Dit artikel over kleuren op een computerscherm is een aanvulling op hoofdstuk 6. Sensorische ergonomie uit deel 2a van het boek Productergonomie.
Onderwerpen zijn: kleurmenging, gammacorrectie, schermkleuren en de beoordeling van visuele schermkwaliteiten.
Kleurmenging
Op een computer- of televisiescherm wordt gewerkt met de drie kleuren rood, groen en blauw. De menging is additief. Bij een gedrukte afbeelding zijn de basiskleuren cyaan, magenta en geel. Dit is subtractieve menging.
Om een kleur weer te geven zijn dus drie parameters nodig. Voor additieve menging RGB, voor subtractieve menging CMY (Y van yellow), zie figuur 1. Op een computerscherm kan elke parameter een waarde aannemen van 0 t/m 255, wat leidt tot 2563 = 16.777.216 verschillende kleuren.
De conversie van RGB naar CMY is in principe vrij simpel, want R+C=256, G+M=256 en B+Y=256. Ee meeste printers gebruiken daarnaast ook inkt in een vierde kleur, zwart (afgekort met een K). Hiervoor zijn twee redenen: het mengsel van cyaan, magenta en geel levert met de bestaande inktsoorten geen fraaie kleur zwart, en zwart is erg vaak nodig. Daarbij zou het onvoordelig zijn deze kleur steeds door menging samen te stellen.
Een andere wijze van parametrisering is met tint, helderheid en verzadiging. De Engelse afkorting is HLS van hue, lightness en saturation. De helderheid is een gewogen som van rood, groen en blauw: L=0,30*R + 0,59*G + 0,11*B. Deze weging houdt verband met de gevoeligheid van het oog. De tint en de verzadiging worden bepaald met de sinusfunctie (L-B)*sin t + (L-G)*cos t. De tint is de fase van deze functie. Deze is 0° voor zuiver rood, 120° voor zuiver groen en 240° voor zuiver blauw. De verzadiging is de amplitude van de sinusfunctie.
Figuur 1. Verschillende parameters om een kleurtint te definiëren
Gammacorrectie
Om afbeeldingen, en dus kleuren, zichtbaar te maken op een scherm worden de digitale RGB-waarden omgezet in een bepaalde analoge spanning per pixel. De spanning bepaalt de lichtintensiteit: hoe hoger de spanning, des te helderder de kleur.
De relatie tussen spanning (Volt) en lichtintensiteit is echter niet lineair, waardoor de kleuren op het scherm in een bepaald bereik donkerder worden weergegeven dan bedoeld. Daardoor zijn de verhoudingen van lichtintensiteit in de afbeelding uit balans. Dit wordt gammafout genoemd. Deze kan worden voorkómen door een bepaalde correctie toe te passen op de analoge spanning. Dit wordt gammacorrectie genoemd.
De benodigde gammacorrectie verschilt per type scherm en kan hardware- of softwarematig worden uitgevoerd. In sommige beeldbewerkingsprogramma’s kan de gammacorrectie van afbeeldingen worden aangepast. Gammacorrectie verandert niet alleen de verhouding van lichtintensiteit (het contrast) in de afbeelding, maar ook de verhouding tussen rood, groen en blauw.
De volgende formule wordt zowel gebruikt om het effect van de gammafout te berekenen als om de gammacorrectie te berekenen:
Waarbij
Vout = gecorrigeerde spanning [V]
Vin = oorspronkelijke spanning [V]
A = een constante
gamma = gamma (sorry het programma wil de griekse letter hier niet weergeven)
Met deze formule kunnen signalen gecodeerd of gedecodeerd worden, afhankelijk van de waarde van de gamma.
Een gammawaarde kleiner dan 1 wordt in het Engels soms een encoding gamma genoemd, het proces van coderen heet dan ‘gammacompressie’.
Een gammawaarde groter dan 1 wordt in het Engels soms een decoding gamma genoemd, het proces van coderen heet dan ‘gamma-expansie’.
De benodigde gammacorrectie verschilt per type scherm. Bij een kathodestraalbuis (ouderwets beeldscherm) bijvoorbeeld, is de gammawaarde voor het decoderen 2,2. Door deze correctie wordt de relatie tussen spanning en lichtintensiteit op het scherm weer lineair, zodat de afbeelding correct wordt weergegeven, zie figuur 2.
