Um modelo de cores é um modelo matemático abstrato que descreve como as cores podem ser representadas como tuplas de números, geralmente como três ou quatro valores ou componentes de cores. Quando este modelo é associado a uma descrição precisa de como os componentes devem ser interpretados (condições de visualização, etc.), o conjunto resultante de cores é chamado de espaço de cores. Esta seção descreve maneiras pelas quais a visão de cores humana pode ser modelada.
Espaço de cor tristimulus
Pode-se imaginar este espaço como uma região no espaço Euclidiano tridimensional se identificarmos os eixos x, ye z com os estímulos para o comprimento de onda longo (L), comprimento de onda médio (M) e comprimento de onda curto (S) ) receptores de luz. A origem, (S, M, L) = (0,0,0), corresponde ao preto. O branco não tem posição definida neste diagrama; em vez disso, ele é definido de acordo com a temperatura de cor ou balanço de branco, conforme desejado, ou conforme disponível a partir da iluminação ambiente. O espaço de cor humano é um cone em forma de ferradura, como mostrado aqui (ver também o diagrama de cromaticidade CIE abaixo), estendendo-se desde a origem até, em princípio, o infinito. Na prática, os receptores de cor humanos estarão saturados ou até mesmo danificados com intensidades de luz extremamente altas, mas esse comportamento não faz parte do espaço de cores CIE e nem a percepção de cores variáveis em níveis baixos de luz (ver: curva Kruithof). As cores mais saturadas estão localizadas na borda externa da região, com cores mais brilhantes, mais distantes da origem. No que diz respeito às respostas dos receptores no olho, não existe luz “castanha” ou “cinzenta”. Os últimos nomes de cores referem-se à luz laranja e branca, respectivamente, com intensidade menor que a luz das áreas adjacentes. Pode-se observar isso observando a tela de um retroprojetor durante uma reunião: vê-se letras pretas em um fundo branco, embora o “preto” não tenha se tornado mais escuro do que a tela branca na qual ele é projetado antes do projetor ligadas. As áreas “pretas” não se tornaram mais escuras, mas parecem “pretas” em relação à “branca” de maior intensidade projetada na tela em torno dela. Veja também constância de cores.
O espaço tristimulado humano possui a propriedade de que a mistura aditiva de cores corresponda à adição de vetores neste espaço. Isso facilita, por exemplo, descrever as cores possíveis (gama) que podem ser construídas a partir das primárias vermelha, verde e azul em uma tela de computador.
Espaço de cor CIE XYZ
Um dos primeiros espaços de cores matematicamente definidos é o espaço de cores CIE XYZ (também conhecido como espaço de cor CIE 1931), criado pela Comissão Internacional de Iluminação em 1931. Esses dados foram medidos para observadores humanos e um campo de visão de 2 graus. Em 1964, dados suplementares para um campo de visão de 10 graus foram publicados.
Observe que as curvas de sensibilidade tabeladas têm uma certa quantidade de arbitrariedade nelas. As formas das curvas individuais de sensibilidade X, Y e Z podem ser medidas com uma precisão razoável. No entanto, a função de luminosidade geral (que, de fato, é uma soma ponderada dessas três curvas) é subjetiva, pois envolve perguntar a uma pessoa de teste se duas fontes de luz têm o mesmo brilho, mesmo que estejam em cores completamente diferentes. Na mesma linha, as magnitudes relativas das curvas X, Y e Z são arbitrariamente escolhidas para produzir áreas iguais sob as curvas. Pode-se também definir um espaço de cores válido com uma curva de sensibilidade X que tenha o dobro da amplitude. Este novo espaço de cores teria uma forma diferente. As curvas de sensibilidade no espaço de cores CIE 1931 e 1964 xyz são dimensionadas para ter áreas iguais sob as curvas.
Às vezes, as cores XYZ são representadas pelas coordenadas de luminância, Y e de cromaticidade x e y, definidas por:
Matematicamente, x e y são coordenadas projetivas e as cores do diagrama de cromaticidade ocupam uma região do plano projetivo real. Como as curvas de sensibilidade da CIE têm áreas iguais sob as curvas, a luz com um espectro de energia plana corresponde ao ponto (x, y) = (0,333, 0,333).
Os valores para X, Y e Z são obtidos integrando o produto do espectro de um feixe de luz e as funções de correspondência de cores publicadas.
Modelo de cores RGB
Os meios que transmitem luz (como a televisão) usam mistura de cores aditivas com cores primárias de vermelho, verde e azul, cada uma estimulando um dos três tipos de receptores de cor do olho com o mínimo de estímulo possível dos outros dois. Isso é chamado de espaço de cor “RGB”. Misturas de luz dessas cores primárias cobrem uma grande parte do espaço de cores humanas e, assim, produzem uma grande parte das experiências de cores humanas. É por isso que os televisores a cores ou os monitores de computador a cores só precisam produzir misturas de luz vermelha, verde e azul. Veja cor aditiva.
Outras cores primárias podem, em princípio, ser usadas, mas com vermelho, verde e azul, a maior porção do espaço de cores humano pode ser capturada. Infelizmente, não há um consenso exato sobre quais loci no diagrama de cromaticidade as cores vermelha, verde e azul devem ter, de modo que os mesmos valores RGB possam dar origem a cores ligeiramente diferentes em telas diferentes.
