Bases sobre a teoria da cor aplicada aos sistemas digitais


Conceito da cor -  a cor está associada à percepção da luz emitida, difundia ou reflectida pelos objectos através do sistema de visão do ser humano, sendo que a cor faz parte das características dos objectos, mas que esta depende das características das fontes de luz que o iluminam, da reflexão da luz produzida pela sua superfície e das características sensoriais do sistema de visão humano, os olhos.

Conceito de luz – a luz é composta por uma variedade de ondas electromagnéticas com diferentes comprimentos de onda, no entanto é apenas detetada e interpretada pelo sistema de visão humana se o comprimento de onda pertencer ao intervalo de 380 a 780 nm. Os diferentes comprimentos de onda constituem o espectro de luz visível e que estão associados a diferentes cores.
São os olhos os sensores da visão, ou seja, após a luz atravessar a íris e ser projectada na retina, a interpretação da cor é totalmente processada pelo cérebro humano. Desta forma deparámo-nos com dois tipos de visão, podendo este ser do tipo Escotópica e Fotóptica:

Visão Escotópica – é assegurada por um tipo de bastonetes existentes na retina que são sensíveis ao brilho e não detetam a cor, ou seja, são sensíveis à alteração da luminosidade mas não aos comprimentos de onda da luz visível. Este tipo de visão é mais utilizado durante a noite ou em ambientes escuros por o olho passar a ser mais sensível ao azul.

Visão Fotópica – é o termo científico que se dá à visualização das cores por parte do olho humano e é assegurada por um conjunto de três tipos diferentes de cones existentes na retina e que são sensíveis à cor, ou seja, aos comprimentos de onda visível. Em cada olho existem cerca de 5 milhões de cones, sendo que na retina, os cones se distribuem da seguinte forma: 64% distingue os vermelhos, 32% distingue os verdes e os últimos 2% distinguem os azuis.

Modelo Aditivo – neste modelo, a ausência de luz ou de cor corresponde à cor preta, enquanto que a mistura dos comprimentos de onda ou das cores vermelha, verde e azul indicam a presença de luz ou da cor branca. Desta forma o modelo explica a mistura dos comprimentos de onda de qualquer luz emitida.
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Modelo RGB:
 Caracterização – é um modelo aditivo, que descreve as cores num sistema digital como uma combinação das três cores primárias, ou seja, o vermelho, o verde e o azul.
No sistema digital qualquer cor é representada por um conjunto de valores numéricos, podendo cada uma das cores do modelo RGB ser representada pelos seguintes valores e nos vários formatos:
·         Decimal: de 0 a 1;
·         Inteiro: de 0 a 255;
·         Percentagem: de 0% a 100%;
·         Hexadecimal: de 00 a FF.
Este modelo pode ainda ser representado por um cubo em que as cores se encontram divididas pelos seus vértices, sendo estes denominados numericamente por valor decimal e valor inteiro, como por exemplo:
·         Preto: (0,0,0);
·         Branco: (1,1,1);
·         Azul (B): (0,0,1);
·         Vermelho (R): (1,0,0);
·         Verde (G): (0,1,0).

Aplicações – as aplicações deste modelo estão relacionadas com a emissão de luz transmitida por equipamentos electrónicos como é o exemplo dos monitores ou ecrãs de televisão. As cores emitidas pelos ecrãs e monitores são apenas as que o olho humano é capaz de captar, ou seja, vermelho, verde e azul, que quando combinadas geram milhões de cores.
Imagem Digital – é uma representação discreta constituída por píxeis. O píxel (picture elemento) é geralmente um quadrado ou a unidade elementar de brilho e cor constituinte duma imagem digital.
A resolução de uma imagem é entendida como a quantidade de informação que a imagem contém por unidade de comprimento, ou seja, o número de píxeis por polegada, ppi. A resolução de uma imagem não determina só o nível do detalhe como os requisitos de armazenamento da mesma. Por isso, quanto maior a resolução da imagem, maior o tamanho do ficheiro de armazenamento também.
O nível de detalhe depende directamente da informação de cada píxel, sendo cada um codificado de acordo com a cor e o brilho que representa.
Profundidade da cor – indica o número de bits usados para representar a cor de um píxel numa imagem. Este valor pode ser também designado por profundidade de píxel e é definido por bits por píxel (bpp).
O quadro seguinte mostra a relação entre o número de bits e o número de cores que podem ser produzidas. Mostra também os respectivos modelos de cor e padrões gráficos utilizados em monitores e placas gráficas.
Profundidade de cor (nº de bits)
Nº de cores produzidas
Qualidade da cor
Padrão gráfico
1
21=2
Preto e branco
Monocromática
2
22=4
Cores de 2 bits
CGA (Color Graphics Adapter)
4
24=16
Cores de 4 bits
EGA (Enhanced Graphics Adapter)
8
28=256
Cores de 8 bits
VGA (Vídeo Graphics Adapter)
16
216=65536
Cores de 16 bits (High Color)
XGA (Extended Graphics Array)
24
224=16777216
Cores de 24 bits (True Color)
SVGA (Super VGA)
32
232=4294967296
Cores de 32 bits
SVGA (SuperVGA)

A profundidade da cor das imagens varia com o número de cores presentes na imagem.

