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En reproducción del color y colorimetría , una gama de colores ( o gamut / ˈ ɡ æ m ə t / ) es un conjunto convexo que contiene los colores que pueden representarse con precisión, es decir, reproducirse mediante un dispositivo de salida (por ejemplo, una impresora o una pantalla) o medirse mediante un dispositivo de entrada (por ejemplo, una cámara o un sistema visual ). Los dispositivos con una gama de colores más amplia pueden representar más colores. De manera similar, la gama también puede referirse a los colores dentro de un espacio de color definido , que no está vinculado a un dispositivo específico. Una gama tricromática se suele visualizar como un triángulo de color . Un uso menos común define la gama como el subconjunto de colores contenidos en una imagen, escena o vídeo.
Introducción
El término gama se adoptó del ámbito musical, donde la expresión latina medieval "gamma ut" significaba la nota más grave de la escala de sol y, con el tiempo, llegó a implicar toda la gama de notas musicales con las que se componen las melodías. El uso que hace Shakespeare del término en La fierecilla domada se atribuye a veces al autor y músico Thomas Morley . [ 1 ] En la década de 1850, el término se aplicó a una gama de colores o tonalidades, por ejemplo, por Thomas de Quincey , quien escribió: " He oído que el pórfido abarca una gama de tonalidades tan amplia como el mármol". [ 2 ]
La gama de colores de un dispositivo o proceso es la porción del espacio de color que puede ser representada o reproducida. Generalmente, la gama de colores se especifica en el plano de tono - saturación , ya que un sistema suele producir colores en un amplio rango de intensidad dentro de su gama. Las gamas de los dispositivos deben usar colores primarios reales (aquellos que pueden ser representados por una distribución física de potencia espectral ) y, por lo tanto, siempre son incompletas (menores que la gama visible humana). Ninguna gama definida por un número finito de colores primarios puede representar la totalidad de la gama visible humana. Se necesitan tres colores primarios para representar una aproximación de la gama visible humana. Se pueden usar más colores primarios para aumentar el tamaño de la gama. Por ejemplo, si bien pintar con pigmentos rojos, amarillos y azules es suficiente para modelar la visión del color, agregar más pigmentos (por ejemplo, naranja o verde) puede aumentar el tamaño de la gama, permitiendo la reproducción de colores más saturados.
Al procesar una imagen digital, el modelo de color más conveniente es el RGB. Para imprimirla, es necesario transformarla del modelo de color RGB original al modelo CMYK de la impresora . Durante este proceso, los colores del modelo RGB que están fuera de la gama cromática deben convertirse a valores aproximados dentro del modelo CMYK. Recortar solo los colores fuera de la gama cromática a los colores más cercanos en el espacio de color de destino dañaría la imagen. Existen varios algoritmos que aproximan esta transformación, pero ninguno es completamente perfecto, ya que esos colores están fuera de las capacidades del dispositivo de destino. Por ello, identificar los colores de una imagen que están fuera de la gama cromática en el espacio de color de destino lo antes posible durante el procesamiento es fundamental para la calidad del producto final. También es importante recordar que existen colores dentro de la gama CMYK que están fuera de los espacios de color RGB más utilizados, como sRGB y Adobe RGB .
Gestión del color
La gestión del color es el proceso de asegurar colores consistentes y precisos en dispositivos con diferentes gamas cromáticas. Esta gestión se encarga de las transformaciones entre gamas cromáticas y espacios de color canónicos para garantizar que los colores se representen de forma uniforme en distintos dispositivos. La gama cromática de un dispositivo se define mediante un perfil de color, generalmente el perfil ICC , que relaciona la gama con un espacio de color estandarizado y permite la calibración del dispositivo. Al transformar de una gama a una más pequeña, se pierde información, ya que los colores que no pertenecen a la gama se proyectan sobre ella, y al volver a la gama original no se recupera esta información perdida.
