Como as cores são formadas digitalmente usando LEDs?

O número de cores visíveis na tela de exibição depende da profundidade de bits, ou seja, o número de bits usados ​​para cada pixel na tela de exibição. Uma tela de profundidade de 24 bits pode mostrar até 16 milhões de cores.

Antes de começar a contar o número de giz de cera LED em seu conjunto de pintura, saiba que pode levar um pouco mais de tempo e paciência do que o previsto. Contar cores não é um processo tão simples quanto contar giz de cera ou aquarela.

Vamos começar pequeno, perguntando quantas cores existem na tela do smartphone em que você está lendo este artigo ou o número de cores na tela do monitor do computador no qual este artigo está sendo escrito.

giz de cera

Os lápis de cor vêm em uma variedade de tons (Crédito da foto: Pixabay)

A resposta é… depende!

O que é um pouco? 

Como seria fácil contar cores se houvesse apenas duas — preto e branco. No entanto, ter variedade torna a vida um pouco mais interessante. Viu como ter mais cores está relacionado com a vida ser um pouco mais interessante e a contagem ser um pouco mais difícil?

O conceito central que está sendo usado aqui é um pouco , literalmente. Quando você liga o interruptor, a lâmpada acende. Da mesma forma, quando você desliga o interruptor, a lâmpada se apaga. Uma maneira conveniente de representar os estados LIGADO e DESLIGADO de uma lâmpada pode ser atribuir valores numéricos.

 

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Todas as informações são armazenadas como uma sequência de 0s e 1s no computador (Crédito da foto: Fotomay/Shutterstock)

Deixe 1 representar o estado LIGADO e 0 representar o estado DESLIGADO. Os dígitos 0 e 1 são chamados BITS . Se houvesse apenas duas cores, então Branco poderia ser denotado por 1 (ON) e Preto poderia ser denotado por 0 (OFF). Este é um esquema de cores de dois bits, onde o mundo é apenas preto e branco.

Uma palavra sobre diodos e LEDs

A vida se torna mais vívida quando os diodos entram em cena. Um diodo ( di + eletrodo ) é um dispositivo que possui dois contatos metálicos em cada lado de um condutor não metálico e conduz eletricidade em apenas uma única direção.

diodo de vácuo e diodo semicondutor

Um diodo de vácuo e um diodo semicondutor (Crédito da foto: RJB1 & Anonimski/Wikimedia Commons)

Uma fonte de energia conectada a um diodo na direção de condução ( Forward Biasing ) permite que a corrente flua, mas a mesma fonte quando conectada na direção reversa ao diodo ( Reverse Biasing ) não produziria uma corrente (esta é uma simplificação de um diodo ideal). Assim, um diodo pode ser pensado como um interruptor, que quando ligado está no estado 1 (Forward) e quando desligado está no estado 0 (Reverse).

Alguns diodos podem ser projetados para emitir luz quando uma corrente passa. Estes são chamados de diodos emissores de luz (LEDs). Quando um LED é direcionado para frente, ele emite luz (a cor depende do material do qual é feito). O LED para de brilhar quando está polarizado inversamente. 

As luzes LED são conectadas a drivers que convertem AC em DC

Os LEDs se tornaram parte integrante da eletrônica (Crédito da foto: flickr)

Nas décadas desde a década de 1960, o avanço da física do estado sólido resultou no desenvolvimento de LEDs capazes de emitir as cores Vermelho (R), Verde (G) e Azul (B). Isso marcou um marco significativo, pois essas três cores compõem quase todos os displays digitais coloridos disponíveis no mercado, do seu smartphone à sua amada smart-TV!

 

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Construção de LED (Crédito da foto: Designua/Shutterstock)

Fazendo novas cores a partir das existentes

Ao pintar, você deve ter notado que misturar duas cores gera uma nova cor. Por exemplo, misturar azul e amarelo dá verde, enquanto vermelho mais branco dá rosa. Um princípio semelhante também é usado na geração de cores digitais. Variar a intensidade de R, G e B e misturá-los gera bilhões de combinações de cores .

 

Cores RGB

A mistura aditiva de RGB gera outras cores

 

Considere os seguintes casos para uma compreensão mais clara –


CASO 1 –

Apenas um LED está disponível. Assim, apenas dois estados são possíveis (ON ou OFF). Esta é uma tela de 1 bit.

CASO 2 –

Invista suas economias e compre outro LED. Agora dois LEDs estão disponíveis, com cada LED no estado LIGADO ou DESLIGADO. O número total de combinações é 2 2 = 4. Este é um display de 2 bits.

Eles são (ON ON); (LIGADO DESLIGADO); (DESLIGADO); (DESLIGADO LIGADO).
Quatro cores são possíveis usando dois LEDs.

