Warna RGB dan Hubungannya dengan Sistem Penglihatan Manusia.

RGB Color Model

Istilah RGB sangat umum dalam dunia elektronik, komputer dan desain grafis. RGB adalah model warna populer yang terdiri dari 3 elemen warna dasar, yaitu red green blue. Pencampuran diantara ketiganya bisa menghasilkan warna-warna lain yang hampir tak terbatas.

Pernahkah anda penasaran kenapa RGB sangat populer? Diantara banyak warna yang ada, apa istimewanya merah, hijau dan biru hingga dipilih jadi warna dasar? Ternyata hal ini menarik disimak karena berkaitan dengan cara kerja sistem penglihatan manusia.

Warna adalah topik yang cukup kompleks. Disini kami mereferensi berbagai sumber, memahami pelan2 lalu menulis artikel dengan bahasa yang mudah dipahami. Untuk sharing dengan anda. Mari mulai kita telaah dari hal mendasar

Apa Sih Sebenarnya Warna Itu?

Ini adalah hal berkaitan dengan salah satu panca indera manusia yang peka terhadap cahaya, yaitu mata.

Warna pada dasarnya adalah persepsi yang ditangkap oleh manusia, alias yang diproses oleh otak berdasarkan informasi yang diperoleh oleh retina.

Jadi apa yang ditangkap oleh retina?

Jawabnya: Gelombang elektromagnetik. Wow, serius?, benarkah.

Iya. radiasi elektromagnetik adalah bentuk energi yang ada di sekitar kita. mereka ada dimana2. dan dalam bentuk yang beragam pula. Cahaya matahari, gelombang radio, sinyal wifi, sinyal 4G, sinar X, gelombang microwave, sinar gamma, dll. Semua adalah radiasi elektromagnetik.

kenapa bisa berbeda-beda wujudnya?. Itu karena radiasi elektromagnetik ini pada dasarnya berupa gelombang. Yang namanya gelombang, karakteristiknya bisa bervariasi. panjang gelombang dan frekuensi nya bisa berbeda2. ada yang sekian hertz, ada yang panjang gelombangnya sekian2.

Sehingga kita mengenal ada gelombang radio, gelombang mikro, sinar-X, sinar matahari, dll yang kesemuanya pada dasarnya adalah variasi bentuk radiasi elektromagnetik. 

Nah manusia dikaruniai indera mata dengan retina yang bereaksi terhadap gelombang dengan panjang gelombang tertentu. range gelombang elektromagnetik yang ditangkep mata ini biasa disebut dengan cahaya tampak (visible light). 

Gelombang2 diluar sepesfikasi itu tidak ‘terlihat’ oleh manusia, karena kalaupun ketika mereka berhasil mencapai retina, retina tidak bereaksi dan tidak diproses lebih lanjut.

Seperti halnya manusia ga bisa ‘melihat’ atau merasakan sinyal radio.

Karena Panca indera manusia memang ga sanggup medeteksi.

Namun Karena manusia cerdas, mereka menemukan cara untuk mendeteksi sesuatu yang tidak terlihat ini. Mempelajari  fenomena gelombang elektromagnetik ini, memanipulasinya dan memanfaatkannya sehingga berguna di kehidupan sehari2.

Inilah teknologi dibalik siaran radio, televisi, sinyal WIFI, jaringan 4G, dimana bisa untuk mengirimkan informasi tanpa kabel (wireless). bidang medis seperti ronsen/X-ray dan laser, peralatan rumah tangga microwave, dll.

berbagai alat dengan sinyal elektromagnetik

Oh iya gelombang2 tertentu juga bisa membahayakan manusia seperti radiasi ultaviolet.

Bagaimana Retina dan Otak Memproses Gelombang?

Ok balik lagi ke gelombang elektromagnetik yang ditangkep oleh mata manusia. 

