¿Por qué somos más sensibles al verde? ¿Por qué se creó RGB?

Hablando de colorimetría… este post es una breve historia acerca de la creación del modelo RGB, estudiando qué relación tiene el modelo con la sensibilidad del ojo humano a los colores.

Como sabéis, el modelo RGB es la base del almacenamiento de imágenes en formato RAW (en crudo). Si bien existen muchos otros formatos, como el gran JPG, la información que realmente capta la cámara inicialmente es RGB. Esta información, en crudo y sin procesar, es la que nos ofrece las máximas posibilidades de edición fotográfica, lo que no quiere decir que la imagen tenga mayor calidad. Típicamente, antes de almacenar la imagen comprimida, la cámara aplica multitud de ajustes que aumentan la calidad de la fotografía final en JPG, sucediendo como en el caso de otros formatos que aparecen los artefactos de compresión.

Por lo tanto, la información en bruto de una imagen se almacena en estas tres coordenadas: RED, GREEN, BLUE. Pero estamos hablando de colorimetría, por tanto: qué rojo, qué verde, qué azul, y por qué. Lo primero que cabe decir es que cualquier color existente en el mundo mundial puede ser representado por la suma de tres colores primarios (espacio tridimensional), es lo que nos dicen las Leyes de Grassmann. Tres colores, si se eligen bien (linealmente independientes), son suficientes para representar cualquier color. A continuación se verá que lo interesante es que esos tres colores primarios sean reales, visibles:

Los que han estudiado el ojo humano saben que los bastones captan el nivel de iluminación (luminancia, luma) y son los principales responsables de la visión periférica y de la visión nocturna en blanco y negro. Sin embargo, no aportan información de color (crominancia, croma). Los que se encargan del color son los conos, de los que tenemos tres tipos:

  • Long (L), que detectan longitudes de onda largas (rojos)
  • Medium (M), que detectan longitudes de onda medias del visible (verdes)
  • Short (S), que detectan longitudes de onda cortas (azules).

Lo primero que vemos es que, aunque la información sea recibida por “sensores” distintos, la croma y la luma realmente van juntas y están relacionadas, por tanto habrá que conocer la relación entre ellas en el nuevo espacio colorimétrico. Y lo segundo que vemos es que el ancho de banda cubierto por los conos M es más amplio, por tanto el ojo humano tendrá una mayor precisión a la hora de detectar distintos verdes. ¿Qué decir acerca de la diversidad de tonos verdes que encontramos en la naturaleza? Y las connotaciones del verde…

Para conocer todos los colores del mundo mundial (mejor dicho, los visibles por el ojo humano), hemos de remontarnos a un experimento de la International Commission on Illumination (CIE). El experimento CIE 1931 XYZ, llevado a cabo por David Wright y John Guild en 1931, pretendía representar mediante un espacio colorimétrico todos colores que pudiera ver el ojo humano. David y John llevaban haciendo pruebas desde los años 20 y conocían perfectamente las radiaciones monocromáticas visibles (380nm-780nm), pero cualquier combinación de varias radiaciones monocromáticas produciría un color distinto, ¿cómo representarlo? Los primarios XYZ por supuesto no tienen por qué corresponder a una radiación monocromática, de hecho no es así. Descubrieron que para poder representar en un diagrama todos los colores visibles tenían que usar primarios XYZ imaginarios (no visibles):

El diagrama muestra componentes XYZ normalizados (x+y+z=1). Es decir, X(0,0,1) Y(0,1,0) Z(0,0,1) no son visibles, pero en este gráfico están todos los colores. Si se usasen las componentes XYZ para almacenar imágenes, habría miles de colores que se podrían representar, pero no son visibles, lo cual es ineficiente. De cara a la transmisión sería un desperdicio de ancho de banda, por ello hubo que elegir un espacio colorimétrico dentro del diagrama XY del experimento de 1931.

Si te estás preguntando en qué consistía realmente el experimento, es muy interesante. Antes de llegar a la conclusión de que eran necesarios colores imaginarios para representar todos los colores (esto es un apaño matemático), escogieron diversos colores primarios reales y pusieron a un observador con un ángulo visual de dos grados, de tal manera que el observador veía en una pantalla partida: un color de muestra y la suma de los tres primarios. Su trabajo consistía en graduar los primarios para que el color resultante se pareciera lo máximo posible a la muestra.

Después de elegir muchos primarios, se dieron cuenta de que siempre hay muestras que no quedan representadas por el espacio colorimétrico. Una más que grata sorpresa a la hora de escribir este post, ha sido el descubrimiento de una simulación del experimento:

http://rgbcmyk.com.ar/1931/

En esta aplicación web se han elegido otros primarios (tRGB), permitiendo al observador ajustarlos para tratar de alcanzar muestras monocromáticas, lo cual es imposible debido a los primarios elegidos. Cuando se encontraron con esta situación en el experimento de 1931, probablemente tendrían que ir muestreando colores con diferentes primarios (a veces sólo dos primarios, una recta) para caracterizar todos los colores visibles. Una vez caracterizados, pero en diferentes espacios colorimétricos, tendrían que hacer las transformaciones matemáticas necesarias para alcanzar el modelo XYZ:

A continuación, habría que elegir colores primarios reales. El CIE eligió un espacio colorimétrico CIE-RGB, pero el más utilizado es sRGB (en la figura de arriba). No obstante, puede definirse cualquier nuevo espacio, como el de Adobe, o algunos de los que aparecen en la guía siguiente:

Guía completa e indolora para programadores sobre XYZ, RGB, ICC, xyY, and TRCs

En esta guía podemos ver las diferentes matrices de transformación entre espacios colorimétricos, las cuales identifican los RGB en el diagrama de cromaticidad XY.

La idea es que los colores representables en el espacio colorimétrico son aquellos que quedan dentro del triángulo de los primarios. Además, el espacio tridimensional creado será ortogonal (un cubo), pues las coordenadas se digitalizarán con un número de bits por canal. Esto significa que, usando colores primarios reales, cuanto más se alargue el triángulo hacia el verde, más verdes (y menos rojos y azules) es posible representar.

También debe establecerse como conclusión que siempre quedan colores reales por representar, con colores primarios reales. Teóricamente por tanto, un monitor no puede representar muchos colores, entre ellos una radiación monocromática. Por último decir que el llamado color verdadero (TrueColor, 16 millones de colores) es sRGB con 8 bits por canal (24 bits).

P.D. Aunque en 1964 se realizó un experimento similar para un observador de 10 grados, el diagrama de cromaticidad más usado es el del experimento de 1931.

Fuentes:

http://www9.helpes.eu/01170883/CIE1931ColoreanElEspacio

http://www.pensamientoscomputables.com/entrada/por-que-modelo-color-rgb.html

Simulando el experimento de Wright-Guild

http://www.gusgsm.com/categoria_teoria_del_color?page=2

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