CASO 3 –

Suponha que alguém lhe presenteou com um terceiro LED. Em seguida, cada LED pode ser combinado com os outros dois nos estados LIGADO ou DESLIGADO. O número total de combinações é 2 3 = 8. Este é um display de 3 bits.

Eles são (ON ON ON); (LIGADO DESLIGADO); (LIGADO DESLIGADO LIGADO); (DESLIGADO LIGADO); (OFF OFF ON): (OFF ON OFF); (LIGADO DESLIGADO); (DESLIGADO DESLIGADO).

Oito cores são possíveis usando três LEDs.


Em geral,
Número de cores possíveis, N = n , onde
(i) n = número de LEDs disponíveis.
(ii) S = número de estados possíveis para um único LED (ON ou OFF = 2 para LEDs convencionais).


Pixel: o átomo da tela

Uma tela digital é composta de milhares de pequenos pontos chamados pixels . Um  pixel é para uma tela de exibição o que um átomo é para um elemento. É a menor unidade da tela. Um display de 8 bits usa oito LEDs para cada pixel (quantidades entre parênteses nos CASOS 1 a 3), então o número total de cores possíveis em um display de 8 bits é 2 8 = 256! Observe como o número de cores possíveis aumenta em um expoente de 2. Quanto maior o número de LEDs, mais detalhada a imagem.

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CMYK é a abreviatura de Cyan, Magenta, Yellow, Black. Além do RGB, o CMYK também é comumente usado em displays e na indústria de impressão (Crédito da foto: Sakurra/Shutterstock)

Funcionamento de um display de 8 bits

Cada pixel é colorido por 8 LEDs, ou seja, cada pixel pode gerar qualquer uma das 2 8 = 256 cores. Aumentar o número de pixels por polegada quadrada (resolução da tela) aumenta os detalhes da imagem (melhor capacidade de zoom). Por exemplo, um 5 MP (Mega Pixel) tem cinco milhões de pixels compondo a tela do display. Cada um desses cinco milhões de pixels pode renderizar qualquer uma das 256 cores da tela de 8 bits. 

Suponha que oito LEDs estejam dispostos em cores da esquerda para a direita. Na extrema esquerda está R e na extrema direita está B. G cai no meio. A tabela a seguir mostra como as cores são atribuídas aos bits. BIT Count (Índice de LEDs) é o número de LEDs da esquerda.  

Contagem de BIT (Índice de LED) 0 1 2 3 4 5 6 7
Cor atribuída R R R G G G B B

(NOTA: A distribuição de cores pode variar de acordo com os requisitos. O exemplo acima é um exemplo.)

Outro exemplo – 

Contagem de bits (índice de LED) 0 1 2 3 4 5 6
Cor atribuída R R G G B B B

A alteração do estado ON/OFF e da intensidade de cada LED produz cores diferentes. Se os LEDs 3, 4 e 5 estiverem DESLIGADOS (ou seja, os LEDs G estiverem DESLIGADOS) e o restante dos LEDs estiverem LIGADOS (ou seja, os LEDs R e B estiverem LIGADOS), então a cor do pixel seria Violeta. O tom específico de violeta dependerá da intensidade dos LEDs R e B individuais.

Perspectiva de quadrados coloridos de arranjo

256 cores geradas por 8 bits (Crédito da foto: maxpixel)

A cada uma das 256 cores é atribuído um valor numérico de 0 a 255, com 0 representando o estado OFF para todos os LEDs (Preto) e 255 representando o estado ON para todos os LEDs (Branco). A tabela a seguir lista todas as cores no esquema de 8 bits.

jogo mario 8 bits

Os jogos de 8 bits eram bastante populares nos anos 80 e 90 devido ao nível de detalhe oferecido, em comparação com os monitores da geração anterior (Crédito da foto: Pixabay)

Exibição cromática monocromática v/s

Se cada pixel for alimentado por LEDs emitindo a mesma cor, a imagem será monocromática. Se cada pixel é alimentado por LEDs que emitem cores diferentes (R, G e B), então o display é cromático.

As telas True Color de 24 bits usam 8 bits cada para R, G e B. Cada cor é chamada de canal . Assim, são possíveis 256 tons para cada canal em um único pixel. O número total de cores renderizadas por um único pixel é 256256256 = 16.777.216 . Assim, uma tela True Color de 24 bits pode renderizar 16.777.216 cores diferentes.

Para comparação, o olho humano pode detectar cerca de 10 milhões de cores diferentes. 

Basicamente, da próxima vez que você perceber que uma cor está faltando no seu conjunto de giz de cera, pense novamente neste artigo e crie qualquer cor que você quiser!

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