Figuur 2. Gammafout (links) plus gammacorrectie (midden) is gecorrigeerd signaal (rechts). Naar Sinnaeve (2008).
Schermkleuren
Het menselijk oog kan miljoenen verschillende kleuren onderscheiden.
De eerste kleurenbeeldschermen definiëerden een kleur met 8-bits en konden daardoor slechts 256 kleuren weergeven. Voor deze schermen werden er in het begin van het internet-tijdperk 216 ‘web-safe colours’ afgesproken, deze konden (theoretisch) door iedere computer met kleurenscherm goed worden weergegeven.
De stap naar 16-bits kleurendiepte verbeterde de kleurprestatie aanzienlijk met 64.536 mogelijke kleuren. Dat lijkt veel, maar toen later met 24-bits kleurendiepte wel 16,8 miljoen kleuren beschikbaar kwamen, was dat een zichtbare verbetering. Alle kleurenschermen kunnen tegenwoordig 24-bits kleur aan. Er is ook ‘32-bits kleur’, deze heeft evenveel kleuren als 24-bits en gebruikt de overige bits voor bepaalde visuele effecten bij video en games.
Bij een LCD-scherm bestaat één gekleurde pixel uit drie sub-pixels: rood, groen en blauw. Door variatie van het toegepaste voltage kan de intensiteit van iedere subpixel variëren in 256 gradaties. Combinatie van de intensiteiten van de drie subpixels levert een palet op van bijna 16,8 miljoen kleuren (= 256 * 256 * 256) per pixel.
Retina-scherp
Apple’s retina-display is een LCD-display met pixels die zo klein zijn dat ze op de juiste afstand door een oog met een visus van 1,0 (of 20/20) niet meer als punt te onderscheiden zijn. Dat wil zeggen dat de kijkhoek om een pixel te zien kleiner is dan 1 boogminuut. Het beeld komt daardoor net zo scherp over als de werkelijkheid.
Telefoons, tablets en computers worden op verschillende kijkafstanden gebruikt. De kijkhoek is mede afhankelijk van de afstand, vandaar dat het aantal pixels van het retina-display per soort apparaat verschilt. De iPhone heeft voor een kijkafstand van 12-15 inch 326 pixels per inch (ppi), de iPad met retina-display heeft voor een kijkafstand van 15-18 inch slechts 240 ppi nodig, maar heeft 264 ppi.
Het retina-display is briljant gemarket. Hoewel de verbeterde schermresolutie de meeste aandacht krijgt, is de verbeterde kleursaturatie van het scherm evenzeer verantwoordelijk voor de ‘wow-factor’ (Soneira, 2012).
Beoordeling van visuele schermkwaliteiten
Op welke wijze kleur op een beeldscherm ervaren wordt, hangt af van veel factoren die soms ook met elkaar interacteren. De visuele kwaliteiten van verschillende schermen kunnen aan de hand van de volgende aspecten beoordeeld worden (Soneira, 2012):
- Scherpte: schermresolutie, aantal pixels per inch, afstand tot het scherm, kleurdiepte (in bits) en schermtechnologie.
- Schermreflectie: gemiddelde schermreflectie (bij licht van alle kanten) en spiegelreflectie (percentage weerkaatst licht).
- Helderheid en contrast: maximale helderheid (maximale luminantie voor wit), donkerniveau bij maximale helderheid, contrastverhouding (relevant bij weinig omgevingslicht), beoordeling van contrast (bij veel omgevingslicht) en leesbaarheid van het scherm bij helder licht.
- Kleur en intensiteit: kleurtemperatuur van wit licht, kleurengamma, dynamisch contrast van de achtergrondverlichting, intensiteitsschaal en beeldcontrast (de intensiteitsschaal bepaalt welk beeldcontrast nodig is voor accurate beeldreproductie) en de gammacorrectie.
- Eigenschappen onder een kijkhoek van 30°: vermindering van helderheid, contrastverhouding, kleurverschuiving van primaire kleuren en kleurverschuiving van gemengde kleuren.
Met deze factoren moet rekening gehouden worden bij ontwerpen van een product met een scherm.
Literatuur
Sinnaeve, T., 2008. Gamma correctie voorbeeld.
Soneira, R.M., 2012. New iPad Display Technology Shoot-Out.
