Τι είναι το RGB: Πώς Τρία Χρώματα Γίνονται 16,7 Εκατομμύρια

Οι σύγχρονες οθόνες υπολογιστών μπορούν να εμφανίσουν 16,7 εκατομμύρια χρώματα, περισσότερα απ' όσα μπορεί να αναγνωρίσει το ανθρώπινο μάτι. Και όμως, όλα αυτά τα χρώματα παράγονται από το συνδυασμό τριών βασικών χρωμάτων: Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε. Δείτε τι είναι το RGB και πως λειτουργούν οι οθόνες σε τηλεόραση, κινητό, και υπολογιστή.

Τι είναι το χρώμα

Όσο κι αν ακούγεται περίεργο, το χρώμα αντικειμενικά δεν υπάρχει. Δεν είναι κάποια ιδιότητα των αντικειμένων, κανένα αντικείμενο δεν “έχει” κάποιο χρώμα.

Αυτό που αποκαλούμε “χρώμα” είναι ένα περιορισμένο μέρος του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που περιλαμβάνει από το σήμα του ραδιοφώνου και της τηλεόρασης  μέχρι τις ακτίνες Χ και τις ακτίνες Γάμμα.

Το ορατό φάσμα του φωτός έχει μήκος κύματος από 400 νανόμετρα (nm), που είναι το ιώδες, μέχρι 700nm που είναι το κόκκινο.

Το φως, από τον ήλιο ή από τεχνητές πηγές, συνήθως αποτελείται από ένα εύρος συχνοτήτων. Όταν το φως πέφτει πάνω σε κάποιο αντικείμενο, το αντικείμενο αυτό απορροφά μέρος των συχνοτήτων, και αντανακλά τις υπόλοιπες.

Οι συχνότητες αυτές, όταν πέφτουν στο ανθρώπινο μάτι, επηρεάζουν συγκεκριμένα κύτταρα και ο εγκέφαλος αντιλαμβάνεται την πληροφορία των συχνοτήτων ως ένα συγκεκριμένο χρώμα.

Έτσι, ένα πράσινο αντικείμενο είναι ένα αντικείμενο που απορροφά όλες τις ακτινοβολίες εκτός από αυτές που είναι στο φάσμα του πράσινου, που έχουν μήκος κύματος από 520 έως 560 νανόμετρα.

Τα μαύρα αντικείμενα, απορροφούν (σχεδόν) όλες τις συχνότητες. Τα λευκά αντικείμενα, αντανακλούν (σχεδόν) όλες συχνότητες του ορατού φωτός. Γι' αυτό και αν φοράμε μαύρα στον ήλιο ζεσταινόμαστε περισσότερο, ενώ αν έχουμε ένα λευκό αμάξι είναι ελαφρώς πιο δροσερό το καλοκαίρι από ένα μαύρο.

Σε πλήρη και απόλυτη έλλειψη φωτός, κανένα αντικείμενο δεν έχει κανένα χρώμα.

Πως αντιλαμβάνεται το μάτι τα χρώματα

Ο αμφιβληστροειδής του ανθρώπινου ματιού αποτελείται από δεκάδες εκατομμύρια νευρικά κύτταρα. Κάποια από αυτά, που αριθμός τους βρίσκεται περίπου στα 7 εκατομμύρια, είναι υπεύθυνα για την αίσθηση των χρωμάτων. Η ονομασία αυτών των νευρικών κυττάρων είναι κωνία (cone cells).

Σύμφωνα με την τριχρωματική θεωρία, έχει αποδειχθεί πως τα κωνία χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:

• Τα κωνία τύπου S (Short) αντιδρούν καλύτερα στο μικρό μήκος κύματος, στα 420nm, που αντιστοιχεί στο Μπλε, συγκεκριμένα την απόχρωση Ultramarine, που μεταφράζεται σαν βαθύ γαλάζιο.
• Τα κωνία τύπου M (Medium) ανταποκρίνονται σε μήκος κύματος 530nm, που αντιστοιχεί στο Πράσινο σμαραγδί
• Τα κωνία τύπου L (Long) που είναι ευαίσθητα σε μήκος κύματος 560nm, που είναι το Κόκκινο τύπου Vermillion.

Αυτά τα τρία χρώματα, λοιπόν, Κόκκινο, Πράσινο, και Μπλε, ονομάζονται βασικά χρώματα. Το ανθρώπινο μάτι μπορεί να αντιληφθεί περίπου επτά εκατομμύρια διαφορετικά χρώματα από συνδυασμούς των τριών παραπάνω χρωμάτων.