Dalam range gelombang tertentu yang bisa dideteksi mata, manusia mendapatkan persepsi warna yang berbeda2. sehingga mereka mengenal dan menamai warna-warna seperti merah, jingga kuning, biru ungu, dll.

Cahaya yang masuk mata mencapai retina. Organ retina terdiri jutaan sel photoreseptors yang sensitif cahaya. disebut sel batang dan sel kerucut. 

Sel batang sensitif terhadap intensitas cahaya (brightness) alias terang gelap.

Sel kerucut adalah reseptor warna, berbeda dengan sel batang, sel kerucut memiliki variasi 3 jenis yang berbeda, dan masing2 sensitif terhadap panjang gelombang radiasi elektromagnetik tertentu.

Berdasarkan sifatnya tersebut, 3 jenis sel kerucut tersbut masing-masing dinamakan S, M, L, alias short, medium, long. (pendek, sedang dan panjang, kek ukuran baju ya ). 

Diagram responsifitas sel kerucut S,M,L berdasarkan spektrum warna.
Diagram responsifitas sel kerucut S,M,L berdasarkan spektrum warna. Klik untuk image aslinya. Sumber: Wikipedia

semua jenis sel kerucut S, M, L ini merespon radiasi elektromagnetik dengan panjang gelpmbang yang berbeda2. 

Diagram diatas diambil dari wikipedia yang menunjukkan tingkat kemampuan sel kerucut dalam mendeteksi spektrum warna. Kalo anda perhatikan yang S peka terhadap cahaya biru, namun juga sedikit hijau.

yang M paling peka di daerah hijau, namun juga sedikit peka merah dan biru.

L selain berada di area merah juga mengcover biru dan hijau, rangenya berdekatan dengan M. bahkan puncak dari L ada di daerah antara hijau dan kuning.

Ini artinya 3 jenis kerujut ga bisa serta merta dipetakan dalam 3 warna R,G,B. karena banyak daerah yang saling overlap. Misal Warna kayak hijau kebiruan bisa ditangkap oleh ke 3 sel kerucut, walaupun dalam kepekaan yang berbeda2.

Manusia Adalah Trikromat

Sistem mata manusia dimana mata memiliki 3 jenis sel kerucut sehinngga memiliki kemampuan membedakan 3 channel warna yang berbeda ini disebut dengen istilah trikromasi (Trichromacy).

dari seberapa banyak intensitas cahaya2 yang diterima ketiga jenis sel kerujut ini diteruskan lewat sistem syaraf, hingga nyampe otak. otak akan mempersepsikan warna. Nah kombinasi dari ketiga warna tersebut akan direpresentasikan berbagai warna2 yang kaya. 

misal kombinasi cahaya merah dan hijau akan diterima otak sebagai warna kuning. banyaknya variasi warna berasal dari perbedaan intensitas diantara 3 cahaya R,G,B yang masuk dan diterima sensor mata.

Warna red, green, blue dasar diproyeksikan ke dinding
Sumber: Wikipedia

Pehatikan jika 3 warna red, green, blue dasar diproyeksikan ke dinding, campuran dari ketiganya akan meberikan warna warni yang berbeda. Menjadikan ada warna-warna lain seperti kuning, pink, oranye, magenta, dll.

Jadi bisa dibilang sistem 3 warna dasar RGB ini dimodelkan dari cara kerja mata manusia dalam menginterpretasikan warna.

Wow keren juga ya ternyata.

Mengapa Benda-benda yang Kita Lihat Memiliki Warna Berbeda?

Ketika cahaya mengenai permukaan benda, gelombang tersebut ada sebagian yang terserap. Ada sebagian yang terpantulkan, karna material benda berbeda-beda. Cahaya yang terpantulkan oleh benda tersebut intensitasnya berubah.

Ketika orang memandang tanaman di siang hari. Jadi kira2 gini yang terjadi:

Ada sumber cahaya (misal sinar matahari) yang mengenai tanaman. permukaan daun2 menyerap sebagian dan memantulkan sebagian gelombang elektromagnetik tersebut, masuk mata. Diproses retina, dari range yang bisa diterima retina, panjang gelombang tengah (range hijau) dominan. Otak memproses dan kita mempersepsikan daun itu berwarna, yang kita kenal dengan hijau.

