I. Bases sobre a teoria da cor aplicada aos sistemas digitais

O conceito de cor está associado à perceção, pelo sistema de visão do ser humano, da luz emitida, difundida ou refletida pelos objetos, sendo considerada um atributo dos mesmos.

A cor de um objeto depende das características das fontes de luz que iluminam, da reflexão da luz produzida pela sua superfície e por último, das características sensoriais do sistema de visão humano, os olhos, ou de câmaras digitais. Sem luz não existe cor.

A variedade de ondas electromagnéticas contidas na luz tem diferentes comprimentos de onda.Para ser percétivel ante a visão do ser humano, o comprimento da onda tem de estar compreendida entre 380 e 780 nm (1 nanómetro = 10-9 m). Estes diferentes comprimentos de onda constituem o espectro de luz visível do ser humano e estão associados a diferentes cores.

A interpretação das cores é feita pelo cérebro humano depois de a luz atravessar a íris e ser projetada na retina. Desta forma, os olhos são os sensores de toda a visão e esta pode ser do tipo escotópica e fotópica. A visão escotópica é assegurada por um único tipo de bastonetes existentes na retina. Estes são sensíveis ao brilho e não detectam a cor, ou seja, são sensíveis a alterações da luminosidade, mas não aos comprimentos de onda da luz visível.

A visão fotópica é assegurada por um conjunto de três tipos diferentes de cones existentes na retina. Estes são sensíveis à cor e, portanto, aos comprimentos de onda da luz visível. O número de cones da retina distribuem-se da seguinte forma: 64% são do tipo vermelho (Red) , 32% do tipo verde (Green) e 2% do tipo azul (Blue).

Como os bastonetes e os cones constituem dois tipos de sensores diferentes que captam a intensidade da luz como as suas diferenças de cor,logo é usual associá-los, respetivamente, aos conceitos de luminância e crominância. Os conceitos estão, por sua vez, relacionados com as diferentes formas de representar as cores.

Os modelos de cor fornecem métodos que permitem especificar uma determinada cor. Por outro lado, quando se utiliza um sistema de coordenadas para determinar os componentes do modelo de cor, está-se a criar o seu espaço de cor. Neste espaço cada ponto representa uma cor diferente.

I.I. Metodo aditivo e substrativo.

O  modelo utilizado para descrever as cores emitidas ou projetadas é considerado aditivo, á diferença do modelo substrativo onde as cores são impressas.

Exemplos de aplicação de modelos aditivo e subtrativo:

No modelo aditivo a ausência de luz ou de cor corresponde à cor preta, enquanto que a junção dos comprimentos de onda das cores vermelha, verde e azul indicam a presença da luz ou a cor branca. O modelo aditivo explica a adição ou junção dos comprimentos de onda de qualquer luz emitida de cores/luzes como o próprio nome indica.

Por outro lado o  modelo subtrativo, ao contrário do modelo aditivo, a mistura de cores cria uma cor mais escura, absorvendo mais comprimentos de onda, subtraindo-os à luz.  A ausência de cor corresponde ao branco e significa que nenhum comprimento de onda é absorvido, mas sim todos refletidos.

I.II. O modelo RGB

O modelo RGB é um modelo aditivo que  descreve as cores como uma combinação das três cores primárias (vermelha,verde e azul).

Em termos técnicos, as cores primárias de um modelo são cores que não resultam da mistura de nenhuma outra cor, daí o seu nome.

Qualquer cor no sistema digital é representada por um conjunto de valores numéricos.

Cada uma das cores do modelo RGB pode ser representada por um dos seguintes valores: decimal de 0 a 1, inteiro de 0 a 255, percentagem de, 0% a 100% e hexadecimal de 00 a FF. Como se pode reparar na imagem seguinte.

O  modelo de cor RGB , pode ser representado por um cubo, usando um sistema de coordenadas cartesianas para especificar as diferentes cores, que variam de 0 a 1.

Como o modelo RGB é aditivo, a cor branca corresponde à representação simultânea das três cores primárias (1,1,1), enquanto que a cor preta corresponde à ausência das mesmas (0,0,0).

A escala de cinzentos é criada quando se adicionam quantidades iguais de cada cor primária, permanecendo na linha que junta os vértices preto e branco.

Aplicações do modelo RGB

As aplicações do modelo RGB estão associadas à emissão de luz por equipamentos como monitores de computador e ecrãs de televisão. Por exemplo, as cores emitidas pelo monitor de uma televisão baseiam-se no facto de o olho e o cérebro humano interpretarem os comprimentos de onda de luz das cores vermelha, verde azul. Por isso, estas são emitidas pelo monitor, que combinadas podem criar milhões de cores.

