Introduction to the Primary Colors

As três cores primárias da luz são consideradas as cores vermelha, azul e verde porque são fundamentais para a visão humana. Neste artigo, veremos como o olho humano processa a cor, o espectro de luz visível, a diferença entre cores primárias aditivas e cores primárias subtrativas e como as cores primárias são usadas em aplicações práticas.

Quais são as cores primárias?

A luz do sol é composta de um espectro quase contínuo de radiação eletromagnética, com a maior parte da energia concentrada em comprimentos de onda entre 220 e 3.200 nanômetros de comprimento. À medida que passam pela atmosfera terrestre, a maior parte das ondas de luz acima de 2.000 nanômetros (comprimentos de onda infravermelhos) é absorvida por dióxido de carbono, vapor de água e ozônio, portanto, quase nunca alcança o solo. As ondas ultravioletas mais curtas também são absorvidas pela camada de ozônio. Esse efeito de filtragem da atmosfera restringe o espectro das ondas de luz que atingem o solo àquelas ondas com comprimento entre 320 e 2.000 nanômetros.

O olho humano é sensível a uma faixa limitada de radiação eletromagnética, que se encontra na faixa de comprimento de onda entre 400 e 700 nanômetros, normalmente conhecida como espectro de luz visível, que é a única fonte de cor. Quando combinados, todos os comprimentos de onda presentes na luz visível (cerca de ⅓ da distribuição espectral total que passa pela atmosfera terrestre) formam luz branca incolor, que pode ser refratada e dispersada em suas cores componentes com a ajuda de um prisma. As cores vermelha, verde e azul são, de maneira clássica, consideradas as cores primárias de luz porque são fundamentais para a visão humana.

Cores primárias aditivas

O olho contém fotorreceptores de células cone (consulte a figura 1) embutidos na pequena fóvea central da retina, que são sintonizados para responder aos comprimentos de onda distribuídos nessas três regiões (vermelha, verde e azul), com proteínas de pigmento especializadas. Todas as cores do espectro de luz visível, do violeta ao vermelho, podem ser produzidas adicionando ou subtraindo várias combinações das três cores primárias. A luz é percebida como branca pelos humanos quando todos os três tipos de células cone são estimulados simultaneamente por quantidades iguais de luz vermelha, verde e azul. Como a adição dessas três cores produz luz branca, as cores vermelha, verde e azul são chamadas de cores primárias aditivas.

Como o olho humano vê as cores

Quando apenas um ou dois tipos de células cone são estimulados, a gama de cores percebidas fica limitada. Por exemplo, se uma faixa limitada de luz verde (540 a 550 nanômetros) for usada para estimular todas as células cone, somente as que contêm fotorreceptores verdes responderão para produzir um sinal para ver a cor verde. A percepção visual humana das cores não primárias aditivas, como amarela, pode surgir de duas maneiras. Quando as células cone vermelha e verde são estimuladas simultaneamente por luz amarela monocromática com um comprimento de onda de 580 nanômetros, os receptores de células cone respondem quase da mesma maneira, pois a sobreposição espectral de absorção é quase a mesma nessa região do espectro de luz visível. O mesmo sinal de cor pode ser obtido com a estimulação das células cone vermelha e verde individualmente, com uma combinação de comprimentos de onda vermelho e verde selecionados a partir de regiões dos espectros de absorção do receptor que não têm sobreposição significativa. O resultado, em ambos os casos, é a estimulação simultânea de células cone vermelha e verde para produzir um sinal de cor amarela, mesmo que a finalidade seja alcançada por dois mecanismos diferentes. A capacidade de perceber outras cores exige a estimulação de um, dois ou todos os três tipos de células cone em graus variados pela paleta de comprimentos de onda adequada.

Cores complementares

Se porções iguais de luz verde e azul são adicionadas ao mesmo tempo, chamamos a cor resultante de ciano. Da mesma forma, porções iguais de luz verde e vermelha produzem a cor amarela, e porções iguais de luz vermelha e azul produzem a cor magenta. As cores ciano, magenta e amarelo são normalmente chamadas de cores complementares, pois uma complementa a outra cor primária em uma combinação de luz branca. O amarelo (vermelho e verde) é o complemento do azul porque, quando as duas cores são somadas, é produzida luz branca. Da mesma forma, o ciano (verde e azul) é o complemento do vermelho, e o magenta (vermelho e azul) é o complemento da luz verde.