Colorimetría
La colorimetría es la medición del color, generalmente de una manera que imita la percepción del color humano . [ 3 ] Los dispositivos de entrada como las cámaras digitales o los escáneres están hechos para imitar la percepción tricromática del color humano y se basan en tres elementos sensores con diferentes sensibilidades espectrales, idealmente alineados aproximadamente con las sensibilidades espectrales de las fotopsinas humanas . En este sentido, tienen una gama similar al sistema visual humano. Sin embargo, la mayoría de estos dispositivos violan la condición de Luther y no están destinados a ser verdaderamente colorimétricos, con la excepción de los colorímetros tristímulo . Los dispositivos de entrada de dimensiones superiores, como los generadores de imágenes multiespectrales , los generadores de imágenes hiperespectrales o los espectrómetros , capturan el color en una gama mucho mayor, dimensionalmente, que la gama visible humana. Para que sean percibidas por los humanos, las imágenes deben primero ser reducidas de dimensión y tratadas con falso color .
Gama visible
La gama de colores que puede detectar el ser humano promedio, aproximada por el observador estándar , es la gama visible (o visual) . Las cromaticidades presentes en la gama visible se visualizan generalmente en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 , donde el lugar geométrico espectral (borde curvo) representa los colores monocromáticos (de una sola longitud de onda) o espectrales . Dado que las pantallas actuales tienen una gama menor que la gama visible, los colores que están fuera de la gama se reproducen como colores dentro de la gama de la pantalla. Las gamas de los dispositivos generalmente se representan en referencia a la gama visible. El observador estándar representa a un ser humano típico, pero el daltonismo conlleva una gama visible reducida.
Reproducción del color
Visualización de gamas de colores
Limitaciones de la representación del color
Superficies
Colores óptimos
Los colores óptimos son los colores más cromáticos que pueden tener las superficies*. El sólido de color delimitado por el conjunto de todos los colores óptimos se denomina sólido de color óptimo o sólido de color de Rösch - MacAdam . [ 4 ] Por ahora, no podemos producir objetos con tales colores, al menos no sin recurrir a fenómenos físicos más complejos.
*(con reflexión clásica. Fenómenos como la fluorescencia o la coloración estructural pueden provocar que el color de los objetos se encuentre fuera del rango óptimo de color sólido).
El espectro de reflectancia de un color es la cantidad de luz de cada longitud de onda que refleja, en proporción a un máximo dado, cuyo valor es 1 (100%). Si el espectro de reflectancia de un color es 0 (0%) o 1 (100%) en todo el espectro visible, y no tiene más de dos transiciones entre 0 y 1, o entre 1 y 0, entonces se trata de un color óptimo. Con el estado actual de la tecnología, no podemos producir ningún material o pigmento con estas propiedades. [ 5 ]
Por lo tanto, son posibles cuatro tipos de espectros de "color óptimo":
- La transición va de cero en ambos extremos del espectro a uno en el centro, como se muestra en la imagen de la derecha.
- Va desde uno en los extremos hasta cero en el centro.
- Va desde 1 al comienzo del espectro visible hasta 0 en algún punto intermedio, hasta su final.
- Va desde 0 al comienzo del espectro visible hasta 1 en algún punto intermedio, hasta su final.
El primer tipo produce colores similares a los colores espectrales y sigue aproximadamente la porción en forma de herradura del diagrama de cromaticidad CIE xy (el lugar geométrico espectral ), pero en las superficies son más cromáticos , aunque menos puros espectralmente . El segundo tipo produce colores similares a (pero, en las superficies, más cromáticos y menos puros espectralmente que) los colores de la línea recta en el diagrama de cromaticidad CIE xy (la línea de púrpuras ), lo que da como resultado colores magenta o similares al púrpura.
