Tonalitat

Per a altres significats, vegeu «Tonalitat (desambiguació)».

Variacions de tonalitat (a paritat de saturació i lluminositat) en una fotografia

En teoria del color, una tonalitat és una de les propietats (anomenades paràmetres d'aparença del color ) d'un color, definida en el model CIECAM02 com "el grau en què un estímul es pot descriure com a similar o diferent dels estímuls que es descriuen com a vermell, taronja, groc, verd, blau, violeta " dins de certes teories de la visió del color. És un color "pur", o caracteritzat per una sola longitud d'ona a l'interior de l'espectre visible (o espectre òptic) de la llum. En pintura hi ha un concepte corresponent de color "pur", o sense addició de pigments blancs o negres.

La tonalitat es pot representar quantitativament normalment amb un sol nombre, que sovint correspon a una posició angular al voltant d'un punt o eix central o neutre en un diagrama de coordenades de l'espai de color (com ara un diagrama de cromatisme) o una roda de color, o bé amb la seva longitud d'ona dominant o amb la del seu color complementari. Els altres paràmetres d'aparença del color són la colorit, la saturació (també coneguda com a intensitat o croma), la lluminositat i la brillantor. Normalment, els colors amb el mateix to es distingeixen amb adjectius que fan referència a la seva lluminositat o colorit, per exemple: "blau clar", "blau pastel", "blau viu" i "blau cobalt". Les excepcions inclouen el marró, que és un taronja fosc.

En pintura, una tonalitat és un pigment pur, sense tint ni ombra (pigment blanc o negre afegit, respectivament).

El cervell humà processa primer els colors en zones del V4 estès anomenades globus.

Derivació d'una tonalitat

Roda de tonalitat de Munsell amb gradient al valor 5 i croma constant (6.24)

El concepte d'un sistema de color amb un to es va explorar ja el 1830 amb l'esfera de color de Philipp Otto Runge. El sistema de color de Munsell de la dècada de 1930 va ser un gran pas endavant, ja que es va adonar que la uniformitat perceptiva significava que l'espai de color ja no podia ser una esfera.

Per convenció, el to del vermell s'estableix a 0° per a la majoria d'espais de color amb un to.

Espais de color oponents

En espais de color oposats en què dos dels eixos són perceptivament ortogonals a la lluminositat, com ara els espais de color CIE 1976 (L *, a *, b *) (CIELAB) i 1976 (L *, u *, v *) (CIELUV), el to es pot calcular juntament amb la croma convertint aquestes coordenades de forma rectangular a forma polar. El to és el component angular de la representació polar, mentre que la croma és el component radial.

Concretament, a CIELAB

$h_{ab}=\mathrm {atan2} (b^{*},a^{*}),$

mentre que, anàlogament, a CIELUV

$h_{uv}=\mathrm {atan2} (v^{*},u^{*})=\mathrm {atan2} (v',u'),$

Espai de color HSV com a objecte cònic

on atan2 és una tangent inversa de dos arguments.

Definició de la tonalitat en termes d'RGB

Cercle de tonalitat en 24 colors (15°)

Una il·lustració de la relació entre el "to" dels colors amb saturació màxima en HSV i HSL amb les seves coordenades RGB corresponents.

Preucil descriu un hexàgon de color, similar a un diagrama trilineal descrit per Evans, Hanson i Brewer, que es pot utilitzar per calcular el to a partir de RGB. Per col·locar el vermell a 0°, el verd a 120° i el blau a 240°,

$h_{rgb}=\mathrm {atan2} \left({\sqrt {3}}\cdot (G-B),2\cdot R-G-B\right).$

De manera equivalent, es pot resoldre

$\tan(h_{rgb})={\frac {{\sqrt {3}}\cdot (G-B)}{2\cdot R-G-B}}.$

Preucil va utilitzar un diagrama polar, que va anomenar cercle de color. Utilitzant R, G i B, es pot calcular l'angle de tonalitat utilitzant l'esquema següent: determinar quin dels sis possibles ordres de R, G i B preval i, a continuació, aplicar la fórmula que es mostra a la taula següent.