Warna-warna Adalah Kesepakatan Bersama

Daun itu hijau, langit itu biru. Ban mobil hitam.

Manusia mendapatkan persepsi yang seragam ketika memandang benda-benda itu. Mereka menamai warna-warna itu di bahasa mereka sendiri. Kita menyebut hijau, orang inggris menyebut green.

Kelainan Buta Warna

Di kasus tertentu, kadang ada sedikit kelainan atau mutasi pada manusia yang berkaitan dengan kemampuan memproses dan membedakan warna. Hal ini disebut buta warna, Bisa sebagian bisa total. Dan hal ini cukup umum, terutama pada laki-laki. Sekitar 8% dari laki2 adalah buta warna. Mereka mempersepsikan warna dengan berbeda.

Bagaimana dengan hewan?

Sekarang kita mengetahui sistem penglihatan manusia, dimana manusia memiliki kemampuan membedakan 3 channel warna yang berbeda atau trikromat. Bagaimana dengan hewan?

Hewan2 memiliki sistem sistem visual yang beragam. ada yang trikromat seperti manusia, misal jenis primata. Kemudian kebanyakan burung dan beberapa jenis ikan adalah tetrakromat. Yang berarti memiliki 4 jenis sel kerucut. Ada juga yang pentakromatik, misalnya beberapa jenis burung lain dan kupu-kupu.

Makin banyak channel warna yang bisa diterima mata mereka, makin banyak warna yang mampu dikenali mereka.

Burung bisa membedakan atau mengenali warna-warna yang jauuuh lebih banyak dari manusia. Range spektrum yang diproses pun juga berbeda. Misalnya kalo manusia mentok cuma bisa sampe gelombang violet. Burung bisa melihat ultra violet. Jadi mereka memandang dunia dengan dimensi berbeda, mungkin hidup mereka jadi lebih berwarna 😀

Apakah burung yang pentakromat dengan 5 channel luar biasa? Eits, ini belum ada apa2nya. Misalnya ada Udang sentadu (mantis shrimp) bahkan memiliki 12 hingga sampe 16 channel!

Mantis shrimp dan burung

Luar biasa ya.

Trivia: hewan ini cukup populer dengan tinju super nya.

Penerapan Model Warna RGB

Jadi begitulah ceritanya kenapa diantara banyak sekali warna, bisa ada 3 warna ‘istimewa’ yang menjadi warna dasar atau primary color. Berlandaskan pengetahuan bahwa Manusia adalah makhluk trikromat.

Hmm, jadi apakah pengelihatan manusia juga RGB?

Tidak. Seperti terlihat dalam diagram sebelumnya, 3 sel kerucut tidak mutlak mendeteksi warna R, G, B, melainkan memiliki kepekaan range yang saling overlap. Sensitivitas puncak 2 diantaranya nya bahkan bukan di merah dan biru.

Lalu lalu kenapa RGB? Kenapa merah hijau biru? Kenapa engga ungu hijau oranye?

RGB adalah sekedar standar konvensi model warna. Tentu saja RGB hanya 1 dari sekian banyak model warna yang ada. Banyak model warna lainnya, misalnya kita mengenal ada model warna CMYK, RYB, dan lain-lain.

Jaman dahulu, di dunia seni lukis, model 3 warna dasar yang umum adalah merah kuning biru (RYB). Yang Hingga kini juga masi diajarkan di sekolah sebagai 3 warna dasar.

Seiring dengan perkembangan teknologi, manusia memahami cara kerja cahaya, warna dan sistem pengelihatan manusia hingga menemukan bahwa RGB adalah 3 patokan elemen warna cahaya yang simple dan cukup mendekati sistem penglihatan manusia. Gabungan ketiganya juga enak dipakai untuk merepresentasikan banyak warna lain.

