Gama de cores

Na reprodução de cores, incluindo computação gráfica e fotografia, a gama, é um certo subconjunto completo de cores. O uso mais comum refere-se ao subconjunto de cores que pode ser representado com precisão em uma determinada circunstância, como dentro de um determinado espaço de cores ou por um determinado dispositivo de saída.

Outro sentido, usado com menos frequência, mas ainda correto, refere-se ao conjunto completo de cores encontradas em uma imagem em um determinado momento. Nesse contexto, digitalizar uma fotografia, converter uma imagem digitalizada em um espaço de cores diferente ou enviá-la para um determinado meio usando um determinado dispositivo de saída geralmente altera sua gama, no sentido de que algumas das cores do original são perdidas no processo.

Introdução
O termo gama foi adotado a partir do campo da música, onde significa o conjunto de tons dos quais as melodias musicais são compostas; O uso de Shakespeare do termo em A Megera Domada é às vezes atribuído ao autor / músico Thomas Morley. Na década de 1850, o termo foi aplicado a uma gama de cores ou matizes, por exemplo, de Thomas De Quincey, que escreveu “Porphyry, ouvi dizer, percorre uma gama tão grande de matizes quanto o mármore”.

Na teoria das cores, a gama de um dispositivo ou processo é aquela parte do espaço de cores que pode ser representada ou reproduzida. Geralmente, a gama de cores é especificada no plano de matiz-saturação, já que um sistema pode produzir cores em uma ampla faixa de intensidade dentro de sua gama de cores; para um sistema de cores subtrativo (como usado na impressão), a faixa de intensidade disponível no sistema é, em grande parte, sem sentido, sem considerar as propriedades específicas do sistema (como a iluminação da tinta).

Quando certas cores não podem ser expressas dentro de um modelo de cor específico, essas cores são consideradas fora de gama. Por exemplo, enquanto vermelho puro pode ser expresso no espaço de cores RGB, ele não pode ser expresso no espaço de cores CMYK; O vermelho puro está fora da gama no espaço de cores CMYK.

Um dispositivo que pode reproduzir todo o espaço de cores visível é uma meta não realizada na engenharia de telas coloridas e processos de impressão. Técnicas modernas permitem aproximações cada vez melhores, mas a complexidade desses sistemas muitas vezes as torna impraticáveis.

Ao processar uma imagem digital, o modelo de cores mais conveniente usado é o modelo RGB. Imprimir a imagem requer a transformação da imagem do espaço de cores RGB original para o espaço de cores CMYK da impressora. Durante esse processo, as cores do RGB que estão fora da gama devem ser de alguma forma convertidas em valores aproximados dentro da gama de cores CMYK. Simplesmente aparar apenas as cores que estão fora da gama para as cores mais próximas no espaço de destino queimariam a imagem. Existem vários algoritmos aproximando essa transformação, mas nenhum deles pode ser verdadeiramente perfeito, já que essas cores estão simplesmente fora dos recursos do dispositivo de destino. É por isso que identificar as cores de uma imagem que estão fora da gama no espaço de cores desejado o mais rápido possível durante o processamento é crítico para a qualidade do produto final.

Representação de gamas
Os gamutes são comumente representados como áreas no diagrama de cromaticidade CIE 1931, como mostrado à direita, com a borda curva representando as cores monocromática (comprimento de onda único) ou espectral.

A gama acessível depende do brilho; uma gama completa deve, portanto, ser representada no espaço 3D, conforme abaixo:

As fotos à esquerda mostram as gamas de cores RGB (superior), como monitores de computador e cores reflexivas na natureza. O cone desenhado em cinza corresponde aproximadamente ao diagrama CIE à direita, com a dimensão adicional de brilho.

Os eixos nesses diagramas são as respostas dos cones de comprimento de onda curto (S), comprimento de onda médio (M) e comprimento de onda longo (L) no olho humano. As outras letras indicam preto (Preto), vermelho (R), verde (G), azul (B), ciano (C), magenta (M), amarelo (Y) e branco (W).

O diagrama superior esquerdo mostra que a forma da gama RGB é um triângulo entre vermelho, verde e azul em luminosidades mais baixas; um triângulo entre ciano, magenta e amarelo em luminosidades mais altas e um único ponto branco a máxima luminosidade. As posições exatas dos ápices dependem dos espectros de emissão dos fósforos no monitor do computador e da relação entre as luminosidades máximas dos três fósforos (ou seja, o balanço de cores).

