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1 COLOR 2 Introducción El tema del color es complejo; involucra conceptos y resultados de diferentes disciplinas: ♦Física ♦Fisiología ♦Psicología ♦Arte ♦Diseño Gráfico El color de un objeto depende de diversos factores ♦el objeto ♦la fuente de luz que lo ilumina ♦el color del entorno ♦el sistema visual humano
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COLOR
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Introducción
El tema del color es complejo; involucra conceptos y resultados dediferentes disciplinas:♦Física♦Fisiología♦Psicología♦Arte♦Diseño Gráfico
El color de un objeto depende de diversos factores♦el objeto♦la fuente de luz que lo ilumina♦el color del entorno♦el sistema visual humano
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Percepción del color
Tono (hue): distingue entre las diferentes tonalidades (rojo, azul,amarillo, etc.).
Saturación: medida de la pureza del color; los colores nosaturados contienen una proporción de luz blanca.Los colores saturados no contienen luz blanca.
Luminosidad (lightness): intensidad percibida desde un objetoque refleja la luz.
Brillo (brightness): similar a la luminosidad, pero referido a objetosque emiten luz (CRT, sol, lámpara)
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♦ Imprentas y diseño gráfico: comparar una muestra del colordesconocido con un conjunto de muestras impresas standard(carta de Munsell)
♦ Arte: tintes, sombras y tonos de pigmentos puros
Son métodos subjetivos (dependen del observador, iluminación,tamaño de la muestra, color circundante, luminosidad ambiente).Es necesario especificar los colores de manera cuantitativa yobjetiva colorimetría
Especificación de colores
Es necesario saber medir y especificar colores
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La luz
La luz es radiación electromagnética, y se puede caracterizar según suscomponentes, dadas por su longitud de onda ( o por su frecuencia).
La luz visible es una parte muy pequeña del espectro de radiaciónelectromagnética, entre los 400 y 780 nm de longitud de onda (1 nm =10-9 m).
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La luzUna fuente de luz (el sol, una lámpara) emite todas las frecuenciasdentro del rango visible para producir luz blanca.
Cuando la fuente de luz incide sobre un objeto, algunas frecuenciasson absorbidas y otras son reflejadas.
La combinación de las frecuencias presentes en la luz reflejadadetermina lo que se percibe como el color del objeto.
Por ejemplo, si predominan lasbajas frecuencias, el objeto sepercibe como rojizo.
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La luzPotencia radiante: potencia (energía por unidad de tiempo) emitida,transferida o recibida en forma de radiación
Distribución de potencia espectral: potencia radiante por unidadde intervalo de longitud de onda del espectro.
La DPE es la medida que define todas las propiedades ópticas queinfluyen en la percepción del color
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La luzLongitud de onda dominante: es la longitud de onda del color que“vemos” cuando miramos la luz tono
Pureza de la excitación: es la proporción de luz pura de la longitudde onda dominante y de luz blanca necesarias para definir el color
saturación
Luminancia: es la intensidad de la luz luminosidad
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El sistema visual humanoLa función del ojo humano es capturar una imagen visual y convertir laenergía de la luz en impulsos nerviosos que serán interpretados por elcerebro.
La óptica del ojo se compone de la córnea y elcristalino, que enfocan la imagen en la retina.
El iris regula la cantidad de luz (intensidad)que ingresa al ojo.
La retina contiene las células sensoras de luz(conos y bastones), que producen los impulsosnerviosos.
El nervio óptico transmite la imagen (en formade impulsos nerviosos) al cerebro.
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La retina
Es una capa de células nerviosas. Las células receptoras, que estánen la parte posterior de la retina, son de dos tipos: conos y bastones.
Los bastones son sensibles a niveles bajos de intensidad de luz, noson sensibles al color y se sitúan en la periferia de la fóvea.
Los conos son sensibles a niveles más altos de intensidad de luz, sonsensibles al color y se sitúan principalmente en la fóvea.
