Tecnología del color

Ahora bien, como los escáneres o las cámaras codifican en RGB al igual que las pantallas de visualización, y del mismo modo entre impresoras con el formato CMYK, no significa que el problema de incompatibilidad de espacios o lenguajes de color se haya solucionado ya, más bien empieza a complicarse. En primer lugar, ninguno de estos dispositivos puede diseñarse tecnológicamente de forma que sus primarios RGB o CYMK de reproducción sean los descritos como ideales, y ya se comprobará las consecuencias de esto en capítulos posteriores, cuando se analice más extensamente la tecnología del color de estos dispositivos.

En segundo lugar, ninguno de estos dispositivos comparte la misma terna de primarios de reproducción, incluso entre dispositivos del mismo tipo, ya que cada fabricante utiliza productos base o medios tecnológicos distintos que pueden diferenciar bastante los resultados de reproducción del color entre escáneres, cámaras, pantallas de visualización o impresoras. Las consecuencias de esto son graves. Ya que resulta más eficaz codificar digitalmente la información de color de forma relativa, valores en cada canal de color entre 0 y 1, aunque los 3 ó 4 valores de escalado absoluto se pueden transferir separadamente, esto no significa que la coincidencia de espacios RGB o CMYK en formato relativo entre dispositivos del mismo tipo sea perfecta, más bien en la mayoría de los casos es bastante diferente. Para comprender mejor estas aseveraciones, analicemos las formas de la figura 2.3, donde se representan de forma tridimensional cómo se distribuyen los colores en los espacios de representación o lenguajes básicos del color RGB, CMYK y HLS, como primera selección de espacio perceptual. En el espacio RGB, las coordenadas (1,0,0), (0,1,0) y (0,0,1) marcan respectivamente la posición de los primarios RGB (y de forma análoga para los primarios CMY en la figura inferior), y las coordenadas (0,0,0) y (1,1,1) para los colores negro (K) y blanco (W), que resultan invertirse de posición en el espacio CMY. Pero, claro está, aunque estas representaciones 3-D sean muy ilustrativas porque todos los lenguajes de color de los dispositivos de control del color se codificarán de la misma forma relativa, la información absoluta puede ser muy diferente. Así, los primarios rojos (1,0,0) de un escáner o un monitor CRT, o entre dos monitores CRT, pueden ser espectral y colorimétricamente diferentes; el blanco (1,1,1) de una pantalla LCD y el blanco-papel (1,1,1) que considera una impresora convencional tampoco son absolutamente iguales, hablando en términos espectrales y colorimétricos; ni siquiera son iguales en sentido absoluto la definición y codificación del negro (0,0,0) entre dispositivos del mismo tipo o cruzados (la pantalla apagada para un monitor RGB y la tinta negra para una impresora CMYK, por ejemplo). Por lo tanto, no significa lo mismo RGB o CMYK entre escáneres o impresoras de chorro de tinta de fabricantes distintos: cada espacio RGB (o CMYK) de cada escáner (o impresora) debe analizarse espectral y colorimétricamente, para derivar las causas de las semejanzas y diferencias en la codificación y representación del color entre estos dispositivos cuando son fabricados de forma distinta. No olvidemos, por tanto, que el impacto sociotecnológico y cultural de la multimedia es que cada persona, más o menos experta en la comprensión y manejo del color, tiene libertad para configurar su propio equipo multimedia: su escáner, su pantalla de visualización, su computadora y su impresora. Y que el ensamblaje de dispositivos tan dispares y de fabricantes diferentes debería proporcionar una gran compatibilidad o coordinación en el uso y manipulación del color en las imágenes insertadas en los documentos.

Fig. 2.3 Representación tridimensional de los espacios básicos de representación del color dependientes de un dispositivo aditivo (RGB) o sustractivo (CMY). Se representa también de forma tridimensional el espacio HLS como primera elección sencilla de representar de forma perceptual los colores codificados de forma local por un dispositivo multimedia.