A gama do espaço de cores CMYK é, idealmente, aproximadamente igual à do RGB, com vértices ligeiramente diferentes, dependendo das propriedades exatas dos corantes e da fonte de luz. Na prática, devido à maneira como as cores raster-impressas interagem umas com as outras e com o papel e devido ao seu espectro de absorção não ideal, a gama é menor e tem cantos arredondados.

A gama de cores reflexivas na natureza tem uma forma semelhante, embora mais arredondada. Um objeto que reflete apenas uma faixa estreita de comprimentos de onda terá uma cor próxima à borda do diagrama CIE, mas terá uma luminosidade muito baixa ao mesmo tempo. Em luminosidades mais altas, a área acessível no diagrama CIE torna-se cada vez menor, até um único ponto de branco, onde todos os comprimentos de onda são refletidos exatamente 100%; as coordenadas exatas do branco são determinadas pela cor da fonte de luz.

Limitações da representação de cores

Superfícies
No início do século XX, as demandas industriais por uma maneira controlável de descrever as cores e a nova possibilidade de medir espectros de luz iniciaram intensas pesquisas sobre descrições matemáticas de cores.

A idéia de cores ótimas foi introduzida pelo químico alemão do Báltico, Wilhelm Ostwald. Erwin Schrödinger mostrou em seu artigo de 1919 Theorie der Pigmis von größter Leuchtkraft (Teoria dos Pigmentos com Maior Luminosidade) que as cores mais saturadas que podem ser criadas com uma dada refletividade total são geradas por superfícies com refletância zero ou total em qualquer comprimento de onda dado. , e o espectro de refletividade deve ter no máximo duas transições entre zero e completo. Assim, dois tipos de espectros de “cor ótima” são possíveis: Ou a transição vai de zero em ambas as extremidades do espectro para uma no meio, como mostrado na imagem à direita, ou vai de uma nas extremidades a zero na meio. O primeiro tipo produz cores que são semelhantes às cores espectrais e seguem aproximadamente a porção em forma de ferradura do diagrama de cromaticidade CIE xy, mas são geralmente menos saturadas. O segundo tipo produz cores que são similares (mas geralmente menos saturadas que) as cores na linha reta no diagrama de cromaticidade CIE xy, levando a cores do tipo magenta. O trabalho de Schrödinger foi desenvolvido por David MacAdam e Siegfried Rösch. MacAdam foi a primeira pessoa a calcular coordenadas precisas de pontos selecionados no limite do sólido colorido ideal no espaço de cores CIE 1931 para níveis de luminosidade de Y = 10 a 95 em passos de 10 unidades. Isso permitiu que ele desenhasse o sólido de cor ideal em um grau aceitável de precisão. Por causa de sua conquista, o limite do sólido de cor ideal é chamado de limite de MacAdam. Nos computadores modernos, é possível calcular um sólido de cor ideal com grande precisão em segundos ou minutos. O limite MacAdam, no qual as cores mais saturadas (ou “ótimas”) residem, mostra que as cores próximas às cores monocromáticas só podem ser alcançadas em níveis muito baixos de luminância, exceto os amarelos, porque uma mistura dos comprimentos de onda da reta longa A porção de linha do locus espectral entre verde e vermelho se combinará para fazer uma cor muito próxima a um amarelo monocromático.

Fontes de luz
As fontes de luz usadas como primárias em um sistema de reprodução de cores aditivado precisam ser brilhantes, de modo que geralmente não são próximas da monocromia. Ou seja, a gama de cores da maioria das fontes de luz de cores variáveis ​​pode ser entendida como resultado de dificuldades na produção de luz monocromática pura (comprimento de onda único). A melhor fonte tecnológica de luz monocromática é o laser, que pode ser bastante caro e impraticável para muitos sistemas. No entanto, à medida que a tecnologia optoeletrônica amadurece, os lasers de diodo de modo longitudinal único estão se tornando menos caros, e muitas aplicações já podem se beneficiar disso; tais como espectroscopia Raman, holografia, pesquisa biomédica, fluorescência, reprografia, interferometria, inspeção de semicondutores, detecção remota, armazenamento de dados ópticos, gravação de imagens, análise espectral, impressão, comunicações ponto-a-ponto de espaço livre e comunicações por fibra ótica.