Jadilah RGB standar yang paling populer di digital image alias computer graphic. dan diterapkan di banyak kehidupan kita.

Misalnya fotografi, televisi, layar LCD, komputer.

Penerapan Pada Layar

Jika layar anda lihat dari jarak yang sangat deket, atau pake kaca pembesar, maka akan tampak bahwa tiap-tiap titik atau pixel terdiri dari 3 lampu R, G, B. Pada tiap titik, Ketika ketiganya ga menyala, maka hitam alias gelap. jika ke 3 nya menyala penuh, maka kombinasinya yang ditangkap mata menghasilkan warna putih terang.

Layar monitor CRT dilihat dari dekat
Layar monitor CRT (tabung). Sumber: Wikipedia
Layar monitor LCD dilihat dari dekat
Layar monitor LCD. Sumber: Wikipedia

Pada layar smartphone dan gadget2 baru keluaran sekarang yang umumnya beresolusi tinggi semisal retina display hal ini makin susah diliat dan mungkin butuh mikroskop. Titik pixelnya sangat kecil dan lampu-lampu nya ukuran kecil banget.

RGB Pada kamera

Keseluruhan kamera ternyata meniru sistem penglihatan manusia, mulai dari lensa hingga sensor CMOS/CCD.

Sensor ini dianggap retina. terdiri dari 3 reseptor yang masing2 peka terhadap cahaya R, G, B. sebelum jaman kamera digital. sensornya berupa film. yang terdiri dari partikel2 yang peka cahaya tertentu.

Jutaan susunan fotosensor di CCD, tiap titik/ pixel terdiri atas sensor RGB, makin banyak titik nya semakin sanggup tinggi resolusinya (megapixel) meniru seperti jutaaan sel2 retina yang ada pada mata kita.

Representasi Warna RGB dalam Bentuk Data Digital.

Oke sekarang kita udah tau dasar-dasar tentang sistem warna RGB, dimana terdiri atas 3 warna dasar dan pencampuran nya bisa menghasilkan warna lain tergantung dari intensitas masingmasing warna dasarnya. Bagaimana merepresentasikan nilai ini dalam bentuk informasi data digital?

Warna dalam RGB dideskripsikan dengan seberapa besar nilai masing2 elemen R, G dan B.

Jika R, G, B semua nol, maka tak ada warna. alias hitam.
Jika nilai R, G, B semua maksimum. maka warna putih.
Untuk merah full/total. maka nilai R adalah maksimal, G, B nol.

Dalam komputer, masing2 nilai R, G, B disimpan dalam data digital.

Jika nilai minimal adalah 0. lalu berapa nilai maksimal nya? 10, 100? 1000?

hal ini tergantung seberapa besar variasi warna yang diinginkan. Makin besar nilai maksimum, makin banyak kombinasi warna yang dihasilkan. Jadi terserah yang bikin, mo nilai maksimal berapa.

Biar ga amburadul dan seragam, maka diciptakanlah kesepakatan atau standar. Ingat bahwa komputer adalah alat elektronik digital bicara dalam sinyal digital. jadi ukuran data disimpan dalam satuan bit. misal 1bit, 2bit, dsb.

Seberapa banyak bit yang digunakan pada suatu standar RGB, dikenal dengan istilah kedalaman warna (color depth) atau bit depth.

Sistem bilangan biner diajarkan di sekolah, jika anda lupa bisa cek artikel wikipedia tentang bilangan biner, dan hubungannya dengan sinyal digital.

Bit Depth

yang paling umum adalah sistem 8bit per channel. 

8 bit berarti 00000000 – 11111111.
Jika dikonversi ke desimal adalah range 0 – 255.

jadi masing2 kanal merah, biru, dan hijau masing2 punya 256 kombinasi.