En tercer lugar, un problema derivado de lo anterior es el problema de la interconexión de dispositivos o la comunicación de lenguajes o espacios de color (fig. 2.4). Supongamos que en un entorno ofimático cualquiera, ya sea doméstico o profesional, se dispone de varios dispositivos de entrada o de captura de imágenes y otros tantos de dispositivos de salida (pantallas de visualización e impresoras), todos ellos conectados entre sí en un entorno de red local, por ejemplo. Entonces, lo que no parece lógico es establecer una conexión uno a uno entre pares de dispositivos entrada-salida, crear tantos diccionarios de lenguajes de color como pares distintos de dispositivos entrada-salida (m × n diccionario). El coste computacional y los problemas de compatibilidad serían evidentemente enormes. La parte superior de la figura 2.4 se correspondería con el concepto de «espacio dependiente del dispositivo». Por tanto, parece más lógico establecer algún tipo de espacio de representación del color que actúe como nexo o enlace común entre todos los dispositivos de entrada y de salida (m + n diccionarios), tal como se muestra en la parte inferior de la figura. La pregunta, por tanto, es: ¿cuál podría ser este lenguaje común de color?

Fig. 2.4 Caracterización de dispositivos de control del color de una imagen según el estilo de codificación del color dependiente del dispositivo (parte superior) o independiente del dispositivo (parte inferior).

Este último problema se puede plantear de forma más realista mediante el listado siguiente sobre espacios de representación del color más comunes usados en tecnología del color (tabla 2.1). Si bien los espacios básicos de representación son RGB, CMYK y HLS, ya parece evidente según la figura 2.3 que no va a ser fácil establecer el diccionario o la transformación de color entre los espacios RGB y CMYK, ni siquiera la transformación RGB ↔ HLS resulta sencilla porque es fraccionaria o por partes (Kang 1997: 7). Si consideramos los espacios colorimétricos de la CIE, tanto los no perceptualmente uniformes como los que sí lo son, el abanico de posibilidades de seleccionar se amplía bastante. Si descartamos las transformaciones de color a los atlas de color Munsell y NCS, las transformaciones entre los espacios CIE están bien definidas, pero ¿cuál elegir? Por último, si consideramos los espacios dependientes de los dispositivos, todo se complica demasiado, pero el razonamiento siguiente es bastante explícito: no podemos seleccionar como lenguaje común de color ningún espacio de color dependiente del dispositivo.

TABLA 2.1

Listado de los espacios de representación del color más comunes usados en tecnología del color

Con este primer análisis, Xu y Holub (1992) estudiaron las propiedades deseables en un espacio de color estándar común para la tecnología del color, las cuales listamos a continuación:

1. Tener escalas numéricas aproximadamente independientes y perceptualmente uniformes para las dimensiones perceptuales del color: claridad, tono y croma. En especial, debería separar la información de la escala de grises (claridad) de una imagen de la de cromaticidad (tono + croma).

2. Incorporar un modelo de adaptación cromática (o equivalencia del punto blanco/negro) para que los blancos de medios diferentes fueran independientes del punto neutro en la representación de la imagen. El paso de un blanco a otro debe tener en cuenta las transformaciones de color dentro y fuera del espacio de color estándar.

3. Ser independiente del dispositivo/periférico, con valores que fueran medidos y relacionados con respecto al observador estándar.

4. Ser posible efectuar las transformaciones directas o inversas a este espacio de color mediante cálculos simples sobre un hardware barato. Como consecuencia de este requisito, existe la necesidad de registrar de forma exacta los valores cromáticos dentro y fuera del dispositivo.

5. Utilizar la digitalización por bits de forma eficiente, con tasas competitivas de compresión de la imagen.

6. Usar de forma eficiente un esquema regular de cuantización.

7. Incorporar el concepto inteligible y aceptado de un error tipo diferencia de color.

8. Facilitar la mezcla aditiva de colores.

Así, se efectuó un test comparativo entre la mayoría de los espacios de color indicados en la tabla 2.1 con la conclusión de que los espacios CIE-L*a*b* y CIE-L*u*v* son los más favorables para la tecnología del color (tabla 2.2). Sin embargo, estos espacios de representación del color dependen del espacio intermedio CIE-XYZ, por lo que, en esencia, el espacio de color estándar como lenguaje común de color es el CIE-XYZ más una transformación de adaptación cromática bien establecida.

No obstante, y como preámbulo a un apartado posterior, dado que la información en color para una imagen cualquiera no se codifica con valores triestímulo sino con valores digitales o niveles de gris, se está recomendando, desde los organismos internacionales de estandarización (de los que hablaremos más adelante) dos espacios de representación del color, sRGB y sYCC (IEC 1999), como estándares de codificación, conexión, compresión y transmisión de imágenes digitales. Esto no significa que el tema vuelva a la torre de Babel inicial, al contrario: debido a que los espacios sRGB y sYCC poseen unas transformaciones de color bien definidas con el espacio CIE-XYZ, se siguen corroborando las conclusiones anteriores de Xu y Holub.