Cores primárias subtrativas

As cores complementares (ciano, amarelo e magenta) também são conhecidas como cores primárias subtrativas, pois cada uma delas é formada pela subtração de um dos aditivos primários (vermelho, verde e azul) da luz branca. Por exemplo, a luz amarela é vista quando toda a luz azul é removida da luz branca, o magenta é formado quando o verde é removido e o ciano é produzido quando o vermelho é removido. A cor observada subtraindo uma cor primária da luz branca é gerada porque o cérebro soma as cores que restam para produzir a respectiva cor complementar ou subtrativa. A figura 2 ilustra círculos de cores sobrepostos das cores primárias aditivas e subtrativas. As áreas de sobreposição indicam as novas cores que são produzidas pela adição e subtração de várias combinações usando essas seis cores primárias, e também demonstram como as cores primárias aditivas e subtrativas se complementam.

Quando duas cores primárias subtrativas são adicionadas, produzem uma cor primária aditiva. Por exemplo, a combinação de magenta e ciano produz a cor azul, e a combinação de amarelo e magenta produz vermelho. De maneira semelhante, adicionar amarelo e ciano produz verde (consulte a figura 2). Quando todas as três cores primárias subtrativas são adicionadas, as três cores primárias aditivas são removidas da luz branca, produzindo o preto (que é a ausência de cor). O branco não pode ser produzido por nenhuma combinação de cores primárias subtrativas. É por isso que nenhuma mistura de tintas coloridas pode ser usada para imprimir branco.

Adição e subtração de cores

Um bom exemplo de adição e subtração de cores são as variações observadas na cor da luz solar à medida que o sol nasce, atinge seu pico e se põe. A cor da luz solar muda à medida que passa pela atmosfera terrestre, pois a colisão de fótons com as densidades variáveis de moléculas de ar remove algumas das cores. Quando o sol está alto no céu no fim da manhã e no início da tarde, a luz parece ficar amarela. À medida que o sol se aproxima do horizonte, a luz precisa se deslocar por uma porção maior da atmosfera e começa a ficar laranja e, depois, vermelha. Isso acontece porque o ar absorve uma quantidade crescente de luz azul do sol, deixando apenas os comprimentos de onda mais longos na região vermelha do espectro de luz visível.

Variações de cores com iluminação

A série de fotografias apresentada na figura 3 contém imagens de uma carta de baralho (o 3 de copas), um pimentão verde e um cacho de uvas roxo-azuladas, sobrepostas em um fundo preto. Na fotografia à esquerda [figura 3(a)], os três objetos estão iluminados por uma luz branca e aparecem como esperamos que apareçam sob luz natural. Na segunda fotografia [figura 3(b)], os objetos estão iluminados por luz vermelha. Observe que a carta de baralho está refletindo toda a luz vermelha que a atinge, enquanto apenas o caule do cacho de uva e os destaques brancos nas uvas e no pimentão refletem a luz vermelha. A maior parte da luz vermelha que atinge as uvas e o pimentão está sendo absorvida.

A terceira fotografia da série [figura 3(c)] apresenta os objetos iluminados por luz verde. Os símbolos na carta de baralho agora estão pretos, e o corpo da carta está refletindo a luz verde. As uvas estão refletindo um pouco de luz verde, enquanto o pimentão parece normal, mas com reflexos verdes. A quarta fotografia [figura 3(d)] ilustra os objetos iluminados por luz azul. A uva parece normal, com reflexos azuis, mas o cacho ficou preto e agora está invisível. A carta de baralho está refletindo a luz azul com símbolos pretos, e o pimentão está refletindo a luz azul apenas nos destaques. Essa série de imagens demonstra como um objeto que parece ser vermelho (por exemplo, na luz branca) absorve comprimentos de onda azul e verde, mas reflete comprimentos de onda na região vermelha do espectro. Portanto, o objeto é visto como vermelho.

Matiz, saturação e brilho

O olho humano é sensível a diferenças muito sutis nas cores e provavelmente consegue distinguir entre 8 a 12 milhões de tons individuais de cor. A maioria das cores contém alguma proporção de todos os comprimentos de onda no espectro visível. O que realmente varia de cor para cor é a distribuição dos comprimentos de onda em uma determinada cor. A paleta de comprimentos de onda predominantes determina o matiz básico da cor, que pode ser, por exemplo, roxo, verde-azulado, bege, rosa ou laranja. A proporção dos comprimentos de onda determina a saturação de cor da amostra e se ela aparece pálida ou profundamente saturada. A intensidade da cor e a refletividade do objeto sendo fotografado determinam o brilho da cor (por exemplo, azul escuro ou claro). Isso fica bem ilustrado abaixo na Árvore de cores Munsell, em que cada cor é representada por uma posição diferente na árvore (consulte a figura 4). O valor da cor do matiz é representado pelo posicionamento da circunferência, a saturação pela distância horizontal da cor do eixo central e o brilho pela posição vertical no tronco.