Jadi ada berapa banyak total kombinasi warna berbeda yang bisa dihasilkan? dengan permutasi, kalikan semua = lebih dari 16 juta warna.

wow banyak sekali ya.

Sistem 8bit per channel ini dikenal dengan gambar 24bit. (karena ditotal 8bit x 3 channel = 24bit), menghasilkan 16 juta kemungkinan warna yang berbeda, warna sebanyak ini dikenal dengan istilah true color.

Perlu dicatat bahwa 8 bit per channel hanyalah salah satu standar yang umum.

File jpg yang merupakan format umum mengadopsi standar ini, web standard juga mengadopsi sistem ini.

Apakah 8bit ini satu2nya standar yang ada? tentu tidak.

Misalnya di windows, pada settingan display, selain 24bit, juga ada pilihan 32bit. Lalu contoh lain, pada kamera SLR, ketika memotret pakai format RAW, sanggup menyimpan ukuran per channel lebih dari itu, misal 12 bit. sehingga warna yang ditangkap lebih banyak lagi variasinya.

Software image editor semacam Photoshop dan GIMP sanggup memanipulasi gambar dalam mode 8 bit, 16bit bahkan 32 bit per channel. Semakin besar bit depth semakin banyak range warna yang sanggup disimpan.

Trivia

pada PC jadul misal jaman Windows 95, sistem grafis dan layarnya masi terbatas, tidak jarang cuma mode 16 color. Sistem warnanya memang pake RGB. Untuk ngakalinnya biar seakan2 warna lebih banyak, Windows pake teknik titik2 semacam arsiran, namanya dithering.

Color di WIndows

Menurut teori, mata manusia sanggup membedakan hingga 10 juta variasi warna. Jika 8bit per channel udah memiliki 16 juta kombinasi (true color), lalu apakah sistem true color ini bisa mengcover range informasi warna lebih banyak daripada yang bisa dilihat manusia? Tidak juga, lebih rumit dari itu. 24 bit perbedaan variasi warna tadi kan diasumsi terdistribusi merata, sedangkan distribusi kepekaan mata manusia dalam membedakan warna tidak sesederhana itu, bisa lebih peka di range tertentu, dan kurang peka di range yang lain. Apalagi terutama dengan keterbatasan kemampuan monitor dalam mereproduksi warna (baik dalam jumlah maupun keakuratan).

Ketika mendesain, Pernahkah kita membuat gradasi mulus, namun ketika dilihat di monitor lain, perubahan warnanya terlihat kasar/ perubahannya terlihat berlapis2? Nah itu contoh perbedaan kemampuan monitor, menghasilkan hasil yang dilihat sebagai color banding.

Range warna yang sanggup ditampilkan suatu monitor disebut color gamut. Dibandingkan mata manusia, monitor memiliki keterbatasan kemampuan menampilkan warna yang lebih sedikit, alias range gamut lebih sempit. jadi walaupun kita memiliki file image kualitas tinggi, yang menyimpan data dengan warna yang kaya, namun ketika ditampilkan, warna yang physically kita lihat belum tentu sekaya itu.

Monitor lcd jadul dengan teknologi layar TN, misalnya, menampilkan gambar dengan mbulak/pudar. dull. Sedangkan layar canggih dengan teknologi semacam super amoled sanggup memunculkan warna yang lebih kaya. 

Pada dasarnya monitor berusaha menampilkan warna seakurat mungkin.. tapi apa daya jika tak mampu.

Lalu buat apa informasi warna sebanyak ini kalo akhirnya susah atau ga bisa dimunculkan dan dibedakan manusia?

Lalu jika kemampuan monitor berbeda-beda, gimana kita tau warna yang bener? gimana kalibrasinya?

Daripada semakin panjang, mungkin nanti kita bahas hal ini di artikel terpisah.

Sekian dulu artikel tentang warna RGB dalam penyajian yang sederhana dan mudah-mudahan mudah dicerna. Jika ada feedback ato perlu diluruskan, silakan komen aja.

Daftar Pustaka