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GDC | §1.7 – Iluminantes

< §1.6 – El diagrama de cromaticidad

En las artes gráficas nos interesa especialmente el color impreso. Sabemos que la percepción de ese color, como el de cualquier objeto opaco, depende del observador, del objeto, y de la luz empleada para iluminarlo; habiendo ya caracterizado la visión del color, será necesario que definamos esa luz para poder luego medir el color impreso a través de ella.

La respuesta más natural a esa cuestión es “normalizar” la iluminación y utilizarla como referencia para la medición del color de los objetos opacos, lo que nos lleva al problema siguiente: ¿cómo se normaliza una fuente luminosa para medir el color?

Una fuente luminosa específica queda caracterizada por la potencia luminosa (su intensidad) y por la medida en que cada longitud de onda contribuye a esa potencia (su espectro). Cada fuente real tiene estas cantidades bien definidas, pero para un uso técnico no sería conveniente elegir una fuente concreta pero arbitraria como estándar ya que el color medido dependería, en última instancia, de una fuente sin garantías de que pueda reproducirse en otro tiempo y lugar. Por el contrario, se prefiere especificar la luz a emplear mediante la descripción del espectro que esa fuente luminosa debe poseer. Una fuente luminosa así especificada se llama iluminante:

Se denomina iluminante a un tipo de luz caracterizado por una cierta distribución espectral conocida.

Este concepto, elaborado por la CIE, no pretende ser usado para fijar una distribución espectral arbitraria. Confiamos en una fuente luminosa cuando se nos aparece suficientemente blanca para ese propósito. La razón se encuentra en que nuestra visión se ha desarrollado con un tipo de iluminación dominante que es la luz del sol, nuestra fuente de luz blanca natural. La tecnología ha producido, por otro lado, varios tipos de iluminación artificial que empleamos con el mismo propósito y que, a diferencia del sol, son estables y reproducibles. Sin embargo, el resultado de examinar un color con uno y otro tipo de luz no es en general el mismo. La diferencia radica en la composición espectral de cada tipo de luz, es decir, cuánto de cada longitud de onda visible se encuentra presente en cada una de ellas.

Esto llevó a la CIE a proponer una serie de iluminantes que, si bien están especificados mediante un cierto espectro preciso, están basados en la distribución espectral de alguna fuente natural o artificial aceptable para la percepción del color de los objetos iluminados. Entonces es válido preguntar: ¿cuáles son los espectros luminosos válidos como iluminantes?[1]

Temperatura de color

Desde mediados del siglo XVIII se había especulado sobre las características que tendría un objeto ideal capaz de absorber toda la radiación electromagnética que incidiera sobre él. Los resultados de los experimentos y ciertas consideraciones teóricas predecían que en ese caso un tal objeto reemitiría radiación en una cierta forma característica que sólo dependería de su temperatura, y no del material con el que estuviera construido. La distribución espectral de esa radiación abarcaría todas las longitudes de onda (aunque en diferentes proporciones). Este objeto hipotético se conoce en la física como cuerpo negro, por la analogía con un cuerpo de ese color que debe esa característica al hecho de absorber toda la luz incidente.

A temperatura ambiente, la intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro es importante sólo en el rango del infrarrojo, por lo que no resulta perceptible; sin embargo, a mayores temperaturas (varios cientos de grados) comienza a apreciarse en el extremo rojo del espectro visible. Aumentando aún más la temperatura, pasará al amarillo y, de continuar, se alcanzará eventualmente el azul. Luego, bajo estas hipótesis, la temperatura de ese cuerpo determina directamente el color de la radiación resultante. Esto origina el concepto de temperatura de color de una fuente de luz:

La temperatura de color de una fuente luminosa es la temperatura que debería tener un cuerpo negro para generar una radiación con una distribución espectral tal que fuera percibido por un ser humano como teniendo el mismo color que la fuente de luz dada.

La temperatura de color se especifica en la escala absoluta y, por tanto, en grados Kelvin4 (cuyo símbolo es K).

cie-xy-planckian-locus
Lugar de Planck en el diagrama de cromaticidad CIE xy.

En la naturaleza no existen cuerpos negros ideales, pero este concepto es una medida simple y práctica para describir la tonalidad de una fuente de luz. Debe notarse, sin embargo, que aun cuando una temperatura dada origine un cierto color, no todos los colores (de hecho muy pocos) pueden describirse mediante una temperatura. Los colores que efectivamente tienen una temperatura de color (es decir, pueden producirse exactamente mediante una fuente térmica de cierta temperatura) tienen una posición definida en el diagrama de cromaticidad, llamado lugar de Planck. En la figura se muestra este lugar como una línea curva, que parte de los rojos a temperaturas bajas, y progresa hacia el naranja, amarillo, blanco y azul a medida que aumenta la temperatura.

