Cores nas telas de monitores

21 de dezembro, 2020 às 12:40 | Postado em Óptica, Percepção: Teoria das cores, visão, audição, ...

Qual a diferença entre as cores vista em um monitor de baixa qualidade e um alta qualidade se a luz é a mesma?

Cor não é uma grandeza física bem definida. Trata-se de uma fenômeno complexo de percepção, é a interpretação do cérebro aos sinais produzidos nos olhos em resposta aos estímulos luminosos.

A luz, isto é, a radiação eletromagnética visível, se encontra na região cujos comprimentos de onda variam entre aproximadamente 400 nm e 700 nm. A luz à qual estamos normalmente expostos é formada pela mistura de diferentes comprimentos de onda em diferentes intensidades, mesmo quando percebemos essa mistura como uma cor pura. A luz composta de um único comprimento de onda é chamada de monocromática. Os comprimentos de onda mais baixos (<480 nm) são descritos como azul; entre 480 nm e 560 nm, verde; entre 560 nm e 590 nm, amarelo; 590 nm e 630 nm, laranja; acima de 630 estão os tons de vermelho. Comprimentos de onda ligeiramente maiores que os visíveis são chamados de infravermelho e menores são chamados de ultravioleta.

A luz monocromática é insuficiente para produzir toda a nossa experiência cromática. De fato, o roxo e o rosa são misturas de azul e vermelho. O branco, o preto e os tons de cinza são também misturas. Reciprocamente, diferentes misturas de luzes podem ser interpretadas como a mesma cor por um observador. Esse fenômeno é conhecido como metamerismo.

A retina humana possui dois tipos de sensores: os cones e os bastonetes. Os bastonetes são extremamente sensíveis, todavia não distinguem cor. Os cones exigem maiores intensidades luminosas e são eles que diferenciam as cores. Os cones dividem-se em três: longos, médios e curtos, por terem seus picos de sensibilidades em comprimento de onda grande, médio e pequeno, respectivamente. Este modelo, chamado de tricromacia, equivale a dizer que o olho envia para o cérebro três sinais e que todas as cores se originam da combinação de três números positivos (l, m, s), representando a intensidade dos estímulos provocados nos três tipos de cones. O metamerismo acontece quando duas misturas produzem o mesmo trio de sinais.

A percepção humana é bem pouco objetiva e está normalmente sujeita a experiências anteriores, envolvendo cultura, língua nativa, ocupação laboral e treinamento específico. O discernimento de fonemas é um exemplo. Enquanto nativos do português escutam “ele pôde” e “ele pode” como sons bem diferentes, falantes do espanhol têm dificuldade para diferenciá-los. O famoso th do inglês como em “I think” é substituído por “I fink” pelos lusófonos, enquanto os alemães acham mais parecido com “I sink”, que para nós soa bem distinto, tanto do “f”, como do “th”.

Dessa forma, é natural que o metamerismo dependa do observador e das cores às quais ele está mais exposto no ambiente em que vive e que pintores experientes possam identificar misturas diferentes de luzes melhor do que  o observador comum. Felizmente o metamerismo é suficientemente uniforme na população de visão normal para assegurar o funcionamento da pintura e da fotografia. Assim uma mistura de tintas, percebida como amarelo para alguns, não é azul para outros. Outros animais com sistemas diferentes de visão podem não concordar que nossa fotografia represente imagens realistas.

Vale lembrar que a cor percebida de um objeto depende da composição do iluminante e suas propriedades de reflexão. Logo, o metamerismo depende do iluminante. Dois materiais que parecem de mesma cor à luz do sol podem apresentar cores diferentes sob uma lâmpada incandescente.

Em 1931, a Comissão internacional de iluminação (Commission internationale de l’éclairage) emitiu a primeira norma com critérios quantitativos para definir o metamerismo. O efeito da luz é tratado como aditivo, isto é, cada sinal é a soma ponderada conforme o comprimento de onda das intensidades de luz que estimulam a retina. A norma CIE 1931, que define o dito observador padrão, introduz um sistema de sinal XYZ, que é uma transformação linear dos sinais lms que isola a luminância na variável Y, de forma que a cromaticidade, isto é, a cor propriamente dita (independente da intensidade) está modelada nas variáveis X e Z.

Seguindo o padrão CIE 1931, podemos construir um diagrama em que cada cromaticidade é associada a uma coordenada no plano XY. Este diagrama assume o formato de ferradura e é mostrado na figura 1. A borda curvada da ferradura é formada pelas cores espectrais (monocromáticas). A figura é fechada com o segmento de reta que liga os extemos do azul e do vermelho. Esse segmento é chamado de linha de púrpura, é sobre ele que estão o cor-de-rosa e o roxo, por exemplo. As cromaticidades obtidas pela mistura de diferentes comprimentos de onda estão no interior do diagrama. Os pontos fora do diagrama são cores impossíveis.

A formação de cores na maioria dos televisores é baseada em um sistema de três cores primárias – vermelho, verde e azul – chamado de RGB (red, green, blue). Todas a cores são produzidas por combinações de intensidade dessas três fontes luminosas. O conjunto de todas as possibilidades forma um triângulo no diagrama de cromaticidade cujos vértices são as cromaticidade das primárias puras. Veja figura 2. As cores cujas cromaticidades estão fora do triângulo não podem ser fielmente reproduzidas. Tecnologias com diferentes escolhas de primárias dão origem a triângulos de cromaticidade diferentes, mas nenhuma reproduz toda a experiência visual humana.

Assim nenhuma cor espectral pode ser produzida misturando outros comprimentos de onda. Reciprocamente, nenhuma cor não-espectral pode ser associada à luz de um único comprimento de onda. Os diagramas de cores que você vê em seu monitor estão, portanto, necessariamente errados e têm valor apenas ilustrativo.

Outros aspectos da visão em cores podem variar significativamente entre observadores de visão normal, como a classificação de tons verdes e vermelhos ou azuis e amarelos em um gradiente de cores. (tons únicos)

Referências:

1. Lições de Física, volume I, 36, Feynman, Leighton e Sands.
2. Priciples of Color Technology, Roy S. Berns
3. Spectral Color, English Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_color
4. CIE Color Space, English Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space
5. Unique hue, https://en.wikipedia.org/wiki/Unique_hues