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GDC | §1.3 – La relación entre color y espectro

< §1.2 – El color

Excepto por el caso de los haces de luz de color que se producen a la salida de un prisma, o el color de la luz generada por determinados tipos de láser (cuyo principio de funcionamiento permite producir una radiación de una longitud de onda específica), las fuentes de luz en general (o el color de los objetos iluminados por esas fuentes) se nos presentan como policromáticas, es decir, compuestas por un espectro continuo de longitudes de onda diferentes. En el caso de una fuente, hablaremos del espectro de emisión; en un objeto, describiremos la capacidad del mismo de reflejar de manera diferente cada longitud de onda, lo que se llama espectro de reflexión.

Espectro de emisión

La sensación de color producida por una fuente de luz al ser observada por un ser humano puede caracterizarse si se conoce qué intensidad posee cada longitud de onda presente en la misma, lo que constituye el espectro de emisión:

Definimos el espectro de emisión de una fuente luminosa como la distribución de intensidad de esa fuente para cada longitud de onda dentro del espectro visible.

Los valores numéricos de un espectro de emisión estarán expresados en general en alguna unidad de energía o de potencia.

Un espectro de emisión será entonces para nosotros una gráfica en donde el eje vertical medirá la intensidad de la fuente, típicamente en unidades de potencia (como el Watt), mientras que en el eje horizontal tendremos longitudes de onda, normalmente en nanómetros, limitado al intervalo correspondiente al espectro visible (aproximadamente de 400 a 700 nm, que es nuestro rango de interés).

La visión humana, como la de todas las especies que habitan el planeta, evolucionó teniendo al sol como fuente primaria de luz. Sabemos por experiencia, no obstante, que el color de esa luz no es el mismo durante el día, ya que se nos presenta desde rojiza y amarillenta a la mañana hasta blanca al mediodía. Las condiciones climáticas (cielo nublado, por ejemplo) también influyen en el color percibido de la luz. Además, la tecnología nos trae una variedad de fuentes de luz artificiales, cada una con un espectro característico. A continuación se presentan los espectros de emisión de unos pocos casos de luz natural y artificial.

Espectro de emisión aproximado de la luz solar al mediodía, con cielo despejado. Al contrario de la creencia común, la contribución de cada longitud de onda no es la misma; aquí vemos una ligera preponderancia del azul sobre el resto. Espectro de emisión aproximado de la luz solar luego del amanecer. Notar la menor presencia de azul, lo que explica la apariencia más amarillenta de la luz en esas condiciones.
LED-spectrum
Espectro de emisión de una lámpara incandescente típica. La enorme cantidad de energía en la parte roja (y por extrapolación en la parte infrarroja del espectro) en relación a los otros colores explica la baja eficiencia de este tipo de lámpara. Espectro de emisión del blanco de un monitor LED.

Resulta notable que todos estos espectros se nos aparecerán, en el contexto apropiado, como fuentes de luz “blanca”. Esto sucede cuando el espectro no presenta un grupo definido y contiguo de longitudes de onda que sean “dominantes”, es decir, teniendo intensidades sensiblemente mayores al resto. Una fuente de luz con esta propiedad se nos aparecerá blanca (o gris, según su intensidad); se dice que esa fuente es acromática.

El espectro de una fuente de luz nos brinda toda la información que es posible saber sobre la sensación de color que producirá sobre el sistema visual humano. Por lo tanto, resultará útil establecer la relación entre espectro y color. En el uso habitual se caracteriza un color informalmente mediante tres atributos: el que nos permite darle un nombre y diferenciarlo de los demás (por ejemplo rojo, naranja, verde, amarillo, azul, etc.), su intensidad (claro u oscuro) y su saturación (lo “vivido” del color, o cuán distinto es del gris). Para un uso más formal necesitamos precisar estas nociones:

Se denomina tono o matiz (hue) del color al atributo que permite clasificarlo como alguno de los colores rojo, amarillo, verde o azul, o como un intermedio entre cualquier par contiguo de ellos, por el cual el color recibe su nombre.

En el espectro, el tono o matiz se manifiesta a través de la longitud de onda dominante, que no es más que la longitud de onda de aquél color monocromático que más se asemeja al color en cuestión.

Además, la percepción de color se acompaña con la sensación de recibir más o menos cantidad de luz, lo que intuitivamente llamamos intensidad o brillo:

Se denomina brillo a la sensación según la cual un área de color parece emitir más o menos cantidad de luz.

La altura alcanzada por la curva que representa el espectro de la fuente nos da una medida de su intensidad.

Por último, un color se denomina informalmente saturado cuando no es posible hacerlo más vívido sin alterar su tono; si se hace más o menos luminoso, entonces su saturación necesariamente disminuye. Esta noción es una de las más complejas de definir; para nuestros propósitos, sin embargo, la definiremos así:

Se denomina saturación al grado de concentración del espectro del color alrededor de su tono.

Según esta definición, la saturación máxima se lograría con un espectro que contuviera una única longitud de onda; la saturación mínima ocurre cuando ninguna longitud de onda es dominante, es decir, la fuente es acromática.

Para adquirir más fácilmente estas nociones se presenta un ejemplo donde a partir de un espectro determinado y su color correspondiente, se obtienen otros tres donde se modifica el tono, la intensidad o la saturación:

spectrum-to-color-comp
Relación entre los atributos del color y el espectro. A la izquierda, un espectro de referencia y el color correspondiente; a la derecha, un cambio en el matiz (arriba), en la intensidad (medio) y en la saturación (abajo).

Espectro de reflexión

Los objetos no luminosos dependen de una fuente de luz para ser observados. En este caso, el color percibido depende esencialmente de la capacidad del objeto de reflejar cada longitud de onda presente en la fuente luminosa, lo que llamaremos espectro de reflexión:

Definimos el espectro de reflexión como la fracción de la intensidad luminosa que un objeto puede reflejar para cada longitud de onda.

Por lo tanto, los valores numéricos de un espectro de reflexión estarán comprendidos entre 0 y 1 (o entre 0 y 100%).

A diferencia del espectro de emisión, en el de reflexión el eje vertical es un índice que, para cada longitud de onda, podrá variar entre cero (absorción total) y uno o 100% (reflexión total).

Todo lo dicho respecto a la relación entre el espectro de emisión y la sensación de color que produce se aplica igualmente al espectro de reflexión. La principal diferencia es que esa sensación no dependerá exclusivamente del objeto considerado sino también del espectro de emisión de la fuente que lo ilumina.

object-color
Color de los objetos opacos. Una fuente de iluminación (izquierda) con su espectro de emisión particular incide en un objeto que tiene su propio espectro de reflexión (centro). El espectro de la luz resultante (derecha) es el producto de la intensidad de la fuente por la reflexión del objeto para cada longitud de onda. En este caso, el objeto posee algo de reflexión en el azul; la fuente en cambio es pobre en ese sector del espectro, por lo que el efecto visual es el de un objeto con poco contenido de azul.
§1.4 – Percepción del color >