En los sólidos de color óptimo, los colores del espectro visible son teóricamente negros, porque su espectro de reflectancia es 1 (100%) en una sola longitud de onda y 0 en todas las demás longitudes de onda visibles infinitas que existen, lo que significa que tienen una luminosidad de 0 con respecto al blanco, y también tendrán 0 croma, pero, por supuesto, 100% de pureza espectral. En resumen: en los sólidos de color óptimo, los colores espectrales son equivalentes al negro (luminosidad 0, croma 0), pero tienen pureza espectral completa (se encuentran en el lugar geométrico espectral en forma de herradura del diagrama de cromaticidad). [ 6 ]
En espacios de color lineales, como LMS o CIE 1931 XYZ , el conjunto de rayos que parten del origen (negro, (0, 0, 0)) y pasan por todos los puntos que representan los colores del espectro visible, y la porción de un plano que pasa por la semirrecta violeta y la semirrecta roja (ambos extremos del espectro visible), generan el "cono espectral". El punto negro (coordenadas (0, 0, 0)) del sólido de color óptimo (y solo el punto negro) es tangente al "cono espectral", y el punto blanco ((1, 1, 1)) (solo el punto blanco) es tangente al "cono espectral invertido", siendo este último simétrico al "cono espectral" con respecto al punto gris medio ((0.5, 0.5, 0.5)). Esto significa que, en espacios de color lineales, el sólido de color óptimo es simétrico respecto al centro. [ 6 ]
En la mayoría de los espacios de color, la superficie del sólido de color óptimo es suave, excepto por dos puntos (blanco y negro); y dos bordes definidos: el borde " cálido ", que va del negro al rojo, al naranja, al amarillo y al blanco; y el borde "frío", que va del negro al violeta intenso , al azul, al cian y al blanco. Esto se debe a lo siguiente: si la porción del espectro de reflectancia de un color es el rojo espectral (ubicado en un extremo del espectro), se verá como negro. Si se aumenta el tamaño de la porción de reflectancia total, cubriendo ahora desde el extremo rojo del espectro hasta las longitudes de onda amarillas, se verá como rojo. Si la porción se expande aún más, cubriendo las longitudes de onda verdes, se verá como naranja o amarillo. Si se expande aún más, cubrirá más longitudes de onda que el semicromo amarillo , acercándose al blanco, hasta que se alcance cuando se refleja el espectro completo. El proceso descrito se llama "acumulación". La acumulación puede comenzar en cualquiera de los extremos del espectro visible (acabamos de describir la acumulación que comienza en el extremo rojo del espectro, generando el borde nítido "cálido"); la acumulación que comienza en el extremo violeta del espectro generará el borde nítido "frío". [ 6 ]
Colores de máxima saturación, semicromos o colores completos.
Cada tonalidad tiene un punto de croma máximo, semicorma o color pleno; los objetos no pueden tener un color de esa tonalidad con un croma superior. Son los colores más cromáticos y vibrantes que pueden tener los objetos. El químico y filósofo alemán Wilhelm Ostwald los denominó semicormas o colores plenos a principios del siglo XX. [ 6 ] [ 7 ]
Si B es la longitud de onda complementaria de A, entonces la línea recta que conecta A y B pasa por el eje acromático en un espacio de color lineal, como LMS o CIE 1931 XYZ. Si el espectro de reflectancia de un color es 1 (100%) para todas las longitudes de onda entre A y B, y 0 para todas las longitudes de onda de la otra mitad del espacio de color, entonces ese color es un color de máxima saturación, semicrómico o de color completo (esta es la explicación de por qué se les llama semicrómicos ). Por lo tanto, los colores de máxima saturación son un tipo de color óptimo. [ 6 ] [ 7 ]
Como se explicó, los colores completos distan mucho de ser monocromáticos. Si se aumenta la pureza espectral de un color de máxima saturación, su saturación disminuye, ya que se aproximará al espectro visible; por lo tanto, se aproximará al negro. [ 6 ]
En espacios de color perceptualmente uniformes, la luminosidad de los colores completos varía desde aproximadamente un 30 % en los tonos azul violáceos hasta aproximadamente un 90 % en los tonos amarillentos . La croma de cada punto de croma máximo también varía según el tono; en sólidos de color óptimos representados en espacios de color perceptualmente uniformes, los semicromos como el rojo, el verde, el azul, el violeta y el magenta tienen una croma alta, mientras que los semicromos como el amarillo, el naranja y el cian tienen una croma ligeramente menor.