Ταυτόχρονα, η ελλιπής ανάπτυξη και λειτουργία των κωνίων είναι η αιτία της αχρωματοψίας, η οποία επηρεάζει με κάποια μορφή ένα σημαντικό ποσοστό του πληθυσμού. 8% των ανδρών και το 0,4% των γυναικών έχει κάποια μορφή αχρωματοψίας ή δυσχρωματοψίας. Ανάλογα με τα κωνία που πάσχουν περισσότερο, υπάρχουν διαφορετικά είδη διαταραχών, που επηρεάζουν την αντίληψη συγκεκριμένων χρωμάτων.

Αξίζει να σημειωθεί πως υπάρχουν ζωικά είδη με περισσότερα είδη από κωνία. Συγκεκριμένα, ένα είδος οστρακόδερμου που ονομάζεται Mantis Shrimp διαθέτει 16 είδη κωνίων, 12 για το διαχωρισμό χρώματος, και τα υπόλοιπα για φιλτράρισμα.

Τα μάτια του Mantis Shrimp μπορούν να δουν ακτινοβολίες που είναι αόρατες για τον άνθρωπο, όπως η υπέρυθρη ακτινοβολία, υπεριώδη ακτινοβολία, και το πολωμένο φως, και μπορούν να αντιληφθούν χρώματα που δεν μπορούμε καν να φανταστούμε.

Τι είναι το χρωματικό μοντέλο RGB και γιατί δημιουργήθηκε

Όπως είναι εμφανές από τα παραπάνω, το χρώμα είναι εντελώς υποκειμενικό. Μάλιστα, έχει αποδειχθεί πως το μάτι κάθε ανθρώπου έχει διαφορετική αντίληψη για κάθε χρώμα.

Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την ανάγκη για τυποποίηση των χρωμάτων, δηλαδή κάθε χρώμα να αντιπροσωπεύεται από μια αυστηρά καθορισμένη μαθηματική τιμή.

Βασισμένα σε αυτές τις τιμές, τα υπολογιστικά συστήματα είναι ικανά να εμφανίσουν πληθώρα χρωμάτων σε κάθε ξεχωριστό εικονοστοιχείο (pixel) της οθόνης, σχηματίζοντας την τελική εικόνα.

Ανάλογα με τον τρόπο που υπολογίζονται αυτές οι τιμές, γίνεται και η χρήση διαφορετικού χρωματικού μοντέλου, των οποίων κυριότερα είναι το RGB και το CMY ή CMYK.

Το RGB είναι το χρωματικό μοντέλο που αφορά τις οθόνες. Το CMY ή CMYK είναι το χρωματικό μοντέλο για συσκευές εκτύπωσης, και θα αναλύσουμε σε επόμενο οδηγό τις διαφορές που έχει η οθόνη με τον εκτυπωτή στη σύνθεση του χρώματος.

Τι είναι το χρωματικό μοντέλο RGB

Όπως προαναφέραμε, τα βασικά χρώματα που αντιλαμβάνεται το μάτι είναι το Κόκκινο (Red), το Πράσινο (Green), και το Μπλε (Blue), και με το συνδυασμό αυτών ο άνθρωπος αντιλαμβάνεται μέχρι επτά εκατομμύρια διαφορετικές αποχρώσεις.

Ήταν λογικό λοιπόν τα Red, Green, Blue να είναι η βάση για την παραγωγή χρώματος από οποιαδήποτε οθόνη. Και ο κατάλληλος συνδυασμός τους, όχι μόνο μπορεί να παράγει όλα τα χρώματα που μπορεί να δει ο άνθρωπος, αλλά πολλαπλάσιο αριθμό.

Ο τρόπος που παράγεται το τελικό χρώμα είναι απλός . Όταν η οθόνη δεν εκπέμπει φως γίνεται μαύρη. Από εκεί και πέρα, ορίζεται σε κάθε ένα από τα τρία βασικά χρώματα μια τιμή, η οποία ορίζει την ένταση του κάθε χρώματος.

Ανάλογα με το πόσες τιμές μπορεί να έχει το κάθε χρώμα, εξαρτάται πόσα χρώματα μπορεί να παράγει συνολικά η οθόνη. Αυτό ονομάζεται βάθος χρώματος, και εκφράζεται σε bit.

Τι είναι το βάθος χρώματος

Οι πρώτοι έγχρωμοι υπολογιστές με υποστήριξη VGA υποστήριζαν 8-bit χρώμα. Δηλαδή, η πληροφορία για όλα τα χρώματα αποθηκευόταν σε συνολικά 8bit δεδομένων.

Με βάση το δυαδικό σύστημα, με 8bit μπορούν να παραχθούν μέχρι 256 αριθμοί (2⁸). Κατ' επέκταση, μια κάρτα γραφικών και μια οθόνη που υποστηρίζει 8bit βάθος χρώματος, μπορεί να εμφανίσει το πολύ 256 χρώματα.

