Introducción a la Ciencia del Color

Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Introducción a la
Ciencia del Color
1-1
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Sumario
• Introducción
• Elementos condicionantes de la Colorimetría
• Color psicofísico y color psicológico
• Las causas del color
1-2
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Introducción
• Objetivo:
– Analizar y comprender la definición del color como “una sensación
visual consciente, es la interpretación que nuestro cerebro hace de la
luz que llega a retina”
• ¿Qué es la Visión? ¿Qué significa “ver”?
– Interpretación del entorno que nos rodea a partir de la extracción de
información contenida en las imágenes retinianas usando modelos
internos de codificación y representación
– Modelos visuales de información:
• Color, forma, detalle, movimiento, localización, orientación
Ciencia del Color
Ergonomía Visual
Percepción visual (OF-3)
Visión Binocular (OF-2)
1-3
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Iluminante
Objeto
Color
percibido
Estímulo
cromático
Sistema visual
1-4
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color
• Fuente luminosa + Objeto + Observador:
= color reflejado
= color transmitido
= color autoluminoso
1-5
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color
• La radiación electromagnética a la que somos sensibles:
10-6
R. Cosm
10-3
10-1 10
R. Gam
R - X UV
106
103
IR
MO
109
Radio
1012
RF
1-6
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color
• Estímulo-color = (fuente luminosa) ⊗ (objeto)
– Distribución espectral de potencia radiante de una lámpara: S(λ)
• Espectro continuo:
– Planckiano: tipo P → color de las estrellas
– Luz día: tipo D
• Espectro discreto: tipo F
– Factor de reflexión de un objeto opaco: ρ(λ)
– Factor de transmisión de un objeto transparente: τ(λ)
1-7
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color:
lámparas
Iluminantes planckianos
(radiadores absolutos)
Iluminantes CIE
3
P25
3
2
P100
P50
1
0
Potencia relativa S
Potencia relativa S
4
A
2
C
B
1
0
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
1-8
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color:
lámparas
Iluminantes luz-diurna
Iluminantes tipo-F
1.5
2.0
D65
1.0
D50
0.5
0.0
Potencia relativa S
Potencia relativa S
D75
F11
1.5
F7
1.0
F2
0.5
0.0
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
1-9
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color:
lámparas
Lámpara HMI
(halogenuros metálicos
con vapor de Hg)
Lámpara de Na
(alta presión)
7
Lámpara de Xe
3
1.5
5
4
3
2
Potencia relativa S
Potencia relativa S
Potencia relativa S
6
2
1
1.0
0.5
1
0
0
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
0.0
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
1 - 10
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color:
lámparas
Iluminantes CIE
Iluminantes tipo
luz de día
Iluminantes tipo F
1 - 11
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color: objetos
Primarios RGB y W
en monitor CRT
Objeto opaco
Objeto transparente
1.0
4
2
Factor de transmisión τ
6
Factor de reflexión ρ
Radiancia Le (mW/sr·m2)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0
0.8
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
1 - 12
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color:
el sistema visual
• El Sistema Visual Humano: trivariancia visual
440
540
565
1 - 13
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Elementos Condicionantes del Color
• El Sistema Visual Humano: trivariancia visual
1 - 14
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Color Psicofísico y Color Percibido
2.0
2
Radiancia Le (mW/sr·m )
• Color Psicofísico: especificación del estímulo de color,
depende directamente de la distribución espectral de potencia
radiante que entra en los ojos y se expresa en función de
valores definidos experimentalmente:
– Valores Triestímulo
– Metamerismo
1.5
1.0
0.5
0.0
400
500
600
700
Longitud de onda λ (nm)
1 - 15
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
1
1
0
0
λ (nm)
1
Sensor L
λ (nm)
1
L
Respuesta
Sensibilidad
Potencia relativa S
1
Iluminante
0
λ (nm)
1
0
Factor de reflexión ρ
1
λ (nm)
0
Sensor M
λ (nm)
1
M
Respuesta
S*ρ
Sensibilidad
Estímulo-Color
0
λ (nm)
Valores
Triestímulo
(área)
1
0
λ (nm)
0
Sensor S
Respuesta
Sensibilidad
Objeto
S
λ (nm)
0
λ (nm)
1 - 16
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Color Psicofísico y Color Percibido
• Color Percibido: atributo de la percepción visual que está
relacionado con el color psicofísico
• Atributos perceptuales del color:
¾Tono (H)
¾ Luminosidad (B)
¾ Colorido (M)
1 - 17
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Color Psicofísico y Color Percibido
Color
Percibido
Fondo
Luminancia
Blanco
Modelo de Apariencia
Medio
Color
Psicofísico
Condiciones de
Visualización
1 - 18
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
• ¿Qué procesos físicos, químicos y ópticos permiten diferentes
formas de interacción entre la luz y la materia?