En el sistema visual humano encontramos dos tipos de visión: la visiónescotópica, debida a la sensibilidad de los bastones, y la visiónfotópica, debida a la sensibilidad de los conos.
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Teoría triestímulo
Se distinguen tres clases de conos segúnel tipo de respuesta que tienen adiferentes zonas del espectro olongitudes de onda, con picos desensibilidad para luces roja, verde y azul.
Experimentos basados en esta teoríaproducen las siguientes funciones derespuesta espectral, donde el pico parael azul corresponde a los 440nm, el delverde está en los 545nm y el del rojo enlos 580nm.
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Teoría triestímulo (II)
La función de eficiencia luminosa es la respuesta del ojo a luz deluminancia constante, variando la longitud de onda dominante.
El pico de sensibilidad, a 550nm,corresponde a luz amarillo-verdosa.
Hay experimentos que muestran queesta curva es suma de las tresfunciones de respuesta espectral.
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Teoría triestímulo (III)
Principios del proceso de percepción del color.
Tricromía: todo espectro puede reducirse a un conjunto de 3 valoressin perder información respecto a la percepción del color.
Metamerismo: todos los espectros que produzcan la misma respuestatricromática son indistinguibles.
Dos espectros diferentes se verán iguales si estimulan a los conosproduciendo la misma respuesta.
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Correspondencia de color
La teoría triestímulo corresponde vagamente a la noción de que loscolores pueden ser especificados como combinación de rojo, verde y azul.
Las funciones de correspondenciacolor muestran las cantidades derojo, verde y azul necesarias paraformar un color de luminanciaconstante, para todas las longitudesde onda dominantes.
Valores negativos no todos loscolores pueden ser mostrados enun CRT!
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Colores distinguiblesEl ojo humano puede distinguir cientos de miles de colores diferentes.
Cuando los colores difieren sólo en el tono, las longitudes de ondaentre colores apenas distinguibles varían desde más de 10nm en losextremos del espectro, a menos de 2nm cerca de los 480nm (azul) y580nm (amarillo). En general, difieren en unos 4nm.
Se distinguen unos 128 tonos completamente saturados.
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El espacio CIE XYZObjetivo: solucionar problemas del espacio RGB, evitar valoresnegativos en las funciones de correspondencia, encontrar un ejerelacionado directamente con la intensidad.
En 1931 la CIE (CommissionInternationale de l’Eclairage) definió tresprimarios standard, X, Y y Z.
Estos primarios pueden usarse paraformar, sólo con pesos positivos, todoslos colores visibles.
El primario Y tiene función decorrespondencia igual a la función deeficiencia luminosa.
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El espacio CIE XYZ (II)
Las funciones de correspondencia xλ, yλ, zλ están definidas con unatabla, a intervalos de 1nm.
Las funciones de correspondencia xλ, yλ, zλ son combinacioneslineales de las funciones de correspondencia rλ, gλ, bλ , por lo tanto ladefinición de un color con luces roja, verde y azul puede serconvertida, con una transformación lineal, en su definición entérminos de los primarios CIE, y viceversa.
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Diagrama de cromaticidad
La proyección de este espaciosobre el plano (x,y)
es el diagrama de cromaticidadde la CIE
Los valores de cromaticidad (x,y)dependen sólo de la longitud deonda dominante y de la saturación,son independientes del total deenergía luminosa.
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Diagrama de cromaticidadEl interior y el borde representan todoslos valores de cromaticidad visibles;colores con igual cromaticidad y diferenteluminancia son representados con elmismo punto.
Los colores espectralmente puros estánsobre el borde curvado.
Los colores menos saturados están en elinterior del diagrama.
Una luz blanca standard (iluminante C),que aproxima a la luz solar, se encuentracerca del punto x=y=1/3.
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Diagrama de cromaticidadEl diagrama cromático permite definir el rango de colores generados apartir de la suma de dos o tres colores (gamut).
