Gama

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En reproducción del color y colorimetría , una gama , o gama de colores /ˈɡæmət / , es un conjunto convexo que contiene los colores que se pueden representar con precisión, es decir, reproducir mediante un dispositivo de salida ( por ejemplo, impresora o pantalla) o medir mediante un dispositivo de entrada (por ejemplo, cámara o sistema visual ). Los dispositivos con una gama 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 a menudo se visualiza como un triángulo de color . Un uso menos común define la gama como el subconjunto de colores contenidos dentro de una imagen, escena o video.

El término gama se adoptó del ámbito de la música, donde la expresión latina medieval "gamma ut" significaba el tono más bajo de la escala G y, con el tiempo, llegó a implicar toda la gama de notas musicales de las que se componen las melodías musicales. El uso que Shakespeare hace del término en La fierecilla domada a veces se atribuye al autor/músico Thomas Morley . ^[1] En la década de 1850, el término se aplicó a una gama de colores o tonos, por ejemplo, por Thomas de Quincey , quien escribió " He oído que el pórfido recorre una gama de tonos tan amplia como el mármol". ^[2]

La gama de un dispositivo o proceso es la parte del espacio de color que se puede representar o reproducir. Generalmente, la gama de colores se especifica en el plano de tono - saturación , ya que un sistema puede producir colores en un amplio rango de intensidad dentro de su gama de colores; para un sistema de color sustractivo (como el que se utiliza en la impresión ), el rango de intensidad disponible en el sistema no tiene sentido en su mayor parte sin considerar las propiedades específicas del sistema (como la iluminación de la tinta).

Las gamas de dispositivos deben utilizar primarios reales (aquellos que se pueden representar mediante una distribución de potencia espectral física ) y, por lo tanto, siempre son incompletas (menores que la gama visual humana). Ninguna gama definida por un número finito de primarios puede representar toda la gama visual humana. Se necesitan tres primarios para representar una aproximación de la gama visual humana. Se pueden utilizar más primarios para aumentar el tamaño de la gama. Por ejemplo, mientras que 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, lo que permite la reproducción de colores más saturados.

Al procesar una imagen digital, el modelo de color más conveniente que se utiliza es el modelo RGB. Para imprimir la imagen es necesario transformarla del modelo de color RGB original al modelo de color CMYK de la impresora . Durante este proceso, los colores del modelo RGB que están fuera de la gama deben convertirse de alguna manera a valores aproximados dentro del modelo CMYK. Simplemente recortar solo los colores que están fuera de la gama a los colores más cercanos en el espacio de destino quemaría la imagen. Hay varios algoritmos que aproximan esta transformación, pero ninguno de ellos puede ser realmente perfecto, ya que esos colores simplemente están fuera de las capacidades del dispositivo de destino. Por eso, identificar los colores de una imagen que están fuera de la gama 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 hay colores dentro de la gama CMYK que están fuera de los espacios de color RGB más utilizados, como sRGB y Adobe RGB .

La gestión del color es el proceso de garantizar colores consistentes y precisos en dispositivos con diferentes gamas. La gestión del color maneja las transformaciones entre gamas de colores y espacios de color canónicos para garantizar que los colores se representen de manera uniforme en diferentes dispositivos. La gama 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. La transformación de una gama a una gama más pequeña pierde información, ya que los colores fuera de la gama se proyectan en la gama más pequeña y la transformación de regreso a la gama más grande no recupera esta información perdida.

La colorimetría es la medición del color, generalmente de una manera que imita la percepción humana del color . ^[3] Los dispositivos de entrada como las cámaras digitales o los escáneres están hechos para imitar la percepción humana tricromática del color y se basan en tres elementos sensores con diferentes sensibilidades espectrales, idealmente alineadas 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 triestímulo . Los dispositivos de entrada de mayor dimensión, como los generadores de imágenes multiespectrales , los generadores de imágenes hiperespectrales o los espectrómetros , capturan el color en una gama mucho más grande, dimensionalmente, que la gama visual humana. Para ser percibidas por los humanos, las imágenes primero deben ser dimensionalizadas hacia abajo y tratadas con color falso .

