26.3: Cor e visão de cores

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Explique a teoria simples da visão de cores.
• Descreva as propriedades de coloração das fontes de luz.
• Descreva a teoria retinex da visão de cores.

O dom da visão é enriquecido pela existência da cor. Objetos e luzes estão repletos de milhares de tons que estimulam nossos olhos, cérebros e emoções. Duas questões básicas são abordadas neste breve tratamento: o que significa cor em termos científicos e como nós, como humanos, a percebemos?

Teoria simples da visão de cores

Já observamos que a cor está associada ao comprimento de onda da radiação eletromagnética visível. Quando nossos olhos recebem luz de comprimento de onda puro, tendemos a ver apenas algumas cores. Seis deles (mais frequentemente listados) são vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta. São o arco-íris de cores produzidas quando a luz branca é dispersa de acordo com diferentes comprimentos de onda. Existem milhares de outras tonalidades que podemos perceber. Isso inclui marrom, verde-azulado, dourado, rosa e branco. Uma teoria simples da visão de cores implica que todas essas tonalidades são a resposta de nossos olhos a diferentes combinações de comprimentos de onda. Isso é verdade até certo ponto, mas descobrimos que a percepção das cores é ainda mais sutil do que a resposta de nossos olhos a vários comprimentos de onda de luz.

Os dois principais tipos de células sensíveis à luz (fotorreceptores) na retina são bastonetes e cones. Os bastonetes são mais sensíveis do que os cones por um fator de cerca de 1000 e são os únicos responsáveis pela visão periférica e pela visão em ambientes muito escuros. Eles também são importantes para a detecção de movimento. Existem cerca de 120 milhões de bastonetes na retina humana. As hastes não fornecem informações sobre cores. Você pode notar que perde a visão das cores quando está muito escuro, mas mantém a capacidade de discernir as escamas de cinza.

EXPERIÊNCIA PARA LEVAR PARA CASA: BASTONETES E CONES

1. Entre em uma sala escura de uma sala bem iluminada ou de fora ao sol. Quanto tempo demorou para começar a ver as formas com mais clareza? E quanto à cor? Volte para a sala iluminada. Demorou alguns minutos até que você pudesse ver as coisas com clareza?
2. Demonstre a sensibilidade da visão foveal. Veja a letra G na palavra ROGERS. E quanto à clareza das letras em cada lado de G?

Os cones estão mais concentrados na fóvea, a região central da retina. Não há varas aqui. A fóvea está no centro da mácula, uma região de 5 mm de diâmetro responsável pela nossa visão central. Os cones funcionam melhor com luz forte e são responsáveis pela visão de alta resolução. Existem cerca de 6 milhões de cones na retina humana. Existem três tipos de cones, e cada tipo é sensível a diferentes faixas de comprimentos de onda, conforme ilustrado na Figura\(\PageIndex{1}\). Uma teoria simplificada da visão de cores é que existem três cores primárias correspondentes aos três tipos de cones. As milhares de outras tonalidades que podemos distinguir são criadas por várias combinações de estímulos dos três tipos de cones. A televisão em cores usa um sistema de três cores no qual a tela é coberta com números iguais de pontos de fósforo vermelhos, verdes e azuis. A ampla variedade de tons que o espectador vê é produzida por várias combinações dessas três cores. Por exemplo, você perceberá o amarelo quando o vermelho e o verde estiverem iluminados com a proporção correta de intensidades. O branco pode ser detectado quando os três estão iluminados. Então, parece que todos os tons podem ser produzidos adicionando três cores primárias em várias proporções. Mas há uma indicação de que a visão de cores é mais sofisticada. Não há um conjunto exclusivo de três cores primárias. Outro conjunto que funciona é amarelo, verde e azul. Uma outra indicação da necessidade de uma teoria mais complexa da visão de cores é que várias combinações diferentes podem produzir a mesma tonalidade. O amarelo pode ser detectado com luz amarela ou com uma combinação de vermelho e verde, e também com luz branca da qual o violeta foi removido. O aspecto de três cores primárias da visão de cores está bem estabelecido; teorias mais sofisticadas o expandem em vez de negá-lo.

