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O que é gamut ou gama de cores

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Gama de cores, ou gamut, é a paleta de cores que uma determinada tecnologia ou processo é capaz de reproduzir. Ao contrário do que a maioria das pessoas pressupõe, cada tecnologia (TV a cores, impressora colorida, etc.) tem limitações severas na reprodução de cor.

É por isso que conseguimos distinguir imediatamente imagens naturais e artificiais — por exemplo, uma janela aberta comparada a uma tela de TV acoplada a uma câmera mostrando a mesma imagem. E também distinguimos entre tecnologias, como a TV analógica e a TV digital, esta última com gamut muito superior.

Para entender o gamut, é fundamental entender o diagrama CIE, exibido na Figura 1. Ele é resultado de extensas pesquisas a respeito da visão humana. Ele é conhecido como "diagrama em ferradura", e seu formato aparentemente esquisito será explicado logo a seguir.

Figura 1: Diagrama CIE (fonte: Wikipedia)

A curva superior do gráfico, que lembra uma ferradura, corresponde às cores puras, aquelas que enxergamos no arco-íris. Estas são as cores que realmente existem na Natureza. Os números em azul, correspondem ao comprimento de onda. Por exemplo, o vermelho tem comprimento de onda de 620nm ou 0,000620mm. Para efeito de comparação, sinais de rádio de microondas têm comprimento de onda entre 30cm e 3mm.

Apenas lasers conseguem gerar estas cores puras das bordas do diagrama. Tecnologias mais mundanas sempre produzem cores com alguma "mistura" adicional. Esta limitação tem conseqüências importantes, conforme veremos mais tarde. Em particular as cores violetas, no canto esquerdo inferior, são muito difíceis de produzir de forma pura.

A borda inferior do gráfico, em linha reta, é denominada "linha dos magentas". Estas cores entre violeta e vermelho não são cores do arco-íris. Elas só existem na nossa imaginação. Quando os olhos são estimulados por uma mistura de azul e vermelho (ou violeta e vermelho) é que podemos "ver" cores como roxo, magenta, rosa-choque, etc.

As cores no "miolo" do diagrama CIE são menos puras que as cores da borda. Quanto mais perto do centro do diagrama, mais pastel é a cor. Bem no meio do gráfico, reside a cor branca, que é a mistura de todos as cores do arco-íris.

A cor branca é um caso-limite, de mistura perfeitamente balanceada de cores. Misturas quase perfeitas vão resultar em cores "pastel", misturas imperfeitas vão ter uma cor bem definida, embora não pura.

Agora, uma demonstração de como o formato do diagrama CIE facilita o "cálculo" de combinação de cores. A Figura 2 ilustra uma mistura de vermelha e verde.

Figura 2: Mistura de vermelho e verde

Sobre o diagrama, traçamos uma reta entre os tons exatos de vermelho e verde envolvidos. Olhando para esta mistura, não enxergaremos nem vermelho nem verde, mas sim a cor que está no meio da linha: amarelo.

Se por acaso misturássemos vermelho e verde em diferentes proporções, a cor aparente ainda estaria sobre a linha, porém proporcionalmente mais próxima da cor mais forte. Por exemplo, uma mistura com 75% de vermelho resultaria num tom de laranja.

Podemos inclusive considerar misturas de três cores ou mais. Se forem três cores, basta traçar um triângulo e achar o centro do mesmo; ali estará a cor que a mistura aparenta ter aos nossos olhos.

Este é o grande valor do diagrama CIE: permite calcular qualquer mistura de cores com uma simples interpolação. O formato estranho e a distribuição dos tons dentro do diagrama existem sob medida para determinar misturas e gamas de cores usando simples linhas retas.

