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12.- PROCESAMIENTO EN COLOR

12.1.- Fundamento del color.

La luz posee una naturaleza corpuscular, estando formada por fotones que absorben y emiten energía, pero se comporta como una onda electromagnética en su propagación. Las ondas electromagnéticas, lejos del foco emisor, pueden considerarse como ondas planas transversales formadas por un campo eléctrico y otro magnético, perpendiculares entre sí, cuya intensidad varía sinusoidalmente con el tiempo y el espacio, y cuya dirección de propagación es perpendicular a ambos campos. Según la longitud de onda el espectro electromagnético se divide en franjas, siendo el espectro visible el comprendido aproximadamente entre los 380 y 780 nanómetros.

Las diferentes longitudes de onda del espectro visible son percibidas por el ojo humano como colores. El color no es intrínseco a la luz, sino que constituye una percepción visual estimulada por ella. En el ojo humano existen tres tipos de fotoconversores retinianos, cada uno de ellos sensible a una franja del espectro visible (azul, verde y rojo), no existiendo un fotoconversor por cada longitud de onda. La mezcla, en proporción adecuada, de estas franjas de longitudes de onda, permite la reproducción de toda la gama de colores. A este proceso se le conoce como síntesis aditiva y a los mencionados colores como colores primarios de la síntesis aditiva. Es el empleado mayoritariamente en los monitores de color. Otra forma de modificar la información colorimétrica es substrayendo parte de las radiaciones que llegan al sensor desde el objeto. Es lo que se conoce como síntesis substractiva y los colores primarios de esta síntesis son el amarillo, el cyan y el magenta. Es el empleado en impresión.

Algunos conceptos importantes son los siguientes: ° Radiación es la cantidad total de energía que fluye desde una fuente luminosa, y se mide en watios.

° Luminancia es una medida de la cantidad de energía que un observador percibe desde una fuente luminosa y se mide en lúmenes.

° Brillo es una sensación acromática de la intensidad de la luz.

° Tinte representa una característica asociada con la longitud de onda dominante en el color.

° Saturación representa la pureza relativa entre el blanco y la longitud de onda dominante (tinte). El blanco puro posee una saturación nula. El tinte y la saturación son las características cromáticas.

12.2.- Percepción del color.

A similitud del ojo humano, en 1931 la CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) estandarizó las longitudes de onda para los tres colores primarios: azul (435.8 nm), verde (546.1 nm) y rojo (700 nm). Igualmente, se definió la respuesta del ojo como una función de la longitud de onda, según se aprecia en la figura 1. El sistema visual humano puede ser modelado usando tres sensores colorimétricos, teniendo cada uno un pico de sensibilidad correspondiente a los colores rojo, verde y azul (funciones R(l ), G(l ), B(l )).

Figura 1. Las tres componentes del color definidas por la CIE.

La percepción de color del ojo para una luz con una distribución de color L(l ) son los "tristimulus" valores:

donde C es una constante que define el brillo total de la respuesta del ojo. La suma de estos tres valores es la luminancia total percibida por el ojo

L = X + Y + Z

Los tristimulus valores pueden ser normalizados, dividiendo por la luminancia, para obtener los coeficientes tricromáticos

x = X / L
y = Y / L
z = Z / L

siendo, obviamente, x + y + z = 1 y perdiéndose la información acromática.

Aunque este modelo se ajusta bastante bien al proceso de captación luminoso del ojo humano, no ocurre lo mismo en el proceso de reconocimiento e identificación de colores. Una mejor representación se obtiene con el uso de la luminancia (información acromática), tinte y saturación (información cromática).

Una buena representación cromática es la suministrada por el diagrama cromático (definido por la CIE, figura 2), que muestra la composición del color como una función de x (rojo) e y (verde). La z (azul) es obtenida de la ecuación

z = 1 - x - y

Los colores de la frontera están saturados al cien por cien, con su longitud de onda correspondiente. El blanco es el punto con igual porcentaje de las tres variables (x = y = z). Los colores primarios según la definición de la CIE no están plenamente saturados. Poseen la siguiente composición:
° Rojo primario: x=73%, y=27%, z=0%.

° Verde primario: x=25%, y=62%, z=13%.

° Azul primario: x=18%, y=18%, z=64%.
El diagrama permite extraer las siguientes conclusiones:

· La recta que une dos colores en el diagrama contiene todos los colores que se pueden obtener con ellos.

· La recta que une un color de la frontera con el blanco representa todas las posibles saturaciones que puede tener ese color.

· Si se une un color frontera con el blanco, y se prolonga la recta hasta la frontera opuesta, se obtiene su color complementario.

· Si se combinan tres colores no alineados, todos los colores que se pueden formar con ellos están dentro del triángulo formado. Al poseer el diagrama bordes curvos, existen colores que no se pueden formar de esta manera.

12.3.- Modelos de representación del color.

Se pueden considerar los siguientes modelos de representación del color:

12.3.1.- Modelo RGB según la CIE.

Son los definidos según la CIE (Comission Internationale de l'Eclairage) a partir del diagrama cromático. Se representan por RCIE, GCIE, BCIE.

12.3.2.- Modelo RGB según la NTSC.

La NTSC (National Television Standards Comittee) definió un modelo RGB para su uso en la televisión en color. Su relación con el modelo RGB de la CIE es el siguiente:

No todos los valores son realizables, pues se requiere que los valores del estándar CIE sean positivos.

Los valores RN, GN, BN serán los suministrados por las tarjetas de adquisición y procesamiento de imágenes en color, representándose a partir de ahora sin el subíndice N.

Es normal trabajar tanto con los coeficientes normalizados, r0, g0, b0, definidos como

como con los coeficientes tricromáticos r, g, b, definidos como

Para un sistema que digitaliza la imagen con 24 bits de resolución, los valores Rmáx, Gmáx, Bmáx serán igual a 255.

El uso de coeficientes normalizados, r0, g0, b0, permite representar los colores dentro de un espacio euclídeo, en el que cada componente primario se corresponde con un eje ortogonal. Los colores estarán recogidos en un cubo de arista unidad (figura 3).

Figura 3. Representación de los colores según la NTSC.