– Estamos dejando al margen la percepción humana del color
• Bloques conceptuales de causas del color:
–
–
–
–
–
Vibraciones y excitaciones atómicas simples
Transiciones en la red cristalina (estado sólido)
Transiciones entre orbitales moleculares
Transiciones entre bandas de energía
Óptica Geométrica / Física
1 - 19
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
VIBRACIONES Y EXCITACIONES
ATÓMICAS SIMPLES
TRANSICIONES ENTRE
BANDAS DE ENERGÍA
1. Incandescencia: Sol, lámparas, arco-C, pirotecnia*
8. Metales: cobre, oro, hierro, plata
2. Excitaciones gaseosas: relámpago, pirotecnia*,
aurora boreal, láseres*
9. Semiconductores puros: sílice, galena,
diamante, cadmio
3. Vibraciones y rotaciones: agua, hielo, yodo, cloro
10. Semiconductores dopados: diamante, LED,
fósforos TV
TRANSICIONES EN LA RED CRISTALINA
4. Compuestos metálicos: pigmentos, láseres*
5. Impurezas metálicas: rubí, esmeralda, colorantes
TRANSICIONES ENTRE
ORBITALES MOLECULARES
11. Centros de color: amatista, cuarzo ahumado
ÓPTICA GEOMÉTRICA / FÍSICA
12. Refracción y polarización: arco iris, halos
13. Difusión: azul-cielo, amanecer/atardecer, plumas
azuladas*, ojos azules de los neonatos
6. Compuestos orgánicos: tintes, coloración biológica*
14. Interferencias: aceite-agua, pompas-jabón, alas
de mariposa
7. Transferencia de carga: zafiro, magnetita, lapislázuli
15. Difracción: ópalo, LCD, redes de difracción
*Solamente en parte
http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html
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Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
• Causa nº 2 (excitaciones gaseosas): lámparas
fluorescentes (también en TV)
– Descarga eléctrica sobre vapor de Hg + luminóforo (MgWO4, ZnSO4,
CdB2O4, CdP2O4, etc)
λ emisión sin luminóforo = 253.7 nm
1 - 21
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
• Causa nº 5 (transiciones en la red cristalina): piedras
preciosas o gemas
– Al2O3 (corindón, incoloro) + 1 % (Cr3+) → rubí (rojo)
– Be3Al2Si6O18 (berilo, incoloro) + 1 % (Cr3+) → esmeralda (verde)
– Ambas gemas presentan una fluorescencia roja
– Efecto Alejandrita:
• BeAl2O4 + 1 % (Cr3+) →
Luz incandescente
(blanco amarillenta)
Luz diurna (blanco azulada)
1 - 22
Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
• Causa nº 7 (transiciones entre orbitales): transferencia de
carga
Fe2+ (en celda 1)
Fe3+ (en celda 2)
Fe3+ (en celda 1)
Fe2+ (en celda 2)
luz
Fe3+
• Causa nº 9 (transiciones entre bandas de energía):
diamantes coloreados
– Diamante (C, incoloro) + 0.0001 % B → diamante azulado
– Diamante (C, incoloro) + 0.1 % N → diamante verdoso
– Diamante (C, incoloro) + 0.001 % N → diamante amarillento
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Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
• Causa nº 12 (refracción): arco iris doble invertido
Banda de Alexander
1a refracción en la gota
2a refracción en la gota
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Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
•
Causa nº 13 (difusión): difusión Rayleigh del cielo
•
Causa nº 14 (interferencias): alas de mariposa
•
Causa nº 15 (difracción): ópalo, pantalla de cristal líquido (LCD)
http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html
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Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
• Tipos de pantallas LCD: transmisión luminosa variable
– matriz activa (Thin Film Transistor) ⇒ color
– Necesaria una fuente de luz primaria
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Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color
Las causas del color
•
Incandescencia:
– Emisión de luz por aumento de la temperatura
•
Luminiscencia: Emisión de luz “fría”, diferente a la incandescencia
• Fotoluminiscencia: inducida por radiación electromagnética
– Fluorescencia: instantánea
– Fosforescencia: persistente
• Radioluminiscencia o radioactividad
• Electroluminiscencia: por acción de una corriente eléctrica
– Cátodoluminiscencia: tubo de rayos catódicos (CRT → televisor)
• Triboluminiscencia: por acción de un cambio de presión
• Quimioluminiscencia: derivada de una reacción química
– Bioluminiscencia
• Sonoluminiscencia: por acción de ultrasonidos
• Electrocromía y termocromía
• Emisión láser (coherente)
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