Historia de la idea de los colores óptimos
A principios del siglo XX, la demanda industrial de un método controlable para describir los colores y la nueva posibilidad de medir los espectros de luz impulsaron una intensa investigación sobre las descripciones matemáticas de los colores.
La idea de los colores óptimos fue introducida por el químico alemán báltico Wilhelm Ostwald . Erwin Schrödinger demostró en su artículo de 1919 Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Teoría de los pigmentos con mayor luminosidad) [ 5 ] que los colores más saturados que se pueden crear con una reflectividad total dada se generan mediante superficies que tienen reflectancia cero o total en cualquier longitud de onda dada, y el espectro de reflectividad debe tener como máximo dos transiciones entre cero y total.
El trabajo de Schrödinger fue desarrollado posteriormente por David MacAdam y Siegfried Rösch . [ 8 ] MacAdam fue el primero en calcular las coordenadas precisas de puntos seleccionados en el límite del sólido de color óptimo en el espacio de color CIE 1931 para niveles de luminosidad desde Y = 10 hasta 95 en pasos de 10 unidades. Esto le permitió dibujar el sólido de color óptimo con un grado de precisión aceptable. Debido a este logro, el límite del sólido de color óptimo se denomina límite de MacAdam (1935).
En los ordenadores modernos, es posible calcular un sólido de color óptimo con gran precisión en cuestión de segundos. Normalmente, solo se calculan los límites de MacAdam (los colores óptimos, el límite del sólido de color óptimo), ya que todos los demás colores de superficie posibles (no óptimos) se encuentran dentro de dicho límite.
Gama de punteros
El color sólido óptimo representa el límite teórico de los colores posibles para las superficies. Sin embargo, en la vida real, los objetos no presentan un color óptimo (al menos no aquellos que reflejan la luz). Esto significa que, en la práctica, el color de una superficie siempre es menos cromático que el color óptimo del mismo tono y luminosidad. Para aplicaciones prácticas, puede ser necesario un espectro cromático más reducido y realista.
En 1980, Michael R. Pointer publicó una gama de colores para superficies reales con reflexión difusa utilizando 4089 muestras (las superficies con reflexión especular , "brillantes", pueden quedar fuera de esta gama). [ 9 ] Originalmente llamada "Cascada de color de Munsell", los límites se conocen más comúnmente como "Gama de Pointer" en honor a su trabajo.
Si bien esta gama sigue siendo importante como referencia para la reproducción del color, [ 10 ] se han creado estándares más recientes que definen con mayor precisión la gama práctica de superficies, como el ISO SOCS ( Standard Object Colour Spectra ), para el cual se muestrearon 53 361 superficies, incluyendo pinturas, impresiones, flores, hojas, rostros humanos, textiles, etc.; [ 11 ] la ISO Reference Colour Gamut (ISORCG, 2007); [ 12 ] [ 13 ] y la ISO Gamut of Surface Colours (ISOGSC, 1998), que se derivó de los datos de Pointer, 1025 muestras Pantone, muestras impresas y datos ISO SOCS. [ 14 ]
Mezcla de colores sustractiva
En los sistemas de color sustractivos, la gama de colores suele ser una región irregular y redondeada.