Dois detalhes devem ser observados. Primeiro, o diagrama CIE só vale para a visão humana. Segundo, o diagrama CIE lida com síntese aditiva, ou seja, mistura de luzes coloridas, não mistura de pigmentos. Se você misturar tinta guache vermelha e verde, não vai obter amarelo, mas sim um marrom-arroxeado lamacento. Isso porque o pigmento vermelho não é realmente vermelho; é um filtro que absorve cores não-vermelhas. Misturar dois pigmentos equivale a combinar dois filtros, e o resultado só pode ser um filtro ainda mais restritivo.

Como a visão humana possui três receptores de cor (R, G, B), e o formato do diagrama CIE é vagamente triangular, as tecnologias usuais de reprodução de cor também tendem a usar três cores básicas. Duas cores seria pouco, embora o cinema colorido tenha começado com duas cores. Quatro cores ou mais encarecem o processo sem proporcionar ganhos significativos.

Padrões de cor do mercado de massa

A Figura 3 mostra o gamut da tecnologia sRGB, utilizada na maioria dos computadores, TVs digitais, câmeras e máquinas fotográficas. O triângulo dentro do diagrama mostra as cores que o sRGB consegue reproduzir; a curva em arco representa temperaturas de cor, um assunto que não abordaremos neste artigo.

Figura 3: Gamut do sistema sRGB. Fonte: Wikipedia

A primeira coisa que notamos na Figura 3 é que os vértices (pontas) do triângulo, que representam as cores mais puras utilizadas num monitor sRGB, não são realmente puras, não estão na borda do diagrama. Isto reduz o gamut total. Em particular a ponta verde está longe do verde mais puro. Por que não usar cores puras?

O problema é que gerar cores puras custa caro. Os "fósforos" de uma tela de TV não conseguem produzir vermelhos, verdes ou azuis com 100% de pureza. O verde é particularmente problemático. Como se vê, o gamut de uma determinada tecnologia envolve muitas decisões, inclusive de custo e de viabilidade de produção em massa.

Na prática, o gamut sRGB não é uma limitação tão gritante. Ainda que o vértice azul do gamut não chegue até o violeta, uma televisão sRGB ainda consegue exibir violeta; ele só não vai parecer tão saturado como um violeta observável na natureza. (Citei o violeta porque é uma cor com que a tecnologia costuma se atrapalhar, por exemplo quando se fotografa uma flor violeta, o resultado geralmente desvia bastante do esperado.)

O mesmo acontece com outras cores não cobertas pelo gamut. O sRGB consegue reproduzir amarelos, cianos, verdes-água etc. Apenas não consegue atingir cores tão vibrantes quanto no mundo real. Por outro lado, os vértices vermelho e azul do gamut chegam perto das cores puras, então estas cores vão aparecer muito bem uma tela.

Não que outras tecnologias não tentem alcançar uma maior cobertura de cores. A figura 4 mostra o gamut de diversas técnicas "melhores" que sRGB.

Figura 4: Gamut de diversas tecnologias. Fonte: Wikipedia

Os entusiastas da fotografia se dividem entre sRGB e Adobe RGB, mais ou menos como o pessoal do Facebook divide-se entre PT e PSDB. Boas câmeras digitais são capazes de registrar fotos em Adobe RGB, porém o fotógrafo também precisa possuir um monitor com gamut Adobe RGB, sob pena de manipular a cor da fotografia de forma completamente errada.

É claro, a idéia do Adobe RGB é obter um gamut melhor na fase seguinte: a impressão das fotos em papel. Em se tratando de fotógrafo amador, é preciso verificar se o laboratório de impressão "entende" fotos Adobe RGB (o que nem sempre é o caso). Naturalmente, editoras de livros e revistas possuem todo o equipamento necessário para usar Adobe RGB de ponta a ponta.

A Figura 5 abaixo mostra um degradê ciano-verde sRGB. Clicando em cima da imagem, a versão Adobe RGB é exibida. As duas imagens são exatamente iguais (possuem os mesmos valores em cada pixel), só o perfil de cor é diferente.

Figura 5: Gradientes sRGB e Adobe RGB. Clique ou toque a imagem para trocar.
Figura 5: Gradientes sRGB e Adobe RGB. Clique ou toque a imagem para trocar.