La extensión del color que puede ser detectada por el ser humano promedio, aproximada por el observador estándar , es la gama visual humana . La gama visual generalmente se visualiza en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 , donde el lugar geométrico espectral (borde curvo) representa los colores monocromáticos (longitud de onda única) o espectrales . Como el dispositivo que está utilizando para ver el diagrama tiene una gama más pequeña que la gama visual, los colores que están fuera de la gama se reproducen como colores dentro de la gama de la pantalla. Las gamas del dispositivo generalmente se representan en referencia a la gama visual. El observador estándar representa a un humano típico, pero el daltonismo conduce a una gama visual reducida.

	Las gamas se representan comúnmente como áreas dentro del diagrama de cromaticidad CIE 1931. Esto ignora la dimensión de intensidad/brillo de la gama, que no se representa. Las gamas definidas por tres colores primarios se visualizan como triángulos de color .
La gama sRGB proyectada en el espacio de color CIExyY. x e y son los ejes horizontales y representan la cromaticidad. Y es el eje vertical y representa la luminancia.	Las gamas también pueden representarse en el espacio 3D como un sólido de color , que incluye una visualización del rango dinámico del dispositivo.
	Las imágenes muestran las gamas de colores del espacio de color RGB (izquierda), como en los monitores de ordenador, y de los colores reflectantes en la naturaleza (derecha). El cono dibujado en gris corresponde aproximadamente al diagrama de cromaticidad CIE, con la dimensión añadida del brillo. Los ejes de estos diagramas son las respuestas de los conos de longitud de onda corta ( S ), longitud de onda media ( M ) y longitud de onda larga ( L ) del ojo humano . Las otras letras indican los colores negro ( Blk ), rojo ( R ), verde ( G ), azul ( B ), cian ( C ), magenta ( M ), amarillo ( Y ) y blanco ( W ). (Nota: Estas imágenes no están exactamente a escala). El diagrama de la derecha muestra que la forma de la gama RGB es un triángulo entre el rojo, el verde y el azul en niveles de luminosidad más bajos; un triángulo entre el cian, el magenta y el amarillo en niveles de luminosidad más altos, y un único punto blanco en niveles de luminosidad máximos. Las posiciones exactas de los vértices dependen de los espectros de emisión de los fósforos en el monitor de la computadora y de la relación entre los niveles de luminosidad máximos de los tres fósforos (es decir, el balance de color). La gama del espacio de color CMYK es, idealmente, aproximadamente la misma que la del RGB, con vértices ligeramente diferentes, dependiendo tanto de las propiedades exactas de los colorantes como de la fuente de luz. En la práctica, debido a la forma en que los colores impresos en trama interactúan entre sí y con el papel y debido a sus espectros de absorción no ideales, la gama es más pequeña y tiene esquinas redondeadas.

La gama de colores reflectantes en la naturaleza tiene una forma similar, aunque más redondeada. Un objeto que refleja solo una banda estrecha de longitudes de onda tendrá un color cercano al borde del diagrama CIE, pero tendrá una luminosidad muy baja al mismo tiempo. A luminosidades más altas, el área accesible en el diagrama CIE se vuelve cada vez más pequeña, hasta un único punto blanco, donde todas las longitudes de onda se reflejan exactamente al 100 por ciento; las coordenadas exactas del blanco están determinadas por el color de la fuente de luz.

A principios del siglo XX, las demandas industriales de una forma controlable de describir los colores y la nueva posibilidad de medir los espectros de luz iniciaron una intensa investigación sobre 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) ^[4] que los colores más saturados que se pueden crear con una reflectividad total dada son generados por superficies que tienen reflectancia cero o completa en cualquier longitud de onda dada, y el espectro de reflectividad debe tener como máximo dos transiciones entre cero y completa.

Por lo tanto, son posibles dos tipos de espectros de "color óptimo": o bien la transición va de cero en ambos extremos del espectro a uno en el medio, como se muestra en la imagen de la derecha, o bien va de uno en los extremos a cero en el medio. El primer tipo produce colores que son similares a los colores espectrales y siguen aproximadamente la parte en forma de herradura del diagrama de cromaticidad CIE xy , pero generalmente están menos saturados. El segundo tipo produce colores que son similares a (pero generalmente menos saturados que) los colores en la línea recta en el diagrama de cromaticidad CIE xy, lo que da lugar a colores similares al magenta.

