Un modelo de color es un modelo matemático abstracto que describe la forma en que los colores se pueden representar como tuplas de números, generalmente como tres o cuatro valores o componentes de color. Cuando este modelo se asocia con una descripción precisa de cómo deben interpretarse los componentes (condiciones de visualización, etc.), el conjunto resultante de colores se denomina espacio de color. Esta sección describe las formas en que se puede modelar la visión del color humano.

Espacio de color triestímulo
Se puede imaginar este espacio como una región en el espacio euclidiano tridimensional si se identifican los ejes x, y y z con los estímulos para la longitud de onda larga (L), la longitud de onda media (M) y la longitud de onda corta (S ) receptores de luz. El origen, (S, M, L) = (0,0,0), corresponde al negro. Blanco no tiene una posición definida en este diagrama; más bien, se define de acuerdo con la temperatura del color o el balance de blancos según se desee o según esté disponible a partir de la iluminación ambiental. El espacio de color humano es un cono en forma de herradura tal como se muestra aquí (véase también el diagrama de cromaticidad CIE a continuación), que se extiende desde el origen hasta, en principio, el infinito. En la práctica, los receptores de color humano estarán saturados o incluso dañados a intensidades de luz extremadamente altas, pero tal comportamiento no es parte del espacio de color CIE y tampoco lo es la percepción del color cambiante a niveles bajos de luz (ver: curva Kruithof). Los colores más saturados se encuentran en el borde exterior de la región, con colores más brillantes más alejados del origen. En lo que respecta a las respuestas de los receptores en el ojo, no existe la luz «marrón» o «gris». Los últimos nombres de color se refieren a la luz naranja y blanca, respectivamente, con una intensidad que es menor que la luz de las áreas circundantes. Uno puede observar esto mirando la pantalla de un retroproyector durante una reunión: uno ve letras negras sobre un fondo blanco, aunque el «negro» de hecho no se haya vuelto más oscuro que la pantalla blanca en la que se proyecta antes de que el proyector encendido. Las áreas «negras» no se han vuelto más oscuras, pero aparecen «negras» en relación con las «blancas» de mayor intensidad proyectadas en la pantalla a su alrededor. Ver también la constancia del color.

El espacio triestímulo humano tiene la propiedad de que la mezcla aditiva de colores corresponde a la suma de vectores en este espacio. Esto hace que sea fácil, por ejemplo, describir los colores posibles (gama) que se pueden construir a partir de las primarias roja, verde y azul en una pantalla de computadora.

Espacio de color CIE XYZ
Uno de los primeros espacios de color matemáticamente definidos es el espacio de color CIE XYZ (también conocido como espacio de color CIE 1931), creado por la Comisión Internacional de Iluminación en 1931. Estos datos se midieron para observadores humanos y un campo de visión de 2 grados. En 1964, se publicaron datos suplementarios para un campo de visión de 10 grados.

Tenga en cuenta que las curvas de sensibilidad tabuladas tienen una cierta cantidad de arbitrariedad en ellas. Las formas de las curvas de sensibilidad individuales X, Y y Z se pueden medir con una precisión razonable. Sin embargo, la función de luminosidad global (que de hecho es una suma ponderada de estas tres curvas) es subjetiva, ya que implica preguntarle a una persona de prueba si dos fuentes de luz tienen el mismo brillo, incluso si son de colores completamente diferentes. En la misma línea, las magnitudes relativas de las curvas X, Y y Z se eligen arbitrariamente para producir áreas iguales debajo de las curvas. Uno podría definir un espacio de color válido con una curva de sensibilidad X que tenga el doble de la amplitud. Este nuevo espacio de color tendría una forma diferente. Las curvas de sensibilidad en el espacio de color CIE 1931 y 1964 xyz tienen una escala para tener áreas iguales debajo de las curvas.

A veces, los colores XYZ están representados por la luminancia, Y, y las coordenadas de cromaticidad xey, definidas por:

 and 
Matemáticamente, xey son las coordenadas proyectivas y los colores del diagrama de cromaticidad ocupan una región del plano proyectivo real. Debido a que las curvas de sensibilidad CIE tienen áreas iguales debajo de las curvas, la luz con un espectro de energía plano corresponde al punto (x, y) = (0.333,0.333).

Los valores para X, Y y Z se obtienen integrando el producto del espectro de un haz de luz y las funciones de coincidencia de color publicadas.

Modelo de color RGB
Los medios que transmiten luz (como la televisión) usan una mezcla de colores aditiva con colores primarios de rojo, verde y azul, cada uno de los cuales estimula uno de los tres tipos de receptores de color del ojo con la menor estimulación posible de los otros dos. Esto se llama espacio de color «RGB». Las mezclas de luz de estos colores primarios cubren una gran parte del espacio de color humano y, por lo tanto, producen una gran parte de las experiencias de color humano. Esta es la razón por la cual los televisores en color o los monitores de computadora a color solo necesitan producir mezclas de luz roja, verde y azul. Ver color Aditivo.

En principio, se podrían usar otros colores primarios, pero con rojo, verde y azul se puede capturar la mayor parte del espacio de color humano. Desafortunadamente, no existe un consenso exacto sobre qué loci en el diagrama de cromaticidad deben tener los colores rojo, verde y azul, por lo que los mismos valores RGB pueden dar lugar a colores ligeramente diferentes en pantallas diferentes.