Σήμερα, όλες πρακτικά οι οθόνες και οι κάρτες γραφικών υποστηρίζουν χρώμα 24-bit, που αφιερώνει 8bit για το κάθε χρώμα. Έτσι, κάθε ένα από τα R, G, B μπορεί να πάρει 256 διαφορετικές τιμές, από το 0 μέχρι το 255.

• Κόκκινο = (255,0,0)
• Πράσινο = (0,255,0)
• Μπλε = (0,0,255)
• Μαύρο = (0,0,0)
• Άσπρο = (255,255,255)

Με το βάθος χρώματος 24-bit στο RGB, ανεβαίνει εκθετικά ο συνολικός αριθμός από χρώματα που μπορούν να απεικονιστούν. Κάθε χρώμα έχει 2⁸ αποχρώσεις, και όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί με τα τρία χρώματα είναι 2²⁴, ή αλλιώς 16.777.216 διαφορετικά χρώματα. Περισσότερα από τα διπλάσια απ' όσα μπορεί να αντιληφθεί το μάτι.

Όταν και τα τρία χρώματα έχουν την ίδια τιμή, διαφορετική από μηδέν ή 255, έχουμε μια απόχρωση του γκρι.

Από εκεί και πέρα, κάθε χρώμα που μπορούμε να φανταστούμε εκφράζεται με ένα συνδυασμό αριθμών.

Για να παράγουμε αυτά τα χρώματα, χρησιμοποιήσαμε τη ζωγραφική των Windows, και κάναμε κλικ στην επεξεργασία χρωμάτων.

Κάθε πρόγραμμα που αφορά τη ζωγραφική ή τη γραφιστική μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε τα δικά μας χρώματα, εισάγοντας χειροκίνητα τις κατάλληλες τιμές.

Η εφαρμογή του RGB στην τεχνολογία

Οποιαδήποτε τεχνολογία χρησιμοποιεί το χρώμα, εκμεταλλεύεται τις βασικές αρχές του RGB.

Εφαρμογή στη φωτογραφία

Η πρώτη χρήση του RGB στην φωτογραφία πραγματοποιήθηκε το 1861 από τον James Clerk Maxwel, τον φυσικομαθηματικό που θεμελίωσε, μεταξύ άλλων, τη θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Η τεχνική που χρησιμοποίησε, ήταν η λήψη τριών διαφορετικών στιγμιοτύπων της ίδιας εικόνας, που στο καθένα χρησιμοποιούσε διαφορετικό φιλτράρισμα, ώστε το καθένα να είναι ευαίσθητο σε ένα από τα τρία βασικά χρώματα. Τέλος, τα ένωνε σε ένα τελικό στιγμιότυπο.

Στις σύγχρονες φωτογραφικές μηχανές, ακολουθείται η ίδια τακτική. Το φιλτράρισμα έχει αντικατασταθεί από αισθητήρες φωτός και ανάλογα με την ακτινοβολία φωτός, που δέχονται αντιλαμβάνονται το ποσοστό ύπαρξης του κόκκινου, πράσινου και μπλε. Έτσι δημιουργείται η σωστή απόχρωση σε κάθε εικονοστοιχείο και στην συνέχεια η σωστή σύνθεση όλης της φωτογραφίας.

Εφαρμογή στην τηλεόραση

Η διαφορά της χρήσης του RGB στην τηλεόραση από την φωτογραφία, είναι ότι η ψηφιακή φωτογραφική μηχανή κάνει πρόσληψη του φωτός και το μετατρέπει σε ψηφιακή πληροφορία, ενώ η τηλεόραση κάνει το αντίστροφο, δέχεται την ψηφιακή πληροφορία και τη μετατρέπει σε φως και χρώμα. Οι βασικές αρχές του RGB όμως ισχύουν με τον ίδιο τρόπο.

Η τηλεόραση δέχεται μέσα από την κεραία σήματα σε δυαδική μορφή (δηλαδή 0 και 1). Μέρος αυτού του σήματος είναι υπεύθυνο για την μετάδοση των δεδομένων που αφορούν τα χρώματα. Έτσι στην συσκευή φτάνει μια τιμή για το κόκκινο, μία για το πράσινο και μία για το μπλε.

Μετά από την κατάλληλη επεξεργασία, παρουσιάζεται το αντίστοιχο χρώμα στο εικονοστοιχείο για το οποίο προοριζόταν.

Παρ’ όλο που οι όλοι οι τύποι τηλεοράσεων χρησιμοποιούσαν και χρησιμοποιούν το RGB ως χρωματικό μοντέλο, διαφέρουν στο τρόπο με το οποίο το υλοποιούν. Αναλυτικότερα:

Οι CRT τηλεοράσεις παράγουν εικόνα χρησιμοποιώντας ηλεκτρόνια, κατευθυνόμενα από ηλεκτρομαγνήτες σε μια γυάλινη επιφάνεια με επίστρωση φωσφόρου.