El segmento que une dos puntos del diagrama representa todos loscolores que se pueden generar a partir de la suma de los colores de losextremos, variando las cantidades relativas de los colores sumados.
Esto permite determinar la longitud deonda dominante y la pureza de laexcitación de cualquier color: el color Aes una mezcla del iluminante C y deuna luz pura B; así B define la longitudde onda dominante. La relación AC/BCes la pureza de la excitación de A.
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Diagrama de cromaticidad
El diagrama no es una paleta decolores completa ya que no contieneinformación de luminancia (ej. marrón).
Los colores complementarios sonaquellos que pueden ser mezcladospara producir luz blanca (ej. D y E)
Los colores no espectrales no puedenser definidos a partir de una longitud deonda dominante (ej. F); son lospúrpuras y magentas del borde inferiordel diagrama.
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Diagrama de cromaticidadEl triángulo formado por tres puntos deldiagrama representa todos los coloresque se pueden generar a partir de loscolores del extremo del triángulo.
La forma del diagrama muestra por quéno es posible obtener todos los coloresvisibles sumando rojo, verde y azul(ninguna combinación de tres colorescubre toda las superficie).
Los gamuts permiten comparardiferentes dispositivos de visualización eimpresión.
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Modelos de color para gráficos
Modelo de color: especificación de un sistema de coordenadas3D y un subconjunto “visible” del espacio dentro del cual residentodos los colores de una gama particular.
Propósito: permitir una especificación conveniente de los coloresdentro de cierta gama de colores.Para diferentes tipos de uso son apropiados distintos modelos.
Ejemplos: RGB, YIQ, CMY,CMYK, HSV, HLS, etc.
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Modelo RGB
Utiliza un sistema de coordenadas cartesiano. El subconjunto visible es el cubo delado unidad; la diagonal principal representa los niveles de gris, (0,0,0) es el negro;(1,1,1) es el blanco.
Los primarios RGB son aditivos (las contribuciones de cada primario se suman paradar un color resultado)
El modelo RGB se emplea en dispositivos que emiten luz como CTR.
La gama de colores cubiertapor el modelo está definidapor las cromaticidades de losfósforos del CRT.
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Cada color C dentro del cubo es representado por una terna (R,G,B), demodo que C = RR+GG+BB, donde
Coordenadas de cromaticidad RGB:
Modelo RGB
NTSC standard Modelo CIE Monitores ColorR (0.670, 0.330) (0.735, 0.265) (0.628, 0.346)G (0.210, 0.710) (0.274, 0.717) (0.268, 0.588)B (0.140, 0.080) (0.167, 0.009) (0.150, 0.070)
[ ]1,0,, ∈BGR
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Modelo CMYC cyan, M magenta y Y yellow son los complementos del rojo, verde yazul respectivamente. Cuando son usados como filtros para sustraercolor de la luz blanca son llamados primarios sustractivos.
Los colores son especificados en términos de lo que se sustrae a la luzblanca en lugar de hablar de lo que se suma a la luz negra.
El modelo CMY se utiliza en dispositivosde impresión que depositan pigmentoscoloreados en el papel (ink-jet, plotters),pues las tintas se comportan como filtros.
El subconjunto visible del modelo CMYes igual que el del RGB, pero ahora elblanco (luz total) está en el origen, y noel negro (nada de luz).
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Modelo CMY
Las ecuaciones de conversión RGB-CMY son:
−
=
B
G
R
Y
M
C
1
1
1
−
=
Y
M
C
B
G
R
1
1
1
Otro modelo similar, el CMYK, usa además el color negro (K). Elmodelo se utiliza en imprentas, donde se usa el negro en lugar deiguales cantidades de C, M y Y:
K = min(C,M,Y)C = C - KM = M - KY = Y - K
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El modelo YIQEl modelo YIQ se utiliza en la transmisión de señales de TV en EEUUsegún el standard NTSC.
La componente Y es de luminancia, se define igual que lacomponente CIE Y (es la única señal mostrada en los televisoresblanco y negro).