Figura\(\PageIndex{1}\): A imagem mostra a sensibilidade relativa dos três tipos de cones, que são nomeados de acordo com os comprimentos de onda de maior sensibilidade. As hastes são cerca de 1000 vezes mais sensíveis e suas curvas atingem o pico de cerca de 500 nm. As evidências dos três tipos de cones vêm de medições diretas em olhos de animais e humanos e de testes em pessoas daltônicas.

Considere por que vários objetos exibem cores — ou seja, por que as penas são azuis e vermelhas em uma rosela carmesim? A cor real de um objeto é definida por suas características absorventes ou refletivas. \(\PageIndex{2}\)A figura mostra luz branca caindo sobre três objetos diferentes, um azul puro, um vermelho puro e um preto, bem como luz vermelha pura caindo sobre um objeto branco. Outros matizes são criados por características de absorção mais complexas. O rosa, por exemplo, em uma cacatua galah, pode ser devido à fraca absorção de todas as cores, exceto o vermelho. Um objeto pode ter uma cor diferente sob iluminação não branca. Por exemplo, um objeto azul puro iluminado com luz vermelha pura aparecerá preto, porque absorve toda a luz vermelha que incide sobre ele. Mas a cor verdadeira do objeto é azul, que é independente da iluminação.

Figura\(\PageIndex{2}\): As características de absorção determinam a cor real de um objeto. Aqui, três objetos são iluminados por luz branca e um por pura luz vermelha. O branco é a mistura igual de todos os comprimentos de onda visíveis; o preto é a ausência de luz.

Da mesma forma, as fontes de luz têm cores que são definidas pelos comprimentos de onda que elas produzem. Um laser de hélio-néon emite luz vermelha pura. De fato, a frase “luz vermelha pura” é definida por ter um espectro restrito nítido, uma característica da luz laser. O Sol produz um amplo espectro amarelado, as lâmpadas fluorescentes emitem luz branco-azulada e as lâmpadas incandescentes emitem tons de branco avermelhado, como visto na Figura 3. Como seria de esperar, você sente essas cores ao visualizar a fonte de luz diretamente ou ao iluminar um objeto branco com elas. Tudo isso se encaixa perfeitamente na teoria simplificada de que uma combinação de comprimentos de onda produz vários matizes.

EXPERIÊNCIA PARA LEVAR PARA CASA: EXPLORANDO A ADIÇÃO DE CORES

Essa atividade é melhor realizada com folhas de plástico de cores diferentes, pois elas permitem que mais luz passe até nossos olhos. No entanto, folhas finas de papel e tecido também podem ser usadas. Sobreponha cores diferentes do material e mantenha-as sob uma luz branca. Usando a teoria descrita acima, explique as cores que você observa. Você também pode tentar misturar diferentes cores de giz de cera.

Figura\(\PageIndex{3}\): Espectros de emissão para várias fontes de luz são mostrados. A curva A é a luz solar média na superfície da Terra, a curva B é a luz de uma lâmpada fluorescente e a curva C é a saída de uma luz incandescente. O pico de um laser de hélio-néon (curva D) é devido à sua pura emissão de comprimento de onda. Os picos na saída fluorescente são devidos aos espectros atômicos — um tópico que será explorado posteriormente.

Constância de cores e uma teoria modificada da visão de cores

O sistema de detecção de cor olho-cérebro pode, ao comparar vários objetos em sua visão, perceber a cor real de um objeto sob diferentes condições de iluminação — uma habilidade que é chamada de constância de cores. Podemos sentir que uma toalha de mesa branca, por exemplo, é branca, seja iluminada pela luz do sol, luz fluorescente ou luz de velas. Os comprimentos de onda que entram no olho são bem diferentes em cada caso, como indicam os gráficos da Figura 3, mas nossa visão de cores pode detectar a cor verdadeira comparando a toalha de mesa com o ambiente.

As teorias que levam em consideração a constância das cores são baseadas em um grande conjunto de evidências anatômicas, bem como em estudos perceptivos. Existem conexões nervosas entre os receptores de luz na retina e há muito menos conexões nervosas com o cérebro do que bastonetes e cones. Isso significa que há processamento de sinal no olho antes que as informações sejam enviadas ao cérebro. Por exemplo, o olho faz comparações entre receptores de luz adjacentes e é muito sensível às bordas, como visto na Figura 4. Em vez de responder simplesmente à luz que entra no olho, que é uniforme nos vários retângulos desta figura, o olho responde às bordas e sente falsas variações de escuridão.