Idealmente, la gama de colores del espacio CMYK es la misma que la del espacio RGB. En la práctica, debido a la forma en que los colores impresos en trama interactúan entre sí y con el papel, y a sus espectros de absorción no ideales, la gama presenta esquinas redondeadas.
fuentes de luz
Las fuentes de luz utilizadas como primarias en un sistema de reproducción de color aditivo deben ser brillantes, por lo que generalmente no son monocromáticas. Es decir, la gama de colores de la mayoría de las fuentes de luz de color variable puede entenderse como el resultado de las dificultades para producir luz monocromática pura (de una sola longitud de onda ). La mejor fuente tecnológica de luz monocromática es el láser , que puede ser bastante caro y poco práctico para muchos sistemas. Sin embargo, a medida que la tecnología optoelectrónica madura, los láseres de diodo de modo longitudinal único se están volviendo menos costosos, y muchas aplicaciones ya pueden beneficiarse de esto; tales como la espectroscopia Raman , la holografía , la investigación biomédica , la fluorescencia , la reprografía , la interferometría , la inspección de semiconductores , la detección remota, el almacenamiento óptico de datos , la grabación de imágenes, el análisis espectral , la impresión , las comunicaciones punto a punto en espacio libre y las comunicaciones por fibra óptica . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
Los sistemas que utilizan procesos de color aditivos suelen tener una gama de colores que se asemeja a un polígono convexo (o ligeramente cóncavo) en un plano cromático perceptualmente uniforme (que no debe confundirse con el diagrama de cromaticidad ). Los vértices del polígono representan los colores más cromáticos que el sistema puede producir.
Comparación de varios sistemas
A continuación se presenta una lista de sistemas de color representativos, ordenados más o menos de mayor a menor gama de colores:
- Un proyector de vídeo láser utiliza tres láseres para producir la gama de colores más amplia disponible en equipos de visualización prácticos actuales, gracias a que los láseres producen colores primarios verdaderamente monocromáticos. Los sistemas funcionan bien escaneando la imagen completa punto por punto y modulando el láser directamente a alta frecuencia, de forma similar a los haces de electrones en un tubo de rayos catódicos (CRT), o bien dispersando ópticamente y modulando el láser, y escaneando línea por línea, cuya modulación es muy parecida a la de un proyector DLP . Los láseres también pueden utilizarse como fuente de luz para un proyector DLP. Se pueden combinar más de tres láseres para aumentar el rango de la gama de colores, una técnica que a veces se utiliza en holografía . [ 19 ]
- La tecnología de procesamiento digital de luz o DLP es una marca registrada de Texas Instruments. El chip DLP contiene una matriz rectangular de hasta 2 millones de espejos microscópicos montados sobre bisagras. Cada uno de los microespejos mide menos de una quinta parte del ancho de un cabello humano. El microespejo de un chip DLP se inclina hacia la fuente de luz (ENCENDIDO) o se aleja de ella (APAGADO). Esto crea un píxel claro u oscuro en la superficie de proyección. [ 20 ] Los proyectores DLP actuales utilizan una rueda que gira rápidamente con "segmentos" transparentes de colores para presentar cada fotograma de color sucesivamente. Una rotación muestra la imagen completa.
- La película fotográfica puede reproducir una gama de colores más amplia que los sistemas típicos de televisión, ordenador o vídeo doméstico . [ 21 ]
- Las pantallas CRT y similares tienen una gama de colores aproximadamente triangular que cubre una parte significativa del espacio de color visible. En las pantallas CRT, las limitaciones se deben a los fósforos que producen luz roja, verde y azul.
- Las pantallas de cristal líquido (LCD) filtran la luz emitida por una retroiluminación . Por lo tanto, la gama de colores de una pantalla LCD está limitada al espectro emitido por la retroiluminación. Las pantallas LCD típicas utilizan bombillas fluorescentes de cátodo frío ( CCFL ) para la retroiluminación. Las pantallas LCD con ciertas retroiluminaciones LED o CCFL de amplia gama ofrecen una gama de colores más completa que los tubos de rayos catódicos (CRT). Sin embargo, algunas tecnologías LCD varían el color presentado según el ángulo de visión. Las pantallas IPS ( conmutación en el plano ) o las pantallas de alineación vertical con patrón tienen una gama de colores más amplia que las pantallas de cristal líquido nemático trenzado .