Você só vai notar diferença se monitor, browser e sistema operacional suportam Adobe RGB. Por exemplo, aqui notei uma mudança no Safari for Mac, mas não no Chrome for Mac. Você pode tentar fazer download das imagens e compará-las usando outros softwares. Ainda no Mac, o Preview e o iPhoto evidenciam diferenças, mas o Gimp não. Fiquei surpreso em notar diferenças de gamut aqui, ainda que apenas nos verdes, já que não possuo um monitor "pro".

Por outro lado, a imagem sRGB no Chrome tem o mesmo verde da imagem Adobe RGB no Safari. Enquanto o Safari respeita os limites estritos do sRGB, o Chrome (e a grande maioria dos softwares, e a totalidade dos dispositivos móveis) exibe as cores mais vibrantes disponíveis. Uma conversão explícita de Adobe RGB para sRGB pode desaguar em imagens mais feias na tela do usuário final...

Para reiterar o ponto, mais um exemplo, com um móvel amarelo. Amarelo saturado é outra cor que o Adobe RGB cobre de forma mais competente que sRGB. Tirei duas fotos do mesmo objeto, uma com perfil de cor Adobe RGB e outra com sRGB. As imagens a seguir são os arquivos originais da câmera.

Figura 6: Móvel amarelo, Adobe RGB

Figura 7: Móvel amarelo, sRGB

No Safari ou Preview, a Figura 7 mostra um amarelo apagado, que não faz justiça ao móvel real. Isto é esperado, devido às limitações do sRGB. Mas no Chrome e no iPhone 5, o móvel da Figura 6 é que aparenta um tom amarelo-esverdeado, e a Figura 7 parece ok.

A seguir, tirei diversos screenshots para tentar ilustrar como as imagens podem ter aparência diferente conforme o software e o perfil de cor. Como um screenshot copia os valores "nativos" dos pixels, já calibrados para meu monitor, as Figuras 8 e 9 podem aparecer bem distorcidas na sua tela.

Figura 8: Screenshot da imagem Adobe RGB no Preview

Figura 9: Screenshot da imagem sRGB no Preview

Figura 10: Screenshot da imagem Adobe RGB no Chrome

Figura 11: Screenshot da imagem sRGB no Chrome

No meu monitor, a Figura 8 é a que parece mais fiel, o que não é surpresa porque tudo conspira a favor. Mas a Figura 11 também tem aparência muito boa. Na tela do iPhone 5, a Figura 11 é definitivamente a melhor. No celular Galaxy Nexus, a Figura 9 é quem apresentou a melhor cor.

Estas "lambanças" do estado atual da tecnologia justificam o conselho pragmático de usar-se apenas sRGB quando o destino das fotografias é a Web ou uma tela.

Ainda mais cores!

Também é digno de nota o sistema Wide Gamut RGB, também desenvolvido pela Adobe. Este sistema especifica cores primárias puras, resultando num gamut enorme. Como dissemos antes, cores puras são difíceis de obter, mas a evolução tecnológica vai resolver este problema com o tempo. Por exemplo, telas OLED já têm gamut consideravelmente maior que telas LCD. (Por ora, o grande problema do OLED é ser muito caro para telas grandes.)

Devido ao formato do diagrama CIE, que reflete o funcionamento da visão humana, mesmo quatro ou cinco (ou mais) cores primárias não conseguiriam cobrir 100% do espectro de cores, porque o gamut continua sendo um polígono, que não pode preencher totalmente uma área curvada. (Embora usar mais cores de fato aumenta a cobertura, e de vez em quando surge uma tecnologia que tenta este caminho.)

Cores impossíveis

O gamut ProPhoto, também presente na Figura 4, adota uma estratégia mais estranha para aumentar o gamut: apenas três cores primárias, porém duas delas são "cores imaginárias", que um ser humano normal não pode ver. No caso, um super-verde e um super-azul.