El trabajo de Schrödinger fue desarrollado por David MacAdam y Siegfried Rösch  [Wikidata] . ^[5] MacAdam fue la primera persona en calcular coordenadas precisas de puntos seleccionados en el límite del sólido de color óptimo en el espacio de color CIE 1931 para niveles de luminosidad de Y = 10 a 95 en pasos de 10 unidades. Esto le permitió dibujar el sólido de color óptimo con un grado aceptable de precisión. Debido a su logro, el límite del sólido de color óptimo se llama límite de MacAdam (1935).

En 1980, Michael R. Pointer publicó una gama máxima para superficies reales con reflexión difusa utilizando 4089 muestras (las superficies con reflexión especular ("brillantes") pueden quedar fuera de esta gama). ^[6] Originalmente denominada "cascada de color de Munsell", los límites se denominan más comúnmente gama de Pointer en honor a su trabajo. Esta gama sigue siendo importante como referencia para la reproducción del color, ^[7] habiéndose actualizado con métodos más nuevos en el Anexo B de la norma ISO 12640-3 ^{. [8]}

En los ordenadores modernos, es posible calcular un sólido de color óptimo con gran precisión en cuestión de segundos. El límite de MacAdam, en el que se encuentran los colores más saturados (u "óptimos"), muestra que los colores que se acercan a los monocromáticos solo se pueden lograr con niveles de luminancia muy bajos, excepto los amarillos, porque una mezcla de las longitudes de onda de la porción larga y recta del lugar geométrico espectral entre el verde y el rojo se combinará para formar un color muy cercano a un amarillo monocromático.

Las fuentes de luz utilizadas como fuentes primarias en un sistema de reproducción de color aditivo deben ser brillantes, por lo que generalmente no son cercanas a las monocromáticas. Es decir, la gama de colores de la mayoría de las fuentes de luz de color variable puede entenderse como resultado de las dificultades para producir luz monocromática pura ( longitud de onda única). 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 madura la tecnología optoelectrónica , los láseres de diodo de modo longitudinal único se están volviendo menos costosos, y muchas aplicaciones ya pueden beneficiarse de esto; como la espectroscopia Raman, la holografía, la investigación biomédica, la fluorescencia, la reprografía, la interferometría, la inspección de semiconductores, la detección remota, el almacenamiento de datos ópticos, la grabación de imágenes, el análisis espectral, la impresión, las comunicaciones de espacio libre punto a punto y las comunicaciones de fibra óptica. ^{[9] [10] [11] [12]}

Los sistemas que utilizan procesos de color aditivos suelen tener una gama de colores que es aproximadamente un polígono convexo en el plano de tono-saturación. Los vértices del polígono son los colores más saturados que el sistema puede producir. En los sistemas de color sustractivos, la gama de colores suele ser una región irregular.

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A continuación se muestra una lista de sistemas de color representativos más o menos ordenados de mayor a menor gama de colores:

• Un proyector de vídeo láser utiliza tres láseres para producir la gama más amplia disponible en los equipos de visualización prácticos de la actualidad, derivada del hecho de que los láseres producen primarios verdaderamente monocromáticos. Los sistemas funcionan escaneando toda la imagen un punto a la vez y modulando el láser directamente a alta frecuencia, de forma muy similar a los rayos de electrones en un CRT , o bien extendiendo ópticamente y luego modulando el láser y escaneando una línea a la vez, la línea misma se modula de forma muy similar a un proyector DLP . Los láseres también se pueden utilizar como fuente de luz para un proyector DLP. Se pueden combinar más de tres láseres para aumentar el rango de la gama, una técnica que a veces se utiliza en holografía . ^[13]
• La tecnología de procesamiento de luz digital 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 en un sistema de proyección DLP (ON) o se aleja de ella (OFF). Esto crea un píxel claro u oscuro en la superficie de proyección. ^[14] Los proyectores DLP actuales utilizan una rueda que gira rápidamente con "porciones circulares" de colores transparentes para presentar cada cuadro 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, computadora o video doméstico . ^[15]
• Los monitores de tubo de rayos catódicos y otros monitores de vídeo similares tienen una gama de colores aproximadamente triangular que cubre una parte importante del espacio de color visible. En los monitores de tubo de rayos catódicos, las limitaciones se deben a los fósforos de la pantalla, que producen luz roja, verde y azul.
• Las pantallas de cristal líquido (LCD) filtran la luz emitida por una luz de fondo . Por lo tanto, la gama de una pantalla LCD está limitada al espectro emitido por la luz de fondo. Las pantallas LCD típicas utilizan bombillas fluorescentes de cátodo frío ( CCFL ) para la luz de fondo. Las pantallas LCD con ciertas luces de fondo LED o CCFL de gama amplia ofrecen una gama más completa que los CRT. Sin embargo, algunas tecnologías LCD varían el color presentado según el ángulo de visión. Las pantallas con conmutación en el plano o con alineación vertical con patrones tienen una gama de colores más amplia que las pantallas Twisted Nematic .
• La televisión normalmente utiliza una pantalla CRT, LCD, LED o plasma , pero no aprovecha al máximo sus propiedades de visualización en color, debido a las limitaciones de la radiodifusión . El perfil de color común para TV 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. Todavía algo menos que, por ejemplo, las pantallas de ordenador que utilizan la misma tecnología de visualización. Esto se debe al uso de un subconjunto limitado de RGB en la radiodifusión (valores de 16-235), frente al RGB completo en las pantallas de ordenador, donde se utilizan todos los bits de 0 a 255.
• La mezcla de pintura , tanto para aplicaciones artísticas como comerciales, permite obtener una gama de colores razonablemente amplia si se parte de una paleta más grande que la del rojo, el verde y el azul de los CRT o el cian, el magenta y el amarillo de la impresión. La pintura puede reproducir algunos colores muy saturados que no se pueden reproducir bien con los CRT (en particular el violeta), pero en general la gama de colores es más pequeña. ^{[ cita requerida ]}
• 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, esos procesos (con la excepción de las impresoras de sublimación de tinta ) son deficientes a la hora de representar colores de baja saturación e intensidad. Se han hecho esfuerzos para ampliar la gama del proceso de impresión añadiendo tintas de colores no primarios; estos suelen ser naranja y verde (consulte Hexachrome ) o cian claro y magenta claro (consulte el modelo de color CcMmYK ). A veces también se utilizan tintas de colores directos de un color muy específico.
• La gama de colores de una pantalla monocromática es una curva unidimensional en el espacio de color. ^[16]

El Ultra HD Forum define una amplia gama de colores (WCG) como una gama de colores más amplia que la de BT.709 ( Rec. 709 ). ^[17] Los espacios de color con WCG incluyen:

• Rec. 2020 – Recomendación de la UIT-R para la televisión de alta definición ultraalta ^[18]
• Rec. 2100 – Recomendación UIT-R para HDR -TV (misma cromaticidad de colores primarios y punto blanco que la Rec. 2020 ) ^[19]
• DCI-P3
• Espacio de color Adobe RGB
• Gama amplia DxO

La gama de colores de impresión que se logra con el uso de tintas cian, magenta, amarilla y negra es a veces una limitación, por ejemplo, cuando se imprimen colores de logotipos corporativos. Por lo tanto, algunos métodos de impresión a color utilizan colores de tinta adicionales para lograr una gama más amplia. Por ejemplo, algunos utilizan tintas verde, naranja y violeta para aumentar la saturación alcanzable de tonos cercanos a estos. Estos métodos se denominan de diversas formas: impresión a color heptatonal, impresión de gama extendida e impresión a 7 colores, etc. ^{[20] [21]}

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• Uso del diagrama de cromaticidad para la evaluación de la gama de colores por Bruce Lindbloom.
• Libro de mapeo de gama de colores de Jan Morovic.
• Cuantificación de la gama cromática por William D. Kappele
• Demostración Flash interactiva de CS 178 de la Universidad de Stanford que explica el mapeo de la gama de colores.
• Amplia gama de colores de Ujjwal Bhardwaj.