de rand van de driehoek. Dit is in de praktijk echter zichtbaar als tekortkoming en levert een wat flets beeld op.
Als je een foto maakt in JPEG, gebruik je de sRGB kleurruimte en beperk je jezelf tot 16,7 miljoen kleuren. 

AdobeRGB
Veel DSLR's bieden de mogelijkheid om de AdobeRGB kleurruimte te gebruiken. Deze is een stuk ruimer, zoals in het bovenstaande diagram zichtbaar is. Maar ook nauwkeuriger.

Terug naar fotografie: de meeste RAW-bestanden zijn 12 of 14 bits. Dat wil zeggen dat er niet 256 (8bits) tinten rood, groen en blauw opgeslagen worden, maar 4096 (12 bits) of 16384 (14 bits). Bij 12 bits levert dat ruim 68 miljard kleurcombinaties op (236). Bij 14 bits is het bijna 4,4 biljoen, oftewel 242.
Die paar bitjes extra leveren dus heel erg veel extra informatie op.

ProPhotoRGB
Er bestaat een kleurruimte die nog ruimer is, namelijk ProPhotoRGB, ontwikkeld door Kodak. Dit is echter nog niet ingeburgerd. Een van de oorzaken is dat het meer rekenkracht en schijfruimte vergt. ProPhotoRGB werkt namelijk met 281 biljoen (248) kleuren. Echt 16-bits in alle drie dimensies. Op die manier komt het SD-geheugenkaartje wel vol. Misschien als Terabytes net zo gangbaar zijn geworden als Gigabytes nu. 
Is dit de toekomst? Ja, want alleen met ProPhotoRGB krijgen we zo goed als 100% dekking van alle zichtbare kleuren (en zelfs van een aantal onzichtbare, kijk maar hoe de grootste driehoek uitsteekt buiten de "hoefijzer").

Tot nu toe heb ik in dit artikel beschreven wat zichtbaar licht is, wat kleur is en hoe wij mensen kleur waarnemen. Ook hoe kleur gemaakt kan worden is behandeld. En tenslotte de verschillende kleurruimtes. Noodzakelijke basis om kleur en hoe camera's, afdrukcentrales en computerschermen ermee om gaan te begijpen. Het verklaart echter nog maar voor een deel waar het fout kan gaan met kleur, namelijk bij verkeerd gebruik van een kleurruimte: AdobeRGB gebruiken terwijl de printer dat niet begrijpt, maar er is veel meer.
Mijn conclusie, en de conclusie van heel veel fotografen die hiermee bezig zijn, is:

Conclusie: Ga vandaag nog AdobeRGB gebruiken. 

Niet iedereen denkt er zo over, o.a. Ken Rockwell  professioneel fotograaf en vermaard blogger uit de USA, zweert bij sRGB. Er zijn voor hem twee redenen om dat te vinden. De belangrijkste is dat er geen zichtbaar verschil optreed bij gebruik van AdobeRGB. De tweede reden is dat alle apparaten in sRGB werken, dus hiermee voorkom je problemen. En hij gaat nog verder door te claimen dat de weergave in sRGB feitelijk beter is. Ik kan de claim niet beoordelen, maar voor een grondig artikel als dit wilde ik het toch noemen.

Ik ben nadat iemand mij hierop gewezen heeft overgestapt op AdobeRGB. 1 x veranderen in de camera settings en in Photoshop en klaar is kees. Ik heb er verder nooit meer bij stilgestaan. Door mij gebruikte afdrukcentrales (o.a. www.profotonet.nl) snappen beide. Maar ook een fotoboek dat ik door de Hema heb laten maken ging goed en ook foto's geprint bij een zuil in de winkel. Dus hoewel Ken Rockwell aanraadt om alleen AdobeRGB te gebruiken als je echt weet waar je mee bezig bent raad ik het iedereen aan, ik heb er zelf nooit nadelen van ondervonden. Maar een gewaarschuwd mens telt voor twee. Ik raad wel aan om voordat je foto's laat afdrukken te achterhalen wat de vereisten zijn en of een bepaalde kleurruimte een probleem is.

Belangrijk: gebruik overal dezelfde kleurruimte om problemen te voorkomen. 

Stel in Photoshop of een ander fotobewerkingsprogramma dit dan ook direct in. Als ik Photoshop Bridge open (de RAW converter) staat er een regel onder de foto met de huidige workflow opties. Door hierop te klikken kunnen die gewijzigd worden.

De workflow opties in Adobe Bridge. Selecteer AdobeRGB en 16 bits
De overige instellingen zijn cameraspecifiek, in dit geval voor mijn Nikon D90.

Dan de kleurdiepte, dat wil zeggen hoeveel bits kleur gebruik ik. Op de D90 is dat makkelijk, dat is altijd 12 bits (in RAW). De D300s echter biedt meer mogelijkheden, hier kan een keuze gemaakt worden tussen 12 en 14 bits kleurdiepte. 14 bits is beter maar het heeft ook een nadeel, de burst mode wort er een heel stuk langzamer van. In 12 bits kan de camera 7 foto's per seconde maken, in 14 bits nog maar 2,5. En dat gaat me te ver, dus hij staat op 12 bits. Ik zou liever 14 bits gebruiken en als ik dan overschakel naar snel achter elkaar foto's maken overgaan naar 12 bits, maar dit gaat niet, het zit in een menu verstopt en dat duurt te lang. Voor studiowerk e.d. kan 14 bits natuurlijk prima. Nieuwere camera's, althans van Nikon, maken geen onderscheid meer in snelheid bij 12 of 14 bits, en dat zou voor mij zeker 14 bits betekenen.

De oplettende lezer zal concluderen dat ik het probleem uit het begin van dit artikel nog niet heb opgelost. Ik heb een boel uitgelegd, maar ik gebruikte altijd al dezelfde kleurruimte, namelijk AdobeRGB en toch ging het mis. Hiervoor moeten we echter in de wereld van de kleurechte schermen en de kalibratie duiken. Dat is voor een volgende keer.

Bedankt voor het lezen,

Robert van Brug

1 opmerking:

  1. te. 14 bits is beter maar het heeft ook een nadeel, de burst mode wort (wordt)

    BeantwoordenVerwijderen