No que consistem estas "cores imaginárias"? São cores com saturação maior do que normalmente conseguimos enxergar.

Os receptores de cor dos nossos olhos não são perfeitos, e detectam um pouco das cores opostas. Por exemplo, os receptores verdes são um pouco sensíveis ao violeta, mesmo quando estivermos olhando para um laser monocromático violeta. Assim, enxergamos um violeta com 99.9% de pureza, mas não 100%.

Mas um sensor como o uma máquina fotográfica pode ter capacidade de discernir cores maior que o olho humano, portanto ele pode definir seu gamut em função de cores primárias que só ele consegue enxergar.

O único detalhe é que a reprodução destas "cores imaginárias" não é possível, até porque ninguem enxergaria um super-azul. Veria apenas azul. Nem é este o objetivo do ProPhoto. A intenção de usar "super cores" é aumentar a cobertura nas cores secundárias que ainda são visíveis, como os cianos e amarelos saturados.

Existe um truque para enxergar uma "super cor". Por exemplo, para ver um super-verde, crie uma imagem magenta (que cubra toda a tela) e outra na cor verde. Fique olhando fixamente para o magenta por uns dois minutos, depois troque para o verde. Devido ao "cansaço" dos receptores vermelhos e azuis, você verá um verde bem mais saturado (puro) do que o normal.

O mesmo truque pode ser usado para ver cianos e amarelos mais saturados do que um monitor normalmente consegue exibir.

A grande encrenca: impressão em cores

A tecnologia CMYK, presente em livros, revistas, impressoras, etc. apresenta o melhor custo-benefício para impressão em cores.

Porém o CMYK é muito limitado no gamut. O CMYK só consegue superar o sRGB no ciano puro e amarelo puro (que são pigmentos primários do CMYK), mas vermelhos e verdes originalmente "vivos" ficam bem apagados.

A síntese subrativa limita por si só o gamut, e assim como as cores de base do sRGB, os pigmentos do CMYK também não são perfeitos. Quanto mais pura e exata a cor do pigmento, mais caro ele é (basta ver quanto custa um cartucho das famigeradas impressoras de jato de tinta).

Para alcançar um gamut maior em impressão, a solução é utilizar mais pigmentos primários. O sistema Hexachrome adiciona pigmentos laranja e verde. A paleta de cores Pantone, utilizada como referência mundial em cores de objetos, produtos e até bandeiras nacionais, faz uso de 14 pigmentos diferentes.

Os filmes fotográficos, hoje obsoletos, têm a reputação de oferecer um gamut maior que as tecnologias digitais usuais, como sRGB e Adobe RGB. Em particular o filme de slide (também conhecido por diapositivo ou transparência) possui grande capacidade de reproduzir cores saturadas. É interessante notar que os filmes fazem uso de síntese subtrativa e apenas três pigmentos. Três detalhes compensam esta limitação inicial.

O primeiro é que um filme é "lido" por transparência; a luz só atravessa uma vez, numa direção. Já num objeto pintado ou folha impressa, a luz é filtrada pelo pigmento na entrada e na saída, e ainda refletida pelo papel que não é um espelho perfeito.

O segundo detalhe é que cada lote de filme ou papel fotográfico é devidamente testado e calibrado quanto à correção de cor. Isto permite que a cor preta neutra seja reproduzida pela mistura de apenas três cores, e não quatro como o sistema CMYK.

O terceiro detalhe é que a densidade de cada pigmento colorido, tanto no filme quanto no papel fotográfico, é suavemente proporcional; enquanto a maioria dos processos de impressão usa retículos ou pontinhos de cores vivas para obter os tons intermediários. (Algumas impressoras de jato de tinta possuem as cores ciano-claro e magenta-claro para melhorar a reprodução de cor.)

Um problema residual dos filmes fotográficos é que eles podem perder gamut de cores ao serem digitalizados. O próprio scanner de negativos ou slides pode ter um gamut limitado (e.g. sRGB) o que vai "roubar" parte das cores originais.