TABLA 2.2

Comparación entre espacios de representación del color

2.2 Aspectos de la reproducción cruzada del color

El problema principal del procesado de la información electrónica de una imagen es el control de la apariencia del color de las imágenes de un documento cuando se ha de transferir a dispositivos/periféricos diferentes y pasar por varias transformaciones de color. En lo referente al aspecto del color en una imagen, el problema se traduce en el control de la igualación de la imagen reproducida o copia vs. imagen original, proceso que denominaremos a partir de ahora reproducción del color, la cual, como ya se va advirtiendo desde los apartados anteriores, es en muchos momentos un problema de reproducción entre dispositivos aditivos y sustractivos, entre escáneres, cámaras, pantallas de visualización e impresoras, de ahí que sea conveniente remarcar estos procesos como reproducciones cruzadas del color. Por tanto, los problemas de la reproducción cruzada del color son:

1. La codificación del color en un espacio de representación dependiente del dispositivo/periférico de control de la imagen (Device-Dependent Color Spaces), como por ejemplo la codificación RGB de monitores CRT o la codificación de tintas CMYK de las impresoras. Aspecto éste que ya ha sido abordado en el apartado anterior.

2. La transformación de una codificación cromática dependiente de un dispositivo a otra codificación de color dependiente de un dispositivo diferente, por diseño o por la naturaleza propia de soporte del color: ¿cómo pasar de valores RGB a valores CMYK, de monitor a impresora? Este concepto se definirá como transformación del color, y del cual tendremos la oportunidad de analizar un ejemplo numérico en un apartado posterior, así como estudiar los aspectos propios de este problema en escáneres y cámaras, pantallas de visualización e impresoras, en capítulos posteriores.

3. La equivalencia del punto blanco/negro en una transformación de color. Los colores blanco y negro delimitan el rango dinámico de intensidades o contrastes reproducibles (balance de grises): el blanco en pantalla de un monitor CRT no se caracteriza colorimétricamente igual que el blanco del papel para fotocopiadora.

4. La gama de colores reproducibles (gamut mapping), puesto que diferirán en tamaño y en características al aplicar una transformación de color entre dispositivos diferentes: colores que son reproducibles en un dispositivo pueden no serlo en otro distinto y viceversa. Este aspecto se analizará a continuación.

5. La diferencia de medios o sistemas de soporte/presentación/control de la imagen, porque el fundamento teórico de reproducción del color puede ser muy diferente: un televisor es un sistema aditivo de reproducción del color, mientras que una cámara fotográfica convencional es un sistema sustractivo de reproducción del color en modo print y transparencia o diapositiva. La consideración del medio influye muchísimo en el enfoque con que se ha de tratar la equivalencia blanco/negro y la gama de colores reproducibles para aplicar satisfactoriamente la transformación de color (tabla 2.3).

6. Las condiciones de visualización con que se efectúe, directa o indirectamente, la comparación de la reproducción del color entre copia y original, o sea, el control de calidad del color. En este aspecto es donde interviene de manera especial y fundamental el observador o el sistema visual humano (SVH), con todos sus aspectos de percepción visual, y las condiciones de iluminación, que incluyen la geometría fuente luminosa/observador y las características espectrofotométricas de la fuente luminosa.

7. El juicio subjetivo de la comparación visual entre la referencia y la muestra, conocido como apariencia del color, que va ligado a las condiciones del entorno y a la diferencia de medios. Este aspecto pone de manifiesto que, aunque encontremos una descripción cuantitativa o psicofísica del color (colorimetría), ésta nunca ofrecerá una equivalencia directa con la apariencia del color.

TABLA 2.3

Características de medios diferentes de reproducción del color

8. La variabilidad temporal de funcionamiento total y estructural de los dispositivos/periféricos del sistema de tratamiento en color de la imagen. Este aspecto obliga a buscar un procedimiento general de control con subprocedimientos flexibles y eficientes ante inestabilidades. Así, se identificará la caracterización como el procedimiento general y como calibración a los subprocedimientos a efectuar ante posibles alteraciones en el control del color.