Indexação de cor – consiste em representar as cores dos píxeis por meio de índices de uma tabela (Lookup Table). As cores desta tabela são conhecidas como cores indexadas, porque estão referenciadas pelos números de índice que são usados pelo computador para identificar cada cor.
Enquanto que uma imagem RGB é definida separadamente por valores de vermelho, verde e azul para cada píxel numa imagem, uma imagem de cor indexada cria uma tabela que define um número de cores predefinidos e cada píxel é definido por um índice de cor dessa tabela.
Exemplo:
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Paleta de cores – utiliza-se para designar qualquer subconjunto de cores do total suportado pelo sistema gráfico do computador. Pode ser também designada por mapa de cor, mapa de índice, tabela de cor, tabela indexada ou tabela de procura de cores (Lookup Table – LUT). Cada cor dentro da paleta identificada por um número (índice).
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A utilização de paletas de cor permite diminuir o tamanho dos ficheiros de imagens, porque apenas são armazenadas em memória as cores utilizadas.

Complementaridade de cores – uma cor complementar de uma cor primária é a cor que se encontra quando é efectuada uma rotação de 180 graus num anel de cor.
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Modelo CMYK:
Caracterização – é constituído a partir do modelo CMY                em que foi acrescentado a cor preta. É um modelo subtractivo, pois as cores são criadas para redução de outras á luz que incide na superfície de um objeto, descrevendo as cores como uma combinação das três cores primárias, azul ciano, magenta e amarelo. A cor preta foi adicionada ao modelo por ser mais fácil a sua obtenção quando impressa em papel do que recorrendo á mistura de cores.
O modelo baseia-se na forma como a Natureza cria as suas cores quando reflecte parte do espectro de luz e absorve outros.
As cores primárias do modelo CMYK são as cores secundárias do RBG e as cores primárias de RDB são as cores secundárias de CMY.


Aplicações - é utilizado em impressão em papel, utilizando as cores do modelo CMY e a tinta preta (K) para realçar os tons de preto e cinza.
Utiliza-se em impressoras, fotocopiadoras, pintura e fotografia, onde os pigmentos de cor das superfícies dos objectos absorvem certas cores e reflectem outras.


Modelo HSV:

Caracterização – é definido pelas grandezas tonalidade (Hue), saturação (Saturation) e valor (Value). Baseia-se na perceção humana da cor do ponto de vista dos artistas plásticos, pois estes combinam a tonalidade com elementos de brilho e saturação. Desta forma, o modelo HSV é mais intuitivo de utilizar do que o modelo RGB por ser mais fácil manusear as cores em função dos tons e das sombras do que apenas como combinações de vermelho, verde e azul.

Tonalidade (Hue) é a cor pura com saturação e luminosidade máximas. A tonalidade permite fazer a distinção das várias cores puras e exprime-se num valor angular entre 0 e 360 graus.
Saturação (Saturation) indica a maior ou menor intensidade da tonalidade, ou seja, indica se a cor é pura ou esbatida (cinzenta). Uma cor saturada ou pura não contém a cor preta nem a cor branca. A saturação é utilizada para descrever a vivacidade e pureza da cor e em termos técnicos descreve a quantidade de cinzas numa cor. Exprime-se num valor percentual de 0 a 100%, em que o 0% indica a inexistência de cor ou a aproximação aos cinzentos e o valor 100% indica uma cor saturada ou pura.

Valor (Value) indica a luminosidade ou brilho de uma cor, ou seja, se uma cor é mais clara ou mais escura, indicando a quantidade de luz que a cor contém. O termo luminosidade está relacionado com a luz reflectida, enquanto que o termo brilho está relacionado com a luz reflectida, sendo que o termo brilho está relacionado com a luz emitida. Esta grandeza indica a quantidade de preto associado à cor e exprime-se num valor percentual entre 0 e 100%, em que o 0% indica que a cor é muito escura ou preta e o valor e o valor 100% indica uma cor saturada ou pura.

Aplicações – é amplamente usado para gerar gráficos de computador de alta qualidade. É usado também para seleccionar várias cores diferentes.

Modelo YUV:

Caracterização – este modelo tem em conta a característica que mais nenhum modelo tem, ou seja, uma propriedade da visão humana que é mais sensível ás mudanças de intensidade da luz do que da cor.
Este modelo foi criado a par do desenvolvimento da transmissão de sinais de cor de televisão, baseado na luminância permite transmitir componentes de cor em menos tempo do que seria necessário se fosse utilizado o modelo RGB. Guarda a informação de luminância separada da informação de crominância ou cor.
Graças a este modelo é possível representar uma imagem a preto e branco utilizando apenas a luminância e reduzindo bastante a informação que seria necessário em outro modelo.

Aplicações - O modelo YUV é adequado às televisões a cores, porque permite enviar a informação da cor separada da informação de luminância. Assim, os sinais de televisão a preto e branco e de televisão a cores são facilmente separados. O modelo YUV é também adequado para sinais de vídeo. Este modelo permite uma boa compressão dos dados, porque alguma informação de crominância pode ser retirada sem implicar grandes perdas na qualidade da imagem, pois a visão humana é menos sensível à crominância do que à luminância.

Cores em HTML – As cores presentes em páginas web normalmente utilizam o modelo RGB. Inicialmente, os monitores apenas permitiam uma paleta limitada de 256 cores RGB, porém, actualmente os monitores e placas gráficas que proporcionam uma profundidade de 24 bits já permitem o uso de 16,7 milhões de cores. No entanto existem outros dispositivos que permitem visualizar documentos em HTML e que possuem uma capacidade cromática ainda mais limitada como é o caso dos telemóveis. Por essa mesma razão é recomendada a utilização de um conjunto de 216 cores e não de 256. Este conjunto de 216 cores resultou da necessidade de os sistemas operativos necessitarem de reservar um conjunto de cores, das 256 iniciais, para o desenho das suas interfaces gráficas. Este conjunto de 216 cores é considerado um conjunto de cores seguras para a web porque é garantido que sejam visualizadas correctamente em todos os sistemas sem serem alteradas. Esta paleta com 216 cores seguras foi definida por uma combinação de vermelho, azul e verde usando apenas os 6 códigos hexadecimais.


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