Violeta

Mencionei antes que o violeta é uma cor "difícil". Muitas câmeras digitais, pelo menos as mais antigas, têm enorme dificuldade em reproduzir certos tons de roxo ou lilás. Aquela coisa de fotografar uma flor roxa e ela sair azul.

Em primeiro lugar, tendemos a chamar de "roxo" cores espectralmente muito diferentes, como violeta, púrpura, rosa, pink, etc. Violeta é uma cor de verdade, é uma cor do espectro visível, entre o azul e o ultravioleta. As demais cores são misturas de violeta e vermelho, ou azul e vermelho, que o nosso cérebro reconhece como cores sui generis.

Para complicar as coisas, os olhos podem ser "enganados" com uma mistura de azul e um pouco de vermelho. Tal mistura parece violeta, embora menos saturado que um violeta espectral. Então, quando enxergamos um objeto arroxeado, é impossível dizer se ele é realmente violeta, ou azul+vermelho. (Podemos saber com certeza iluminando o objeto com luz vermelha; se ele for realmente violeta, parecerá praticamente preto sob luz vermelha.)

Toda tecnologia de cor reproduz magenta ou rosa sem problemas, porque basta misturar azul e vermelho na proporção correta. O mesmo para violetas tipo lavanda (pouco saturados) porque o truque de misturar azul com vermelho cobre este caso. Quanto mais saturado o violeta que desejarmos, mais difícil é reproduzí-lo, pelo menos com a tecnologia atual.

Uma forma da tecnologia RGB reproduzir um violeta fiel, e de quebra aumentar seu gamut, é usar violeta em vez de azul como cor primária. É o que o Wide Gamut RGB faz. Neste sistema, a cor azul é gerada por uma mistura de violeta e verde. Três problemas práticos: filtros e luzes violeta são mais caros; o olho humano é pouco sensível ao violeta, portanto é preciso mais potência para atingir o mesmo brilho aparente do azul; e luz violeta intensa pode causar danos ao olho (não apenas ultravioleta, mas também violeta e azul intensos são prejudiciais.)

Se reproduzir violeta é um problema, capturá-lo é um desafio muito maior, porque o típico sensor Bayer tem pixels vermelhos, verdes e azuis. A luz violeta excita apenas os pixels azuis, e a câmera "enxerga" violeta como um azul mais puro. Este é o motivo de câmeras digitais mais antigas confundirem as duas cores.

O olho humano consegue distinguir violeta de azul porque os receptores "azuis" (tipo S) são na verdade mais sensíveis ao violeta, e os receptores "verdes" (tipo M) são um pouco sensíveis ao azul, mas quase nada ao violeta. O cérebro distingue azul de violeta em função da diferença entre S e M.

Além disso, em termos relativos, os receptores "vermelhos" (L) são mais sensíveis ao violeta que os receptores "verdes" (M). (É uma sensibilidade relativa porque todos os três receptores são pouco sensíveis ao violeta, que na forma pura é percebido como uma cor muito escura.) Provavelmente este é o motivo pelo qual uma mistura de azul e vermelho passa por violeta ou arroxeado.

Já que entramos no assunto, é interessante esclarecer que os receptores L não são muito sensíveis ao vermelho; o pico de sensibilidade é o verde-limão! Assim como o violeta, o vermelho é percebido como uma cor escura porque impressiona (fracamente) o receptor L; os receptores M e S são completamente insensíveis ao vermelho. O receptor M tem pico de sensibilidade na cor verde-azulada, e o receptor S no violeta, conforme já dissemos.

Câmeras digitais mais recentes também conseguem distinguir o violeta de alguma forma, embora os detalhes sejam escassos (inclusive porque são segredos industriais). Três estratégias são possíveis: 1) usar pixels violetas em vez de azuis; 2) usar a menor sensibilidade dos pixels verdes ao violeta para distinguí-lo do azul; 3) usar pixels vermelhos que também deixem passar um pouco de violeta.

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