Modelos de Cor & Percepção Humana (ColorSpaces.cs)

A cor é a percepção produzida no sistema visual humano em resposta a radiações eletromagnéticas na faixa visível (de $380\text{ nm}$ a $740\text{ nm}$ ).

O arquivo ColorSpaces.cs reúne as transformações cromáticas fundamentais.

1. A Fisiologia dos Cones da Retina

A retina humana contém células fotorreceptoras divididas em:

Bastonetes: Atuam em baixa luminosidade (visão noturna), sem discriminação de cores.
Cones: Responsáveis pela visão em cores (visão diurna). São classificados em três tipos:
- Cones L (Long): Sensíveis ao espectro Vermelho (~ $560\text{ nm}$ ).
- Cones M (Medium): Sensíveis ao espectro Verde (~ $530\text{ nm}$ ).
- Cones S (Short): Sensíveis ao espectro Azul (~ $420\text{ nm}$ ).

Característica Fisiológica

Cerca de 64% dos cones humanos são do tipo L (Vermelho) e 32% são do tipo M (Verde), enquanto apenas 2% a 4% são do tipo S (Azul). Por essa razão, os olhos humanos são muito mais sensíveis a variações de brilho no verde e no vermelho do que no azul.

2. Escala de Cinza Perceptiva (Grayscale)

Se convertermos uma imagem colorida para cinza usando uma média aritmética simples:

Y_{\text{média}} = \frac{R + G + B}{3}

A imagem resultante apresentará distorção perceptiva, pois o azul parecerá excessivamente claro e o verde parecerá escurecido.

Padrões Internacionais:

1. ITU-R BT.709 (Padrão sRGB e Telas HD):

Y = 0.2126 \cdot R + 0.7152 \cdot G + 0.0722 \cdot B

2. ITU-R BT.601 (Padrão de Televisão Analógica NTSC/PAL):

Y = 0.299 \cdot R + 0.587 \cdot G + 0.114 \cdot B

3. O Espaço Cilíndrico HSV (Hue, Saturation, Value)

Enquanto o RGB reflete a forma como os monitores acendem pequenos LEDs, o HSV modela as cores de forma intuitiva para o ser humano:

Hue (Matiz - $H$ ): Ângulo no círculo de cores de $0^\circ$ a $360^\circ$ ( $0^\circ = \text{Vermelho}, 120^\circ = \text{Verde}, 240^\circ = \text{Azul}$ ).
Saturation (Saturação - $S$ ): Pureza da cor de $0.0$ (cinza) a $1.0$ (cor viva).
Value (Brilho - $V$ ): Luminosidade de $0.0$ (preto) a $1.0$ (brilho máximo).

Fórmulas de Conversão RGB para HSV ( $R, G, B \in [0, 1]$ ):

V = \max(R, G, B), \quad \Delta = V - \min(R, G, B)

S = \begin{cases} 0, & \text{se } V = 0 \\ \frac{\Delta}{V}, & \text{caso contrário} \end{cases}

H = \begin{cases} 0^\circ, & \text{se } \Delta = 0 \\ 60^\circ \times \left( \frac{G - B}{\Delta} \bmod 6 \right), & \text{se } V = R \\ 60^\circ \times \left( \frac{B - R}{\Delta} + 2 \right), & \text{se } V = G \\ 60^\circ \times \left( \frac{R - G}{\Delta} + 4 \right), & \text{se } V = B \end{cases}

4. O Espaço YCbCr (Compressão JPEG e Vídeo)

No padrão YCbCr:

$Y$ (Luminância): O mapa de brilho (preto e branco).
$Cb$ (Chroma Blue): Diferença de cor azul ( $B - Y$ ).
$Cr$ (Chroma Red): Diferença de cor vermelha ( $R - Y$ ).

Como o olho humano percebe menos detalhes em variações de cor do que em variações de brilho, os compressores JPEG descartam parte dos dados dos canais $Cb$ e $Cr$ sem perda perceptível de qualidade (Subamostragem de Crominância).

5. Efeito Sépia Fotográfico

A transformação sépia clássica é realizada por uma multiplicação matricial ponderada nos canais RGB:

\begin{bmatrix} R' \\ G' \\ B' \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0.393 & 0.769 & 0.189 \\ 0.349 & 0.686 & 0.168 \\ 0.272 & 0.534 & 0.131 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix}

Próximo Passo: Veja como o Gerador de Amostras Sintéticas cria imagens de calibração.