En realidad, por tanto, los capítulos siguientes sobre escáneres y cámaras (cap. 3), pantallas de visualización como los monitores CRT (cap. 5) e impresoras (cap. 6) plantearán, analizarán y resolverán los problemas específicos de estos dispositivos, como la caracterización colorimétrica y la transformación de color al espacio CIE-XYZ.

2.2.1 La gama de colores reproducibles

La gama de colores reproducibles (gamut mapping) es uno de los componentes de cualquier sistema de reproducción del color; su técnica o tarea consiste en asignar colores en un dispositivo de salida a partir de los colores del dispositivo de entrada. En este sentido, la gama de reproducción está siempre presente en todos los sistemas de reproducción del color, incluso aunque esté en la mayo-ría de los casos ejecutada de forma implícita. Sin embargo, puede verse también como una extensión de los modelos de apariencia del color, como el propósito de igualar la apariencia global de las imágenes (colores relacionados) en vez de la apariencia de los colores aislados. Este sería el segundo enfoque y el más apropiado para todas las aplicaciones de la tecnología del color, como en las artes gráficas.

Para comprender los algoritmos principales de la técnica gamut mapping, los cuales se han ido desarrollando a lo largo de los últimos diez años en tres ciclos generacionales (Morovic, Luo 1999; Morovic, Luo 2001), es necesario tener una comprensión clara de cuál es la función de esta técnica, en qué etapa del proceso de reproducción del color ha de ejecutarse y cuáles son sus componentes principales.

2.2.1.1 Fundamentos sobre la gama de colores reproducibles

La gama de colores reproducibles sobre cualquier dispositivo multimedia se puede representar como un sólido en un espacio de color, un espacio definido por CIE o definido por un modelo de apariencia del color. La función de la técnica de la gama de reproducción es, por tanto, describir una forma de representar colores a partir de la gama original de colores reproducidos dentro de la gama final de colores reproducibles. El objetivo de esta representación o proyección es asegurar que la apariencia del color de una reproducción sea lo más cercana posible al original. Es importante volver a recordar que lo que se necesita es mantener la similitud en la apariencia global en vez de la apariencia de los colores individuales, que es imposible en la mayoría de los casos. Para ilustrar la importancia del concepto de la gama de reproducción, la figura 2.5 (véase apéndice de color) muestra aproximadamente en el espacio CIE-L*a*b* las gamas de reproducción de un monitor CRT, como dispositivo aditivo RGB, y una impresora de chorro de tinta, como dispositivo sustractivo CMYK. Si efectuáramos cortes transversales del tipo L*-Cab* con tono hab* constante, o del tipo a*-b* con claridad L* constante, se podría observar claramente que la pérdida de gama de colores azulados, violáceos y purpurados es grande en la impresora, mientras que ésta misma nos permite obtener una gama más amplia de colores amarillentos que el monitor CRT. Ahora bien, como cada imagen visualizada sobre el monitor –y con pretensión de transferirse sobre la impresora– presenta su propia apariencia del color bajo su subgama de reproducción, el objetivo de las técnicas de gamut mapping es transformar esta subgama de reproducción en RGB en otra subgama en CMYK, de forma que la apariencia del color de la imagen RGB y CMYK sea aproximadamente constante. Por tanto, los colores aislados de las gamas completas de reproducción (fig. 2.5, véase apéndice de color) del monitor RGB y de la impresora CMYK deben seleccionarse acertadamente para conseguir este fin, con la dificultad que supone, por ejemplo, trazar una proyección entre un color azul saturado del monitor –que no tiene correspondencia aislada con algún color azul de la impresora– con otro color azul menos saturado de la impresora, para conseguir que la apariencia azul de la imagen en cuestión sea constante.

La técnica de la gama de reproducción es solamente un paso más en un proceso de reproducción del color. Incluso aquellas técnicas de reproducción que no tienen explícitamente una etapa de proyección de la gama de colores la incluyen. Esta proyección produce implícitamente una igualación de los colores en términos cuantitativos –por ejemplo con valores triestímulo CIE-XYZ o coordenadas CIE-L*a*b*– entre el original y la copia, donde sea también físicamente posible el recorte (clipping) de los colores sobre el contorno de la gama de reproducción de los colores originales que no están dentro de ella. Así pues, los resultados de la proyección de la gama de colores reproducibles dependen también de las otras etapas del proceso de reproducción y de la elección del entorno (espacio o modelo de apariencia del color) donde la técnica o algoritmo va a ejecutarse.