- O monitor CRT

Essencialmente éum tubo de raios catódicos (CRT- Catodic Ray Tube) Que possee um canhão de electrões e que é fechado na frente por vidro (o ecrã) revestido internamente por três camadas de fósforo. Para gerar uma cor, os monitores coloridos precisam de três sinais separados que vão sensibilizar os respectivos pontos de fósforos das três cores primárias.

Essencialmente éum tubo de raios catódicos (CRT- Catodic Ray Tube) Que possee um canhão de electrões e que é fechado na frente por vidro (o ecrã) revestido internamente por três camadas de fósforo. Para gerar uma cor, os monitores coloridos precisam de três sinais separados que vão sensibilizar os respectivos pontos de fósforos das três cores primárias.

Resolução e tamanho

Uma imagem digital é uma representação discreta, isto é, constituída por píxeis. O píxel, normalmente é um quadrado sendo a unidade elementar de brilho e cor que constitui uma imagem digital.

Assim, a definição de resolução de uma imagem é entendida como a quantidade de informação que a imagem contém por unidade de comprimento, isto é, o número de píxeis por polegada.

A resolução da imagem pode também ser definida, de forma imprópria, pelo seu tamanho, ou seja, pelo número de píxeis por linha e por coluna. A resolução de uma imagem digital determina não só o nível de detalhe como os requisitos de armazenamento da mesma. Quanto maior a resolução de uma imagem maior será o tamanho do ficheiro de armazenamento.

O nível de detalhe de uma imagem depende da informação de cada píxel. Cada píxel é codificado de acordo com a cor e o brilho que representa, isto é, ocupa em memória um número de bits que varia de acordo com o número de cores, tons de cinza e brilho definido para uma determinada imagem.

Profundidade de cor

A profundidade de cor indica o número de bits usados para representar a cor de um píxel numa imagem. Este valor é também conhecido por profundidade do píxel e é definido por bits por píxel (bpp). Na seguinte imagem ,mostra a relação entre o número de bits e o número de cores que podem ser produzidas, mostrando também os respectivos modelos de cor e padrões gráficos utilizados em monitores e placas gráficas.

A profundidade de cor das imagens varia com o número de cores presentes na imagem, no modelo RGB, com a profundidade de 24 bits existe a possibilidade de escolher 16,7 milhões de combinações de cor. Embora o olho humano não possa identificar estes 16,7 milhões de cores, este número de combinações permite variações ténues que dão a impressão de imagens com aspectos muito reais.

Com uma profundidade de 32 bits, apenas são endereçadas 65 536 cores. Este é um modo gráfico especial usado pelo vídeo digital, animação e jogos para levar a cabo certos efeitos. Neste caso, os 8 bits extras (Alpha Channel) não são utilizados para representar cores, mas, por exemplo, poder indicar o grau de transparência que o píxel deve ter quando a imagem, à qual ele pertence, é sobreposta com outra imagem.

Indexação de cor

A indexação de cor consiste em representar as cores dos pixéis por meio de índices de uma tabela (Lookup Table) e que, em alguns formatos de imagem, é armazenada juntamente com a mesma num único ficheiro. 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 uma imagem RGB é definida separadamente por valores de vermelho, verde e azul para cada pixel numa imagem, uma imagem de cor indexada cria uma tabela que define um número de cores predefinidas e cada pixel é definido por um índice de cor dessa tabela.

A figura mostra a caixa de diálogo Material Properties do Paint Shop Pro com uma tabela (paleta) de 16 cores (4 bits de profundidade de cor). O vermelho é a cor seleccionada e o seu índice é o 9. O quadro compara a posição das cores preta e branca com os seus respectivos índices numa paleta correspondente à da figura.

As cores indexadas reduzem o tamanho dos ficheiros de imagens. No entanto, se a imagem for uma fotografia, esta pode originar um ficheiro de cores indexadas de tamanho grande.

As cores indexadas estão limitadas a 256 cores, podendo ser qualquer conjunto de 256 cores de 16,7 milhões de 24 bits de cor. Obtendo um gráfico a preto e branco e se este for guardado com um formato de cor indexada, a tabela contém apenas as cores preta e branca necessárias para a imagem e não precisa de conter  as 256 cores ou mesmo até menos.

Assim, o ficheiro torna-se mais pequeno, não necessitando de guardar informação a, mais.