Comanda	Regió de tonalitat	$h_{\text{Preucil circle}}$
$R\geq G\geq B$	Taronja	$60^{\circ }\cdot {\frac {G-B}{R-B}}$
$G>R\geq B$	Chartreuse	$60^{\circ }\cdot \left(2-{\frac {R-B}{G-B}}\right)$
$G\geq B>R$	Verd de primavera	$60^{\circ }\cdot \left(2+{\frac {B-R}{G-R}}\right)$
$\ B>G>R\$	Azure	$60^{\circ }\cdot \left(4-{\frac {G-R}{B-R}}\right)$
$B>R\geq G$	Violeta	$60^{\circ }\cdot \left(4+{\frac {R-G}{B-G}}\right)$
$R\geq B>G$	Rosa	$60^{\circ }\cdot \left(6-{\frac {B-G}{R-G}}\right)$

En cada cas, la fórmula conté la fracció ${\frac {M-L}{H-L}}$, on H és el més alt de R, G i B; L és el més baix i M és el valor mitjà entre els altres dos. Això es coneix com a "error de tonalitat de Preucil" i es va utilitzar en el càlcul de la força de la màscara en la reproducció fotomecànica del color.

Els angles de tonalitat calculats per al cercle de Preucil coincideixen amb l'angle de tonalitat calculat per a l'hexàgon de Preucil en múltiples enters de 30° (vermell, groc, verd, cian, blau, magenta i els colors a mig camí entre parells contigus) i difereixen aproximadament 1,2° en múltiples enters imparells de 15° (segons la fórmula del cercle), la màxima divergència entre els dos.

El procés de convertir un color RGB en un espai de color HSL o HSV normalment es basa en un mapatge a trossos de 6 peces, tractant el con HSV com un hexacon o el doble con HSL com un doble hexacon. Les fórmules utilitzades són les de la taula anterior.

Imatges addicionals per a la tonalitat en els sistemes HSL i HSV

• Imatges addicionals per a la tonalitat en els sistemes HSL i HSV
• 
  Tonalitat en les codificacions HSL/HSV de RGB
• 
  Una imatge amb els tons desplaçats cíclicament en l'espai HSL
• 
  Els tons d'aquesta imatge d'un estampat pintat es roten cíclicament al llarg del temps en HSL.

Es pot apreciar que el "cercle" de to HSL/HSV no sembla tenir tot la mateixa lluminositat. Aquest és un problema conegut d'aquesta derivació del to basada en RGB.

Representació dels colors a l'espai RGB

En la representació dels colors a l'espai RGB, la tonalitat es pot pensar com un angle φ. Si R, G i B són les coordenades de colors a l'espai RGB (en una escala de 0 a 1), μ, la lluminositat i σ, la saturació òptica, la tonalitat s'obté amb

$\phi =\arccos \left({R-\mu \over \sigma {\sqrt {2}}}\right)$

Com s'obté d'aquesta fórmula, φ = 0° correspon al vermell, φ = 120°, al blau, i φ = 240°, al verd.

Les coordenades RGB s'obtenen així:

$R=\mu +\sigma {\sqrt {2}}\cos \phi ,$

$G=\mu +\sigma {\sqrt {2}}\cos \left(\phi +240^{\circ }\;\lbrack {4\pi \over 3}^{c}\rbrack \right),$

$B=\mu +\sigma {\sqrt {2}}\cos \left(\phi +120^{\circ }\;\lbrack {2\pi \over 3}^{c}\rbrack \right).$

Des de les coordenades RGB es pot extreure els valors de tonalitat, saturació i lluminositat, i viceversa; aquests tres valors són suficients per designar un color. L'espai de color HSB utilitza la tonalitat, la saturació i la lluminositat com a coordenades. La tonalitat és una de les tres coordenades per a la representació d'un model de color HSL.