Τα ηλεκτρόνια πέφτουν με μεγάλη ταχύτητα πάνω στα μόρια του φωσφόρου και τα αναγκάζουν να παράγουν φως.

Οι Plasma τηλεοράσεις επιτυγχάνουν την προβολή εικόνας με την χρήση τριών μικροσκοπικών λαμπτήρων φθορισμού, που θερμαίνουν ένα αέριο μέχρι να φτάσει στην κατάσταση του πλάσματος.

Η κάθε μία λάμπα αντιστοιχεί σε ένα από τα τρία χρώματα του RGB. Ανάλογο με το πόσο έντονα φωτίζει η κάθε μια παράγεται και το κατάλληλο χρώμα από το συνδυασμό τους.

Οι LCD τηλεοράσεις χρησιμοποιούν μια άλλη πιο αποδοτική τεχνολογία βασισμένη σε αυτή των Plasma. Χρησιμοποιούν και αυτές λάμπες φθορισμού που παράγουν λευκό φως.

Η διαφορά είναι ότι από πάνω τους βρίσκεται ένα στρώμα υγρών κρυστάλλων, οι οποίοι ανοιγοκλείνουν με μεγάλη ταχύτητα, μπλοκάροντας ελεγχόμενα το φως, ενώ με τα κατάλληλα φίλτρα μπλοκάρουν τις κατάλληλες συχνότητες για να εμφανιστεί το κατάλληλο χρώμα.

Οι τηλεοράσεις LED διαφέρουν μόνο ως προς τον τύπο της λάμπας που παράγει το φως, που είναι LED αντί για φθορισμού. Κατά τ' άλλα, λειτουργούν ακριβώς όπως οι LCD, δεν έχουν καμία διαφορά.

Εφαρμογή σε υπολογιστικά συστήματα

Οι πρώτοι υπολογιστές ήταν ασπρόμαυροι ή μονοχρωματικοί και δεν χρησιμοποιούσαν το χρωματικό μοντέλο RGB.

Το RGB παρουσιάστηκε το 1981, αλλά η ευρεία χρήση του ξεκίνησε με την εμφάνιση της θύρας και του καλωδίου Video Graphics Array (VGA) το 1987.

Μετά την εμφάνισή του, γινόταν όλο και πιο δημοφιλές από άλλους τρόπους προτυποποίησης χρωμάτων. Στις μέρες μας, είναι ένα από τα κυρίαρχα χρωματικά μοντέλα, καθώς έχει τεράστιες δυνατότητες και εύκολη χρήση

Το πρόβλημα με τους εκτυπωτές

Όπως αναφέραμε παραπάνω, οι εκτυπωτές χρησιμοποιούν το χρωματικό μοντέλο CMYK ενώ οι οθόνες το RGB. Έτσι υπήρξε η ανάγκη ύπαρξης αντιστοίχησης μεταξύ των δύο αυτών μοντέλων.

Το πρόβλημα είναι πως υπάρχουν χρώματα τη οθόνης που είναι αδύνατο να αποδοθούν σε μια εκτύπωση. Για να περιοριστεί αυτό το πρόβλημα, είναι απαραίτητα η χρήση φωτογραφικών μελανιών για να αποδοθεί η εικόνα μιας υψηλής ανάλυσης οθόνης, και ταυτόχρονα ο περιορισμός των χρωμάτων που θα χρησιμοποιηθούν ψηφιακά.

Επιπλέον, για τους επαγγελματίες γραφίστες και σχεδιαστές είναι απαραίτητο το color calibration . Δηλαδή η ρύθμιση της οθόνης, ώστε να υπάρχει όσο γίνεται μεγαλύτερη αντιστοιχία μεταξύ οθόνης και εκτυπωτή. Αυτή η διαδικασία εκτελείται από ειδικά προγράμματα και εξοπλισμό.

Οι πολύ ακριβές επαγγελματικές οθόνες έχουν προηγμένες δυνατότητες calibration και δικό τους εξοπλισμό..

Έχετε απορίες σχετικά με το RGB και τα χρωματικά μοντέλα?

Είναι αναμφισβήτητος ο ρόλος του χρωματικού μοντέλου RGB στην σημερινή τεχνολογία, αφού η απεικόνιση ψηφιακών εικόνων βασίζεται εξ ολοκλήρου σε αυτό. Αν έχετε περισσότερες απορίες, ή κάτι δεν σας ήταν ξεκάθαρο, γράψτε μας στα σχόλια.