Figura\(\PageIndex{4}\): A importância das bordas é mostrada. Embora as faixas cinza estejam uniformemente sombreadas, conforme indicado pelo gráfico imediatamente abaixo delas, elas não parecem nem um pouco uniformes. Em vez disso, eles são percebidos como mais escuros no lado escuro e mais claros no lado claro da borda, conforme mostrado no gráfico inferior. Isso se deve ao processamento dos impulsos nervosos no olho.

Uma teoria que leva vários fatores em consideração foi avançada por Edwin Land (1909 — 1991), o fundador criativo da Polaroid Corporation. Land propôs, com base em parte em seus muitos experimentos elegantes, que os três tipos de cones fossem organizados em sistemas chamados retinexes. Cada retinex forma uma imagem que é comparada com as outras, e o sistema olho-cérebro, portanto, pode comparar uma toalha de mesa branca iluminada por velas com seu ambiente geralmente avermelhado e determinar se ela é realmente branca. Essa teoria retinex da visão de cores é um exemplo de teorias modificadas da visão de cores que tentam explicar suas sutilezas. Um experimento impressionante realizado pela Land demonstra que algum tipo de comparação de imagens pode produzir visão de cores. Duas fotos são tiradas de uma cena em filme preto e branco, uma usando um filtro vermelho e a outra um filtro azul. Os slides em preto e branco resultantes são então projetados e sobrepostos em uma tela, produzindo uma imagem em preto e branco, conforme o esperado. Em seguida, um filtro vermelho é colocado na frente do slide tirado com um filtro vermelho e as imagens são novamente sobrepostas em uma tela. Você esperaria uma imagem em vários tons de rosa, mas em vez disso, a imagem aparece para os humanos em cores com todos os tons da cena original. Isso implica que a visão de cores pode ser induzida pela comparação das imagens em preto e branco e vermelho. A visão de cores não é totalmente compreendida ou explicada, e a teoria do retinex não é totalmente aceita. É evidente que a visão de cores é muito mais sutil do que o que uma primeira olhada pode sugerir.

EXPLORAÇÕES DE PHET: VISÃO COLORIDA

Faça um arco-íris inteiro misturando luz vermelha, verde e azul. Altere o comprimento de onda de um feixe monocromático ou filtre a luz branca. Veja a luz como um feixe sólido ou veja os fótons individuais.

Resumo

• O olho tem quatro tipos de receptores de luz — bastonetes e três tipos de cones sensíveis à cor.
• As hastes são boas para visão noturna, visão periférica e mudanças de movimento, enquanto os cones são responsáveis pela visão central e pela cor.
• Percebemos muitos matizes, da luz com misturas de comprimentos de onda.
• Uma teoria simplificada da visão de cores afirma que existem três cores primárias, que correspondem aos três tipos de cones, e que várias combinações das cores primárias produzem todos os matizes.
• A cor real de um objeto está relacionada à absorção relativa de vários comprimentos de onda de luz. A cor de uma fonte de luz está relacionada aos comprimentos de onda que ela produz.
• A constância de cores é a capacidade do sistema olho-cérebro de discernir a cor verdadeira de um objeto iluminado por várias fontes de luz.
• A teoria retinex da visão de cores explica a constância das cores postulando a existência de três retinexes ou sistemas de imagem, associados aos três tipos de cones que são comparados para obter informações sofisticadas.

Glossário

matizes

identidade de uma cor no que se refere especificamente ao espectro

bastonetes e cones

dois tipos de fotorreceptores na retina humana; os bastonetes são responsáveis pela visão em baixos níveis de luz, enquanto os cones são ativos em níveis de luz mais altos

teoria simplificada da visão de cores

uma teoria que afirma que existem três cores primárias, que correspondem aos três tipos de cones

constância de cores

uma parte do sistema de percepção visual que permite que as pessoas percebam a cor em uma variedade de condições e vejam alguma consistência na cor

retinex

uma teoria proposta para explicar cor e brilho, percepção e constâncias; é uma combinação das palavras retina e córtex, que são as duas áreas responsáveis pelo processamento da informação visual.

teoria retinex da visão de cores

a capacidade de perceber a cor em um ambiente colorido