Subtração de cores

Grande parte dessa discussão se concentrou nas propriedades da luz visível com relação à adição e subtração da luz visível transmitida que pode ser visualizada na tela de um computador ou uma televisão. A maior parte do que foi observado, no entanto, é a luz refletida de objetos ao nosso redor, como outras pessoas, construções, automóveis, paisagens etc. Esses objetos não produzem luz por si mesmos, mas emitem cores por um processo conhecido como subtração de cor, em que certos comprimentos de onda são subtraídos (absorvidos) e outros são refletidos (conforme ilustrado na figura 3). Por exemplo, uma folha verde aparece com essa cor sob a luz solar porque reflete os comprimentos de onda verdes e absorve todas as outras cores. O matiz, o brilho e a saturação da cor da luz verde refletida são determinados pelo espectro exato de comprimentos de onda que são refletidos.

Cores primárias no mundo real

Os pigmentos e corantes são responsáveis pela maior parte da cor que vemos no mundo real. Olhos, pele e cabelo contêm pigmentos de proteínas naturais que refletem as cores visualizadas nas pessoas ao nosso redor (além das cores usadas em maquiagens e tinturas de cabelo). Livros, revistas, cartazes e outdoors são impressos com tintas coloridas, que criam cores por meio do processo de subtração de cores. De maneira semelhante, automóveis, aviões, casas e outras construções são revestidos com tintas que contêm uma série de pigmentos. O conceito de subtração de cor, como discutido acima, é responsável pela maior parte da cor produzida pelos objetos descritos. Por muitos anos, artistas e profissionais que trabalham com impressão procuraram substâncias que contivessem corantes e pigmentos especialmente bons em subtrair cores específicas.

Impressão com cores primárias

Todas as fotografias coloridas e outras imagens pintadas ou impressas são produzidas usando apenas quatro corantes e pigmentos coloridos: magenta, ciano, amarelo (as cores primárias subtrativas) e preto (consulte a figura 5). A mistura de tintas ou corantes com essas cores em proporções variadas pode produzir as cores necessárias para reproduzir praticamente qualquer imagem ou cor. As três cores primárias subtrativas poderiam, em teoria, ser usadas sozinhas, no entanto, as limitações da maioria dos corantes e pigmentos exigem a adição do preto para obter tons de cores reais. Quando uma imagem está sendo preparada para impressão em um livro ou uma revista, primeiro é separada em componentes primários subtrativos, por fotografia ou com um computador, conforme ilustrado acima na figura 5. Cada componente individualmente é transformado em um filme usado para preparar uma chapa de impressão para essa cor. A imagem final é criada pela impressão sequencial de cada chapa de cor, uma em cima da outra, usando a tinta apropriada para formar um composto que recria a aparência do original. A tinta também é produzida de maneira semelhante. Os pigmentos de base contendo as cores primárias subtrativas são misturados para formar as várias cores usadas nas preparações finais da tinta.

Como as cores primárias são usadas em microscópios e câmeras

Este debate abrangeu os vários aspectos das cores primárias aditivas e subtrativas. Ao usar o microscópio para visualizar e capturar imagens, os conceitos de cores primárias aditivas e subtrativas são muito importantes. As fontes de luz do microscópio podem emitir uma luz brilhante, com uma temperatura de cor que pode ficar entre 3.200 K e 5.500 K, dependendo do tipo de fonte de luz. Para o observador, elas aparecem como luz branca que pode ser absorvida, refratada, refletida, polarizada e/ou transmitida por uma amostra na platina do microscópio. As regras das cores primárias se aplicam à forma como a amostra interage com a luz do microscópio e determina quais cores são exibidas à medida que a amostra é visualizada nas oculares. Essas regras também se aplicam ao filme em um sistema de câmera tradicional ou um dispositivo de imagem digital acoplado ao microscópio. Ambos dependem das inter-relações entre as cores primárias para capturar as imagens.