- Paleta de cores

Uma paleta de cores é a designação utilizada para qualquer subconjunto de cores do total suportado pelo sistema gráfico do computador. Uma paleta de cores pode também ser chamada de 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 é identificada por um número (índice).

A utilização de paletas permite diminuir o tamanho dos ficheiros de imagens, uma vez que, são armazenadas em memória as cores utilizadas.

Complementaridade de cores

Uma cor complementar de uma determinada cor primária é a cor que se encontra quando é efectuada uma rotação de 180 graus num anel de cor.

 

No modelo RGB, estas cores complementares são também chamadas cores secundárias ou cores primárias de impressão.

Em termos técnicos as cores secundárias ou complementares de um modelo são cores que resultam da mistura de quantidades iguais de duas cores primárias adjacentes. O quadro 6 identifica as cores primárias do modelo RGB e as suas respectivas cores complementares.

I.III. O Modelo CMYK

O modelo CMYK é um modelo constituído a partir do modelo CMY em que foi acrescentada a cor preta. Assim, o modelo CMY é um modelo subtrativo, descrevendo as cores como uma combinação das três cores primárias ciano (Cyan), magenta (Mafenta) e amarelo (Yellow). A cor preta (Black - K) foi adicionada ao modelo por ser mais fácil a sua obtenção quando impressa em papel do que recorrendo à mistura de cores.

Caracterização do modelo

O modelo CMY baseia-se na forma como a Natureza cria as suas cores quando reflete parte do espectro de luz e absorve outras. Por dito efeito, é considerado um modelo subtrativo, uma vez que as cores são criadas pela redução de outras à luz que incide sobre um objeto.

A observação dos cubos de cor das figuras mostram que as cores primárias do modelo CMY são as cores secundárias do modelo RGB enquanto as cores primárias do modelo RGB são as cores secundárias do CMY.

Aplicações do modelo CMYK

O modelo CMYK é utilizado na impressão de papel, empregando as cores do modelo CMY e a tinta preta (K) para realçar melhores tons de preto e cinza. Ao utilizar o modelo CMYK, na impressão este assenta na sobreposição de camadas de tintas de ciano, magenta, amarelo e preto. Desta forma, as áreas em branco indicam inexistência de tinta ou pigmentos e as áreas escuras indicam uma concentração de tinta.

Este modelo utiliza-se sobre tudo nas impressoras convencionais, fotocopiadoras, pinturas e fotografias, onde os pigmentos de cor das superfícies dos objetos absorvem certas cores e refletem outras.

I.IV. O Modelo HSV

Anteriormente abordámos os modelos RGB e CMYK, mas existem modelos que podem ser criados baseados nas suas aplicações ou utilizações e de acordo com as seguintes categorias:

• Standard (CIE-XYZ);
• Percetual (Luv e Lab);
• Linear (RGB CMYK);
• Artístico (Munsell, HSV HLS);
• Transmissão de sinais de televisão (YIQ YUV).

Caracterização do modelo

O modelo HSV é definido pelas grandezas tonalidade de (Hue), saturação (Saturation) e valor (Value ou Brigtness), onde este último representa a luminosidade ou o brilho de uma cor.

A tonalidade ou matiz (Hue) é a cor pura com saturação e luminosidade máximas, por exemplo, amarelo, laranja, verde, azul, etc. A tonalidade permite fazer a distinção das várias cores puras e exprime-se num valor angular entre 0 e 360 graus.

A saturação (saturation) indica a maior ou menor intensidade da tonalidade, isto é, se a cor é pura ou esbatida (cinzenta). Uma cor saturada ou pura não contém a cor preta nem a branca.

A saturação é utilizada para descrever o quanto viva ou pura é a cor e em termos técnicos descrevendo, assim, a quantidade de cinzas numa cor. Este modelo, exprime-se num valor percentual entre 0 representando a inexistência de cor ou a aproximação aos cinzentos e 100% que indica uma cor saturada ou pura, por sua vez.

O valor (value) traduz-se pela luminosidade ou brilho de uma cor, isto é, se uma cor é mais clara ou mais escura, indica a quantidade de luz que a mesma contém. O termo luminosidade está relacionado com a luz refletida, enquanto que, o termo brilho está relacionado com a luz emitida. Tecnicamente, esta grandeza indica a quantidade de preto associado à cor e exprime-se num valor percentual entre 0 e 100%. O valor 0% indica que a cor é muito escura ou preta e o valor 100% indica que é saturada ou pura.