Las componentes I y Q codifican la información de cromaticidad.
La transformación RGB - YIQ se define como:
(utilizando coordenadas de cromaticidad RGB según standard NTSC)
para la transformacíón YIQ - RGB basta invertir la matriz.
−−−=
B
G
R
Q
I
Y
311.0523.0212.0
321.0275.0596.0
114.0587.0299.0
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Los modelos RGB, CMY y YIQ están orientados al hardware. El modeloHSV (hue, saturation, value) está orientado al usuario, se basa en lanoción intuitiva de tinte, sombra y tono.
El sistema de coordenadas es cilíndrico; el subconjunto del espacio enque el modelo está definido es un hexacono.
El tono (hue) H se mide por el ángulo alrededordel eje vertical.
La saturación S varía entre 0 enel eje central y 1 en los lados triangulares.
El valor V (el eje central), varía entre 0 y 1.
El modelo HSV
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El modelo HSV (II)
♦Cuando S=0, el valor de H está indefinido.♦El punto del vértice es negro, con coordenadas V=0, H y S indefinidos.♦El punto V=1, S=0 es blanco; los valores 0<V<1, con S=0 son grises.♦Los colores con S=1, V=1 sonequivalentes a los pigmentos puros(en pintura).♦Las sombras se crean manteniendoS=1 y disminuyendo V.♦Los tonos se crean disminuyendo S y V♦Cambiar H equivale a elegir otropigmento puro.♦Agregar pigmento blanco equivale adisminuir S sin cambiar V.
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El modelo HSV (III)La tapa del hexacono corresponde a la proyección vista mirando el cuboRGB a lo largo de la diagonal principal, desde el blanco hacia el negro.
El cubo RGB tiene subcubos; mirar cada subcubo desde su diagonalprincipal equivale a un plano V=cte en el el modelo HSV; la diagonalprincipal del cubo corresponde al eje V.
Así podemos ver intuitivamente la correspondencia entre los modelosRGB y HSV.
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Void RGB_to_HSV(double r,doubleg, double b,double *h, double *s,double *v){ double max = max(r,g,b); double min = min(r,g,b); *v = max; /* this is value v */ delta = max-min; *s =(max!=0)?((delta/max):0.0); if(*s==0) *h = UNDEFINED; else { if (r==max) *h = (g-b)/delta; else if (g==max) *h = 2.0 + (b-r)/delta; else if (b==max) *h = 4.0 + (r-g)/delta; *h = *h * 60.0; if (*h<0.0) *h = *h + 360.0; }} /*end RGB_to_HSV*/
El modelo HSV (IV)
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El modelo HSV (V)Void HSV_to_RGB (double *r, double *g,double *b, double h,double s,double v){ double f,p,q,t; int i;
if (s==0){ /*achromatic case*/ if(h== UNDEFINED) { *r = v; *g = v; *b = v; } else ERROR(); } else { /*chromatic case*/ if ( h == 360.0) h = 0.0; h /= 60.0; i = floor(h); f = h - i; p = v * (1 - s);
q = v * (1 - (s * f)); t = v * (1 - (s * (1 - f)));
switch(i){ case 0: *r=v: *g=t: *b=p; break; case 1: *r=q: *g=v: *b=p; break; case 2: *r=p: *g=v: *b=t; break; case 3: *r=p: *g=q: *b=v; break; case 4: *r=t: *g=p: *b=v; break; case 5: *r=v: *g=p: *b=q; break; } }} /*end HSV_to_RGB*/
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El modelo HLS (hue, lightness, saturarion) es similar al HSV.
El sistema de coordenadas es cilíndrico;el subconjunto del espacio en que elmodelo está definido es un hexaconodoble.
El tono (hue) H se mide por el ánguloalrededor del eje vertical.
La saturación S varía entre 0 en eleje central y 1 en los lados triangulares.
La luminosidad (el eje central), varíaentre 0 y 1.
El modelo HLS