Sistemas que usam processos de cores aditivos geralmente têm uma gama de cores que é aproximadamente um polígono convexo no plano de saturação de matiz. Os vértices do polígono são as cores mais saturadas que o sistema pode produzir. Nos sistemas de cores subtrativas, a gama de cores é mais frequentemente uma região irregular.

Comparação de vários sistemas
A seguir, uma lista de sistemas de cores representativos, mais ou menos solicitados, de grandes a pequenas cores:

O projetor de vídeo a laser usa três lasers para produzir a mais ampla gama disponível atualmente em equipamentos de exibição prática, derivada do fato de que os lasers produzem primárias verdadeiramente monocromáticas. Os sistemas funcionam digitalizando a imagem inteira um ponto por vez e modulando o laser diretamente em alta freqüência, muito parecido com os feixes de elétrons em um CRT, ou espalhando opticamente e, em seguida, modulando o laser e varrendo uma linha de cada vez, o própria linha sendo modulada da mesma maneira que em um projetor DLP. Os lasers também podem ser usados ​​como fonte de luz para um projetor DLP. Mais de 3 lasers podem ser combinados para aumentar a gama de gamut, uma técnica por vezes utilizada em holografia.
A tecnologia Digital Light Processing ou DLP é uma tecnologia patenteada da Texas Instruments. O chip DLP contém uma matriz retangular de até 2 milhões de espelhos microscópicos montados em articulação. Cada um dos microespelhos mede menos de um quinto da largura de um fio de cabelo humano. O micro-espelho de um chip DLP inclina-se para a fonte de luz em um sistema de projeção DLP (ON) ou para longe dele (OFF). Isso cria um pixel claro ou escuro na superfície de projeção. Os projetores DLP atuais usam uma roda girando rapidamente com “fatias de pizza” coloridas transparentes para apresentar cada quadro de cor sucessivamente. Uma rotação mostra a imagem completa.
O filme fotográfico pode reproduzir uma gama de cores maior do que os sistemas típicos de televisão, computador ou vídeo doméstico.
CRT e monitores de vídeo semelhantes têm uma gama de cores aproximadamente triangular que cobre uma parte significativa do espaço de cor visível. Nos CRTs, as limitações são devidas aos fósforos na tela que produzem luz vermelha, verde e azul.
As telas de cristal líquido (LCD) filtram a luz emitida por uma luz de fundo. A gama de uma tela LCD é, portanto, limitada ao espectro emitido da luz de fundo. Telas de LCD típicas usam lâmpadas fluorescentes de cátodo frio (CCFLs) para iluminação de fundo. As telas de LCD com certos LEDs ou backlights CCFL de gama ampla proporcionam uma gama mais abrangente do que os CRTs. No entanto, algumas tecnologias LCD variam a cor apresentada pelo ângulo de visão. As telas de alinhamento vertical com comutação de plano ou padronizada têm um intervalo de cores mais amplo do que o Twisted Nematic.
A televisão normalmente usa um monitor CRT, LCD ou plasma, mas não tira o máximo proveito de suas propriedades de exibição em cores, devido às limitações da transmissão. A HDTV é menos restritiva, mas ainda um pouco menor que, por exemplo, monitores de computador usando a mesma tecnologia de exibição.
A mistura de tintas, tanto artísticas quanto comerciais, alcança uma gama de cores razoavelmente grande, começando com uma paleta maior do que o vermelho, verde e azul dos CRTs ou ciano, magenta e amarelo da impressão. A pintura pode reproduzir algumas cores altamente saturadas que não podem ser reproduzidas bem pelos CRTs (particularmente violeta), mas no geral a gama de cores é menor.
A impressão geralmente usa o espaço de cores CMYK (ciano, magenta, amarelo e preto). Muito poucos processos de impressão não incluem preto; no entanto, esses processos (com exceção de impressoras de sublimação de tinta) são pobres em representar cores de baixa saturação e baixa intensidade. Esforços foram feitos para expandir a gama do processo de impressão, adicionando tintas de cores não primárias; estes são tipicamente laranja e verde (consulte Hexachrome) ou ciano claro e magenta claro (consulte o modelo de cores CcMmYK). Tintas de cores pontuais de uma cor muito específica também são usadas às vezes.
A gama de cores de um monitor monocromático é uma curva unidimensional no espaço de cores.

Ampla gama de cores
O Ultra HD Forum define a ampla gama de cores (WCG) como uma gama de cores mais ampla que o Rec. 709. A WCG incluiria DCI-P3 e Rec. 2020