Em suma, pode-se concluir que a tonalidade e a saturação são elementos de crominância, pois fornecem informação relativa à cor. Por outro lado, a perceção da luminosidade (luz refletida) e do brilho (luz emitida) são elementos de luminância.

Aplicações deste modelo

O modelo HSV baseia-se na perceção humana da cor do ponto de vista dos artistas plásticos. Isto é, os artistas plásticos para obterem as várias cores das suas pinturas combinam a tonalidade com elementos de brilho e saturação. Desta forma, o modelo HSV é mais intuitivo de utilizar do que o modelo RGB. Do ponto de vista de um artista plástico, é mais fácil manusear as cores em função de tons e sombras do que apenas como combinações de vermelho, verde e azul.

I.V. O Modelo YUV

Os modelos anteriores apresentam objetivos específicos, como, por exemplo:

• o modelo RGB permite exibir imagens de cor em monitores;

• o modelo CMYK é utilizado na impressão;

• o modelo HSV é utilizado na mistura de cores do ponto de vista artístico.

Caracterização do modelo

Contudo, nenhum dos modelos anteriores tem em conta uma propriedade da visão humana, pois esta é mais sensível às mudanças de intensidade da luz (luminância) do que da cor (crominância) característica que o modelo YUV vai ter em conta.

O modelo YUV foi criado a par do desenvolvimento da transmissão de sinais de cor de televisão. Este modelo baseado na luminância permite transmitir componentes de cor em menos tempo do que seria necessário se fosse utilizado o modelo RGB. Ao mesmo tempo, o modelo YUV permite transmitir imagens a preto e branco e imagens de cor de forma independente.

Nos modelos RGB e CMYK cada cor incluiu informação relativa à luminância, permitindo ver cada cor independente de outra. No caso de se estar a guardar um pixel de acordo com o modelo RGB, se o vermelho, o verde e o azul tiverem os mesmos valores de luminância, isto significa que se está a guardar a mesma informação três vezes, aumentando o tamanho da informação.

Por outro lado, o modelo YUV guarda a informação de luminância separada da informação de crominância ou cor. Assim, o modelo YUV é definido pela componente luminância (V) e pela componente crominância ou cor (U = blue - Y e V= red - V).

Com este modelo é possível representar uma imagem a preto e branco utilizando apenas a luminância e reduzindo bastante a informação que seria necessária noutro modelo.

Aplicações deste modelo

O modelo YUV adequada-se às televisões a cores, uma vez que 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.

O modelo YUV é utilizado pelos sistemas de televisão europeus PAL e francês SECAM e na compressão dos formatos JPEG/MPEG. No sistema de televisão americano e asiático NTSC é utilizado um modelo de cor equivalente designado YIQ.

A imagem anterior exemplifica a utilização de vários modelos de cor por diferentes equipamentos e a necessidade das respetivas conversões. Por exemplo, a câmara de vídeo converte os dados RGB capturados pelos seus sensores em sinais YUV. O ecrã, para efetuar o ‘’rendering’’ destes sinais, precisa de voltar a convertê-los para RGB.

I.VI. As cores em HTML

As cores presentes em páginas web utilizam normalmente o modelo RGB. Inicialmente, os monitores apenas permitiam uma paleta limitada de 256 RGB. Atualmente com o aparecimento de monitores e placas gráficas que proporcionam uma profundidade de 24 bits, o uso dos 16,7 milhões de cores não traz problemas para qualquer computador que tem capacidade para processar este número de cores. No entanto, há outros dispositivos que permitem visualizar documentos de HTML e cuja capacidade cromática é ainda limitada, como é o caso dos telemóveis. Por tal efeito, para o desenvolvimento de páginas web continua a ser recompensável utilizar um conjunto de 216 cores, e não 256, que correspondem à paleta de cores seguras utilizadas para a Web.

Este conjunto de 216 de cores resultou inicialmente da necessidade de os sistemas operativos precisarem de reservar um conjunto de cores, das 256 iniciais, para o desempenho das suas interfaces gráficas.

Para o desenvolvimento de páginas Web, estas 216 cores, são consideradas cores seguras para a Web, porque é garantido que sejam corretamente visualizadas em todos os sistemas sem serem alteradas ou modificadas.

A forma encontrada para criar uma paleta com as 216 (6x6x6) cores seguras foi defini-la a partir da combinação de vermelho, verde e azul com apenas os 6 códigos hexadecimais indicados na imagem seguinte.