Representações HSV e HSL
Reconhecendo que a geometria do modelo RGB está mal alinhada com os atributos de criação de cores reconhecidos pela visão humana, os pesquisadores de computação gráfica desenvolveram duas representações alternativas de RGB, HSV e HSL (matiz, saturação, valor e matiz, saturação, claridade). o final dos anos 1970. O HSV e o HSL melhoram a representação do cubo de cores do RGB, organizando as cores de cada matiz em uma fatia radial, em torno de um eixo central de cores neutras, que varia do preto na parte inferior até o branco na parte superior. As cores totalmente saturadas de cada matiz ficam então em um círculo, uma roda de cores.
O HSV modela-se na mistura de tinta, com a sua saturação e dimensões de valor que se assemelham a misturas de uma tinta colorida com, respectivamente, branco e preto. O HSL tenta assemelhar-se a modelos de cores mais perceptivos, como NCS ou Munsell. Ele coloca as cores totalmente saturadas em um círculo de leveza ½, de modo que a leveza 1 sempre implica em branco, e a luminosidade 0 sempre implica em preto.
HSV e HSL são amplamente utilizados em computação gráfica, particularmente como selecionadores de cores em software de edição de imagem. A transformação matemática de RGB para HSV ou HSL pode ser calculada em tempo real, mesmo em computadores da década de 1970, e há um mapeamento fácil de entender entre cores em qualquer um desses espaços e sua manifestação em um dispositivo RGB físico.
Modelo de cores CMYK
É possível obter uma grande variedade de cores vistas pelos seres humanos, combinando tintas / corantes ciano, magenta e amarelo transparentes em um substrato branco. Estas são as cores primárias subtrativas. Muitas vezes, uma quarta tinta, preta, é adicionada para melhorar a reprodução de algumas cores escuras. Isso é chamado de espaço de cor “CMY” ou “CMYK”.
A tinta ciano absorve a luz vermelha, mas transmite verde e azul, a tinta magenta absorve a luz verde, mas transmite vermelho e azul, e a tinta amarela absorve a luz azul, mas transmite vermelho e verde. O substrato branco reflete a luz transmitida de volta para o espectador. Como na prática as tintas CMY adequadas para impressão também refletem um pouco de cor, impossibilitando um preto profundo e neutro, o componente K (tinta preta), geralmente impresso por último, é necessário para compensar suas deficiências. A utilização de uma tinta preta separada é também economicamente conduzida quando se espera muito conteúdo em preto, e. em mídia de texto, para reduzir o uso simultâneo das três tintas coloridas. Os corantes usados em impressões fotográficas e slides coloridos tradicionais são muito mais perfeitamente transparentes, portanto, um componente K normalmente não é necessário ou usado nessas mídias.
Sistemas de cor
Existem vários tipos de sistemas de cores que classificam a cor e analisam seus efeitos. O sistema de cores American Munsell criado por Albert H. Munsell é uma classificação famosa que organiza várias cores em um sólido colorido baseado em matiz, saturação e valor. Outros sistemas de cores importantes incluem o Sistema de Cor Natural Sueco (NCS), o Espaço de Cor Uniforme da Sociedade Óptica da América (OSA-UCS) e o sistema Coloróide Húngaro desenvolvido pela Antal Nemcsics da Universidade de Tecnologia e Economia de Budapeste. Desses, o NCS é baseado no modelo de cores do processo do oponente, enquanto o Munsell, o OSA-UCS e o Coloroid tentam modelar a uniformidade da cor. Os sistemas de correspondência de cores comercial alemão RAL e o alemão RALAL diferem dos anteriores porque os seus espaços de cores não se baseiam num modelo de cores subjacente.
Outros usos do “modelo de cores”
Modelos de mecanismo de visão de cores
Também usamos “modelo de cores” para indicar um modelo ou mecanismo de visão de cores para explicar como os sinais de cores são processados de cones visuais para células ganglionares. Por simplicidade, chamamos esses modelos de modelos de mecanismo de cores. Os modelos clássicos de mecanismo de cor são o modelo tricromático de Young-Helmholtz e o modelo de processo oponente de Hering. Embora inicialmente se pensasse que essas duas teorias estavam em desacordo, mais tarde ficou entendido que os mecanismos responsáveis pela opacidade da cor recebem sinais dos três tipos de cones e os processam em um nível mais complexo.
Evolução de vertebrados da visão de cores
Animais vertebrados foram primitivamente tetracromáticos. Eles possuíam quatro tipos de cones – longos, médios, cones de comprimentos de onda curtos e cones sensíveis a ultravioleta. Hoje, peixes, répteis e pássaros são todos tetracromáticos. Os mamíferos placentários perderam os cones de comprimento de onda médio e curto. Assim, a maioria dos mamíferos não possui uma visão de cores complexa – eles são dicromáticos, mas são sensíveis à luz ultravioleta, embora não possam ver suas cores. A visão de cores tricromática humana é uma novidade evolutiva recente que evoluiu primeiro no ancestral comum dos primatas do Velho Mundo. Nossa visão colorida tricromática evoluiu pela duplicação da opsina sensível ao comprimento de onda longo, encontrada no cromossomo X. Uma dessas cópias evoluiu para ser sensível à luz verde e constitui a nossa opsina de comprimento de onda médio. Ao mesmo tempo, nossa opsin de curto comprimento de onda evoluiu a partir da operação ultravioleta de nossos ancestrais vertebrados e mamíferos.
O daltonismo de cor vermelho-verde ocorre porque as duas cópias dos genes opsina vermelho e verde permanecem muito próximas no cromossomo X. Devido à freqüente recombinação durante a meiose, esses pares de genes podem ser facilmente rearranjados, criando versões dos genes que não têm sensibilidade espectral distinta.