Ús en l'art

Els fabricants de pigments utilitzen la paraula "to", per exemple, "groc de cadmi (to)" per indicar que l'ingredient original de la pigmentació, sovint tòxic, ha estat substituït per alternatives més segures (o més econòmiques) tot conservant el to de l'original. Sovint s'utilitzen substituts per al crom, el cadmi i l'alitzarina.

To vs. longitud d'ona dominant

La longitud d'ona dominant (o de vegades longitud d'ona equivalent) és un anàleg físic de l'atribut perceptiu to. En un diagrama de cromaticitat, es dibuixa una línia des d'un punt blanc a través de les coordenades del color en qüestió, fins que interseca el lloc espectral. La longitud d'ona en què la línia interseca el lloc espectral s'identifica com la longitud d'ona dominant del color si el punt es troba al mateix costat del punt blanc que el lloc espectral, i com la longitud d'ona complementària del color si el punt es troba al costat oposat.

Notació de diferència de tonalitat

Hi ha dues maneres principals de quantificar la diferència de tonalitat. La primera és la simple diferència entre els dos angles de tonalitat. El símbol d'aquesta expressió de la diferència de tonalitat és $\Delta h_{ab}$ a CIELAB i $\Delta h_{uv}$ a CIELUV. L'altra es calcula com la diferència de color total residual després de tenir en compte les diferències de lluminositat i croma; el seu símbol és $\Delta H_{ab}^{*}$ a CIELAB i $\Delta H_{uv}^{*}$ a CIELUV.

Noms i altres notacions

Existeix una certa correspondència, més o menys precisa, entre els valors de tonalitat i els termes de color (noms). Un enfocament en la ciència del color és utilitzar termes de color tradicionals però intentar donar-los definicions més precises. Vegeu color espectral#Termes de color espectral per a noms de colors altament saturats amb la tonalitat des de ≈ 0° (vermell) fins a ≈ 275° (violeta), i línia de morats#Taula de colors morats altament saturats per a termes de color de la part restant del cercle cromàtic.

Un altre mètode és utilitzar una notació sistemàtica. Pot ser una notació d'angle estàndard per a certs models de color com ara HSL/HSV esmentats anteriorment, CIELUV o CIECAM02. També s'utilitzen notacions alfanumèriques com ara el sistema de colors Munsell, NCS i el sistema de coincidència Pantone.

En la visió dels animals

La importància del to en la visió animal varia àmpliament segons les espècies i està estretament relacionada amb el seu nínxol ecològic, comportament i història evolutiva. El to que perceben els animals es veu influenciant aspectes de supervivència, reproducció, comunicació i adaptació als seus entorns. Estudiar la percepció del color en diferents espècies proporciona valuoses idees sobre el seu comportament i ecologia.

Molts animals depenen de la visió del color per a localitzar fonts d'aliment. La capacitat per a distingir els matisos ajuda a identificar fruites madures, flors amb nèctar o preses camuflades. Per exemple, les abelles són sensibles a la llum ultraviolada, la qual cosa els permet veure patrons i colors en les flors que són invisibles per als humans.

El color juga un paper crucial en la comunicació intraespecífica i la selecció de parella. Els colors brillants poden assenyalar aptitud reproductiva, dominància o disposició per a l'aparellament. Sovint, els ocells, peixos i insectes mostren colors vibrants durant les exhibicions de festeig per a atreure a possibles parelles.

La capacitat per a percebre els tons ajuda tant als depredadors com a les preses. Els depredadors poden usar la visió del color per a detectar preses que contrasten amb el seu entorn, mentre que les espècies de preses poden usar el color per a barrejar-se amb el seu entorn i evitar ser detectades.

La visió del color ajuda els animals a navegar i orientar-se en el seu entorn. Alguns animals, com els ocells i els rèptils, poden usar la posició del sol i el color del cel (per exemple, tons blaus) com a ajuda per a la navegació.

Vegeu també

• Brillantor
• Contrast (visió)
• Cromaticitat
• HSB
• HSL
• Lluminositat
• Percepció del color
• Saturació cromàtica
• Temperatura de color