Representaciones de HSV y HSL
Reconociendo que la geometría del modelo RGB está mal alineada con los atributos de creación de color reconocidos por la visión humana, los investigadores en gráficos computarizados desarrollaron dos representaciones alternativas de RGB, HSV y HSL (matiz, saturación, valor y matiz, saturación, luminosidad), finales de la década de 1970 HSV y HSL mejoran la representación del cubo de color del RGB al organizar los colores de cada matiz en un corte radial, alrededor de un eje central de colores neutros que va del negro en la parte inferior al blanco en la parte superior. Los colores completamente saturados de cada matiz se encuentran en un círculo, una rueda de color.

HSV se modela a sí mismo en la mezcla de pintura, con sus dimensiones de saturación y valor que se asemejan a las mezclas de una pintura de colores brillantes con, respectivamente, blanco y negro. HSL intenta parecerse a modelos de color más perceptivos como NCS o Munsell. Coloca los colores completamente saturados en un círculo de luminosidad ½, de modo que la luminosidad 1 siempre implica el blanco y la luminosidad 0 siempre implica el negro.

HSV y HSL son ambos ampliamente utilizados en gráficos de computadora, particularmente como selectores de color en software de edición de imágenes. La transformación matemática de RGB a HSV o HSL podría computarse en tiempo real, incluso en computadoras de la década de 1970, y existe una asignación fácil de entender entre los colores en cualquiera de estos espacios y su manifestación en un dispositivo RGB físico.

Modelo de color CMYK
Es posible lograr una gran variedad de colores vistos por los humanos mediante la combinación de tintes / tintas transparentes cian, magenta y amarillo sobre un sustrato blanco. Estos son los colores primarios sustractivos. A menudo, se agrega una cuarta tinta, negra, para mejorar la reproducción de algunos colores oscuros. Esto se llama espacio de color «CMY» o «CMYK».

La tinta cian absorbe la luz roja pero transmite verde y azul, la tinta magenta absorbe la luz verde pero transmite rojo y azul, y la tinta amarilla absorbe la luz azul pero transmite rojo y verde. El sustrato blanco refleja la luz transmitida de vuelta al espectador. Debido a que en la práctica las tintas CMY adecuadas para la impresión también reflejan un poco de color, lo que hace imposible un negro profundo y neutro, el componente K (tinta negra), generalmente impreso al final, es necesario para compensar sus deficiencias. El uso de una tinta negra separada también se maneja de forma económica cuando se espera mucho contenido negro, p. en los medios de texto, para reducir el uso simultáneo de las tres tintas de colores. Los tintes utilizados en las impresiones y diapositivas fotográficas en color tradicionales son mucho más perfectamente transparentes, por lo que normalmente no se necesita ni se usa un componente K en esos medios.

Sistemas de color
Existen varios tipos de sistemas de color que clasifican el color y analizan sus efectos. El sistema de color americano Munsell ideado por Albert H. Munsell es una famosa clasificación que organiza varios colores en un sólido de color basado en tono, saturación y valor. Otros sistemas de color importantes incluyen el Sistema de Color Natural Sueco (NCS), el Espacio de Color Uniforme de la Sociedad Óptica de América (OSA-UCS) y el sistema húngaro Coloroid desarrollado por Antal Nemcsics de la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest. De ellos, el NCS se basa en el modelo de color del proceso oponente, mientras que el Munsell, el OSA-UCS y el Coloroid intentan modelar la uniformidad del color. Los sistemas de combinación de colores American Pantone y RAL de Alemania difieren de los anteriores en que sus espacios de color no se basan en un modelo de color subyacente.

Otros usos del «modelo de color»

Modelos de mecanismo de visión del color
También utilizamos el «modelo de color» para indicar un modelo o mecanismo de visión de color para explicar cómo se procesan las señales de color desde los conos visuales hasta las células ganglionares. Para simplificar, llamamos a estos modelos modelos de mecanismo de color. Los modelos clásicos de mecanismo de color son el modelo tricromático de Young-Helmholtz y el modelo de proceso opositor de Hering. Aunque inicialmente se pensó que estas dos teorías estaban en desacuerdo, más tarde se entendió que los mecanismos responsables de la oposición al color reciben señales de los tres tipos de conos y los procesan en un nivel más complejo.

Evolución de los vertebrados de la visión del color
Los animales vertebrados fueron primitivamente tetracromáticos. Poseían cuatro tipos de conos: conos de longitudes de onda largas, medianas y cortas y conos sensibles a los rayos ultravioleta. Hoy en día, los peces, reptiles y aves son todos tetracromáticos. Los mamíferos placentarios perdieron los conos de longitud de onda media y corta. Por lo tanto, la mayoría de los mamíferos no tienen una visión del color compleja: son dicromáticos, pero son sensibles a la luz ultravioleta, aunque no pueden ver sus colores. La visión del color humano tricromático es una novedad evolutiva reciente que evolucionó por primera vez en el ancestro común de los primates del Viejo Mundo. Nuestra visión de color tricromática evolucionó mediante la duplicación de la opsina de longitud de onda larga, que se encuentra en el cromosoma X. Una de estas copias evolucionó para ser sensible a la luz verde y constituye nuestra opsina de longitud de onda media. Al mismo tiempo, nuestra opsina de longitud de onda corta evolucionó a partir de la opsina ultravioleta de nuestros antepasados ​​de vertebrados y mamíferos.

La ceguera al color rojo-verde humana se produce porque las dos copias de los genes rojo y verde opsin permanecen muy cerca del cromosoma X. Debido a la recombinación frecuente durante la meiosis, estos pares de genes pueden reorganizarse fácilmente, creando versiones de los genes que no tienen sensibilidades espectrales distintas.