II. Geração e captura de imagem

II.I. Formatos de ficheiros de imagem

Formatos mais comuns

Existe a necessidade muitas vezes de transferir uma imagem de um programa para outro, quando um determinado trabalho precisa de ser elaborado por vários sectores, onde cada programa tem as suas capacidades, podendo vir a acrescentar à imagem aspetos próprios de cada um. Assim, os vários programas devem poder importar e exportar as imagens de uns para os outros de forma rápida e eficiente. Existem vários formatos para guardar os ficheiros de imagens digitais e os vários programas devem ter capacidade para ler e guardar nesses formatos.

Apesar de muitas vezes, se guardar no formato que por defeito, é apresentado pelo programa, é preciso conhecer os vários formatos e saber, em cada momento, qual deles é o melhor. Assim como é importante saber qual o software mais adequado para o trabalho a realizar.

Os programas de computador que trabalham com imagens estão genericamente divididos em duas categorias: programas bitmap (imagem) e programas vetoriais (gráficos ou desenho).

O formato bitmap é baseado num mapa de bits e o formato vetorial baseia-se em fórmulas matemáticas.

Tipos de formatos para imagens bitmap

A informação de uma imagem bitmap pode ser guardada numa grande quantidade de formatos de ficheiros. A seguir são apresentados alguns deles.

0 BMP (bitmap)

Este é um formato muito popular, devido ao programa de pintura do Windows, o Paint. É o formato mais comum e não inclui, até ao momento, nenhum algoritmo de compressão.

GIF (Graphics Interchange Format)

O GIF é um formato com compressão sem perdas, não perdendo a qualidade quando é alterado o seu tamanho original. São ficheiros que ocupam um pequeno espaço no computador, sendo perfeitos para o desenvolvimento de páginas para a Internet. Este formato não suporta mais do que 256 cores (8 bits de profundidade de cor) é lido por muitos programas.

O sucesso deste formato da Web deve-se a particularidades como a transparência, a animação e o entrelaçamento.

O formato GIF permite definir uma cor de fundo como transparente, resultando dai imagens sem limites e preenchimento, que se inserem nas páginas web. Igualmente, um ficheiro GIF pode ser animado quando aceita várias imagens que se abrem com um certo movimento. Uma imagem entrelaçada (interlace) no formato GIF é visualizada no browser com uma resolução crescente à medida que vai sendo carregada. Todos os browsers suportam este formato, não havendo necessidade de instalar software específico para usufruir destas animações.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

A extensão JPEG, JPG ou JFIF (JPEG File interchange Format) é um formato com vários níveis de compressão com perdas, muito popular para compressão de ficheiros, mas que Geração e Captura de imagem 2/9 implica a perda de informação diminuindo a qualidade da imagem. A compressão deste formato baseia-se na eliminação de informações redundantes e irrelevantes, isto é. na repetição da mesma cor em pontos adjacentes ou de cores semelhantes não diferenciadas a olho nu. Pode-se, no entanto, escolher compressões menores para atenuar a perda de qualidade da imagem em cada descompressão. (É um formato especial para trabalhar em páginas web, apesar da perda de qualidade da imagem, pois são ficheiros que ocupam pequenos espaços e, às vezes, menores do que os do formato GIF.)

PCX (PC Paintbrush)

O formato PCX é um dos formatos bitmap mais antigos criado para o programa Paint-brush da Microsoft. É um formato que continua a ser usado pelas aplicações da Zsoft, utilizando a compressão com e sem perdas e podendo ser lido por vários programas.

PDF (Portable Document Format)

O formato PDF é um formato criado com o programa Adobe Acrobat. Este formato é muito usado para converter e comprimir de forma substancial documentos de texto e imagens, quando existe a necessidade de enviar, para leitura, esta informação para outros computadores, por rede ou por outro suporte, bastando que o outro computador tenha instalado o Adobe Reader.

PNG (Portable Network Graphics)

0 formato PNG é um formato com compressão sem perdas, que substitui o formato GIF para a Web, suportando uma profundidade de cor até 48 bits, mas não comportando animação.

TIFF (Targget Image File Format)

O formato TIFF é um formato sem compressão muito utilizado em programas bitmap de pintura e edição de imagem e com software e digitalização. É o maior em tamanho e o melhor em qualidade de imagem. É o formato ideal para o tratamento de imagem antes de esta ser convertida para qualquer outro formato.

Geralmente, os programas de desenho não utilizam este formato, no entanto, programas de composição de texto permitem a importação de ficheiros com esta extensão.