Muchas fuentes de luz empleadas por el hombre, naturales o artificiales, se ubican bastante cerca del lugar de Planck. Aunque técnicamente esas fuentes no tienen una temperatura de color, la utilidad del concepto para caracterizar el color de una fuente sugirió la conveniencia de hallar un fuente térmica de color similar y tomar su temperatura como representativa de esa fuente. Esta distinción nos lleva a la idea de una temperatura de color equivalente (denominada en la literatura como CCT – Correlated Color Temperature) que se define de esta forma:

Se denomina temperatura de color equivalente de una fuente de luz a la temperatura que debería poseer un cuerpo negro hipotético para generar una radiación cuya distribución espectral sea vista por el ser humano como poseyendo el color más cercano posible al de la fuente dada.

Para que la aplicación de este concepto sea válida, la diferencia entre la fuente en cuestión y el color producido por una fuente térmica de temperatura de color equivalente debe ser pequeña.

Iluminantes estándar propuestos por la CIE

Con el propósito de establecer estándares para los diferentes tipos de iluminación, la CIE definió un conjunto de iluminantes para permitir la medición y comparación de colores en diferentes contextos. Los más importantes son:[2][3]

  • Iluminante A: Diseñado para representar una lámpara incandescente típica, la primera tecnología desarrollada para crear fuentes artificiales de luz con suficiente precisión y estabilidad. Posee una temperatura de color equivalente de 2856 K. Muchos instrumentos de medición aún dependen de un iluminante de este tipo.

    Iluminante A
    Iluminante A definido por la CIE, representando el espectro de una fuente térmica de luz.
  • Iluminantes D: Consta de una serie de cuatro iluminantes que representan diferentes condiciones de luz diurna (de allí la D, por daylight). Se diferencian entre sí por la temperatura de color equivalente, denominándose D50 (5003 K), D55 (5503 K), D65 (6504 K) y D75 (7504 K). Dos de ellos, D50 y D65, tendrán gran importancia para nosotros, como veremos más adelante.
    Iluminante D50
    Iluminante D50, representativo de la luz del sol tal como aparece en general al amanecer
    Iluminante D65
    Iluminante D65, cercano a la distribución espectral de la luz solar al mediodía.
  • Iluminante E: Un iluminante teórico que consiste en una distribución perfectamente uniforme (igual contenido de energía para todas las longitudes de onda, y de allí la E por equal) empleado como referencia para ciertos cálculos colorimétricos. A diferencia de los otros iluminantes, no existen fuentes naturales ni artificiales con esta distribución espectral. Es el tipo de luz hipotético utilizado en el diagrama cromático CIE xy, para el cual sus coordenadas serían (x, y) = (1/3, 1/3), como ya habíamos adelantado. Al no ser un espectro de tipo térmico, no tiene una temperatura propia de color; su temperatura de color equivalente es 5454 K.

    Iluminante E
    Iluminante E (equal energy), espectro de una fuente de luz hipotética con una distribución uniforme de energía en el rango visible.
  • Iluminantes F: Son una serie de 12 iluminantes diseñados para representar diferentes tipos de luz fluorescente, de allí la denominación. Se clasifican en tres grupos: F1 a F6 (tipos fluorescentes “estándar”), F7 a F9 (espectro completo o de banda ancha) y F10 a F12 (iluminantes de banda angosta), para representar otras tantas composiciones típicas de los diferentes fósforos que se emplean en su construcción. Los picos pronunciados en estos iluminantes se originan en las descargas de radiación que producen los elementos químicos con los que se fabrican estas fuentes, y se ubican en longitudes de onda específicas propias de las sustancias empleadas. Otra vez, dos de ellos tienen importancia práctica para nosotros: el F7, utilizado para simular un iluminante D65, y el F8, empleado para simular el D50.
    Iluminante F7
    Iluminante F7, creado para representar cierta distribución espectral de las fuentes de luz de tipo fluorescente. Su temperatura de color equivalente es de 6500 K, de aquí que permita simular un iluminante D65.

    F8
    Iluminante F8, con una temperatura de color equivalente de 5000 K, similar a D50.
§1.8 – Uniformidad perceptual >

1 Si bien queda fuera del alcance de la asignatura, existe un parámetro denominado Indice de Reproducción de Color o CRI (color rendering index) que permite medir en una escala de 0 a 100 la aptitud de una fuente luminosa para la reproducción del color.
2 En esta lista parecen faltar los iluminantes B y C. De hecho estos iluminantes existieron y se definieron contemporáneamente con el A en los inicios de la colorimetría durante la década de 1930, con el propósito de obtener un tipo de iluminante más cercano a luz del sol, partiendo de un iluminante A y aplicando filtros para modificar el espectro resultante. La dificultad de lograr la suficiente estabilidad en esos filtros, y el posterior desarrollo de otras tecnologías de iluminación, hicieron estos iluminantes obsoletos y fueron finalmente retirados por la CIE.
3 Hay indicios que sugieren que la CIE estaría trabajando en una serie de iluminantes L representativos de los diferentes tipos de iluminación LED.