- La televisión normalmente utiliza una pantalla CRT, LCD, LED o de plasma , pero no aprovecha al máximo sus propiedades de visualización de color debido a las limitaciones de la transmisión . El perfil de color común para la televisión se basa en el estándar ITU Rec. 601. La HDTV es menos restrictiva y utiliza un perfil de color ligeramente mejorado basado en el estándar ITU Rec. 709. Aun así, es algo inferior al de, por ejemplo, las pantallas de ordenador que utilizan la misma tecnología. Esto se debe al uso de un subconjunto limitado de RGB en la transmisión (valores de 16 a 235), en comparación con el RGB completo en las pantallas de ordenador, donde se utilizan todos los bits de 0 a 255.
- La mezcla de pinturas , tanto para aplicaciones artísticas como comerciales, permite obtener una gama cromática bastante amplia partiendo de una paleta mayor que la de los tubos de rayos catódicos (CRT) (rojo, verde y azul) o los cian, magenta y amarillo de la impresión. Si bien la pintura puede reproducir algunos colores muy saturados que los CRT no reproducen bien (en particular el violeta), en general la gama cromática es menor.
- La impresión suele utilizar el espacio de color CMYK (cian, magenta, amarillo y negro). Muy pocos procesos de impresión no incluyen el negro; sin embargo, estos procesos (a excepción de las impresoras de sublimación ) no representan adecuadamente los colores de baja saturación y baja intensidad. Se han realizado esfuerzos para ampliar la gama cromática del proceso de impresión mediante la adición de tintas de colores no primarios; estas suelen ser naranja y verde (véase Hexachrome ) o cian claro y magenta claro (véase el modelo de color CcMmYK ). En ocasiones, también se utilizan tintas de color directo de un color muy específico.
- La gama de colores de una pantalla monocromática es una curva unidimensional en el espacio de color. [ 22 ]
Amplia gama de colores
El Ultra HD Forum define una gama de colores amplia (WCG, por sus siglas en inglés) como una gama de colores más amplia que Rec. 709 y sRGB . [ 23 ] Los espacios de color con WCG incluyen:
- Rec. 2020 – Recomendación de la UIT-R para UHDTV [ 24 ]
- Rec. 2100 – Recomendación ITU-R para HDR -TV (misma cromaticidad de los colores primarios y punto blanco que Rec. 2020 ) [ 25 ]
- DCI-P3 y DisplayP3
- Espacio de color Adobe RGB
- Amplia gama de colores DxO
Impresión de gama de colores ampliada
La gama de colores que se logra con tintas cian, magenta, amarilla y negra a veces resulta limitada, por ejemplo, al imprimir logotipos corporativos. Por lo tanto, algunos métodos de impresión a color utilizan tintas adicionales para lograr una gama más amplia. Por ejemplo, algunos emplean tintas verdes, naranjas y violetas para aumentar la saturación de los tonos cercanos. Estos métodos se conocen con diversos nombres, como impresión a color heptatono, impresión de gama extendida e impresión a 7 colores, entre otros. [ 26 ] [ 27 ]
Referencias
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- ↑ "Imprime los colores de la marca con precisión utilizando un conjunto fijo de tintas" .
Enlaces externos
- Uso del diagrama de cromaticidad para la evaluación de la gama de colores, por Bruce Lindbloom.
- Libro "Mapeo de la gama de colores" de Jan Morovic.
- Cuantificación de la gama de colores por William D. Kappele
- Demostración interactiva en Flash de la asignatura CS 178 de la Universidad de Stanford que explica el mapeo de la gama de colores.
- Espacio de color
- Color