Dado que la función de la gama de colores reproducibles es conseguir una igualación de apariencia, se necesita proyectar los atributos perceptuales: claridad, croma y tono. Para que esto sea posible, es necesario tener información cuantitativa acerca de las gamas de colores originales y finales. Aunque esta igualación es preferible que se realice con atributos perceptuales, la mayoría de los algoritmos propuestos (de los que presentaremos más adelante alguno de ellos) usan espacios uniformes, como CIE-L*a*b* o CIE-L*u*v*, y por tanto, las proyecciones están en las dimensiones de éstos.

Como elección para proyectar las gamas de colores, se opta por dos concepciones. La primera, que es posible proyectar la gama del dispositivo de entrada u original y la gama del dispositivo de salida o de reproducción, por lo que sería independiente del contenido o tipo de imagen (image independent mapping). Este es el enfoque más común adoptado por los fabricantes de los dispositivos multimedia, y que también incorporan de peor o mejor forma las aplicaciones ofimáticas. La segunda es que también se puede proyectar entre la gama de colores de la imagen original y la de la reproducción, por lo que claramente depende del contenido y tipo de imagen (image dependent mapping). Tiene la ventaja de que la proyección o registro distorsiona lo menos posible en el entorno global de la imagen. Si se considera toda la gama de colores del dispositivo de entrada, algunos colores se modificarán excesivamente para acomodar colores que incluso no están presentes en la imagen considerada.

2.2.1.2 Proyección sobre el tono

Puesto que el tono es el atributo perceptual que nos permite discriminar cromáticamente con la mayor exactitud y el atributo de mejor acuerdo entre individuos, la mayoría de los autores proponen mantenerlo inalterado. En este caso, la única dificultad es que, aunque todos los algoritmos excepto uno no cambian el tono, mantienen solamente el ángulo tono hab* en CIE-L*a*b*, el cual es una representación imperfecta del tono percibido. Esto puede producir cambios en el tono percibido a pesar de que los colores se están moviendo en planos de ángulo tono constante.

2.2.1.3 Proyección sobre la claridad

El algoritmo más sencillo es el del recorte o clipping (fig. 2.6), donde se puede observar claramente cómo éste se ejecuta: si la línea discontinua marca la relación 1:1 entre las gamas de claridad L* en la entrada y la salida del proceso de reproducción, todos los colores muy oscuros (con L*ENTRADA < 20, por ejemplo) van a configurarse con un mismo valor numérico (con L*SALIDA = 20, por ejemplo), mientras que los colores más claros (con L*ENTRADA > 85, por ejemplo) también se van a codificar en la reproducción final con el mismo valor (con L*SALIDA = 82, por ejemplo). Con programas de diseño y retoque gráfico de imágenes es muy fácil hacer este ejemplo y analizar las consecuencias perceptuales sobre cualquier tipo de imagen compleja, ya sea artificial o natural.

Fig. 2.6 Ejemplos gráficos más usados en las técnicas de proyección de las gamas de claridad en un proceso de reproducción del color entre un dispositivo de entrada (línea discontinua) y uno de salida (línea continua).

Sin embargo, la mayoría de los algoritmos propuestos usan la compresión lineal de la claridad (fig. 2.6), el cual tiene una ecuación bien característica:

Como se puede analizar, esta ecuación no es más que una interpolación lineal con el detalle importante que la variable s, como pendiente de la recta, es menor que 1, de ahí que se trate de un efecto de compresión, porque generalmente las capacidades de reproducción del color del dispositivo de salida son más reducidas que las del de entrada. Sin embargo, el efecto contrario (que s sea mayor que 1) no comprime sino que amplia, readapta el rango de claridad más pequeño a un rango más grande. Tal técnica, también muy utilizada en el tratamiento digital de la imagen, recibe el nombre genérico de ecualización de histograma.

De forma opcional, la claridad puede comprimirse de modo no lineal –donde los colores con claridad media se retienen y los colores claros y oscuros se comprimen o ecualizan–, o bien mediante una función de recorte suave (soft-clipping), tal como aparece en la representación derecha de la figura 2.6. En parte, esto es similar a las curvas de balance de grises (tone reproduction curves) usadas tradicionalmente en artes gráficas, y es claramente dependiente del tipo de imagen.